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車用曲軸位置傳感器工作原理與故障分析
來源:汽車電器  作者:佚名  2014-09-03 07:49:13

    摘要:介紹發動機管理系統中曲軸位置傳感器的結構和工作原理;通過實際案例,闡述曲軸位置傳感器出現故障時的檢測和分析方法。
    曲軸位置傳感器也稱曲軸轉角傳感器,是發動機電子控制系統中最主要的傳感器之一,其作用是檢測上止點信號、曲軸轉角信號和發動機轉速信號。發動機ECU根據這些信號,按氣缸的點火順序發出最佳點火時刻指令。曲軸位置傳感器一般安裝在曲軸皮帶輪或鏈輪側面,有的也安裝在凸輪軸前端或變速器殼體上。
    曲軸位置傳感器主要有磁電式、霍爾式和磁阻式3種形式,市場上常用車型的曲軸位置傳感器類型如表1所示。

   1 傳感器類型及原理
    1.1磁電式曲軸位置傳感器
    1.1.1磁電式傳感器結構及工作原理
    磁電式傳感器上集成了感應線圈和永久磁鐵,當目標輪轉動時,齒尖與齒缺交替變換,使永久磁鐵通過極柱的磁通密度不斷變化,從而影響到在極柱外面線圈中的磁場變化,使線圈感應出交變電壓,并在線圈兩端輸出。磁電式傳感器通常有3根輸出線,分別為信號輸出線、搭鐵線和屏蔽線,簡單示意圖如圖1所示。

    1.1.2磁電式傳感器輸出電壓及典型信號
    輸出電壓可用以下公式計算
                E=-Nx (d f/d t)(1)
    式中:E—輸出電壓;N—線圈匝數;df/dt—磁通量變化率。
    從公式(1)可得出,當傳感器匝數確定后,感應電壓的頻率和幅值與目標輪轉速成正比。圖2為磁電式傳感器的典型信號。

    1.1.3磁電式傳感器信號對應關系
    由圖3可見,在齒尖或齒缺中間,無磁通量變化,輸出電壓為0。通常ECU的零點信號轉換域值包含一定的過零點滯后值,以在一定程度上防止齒尖或齒缺過寬、振動或其他噪聲引起的誤轉換,但不過零轉換將引起相位精度集體往一個方向偏移。

    進入磁場時電壓增大,為正脈沖;離開磁場時電壓減小,為負脈沖。
    1.1.4磁電式傳感器優缺點
    優點:結構簡單,堅固耐用、耐溫較高,對裝配要求較低,為旋轉不敏感安裝。
    缺點:信號易受干擾,ECU需設計相關信號處理電路,精度較低,不適用于帶VVT的發動機。
    1.2霍爾曲軸位置傳感器
    1.2.1霍爾式傳感器結構及工作原理
    霍爾式傳感器上集成了被永久磁鐵偏置的動態差分霍爾IC芯片,當目標輪在傳感器前部敏感區域旋轉時,IC芯片探測到由于齒尖和齒缺交替通過而產生的磁場變化,并將其通過施密特觸發器轉換為方波數字信號輸出給ECU?;舳醬釁魍ǔS?根輸出線,分別為電源線、信號輸出線和搭鐵線,工作示意圖如圖4所示。

    1.2.2霍爾式傳感器輸出電壓及典型信號
    輸出電壓可用以下公式計算

    式中:Vh----輸出電壓;Rh霍爾系數;I----輸入電流;t----材料厚度;B一一磁場強度。
    從公式(2)可得出,當傳感器設計完成后,霍爾電壓的大小取決于磁場強度的大小,僅頻率與目標輪轉速成正比。圖5表示了霍爾傳感器的典型信號。

    1.2.3霍爾式信號對應關系
    曲軸位置傳感器通常為雙霍爾傳感器,其中集成了兩塊霍爾芯片,信號齒需一前一后經過雙霍爾芯片,兩霍爾信號進行差分運算后,再進行域值轉換,輸出方波信號給ECU。所以雙霍爾傳感器無零轉速功能,即要產生信號,信號輪必須有一定的轉速。圖6為霍爾傳感器信號的對應關系。

    1.2.4霍爾式傳感器優缺點
    優點:輸出為數字信號,精度高。
    缺點:對裝配要求較高,為旋轉敏感性安裝,且集成有電器元件,有EMC要求。

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