详解霍尔式曲轴位置传感器的识别与检测

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霍尔效应是电磁效应的一种,当电流垂直于外磁场通过半导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场,从而在半导体的两端产生电势差,这一现象就是霍尔效应,这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。如图1所示,当电流通过磁场中的半导体基片(霍尔元件)并且电流方向与磁场方向垂直时,电荷在磁场力的作用下向一侧偏移,在垂直于电流与磁场的霍尔 元件的横向侧面上即产生一个与电流和磁场力成正比的电压,该电压称为霍尔电压。 
 
霍尔式曲轴位置传感器就是利用触发叶片或触发轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度,从而使霍尔元件产生 脉冲电压,经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。
  
(1)触发叶片式霍尔曲轴位置传感器的识别  
美国通用公司采用的触发叶片式霍尔曲轴位置传感器安装在曲轴前端,其结构如图2所示。在发动机曲轴带 轮前端安装着内外两个带触发叶片的信号轮,与曲轴一起转动。外信号轮边缘上均匀分布着18个触发叶片和 18个窗口,每个触发叶片和窗口的宽度为10°弧长。内信号轮外缘上,有=个触发叶片和三个窗口,三个触 发叶片的宽度分别是100°、90°和110°弧长,三个窗口的宽度分别为20°、30°和10°弧长。由于内信号 轮的安装位置关系,宽度100°弧长的触发叶片前沿位于一、四缸上止点前75°,90°弧长的触发叶片前沿 在六、三缸上止点前75°,110°弧长的触发叶片前沿在五、二缸上止点前75°。 
传感器
 
                                   图1 霍尔效应原理 
传感器
                    图2 霍尔式曲轴位置传感器(美国通用公司gm)
 
i-肛电流;b磁场;uh霍尔电压   1外信号轮;2内信号轮
 
霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成,如图3所示。在内外信号轮侧面各有一个霍尔 信号发生器。信号轮转动时,每当叶片进人永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时,霍尔集成电路中的磁场即 被触发叶片旁路(即隔磁),如图3(a)所示,这时不产生霍尔电压。当触发叶片离开空气隙时,永久磁铁 的磁通便通过导磁板穿过霍尔元件,这时要产生霍尔电压。霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后,即向 ecu输人电压脉冲信号,如图4所示。外信号轮每旋转一周产生18个脉冲信号,称为18x信号。一个脉冲周期 相当于曲轴旋转⒛°转角的时间,ecu再将一个脉冲周期均分⒛等份,即获得1°曲轴转角所对应的时间。 ecu根据这个信号,控制发动机的点火时刻。18x信号的功能相当于光电式曲轴位置传感器产生1°信号的功 能。内信号轮每旋转一周产生3个宽度不同的电脉冲信号,称为3x信号,脉冲周期均为120°曲轴转角的时间 ,脉冲上升分别产生于一、四缸,三、六缸和
二、五缸上止点前75°,作为ecu判别气缸和计算点火时刻的 基准信号。此信号相当于前述曲轴位置传感器的120°信号。  
 
(2)触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器的识别  
 
克莱斯勒公司采用触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器,它被安装在飞轮壳上,如北京切诺基吉普车2.5l四缸 发动机和4.01l六缸发动机,在分电器内还设置凸轮轴位置传感器,用于协助曲轴位置传感器判缸。曲轴位置传感器的安装位置,如图5所示。
传感器
                         图3霍尔信号发生器的工作原理
 
1信号轮的触发叶片;2霍尔元件;3永久磁铁;4底板;5导磁板
传感器
 
                 图4 霍尔式曲轴位置传感器输出信号(美国通用公司gm)
霍尔传感器
 
                    图5 切诺基汽车曲轴位置传感器的安装位置
 
 
触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器结构示意图如图6所示。四缸机所用的曲轴位置传感器与六缸机所用的稍有不同。在2.5l四缸机的飞轮上有8个槽,分为两组,4个槽为一组,两组相隔180°,每组中的每个槽相隔20°。在4.0l六缸机的飞轮上有12个槽,4个槽为一组,分为三组,每组相隔120°,每组中的每个槽也相隔20°
霍尔传感器
 
                        图6 切诺基汽车霍尔式曲轴位置传感器的结构
 
当飞轮齿槽通过传感器的信号发生器时,霍尔传感器输出5v高电位;当飞轮齿槽间的金属与传感器成一直 线时,霍尔传感器输出0. 3v低电位。每当飞轮各齿槽之一通过传感器时,传感器便产生一个高低电位脉冲 信号。当飞轮上每组槽通过传感器时,传感器将产生四个脉冲信号。四缸发动机每一转产生两组脉冲信号, 六缸发动机每一转产生三组脉冲信号。传感器提供的每组信号,可被ecu用来确定两缸活塞的位置。例如, 在四缸发动机上,利用一组信号,即利用同一时间的同一飞轮槽,可知1缸活塞和4缸活塞接近上止点,利用 另一组信号,可知2缸活塞和3缸活塞接近上止 点。在六缸发动机上,同样利用一组信号,在同一时间内可知两个活塞3和4、活塞2和5、活塞1和6接近上止点。
 
通过曲轴位置传感器, ECU可以知道活塞与两缸接近上止点。因为第四个槽脉冲下降的方向是活塞前4°(TDC), ECU可以根据脉冲值确定活塞前上止点的位置。ECU还根据脉冲通过时间来计算发动机的转速。因为 ECU通过曲轴位置传感器来感知曲轴(或活塞)的位置和发动机的转速,所以曲轴位置传感器信号对于喷油和点火控制非常重要。
 
(3)霍尔式曲轴位置传感器的检测
霍尔式曲轴位置传感器的检测主要是电源电压、信号输出电压和连接导线电阻的检测。北京切诺基汽车霍尔式曲轴位置传感器与ECU的连接电路以及该传感器的三个端子A、B、C的位置如图7所示。
 
①传感器电源电压的检测。打开点火开关,用万用表测量ECU侧7端子与4端子间电压,应为8V;测量A端子与C端子间电压,也应为8V,否则说明电源线断路或接头处接触不良。
 
②传感器输出的信号电压检测。用万用表对传感器的三个端子A、B、C间进行电压检测。打开点火开关,A—C间电压应为8V电源电压;在发动机运转时,测量B—C间电压,应在0.3~5V间变化,电压呈脉冲变化,最高为5V,最低为0,3V,该脉冲电压为传感器的信号电压。如果无脉冲电压输出,说明传感器损坏,则应更换。
 
③电阻的检测。关闭点火开关,拔下曲轴位置传感器导线连接器。用万用表测量传感器的A—B或A—C间电阻,应为∞,如果不是∞,则应更换曲轴位置传感器。
霍尔传感器
 
         图7切诺基汽车曲轴位置传感器与ECU的连接电路及三个端子A、B、C的位置
 
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霍尔效应是电磁效应的一种,当电流垂直于外磁场通过半导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场,从而在半导体的两端产生电势差,这一现象就是霍尔效应,这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。