上海千实解读曲轴位置传感器的结构原理

曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中主要的传感器之一，它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同，可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三大类。它通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内。
曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同，可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三大类。它通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内。
一、磁脉冲式曲轴位置传感器的结构和工作原理
磁脉冲式曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后。在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆齿盘（用以产生信号，称为信号盘），它和曲轴皮带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘，沿着圆周每隔4°有个齿。共有90个齿，并且每隔120°布置1个凸缘，共3个。安装在信号盘边沿的传感器盒是产生电信号信号发生器。信号发生器内有3个在磁铁上绕有感应线圈的磁头，其中磁头②产生120°信号，磁头①和磁头③共同产生曲轴1°转角信号。磁头②对着信号盘的120°凸缘，磁头①和磁头③对着信号盘的齿圈，彼此相隔了曲轴转角安装。信号发生器内有信号放大和整形电路，外部有四孔连接器，孔“1”为120°信号输出线，孔“2”为信号放大与整形电路的电源线，孔“3”为1°信号输出线，孔“4”为接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器中产生的信号输送到ECU。
发动机转动时，信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，经滤波整形后，即变成脉冲信号。发动机旋转一圈，磁头②上产生3个120°脉冲信号，磁头①和③各产生90个脉冲信号（交替产生）。由于磁头①和磁头③相隔3°曲轴转角安装，而它们又都是每隔4°产生一个脉冲信号，所以磁头①和磁头③所产生的脉冲信号相位差正好为90°。将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路中合成后，即产生曲轴1°转角的信号。
产生120°信号的磁头②安装在上止点前70°的位置，故其信号亦可称为上止点前70°信号，即发动机在运转过程中，磁头②在各缸上止点前70°位置均产生一个脉冲信号。
二、光电式曲轴位置传感器的结构和工作原理
光电式曲轴位置传感器设置在分电器内，它由信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘组成。信号盘安装在分电器轴上，其外围有360条缝隙，产生1°（曲轴转角）信号；外围稍靠内侧分布着6个光孔（间隔60°），产生120°信号，其中有一个较宽的光孔是产生对应第1缸上止点的120°信号的。
信号发生器固装在分电器壳体上，主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和电子电路组成。两只发光二极管分别正对着光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，造成信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号。图 14所示为光电式信号发生器的作用原理。
当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感光而导通；当发光二极管的光束被遮挡时，光敏二极管截止。信号发生器输出的脉冲电压信号送至电子电路放大整形后，即向电控单元输送曲轴转角1°信号和120°信号。因信号发生器安装位置的关系，120°信号在活塞上止点前70°输出。发动机曲轴每转2圈，分电器轴转1圈，则1°信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1°，低电位亦对应1°，共表征曲轴转角720°。与此同时，120°信号发生器共产生6个脉冲信号。
三、霍尔式曲轴位置传感器的结构和工作原理
1、霍尔式曲轴位置传感器的结构。
霍尔信号发生器由磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成。内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。信号轮转动时，每当叶片进入磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路（或称隔磁），这时不产生霍尔电压；当触发叶片离开空气隙时，磁铁2的磁通便通过导磁板3穿过霍尔元件这时产生霍尔电压。
2、霍尔式曲轴位置传感器的结构。
霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的。它是利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结构型式。在发动机的曲轴皮带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。外信号轮外缘上均匀分布着18个触发叶片和18个窗口，每个触发叶片和窗口的宽度为10°弧长；内信号轮外缘上设有3个触发叶片和3个窗口，3个触发叶片的宽度不同，分别为100°、90°和110°弧长，3个窗口的宽度亦不相同，分别为20°、30°和10°弧长。由于内信号轮的安装位置关系，宽度为100°弧长的触发叶片前沿位于第1缸和第4缸上止点（TDC）前75°，90°弧长的触发叶片前沿在第6缸和第3缸上止点前75°，110°弧长的触发叶片前沿在第5缸和第2缸上止点前75°。
霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后，即向ECU输送电压脉冲信号,外信号轮每旋转1周产生18个脉冲信号（称为18X信号），1个脉冲周期相当于曲轴旋转20°转角的时间，ECU再将1个脉冲周期均分为20等份，即可求得曲轴旋转1°所对应的时间，并根据这一信号，控制点火时刻。该信号的功用相当于光电式曲轴位置传感器产生1°信号的功能。内信号轮每旋转1周产生3个不同宽度的电压脉冲信号（称为3X信号），脉冲周期均为120°曲轴转角的时间，脉冲上升沿分别产生于第1、4缸、第3、6缸和第2、5缸上止点前75°作为ECU判别气缸和计算点火时刻的基准信号，此信号相当于前述光电式曲轴位置传感器产生的120°信号。