淺析電感線圈的特性及其在汽車維修中的應(yīng)用

李家銀

摘要：因?yàn)殡姼芯€圈是一種通低頻，阻高頻的工具，所以當(dāng)電流信號(hào)處于高頻時(shí)，則很難通過(guò)電感線圈，而如果電流信號(hào)處于低頻則幾乎不會(huì)出現(xiàn)電阻值，而利用這一特性就可以對(duì)汽車電力故障中的電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，由此確認(rèn)故障情況，最后“對(duì)癥下藥”進(jìn)行維修即可。

關(guān)鍵詞：電感線圈;特性;汽車維修

引言

電磁感應(yīng)線圈是測(cè)量磁場(chǎng)變化的重要元件，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電磁無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域。電磁感應(yīng)線圈的傳遞函數(shù)決定了其對(duì)磁場(chǎng)變化的測(cè)量靈敏度及測(cè)量的頻率范圍。

1概述

電磁感應(yīng)線圈是測(cè)量磁場(chǎng)變化的重要元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于磁測(cè)量?jī)x器儀表及電磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。作為測(cè)量元件，感應(yīng)線圈的傳遞函數(shù)決定了其對(duì)磁場(chǎng)變化的測(cè)量靈敏度及測(cè)量頻率范圍。感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)和線圈繞制形式等均直接影響感應(yīng)線圈的傳遞函數(shù)。當(dāng)前，進(jìn)行電磁感應(yīng)線圈設(shè)計(jì)時(shí)，常采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)其諧振特性進(jìn)行近似估計(jì)，或直接采用專門阻抗測(cè)試儀器對(duì)其幅(相)頻曲線進(jìn)行測(cè)量標(biāo)定。

2電磁線圈特性

2.1電生磁實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先將指南針?lè)胖迷诜€(wěn)定區(qū)域，待指南針?lè)€(wěn)定后順指針?lè)较虬卜艑?dǎo)線，使兩者形成平行狀態(tài)(導(dǎo)線位于指針上方)，其次將導(dǎo)線兩端與一節(jié)干電池的正負(fù)極連接使導(dǎo)線通電，這時(shí)指南針會(huì)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。最后再次使用一節(jié)干電池與導(dǎo)線連接的干電池串聯(lián)，這時(shí)可使指南針偏轉(zhuǎn)角度增大。這一條件下可知，在干電池電流經(jīng)過(guò)直導(dǎo)線時(shí)導(dǎo)線周邊會(huì)產(chǎn)生環(huán)形磁場(chǎng)，且根據(jù)增加干電池使指南針偏轉(zhuǎn)角度增大的現(xiàn)象可知，電流的大小是決定環(huán)形磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。此外，根據(jù)安培定則可知環(huán)形磁場(chǎng)的環(huán)繞方向。

2.2自感/互感實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中首先連接電路，隨后關(guān)閉電路開關(guān)可見，電路中的電流的電壓、電阻瞬間從0A達(dá)到最大值，這一過(guò)程代表了在閉合瞬間電流開始流動(dòng)，而線圈周邊就出現(xiàn)了磁場(chǎng)，這即為自感特性。其次在線圈作用下會(huì)對(duì)已生成的磁場(chǎng)進(jìn)行切割，這一條件下會(huì)生成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電壓與電源之間存在反向關(guān)系，導(dǎo)致電流注入受阻，會(huì)起到抑制線圈內(nèi)通電流大小的作用，這種表現(xiàn)代表了電流與線圈的相互作用關(guān)系，即為互感特性。由此可知，在自感作用下電流會(huì)發(fā)生不斷的變化，因此當(dāng)不斷變化的電流進(jìn)入線圈之后會(huì)形成磁場(chǎng)，且使磁場(chǎng)不斷發(fā)生變化，而沒(méi)當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生變化就會(huì)引起線圈阻抗發(fā)生變化。同時(shí)，因?yàn)榫€圈內(nèi)不斷變化的自感應(yīng)電壓會(huì)決定阻抗的大小，所以電感線圈具有始終推遲電流變化的特性。

3電感線圈在汽車維修中的應(yīng)用

3.1電磁式曲軸位置傳感器

電磁式曲軸位置傳感器由一個(gè)永久磁體和一個(gè)帶有鐵芯的線圈構(gòu)成，在傳感器和飛輪上的齒圈之間只有一個(gè)很小的間隙。經(jīng)過(guò)線圈的磁通量取決于傳感器對(duì)面是輪齒還是間隙，輪齒能將散亂的磁感應(yīng)線集中起來(lái)，而間隙則會(huì)削弱磁感應(yīng)線密度，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就能使線圈周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而使線圈產(chǎn)生交流感應(yīng)電壓。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，線圈周圍的磁場(chǎng)變化速度越快，線圈的感應(yīng)電壓越大（峰值最高可達(dá)±50V）。由于該傳感器產(chǎn)生的是一個(gè)快速波動(dòng)的交流電壓信號(hào)，并且幅值很高，可能會(huì)對(duì)車輛上其他電氣部件造成干擾，因此在傳感器信號(hào)線上包裹了一層屏蔽線。用示波器的2個(gè)通道分別測(cè)量電磁式曲軸位置傳感器2根信號(hào)線上的電壓，可知2根信號(hào)線上的交流電壓呈鏡像波形，其中一個(gè)信號(hào)為主要信號(hào)，另一個(gè)為次要信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元計(jì)算兩者的差分電壓信號(hào)。利用示波器數(shù)學(xué)通道（A-B），可以計(jì)算這個(gè)差分電壓信號(hào)，或者用示波器的1個(gè)通道直接測(cè)量2根信號(hào)線上的電壓。測(cè)量時(shí)要查看維修手冊(cè)，分清主要信號(hào)線和次要信號(hào)線。每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)量是衡量飛輪轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)，通常使用60齒距的靶輪，缺少2個(gè)輪齒的部位定為基準(zhǔn)標(biāo)記，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元可以根據(jù)已知的齒距確定曲軸的當(dāng)前位置。

3.2進(jìn)氣歧管噴射系統(tǒng)的噴油器

進(jìn)氣歧管噴射系統(tǒng)的噴油器通過(guò)燃油供給管路獲得燃油，針閥可封住噴射口，從而防止燃油泄漏。針閥通過(guò)彈簧保持在關(guān)閉位置，需要噴射燃油時(shí)，給磁鐵繞組通電，此時(shí)產(chǎn)生吸引磁鐵電樞的磁場(chǎng)，使針閥打開，開始噴射燃油；需要停止噴射燃油時(shí)，切斷磁鐵繞組電流，此時(shí)磁場(chǎng)消失，彈簧將針閥壓回針閥座內(nèi)封住噴射口，停止噴射燃油。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)搭鐵信號(hào)控制噴油器打開，噴射時(shí)間的長(zhǎng)短被稱為噴油脈寬，單位為ms。在噴射壓力一定的情況下，噴油脈寬越大，噴油量越多。噴油器電壓和電流波形其基本含義與線圈自感實(shí)驗(yàn)中的解釋一致，此處不再贅述。值得一提的是，電流波形上升斜坡的凸起位置（圖11中A處），代表噴油器針閥提起的時(shí)刻，在此之前的電磁力還不足以抬升針閥，這段時(shí)間約為1ms；電壓波形下降斜坡的凸起位置，代表針閥落座的時(shí)刻，由此可知噴油器實(shí)際開啟的時(shí)間約為3.5ms。

3.3缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的噴油器

這里所指的缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的噴油器是電磁閥式的，它的結(jié)構(gòu)與進(jìn)氣歧管噴射系統(tǒng)的噴油器相近，但控制原理有很大區(qū)別。（1）在A階段之前，噴油器電磁閥未接收到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)電壓和電流均為斷路狀態(tài)。（2）A階段為噴油器電磁閥開啟階段，為提高電磁閥開啟速度，采用65V電壓驅(qū)動(dòng)。A階段的峰值電壓不能保持恒定，而是有所降低，這是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)部升壓電路的電容電壓隨著放電逐漸降低所致。A階段的驅(qū)動(dòng)電流最高約為9.6A，由于線圈存在感抗，電流只能斜著爬升。（3）B階段為延遲段，其目的是讓A階段的峰值電流下降至與C階段的保持電流相等，為此發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元依次控制電磁閥斷電→12V供電→加反向電壓→再次斷電，直至電流下降至理想幅度。（4）C階段為保持段，這是噴油器工作的主要階段，針閥被吸引至打開位置后，采用較低電壓和較小電流即可保證針閥的可靠開啟。此時(shí)供電電壓為蓄電池電壓，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元供電端快速接通、斷開，利用線圈的感抗將電流保持在約2.8A。這是占空比控制方式，占空比越大保持電流越大，占空比越小保持電流越小。（5）D階段為結(jié)束段，此時(shí)噴油驅(qū)動(dòng)信號(hào)結(jié)束，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元用一個(gè)反向電壓讓針閥迅速落座，電壓的幅值約為65V，與峰值電壓相當(dāng)。注意，這個(gè)65V電壓不是線圈斷電瞬間的感應(yīng)電壓，由于電磁鐵通電后被磁化，斷電瞬間由于感抗作用，磁性不會(huì)立刻消失，造成噴油器斷油不利索，為了消除這個(gè)影響，噴油器驅(qū)動(dòng)電路在設(shè)計(jì)時(shí)特意加了反向電壓，讓閥針快速落座。

結(jié)語(yǔ)

綜上，電磁線圈在本質(zhì)上是一種生成電磁場(chǎng)，再對(duì)目標(biāo)進(jìn)行電磁感應(yīng)的一種器具，電感線圈作為電路中的基本元件，在汽車中應(yīng)用得非常廣泛，例如電磁閥、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火線圈等，正確理解電感線圈的工作特性，就為掌握這些部件的工作原理打下了良好的基礎(chǔ)。根據(jù)其感應(yīng)結(jié)果可知目標(biāo)電磁狀態(tài)，由此來(lái)推斷具體問(wèn)題，相應(yīng)在汽車維修當(dāng)中其主要起到電力故障檢測(cè)作用。對(duì)此，本文主要闡述了兩種電磁線圈在汽車維修中的應(yīng)用方法，闡述了其故障檢測(cè)步驟與原理，以供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］趙修科．實(shí)用電源技術(shù)手冊(cè)，磁性元器件分冊(cè)[M]．沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002：32-40．

［2］王順田，王立志．淺析電磁探傷在汽車維修領(lǐng)域的應(yīng)用［J］．好家長(zhǎng)，2015(15):222．

［3］孫紅霞．淺談電感線圈在家用電器中的應(yīng)用［J］．電子世界，2014(3):70．