Qual a função do sensor de rotação do virabrequim do veículo?
O sensor de posição da cambota (também conhecido como sensor de rotação do motor) é o sensor principal do sistema de controlo eletrónico do motor. É utilizado principalmente para detetar a posição da cambota, o sinal do ponto morto superior do pistão e a rotação do motor, transmitindo sinais à ECU para controlar a ignição e a injeção de combustível. Este sensor é geralmente instalado na extremidade dianteira da cambota, na extremidade dianteira da árvore de cames, no volante do motor ou no distribuidor. Necessita de funcionar em conjunto com o sensor de posição da árvore de cames.
De acordo com seu princípio de funcionamento, os sensores podem ser classificados em três tipos: tipo pulso magnético, tipo Hall e tipo fotoelétrico. O tipo pulso magnético gera um sinal senoidal ao detectar uma mudança no campo magnético através de um disco de sinal. O tipo Hall emite um sinal de onda quadrada utilizando uma lâmina de disparo. O tipo fotoelétrico gera uma tensão de pulso através da transmissão de luz por um orifício. O tipo Hall requer uma fonte de alimentação externa de 5V e é suscetível à degradação da precisão do sinal devido à contaminação por óleo. Falhas típicas incluem interferência no sinal causada por fiação desgastada e dificuldade na partida devido a sensor sujo. Situações anormais podem acionar a luz de advertência do motor e causar potência insuficiente ou impossibilidade de partida. A tecnologia moderna demonstra uma tendência de evolução dos sinais analógicos para a detecção digital.
Princípio de detecção do sensor de posição da cambota do tipo pulso magnético
Sensor de posição da cambota do tipo pulso magnético da Nissan
Este sensor de posição da cambota está instalado atrás da polia, na extremidade dianteira da cambota. Na extremidade traseira da polia, existe um disco circular fino com dentes finos (utilizado para gerar sinais, denominado disco de sinal), que está instalado juntamente com a polia da cambota e gira com ela. Na borda externa do disco de sinal, existe um dente a cada 4° ao longo da circunferência. Existem um total de 90 dentes, e 3 saliências estão dispostas a cada 120°, totalizando 3. A caixa do sensor instalada na borda do disco de sinal é um gerador de sinais que produz um sinal elétrico. O gerador de sinais possui 3 cabeças magnéticas enroladas em torno do íman permanente na bobina de indução, onde a cabeça magnética ② gera um sinal de 120° e as cabeças magnéticas ① e ③ geram conjuntamente um sinal de ângulo da cambota de 1°. A cabeça magnética ② está voltada para a saliência de 120° do disco de sinal, enquanto as cabeças magnéticas ① e ③ estão voltadas para o anel de engrenagem do disco de sinal, com uma diferença de fase correspondente ao ângulo de instalação da cambota. O gerador de sinais possui circuitos de amplificação e modelagem de sinal, e um conector externo de quatro pinos, sendo o pino "1" a linha de saída do sinal de 120°, o pino "2" a linha de alimentação para o circuito de amplificação e modelagem de sinal, o pino "3" a linha de saída do sinal de 1° e o pino "4" o terra. Através deste conector, o sinal gerado pelo sensor de posição da cambota é transmitido para a ECU.
Quando o motor gira, os dentes e saliências do disco de sinal provocam uma alteração no campo magnético que atravessa a bobina de indução, gerando assim uma força eletromotriz alternada na bobina. Após filtragem e modelagem, essa força se transforma em um sinal de pulso. Após uma rotação do motor, a cabeça magnética ② gera 3 sinais de pulso de 120°, e as cabeças magnéticas ① e ③ geram sinais de pulso de 90° cada (alternados). Como as cabeças magnéticas ① e ③ estão instaladas com um intervalo de 3° no ângulo da cambota e cada uma gera um sinal de pulso a cada 4°, a diferença de fase entre os sinais de pulso gerados pelas cabeças magnéticas ① e ③ é exatamente de 90°. Esses dois sinais de pulso são enviados ao circuito de amplificação e modelagem de sinal para síntese, gerando então um sinal de 1° no ângulo da cambota.
A cabeça magnética ② que gera o sinal de 120° está instalada a 70° antes do ponto morto superior, portanto seu sinal também pode ser chamado de sinal de 70° antes do ponto morto superior, ou seja, durante o funcionamento do motor, a cabeça magnética ② gera um sinal de pulso no ponto morto superior de cada cilindro.
Sensor de posição da cambota do tipo pulso magnético da Toyota
O sistema TCCS da Toyota instala um sensor de posição da cambota do tipo pulso magnético no distribuidor. O sensor é dividido em partes superior e inferior; a parte superior gera o sinal G e a parte inferior gera o sinal Ne, ambas utilizando um rotor com dentes que gira para provocar uma variação do fluxo magnético na bobina de indução do gerador de sinais, gerando assim uma força eletromotriz induzida alternada na bobina de indução, que é então amplificada e enviada para a ECU.
O sinal Ne é o sinal para detecção do ângulo da cambota e da rotação do motor, equivalente ao sinal de 1° do sensor de posição da cambota do tipo pulso magnético da Nissan. Este sinal é gerado por um rotor (rotor de sincronização N0.2) fixado na parte inferior com 24 dentes uniformemente espaçados e uma bobina de detecção adjacente.
Quando o rotor gira, o espaço de ar entre os dentes e a flange (cabeça magnética) da bobina sensora se altera, causando uma mudança no campo magnético que passa pela bobina e gerando uma força eletromotriz induzida. Quando os dentes se aproximam e se afastam da cabeça magnética, ocorre uma variação no aumento e na diminuição do fluxo magnético, de modo que cada dente gera um sinal de tensão CA completo na bobina sensora ao passar pela cabeça magnética. O rotor de sincronização N0.2 possui 24 dentes; portanto, quando o rotor gira uma volta completa (ou seja, o virabrequim gira 720°), a bobina sensora gera 24 sinais de tensão CA. Um pulso do sinal Ne em um ciclo é equivalente a 30° de rotação do virabrequim (720° ÷ 24 = 30°). Uma detecção de ângulo mais precisa é obtida dividindo-se o tempo de rotação de 30° pela ECU em 30 partes iguais, gerando assim um sinal de 1° de rotação do virabrequim. De forma semelhante, a rotação do motor é medida pela ECU com base no intervalo de tempo entre dois pulsos do sinal Ne (rotação de 60° da cambota). O sinal G é utilizado para identificar os cilindros e detectar a posição do ponto morto superior do pistão, equivalente ao sinal de 120° do sensor de posição da cambota por pulso magnético da Nissan. O sinal G é gerado por um rotor de flange (rotor de sincronização nº 1) acima do gerador Ne e suas duas bobinas de detecção simétricas (bobina de detecção G1 e bobina de detecção G2). O princípio de geração do sinal é o mesmo do sinal Ne. O sinal G também é utilizado como sinal de referência para o cálculo do ângulo da cambota.
Os sinais G1 e G2 detectam, respectivamente, o ponto morto superior (PMS) do 6º cilindro e do 1º cilindro. Devido à posição do gerador de sinais G1 e G2, quando esses sinais são gerados, o pistão não está exatamente no PMS (antes do PMS), mas sim a 10° antes do PMS.
Detecção do sensor de posição da cambota por pulso magnético
Para ilustrar seu método de detecção, tomemos como exemplo o sensor de posição da cambota por pulso magnético utilizado no sistema de controlo eletrónico do motor 2JZ-GE do sedan Crown 3.0.
Verificação da resistência do sensor de posição da cambota
Desligue a ignição, remova o conector do sensor de posição da cambota e meça os valores de resistência entre os terminais do sensor com um multímetro na função de resistência (Tabela 1). Se os valores de resistência não estiverem dentro da faixa especificada, o sensor de posição da cambota deve ser substituído.
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