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故障检修与技术维护 |
发动机凸轮轴位置传感器信号错误和电压偏低故障 |
摘要：凸轮轴位置传感器是一种用于测量发动机凸轮轴位置的装置。凸轮轴位置传感器的分类主要根据其工作原理和结构特点进行划分。柴油发电机在起动过程中，会出现曲轴逆转，进气岐管内会有回火的现象以及发电机组怠速不稳，抖动严重，出现油耗高、尾气排放超标、排气管有难闻的黑烟排出，出现这些现象可能是凸轮轴位置传感器损坏，建议及时检修。
一、工作原理
凸轮轴位置传感器是一种用于检测发动机凸轮轴位置的重要传感器。它的工作原理是基于磁场感应和霍尔效应。在发动机运行时，凸轮轴会根据活塞的运动来控制气门的开启和关闭，而凸轮轴位置传感器的作用就是实时监测凸轮轴的位置，以便发动机控制单元（ECU）能够准确地控制气门的工作时间和点火时机。
凸轮轴位置传感器通常由铁芯、线圈和磁性传感器组成。其中，铁芯是传感器的核心部件，它负责将发动机凸轮轴的运动转化为磁场信号。线圈则是传感器的感应部件，它通过感应磁场的变化来产生电信号。磁性传感器则负责检测线圈中的电信号，并将其转化为数字信号，以便ECU能够对其进行处理。
在工作时，凸轮轴位置传感器的铁芯会随着凸轮轴的转动而移动，从而改变磁场的分布。当凸轮轴的凸轮经过传感器时，铁芯上的磁场分布会发生变化，这时线圈中就会感应出一定的电信号。根据霍尔效应的原理，当电信号的强度超过一定的阈值时，磁性传感器就会将其识别为凸轮轴的位置信息，并将其转化为数字信号。
凸轮轴位置传感器的工作原理可以简单概括为：凸轮轴的运动改变磁场分布，线圈感应到电信号，磁性传感器将其转化为数字信号。这一过程是通过磁场感应和霍尔效应实现的，具有很高的精度和可靠性。
凸轮轴位置传感器在发动机的控制中起着重要的作用。准确的凸轮轴位置信息可以帮助ECU判断气门的开启和关闭时机，从而保证燃油的充分燃烧和发动机的高效运行。同时，凸轮轴位置传感器还可以用于检测凸轮轴的运动状态，及时发现凸轮轴的异常情况，以便进行维修和保养。然而，凸轮轴位置传感器也存在一些问题。首先，由于凸轮轴处于高温高压的工作环境中，传感器的工作稳定性和耐久性都面临一定的挑战。其次，传感器的定位和安装对于准确检测凸轮轴位置至关重要，不当的安装位置或姿态可能导致传感器读数不准确。此外，传感器本身也可能存在故障或损坏，需要定期检查和更换。
总结起来，凸轮轴位置传感器是一种基于磁场感应和霍尔效应工作的传感器，用于检测发动机凸轮轴的位置。通过感应凸轮轴的运动和改变的磁场分布，传感器能够产生相应的电信号，并将其转化为数字信号，以便ECU进行处理。凸轮轴位置传感器在发动机的控制中起着重要的作用，可以帮助保证发动机的高效运行。然而，在使用过程中需要注意传感器的稳定性和安装位置，以及定期检查和维护传感器的工作状态。
二、凸轮轴位置传感器的类型
1、工作原理分类
（1）光电式凸轮轴位置传感器：
光电式凸轮轴位置传感器利用光电元件的光敏特性进行测量。通过光电二极管接收凸轮轴上反射的光线，当凸轮轴转动时，光线的强度会发生变化，从而通过光电二极管输出的电信号来测量凸轮轴的位置。
（2）磁电式凸轮轴位置传感器：
磁电式凸轮轴位置传感器利用磁敏元件的磁敏特性进行测量，如图1所示。通过将磁敏元件放置在凸轮轴上，当凸轮轴转动时，磁场的变化会引起磁敏元件输出的电信号发生变化，从而测量凸轮轴的位置。
（3）霍尔式凸轮轴位置传感器：
霍尔式凸轮轴位置传感器利用霍尔元件的磁敏特性进行测量，如图2所示。通过将霍尔元件放置在凸轮轴上，当凸轮轴转动时，磁场的变化会引起霍尔元件输出的电信号发生变化，从而测量凸轮轴的位置。
2、结构特点分类
（1）固定式凸轮轴位置传感器：
固定式凸轮轴位置传感器安装在发动机上，与凸轮轴保持固定的相对位置。这种传感器通常为非接触式，可以实时监测凸轮轴的位置，并将信号传输到控制单元进行处理。
（2）旋转式凸轮轴位置传感器：
旋转式凸轮轴位置传感器直接安装在凸轮轴上，随着凸轮轴的旋转而进行位置测量。这种传感器通常为接触式，通过与凸轮轴上的凸轮接触来感知其位置，并将信号传输到控制单元进行处理。
（3）振动式凸轮轴位置传感器：
振动式凸轮轴位置传感器利用凸轮轴上的振动信号来测量其位置。这种传感器通常采用加速度传感器或振动传感器，通过测量凸轮轴振动的频率和幅值来推断其位置。
（4） 磁性编码式凸轮轴位置传感器：
磁性编码式凸轮轴位置传感器利用凸轮轴上的磁性编码器进行位置测量。这种传感器通过感知凸轮轴上的磁性编码器的变化，来确定凸轮轴的位置。
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图1 电磁式凸轮轴位置传感器 |
图2 霍尔式凸轮轴位置传感器结构图 |
三、凸轮轴位置传感器的常见故障
1、凸轮轴位置传感器信号错误
发电机凸轮轴转速/位置传感器，数据不稳定、间断或不正确。ECM检测到凸轮轴位置传感器信号错误。
（1）故障现象
发动机运行粗暴或是无法启动。
（2）电路描述
ECM通过传感器电源电路向发动机凸轮轴转速/位置传感器提供一个5V DC电源，ECM还向传感器回路电路提供一个接地。凸轮轴转速指示凸角转过传感器时，该传感器即产生一个信号发送至ECM。ECM可识别该信号并将其转换为发动机转速读数，然后确定发动机位置。如果主发动机曲轴转速/位置信号缺失，则该传感器将作为一个备用传感器使用。
（3）部件位置
两个发动机位置传感器都位于前齿轮室后侧，燃油泵驱动齿轮上方。
（4）可能出现的原因
① 凸轮轴位置传感器连接线束是否松动、短路、断路接头是否连接牢固。
② 凸轮轴传感器故障。
③ 凸轮轴位置传感器安装是否牢固、间隙是否正确。
④ 凸轮轴速度显示块错装或是松动。
（5）修理方法
① 维修或是更换线束或是接头。
② 更换凸轮轴位置传感器。
③ 更换前齿轮室盖板或是重新紧固传感器。
④ 紧固或是更换速度显示块(速度显示块4缸机为5齿，6缸机为7齿)。
2、凸轮轴传感器电压偏低
传感器电源，电压低于正常值或对低压电源短路。检测到0EM线束中5号传感器电源电路电压偏低。
（1）故障现象
故障灯报警，发动机降低功率输出或是无法加速。
（2）电路描述
ECM的5号传感器电源将向后处理柴油微粒滤清器压差传感器、远程油门、转速表转速传感器、发动机冷却液液位传感器和2号油门位置传感器提供5V电源。远程油门和转速表转速传感器是选装的原始设备制造商(0EM)部件。
（3）部件位置
5号传感器电源位于ECM OEM线束接头上，向OEM线束中的多个部件提5V电源。
（4）可能出现的原因
① 此电源为多个传感器公用电源各个传感器故障会导致此故障发生（一般由水位传感器故障引起）。
② 线路是否松动、短路、断路接头是否连接牢固。
（5）修理方法
① 更换水位传感器。
② 维修或是更换线束、接头。
（6）维修经验
传感器电源向远程油门、转速表转速传感器、发动机冷却液液位传感器和2号位置传感器提供5V电源，如果其中任何一个有问题将导致此故障发生。
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图3 传感器电阻检测 |
图4 传感器的电压测量 |
总结：
总体而言，凸轮轴位置传感器可以根据其工作原理分为光电式、磁电式和霍尔式传感器；而根据结构特点可分为固定式、旋转式、振动式和磁性编码式传感器。不同类型的凸轮轴位置传感器在不同的应用场景下具有各自的优势和适用性。在实际使用中，需要根据具体需求选择合适的凸轮轴位置传感器，以确保准确测量凸轮轴的位置信息，从而实现发动机的精确控制和优化运行。
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