故障檢修與技術維護

發動機凸輪軸位置傳感器信號錯誤和電壓偏低故障

 

摘要：凸輪軸位置傳感器是一種用于測量發動機凸輪軸位置的裝置。凸輪軸位置傳感器的分類主要根據其工作原理和結構特點進行劃分。柴油發電機在起動過程中，會出現曲軸逆轉，進氣岐管內會有回火的現象以及發電機組怠速不穩，抖動嚴重，出現油耗高、尾氣排放超標、排氣管有難聞的黑煙排出，出現這些現象可能是凸輪軸位置傳感器損壞，建議及時檢修。

 

一、工作原理

 

      凸輪軸位置傳感器是一種用于檢測發動機凸輪軸位置的重要傳感器。它的工作原理是基于磁場感應和霍爾效應。在發動機運行時，凸輪軸會根據活塞的運動來控制氣門的開啟和關閉，而凸輪軸位置傳感器的作用就是實時監測凸輪軸的位置，以便發動機控制單元（ECU）能夠準確地控制氣門的工作時間和點火時機。

      凸輪軸位置傳感器通常由鐵芯、線圈和磁性傳感器組成。其中，鐵芯是傳感器的核心部件，它負責將發動機凸輪軸的運動轉化為磁場信號。線圈則是傳感器的感應部件，它通過感應磁場的變化來產生電信號。磁性傳感器則負責檢測線圈中的電信號，并將其轉化為數字信號，以便ECU能夠對其進行處理。

      在工作時，凸輪軸位置傳感器的鐵芯會隨著凸輪軸的轉動而移動，從而改變磁場的分布。當凸輪軸的凸輪經過傳感器時，鐵芯上的磁場分布會發生變化，這時線圈中就會感應出一定的電信號。根據霍爾效應的原理，當電信號的強度超過一定的閾值時，磁性傳感器就會將其識別為凸輪軸的位置信息，并將其轉化為數字信號。

      凸輪軸位置傳感器的工作原理可以簡單概括為：凸輪軸的運動改變磁場分布，線圈感應到電信號，磁性傳感器將其轉化為數字信號。這一過程是通過磁場感應和霍爾效應實現的，具有很高的精度和可靠性。

      凸輪軸位置傳感器在發動機的控制中起著重要的作用。準確的凸輪軸位置信息可以幫助ECU判斷氣門的開啟和關閉時機，從而保證燃油的充分燃燒和發動機的高效運行。同時，凸輪軸位置傳感器還可以用于檢測凸輪軸的運動狀態，及時發現凸輪軸的異常情況，以便進行維修和保養。然而，凸輪軸位置傳感器也存在一些問題。首先，由于凸輪軸處于高溫高壓的工作環境中，傳感器的工作穩定性和耐久性都面臨一定的挑戰。其次，傳感器的定位和安裝對于準確檢測凸輪軸位置至關重要，不當的安裝位置或姿態可能導致傳感器讀數不準確。此外，傳感器本身也可能存在故障或損壞，需要定期檢查和更換。

      總結起來，凸輪軸位置傳感器是一種基于磁場感應和霍爾效應工作的傳感器，用于檢測發動機凸輪軸的位置。通過感應凸輪軸的運動和改變的磁場分布，傳感器能夠產生相應的電信號，并將其轉化為數字信號，以便ECU進行處理。凸輪軸位置傳感器在發動機的控制中起著重要的作用，可以幫助保證發動機的高效運行。然而，在使用過程中需要注意傳感器的穩定性和安裝位置，以及定期檢查和維護傳感器的工作狀態。

 

二、凸輪軸位置傳感器的類型

 

1、工作原理分類

（1）光電式凸輪軸位置傳感器：

      光電式凸輪軸位置傳感器利用光電元件的光敏特性進行測量。通過光電二極管接收凸輪軸上反射的光線，當凸輪軸轉動時，光線的強度會發生變化，從而通過光電二極管輸出的電信號來測量凸輪軸的位置。

（2）磁電式凸輪軸位置傳感器：

      磁電式凸輪軸位置傳感器利用磁敏元件的磁敏特性進行測量，如圖1所示。通過將磁敏元件放置在凸輪軸上，當凸輪軸轉動時，磁場的變化會引起磁敏元件輸出的電信號發生變化，從而測量凸輪軸的位置。

（3）霍爾式凸輪軸位置傳感器：

      霍爾式凸輪軸位置傳感器利用霍爾元件的磁敏特性進行測量，如圖2所示。通過將霍爾元件放置在凸輪軸上，當凸輪軸轉動時，磁場的變化會引起霍爾元件輸出的電信號發生變化，從而測量凸輪軸的位置。

2、結構特點分類

（1）固定式凸輪軸位置傳感器：

      固定式凸輪軸位置傳感器安裝在發動機上，與凸輪軸保持固定的相對位置。這種傳感器通常為非接觸式，可以實時監測凸輪軸的位置，并將信號傳輸到控制單元進行處理。

（2）旋轉式凸輪軸位置傳感器：

      旋轉式凸輪軸位置傳感器直接安裝在凸輪軸上，隨著凸輪軸的旋轉而進行位置測量。這種傳感器通常為接觸式，通過與凸輪軸上的凸輪接觸來感知其位置，并將信號傳輸到控制單元進行處理。

（3）振動式凸輪軸位置傳感器：

      振動式凸輪軸位置傳感器利用凸輪軸上的振動信號來測量其位置。這種傳感器通常采用加速度傳感器或振動傳感器，通過測量凸輪軸振動的頻率和幅值來推斷其位置。

（4） 磁性編碼式凸輪軸位置傳感器：

      磁性編碼式凸輪軸位置傳感器利用凸輪軸上的磁性編碼器進行位置測量。這種傳感器通過感知凸輪軸上的磁性編碼器的變化，來確定凸輪軸的位置。

 

圖1  電磁式凸輪軸位置傳感器

圖2  霍爾式凸輪軸位置傳感器結構圖

 

三、凸輪軸位置傳感器的常見故障

 

1、凸輪軸位置傳感器信號錯誤

      發電機凸輪軸轉速/位置傳感器，數據不穩定、間斷或不正確。ECM檢測到凸輪軸位置傳感器信號錯誤。

（1）故障現象

      發動機運行粗暴或是無法啟動。

（2）電路描述

      ECM通過傳感器電源電路向發動機凸輪軸轉速/位置傳感器提供一個5V DC電源，ECM還向傳感器回路電路提供一個接地。凸輪軸轉速指示凸角轉過傳感器時，該傳感器即產生一個信號發送至ECM。ECM可識別該信號并將其轉換為發動機轉速讀數，然后確定發動機位置。如果主發動機曲軸轉速/位置信號缺失，則該傳感器將作為一個備用傳感器使用。

（3）部件位置

      兩個發動機位置傳感器都位于前齒輪室后側，燃油泵驅動齒輪上方。

（4）可能出現的原因

① 凸輪軸位置傳感器連接線束是否松動、短路、斷路接頭是否連接牢固。

② 凸輪軸傳感器故障。

③ 凸輪軸位置傳感器安裝是否牢固、間隙是否正確。

④ 凸輪軸速度顯示塊錯裝或是松動。

（5）修理方法

① 維修或是更換線束或是接頭。

② 更換凸輪軸位置傳感器。

③ 更換前齒輪室蓋板或是重新緊固傳感器。

④ 緊固或是更換速度顯示塊(速度顯示塊4缸機為5齒，6缸機為7齒)。

2、凸輪軸傳感器電壓偏低

      傳感器電源，電壓低于正常值或對低壓電源短路。檢測到0EM線束中5號傳感器電源電路電壓偏低。

（1）故障現象

      故障燈報警，發動機降低功率輸出或是無法加速。

（2）電路描述

      ECM的5號傳感器電源將向后處理柴油微粒濾清器壓差傳感器、遠程油門、轉速表轉速傳感器、發動機冷卻液液位傳感器和2號油門位置傳感器提供5V電源。遠程油門和轉速表轉速傳感器是選裝的原始設備制造商(0EM)部件。

（3）部件位置

      5號傳感器電源位于ECM OEM線束接頭上，向OEM線束中的多個部件提5V電源。

（4）可能出現的原因

① 此電源為多個傳感器公用電源各個傳感器故障會導致此故障發生（一般由水位傳感器故障引起）。

② 線路是否松動、短路、斷路接頭是否連接牢固。

（5）修理方法

① 更換水位傳感器。

② 維修或是更換線束、接頭。

（6）維修經驗

      傳感器電源向遠程油門、轉速表轉速傳感器、發動機冷卻液液位傳感器和2號位置傳感器提供5V電源，如果其中任何一個有問題將導致此故障發生。

 

圖3  傳感器電阻檢測

圖4  傳感器的電壓測量

 

總結：

      總體而言，凸輪軸位置傳感器可以根據其工作原理分為光電式、磁電式和霍爾式傳感器；而根據結構特點可分為固定式、旋轉式、振動式和磁性編碼式傳感器。不同類型的凸輪軸位置傳感器在不同的應用場景下具有各自的優勢和適用性。在實際使用中，需要根據具體需求選擇合適的凸輪軸位置傳感器，以確保準確測量凸輪軸的位置信息，從而實現發動機的精確控制和優化運行。

 

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