曲軸傳感器

霍爾式曲軸位置傳感器是利用霍爾效應(yīng)的原理，產(chǎn)生與曲軸轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的電壓脈沖信號的。它是利用觸發(fā)葉片或輪齒改變通過霍爾元件的磁場強(qiáng)度，從而使霍爾元件產(chǎn)生脈沖的霍爾電壓信號，經(jīng)放大整形后即為曲軸位置傳感器的輸出信號。

(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)動機(jī)的曲軸皮帶輪前端固裝著內(nèi)外兩個帶觸發(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個觸發(fā)葉片和18個窗口，每個觸發(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個觸發(fā)葉片和3個窗口，3個觸發(fā)葉片的寬度不同，分別為100°、90°和110°弧長，3個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)置一個霍爾信號發(fā)生器。信號輪轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時，霍爾集成電路中的磁場即被觸發(fā)葉片所旁路(或稱隔磁)，這時不產(chǎn)生霍爾電壓;當(dāng)觸發(fā)葉片離開空氣隙時，永久磁鐵2的磁通便通過導(dǎo)磁板3穿過霍爾元件這時產(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個脈沖信號(稱為18X信號)，1個脈沖周期相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)20°轉(zhuǎn)角的時間，ECU再將1個脈沖周期均分為20等份，即可求得曲軸旋轉(zhuǎn)1°所對應(yīng)的時間，并根據(jù)這一信號，控制點(diǎn)火時刻。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判別氣缸和計算點(diǎn)火時刻的基準(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)動機(jī)的飛輪上有8個槽，分成兩組，每4個槽為一組，兩組相隔180°，每組中的相鄰兩槽相隔20°。在4.OL六缸發(fā)動機(jī)的飛輪上有12個槽，4個槽為一組，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，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，傳感器輸出低電位(0.3V)。因此，每當(dāng)1個飛輪齒槽通過傳感器時，傳感器便產(chǎn)生1個高、低電位脈沖信號。當(dāng)飛輪上的每一組槽通過傳感器時，傳感器將產(chǎn)生4個脈沖信號。其中四缸發(fā)動機(jī)每1轉(zhuǎn)產(chǎn)生2組脈沖信號，六缸發(fā)動機(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)動機(jī)ECU用來確定兩缸活塞的位置，如在四缸發(fā)動機(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可知道有兩個氣缸的活塞在接近上止點(diǎn)。由于第4個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)各脈沖間通過的時間，計算出發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

霍爾式曲軸位置傳感器的檢測方法有一個共同點(diǎn)，即主要通過測量有無輸出電脈沖信號來判斷其是否良好。下面以北京切諾基的霍爾式曲軸位置傳感器為例來說明其檢測方法。

曲軸位置傳感器與ECU有三條引線相連。其中一條是ECU向傳感器加電壓的電源線，輸入傳感器的電壓為8V;另一條是傳感器的輸出信號線，當(dāng)飛輪齒槽通過傳感器時，霍爾傳感器輸出脈沖信號，高電位為5V，低電位為0.3V;第三條是通往傳感器的接地線。

(1)傳感器電源、電壓的測試

點(diǎn)火開關(guān)置于"ON"，用萬用表電壓檔測量ECU側(cè)7#端子的電壓應(yīng)為8V，在傳感器導(dǎo)線連接器"A"端子處測量電壓也應(yīng)為8V，否則為電源、線斷路或接頭接觸不良。

(2)端子間電壓的檢測

用萬用表的電壓檔，對傳感器的ABC三個端子間進(jìn)行測試，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)置于"ON"時，A-C端子間的電壓值約為8V;B-C端子間的電壓值在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動時，在0.3-5V之間變化，且數(shù)值顯示呈脈沖性變化，最高電壓5v，最低電壓0.3V。如不符合以上結(jié)果，應(yīng)更換曲軸位置傳感器。

(3)電阻檢測

點(diǎn)火開關(guān)置于"OFF"位置，拔下曲軸位置傳感器導(dǎo)線連接器，用萬用表Ω檔跨接在傳感器側(cè)的端子A-B或A-C間，此時萬用表顯示讀數(shù)為∞(開路)，如果指示有電阻，則應(yīng)更換曲軸位置傳感器。

GM(通用)公司觸發(fā)葉片式霍爾傳感器的測試方法與上述相似，只是端子為4個，上止點(diǎn)信號(內(nèi)信號輪觸發(fā))輸出端與接地端為脈沖電壓顯示。

(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(圖 11)。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個光孔(間隔60°)，產(chǎn)生120°信號，其中有一個較寬的光孔是產(chǎn)生對應(yīng)第1缸上止點(diǎn)的120°信號的，如圖 12所示。

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(圖 13)。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)動機(jī)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時，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，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，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個脈沖，每個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，120°信號發(fā)生器共產(chǎn)生6個脈沖信號。

(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)該信號計算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，并控制汽油噴射正時和點(diǎn)火正時。信號盤內(nèi)圈有一個孔，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)有兩個發(fā)光二極管和兩個光敏二極管，當(dāng)發(fā)光二極管照射到信號盤光孔中的某一孔時，光線便照射到光敏二極管上，使電路導(dǎo)通。

(1)曲軸位置傳感器的線束檢查

圖 18所示為韓國"現(xiàn)代SONATA"汽車光電式曲軸位置傳感器連接器(插頭)的端子位置。檢查時，脫開曲軸位置傳感器的導(dǎo)線連接器，把點(diǎn)火開關(guān)置于"ON"，用萬用表的電壓檔(圖 19)測量線束側(cè)4#端子與地間的電壓應(yīng)為12V，線束側(cè)2#端子和3#端子與地間電壓應(yīng)為4.8-5.2V，用萬用表的電阻檔測量線束側(cè)1#端子與地間應(yīng)為0Ω(導(dǎo)通)。

(2)光電式曲軸位置傳感器輸出信號檢測

用萬用表電壓檔接在傳感器側(cè)3#端子和1#端子上，在起動發(fā)動機(jī)時，電壓應(yīng)為0.2-1.2V。在起動發(fā)動機(jī)后的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)期間，用萬用表電壓檔檢測2#端子和1#端子電壓應(yīng)為1.8-2.5V。否則應(yīng)更換曲軸位置傳感器。

曲軸位置傳感器通常安裝在分電器內(nèi)，是控制系統(tǒng)中最重要的傳感器之一。其作用有:檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，因此又稱為轉(zhuǎn)速傳感器;檢測活塞上止點(diǎn)位置，故也稱為上止點(diǎn)傳感器，包括檢測用于控制點(diǎn)火的各缸上止點(diǎn)信號、用于控制順序噴油的第一缸上止點(diǎn)信號。

曲軸傳感器主要有三種類型:磁電感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式和光電式。

磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器和曲軸位置傳感器分上、下兩層安裝在分電器內(nèi)。傳感器由永磁感應(yīng)檢測線圈和轉(zhuǎn)子(正時轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子)組成，轉(zhuǎn)子隨分電器軸一起旋轉(zhuǎn)。正時轉(zhuǎn)子有一、二或四個齒等多種形式，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子為 24個齒。永磁感應(yīng)檢測線圈固定在分電器體上。若已知轉(zhuǎn)速傳感器信號和曲軸位置傳感器信號，以及各缸的工作順序，就可知道各缸的曲軸位置。磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器和曲軸位置傳感器的轉(zhuǎn)子信號盤也可安裝在曲軸或凸輪軸上。

霍爾效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器和曲軸位置傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)的信號發(fā)生器?；魻栃盘柊l(fā)生器安裝在分電器內(nèi)，與分火頭同軸，由封裝的霍爾芯片和永久磁鐵作成整體固定在分電器盤上。觸發(fā)葉輪上的缺口數(shù)和發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)相同。當(dāng)觸發(fā)葉輪上的葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間，霍爾觸發(fā)器的磁場被葉片旁路，這時不產(chǎn)生霍爾電壓，傳感器無輸出信號;當(dāng)觸發(fā)葉輪上的缺口部分進(jìn)入永久磁鐵和霍爾元件之間時，磁力線進(jìn)入霍爾元件，霍爾電壓升高，傳感器輸出電壓信號。

光電式曲軸位置傳感器一般裝在分電器內(nèi)，由信號發(fā)生器和帶光孔的信號盤組成。其信號盤與分電器軸一起轉(zhuǎn)動，信號盤外圈有 360條光刻縫隙，產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角 1 °的信號;稍靠內(nèi)有間隔 60 °均布的 6 個光孔，產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角 120 °的信號，其中 1 個光孔較寬，用以產(chǎn)生相對于 1 缸上止點(diǎn)的信號。信號發(fā)生器安裝在分電器殼體上，由二只發(fā)光二極管、二只光敏二極管和電路組成。發(fā)光二極管正對著光敏二極管。信號盤位于發(fā)光二極管和光敏二極管之間，由于信號盤上有光孔，則產(chǎn)生透光和遮光交替變化現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)光二極管的光束照到光敏二極管時，光敏二極管產(chǎn)生電壓;當(dāng)發(fā)光二極管光束被檔住時，光敏二極管電壓為0 。這些電壓信號經(jīng)電路部分整形放大后，即向電子控制單元輸送曲軸轉(zhuǎn)角為 1 °和 120°時的信號，電子控制單元根據(jù)這些信號計算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置。