曲轴传感器工作原理.

曲轴传感器工作原理

曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一, 它提供点火时刻 (点火提前角、确认曲轴位置的信号,用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同, 可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三大类。它通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内。

曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一, 它提供点火时刻 (点火提前角、确认曲轴位置的信号,用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同, 可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三大类。它通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内。

一、磁脉冲式曲轴位置传感器的检测

1、磁脉冲式曲轴位置传感器的结构和工作原理

(1日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器

该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后,如图 1所示。在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆齿盘(用以产生信号,称为信号盘 ,它和曲轴皮带轮一起装在曲轴上,随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘,沿着圆周每隔 4°有个齿。共有 90个齿,并且每隔 120°布置 1个凸缘,共 3个。安装在信号盘边沿的传感器盒是产生电信号信号发生器。信号发生器内有 3个在永久磁铁上绕有感应线圈的磁头,其中磁头②产生 120°信号,磁头①和磁头③共同产生曲轴 1°转角信号。磁头②对着信号盘的120°凸缘,磁头①和磁头③对着信号盘的齿圈,彼此相隔了曲轴转角安装。信号发生器内有信号放大和整形电路,外部有四孔连接器, 孔“1” 为 120°信号输出线,孔“2” 为信号放大与整形电路的电源线,孔“3” 为 1°信号输出线, 孔“4” 为接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器中产生的信号输送到 ECU 。

发动机转动时, 信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化, 从而在感应线圈里产生交变的电动势,经滤波整形后,即变成脉冲信号(如图 2所示。发动机旋转一圈,磁头②上产生 3个 120°脉冲信号,磁头①和③各产生 90个脉冲信号(交替

产生。由于磁头①和磁头③相隔 3°曲轴转角安装,而它们又都是每隔 4°产生一个脉冲信号,所以磁头①和磁头③所产生的脉冲信号相位差正好为 90°。将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路中合成后,即产生曲轴 1°转角的信号(如图 3所示。

产生 120°信号的磁头②安装在上止点前 70°的位置 (图 4 , 故其信号亦可称为上止点前 70°信号,即发动机在运转过程中,磁头②在各缸上止点前 70°位置均产生一个脉冲信号。 (2丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器

丰田公司 TCCS 系统用磁脉冲式曲轴位置传感器安装在分电器内,其结构如图5所示。该传感器分成上、下两部分,上部分产生 G 信号,下部分产生 Ne 信号,都是利用带有轮齿的转子旋转时, 使信号发生器感应线圈内的磁通变化, 从而在感应线圈里产生交变的感应电动势,再将它放大后,送入 ECU 。

Ne 信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号,相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器的 1°信号。该信号由固定在下半部具有等间隔 24个轮齿的转子(N0.2正时转子及固定于其对面的感应线圈产生(如图 6(a 所示。

当转子旋转时, 轮齿与感应线圈凸缘部 (磁头的空气间隙发生变化, 导致通过感应线圈的磁场发生变化而产生感应电动势。轮齿靠近及远离磁头时, 将产生一次增减磁通的变化, 所以,每一个轮齿通过磁头时,都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。 N0.2正时转子上有 24个齿,故转子旋转 1圈,即曲轴旋转 720°时,感应线圈产生 24个交流电压信号。 Ne 信号如图 6(b 所示,其一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角(720°÷24=30°。更精确的转角检测, 是利用 30°转角的时间由 ECU 再均分 30等份, 即产生 1°曲轴转角的信号。

同理,发动机的转速由 ECU 依照 Ne 信号的两个脉冲(60°曲轴转角所经过的时间为基准进行计测。

G 信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置, 相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器 120°信号。 G 信号是由位于 Ne 发生器上方的凸缘转轮(No.1正时转子及

其对面对称的两个感应线圈(G1感应线圈和 G2感应线圈产生的。其构造如图 7所示。其产生信号的原理与 Ne 信号相同。 G 信号也用作计算曲轴转角时的基准信号。

G1、 G2信号分别检测第 6缸及第 1缸的上止点。由于 G1、 G2信号发生器设置位置的关系, 当产生 G1、 G2信号时,实际上活塞并不是正好达到上止点(BTDC ,而是在上止点前 10°的位置。图 8所示为曲轴位置传感器 G1、 G2、 Ne 信号与曲轴转角的关系。

2、磁脉冲式曲轴位置传感器的检测

以皇冠 3.0轿车 2JZ-GE 型发动机电子控制系统中使用的磁脉冲式曲轴位置传感器为例说明其检测方法,曲轴位置传感器电路如图 9所示。

(1曲轴位置传感器的电阻检查

点火开关 OFF ,拔开曲轴位置传感器的导线连接器,用万用表的电阻档测量曲轴位置传感器上各端子间的电阻值(表 1 。如电阻值不在规定的范围内,必须更换曲轴位置传感器。表 1 曲轴位置传感器的电阻值

端子条件电阻值(Ω

G1-G- 冷态 125-200

热态 160-235

G2-G- 冷态 125-200

热态 160-235

Ne-G- 冷态 155-250

热态 190-290

(2曲轴位置传感器输出信号的检

拔下曲轴位置传感器的导线连接器, 当发动机转动时, 用万用表的电压档检测曲轴位置传感器上 G1-G-、 G2-G-、 Ne-G-端子间是否有脉冲电压信号输出。如没有脉冲电压信号输出, 则须更换曲轴位置传感器。

(3感应线圈与正时转子的间隙检查

用厚薄规测量正时转子与感应线圈凸出部分的空气间隙(图 10 ,其间隙应为 0.2-0.4mm 。若间隙不合要求,则须更换分电器壳体总成。

二、光电式曲轴位置传感器

1、光电式曲轴位置传感器的结构和工作

(1日产公司光电式曲轴位置传感器的结构和工作

日产公司光电式曲轴位置传感器设置在分电器内, 它由信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘组成(图 11 。信号盘安装在分电器轴上,其外围有 360条缝隙,产生1°(曲轴转角信号;外围稍靠内侧分布着 6个光孔(间隔 60° ,产生 120°信号,其中有一个较宽的光孔是产生对应第 1缸上止点的 120°信号的,如图 12所示。

信号发生器固装在分电器壳体上, 主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和电子电路组成 (图 13 。两只发光二极管分别正对着光敏二极管,发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间, 当信号盘随发动机曲轴运转时, 因信号盘上有光孔, 产生透光和遮光的交替变化, 造成信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号。图 14所示为光电式信号发生器的作用原理。

当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时, 光敏二极管感光而导通; 当发光二极管的光束

被遮挡时, 光敏二极管截止。信号发生器输出的脉冲电压信号送至电子电路放大整形后, 即向电控单元输送曲轴转角 1°信号和 120°信号。因信号发生器安装位