電裝Ne傳感器在機體上的布置及應用

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

電裝Ne傳感器在機體上的布置及應用

楊春苗，孫 寧，楊高平

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

通過分析目前Ne傳感器置于飛輪殼內部的弊端，提出了開發將Ne傳感器置于機體內部的要求。通過方案設計分析，和一些列試驗驗證，完成了開發目標。

Ne傳感器轉速信號盤曲軸機體

1 前言

傳感器是指能感受規定的物理量，并按一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。簡單地說，是把非電量轉換成電量的裝置[1]。Ne傳感器就是曲軸位置傳感器，用于檢測曲軸轉角和輸出發動機轉速信號。對于電裝系統，曲軸位置傳感器可以安裝在靠近曲軸正時齒輪或飛輪的位置。傳感器單元是電磁感應型（MPU）。當曲軸上安裝的發動機轉速脈沖信號通過傳感器時，傳感器內線圈的磁場發生變化，從而產生電壓。電壓可與檢測信號一樣由發動機控制器檢測到。

2 現狀

114電控發動機的初始設計是為車用發動機考慮，基于電裝系統，將Ne傳感器安裝在飛輪殼上，在飛輪上對應的位置打了（60－4）個信號孔，缺的4個孔用于判缸，作為Ne傳感器的信號源。這種安裝方法應用較為普遍，因為其布置在曲軸靠近變速箱一側，有利于減少振動，提高傳感器的可靠性。

隨著電控發動機在工程機械領域配套工作的展開，發現在推土機、壓路機配套應用中，由于其普遍采用分動箱結構（特別是推土機，分動箱一般為推土機廠家自制），Ne傳感器的布置遇到一定的困難。另外，由于工程機械采用的飛輪飛輪殼種類繁多，如果將Ne傳感器裝在飛輪殼上，會造成較多專用件，大大增加發動機生產的管理成本。現有方案將Ne傳感器放在飛輪殼上，由于在使用過程中，飛輪與離合器摩擦的鐵屑會被傳感器吸附，造成傳感器有一定的故障率。

基于以上現狀，如將曲軸位置傳感器安裝在靠近曲軸前端的正時齒輪上，將導致發動機前端輪系的更改，由于此更改是在成熟機型上進行，對現有產品配套和市場上的產品影響太大，故不考慮實施。根據以上原因，提出了另一種方案，在新開發柴油機上采用，將傳感器置于機體上，在曲軸上安裝信號盤。此方案的優點是：（1）機體和曲軸在一個成熟的發動機中屬于基本件，變形配套種類少，更改零件數量少；（2）此零件屬于發動機內部零件，對主機廠沒有任何影響，更適合于集成發動機的基本功能，有利于配套競爭力。本文對該方案進行了相關零件設計，并且進行了實驗驗證。

3 方案布置以及分析

設計方案涉及到的零件有機體、曲軸、信號盤、傳感器等。總體位置布置時，將在轉速傳感器安置在第6缸曲拐的曲柄臂處，接近飛輪位置，以保持原先布置在飛輪處的轉速穩定的優點，見圖1。

圖1 總體方案

3.1 機體與曲軸的設計更改

機體更改涉及到模具修改，以及機加工增加銑孔，用于安裝轉速傳感器，屬于廠內自制件易于實現，見圖2。相對來說對結構強度影響不大。

圖2 機體改進設計

曲軸上粗精車止口用于安裝信號盤以及車傳感器避讓槽。從三維可以看出，曲柄臂被削弱，相應的疲勞強度有所減小（如圖3所示），故應考慮零件強度的驗證。

圖3 曲軸改進設計

3.2 曲軸轉速信號盤布置

曲軸轉速信號盤設計，為了節省空間，將信號孔更改為信號齒設計，軸向尺寸縮短，基本邏輯參照原先飛輪設計（電裝要求），受限于空間布置大小，曲軸轉速信號盤的大小更改為原飛輪大小一半以下。考慮到平衡，信號盤與螺栓組合考慮平衡設計，曲軸轉速信號盤與曲軸連接是通過止口和銷孔定位，螺栓緊固連接，開模沖壓加工，見圖4。

圖4 曲軸轉速信號盤

面向風扇端方向：第1缸活塞上止點時，Ne傳感器需要對準自缺口起的第10個缺孔，傳感器與信號盤的相對位置如圖5所示。由于曲軸轉速信號盤較原安裝在飛輪上的尺寸減少較多，因此其產生的信號能否滿足ECU的要求還需要作進一步的確認與驗證。

圖5 曲軸轉速信號盤

3.3 Ne傳感器位置更改

原先Ne傳感器安裝在飛輪殼內部，屬于空氣流動環境，現在更改為機體內部，此處為高溫油氣環境，見圖6。在這種環境下，傳感器要保持信號不失真，并能穩定可靠工作，需要進行試驗驗證。曲軸和信號盤是外購件，在公司內部組裝，信號盤與曲軸組合的動平衡問題也需要重點考慮。

圖6 Ne轉速傳感器

4 方案驗證

4.1 曲軸疲勞強度校核實驗

曲軸疲勞實驗（試驗方法按照QC/T637-2000《汽車發動機曲軸彎曲疲勞試驗方法》），該曲軸材料為S38MnSiV，軸頸及圓角采用淬火強化工藝，從一根曲軸中截取強度最弱的第6個曲拐作為疲勞試樣，試樣簡圖如圖7所示。

圖7 曲軸試樣簡圖

曲軸彎曲疲勞試驗在PDC-1型電動諧振式疲勞試驗裝置上進行，載荷為對稱的正弦波。試驗前對系統的載荷進行了標定，標定后在加載范圍內，彎矩的相對誤差不大于3%。用通過式測定試件的彎曲疲勞強度。試驗的循環基數為107次，定義系統的共振頻率下降率1%為試件失效，相應的裂紋長度為20 mm左右。

當最大爆發壓力為16 MPa時，計算得到D9柴油機曲軸名義工作彎矩為1 988 N·m。該曲軸通過了彎矩為3 488 N·m的彎曲疲勞強度試驗，安全系數3488/1988＝1.75。

4.2 曲軸轉速信號盤信號強度檢測

試驗裝置利用一臺機床改裝而成，將信號盤裝在機床卡盤上，傳感器裝在刀具架上，用以模擬曲軸旋轉和信號盤產生的信號，利用示波器讀取信號，見圖8。由于曲軸轉速信號盤相對飛輪信號孔的軸向尺寸和徑向尺寸變小，由傳感器原理可知，影響傳感器最大因素是低速時的電壓值。通過試驗模擬低速狀況下的兩種徑向間隙，測量Ne傳感器兩端電壓是否滿足要求。試驗表明，曲軸轉速信號盤縮小后，仍可以滿足傳感器信號讀取要求，可以用于正式產品之上。試驗結果見表1。

圖8 信號盤檢測試驗裝置

表1 信號盤測試結果

4.3 曲軸與信號盤動平衡試驗

隨機選取3根曲軸，為了評介信號盤尺寸對傳感器讀取數據的影響程度，制作了3種大小的信號盤，分別安裝在曲軸上，在動平衡機上進行動平衡測試，見圖9。（1）首先測量光軸的不平衡量及其位置；（2）測量各軸分別加上不同的信號盤之后的不平衡量及其位置。測試結果表明，安裝信號盤前后曲軸動平衡均滿足設計要求。

圖9 曲軸動平衡試驗

4.4 傳感器耐油性分析

從圖10可以看出，若油氣流到機體外部需要通過外部O型圈，若發動機中的油霧會進入傳感器內部線圈電路，引起傳感器故障，必須通過以上內部O型圈，為此驗證O型圈的耐油性即可判斷，試驗中拆除其中一個傳感器，經過紅外光譜分析得知，外部O型圈為氟橡膠，耐油性較好，內部O型圈為硅橡膠，耐油性較差、屬于滿足原先的空氣環境。后續傳感器內部O型圈也更改為耐油性好的氟橡膠材料的O型圈。

4.5 整機耐久試驗

根據上述分析，將上述相應零件設計、制造出來應用在發動機上進行了500 h耐久臺架考核，發動機各種性能指標全部正常，耐久后信號盤連接可靠，主軸頸和連桿軸頸磨損正常，曲軸探傷無裂紋，全部零件通過考核，見圖11。

圖10 Ne傳感器結構圖

圖11 耐久試驗后發動機及零件照片

5 結論

通過以上設計和試驗驗證，證明了電裝系統電控發動機的Ne傳感器放置在機體內部的可行性，為電裝系統柴油機開發的Ne傳感器布置提供了良好的借鑒經驗，也為公司獲得了一定的經濟效益。

The Application of the Denso Ne Sensor Fixed in the Cylinder Block

Yang Chunmiao,Sun Ning,Yang Gaoping
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China）

Based on the analysis of the internal defects in current Ne sensor which fixed on flywheel shell,Proposed to the development that the Ne sensor installed inside the cylinder block;By analyzing the scheme design,and a series of experiments,Completed the development goals.

Ne sensor,speed signal panel,crankshaft,block

10.3969/j.issn.1671-0614.2017.01.009

來稿日期：2016-11-02

楊春苗（1983-），男，工程師，主要研究方向為發動機零部件設計。