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中瑞祥光電式傳感器工作原理曲軸與凸輪軸

工作原理

信號盤安裝在發(fā)光二極管(LED)與光敏晶體管(或光敏二極管)之間。當信號盤上的透光孔旋轉到LED與光敏晶體管之間時，LED發(fā)出的光線就會照射到光敏晶體管上，此時光敏晶體管導通，其集電極輸出低電平(0．1～O．3V)；當信號盤上的遮光部分旋轉到LED與光敏晶體管之間時，LED發(fā)出的光線就不能照射到光敏晶體管上，此時光敏晶體管截止，其集電極輸出高電平(4．8～5．2V)。

如果信號盤連續(xù)旋轉，透光孔和遮光部分就會交替地轉過LED而透光或遮光，光敏晶體管集電極就會交替地輸出高電平和低電平。當傳感器軸隨曲軸和配氣凸輪軸轉動時，信號盤上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏晶體管之間轉過，LED發(fā)出的光線受信號盤透光和遮光作用就會交替照射到信號發(fā)生器的光敏晶體管上，信號傳感器中就會產生與曲軸位置和凸輪軸位置對應的脈沖信號。

由于曲軸旋轉兩轉，傳感器軸帶動信號盤旋轉一圈，因此，G信號傳感器將產生6個脈沖信號。Ne信號傳感器將產生360個脈沖信號。因為G信號透光孔間隔弧度為60。，曲軸每旋轉120。就產生一個脈沖信號，所以通常G信號稱為120。信號。設計安裝保證120。信號在上止點前70。(BTDC70。)時產生，且長方形寬邊稍長的透光孔產生的信號對應于發(fā)動機氣缸1上止點前70。，以便ECU控制噴油提前角與點火提前角。因為Ne信號透光孔間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，所以在每一個脈沖周期中，高、低電平各占1。曲軸轉角，360個信號表示曲軸旋轉720。。曲軸每旋轉120。，G信號傳感器產生一個信號，Ne信號傳感器產生60個信號。

磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器

磁感應式傳感器的工作原理如圖2-23所示，磁力線穿過的路徑磁鐵N極一定子與轉子間的氣隙一轉子凸齒一轉子凸齒與定子磁頭間的氣隙一磁頭一導磁板一磁鐵S極。當信號轉子旋轉時，磁路中的氣隙就會周期性地發(fā)生變化，磁路的磁阻和穿過信號線圈磁頭的磁通量隨之發(fā)生周期性變化。根據(jù)電磁感應原理，傳感線圈中就會感應產生交變電動勢。

當信號轉子按順時針方向旋轉時，轉子凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁路磁阻減小，磁通量φ增多，磁通變化率增大(dφ/dt大于0)，感應電動勢E為正(E大于0)，如圖2-24中曲線abc所示。當轉子凸齒接近磁頭邊緣時，磁通量φ急劇增多，磁通變化率最大[dφ/dt=(dφ/dt)max]，感應電動勢E最高(E=Emax)，如圖2-24中曲線b點所示。轉子轉過b點位置后，雖然磁通量φ仍在增多，但磁通變化率減小，因此感應電動勢E降低。

當轉子旋轉到凸齒的中心線與磁頭的中心線對齊時(見圖2-24b)，雖然轉子凸齒與磁頭間的氣隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量φ最大，但是由于磁通量不可能繼續(xù)增加，磁通變化率為零，因此感應電動勢E為零，如圖2-24中曲線c點所示。

當轉子沿順時針方向繼續(xù)旋轉，凸齒離開磁頭時(見圖2-23c)，凸齒與磁頭間的氣隙增大，磁路磁阻增大，磁通量φ減少(dφ/dt小于0)，所以感應電動勢E為負值，如圖2-24中曲線cda所示。當凸齒轉到將要離開磁頭邊緣時，磁通量φ急劇減少，磁通變化率達到負向最大值[dφ/df=-(dφ/dt)max]，感應電動勢E也達到負向最大值(E=-Emax)，如圖2-24中曲線上d點所示。

由此可見，信號轉子每轉過一個凸齒，傳感線圈中就會產生一個周期性交變電動勢，即電動勢出現(xiàn)一次最大值和一次最小值，傳感線圈也就相應地輸出一個交變電壓信號。磁感應式傳感器的突出優(yōu)點是不需要外加電源，磁鐵起著將機械能變換為電能的作用，其磁能不會損失。當發(fā)動機轉速變化時，轉子凸齒轉動的速度將發(fā)生變化，鐵心中的磁通變化率也將隨之發(fā)生變化。轉速越高，磁通變化率就越大，傳感線圈中的感應電動勢也就越高。轉速不同時，磁通和感應電動勢的變化情況如圖2-24所示。

由于轉子凸齒與磁頭間的氣隙直接影響磁路的磁阻和傳感線圈輸出電壓的高低，因此在使用中，轉子凸齒與磁頭間的氣隙不能隨意變動。氣隙如有變化，必須按規(guī)定進行調整，氣隙一般設計在0．2～0．4mm范圍內。

曲軸與凸輪軸

曲軸位置傳感器(Crankshaft Position Sensor，CPS)又稱為發(fā)動機轉速與曲軸轉角傳感器，其功用是采集曲軸轉動角度和發(fā)動機轉速信號，并輸入電子控制單元(ECu)，以便確定點火時刻和噴油時刻。

凸輪軸位置傳感器(Camshaft Position Sensor，CPS)又稱為氣缸識別傳感器(Cylinder Identification Sensor，CIS)，為了區(qū)別于曲軸位置傳感器(CPS)，凸輪軸位置傳感器一般都用CIS表示。凸輪軸位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號，并輸入ECU，以便ECU識別氣缸1壓縮上止點，從而進行順序噴油控制、點火時刻控制和爆燃控制。此外，凸輪軸位置信號還用于發(fā)動機起動時識別出第一次點火時刻。因為凸輪軸位置傳感器能夠識別哪一個氣缸活塞即將到達上止點，所以稱為氣缸識別傳感器。