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曲軸傳感器的工作機(jī)理是什么，它怎么判斷一缸在做功行程的

曲軸傳感器的工作原理是什么，它怎么判斷一缸是在做功行程的？: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-01-26

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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。它通常安裝在曲軸前端、凸輪軸前端、飛輪上或分電器內(nèi)。一、磁脈沖式曲軸位置傳感器的檢測1、磁脈沖式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理（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。2、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。表1曲軸位置傳感器的電阻值端子條件電阻值（Ω）G1-G-冷態(tài)125-200熱態(tài)160-235G2-G-冷態(tài)125-200熱態(tài)160-235Ne-G-冷態(tài)155-250熱態(tài)190-290（2）曲軸位置傳感器輸出信號的檢測拔下曲軸位置傳感器的導(dǎo)線連接器，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用萬用表的電壓檔檢測曲軸位置傳感器上G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子間是否有脈沖電壓信號輸出。如沒有脈沖電壓信號輸出，則須更換曲軸位置傳感器。（3）感應(yīng)線圈與正時(shí)轉(zhuǎn)子的間隙檢查用厚薄規(guī)測量正時(shí)轉(zhuǎn)子與感應(yīng)線圈凸出部分的空氣間隙（圖10），其間隙應(yīng)為0.2-0.4mm。若間隙不合要求，則須更換分電器殼體總成。二、光電式曲軸位置傳感器1、光電式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)和工作（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(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，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(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。2、光電式曲軸位置傳感器的檢測（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(shí)，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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，電壓應(yīng)為0.2-1.2V。在起動(dòng)發(fā)動(dòng)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。三、霍爾式曲軸位置傳感器的檢測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、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°?；魻栃盘柊l(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。2、霍爾式曲軸位置傳感器的檢測霍爾式曲軸位置傳感器的檢測方法有一個(gè)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(shí)，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(gè)端子間進(jìn)行測試，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)置于“ON”時(shí)，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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(shí)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(gè)，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。: 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