電控汽油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與檢修3

1、項(xiàng)目項(xiàng)目2.4 2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原曲軸和凸輪軸位置傳感器的原 理與檢修理與檢修項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 【情境導(dǎo)入情境導(dǎo)入】 一輛寶來轎車，更換了碰損嚴(yán)重的油底殼后，出現(xiàn)車輛啟動(dòng)困難，加速無力，急加速時(shí)排氣管放炮。該車為一汽生產(chǎn)，配備AGN發(fā)動(dòng)機(jī)，用故障診斷儀讀取故障碼，顯示16705發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28信號(hào)不可靠，線路經(jīng)檢查沒有問題，更換了正常的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，故障也沒有解決，維修人員建議更換發(fā)動(dòng)機(jī)電腦試試，客戶不予認(rèn)可。該車的問題究竟出現(xiàn)在哪里？ 【理論引導(dǎo)理論引導(dǎo)】 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器CKP，是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中最主要的傳感器之一，是確

2、認(rèn)曲軸轉(zhuǎn)角位置和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不可或缺的信號(hào)源。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU）用此信號(hào)控制燃油噴射量、噴油正時(shí)、點(diǎn)火時(shí)刻(點(diǎn)火提前角)、點(diǎn)火線圈通電時(shí)間、怠速轉(zhuǎn)速和電動(dòng)汽油泵的運(yùn)行。該信號(hào)不僅僅對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種控制比較重要，同時(shí)對(duì)自動(dòng)變速器以及巡航定速系統(tǒng)都有著十分重要的作用。其安裝位置和實(shí)物圖見圖2.55和2.56所示。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 凸輪軸位置傳感器CMP，為ECU提供曲軸轉(zhuǎn)角基準(zhǔn)位置即第一缸壓縮上止點(diǎn)的信號(hào),即判缸信號(hào)，也作為燃油噴射控制和點(diǎn)火控制的主控信號(hào)。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。 傳感器通常安裝在曲軸前端、曲軸后端

3、（曲軸箱內(nèi)）、凸輪軸前端、飛輪上或分電器內(nèi)。如果它們出現(xiàn)故障，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)不能啟動(dòng)或工作不良。最明顯的故障檢測點(diǎn)就是點(diǎn)火系統(tǒng)故障 。圖2.55發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器在車上安裝位置圖2.56轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)物圖項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修2.4.1曲軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器CKP下面分析常見車用CKP傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。 1、磁脈沖式曲軸位置傳感器 磁脈沖式曲軸位置傳感器的脈沖信號(hào)的產(chǎn)生如圖2.57所示。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)盤的齒 和凸緣切割磁頭使其感應(yīng)線圈內(nèi)磁場變化，從而在感應(yīng)線圈里產(chǎn)生交變的電動(dòng)勢，再將其濾波整形后，變成脈沖信號(hào)。 圖 2.57脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和變化 1）、日產(chǎn)公司磁脈沖式曲

4、軸位置傳感器 該曲軸位置傳感器為六缸電控發(fā)動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)，安裝在曲軸前端的皮帶輪之后，如圖2.58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(hào)，稱為信號(hào)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(hào)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(hào)盤邊沿的傳感器盒是產(chǎn)生電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)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，其中磁頭對(duì)著信號(hào)盤的120凸緣，產(chǎn)生120即上止點(diǎn)信號(hào)；磁頭和磁頭對(duì)著信號(hào)盤的齒圈，彼此相隔3曲軸轉(zhuǎn)角安裝，共同產(chǎn)生曲軸1轉(zhuǎn)角信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器內(nèi)有信號(hào)放大和整形電路，外部有四孔連接器，將曲軸位置傳

5、感器中產(chǎn)生的信號(hào)輸送到ECU。這四根線分別是120信號(hào)輸出線、信號(hào)放大與整形電路的電源線、1信號(hào)輸出線和接地線。 項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 圖2.58日產(chǎn)磁脈沖曲軸位置傳感器示意圖 項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)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)線圈兩端產(chǎn)生交變的電動(dòng)勢，經(jīng)濾波整形后，即變成脈沖信號(hào)。 發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈，磁頭上產(chǎn)生3個(gè)120脈沖信號(hào)，由于磁頭安裝在上止點(diǎn)前70的位置，故其信號(hào)亦可稱為上止點(diǎn)前70信號(hào)，即發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，磁頭在各缸上止點(diǎn)前70位置均產(chǎn)生一個(gè)

6、脈沖信號(hào)，按照1-2.4-3-6-2-4的工作順序，發(fā)動(dòng)機(jī)每旋轉(zhuǎn)兩圈，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生6個(gè)上止點(diǎn)信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈，磁頭和各產(chǎn)生90個(gè)脈沖信號(hào)（交替產(chǎn)生）。由于磁頭和磁頭相隔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(hào)，所以磁頭和磁頭所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)相位差正好為90。將這兩個(gè)脈沖信號(hào)送入信號(hào)放大與整形電路中合成后，即產(chǎn)生曲軸1轉(zhuǎn)角的信號(hào)。如圖2.59所示。 項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 圖2.59 曲軸 1信號(hào)的產(chǎn)生 項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 （1）1信號(hào)的產(chǎn)生原理（稱Ne信號(hào)）1信號(hào)是由信號(hào)盤外周的齒切割傳感器的兩個(gè)傳感頭（ 和 ）所產(chǎn)生的磁力線而產(chǎn)生

7、的。信號(hào)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)傳感頭和信號(hào)盤的齒A相對(duì)時(shí)，線圈上產(chǎn)生正電壓，當(dāng)齒轉(zhuǎn)過2，傳感頭與槽B相對(duì)時(shí)，線圈上產(chǎn)生負(fù)電壓。因?yàn)橐呀?jīng)設(shè)定了齒與槽之間的間隔為2，所以每隔2傳感頭上就會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電壓信號(hào)（即產(chǎn)生脈沖的周期為4）。此外，傳感頭和傳感頭之間相隔3度，所以信號(hào)盤的槽與齒每轉(zhuǎn)過1角后，就與傳感頭相對(duì)，將傳感頭和產(chǎn)生的信號(hào)疊加起來，就變?yōu)椋好慨?dāng)曲軸角度轉(zhuǎn)過1角時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生正或負(fù)的信號(hào)。 （2）、120信號(hào)的產(chǎn)生原理（稱G信號(hào)） 120信號(hào)是檢測活塞位置的信號(hào)，在信號(hào)盤的外周設(shè)有3個(gè)凸起，其間隔為120。當(dāng)凸起切割傳感頭所產(chǎn)生的磁力線時(shí)，傳感器的線圈上就產(chǎn)生脈沖，與1信號(hào)產(chǎn)生的原理相同。 2）、豐田磁

8、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 2.60所示。該傳感器分成上、下兩部分，上部分產(chǎn)生G信號(hào)，下部分產(chǎn)生Ne信號(hào)，都是利用帶有輪齒的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，使信號(hào)發(fā)生器感應(yīng)線圈內(nèi)的磁通變化，從而在感應(yīng)線圈里生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢，再將它放大后，送入ECU。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修1-G1感應(yīng)線圈 2-NO2正時(shí)轉(zhuǎn)子 3-NO1正時(shí)轉(zhuǎn)子4-G2感應(yīng)線圈 5-NE感應(yīng)線圈 圖2.60 豐田磁脈沖式曲軸位置傳感器 Ne信號(hào)是檢測曲軸轉(zhuǎn)角及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)，相當(dāng)于日產(chǎn)公司磁脈沖式曲軸位置傳感器的1信號(hào)。該信號(hào)由固定在下半部具有等間隔24個(gè)

9、輪齒的轉(zhuǎn)子（N0.2正時(shí)轉(zhuǎn)子）及固定于其對(duì)面的感應(yīng)線圈產(chǎn)生（如圖 2.61（a）所示）。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修圖 2.61 NE信號(hào)的產(chǎn)生 圖2.62豐田磁脈沖式曲軸位置傳感器與ECU的連接線路當(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(hào)。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(hào)。Ne信號(hào)如圖2.61（b）所示，其一個(gè)周期的脈沖相當(dāng)于

10、30曲軸轉(zhuǎn)角（720/24），該信號(hào)通過圖2.62所示豐田磁脈沖式曲軸位置傳感器與ECU的連接線路，被輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。而更精確的轉(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(hào)。同理，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由ECU計(jì)算Ne信號(hào)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。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 G信號(hào)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(hào)。 G信號(hào)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(duì)面對(duì)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 2.63所示。其產(chǎn)生信號(hào)的

11、原理與Ne信號(hào)相同。G信號(hào)也用作計(jì)算曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)的基準(zhǔn)信號(hào)。G1、G2信號(hào)分別檢測第6缸及第1缸的上止點(diǎn)。由于G1、G2信號(hào)發(fā)生器設(shè)置位置的關(guān)系， 當(dāng)產(chǎn)生G1、G2信號(hào)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。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 3）、大眾磁脈沖式曲軸位置傳感器 寶來、捷達(dá)GT、GTX、桑塔納2000GSi都屬于大眾車系，使用輪齒磁脈沖式曲軸位置傳感器G28，用它檢測發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角和活塞上止點(diǎn)信號(hào)，并將檢測信號(hào)及時(shí)輸人發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元，用以控制點(diǎn)火時(shí)刻和噴油正時(shí)，同時(shí)也用于測量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 曲軸位置傳感器用螺栓安裝在氣缸體左側(cè)、發(fā)動(dòng)

12、機(jī)后端靠近飛輪處，由永久磁鐵、線圈和連接器插頭組成。線圈即為信號(hào)線圈，永磁鐵上帶有一個(gè)磁頭，磁頭與信號(hào)轉(zhuǎn)子相對(duì)安裝，磁頭與導(dǎo)磁板連接構(gòu)成導(dǎo)磁回路，如圖2.64所示。信號(hào)轉(zhuǎn)子位于曲軸箱內(nèi)與曲軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在信號(hào)轉(zhuǎn)子的圓周上均勻制有58個(gè)凸齒、57個(gè)小齒缺和一個(gè)大齒缺。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)1缸或4缸上止點(diǎn)前72曲軸轉(zhuǎn)角。大齒缺所占的弧度相當(dāng)于兩個(gè)凸齒和三個(gè)小齒缺所占的弧度。每個(gè)凸齒和小齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角各為3，那么大齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角就是15。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 圖2.63 G信號(hào)的產(chǎn)生 曲軸位置傳感器工作過程如下：（1）

13、、當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子凸齒的中心線與磁頭對(duì)正時(shí)，磁通的變化率為零，在線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為零;（2）、當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸齒離開磁頭時(shí)，磁通量減少，感應(yīng)電動(dòng)勢為負(fù)值；（3）、當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸齒接近磁頭時(shí)，凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁通量增多，感應(yīng)電動(dòng)勢為正值。（4）、信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(gè)凸齒，傳感線圈中就產(chǎn)生一個(gè)交變電動(dòng)勢，即一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，感應(yīng)線圈即輸出一個(gè)交變電壓信號(hào)。(5）、信號(hào)轉(zhuǎn)子上的大齒缺轉(zhuǎn)過磁頭時(shí)，輸出一個(gè)寬脈沖信號(hào)，該信號(hào)之后的第一個(gè)NE信號(hào)對(duì)應(yīng)1缸或4缸上止點(diǎn)前72度曲軸轉(zhuǎn)角。（6）、ECU接收到寬脈沖信號(hào)時(shí)，再根據(jù)凸輪軸位置傳感器輸入的信號(hào)最終判定正處于壓縮沖程的是1缸還是4缸。（7）、信號(hào)

14、轉(zhuǎn)子上有58個(gè)凸齒，所以信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，傳感器線圈就產(chǎn)生58個(gè)交變電壓信號(hào)，并輸入ECU，作為計(jì)算曲軸轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn)角的依據(jù)。如圖2.65所示。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 圖2.65發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器波形項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，當(dāng)曲軸位置傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中斷，發(fā)動(dòng)機(jī)立即熄火，這時(shí)電子控制單元可以診斷到故障并進(jìn)行存儲(chǔ)。利用故障診斷儀，可以讀取故障信息。曲軸位置傳感器G28與控制單元ECU J220之間的連接關(guān)系如圖2.66所示：端子1為信號(hào)正極，與ECU的56端子相連； 端子2

15、為信號(hào)負(fù)極，與ECU的63端子相連；端子3為屏蔽線端子，與ECU的67端子相連。圖 2.66 G28與J220之間的連接線路可以看出，信號(hào)的正負(fù)極即連接至傳感器信號(hào)線圈的兩端，可以直接將線圈產(chǎn)生的交變信號(hào)傳輸至電腦，交變信號(hào)的幅值隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增大，即信號(hào)的強(qiáng)弱隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化。發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)，要防止該強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生的電磁波干擾其他工作元件，如收音機(jī)等；發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速尤其是啟動(dòng)時(shí)，要防止其他工作元件產(chǎn)生的電磁波（如點(diǎn)火線圈及高壓線）干擾該弱信號(hào)，所以在此使用了屏蔽線，其可靠的接地可以使該信號(hào)被屏蔽，電磁波無法外泄，做到既不干擾其它元件，也不被其他元件所干擾。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置

16、傳感器的原理與檢修 2、光電式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理 1）光電式傳感器的原理 光電式傳感器是一種將被測量通過光量的變化再轉(zhuǎn)換成電量的傳感器，它的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、精度高、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代測量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛，是一種很有發(fā)展前途的新型傳感器。 一般由光源、光學(xué)器件、光電元件三部分組成，光源發(fā)射出一定光通量的光線，由光電元件接受，在檢測時(shí)，被測量使光源發(fā)射出的光通量變化，因而使接受光通量的光電元件的輸出電量也發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)將被測量轉(zhuǎn)換成電量。輸出的電量可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。其工作框圖如圖2.67所示。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原

17、理與檢修項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 光電效應(yīng)依其表現(xiàn)形式的不同，通?？煞譃槿箢悺９怆娦?yīng)依其表現(xiàn)形式的不同，通常可分為三大類。 （1 1）光電導(dǎo)效應(yīng)）光電導(dǎo)效應(yīng)光照改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電率，從而引起半導(dǎo)光照改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電率，從而引起半導(dǎo)體電阻值的變化效應(yīng)。體電阻值的變化效應(yīng)。 光敏電阻是典型的光電導(dǎo)效應(yīng)器件。無光照光敏電阻是典型的光電導(dǎo)效應(yīng)器件。無光照時(shí)，其阻值很高；有光照時(shí)，其阻值大大下降，光照越強(qiáng)阻值越低；時(shí)，其阻值很高；有光照時(shí)，其阻值大大下降，光照越強(qiáng)阻值越低；光照停止，又恢復(fù)高阻狀態(tài)。光照停止，又恢復(fù)高阻狀態(tài)。 （2 2）光生電效應(yīng)）光生電效應(yīng)光照改變半導(dǎo)體光照改變

18、半導(dǎo)體PNPN結(jié)電場，從而引起結(jié)電場，從而引起PNPN結(jié)結(jié)電勢的變化效應(yīng)，故又稱電勢的變化效應(yīng)，故又稱PNPN結(jié)光電效應(yīng)，光電池、光敏晶體管等屬于結(jié)光電效應(yīng)，光電池、光敏晶體管等屬于這類光電效應(yīng)器件。這類光電效應(yīng)器件。 光敏二極管，反偏串聯(lián)于工作電路中，無光照時(shí)為高阻狀態(tài)，電路光敏二極管，反偏串聯(lián)于工作電路中，無光照時(shí)為高阻狀態(tài)，電路為開路，有光照時(shí)在為開路，有光照時(shí)在pnpn結(jié)電場、外加電場共同作用下，形成電流。結(jié)電場、外加電場共同作用下，形成電流。光敏三極管，無光照時(shí)光電流小，即基極電流光敏三極管，無光照時(shí)光電流小，即基極電流IbIb較小，集電極與發(fā)較小，集電極與發(fā)射極間為高阻狀態(tài)，電路為

19、開路；有光照時(shí)射極間為高阻狀態(tài)，電路為開路；有光照時(shí) ，產(chǎn)生光電流，產(chǎn)生光電流Ib Ib ，集電，集電極與發(fā)射極間阻抗降低，電路為通路極與發(fā)射極間阻抗降低，電路為通路。（3）光電發(fā)射效應(yīng)某些物質(zhì)（如金屬絲）在光的照射下，能從表面向外部發(fā)射電子的現(xiàn)象，稱之為光電發(fā)射效應(yīng)，利用這種效應(yīng)制作的光電器件有光電管和光電倍增管。2）、光電式曲軸位置傳感器的組成與結(jié)構(gòu)光電式曲軸位置傳感器一般設(shè)置在分電器內(nèi)，如圖2.68，它由信號(hào)發(fā)生器和帶縫隙和光孔的信號(hào)盤等組成。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 1-光敏二極管 2-發(fā)光二極管3-分火頭 4- 密封蓋 5-轉(zhuǎn)盤 6-電子電路 圖2.68 光電式

20、發(fā)生器的布置項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修圖圖2.672.67光電式傳感器的工作框圖光電式傳感器的工作框圖光是由具有一定能量的粒子組成，光照射在物體上可看成一連串具有能量的光子對(duì)物體的轟擊，物體吸收光子能量而產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)，即光電效應(yīng)。這是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的物理基礎(chǔ)。 信號(hào)盤位于發(fā)光二極管和光敏二極管之間，固定在凸輪軸（或分電器軸上），與凸輪軸（或分電器軸）一起轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2.69所示為日產(chǎn)公司光電式曲軸位置傳感器的信號(hào)盤，其外圍有360條縫隙，產(chǎn)生1（曲軸轉(zhuǎn)角）信號(hào)；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(hào)，其中有一個(gè)較寬的光孔是產(chǎn)生對(duì)應(yīng)第1缸上止點(diǎn)的 120信號(hào)的

21、。圖2.70為韓國現(xiàn)代sonata信號(hào)盤，外圍的四個(gè)光孔檢測曲軸轉(zhuǎn)角，內(nèi)圈的一個(gè)光孔檢測一缸壓縮上止點(diǎn)信號(hào)。 信號(hào)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。兩只發(fā)光二極管分別正對(duì)著光敏二極管，發(fā)光二極管以光敏二極管為照射目標(biāo)。當(dāng)信號(hào)盤隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因信號(hào)盤上有光孔，產(chǎn)生透光和遮光的交替變化，造成信號(hào)發(fā)生器輸出的的脈沖信號(hào)同步于曲軸位置和轉(zhuǎn)角的變化。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修1-120信號(hào)孔(第一缸) 2-1信號(hào)縫隙 3-120信號(hào)孔 1-曲軸轉(zhuǎn)角感測 孔 2-上止點(diǎn)感測孔圖2.69 日產(chǎn)

22、公司信號(hào)盤的結(jié)構(gòu)圖 圖2.70 SONATA信號(hào)盤 信號(hào)盤位于發(fā)光二極管和光敏二極管之間，固定在凸輪軸（或分電器軸上），與凸輪軸（或分電器軸）一起轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2.69所示為日產(chǎn)公司光電式曲軸位置傳感器的信號(hào)盤，其外圍有360條縫隙，產(chǎn)生1（曲軸轉(zhuǎn)角）信號(hào)；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(hào)，其中有一個(gè)較寬的光孔是產(chǎn)生對(duì)應(yīng)第1缸上止點(diǎn)的 120信號(hào)的。圖2.70為韓國現(xiàn)代sonata信號(hào)盤，外圍的四個(gè)光孔檢測曲軸轉(zhuǎn)角，內(nèi)圈的一個(gè)光孔檢測一缸壓縮上止點(diǎn)信號(hào)。 信號(hào)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。兩只發(fā)光二極管分別正對(duì)著光敏二極管，發(fā)光

23、二極管以光敏二極管為照射目標(biāo)。當(dāng)信號(hào)盤隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因信號(hào)盤上有光孔，產(chǎn)生透光和遮光的交替變化，造成信號(hào)發(fā)生器輸出的的脈沖信號(hào)同步于曲軸位置和轉(zhuǎn)角的變化。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 圖2.71 所示為光電式信號(hào)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(hào)發(fā)生器輸出的脈沖電壓信號(hào)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(hào)和120信號(hào)。1信號(hào)即是Ne信號(hào)，凸輪軸每轉(zhuǎn)一周 （曲軸轉(zhuǎn)兩周），由360個(gè)光孔所控制的電路將輸出360個(gè)脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于凸輪軸1 轉(zhuǎn)角（

24、曲軸2轉(zhuǎn)角），此信號(hào)作為向電腦輸入的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角信號(hào)。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(hào)發(fā)生器輸出360個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖周期高電位對(duì)應(yīng)1低電位也對(duì)應(yīng)1，共表征曲軸轉(zhuǎn)角720。120信號(hào)則由信號(hào)發(fā)生器安裝位置的關(guān)系，在活塞上止點(diǎn)前70輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸 每轉(zhuǎn)2圈，120信號(hào)發(fā)生器共產(chǎn)生6個(gè)脈沖信號(hào)，按照工作順序依次對(duì)應(yīng)于各缸。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修2.71 光電式信號(hào)發(fā)生器的原理 3）、“現(xiàn)代SONATA”光電式曲軸位置傳感器的連接線路 對(duì)于帶有分電器的汽車，傳感器總成裝于分電器殼內(nèi)；對(duì)于無分電器的汽車，傳感器總成安裝在

25、凸輪軸左端部（從車前向后看）。信號(hào)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(hào)，電控單元根據(jù)該信號(hào)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(hào)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(hào)輸入電控單元，電控單元根據(jù)此信號(hào)計(jì)算出汽油噴射順序。 曲軸位置傳感器的線路連接如圖2.72所示。（b）圖上方兩個(gè)串聯(lián)的是兩個(gè)發(fā)光二極管，下方并聯(lián)的是兩個(gè)光敏二極管。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修（a）傳感器接線端子 (b)傳

26、感器與ECU連接線路圖2.72 “現(xiàn)代SONATA”光電式曲軸位置傳感器線路項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 3、霍爾式曲軸位置傳感器 1）、霍爾效應(yīng)原理 圖2.73所示，在磁場中，當(dāng)電流以垂直于磁場方向通過置于磁場中的半導(dǎo)體基片（即霍爾元件）時(shí)，在垂直于電流和磁場的霍爾元件的橫向側(cè)面上，將產(chǎn)生一個(gè)與電流和磁場強(qiáng)度成正比的電壓，此電壓稱為霍爾電壓?；魻栐某叽鐦?biāo)注如圖2.74所示。 霍爾電壓有一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算公式UH：霍爾電壓； RH：霍爾系數(shù)； d：霍爾元件的厚度； I：通過霍爾元件的電流；B：加在霍爾元件上的磁場磁力線密度；項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修1-霍

27、爾半導(dǎo)體元件 2-永久磁鐵 3-擋隔磁力線葉片圖2.73霍爾效應(yīng)原理圖2.74 霍爾元件尺寸標(biāo)注項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修為霍爾元件形狀函數(shù)， 其中L為元件的長度，W為元件 的寬度。 從上面的公式可以看出，霍爾電壓正比于電流 強(qiáng)度。磁場強(qiáng) 度，且與霍爾元件的形狀有關(guān)。在霍爾元件結(jié)構(gòu)一定，I為定值時(shí)，UH與B成正比。當(dāng)所加磁場方向改變時(shí)，霍爾電壓的方向也隨之改變， 因此，霍爾元件可以用來測量磁場的大小及方向，其工作線路圖如圖2.75所示。圖2.75 霍爾傳感器電子線路框圖項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 霍爾元件常采用鍺、硅、砷化鎵、 砷化銦及銻化銦等半導(dǎo)體制作

28、。用銻 化銦半導(dǎo)體制成的霍爾元件靈敏度最 高，但受溫度的影響較大。用鍺半導(dǎo) 體制成的霍爾元件，雖然靈敏度較低， 但它的溫度特性及線性度較好。目前 使用銻化銦霍爾元件的場合較多。 汽車技術(shù)上對(duì)霍爾效應(yīng)的利用相對(duì)比較簡單，產(chǎn)生的霍爾電壓只與磁場的強(qiáng)度有關(guān)。它是一個(gè)毫伏級(jí)的正弦波交流電壓，不利于信號(hào)的傳遞，所以還需要利用整形放大電路將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓。從圖2.75和圖2.76可以看出，經(jīng)過放大、整形和輸出三個(gè)環(huán)節(jié)，將霍爾電壓U1 轉(zhuǎn)變?yōu)閁4，U4電壓一般為0/5V，并且U1和U4反相。 圖2.76 霍爾電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)化項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 2）、.霍爾式曲軸位置傳感器的

29、結(jié)構(gòu)和工作原理 （1）采用觸發(fā)葉片的霍爾式曲軸位置傳感器 美國GM（通用）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，如圖2.77所示。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(hào)輪，與曲軸一起旋轉(zhuǎn)。外信號(hào)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(hào)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(hào)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

30、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。 項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修1-外信號(hào)輪 2-內(nèi)信號(hào)輪 圖2.77 GM公司的CKP 觸發(fā)葉片 觸發(fā)葉片進(jìn)入氣隙，磁場旁路 觸發(fā)葉片離開氣隙，磁場飽和信號(hào)輪觸發(fā)葉片 2-霍爾元件 3-永久磁鐵4-底板 5-導(dǎo)磁板圖2.78 霍爾信號(hào)發(fā)生器的工作原理項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 霍爾信號(hào)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(hào)輪側(cè)面各設(shè)置一個(gè)霍爾信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)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），

31、如圖 2.78（a）所示。這時(shí)不產(chǎn)生霍爾電壓；當(dāng)觸發(fā)葉片離開空氣間隙時(shí)，永久磁鐵2的磁通便通過導(dǎo)磁板3穿過霍爾元件（圖 2.78（b），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(hào)經(jīng)霍爾集成電路放大整形后，即向ECU輸送電壓脈沖信號(hào)（圖2.79所示）。 觸發(fā)葉片進(jìn)入氣隙，磁場旁路 觸發(fā)葉片離開氣隙，磁場飽和信號(hào)輪觸發(fā)葉片 2-霍爾元件 3-永久磁鐵4-底板 5-導(dǎo)磁板圖2.78 霍爾信號(hào)發(fā)生器的工作原理 外信號(hào)輪每旋轉(zhuǎn)1周產(chǎn)生18個(gè)脈沖信號(hào)（稱為18X 信號(hào)），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)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，并根據(jù)這一信號(hào)，控

32、制點(diǎn)火時(shí)刻。該信號(hào)的功用相當(dāng)于光電式曲軸位置傳感器產(chǎn)生的1信號(hào)。內(nèi)信號(hào)輪每旋轉(zhuǎn)1周產(chǎn)生3個(gè)不同寬度的電壓脈沖信號(hào)（稱為3X信號(hào)），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(hào)，此信號(hào)相當(dāng)于光電式曲軸位置傳感器產(chǎn)生的120信號(hào)。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修圖2.79 GM霍爾式曲軸位置傳感器輸出信號(hào)項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 2 ）采用觸發(fā)輪齒的霍爾式曲軸位置傳感器 永久磁鐵的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪，齒輪相當(dāng)于一個(gè)集磁器。當(dāng)齒輪位于圖2.80（a)時(shí)，

33、通過元件的磁力線分散，磁場相對(duì)較弱。當(dāng)齒輪位于圖b所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對(duì)較強(qiáng)。 克萊斯勒公司的霍爾式曲軸位置傳感器安裝在輪殼上，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(hào)發(fā)生器，用以協(xié)助曲軸位置傳感器判別缸序。北京切諾基車的霍爾式曲軸位置傳感器，如圖2.81所示，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。在2.5L 四缸發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上有8個(gè)槽，分成兩組，每4槽為一組，兩組相隔180，每組中的相鄰兩槽相隔20。當(dāng)飛輪齒槽通過傳感器的信號(hào)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)，

34、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(hào)。項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修（a）磁場較弱 (b)磁場較強(qiáng)圖2.80 觸發(fā)輪齒的霍爾效應(yīng)原理 （a）2.5L發(fā)動(dòng)機(jī) （b）4.0L發(fā)動(dòng)機(jī) 圖2.81切諾基霍爾式曲軸位置傳感器項(xiàng)目2.4 曲軸和凸輪軸位置傳感器的原理與檢修 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(hào)。其中四缸發(fā)動(dòng)機(jī)每1轉(zhuǎn)產(chǎn)生2組脈沖信號(hào)，六缸發(fā)動(dòng)機(jī)每1轉(zhuǎn)產(chǎn)生3組脈沖信號(hào)。ECU從接收到一組脈沖中第一個(gè)脈沖的上升沿開始，就能確定目前有兩個(gè)氣缸的活塞正在向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。由于第4個(gè)槽的脈沖下降沿對(duì)應(yīng)活塞上止點(diǎn)（TDC）前4，ECU根據(jù)這一脈沖情況就能確定活塞上止點(diǎn)前的運(yùn)行位置。另外，ECU還可以根據(jù)各脈沖通過的時(shí)間，計(jì)算出1曲軸轉(zhuǎn)角的時(shí)間和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 以上所講的曲軸位置傳感器的主要缺點(diǎn)是，ECU根據(jù)信號(hào)只能判斷出有兩個(gè)活塞在接近上止點(diǎn)，但不能判斷出這兩個(gè)氣缸正在進(jìn)行的工作過程，即不能判斷出哪一缸處于壓縮沖程哪一缸處于排氣沖程）。這對(duì)于單缸獨(dú)立點(diǎn)火和順序燃油噴射等需要嚴(yán)格判斷缸序的控制系統(tǒng)來講，其工作條件還是達(dá)不到要求的，所以需要同步信號(hào)傳感器來判斷缸序以及對(duì)應(yīng)氣缸活塞位置，即向電腦提供判缸信號(hào)，這就是凸輪軸位置傳感器。 2.