曲軸位置傳感器

曲軸位置傳感器
曲軸位置傳感器是電噴發動機特別是集中控制系統中最重要的傳感器，也是點火系統和燃油噴射系統共用的傳感器。其功能是檢測發動機曲軸轉角和活塞上止點，並將檢測信號及時送至發動機電腦，用以控制點火時刻（點火提前角）和噴油正時。同時，曲軸位置傳感器亦是測量發動機轉速的信號源。因此，曲軸位置傳感器又稱發動機轉速與曲軸位置傳感器，或稱曲軸位置／判缸／轉速傳感器。

曲軸位置傳感器的作用
曲軸位置傳感器的作用就是確定曲軸的位置，也就是我們常說的曲軸的轉角。曲軸位置傳感器還檢測發動機轉速，因此又稱為轉速傳感器；檢測活塞上止點位置，故也稱為上止點傳感器，包括檢測用於控制點火的各缸上止點信號、用於控制順序噴油的第一缸上止點信號。它通常要配合凸輪軸位置傳感器一起來工作——確定基本點火時刻。

曲軸位置傳感器的結構與原理
曲軸位置傳感器有多種形式，隨車型的不同而異。就其安裝部位而言，有曲軸前端（日產磁脈沖式、通用霍爾式）、凸輪軸前端（桑塔納２０００ＡＪＲ發動機霍爾式）、飛輪上或分電器內（豐田ＴＣＣＳ系統磁沖式、日產公司光電式）。其結構形式也不完全一樣。按傳感器產生信號的原理，可分為磁脈沖式、光電式和霍爾式三類，可集中安裝，也可分置安裝。

曲軸傳感器的主要類型
曲軸傳感器主要有三種類型：磁電感應式、霍爾效應式和光電式。

磁電感應式曲軸位置傳感器：
磁電感應式轉速傳感器和曲軸位置傳感器分上、下兩層安裝在分電器內。傳感器由永磁感應檢測線圈和轉子（正時轉子和轉速轉子）組成，轉子隨分電器軸一起旋轉。正時轉子有一、二或四個齒等多種形式，轉速轉子為 24個齒。
永磁感應檢測線圈固定在分電器體上。若已知轉速傳感器信號和曲軸位置傳感器信號，以及各缸的工作順序，就可知道各缸的曲軸位置。磁電感應式轉速傳感器和曲軸位置傳感器的轉子信號盤也可安裝在曲軸或凸輪軸上。

磁脈沖式曲軸位置傳感器的結構與原理
磁脈沖式曲軸位置傳感器應用最廣泛，如日產、豐田ＴＣＣＳ系統和韓國大宇轎車等。下面以日產公司磁脈沖式曲軸位置傳感器為例，分析其結構和工作原理。
日產公司磁脈沖式曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端的帶輪之後（豐田安裝於分電器之內）。
在帶輪後端設置一個帶有細齒的薄圓盤，是用以產生信號的，常稱信號盤。信號盤和曲軸帶輪一起裝在曲軸上，隨曲軸一起旋轉。
在信號的外緣，沿圓周每隔４°加工一個齒，共有９０個齒。此外，每隔１２０°布置一個凸緣，共３個。
安裝在信號盤邊緣的傳感器盒是產生電信號的信號發生器，信號發生器內有３個永久磁鐵，上面繞有線圈磁頭。其中磁頭２產生１２０°信號（Ｇ信號），用於辨別氣缸及檢測活塞上止點位置；磁頭１和３共同產生１°信號（Ｎｅ信號），用以檢測曲軸轉角及發動機轉速信號。
發動機轉動時，信號盤的齒和凸緣切割磁頭，使其感應線圈內磁場變化，從而在感應線圈裡產生交變的電動勢，再將其濾波整形後，變成脈沖信號，如圖１所示。

發動機旋轉一圈，在磁頭２上產生三個１２０°脈沖信號；在磁頭１和３上各產生相位差９０°的９０個脈沖信號，經信號合成後向電腦輸送１８０個脈沖１°的信號。傳感器盒上有四孔電連接器，孔１為１２０°信號輸出線，孔２為信號放大與整形電路和電源線，孔３為１°信號輸出線，孔４是接地線。通過該連接器將曲軸位置傳感器的感應信號送至電腦。電腦根據１２０°信號判別何缸何時處於活塞上止點位置，以確定噴油正時和點火正時；根據１°信號感知曲軸的轉角和發動機轉速，以確定每次循環符合最佳空燃比的噴油量。

霍爾效應式曲軸位置傳感器：
霍爾效應式轉速傳感器和曲軸位置傳感器是一種利用霍爾效應的信號發生器。霍爾信號發生器安裝在分電器內，與分火頭同軸，由封裝的霍爾芯片和永久磁鐵作成整體固定在分電器盤上。觸發葉輪上的缺口數和發動機氣缸數相同。
當觸發葉輪上的葉片進入永久磁鐵與霍爾元件之間，霍爾觸發器的磁場被葉片旁路，這時不產生霍爾電壓，傳感器無輸出信號；當觸發葉輪上的缺口部分進入永久磁鐵和霍爾元件之間時，磁力線進入霍爾元件，霍爾電壓升高，傳感器輸出電壓信號。

霍爾效應式曲軸位置傳感器結構與原理
霍爾效應式曲軸位置傳感器是根據霍爾效應原理制成的，它裝在分電器內，由觸發葉輪和信號觸發開關等組成。霍爾效應式曲軸位置傳感器僅此是不夠的，還需一個同步信號傳感器（同步信號發生器）來判定霍爾效應式曲軸位置傳感器信號，所表明的是哪兩個氣缸的活塞在接近上止點，而且接近什麼行程的上止點，即判定出一個氣缸活塞所處的位置，為燃油噴射提供依據。

如北京切諾基霍爾效應式曲軸位置傳感器裝在變速器喇叭形殼體（飛輪殼體）上，桑塔納２０００ＧＳＩ轎車（時代超人、俊傑）裝在曲軸下端的圓盤上。而北京切諾基汽車發動機的同步信號傳感器為霍爾效應式，裝於分電器內部，桑塔納２０００ＧＳＩ（時代超人、俊傑）轎車裝於曲軸後端的圓盤上，為磁感應式。北京切諾基吉普車同步信號傳感器雖然裝於分電器內部，但其信號是控制燃油噴射系統所必需的，與點火系統沒有關系，此信號丟失，燃油噴射系統無法工作，發動機就不能工作，但點火系統卻仍能工作。

光電式曲軸位置傳感器：
光電式曲軸位置傳感器一般裝在分電器內，由信號發生器和帶光孔的信號盤組成。其信號盤與分電器軸一起轉動，信號盤外圈有 360條光刻縫隙，產生曲軸轉角 1 °的信號；稍靠內有間隔 60 °均布的 6 個光孔，產生曲軸轉角 120 °的信號，其中 1 個光孔較寬，用以產生相對於 1 缸上止點的信號。
信號發生器安裝在分電器殼體上，由二只發光二極管、二只光敏二極管和電路組成。發光二極管正對著光敏二極管。信號盤位於發光二極管和光敏二極管之間，由於信號盤上有光孔，則產生透光和遮光交替變化現象。
當發光二極管的光束照到光敏二極管時，光敏二極管產生電壓；當發光二極管光束被檔住時，光敏二極管電壓為0 。
這些電壓信號經電路部分整形放大後，即向電子控制單元輸送曲軸轉角為 1 °和 120°時的信號，電子控制單元根據這些信號計算發動機轉速和曲軸位置。

光電式曲軸位置傳感器的結構與原理
安裝光電式曲軸位置傳感器的轎車有：日產公爵（安裝於分電器內）、日產藍鳥（安裝在排氣凸輪軸前端）、日產地平線、日本三菱（安裝在進氣凸輪上）、韓國現代（安裝在分電器內部）等轎車。

光電式曲軸位置傳感器由信號發生器和帶光孔的信號盤組成。信號發生器固定安裝在固定底座板上，主要由兩只發光二極管、兩只光敏二極管和整形（控制）電路組成。兩只發光二極管分別對著相應的兩只光敏二極管，發光二極管以光敏二極管為照射目標。信號盤固定在凸輪軸（或分電器軸）上，與凸輪軸（分電器軸）一起轉動。信號盤邊緣分別刻有３６０條縫隙（光孔），用來產生１°信號（２°曲軸轉角信號）；在遮光盤邊緣稍靠內側分布著６個間隔６０°的光孔（六缸發動機）或９０°的光孔（四缸發動機），用來產生曲軸位置信號（１２０°信號六缸或１８０°信號四缸），其中較寬的光孔是用來判斷第一缸活塞上止點位置的，如圖２所示。

信號盤位於發光二極管和光敏二極管之間。當信號盤隨凸輪軸（或分電器軸）轉動時，因信號盤上有光孔而產生透光與遮光的交替變化，使兩只光敏二極管交替產生與消除電動勢，從而產生脈沖電壓信號。凸輪軸每轉一周（分電器軸轉半周），由３６０個光孔所控制的電路將輸出３６０個脈沖信號，每個脈沖信號對應於凸輪軸１°轉角（曲軸２°轉角），此信號作為向電腦輸入的轉速和轉角信號（Ｎｅ信號）。由光孔（縫隙）較寬的一缸上止點位置標記和６０°（六缸）或９０°（四缸）間隔光孔，將向電腦輸入一缸上止點位置信號和缸序判別信號（Ｇ信號），相當於磁脈沖曲軸位置傳感器１２０°信號。