AB羅克韋爾凸輪軸位置傳感器

     AB羅克韋爾凸輪軸位置傳感器是一種傳感裝置，也叫同步信號傳感器，它是一個氣缸判別定位裝置，向ECU輸入凸輪軸位置信號，是點火控制的主控信號。

     AB羅克韋爾凸輪軸位置傳感器分2大類：光電式、磁感應(yīng)式，下面我們來看看他們的工作原理。

光電式

結(jié)構(gòu)特點

凸輪軸位置傳感器日產(chǎn)公司生產(chǎn)的光電式曲軸與凸輪軸位置傳感器是由分電器改進而成的，主要由信號盤(即信號轉(zhuǎn)子)、信號發(fā)生器、配電器、傳感器殼體和線束插頭等組成。

信號盤是傳感器的信號轉(zhuǎn)子，壓裝在傳感器軸上，如圖2-22所示。在靠近信號盤的邊緣位置制作有均勻間隔弧度的內(nèi)、外兩圈透光孔。其中，外圈制作有360個透光孔(縫隙)，間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，用于產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速信號；內(nèi)圈制作有6個透光孔(長方形孑L)，間隔弧度為60。，用于產(chǎn)生各個氣缸的上止點信號，其中有一個長方形的寬邊稍長，用于產(chǎn)生氣缸1的上止點信號。

     信號發(fā)生器固定在傳感器殼體上，它由Ne信號(轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號)發(fā)生器、G信號(上止點信號)發(fā)生器以及信號處理電路組成。Ne信號與G信號發(fā)生器均由一個發(fā)光二極管(LED)和一個光敏晶體管(或光敏二極管)組成，兩個LED分別正對著兩個光敏晶體管。

工作原理

     光電式傳感器的工作原理如圖2-22所示。信號盤安裝在發(fā)光二極管(LED)與光敏晶體管(或光敏二極管)之間。當(dāng)信號盤上的透光孔旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時，LED發(fā)出的光線就會照射到光敏晶體管上，此時光敏晶體管導(dǎo)通，其集電極輸出低電平(0．1～O．3V)；當(dāng)信號盤上的遮光部分旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時，LED發(fā)出的光線就不能照射到光敏晶體管上，此時光敏晶體管截止，其集電極輸出高電平(4．8～5．2V)。

     如果信號盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)，透光孔和遮光部分就會交替地轉(zhuǎn)過LED而透光或遮光，光敏晶體管集電極就會交替地輸出高電平和低電平。當(dāng)傳感器軸隨曲軸和配氣凸輪軸轉(zhuǎn)動時，信號盤上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏晶體管之間轉(zhuǎn)過，LED發(fā)出的光線受信號盤透光和遮光作用就會交替照射到信號發(fā)生器的光敏晶體管上，信號傳感器中就會產(chǎn)生與曲軸位置和凸輪軸位置對應(yīng)的脈沖信號。

     由于曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，傳感器軸帶動信號盤旋轉(zhuǎn)一圈，因此，G信號傳感器將產(chǎn)生6個脈沖信號。Ne信號傳感器將產(chǎn)生360個脈沖信號。因為G信號透光孔間隔弧度為60。，曲軸每旋轉(zhuǎn)120。就產(chǎn)生一個脈沖信號，所以通常G信號稱為120。信號。設(shè)計安裝保證120。信號在上止點前70。(BTDC70。)時產(chǎn)生，且長方形寬邊稍長的透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)于發(fā)動機氣缸1上止點前70。，以便ECU控制噴油提前角與點火提前角。因為Ne信號透光孔間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，所以在每一個脈沖周期中，高、低電平各占1。曲軸轉(zhuǎn)角，360個信號表示曲軸旋轉(zhuǎn)720。。曲軸每旋轉(zhuǎn)120。，G信號傳感器產(chǎn)生一個信號，Ne信號傳感器產(chǎn)生60個信號。

磁感應(yīng)式

工作原理

凸輪軸位置傳感器磁感應(yīng)式傳感器的工作原理如圖2-23所示，磁力線穿過的路徑為yong久磁鐵N極一定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙一轉(zhuǎn)子凸齒一轉(zhuǎn)子凸齒與定子磁頭間的氣隙一磁頭一導(dǎo)磁板一yong久磁鐵S極。當(dāng)信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁路中的氣隙就會周期性地發(fā)生變化，磁路的磁阻和穿過信號線圈磁頭的磁通量隨之發(fā)生周期性變化。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，傳感線圈中就會感應(yīng)產(chǎn)生交變電動勢。

     當(dāng)信號轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁路磁阻減小，磁通量φ增多，磁通變化率增大(dφ/dt>0)，感應(yīng)電動勢E為正(E>0)，如圖2-24中曲線abc所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸齒接近磁頭邊緣時，磁通量φ急劇增多，磁通變化率大[dφ/dt=(dφ/dt)max]，感應(yīng)電動勢Ezui高(E=Emax)，如圖2-24中曲線b點所示。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過b點位置后，雖然磁通量φ仍在增多，但磁通變化率減小，因此感應(yīng)電動勢E降低。

     當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到凸齒的中心線與磁頭的中心線對齊時(見圖2-24b)，雖然轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙小，磁路的磁阻小，磁通量φ大，但是由于磁通量不可能繼續(xù)增加，磁通變化率為零，因此感應(yīng)電動勢E為零，如圖2-24中曲線c點所示。

     當(dāng)轉(zhuǎn)子沿順時針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，凸齒離開磁頭時(見圖2-23c)，凸齒與磁頭間的氣隙增大，磁路磁阻增大，磁通量φ減少(dφ/dt< 0)，所以感應(yīng)電動勢E為負(fù)值，如圖2-24中曲線cda所示。當(dāng)凸齒轉(zhuǎn)到將要離開磁頭邊緣時，磁通量φ急劇減少，磁通變化率達到負(fù)向大值[dφ/df=-(dφ/dt)max]，感應(yīng)電動勢E也達到負(fù)向大值(E=-Emax)，如圖2-24中曲線上d點所示。

     由此可見，信號轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個凸齒，傳感線圈中就會產(chǎn)生一個周期性交變電動勢，即電動勢出現(xiàn)一次大值和一次小值，傳感線圈也就相應(yīng)地輸出一個交變電壓信號。磁感應(yīng)式傳感器的突出優(yōu)點是不需要外加電源，yong久磁鐵起著將機械能變換為電能的作用，其磁能不會損失。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時，轉(zhuǎn)子凸齒轉(zhuǎn)動的速度將發(fā)生變化，鐵心中的磁通變化率也將隨之發(fā)生變化。轉(zhuǎn)速越高，磁通變化率就越大，傳感線圈中的感應(yīng)電動勢也就越高。轉(zhuǎn)速不同時，磁通和感應(yīng)電動勢的變化情況如圖2-24所示。

     由于轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙直接影響磁路的磁阻和傳感線圈輸出電壓的高低，因此在使用中，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙不能隨意變動。氣隙如有變化，必須按規(guī)定進行調(diào)整，氣隙一般設(shè)計在0．2～0．4mm范圍內(nèi)。

2)捷達、桑塔納轎車磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器

     1)曲軸位置傳感器結(jié)構(gòu)特點：捷達AT和GTX、桑塔納2000GSi型轎車的磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器安裝在曲軸箱內(nèi)靠近離合器一側(cè)的缸體上，主要由信號發(fā)生器和信號轉(zhuǎn)子組成，如圖2-25所示。

信號發(fā)生器用螺釘固定在發(fā)動機缸體上，由yong久磁鐵、傳感線圈和線束插頭組成。傳感線圈又稱為信號線圈，yong久磁鐵上帶有一個磁頭，磁頭正對安裝在曲軸上的齒盤式信號轉(zhuǎn)子，磁頭與磁軛(導(dǎo)磁板)連接而構(gòu)成導(dǎo)磁回路。

     信號轉(zhuǎn)子為齒盤式，在其圓周上均勻間隔地制作有58個凸齒、57個小齒缺和一個大齒缺。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號，對應(yīng)發(fā)動機氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。大齒缺所占的弧度相當(dāng)于兩個凸齒和三個小齒缺所占的弧度。因為信號轉(zhuǎn)子隨曲軸一同旋轉(zhuǎn)，曲軸旋轉(zhuǎn)一圈

(360。)，信號轉(zhuǎn)子也旋轉(zhuǎn)一圈(360。)，所以信號轉(zhuǎn)子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角為360。，每個凸齒和小齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角均為3。(58×3。+57×3。=345。)，大齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角為15。(2×3。+3×3。=15。)。

     2)曲軸位置傳感器工作情況：當(dāng)曲軸位置傳感器隨曲軸旋轉(zhuǎn)時，由磁感應(yīng)式傳感器工作原理可知，信號轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個凸齒，傳感線圈中就會產(chǎn)生一個周期性交變電動勢(即電動勢出現(xiàn)一次大值和一次小值)，線圈相應(yīng)地輸出一個交變電壓信號。因為信號轉(zhuǎn)子上設(shè)有一個產(chǎn)生基準(zhǔn)信號的大齒缺，所以當(dāng)大齒缺轉(zhuǎn)過磁頭時，信號電壓所占的時間較長，即輸出信號為一寬脈沖信號，該信號對應(yīng)于氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。電子控制單元(ECU)接收到寬脈沖信號時，便可知道氣缸1或氣缸4上止點位置即將到來，至于即將到來的是氣缸1還是氣缸4，則需根據(jù)凸輪軸位置傳感器輸入的信號來確定。由于信號轉(zhuǎn)子上有58個凸齒，因此信號轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈(發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)一圈)，傳感線圈就會產(chǎn)生58個交變電壓信號輸入電子控制單元。

     每當(dāng)信號轉(zhuǎn)子隨發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動一圈，傳感線圈就會向電子控制單元(ECU)輸入58個脈沖信號。因此，ECU每接收到曲軸位置傳感器58個信號，就可知道發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)了一圈。如果在1min內(nèi)ECU接收到曲軸位置傳感器116000個信號，ECU便可計算出曲軸轉(zhuǎn)速n為2000(n=116000/58=2000)r/rain；如果ECU每分鐘接收到曲軸位置傳感器290000個信號，ECU便可計算出曲軸轉(zhuǎn)速為5000(n=290000/58=5000)r/min。依此類推，ECU根據(jù)每分鐘接收曲軸位置傳感器脈沖信號的數(shù)量，便能計算出發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和負(fù)荷信號是電子控制系統(tǒng)重要、基本的控制信號，ECU根據(jù)這兩個信號就能計算出基本噴油提前角(時間)、基本點火提前角(時間)和點火導(dǎo)通角(點火線圈一次電流接通時間)三個基本控制參數(shù)。

     捷達AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器信號轉(zhuǎn)子上大齒缺產(chǎn)生的信號為基準(zhǔn)信號，ECU控制噴油時間和點火時間是以大齒缺產(chǎn)生的信號為基準(zhǔn)進行控制的。當(dāng)ECu接收到大齒缺產(chǎn)生的信號后，再根據(jù)小齒缺信號來控制點火時間、噴油時間和點火線圈一次電流接通時間(即導(dǎo)通角)。

3)豐田轎車TCCS磁感應(yīng)式曲軸與凸輪軸位置傳感器

     豐田計算機控制系統(tǒng)(1FCCS)采用的磁感應(yīng)式曲軸與凸輪軸位置傳感器由分電器改進而成，由上、下兩部分組成。上部分為檢測曲軸位置基準(zhǔn)信號(即氣缸識別與上止點信號，稱為G信號)發(fā)生器；下部分為曲軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(稱為Ne信號)發(fā)生器。

     1)Ne信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點：Ne信號發(fā)生器安裝在G信號發(fā)生器的下面，主要由No．2信號轉(zhuǎn)子、Ne傳感線圈和磁頭組成，如圖2-26a所示。信號轉(zhuǎn)子固定在傳感器軸上，傳感器軸由配氣凸輪軸驅(qū)動，軸的上端套裝分火頭，轉(zhuǎn)子外制有24個凸齒。傳感線圈及磁頭固定在傳感器殼體內(nèi)，磁頭固定在傳感線圈中。

     2)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號的產(chǎn)生原理與控制過程：當(dāng)發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)時，配氣凸輪軸便驅(qū)動傳感器信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙交替發(fā)生變化，傳感線圈的磁通隨之交替發(fā)生變化，由磁感應(yīng)式傳感器工作原理可知，在傳感線圈中就會感應(yīng)產(chǎn)生交變電動勢，信號電壓的波形如圖2-26b所示。因為信號轉(zhuǎn)子有24個凸齒，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈，傳感線圈就會產(chǎn)生24個交變信號。傳感器軸每轉(zhuǎn)一圈(360。)相當(dāng)于發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈(720。)，所以一個交變信號(即一個信號周期)相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)30。(720。÷24=30。)，相當(dāng)于分火頭旋轉(zhuǎn)15。(30。÷2=15。)。ECU每接收Ne信號發(fā)生器24個信號，即可知道曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈、分火頭旋轉(zhuǎn)了一圈。ECU內(nèi)部程序根據(jù)每個Ne信號周期所占時間，即可計算確定發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速和分火頭轉(zhuǎn)速。為了控制點火提前角和噴油提前角，還需將每個信號周期所占的曲軸轉(zhuǎn)角(30。角)分得更小。微機完成這一工作十分方便，由分頻器將每個Ne信號(曲軸轉(zhuǎn)角30。)等分成30個脈沖信號，每個脈沖信號就相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角1。(30。÷30=1。)。如將每個Ne信號等分成60個脈沖信號，則每個脈沖信號相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角0．5。(30。÷60=0．5。)。具體設(shè)定由轉(zhuǎn)角精度要求和程序設(shè)計確定。

     3)G信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點：G信號發(fā)生器用來檢測活塞上止點位置與判別是哪一個氣缸即將到達上止點位置等基準(zhǔn)信號。故G信號發(fā)生器又稱為氣缸識別與上止點信號發(fā)生器或基準(zhǔn)信號發(fā)生器。G信號發(fā)生器由信號轉(zhuǎn)子、傳感線圈G1、G2和磁頭等組成。信號轉(zhuǎn)子帶有兩個凸緣，固定在傳感器軸上。傳感線圈G1、G2相隔180。安裝，G1線圈產(chǎn)生的信號對應(yīng)于發(fā)動機第六缸壓縮上止點*。、G2線圈產(chǎn)生的信號對應(yīng)于發(fā)動機di一缸壓縮上止點前l(fā)O。。

     4)氣缸識別與上止點信號的產(chǎn)生原理與控制過程：G信號發(fā)生器的工作原理與Ne信號發(fā)生器產(chǎn)生信號的原理相同。當(dāng)發(fā)動機凸輪軸驅(qū)動傳感器軸旋轉(zhuǎn)時，G信號轉(zhuǎn)子(信號轉(zhuǎn)子)的凸緣便交替經(jīng)過傳感線圈的磁頭，轉(zhuǎn)子凸緣與磁頭之間的氣隙交替發(fā)生變化，在傳感線圈Gl、G2中就會感應(yīng)產(chǎn)生交變電動勢信號。當(dāng)G信號轉(zhuǎn)子的凸緣部分接近傳感線圈G1的磁頭時，由于凸緣與磁頭之間的氣隙減小、磁通量增大、磁通變化率為正，因此傳感線圈G1中產(chǎn)生正向脈沖信號，稱為G1信號；當(dāng)G信號轉(zhuǎn)子的凸緣部分接近傳感線圈G2時，由于凸緣與磁頭之間的氣隙減小、磁通量增大、磁通變化率為正，因此傳感線圈G2中也產(chǎn)生正向脈沖信號，稱為G2信號。當(dāng)G信號轉(zhuǎn)子的凸緣部分經(jīng)過G1、G2的磁頭時，由于凸緣與磁頭之間的氣隙不變、磁通量不變、磁通變化率為零，因此傳感線圈G1、G2中的感應(yīng)電動勢均為零。當(dāng)G信號轉(zhuǎn)子的凸緣部分離開G1、G2的磁頭時，由于凸緣與磁頭之間的氣隙增大、磁通量減小、磁通變化率為負(fù)，因此傳感線圈G1、G2中將感應(yīng)產(chǎn)生負(fù)向交變電動勢信號。傳感器每轉(zhuǎn)一圈(360。)相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720。)，因為傳感線圈G1、G2相隔180。安裝，所以G1、G2中各產(chǎn)生一個正向脈沖信號。其中G1信號對應(yīng)于發(fā)動機第六缸，用來檢測第六缸上止點的位置；G2信號對應(yīng)于di一缸，用來檢測di一缸上止點的位置。電子控制單元檢測的對應(yīng)位置實際上是G轉(zhuǎn)子凸緣的前端接近并與傳感線圈G1、G2的磁頭對齊時刻(此時磁通量大、信號電壓為零)的位置，該位置對應(yīng)于活塞壓縮上止點*。(BT-DCl0。)位置。