汽車上的曲軸傳感器的作用及檢測
發(fā)布時(shí)間：2016/4/22 15:30:27
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曲軸位置傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中最主要的傳感器之一,，它提供點(diǎn)火時(shí)刻（點(diǎn)火提前角）,、確認(rèn)曲軸位置的信號,，用于檢測活塞上止點(diǎn),、曲軸轉(zhuǎn)角及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。曲軸位置傳感器所采用的結(jié)構(gòu)隨車型不同而不同,，可分為磁脈沖式,、光電式和霍爾式三大類。 磁脈沖式曲軸傳感器 磁脈沖式曲軸位置傳感器的檢測磁脈沖式曲軸位置傳感器...
曲軸位置傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中最主要的傳感器之一,，它提供點(diǎn)火時(shí)刻（點(diǎn)火提前角）,、確認(rèn)曲軸位置的信號，用于檢測活塞上止點(diǎn),、曲軸轉(zhuǎn)角及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,。曲軸位置傳感器所采用的結(jié)構(gòu)隨車型不同而不同，可分為磁脈沖式,、光電式和霍爾式三大類,。
磁脈沖式曲軸傳感器
磁脈沖式曲軸位置傳感器的檢測磁脈沖式曲軸位置傳感器工作原理
（1）日產(chǎn)公司磁脈沖式曲軸位置傳感器
該曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端的皮帶輪之后，如圖 1所示,。在皮帶輪后端設(shè)置一個(gè)帶有細(xì)齒的薄圓齒盤（用以產(chǎn)生信號,，稱為信號盤），它和曲軸皮帶輪一起裝在曲軸上,，隨曲軸一起旋轉(zhuǎn),。在信號盤的外緣，沿著圓周每隔4°有個(gè)齒,。共有90個(gè)齒,，并且每隔120°布置1個(gè)凸緣，共3個(gè),。安裝在信號盤邊沿的傳感器盒是產(chǎn)生電信號信號發(fā)生器,。信號發(fā)生器內(nèi)有3個(gè)在永久磁鐵上繞有感應(yīng)線圈的磁頭，其中磁頭②產(chǎn)生120°信號，磁頭①和磁頭③共同產(chǎn)生曲軸1°轉(zhuǎn)角信號,。磁頭②對著信號盤的120°凸緣,，磁頭①和磁頭③對著信號盤的齒圈，彼此相隔了曲軸轉(zhuǎn)角安裝,。信號發(fā)生器內(nèi)有信號放大和整形電路,，外部有四孔連接器，孔“1”為120°信號輸出線,，孔“2”為信號放大與整形電路的電源線,，孔“3”為1°信號輸出線，孔“4”為接地線,。通過該連接器將曲軸位置傳感器中產(chǎn)生的信號輸送到ECU,。
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號盤的齒和凸緣引起通過感應(yīng)線圈的磁場發(fā)生變化,，從而在感應(yīng)線圈里產(chǎn)生交變的電動(dòng)勢,，經(jīng)濾波整形后，即變成脈沖信號（如圖 2所示）,。發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈,，磁頭②上產(chǎn)生3個(gè)120°脈沖信號，磁頭①和③各產(chǎn)生90個(gè)脈沖信號（交替產(chǎn)生）,。由于磁頭①和磁頭③相隔3°曲軸轉(zhuǎn)角安裝,，而它們又都是每隔4°產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，所以磁頭①和磁頭③所產(chǎn)生的脈沖信號相位差正好為90°,。將這兩個(gè)脈沖信號送入信號放大與整形電路中合成后,，即產(chǎn)生曲軸1°轉(zhuǎn)角的信號（如圖 3所示）。
產(chǎn)生120°信號的磁頭②安裝在上止點(diǎn)前70°的位置（圖 4）,，故其信號亦可稱為上止點(diǎn)前70°信號,，即發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，磁頭②在各缸上止點(diǎn)前70°位置均產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號,。
（2）豐田公司磁脈沖式曲軸位置傳感器
豐田公司TCCS系統(tǒng)用磁脈沖式曲軸位置傳感器安裝在分電器內(nèi),，其結(jié)構(gòu)如圖 5所示。該傳感器分成上,、下兩部分,，上部分產(chǎn)生G信號，下部分產(chǎn)生Ne信號,，都是利用帶有輪齒的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),，使信號發(fā)生器感應(yīng)線圈內(nèi)的磁通變化，從而在感應(yīng)線圈里產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢,，再將它放大后,，送入ECU,。
Ne信號是檢測曲軸轉(zhuǎn)角及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號，相當(dāng)于日產(chǎn)公司磁脈沖式曲軸位置傳感器的1°信號,。該信號由固定在下半部具有等間隔24個(gè)輪齒的轉(zhuǎn)子（N0.2正時(shí)轉(zhuǎn)子）及固定于其對面的感應(yīng)線圈產(chǎn)生（如圖 6（a）所示）,。
當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒與感應(yīng)線圈凸緣部（磁頭）的空氣間隙發(fā)生變化,，導(dǎo)致通過感應(yīng)線圈的磁場發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,。輪齒靠近及遠(yuǎn)離磁頭時(shí)，將產(chǎn)生一次增減磁通的變化,，所以，每一個(gè)輪齒通過磁頭時(shí),，都將在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生一個(gè)完整的交流電壓信號,。N0.2正時(shí)轉(zhuǎn)子上有24個(gè)齒，故轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1圈,，即曲軸旋轉(zhuǎn)720°時(shí),，感應(yīng)線圈產(chǎn)生24個(gè)交流電壓信號。Ne信號如圖 6（b）所示,，其一個(gè)周期的脈沖相當(dāng)于30°曲軸轉(zhuǎn)角（720°÷24=30°）,。更精確的轉(zhuǎn)角檢測，是利用30°轉(zhuǎn)角的時(shí)間由ECU再均分30等份,，即產(chǎn)生1°曲軸轉(zhuǎn)角的信號,。同理，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由ECU依照Ne信號的兩個(gè)脈沖（60°曲軸轉(zhuǎn)角）所經(jīng)過的時(shí)間為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)測,。
G信號用于判別氣缸及檢測活塞上止點(diǎn)位置,，相當(dāng)于日產(chǎn)公司磁脈沖式曲軸位置傳感器120°信號。 G信號是由位于Ne發(fā)生器上方的凸緣轉(zhuǎn)輪（No.1正時(shí)轉(zhuǎn)子）及其對面對稱的兩個(gè)感應(yīng)線圈（G1感應(yīng)線圈和G2感應(yīng)線圈）產(chǎn)生的,。其構(gòu)造如圖 7所示,。其產(chǎn)生信號的原理與Ne信號相同。G信號也用作計(jì)算曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)的基準(zhǔn)信號,。
G1,、G2信號分別檢測第6缸及第1缸的上止點(diǎn)。由于G1,、G2信號發(fā)生器設(shè)置位置的關(guān)系,，當(dāng)產(chǎn)生G1、G2信號時(shí),，實(shí)際上活塞并不是正好達(dá)到上止點(diǎn)（BTDC）,，而是在上止點(diǎn)前10°的位置。圖 8所示為曲軸位置傳感器G1,、G2,、Ne信號與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系。
磁脈沖式曲軸位置傳感器的檢測
以皇冠3.0轎車2JZ-GE型發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中使用的磁脈沖式曲軸位置傳感器為例說明其檢測方法，曲軸位置傳感器電路如圖 9所示,。
（1）曲軸位置傳感器的電阻檢查
點(diǎn)火開關(guān)OFF,，拔開曲軸位置傳感器的導(dǎo)線連接器，用萬用表的電阻檔測量曲軸位置傳感器上各端子間的電阻值（表 1）,。如電阻值不在規(guī)定的范圍內(nèi),，必須更換曲軸位置傳感器。
光電式曲軸位置傳感器
（1）日產(chǎn)公司光電式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)和工作
日產(chǎn)公司光電式曲軸位置傳感器設(shè)置在分電器內(nèi),，它由信號發(fā)生器和帶縫隙和光孔的信號盤組成）,。信號盤安裝在分電器軸上，其外圍有360條縫隙,，產(chǎn)生1°（曲軸轉(zhuǎn)角）信號,；外圍稍靠內(nèi)側(cè)分布著6個(gè)光孔（間隔60°），產(chǎn)生120°信號,，其中有一個(gè)較寬的光孔是產(chǎn)生對應(yīng)第1缸上止點(diǎn)的120°信號的,，
信號發(fā)生器固裝在分電器殼體上，主要由兩只發(fā)光二極管,、兩只光敏二極管和電子電路組成,。兩只發(fā)光二極管分別正對著光敏二極管，發(fā)光二極管以光敏二極管為照射目標(biāo),。信號盤位于發(fā)光二極管和光敏二極管之間,，當(dāng)信號盤隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因信號盤上有光孔,，產(chǎn)生透光和遮光的交替變化,，造成信號發(fā)生器輸出表征曲軸位置和轉(zhuǎn)角的脈沖信號。圖 14所示為光電式信號發(fā)生器的作用原理,。
當(dāng)發(fā)光二極管的光束照射到光敏二極管上時(shí),，光敏二極管感光而導(dǎo)通；當(dāng)發(fā)光二極管的光束被遮擋時(shí),，光敏二極管截止,。信號發(fā)生器輸出的脈沖電壓信號送至電子電路放大整形后，即向電控單元輸送曲軸轉(zhuǎn)角1°信號和120°信號,。因信號發(fā)生器安裝位置的關(guān)系,，120°信號在活塞上止點(diǎn)前70°輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)2圈,，分電器軸轉(zhuǎn)1圈,，則1°信號發(fā)生器輸出360個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖周期高電位對應(yīng)1°,，低電位亦對應(yīng)1°,，共表征曲軸轉(zhuǎn)角720°,。與此同時(shí)，120°信號發(fā)生器共產(chǎn)生6個(gè)脈沖信號,。
（2）“現(xiàn)代SONATA”汽車用光電式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)和工作
“現(xiàn)代SONATA”,，汽車光電式曲軸位置傳感器的工作原理與日產(chǎn)公司光電式曲軸位置傳感器相似，其信號盤的結(jié)構(gòu)稍有不同,，如圖 15所示,。 對于帶有分電器的汽車，傳感器總成裝于分電器殼內(nèi),；對于無分電器的汽車,，傳感器總成安裝在凸輪軸左端部（從車前向后看）。信號盤外圈有4個(gè)孔,，用來感測曲軸轉(zhuǎn)角并將其轉(zhuǎn)化為電壓脈沖信號,，電控單元根據(jù)該信號計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并控制汽油噴射正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí),。信號盤內(nèi)圈有一個(gè)孔，用來感測第1缸壓縮上止點(diǎn)（在有些SONATA車上,，設(shè)有兩孔,，用來感測第1、4缸的壓縮上止點(diǎn),，目的是為了提高精度）,，并將它轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號輸入電控單元，電控單元根據(jù)此信號計(jì)算出汽油噴射順序,。其輸出特性如圖 16所示,。
曲軸位置傳感器的線路連接如圖 17所示。其內(nèi)設(shè)有兩個(gè)發(fā)光二極管和兩個(gè)光敏二極管,，當(dāng)發(fā)光二極管照射到信號盤光孔中的某一孔時(shí),，光線便照射到光敏二極管上，使電路導(dǎo)通,。
霍爾式曲軸位置傳感器的檢測
霍爾式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)和工作
（1）采用觸發(fā)葉片的霍爾式曲軸位置傳感器
美國GM公司的霍爾式曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端,，采用觸發(fā)葉片的結(jié)構(gòu)型式,。在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸皮帶輪前端固裝著內(nèi)外兩個(gè)帶觸發(fā)葉片的信號輪，與曲軸一起旋轉(zhuǎn),。外信號輪外緣上均勻分布著18個(gè)觸發(fā)葉片和18個(gè)窗口,，每個(gè)觸發(fā)葉片和窗口的寬度為10°弧長,；內(nèi)信號輪外緣上設(shè)有3個(gè)觸發(fā)葉片和3個(gè)窗口，3個(gè)觸發(fā)葉片的寬度不同,，分別為100°,、90°和110°弧長，3個(gè)窗口的寬度亦不相同,，分別為20°,、30°和10°弧長。由于內(nèi)信號輪的安裝位置關(guān)系,，寬度為100°弧長的觸發(fā)葉片前沿位于第1缸和第4缸上止點(diǎn)（TDC）前75°,，90°弧長的觸發(fā)葉片前沿在第6缸和第3缸上止點(diǎn)前75°，110°弧長的觸發(fā)葉片前沿在第5缸和第2缸上止點(diǎn)前75°,。
霍爾信號發(fā)生器由永久磁鐵,、導(dǎo)磁板和霍爾集成電路等組成。內(nèi)外信號輪側(cè)面各設(shè)置一個(gè)霍爾信號發(fā)生器,。信號輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，每當(dāng)葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時(shí)，霍爾集成電路中的磁場即被觸發(fā)葉片所旁路（或稱隔磁）,，這時(shí)不產(chǎn)生霍爾電壓,；當(dāng)觸發(fā)葉片離開空氣隙時(shí)，永久磁鐵2的磁通便通過導(dǎo)磁板3穿過霍爾元件這時(shí)產(chǎn)生霍爾電壓,。將霍爾元件間歇產(chǎn)生的霍爾電壓信號經(jīng)霍爾集成電路放大整形后,，即向ECU輸送電壓脈沖信號,外信號輪每旋轉(zhuǎn)1周產(chǎn)生18個(gè)脈沖信號（稱為18X信號），1個(gè)脈沖周期相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)20°轉(zhuǎn)角的時(shí)間,，ECU再將1個(gè)脈沖周期均分為20等份,，即可求得曲軸旋轉(zhuǎn)1°所對應(yīng)的時(shí)間，并根據(jù)這一信號,，控制點(diǎn)火時(shí)刻,。該信號的功用相當(dāng)于光電式曲軸位置傳感器產(chǎn)生1°信號的功能。內(nèi)信號輪每旋轉(zhuǎn)1周產(chǎn)生3個(gè)不同寬度的電壓脈沖信號（稱為3X信號）,，脈沖周期均為120°曲軸轉(zhuǎn)角的時(shí)間,，脈沖上升沿分別產(chǎn)生于第1、4缸,、第3,、6缸和第2、5缸上止點(diǎn)前75°作為ECU判別氣缸和計(jì)算點(diǎn)火時(shí)刻的基準(zhǔn)信號,，此信號相當(dāng)于前述光電式曲軸位置傳感器產(chǎn)生的120°信號,。
（2）采用觸發(fā)輪齒的霍爾式曲軸位置傳感器
克萊斯勒公司的霍爾式曲軸位置傳感器安裝在飛輪殼上，采用觸發(fā)輪齒的結(jié)構(gòu),。同時(shí)在分電器內(nèi)設(shè)置同步信號發(fā)生器,，用以協(xié)助曲軸位置傳感器判別缸號,。北京切諾基車的霍爾式曲軸位置傳感器，在2.5L四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上有8個(gè)槽,，分成兩組,，每4個(gè)槽為一組，兩組相隔180°,，每組中的相鄰兩槽相隔20°,。在4.OL六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上有12個(gè)槽，4個(gè)槽為一組,，分成三組,，每組相隔120°，相鄰兩槽也間隔20°,。
當(dāng)飛輪齒槽通過傳感器的信號發(fā)生器時(shí),，霍爾傳感器輸出高電位（5V）；當(dāng)飛輪齒槽間的金屬與傳感器成一直線時(shí),，傳感器輸出低電位（0.3V）,。因此，每當(dāng)1個(gè)飛輪齒槽通過傳感器時(shí),，傳感器便產(chǎn)生1個(gè)高,、低電位脈沖信號。當(dāng)飛輪上的每一組槽通過傳感器時(shí),，傳感器將產(chǎn)生4個(gè)脈沖信號。其中四缸發(fā)動(dòng)機(jī)每1轉(zhuǎn)產(chǎn)生2組脈沖信號,，六缸發(fā)動(dòng)機(jī)每1轉(zhuǎn)產(chǎn)生3組脈沖信號,。傳感器提供的每組信號，可被發(fā)動(dòng)機(jī)ECU用來確定兩缸活塞的位置,，如在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)上,，利用一組信號，可知活塞1和活塞4接近上止點(diǎn),；利用另一組信號,，可知活塞2和活塞3接近上止點(diǎn)。故利用曲軸位置傳感器,，ECU可知道有兩個(gè)氣缸的活塞在接近上止點(diǎn),。由于第4個(gè)槽的脈沖下降沿對應(yīng)活塞上止點(diǎn)（TDC）前4°，故ECU根據(jù)脈沖情況很容易確定活塞上止點(diǎn)前的運(yùn)行位置,。另外,，ECU還可以根據(jù)各脈沖間通過的時(shí)間，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,。
最后編輯：小熊司令
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