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曲轴位置传感器
曲轴位置传感器是电喷发动机特别是集中控制系统中最重要的传感器,也是点火系统和燃油喷射系统共用的传感器。其功能是检测发动机曲轴转角和活塞上止点,并将检测信号及时送至发动机电脑,用以控制点火时刻(点火提前角)和喷油正时。同时,曲轴位置传感器亦是测量发动机转速的信号源。因此,曲轴位置传感器又称发动机转速与曲轴位置传感器,或称曲轴位置/判缸/转速传感器。

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曲轴位置传感器的作用
曲轴位置传感器的作用就是确定曲轴的位置,也就是我们常说的曲轴的转角。曲轴位置传感器还检测发动机转速,因此又称为转速传感器;检测活塞上止点位置,故也称为上止点传感器,包括检测用于控制点火的各缸上止点信号、用于控制顺序喷油的第一缸上止点信号。它通常要配合凸轮轴位置传感器一起来工作——确定基本点火时刻。

曲轴位置传感器的结构与原理
曲轴位置传感器有多种形式,随车型的不同而异。就其安装部位而言,有曲轴前端(日产磁脉冲式、通用霍尔式)、凸轮轴前端(桑塔纳2000AJR发动机霍尔式)、飞轮上或分电器内(丰田TCCS系统磁冲式、日产公司光电式)。其结构形式也不完全一样。按传感器产生信号的原理,可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三类,可集中安装,也可分置安装。


曲轴传感器的主要类型
曲轴传感器主要有三种类型:磁电感应式、霍尔效应式和光电式。

磁电感应式曲轴位置传感器:
磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器分上、下两层安装在分电器内。传感器由永磁感应检测线圈和转子(正时转子和转速转子)组成,转子随分电器轴一起旋转。正时转子有一、二或四个齿等多种形式,转速转子为 24个齿。
永磁感应检测线圈固定在分电器体上。若已知转速传感器信号和曲轴位置传感器信号,以及各缸的工作顺序,就可知道各缸的曲轴位置。磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器的转子信号盘也可安装在曲轴或凸轮轴上。

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磁脉冲式曲轴位置传感器的结构与原理
磁脉冲式曲轴位置传感器应用最广泛,如日产、丰田TCCS系统和韩国大宇轿车等。下面以日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器为例,分析其结构和工作原理。
日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器安装在曲轴前端的带轮之后(丰田安装于分电器之内)。
在带轮后端设置一个带有细齿的薄圆盘,是用以产生信号的,常称信号盘。信号盘和曲轴带轮一起装在曲轴上,随曲轴一起旋转。
在信号的外缘,沿圆周每隔4°加工一个齿,共有90个齿。此外,每隔120°布置一个凸缘,共3个。
安装在信号盘边缘的传感器盒是产生电信号的信号发生器,信号发生器内有3个永久磁铁,上面绕有线圈磁头。其中磁头2产生120°信号(G信号),用于辨别气缸及检测活塞上止点位置;磁头1和3共同产生1°信号(Ne信号),用以检测曲轴转角及发动机转速信号。
发动机转动时,信号盘的齿和凸缘切割磁头,使其感应线圈内磁场变化,从而在感应线圈里产生交变的电动势,再将其滤波整形后,变成脉冲信号,如图1所示。

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发动机旋转一圈,在磁头2上产生三个120°脉冲信号;在磁头1和3上各产生相位差90°的90个脉冲信号,经信号合成后向电脑输送180个脉冲1°的信号。传感器盒上有四孔电连接器,孔1为120°信号输出线,孔2为信号放大与整形电路和电源线,孔3为1°信号输出线,孔4是接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器的感应信号送至电脑。电脑根据120°信号判别何缸何时处于活塞上止点位置,以确定喷油正时和点火正时;根据1°信号感知曲轴的转角和发动机转速,以确定每次循环符合最佳空燃比的喷油量。

霍尔效应式曲轴位置传感器:
霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发生器。霍尔信号发生器安装在分电器内,与分火头同轴,由封装的霍尔芯片和永久磁铁作成整体固定在分电器盘上。触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同。
当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间,霍尔触发器的磁场被叶片旁路,这时不产生霍尔电压,传感器无输出信号;当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时,磁力线进入霍尔元件,霍尔电压升高,传感器输出电压信号。

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霍尔效应式曲轴位置传感器结构与原理
霍尔效应式曲轴位置传感器是根据霍尔效应原理制成的,它装在分电器内,由触发叶轮和信号触发开关等组成。霍尔效应式曲轴位置传感器仅此是不够的,还需一个同步信号传感器(同步信号发生器)来判定霍尔效应式曲轴位置传感器信号,所表明的是哪两个气缸的活塞在接近上止点,而且接近什么行程的上止点,即判定出一个气缸活塞所处的位置,为燃油喷射提供依据。

如北京切诺基霍尔效应式曲轴位置传感器装在变速器喇叭形壳体(飞轮壳体)上,桑塔纳2000GSI轿车(时代超人、俊杰)装在曲轴下端的圆盘上。而北京切诺基汽车发动机的同步信号传感器为霍尔效应式,装于分电器内部,桑塔纳2000GSI(时代超人、俊杰)轿车装于曲轴后端的圆盘上,为磁感应式。北京切诺基吉普车同步信号传感器虽然装于分电器内部,但其信号是控制燃油喷射系统所必需的,与点火系统没有关系,此信号丢失,燃油喷射系统无法工作,发动机就不能工作,但点火系统却仍能工作。


光电式曲轴位置传感器:
光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内,由信号发生器和带光孔的信号盘组成。其信号盘与分电器轴一起转动,信号盘外圈有 360条光刻缝隙,产生曲轴转角 1 °的信号;稍靠内有间隔 60 °均布的 6 个光孔,产生曲轴转角 120 °的信号,其中 1 个光孔较宽,用以产生相对于 1 缸上止点的信号。
信号发生器安装在分电器壳体上,由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。发光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间,由于信号盘上有光孔,则产生透光和遮光交替变化现象。
当发光二极管的光束照到光敏二极管时,光敏二极管产生电压;当发光二极管光束被档住时,光敏二极管电压为0 。
这些电压信号经电路部分整形放大后,即向电子控制单元输送曲轴转角为 1 °和 120°时的信号,电子控制单元根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置。

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光电式曲轴位置传感器的结构与原理
安装光电式曲轴位置传感器的轿车有:日产公爵(安装于分电器内)、日产蓝鸟(安装在排气凸轮轴前端)、日产地平线、日本三菱(安装在进气凸轮上)、韩国现代(安装在分电器内部)等轿车。

光电式曲轴位置传感器由信号发生器和带光孔的信号盘组成。信号发生器固定安装在固定底座板上,主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和整形(控制)电路组成。两只发光二极管分别对着相应的两只光敏二极管,发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘固定在凸轮轴(或分电器轴)上,与凸轮轴(分电器轴)一起转动。信号盘边缘分别刻有360条缝隙(光孔),用来产生1°信号(2°曲轴转角信号);在遮光盘边缘稍靠内侧分布着6个间隔60°的光孔(六缸发动机)或90°的光孔(四缸发动机),用来产生曲轴位置信号(120°信号六缸或180°信号四缸),其中较宽的光孔是用来判断第一缸活塞上止点位置的,如图2所示。

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信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间。当信号盘随凸轮轴(或分电器轴)转动时,因信号盘上有光孔而产生透光与遮光的交替变化,使两只光敏二极管交替产生与消除电动势,从而产生脉冲电压信号。凸轮轴每转一周(分电器轴转半周),由360个光孔所控制的电路将输出360个脉冲信号,每个脉冲信号对应于凸轮轴1°转角(曲轴2°转角),此信号作为向电脑输入的转速和转角信号(Ne信号)。由光孔(缝隙)较宽的一缸上止点位置标记和60°(六缸)或90°(四缸)间隔光孔,将向电脑输入一缸上止点位置信号和缸序判别信号(G信号),相当于磁脉冲曲轴位置传感器120°信号。


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