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凸軸位置傳感�
閱讀�3001時間�2017-07-04 10:41:09

    也叫同步信號傳感�,它是一個氣缸判別定位裝�,向ECU輸入凸輪軸位置信�,是點火控制的主控信��

普通傳�

    1、功用與類型

    凸輪軸位置傳感器(Camshaft Position Sensor,CPS),其功用是采集凸輪軸動角度信號,并輸入電子控制單�(ECU),以便確定點火時刻和噴油時刻�

    凸輪軸位置傳感器(Camshaft Position Sensor,CPS)又稱為氣缸識別傳感器(Cylinder Identification Sensor,CIS),為了區(qū)別于曲軸位置傳感�(CPS),凸輪軸位置傳感器一般都用CIS表示。凸輪軸位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號,并輸入ECU,以便ECU識別氣缸1壓縮上止�,從而�(jìn)行順序噴油控�、點火時刻控制和爆燃控制。此�,凸輪軸位置信號還用于發(fā)動機(jī)起動時識別出次點火時刻。因為凸輪軸位置傳感器能夠識別哪一個氣缸活塞即將到�(dá)上止�,所以稱為氣缸識別傳感器�

光電�

    �(jié)�(gòu)特點

    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�(jìn)而成的,主要由信號盤(即信號轉(zhuǎn)�)、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�(zhuǎn)�,壓裝在傳感器軸上,如圖2-22所�。在靠近信號盤的邊緣位置制作有均勻間隔弧度的�(nèi)、外兩圈透光�。其中,外圈制作�360個透光�(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�(zhuǎn)速信�;內(nèi)圈制作有6個透光�(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�,其中有一個長方形的寬邊稍�,用于產(chǎn)生氣�1的上止點信號�

    信號�(fā)生器固定在傳感器殼體上,它由Ne信號(�(zhuǎn)速與�(zhuǎn)角信�)�(fā)生器、G信號(上止點信�)�(fā)生器以及信號處理電路組成。Ne信號與G信號�(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�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�(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時,LED�(fā)出的光線就會照射到光敏晶體管�,此時光敏晶體管�(dǎo)通,其集電極輸出低電�(0�1~O�3V);當(dāng)信號盤上的遮光部分旋�(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時,LED�(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�,光敏晶體管集電極就會交替地輸出高電平和低電�。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�(zhuǎn)�,LED�(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�(fā)生器的光敏晶體管�,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��

    由于曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn),傳感器軸帶動信號盤旋轉(zhuǎn)一�,因�,G信號傳感器將�(chǎn)�6個脈沖信號。Ne信號傳感器將�(chǎn)�360個脈沖信�。因為G信號透光孔間隔弧度為60�,曲軸每旋轉(zhuǎn)120。就�(chǎn)生一個脈沖信�,所以通常G信號稱為120。信�。設(shè)計安裝保�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(jī)氣缸1上止點前70。,以便ECU控制噴油提前角與點火提前�。因為Ne信號透光孔間隔弧度為1�(透光孔占0�5�,遮光孔�0�5�),所以在每一個脈沖周期中,高、低電平各占1。曲軸轉(zhuǎn)��360個信號表示曲軸旋�(zhuǎn)720�。曲軸每旋轉(zhuǎn)120。,G信號傳感器產(chǎn)生一個信�,Ne信號傳感器產(chǎn)�60個信��

磁感�(yīng)�

    工作原理

    磁力線穿過的路徑為磁鐵N極一定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙一�(zhuǎn)子凸齒一�(zhuǎn)子凸齒與定子磁頭間的氣隙一磁頭一�(dǎo)磁板一磁鐵S�。當(dāng)信號�(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)�,磁路中的氣隙就會周期性地�(fā)生變化,磁路的磁阻和穿過信號線圈磁頭的磁通量隨之�(fā)生周期性變�。根�(jù)電磁感應(yīng)原理,傳感線圈中就會感應(yīng)�(chǎn)生交變電動勢�

    �(dāng)信號�(zhuǎn)子按順時針方向旋�(zhuǎn)�,轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙減小,磁路磁阻減�,磁通量φ增多,磁通變化率增大(dφ/dt>0),感�(yīng)電動勢E為正(E>0),如�2-24中曲線abc所�。當(dāng)�(zhuǎn)子凸齒接近磁頭邊緣時,磁通量φ急劇增多,磁通變化率[dφ/dt=(dφ/dt)max],感�(yīng)電動勢E(E=Emax),如�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�(yīng)電動勢E降低�

    �(dāng)�(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)到凸齒的中心線與磁頭的中心線對齊�,雖然轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙最�,磁路的磁阻最�,磁通量φ,但是由于磁通量不可能繼�(xù)增加,磁通變化率為零,因此感�(yīng)電動勢E為零�

    �(dāng)�(zhuǎn)子沿順時針方向繼�(xù)旋轉(zhuǎn),凸齒離開磁頭時,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�(yīng)電動勢E為負(fù)�,如�2-24中曲線cda所示。當(dāng)凸齒�(zhuǎn)到將要離開磁頭邊緣時,磁通量φ急劇減少,磁通變化率�(dá)到負(fù)向值[dφ/df=-(dφ/dt)max],感�(yīng)電動勢E也達(dá)到負(fù)向�(E=-Emax)�

    由此可見,信號轉(zhuǎn)子每�(zhuǎn)過一個凸�,傳感線圈中就會�(chǎn)生一個周期性交變電動勢,即電動勢出�(xiàn)一次值和一次最小�,傳感線圈也就相�(yīng)地輸出一個交變電壓信�。磁感應(yīng)式傳感器的突出優(yōu)點是不需要外加電�,磁鐵起著將�(jī)械能變換為電能的作用,其磁能不會損失。當(dāng)�(fā)動機(jī)�(zhuǎn)速變化時,轉(zhuǎn)子凸齒轉(zhuǎn)動的速度將發(fā)生變�,鐵心中的磁通變化率也將隨之�(fā)生變�。轉(zhuǎn)速越�,磁通變化率就越大,傳感線圈中的感應(yīng)電動勢也就越��

    由于�(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�,必須按�(guī)定�(jìn)行調(diào)整,氣隙一般設(shè)計在0�2�0�4mm范圍�(nèi)�

    2)捷達(dá)、桑塔納轎車磁感�(yīng)式曲軸位置傳感器

    1)曲軸位置傳感器結(jié)�(gòu)特點:捷�(dá)AT和GTX、桑塔納2000GSi型轎車的磁感�(yīng)式曲軸位置傳感器安裝在曲軸箱�(nèi)靠近離合器一�(cè)的缸體上,主要由信號�(fā)生器和信號轉(zhuǎn)子組�,如�2-25所��

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

    信號�(zhuǎn)子為齒盤式,在其圓周上均勻間隔地制作�58個凸��57個小齒缺和一個大齒缺。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號,對�(yīng)�(fā)動機(jī)氣缸1或氣�4壓縮上止點前一定角�。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�(zhuǎn),曲軸旋�(zhuǎn)一�

    (360�),信號轉(zhuǎn)子也旋轉(zhuǎn)一�(360�),所以信號轉(zhuǎn)子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸�(zhuǎn)角為360�,每個凸齒和小齒缺所占的曲軸�(zhuǎn)角均�3�(58×3�+57×3�=345�),大齒缺所占的曲軸�(zhuǎn)角為15�(2×3�+3×3�=15�)�

    2)曲軸位置傳感器工作情況:�(dāng)曲軸位置傳感器隨曲軸旋轉(zhuǎn)�,由磁感�(yīng)式傳感器工作原理可知,信號轉(zhuǎn)子每�(zhuǎn)過一個凸�,傳感線圈中就會�(chǎn)生一個周期性交變電動勢(即電動勢出現(xiàn)一次值和一次最小�),線圈相�(yīng)地輸出一個交變電壓信�。因為信號轉(zhuǎn)子上�(shè)有一個產(chǎn)生基�(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�,該信號對應(yīng)于氣�1或氣�4壓縮上止點前一定角度。電子控制單�(ECU)接收到寬脈沖信號�,便可知道氣�1或氣�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�58個凸�,因此信號轉(zhuǎn)子每�(zhuǎn)一�(�(fā)動機(jī)曲軸�(zhuǎn)一�),傳感線圈就會產(chǎn)�58個交變電壓信號輸入電子控制單��

    每當(dāng)信號�(zhuǎn)子隨�(fā)動機(jī)曲軸�(zhuǎn)動一圈,傳感線圈就會向電子控制單�(ECU)輸入58個脈沖信�。因此,ECU每接收到曲軸位置傳感�58個信�,就可知道發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)了一圈。如果在1min�(nèi)ECU接收到曲軸位置傳感器116000個信�,ECU便可計算出曲軸轉(zhuǎn)速n�2000(n=116000/58=2000)r/rain;如果ECU每分鐘接收到曲軸位置傳感�290000個信�,ECU便可計算出曲軸轉(zhuǎn)速為5000(n=290000/58=5000)r/min。依此類�,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(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)�。發(fā)動機(jī)�(zhuǎn)速信號和�(fù)荷信號是電子控制系統(tǒng)最重要、最基本的控制信�,ECU根據(jù)這兩個信號就能計算出基本噴油提前�(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�)三個基本控制參�(shù)�

    捷達(dá)AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器信號�(zhuǎn)子上大齒缺產(chǎn)生的信號為基�(zhǔn)信號,ECU控制噴油時間和點火時間是以大齒缺�(chǎn)生的信號為基�(zhǔn)�(jìn)行控制的。當(dāng)ECu接收到大齒缺�(chǎn)生的信號后,再根�(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�(即導(dǎo)通角)�

    3)豐田轎車TCCS磁感�(yīng)式曲軸與凸輪軸位置傳感器

    豐田計算�(jī)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�(jìn)而成,由�、下兩部分組成。上部分為檢測曲軸位置基�(zhǔn)信號(即氣缸識別與上止點信�,稱為G信號)�(fā)生器;下部分為曲軸轉(zhuǎn)速與�(zhuǎn)角信�(稱為Ne信號)�(fā)生器�

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

    2)�(zhuǎn)速與�(zhuǎn)角信號的�(chǎn)生原理與控制過程:當(dāng)�(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)�,配氣凸輪軸便驅(qū)動傳感器信號�(zhuǎn)子旋�(zhuǎn),轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙交替�(fā)生變�,傳感線圈的磁通隨之交替發(fā)生變�,由磁感�(yīng)式傳感器工作原理可知,在傳感線圈中就會感�(yīng)�(chǎn)生交變電動勢,信號電壓的波形如圖2-26b所�。因為信號轉(zhuǎn)子有24個凸�,所以轉(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)一�,傳感線圈就會產(chǎn)�24個交變信�。傳感器軸每�(zhuǎn)一�(360�)相當(dāng)于發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈(720�),所以一個交變信�(即一個信號周�)相當(dāng)于曲軸旋�(zhuǎn)30�(720。�24=30�),相�(dāng)于分火頭旋轉(zhuǎn)15�(30。�2=15�)。ECU每接收Ne信號�(fā)生器24個信�,即可知道曲軸旋�(zhuǎn)了兩�、分火頭旋轉(zhuǎn)了一�。ECU�(nèi)部程序根�(jù)每個Ne信號周期所占時�,即可計算確定發(fā)動機(jī)曲軸�(zhuǎn)速和分火頭轉(zhuǎn)�。為了精確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�(zhuǎn)�(30。角)分得更小。微�(jī)完成這一工作十分方便,由分頻器將每個Ne信號(曲軸�(zhuǎn)�30�)等分�30個脈沖信�,每個脈沖信號就相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)�1�(30?�?0=1�)。如將每個Ne信號等分�60個脈沖信�,則每個脈沖信號相�(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)�0�5�(30。�60=0�5�)。具體設(shè)定由�(zhuǎn)角精度要求和程序�(shè)計確��

    3)G信號�(fā)生器的結(jié)�(gòu)特點:G信號�(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�(dá)上止點位置等基準(zhǔn)信號。故G信號�(fā)生器又稱為氣缸識別與上止點信號發(fā)生器或基�(zhǔn)信號�(fā)生器。G信號�(fā)生器由No�1信號�(zhuǎn)�、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�(chǎn)生的信號對應(yīng)于發(fā)動機(jī)第六缸壓縮上止點�10�、G2線圈�(chǎn)生的信號對應(yīng)于發(fā)動機(jī)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�(fā)生器的工作原理與Ne信號�(fā)生器�(chǎn)生信號的原理相同。當(dāng)�(fā)動機(jī)凸輪軸驅(qū)動傳感器軸旋�(zhuǎn)�,G信號�(zhuǎn)�(No�1信號�(zhuǎn)�)的凸緣便交替�(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�,在傳感線圈Gl、G2中就會感�(yīng)�(chǎn)生交變電動勢信號。當(dāng)G信號�(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�、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�,稱為G1信號;當(dāng)G信號�(zhuǎn)子的凸緣部分接近傳感線圈G2�,由于凸緣與磁頭之間的氣隙減�、磁通量增大、磁通變化率為正,因此傳感線圈G2中也�(chǎn)生正向脈沖信�,稱為G2信號。當(dāng)G信號�(zhuǎn)子的凸緣部分�(jīng)過G1、G2的磁頭時,由于凸緣與磁頭之間的氣隙不�、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�(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)�(chǎn)生負(fù)向交變電動勢信號。傳感器每轉(zhuǎn)一�(360�)相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720�),因為傳感線圈G1、G2相隔180。安�,所以G1、G2中各�(chǎn)生一個正向脈沖信�。其中G1信號對應(yīng)于發(fā)動機(jī)第六�,用來檢測第六缸上止點的位置;G2信號對應(yīng)于缸,用來檢測缸上止點的位置。電子控制單元檢測的對應(yīng)位置實際上是G�(zhuǎn)子凸緣的前端接近并與傳感線圈G1、G2的磁頭對齊時�(此時磁通量、信號電壓為�)的位�,該位置對應(yīng)于活塞壓縮上止點�10�(BT-DCl0�)位置�

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