磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器

　　磁感应式传感器的工作原理，磁力线穿过的路径为长久磁铁N极一定子与转子间的气隙一转子凸齿一转子凸齿与定子磁头间的气隙一磁头一导磁板一长久磁铁S极。当信号转子旋转时，磁路中的气隙就会周期性地发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势。

　　当信号转子按顺时针方向旋转时，转子凸齿与磁头间的气隙减小，磁路磁阻减小，磁通量φ增多，磁通变化率增大(dφ/dt>0)，感应电动势E为正(E>0)，如图2-24中曲线abc所示。当转子凸齿接近磁头边缘时，磁通量φ急剧增多，磁通变化率*大[dφ/dt=(dφ/dt)max]，感应电动势E*高(E=Emax)，如图2-24中曲线b点所示。转子转过b点位置后，虽然磁通量φ仍在增多，但磁通变化率减小，因此感应电动势E降低。

　　当转子旋转到凸齿的中心线与磁头的中心线对齐时，虽然转子凸齿与磁头间的气隙*小，磁路的磁阻*小，磁通量φ*大，但是由于磁通量不可能继续增加，磁通变化率为零，因此感应电动势E为零。

　　当转子沿顺时针方向继续旋转，凸齿离开磁头时，凸齿与磁头间的气隙增大，磁路磁阻增大，磁通量φ减少(dφ/dt< 0)，所以感应电动势E为负值，如图2-24中曲线cda所示。当凸齿转到将要离开磁头边缘时，磁通量φ急剧减少，磁通变化率达到负向*大值[dφ/df=-(dφ/dt)max]，感应电动势E也达到负向*大值(E=-Emax)，如图2-24中曲线上d点所示。

　　由此可见，信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期**变电动势，即电动势出现一次*大值和一次*小值，传感线圈也就相应地输出一个交变电压信号。磁感应式传感器的突出优点是不需要外加电源，长久磁铁起着将机械能变换为电能的作用，其磁能不会损失。当发动机转速变化时，转子凸齿转动的速度将发生变化，铁心中的磁通变化率也将随之发生变化。转速越高，磁通变化率就越大，传感线圈中的感应电动势也就越高。转速不同时，磁通和感应电动势的变化情况如图2-24所示。

　　由于转子凸齿与磁头间的气隙直接影响磁路的磁阻和传感线圈输出电压的高低，因此在使用中，转子凸齿与磁头间的气隙不能随意变动。气隙如有变化，必须按规定进行调整，气隙一般设计在0.2～0.4mm范围内。

　　2)捷达、桑塔纳轿车磁感应式曲轴位置传感器

　　1)曲轴位置传感器结构特点：捷达AT和GTX、桑塔纳2000GSi型轿车的磁感应式曲轴位置传感器安装在曲轴箱内靠近离合器一侧的缸体上，主要由信号发生器和信号转子组成，如图2-25所示。

　　信号发生器用螺钉固定在发动机缸体上，由长久磁铁、传感线圈和线束插头组成。传感线圈又称为信号线圈，长久磁铁上带有一个磁头，磁头正对安装在曲轴上的齿盘式信号转子，磁头与磁轭(导磁板)连接而构成导磁回路。

　　信号转子为齿盘式，在其圆周上均匀间隔地制作有58个凸齿、57个小齿缺和一个大齿缺。大齿缺输出基准信号，对应发动机气缸1或气缸4压缩上止点前一定角度。大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占的弧度。因为信号转子随曲轴一同旋转，曲轴旋转一圈

　　(360。)，信号转子也旋转一圈(360。)，所以信号转子圆周上的凸齿和齿缺所占的曲轴转角为360。，每个凸齿和小齿缺所占的曲轴转角均为3。(58×3。+57×3。=345。)，大齿缺所占的曲轴转角为15。(2×3。+3×3。=15。)。

　　2)曲轴位置传感器工作情况：当曲轴位置传感器随曲轴旋转时，由磁感应式传感器工作原理可知，信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期**变电动势(即电动势出现一次*大值和一次*小值)，线圈相应地输出一个交变电压信号。因为信号转子上设有一个产生基准信号的大齿缺，所以当大齿缺转过磁头时，信号电压所占的时间较长，即输出信号为一宽脉冲信号，该信号对应于气缸1或气缸4压缩上止点前一定角度。电子控制单元(ECU)接收到宽脉冲信号时，便可知道气缸1或气缸4上止点位置即将到来，至于即将到来的是气缸1还是气缸4，则需根据凸轮轴位置传感器输入的信号来确定。由于信号转子上有58个凸齿，因此信号转子每转一圈(发动机曲轴转一圈)，传感线圈就会产生58个交变电压信号输入电子控制单元。

　　每当信号转子随发动机曲轴转动一圈，传感线圈就会向电子控制单元(ECU)输入58个脉冲信号。因此，ECU每接收到曲轴位置传感器58个信号，就可知道发动机曲轴旋转了一圈。如果在1min内ECU接收到曲轴位置传感器116000个信号，ECU便可计算出曲轴转速n为2000(n=116000/58=2000)r/rain;如果ECU每分钟接收到曲轴位置传感器290000个信号，ECU便可计算出曲轴转速为5000(n=290000/58=5000)r/min。依此类推，ECU根据每分钟接收曲轴位置传感器脉冲信号的数量，便能计算出发动机曲轴旋转的转速。发动机转速信号和负荷信号是电子控制系统*重要、*基本的控制信号，ECU根据这两个信号就能计算出基本喷油提前角(时间)、基本点火提前角(时间)和点火导通角(点火线圈一次电流接通时间)三个基本控制参数。

　　捷达AT和GTx、桑塔纳2000GSi型轿车磁感应式曲轴位置传感器信号转子上大齿缺产生的信号为基准信号，ECU控制喷油时间和点火时间是以大齿缺产生的信号为基准进行控制的。当ECu接收到大齿缺产生的信号后，再根据小齿缺信号来控制点火时间、喷油时间和点火线圈一次电流接通时间(即导通角)。

　　3)丰田轿车TCCS磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器

　　丰田计算机控制系统(1FCCS)采用的磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器由分电器改进而成，由上、下两部分组成。上部分为检测曲轴位置基准信号(即气缸识别与上止点信号，称为G信号)发生器;下部分为曲轴转速与转角信号(称为Ne信号)发生器。

　　1)Ne信号发生器的结构特点：Ne信号发生器安装在G信号发生器的下面，主要由No.2信号转子、Ne传感线圈和磁头组成，如图2-26a所示。信号转子固定在传感器轴上，传感器轴由配气凸轮轴驱动，轴的上端套装分火头，转子外制有24个凸齿。传感线圈及磁头固定在传感器壳体内，磁头固定在传感线圈中。

　　2)转速与转角信号的产生原理与控制过程：当发动机曲轴旋转时，配气凸轮轴便驱动传感器信号转子旋转，转子凸齿与磁头间的气隙交替发生变化，传感线圈的磁通随之交替发生变化，由磁感应式传感器工作原理可知，在传感线圈中就会感应产生交变电动势，信号电压的波形如图2-26b所示。因为信号转子有24个凸齿，所以转子旋转一圈，传感线圈就会产生24个交变信号。传感器轴每转一圈(360。)相当于发动机曲轴旋转两圈(720。)，所以一个交变信号(即一个信号周期)相当于曲轴旋转30。(720。÷24=30。)，相当于分火头旋转15。(30。÷2=15。)。ECU每接收Ne信号发生器24个信号，即可知道曲轴旋转了两圈、分火头旋转了一圈。ECU内部程序根据每个Ne信号周期所占时间，即可计算确定发动机曲轴转速和分火头转速。为了**控制点火提前角和喷油提前角，还需将每个信号周期所占的曲轴转角(30。角)分得更小。微机完成这一工作十分方便，由分频器将每个Ne信号(曲轴转角30。)等分成30个脉冲信号，每个脉冲信号就相当于曲轴转角1。(30。÷30=1。)。如将每个Ne信号等分成60个脉冲信号，则每个脉冲信号相当于曲轴转角0.5。(30。÷60=0.5。)。具体设定由转角精度要求和程序设计确定。

　　3)G信号发生器的结构特点：G信号发生器用来检测活塞上止点位置与判别是哪一个气缸即将到达上止点位置等基准信号。故G信号发生器又称为气缸识别与上止点信号发生器或基准信号发生器。G信号发生器由No.1信号转子、传感线圈G1、G2和磁头等组成。信号转子带有两个凸缘，固定在传感器轴上。传感线圈G1、G2相隔180。安装，G1线圈产生的信号对应于发动机第六缸压缩上止点前10。、G2线圈产生的信号对应于发动机**缸压缩上止点前lO。。

　　4)气缸识别与上止点信号的产生原理与控制过程：G信号发生器的工作原理与Ne信号发生器产生信号的原理相同。当发动机凸轮轴驱动传感器轴旋转时，G信号转子(No.1信号转子)的凸缘便交替经过传感线圈的磁头，转子凸缘与磁头之间的气隙交替发生变化，在传感线圈Gl、G2中就会感应产生交变电动势信号。当G信号转子的凸缘部分接近传感线圈G1的磁头时，由于凸缘与磁头之间的气隙减小、磁通量增大、磁通变化率为正，因此传感线圈G1中产生正向脉冲信号，称为G1信号;当G信号转子的凸缘部分接近传感线圈G2时，由于凸缘与磁头之间的气隙减小、磁通量增大、磁通变化率为正，因此传感线圈G2中也产生正向脉冲信号，称为G2信号。当G信号转子的凸缘部分经过G1、G2的磁头时，由于凸缘与磁头之间的气隙不变、磁通量不变、磁通变化率为零，因此传感线圈G1、G2中的感应电动势均为零。当G信号转子的凸缘部分离开G1、G2的磁头时，由于凸缘与磁头之间的气隙增大、磁通量减小、磁通变化率为负，因此传感线圈G1、G2中将感应产生负向交变电动势信号。传感器每转一圈(360。)相当于曲轴转两圈(720。)，因为传感线圈G1、G2相隔180。安装，所以G1、G2中各产生一个正向脉冲信号。其中G1信号对应于发动机第六缸，用来检测第六缸上止点的位置;G2信号对应于**缸，用来检测**缸上止点的位置。电子控制单元检测的对应位置实际上是G转子凸缘的前端接近并与传感线圈G1、G2的磁头对齐时刻(此时磁通量*大、信号电压为零)的位置，该位置对应于活塞压缩上止点前10。(BT-DCl0。)位置。