汽車電器與電控技術(shù) 課件 004 曲軸與凸輪軸位置傳感器

《車輛裝備新技術(shù)》主講：舒華教授軍事交通學(xué)院汽車傳感器結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理檢修第二節(jié)曲軸與凸輪軸位置傳感器曲軸位置傳感器CPS：

CrankshaftPositionSensor凸輪軸位置傳感器CPS：

CamshaftPositionSensor氣缸判別（判缸）傳感器CIS：

CylinderIdentificationSensor

CPS功用：采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，并輸入ECU，以便確定點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻。CIS功用：采集配氣凸輪軸位置信號(hào)，輸入ECU確定氣缸上止點(diǎn)位置。一、曲軸與凸輪軸位置傳感器的功用曲軸位置傳感器CPS：霍爾式：桑塔納2000GLi、FordEEC-Ⅳ、Cadillic磁感應(yīng)式：桑塔納2000GSi、捷達(dá)AT、GTX型、奧迪200、豐田皇冠3.0TCCS{CPS/CIS一體}

光電式：獵豹、Mitsubishi、現(xiàn)代、日產(chǎn){CPS/CIS一體}

差動(dòng)霍爾式：紅旗CA7220E型轎車、切諾基吉普車凸輪軸位置傳感器CPS：霍爾式：桑塔納2000GSi型、捷達(dá)AT、GTX型、紅旗CA7220E型轎車、切諾基、BJ2020VJ磁感應(yīng)式：豐田皇冠3.0TCCS{一體}光電式：獵豹、Mitsubishi、南韓現(xiàn)代、日產(chǎn){一體}二、曲軸凸輪軸位置CPS、CIS分類三、光電式曲軸與凸輪軸傳感器CPS/CIS

圖3-25光電式CPS/CIS結(jié)構(gòu)(a)信號(hào)盤;(b)傳感器;(c)信號(hào)發(fā)生器1-線束插頭；2-上止點(diǎn)信號(hào)透光孔；3-曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)透光孔；4-1缸上止點(diǎn)信號(hào)透光孔；5-定位銷；6、15-傳感器軸；7-傳感器蓋；8-分火頭；9-防護(hù)蓋；10-信號(hào)發(fā)生器；11-G（上止點(diǎn)）信號(hào)傳感器；12-Ne（轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角）信號(hào)傳感器；13-信號(hào)盤；14-傳感器殼體光電式CPS/CIS結(jié)構(gòu)

（1）帶孔信號(hào)盤外圓孔：360個(gè)透光孔：1°信號(hào)孔

--轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)內(nèi)圓孔：5個(gè)小透光孔――120°信號(hào)孔

--上止點(diǎn)TDC信號(hào)

1個(gè)大透光孔:1缸BTDC70°信號(hào)孔

--判缸信號(hào)（2）信號(hào)發(fā)生器發(fā)光二極管：2只--1°、120°發(fā)光光電三極管：2只--1°、120°授光信號(hào)處理：整形、放大光電式CPS/CIS工作原理當(dāng)透光孔轉(zhuǎn)到LED與光電管之間時(shí)，信號(hào)盤透光，光電管導(dǎo)通（占曲軸轉(zhuǎn)角1°）當(dāng)透光孔不在LED與光電管之間時(shí)，信號(hào)盤隔光，光電管截止（占曲軸轉(zhuǎn)角1°）

光電式CPS/CIS輸出信號(hào)圖3-27日產(chǎn)轎車光電式傳感器輸出波形判缸信號(hào)

內(nèi)圓1個(gè)大透光孔：1缸BTDC70°信號(hào)

5個(gè)小透光孔：120°信號(hào)-各缸上止點(diǎn)BTDC70°轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)外圓360個(gè)透光孔：1°信號(hào)四、磁感應(yīng)式CPS/CIS基本原理圖3-29傳感線圈中的磁通Φ和電動(dòng)勢(shì)E波形（a）低速時(shí)輸出波形；（b）高速時(shí)輸出波形當(dāng)轉(zhuǎn)子凸齒接近磁頭時(shí)，氣隙減小，磁阻Rm減小，磁通量Φ增多，磁通變化率增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為正(E＞0)當(dāng)凸齒正對(duì)磁頭時(shí)，氣隙最小，磁阻Rm最小，磁通量Φ最多，磁通變化率為0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為0（E＝0）當(dāng)轉(zhuǎn)子凸齒離開(kāi)磁頭時(shí)，氣隙增大，磁阻增大，磁通量Φ減少，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為負(fù)（E＜0）InductivepulsegeneratorAs

atoothofthesignalrotornearsthepole,amagneticfieldbuildsupthroughtherotor,thepolepieceandthemagnet.Thefieldisstrongestwhenatoothisoppositethepoleanddropsoffoncethetoothpassesthepole.Voltageisgeneratedonlywhenthefieldisincreasinganddecaying.Itiszerowhenthetoothisdirectlyoppositethepole.大眾車系磁感應(yīng)式CPS組成圖3-30大眾CPS結(jié)構(gòu)1-缸體；2-大齒缺（基準(zhǔn)標(biāo)記）；3-傳感器磁頭；4-信號(hào)轉(zhuǎn)子

大眾磁感應(yīng)式CPS結(jié)構(gòu)傳感器：永久磁鐵、磁頭、傳感線圈信號(hào)盤：58個(gè)凸齒--轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角信號(hào)--1個(gè)凸齒占3°（曲軸轉(zhuǎn)角）

57小齒缺--1個(gè)小齒缺占3°（曲軸轉(zhuǎn)角）

1個(gè)大齒缺--1、4缸上止點(diǎn)信號(hào)--大齒缺占15°（曲軸轉(zhuǎn)角）大齒缺的弧度＝2個(gè)凸齒＋3個(gè)小齒缺弧度信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，線圈產(chǎn)生58個(gè)信號(hào)輸入ECU大眾磁感應(yīng)式CPS檢修（a）安裝位置；（b）線束插頭信號(hào)線圈：檢測(cè)傳感器插座上“1”與“2”端子間阻值

R12＝450

～1000

，正常。線束導(dǎo)線：1-56、2-63、3-67（端子3連接屏蔽線）R≤1.5

為正常；R＝∝，導(dǎo)線斷路。空氣間隙：0.2~0.4mm五、霍爾式曲軸位置傳感器CPS大眾CPS線束插座及電路連接（a）線束插座端子位置；（b）電路連接1-搭鐵端子；2-信號(hào)輸出端子；3-電源端子（＋5V）霍爾效應(yīng)HalleffectIfacertaintypeofcrystaliscarryingacurrentinatransversemagneticfield,thenavoltagewillbeproducedatrightanglestothesupplycurrent.Themagnitudeofthevoltageisproportionaltothesupplycurrentandtothemagneticfieldstrength.

ApplicationofHalleffectTheHalleffectcanalsobeusedtodetectcurrentflowinginacable.Themagneticfieldproducedroundthecablebeingproportionaltothecurrentflowinginit.Halleffectsensorsarebecomingincreasinglypopular.ThisispartlyduetotheirreliabilitybutalsotothefactthattheydirectlyproduceaconstantamplitudesquarewaveinspeedmeasurementapplicationsandavaryingDCvoltageforeitherpositionsensingorcurrentsensing.

霍爾式傳感器結(jié)構(gòu)原理圖3-37霍爾式傳感器結(jié)構(gòu)原理（a）葉片進(jìn)入氣隙，磁場(chǎng)被旁路；（b）葉片離開(kāi)氣隙，磁場(chǎng)飽和1-永久磁鐵；2-觸發(fā)葉輪；3-磁軛；4-霍爾集成電路當(dāng)葉片進(jìn)入氣隙時(shí)，磁場(chǎng)被葉片旁路，霍爾元件上沒(méi)有磁力線穿過(guò)，霍爾電壓UH為零，IC輸出級(jí)三極管截止，傳感器US為高電平（4.8V）。

當(dāng)葉片離開(kāi)氣隙時(shí)，磁通經(jīng)霍爾IC構(gòu)成回路，霍爾元件產(chǎn)生UH（約2.0V），輸出級(jí)三極管導(dǎo)通，傳感器US為低電平（0.1V～0.3V）。OperatingPrinciple1.Astherotorturns,firstawindowandthenatabpassesbetweenthemagneticpoleandthesensor.2.Whenatabispassingthroughtheairgap,itbecomesaninducedmagnet.Thisinfluencesthesensorandthedeviceisswitchedon(Fig.3-37(a)).Thissendsasignal（about4.8V

）

tothecontrolunit.3.Whenawindowisintheairgapbetweenthemagneticpoleandthesensor(Fig.3-37(b)),onlyaweakmagneticfieldreachesthesensor.Thedeviceisswitchedoffandthereisnosignal（only0.1V~0.3V）.4.Whenthenexttabpassseintotheairgap,thedeviceisswitchedon.Thisswitchingonandoffisrepeatedaslongastheengineisrunning.大眾車系霍爾式CPS六、差動(dòng)霍爾式傳感器

DoubleHallType（a）基本結(jié)構(gòu)；（b）輸出波形特點(diǎn)：№1、№2信號(hào)電壓疊加，安裝形式同磁感應(yīng)式，轉(zhuǎn)子凸齒與信號(hào)發(fā)生器之間的氣隙可以增大到1±0.5mm（0.5~1.5mm）。（磁感應(yīng)式傳感器僅為0.2mm～0.4mm，霍爾式2~4mm）紅旗轎車差動(dòng)霍爾式CPS結(jié)構(gòu)傳感器：永久磁鐵、霍爾電路信號(hào)盤：58個(gè)凸齒--轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角信號(hào)--1個(gè)凸齒占3°(曲軸轉(zhuǎn)角)

57小齒缺--1個(gè)小齒缺占3°（曲軸轉(zhuǎn)角）

1個(gè)大齒缺--1、4缸上止點(diǎn)信號(hào)--大齒缺占15°(曲軸轉(zhuǎn)角)大齒缺的弧度＝2個(gè)凸齒＋3個(gè)小齒缺弧度信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，傳感器產(chǎn)生58個(gè)信號(hào)輸入ECU紅旗差動(dòng)霍爾式CPS輸出信號(hào)傳感器：永久磁鐵、霍爾電路信號(hào)盤：58個(gè)凸齒--轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角信號(hào)--1個(gè)凸齒占3°（曲軸轉(zhuǎn)角）

57小齒缺--1個(gè)小齒缺占3°（曲軸轉(zhuǎn)角）

1個(gè)大齒缺--1、4缸上止點(diǎn)信號(hào)--大齒缺占15°(曲軸轉(zhuǎn)角)大齒缺的弧度＝2個(gè)凸齒＋3個(gè)小齒缺弧度信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，傳感器產(chǎn)生58個(gè)信號(hào)輸入ECU切諾基差動(dòng)霍爾式CPS結(jié)構(gòu)（a）2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)；（b）4.0L發(fā)動(dòng)機(jī)

切諾基霍爾式CPS檢修圖3-46切諾基Cherokee曲軸位置傳感器連接線路（a）連接線路；（b）線束插頭檢查電源電壓：UAC＝8V,正常。檢查線束導(dǎo)線：A-7、B-24、C-4R≤0.5

為正常；R＝∝，導(dǎo)線斷路七、霍爾式凸輪軸位置傳感器圖3-38桑塔納、捷達(dá)霍爾式凸輪軸位置傳感器CIS結(jié)構(gòu)電路1-進(jìn)氣凸輪軸；2-凸輪軸位置傳感器；3-固定螺釘；4-定位螺栓與座圈；5-信號(hào)轉(zhuǎn)子；6-發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋大眾車系霍爾式CIS輸出信號(hào)傳感器：永久磁鐵、霍爾電路信號(hào)盤：58個(gè)凸齒--轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角信號(hào)（1個(gè)凸齒占3°曲軸轉(zhuǎn)角）

57小齒缺--1個(gè)小齒缺占3°（曲軸轉(zhuǎn)角）

1個(gè)大齒缺--1、4缸上止點(diǎn)信號(hào)（占15°曲軸轉(zhuǎn)角)大齒缺的弧度＝2個(gè)凸齒＋3個(gè)小齒缺弧度信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，傳感器產(chǎn)生58個(gè)信號(hào)輸入ECU噴油提前角與噴油時(shí)間控制設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)1000r