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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(hào)盤(pán)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(dāng)信號(hào)盤(pán)上的透光孔旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時(shí)，LED發(fā)出的光線就會(huì)照射到光敏晶體管上，此時(shí)光敏晶體管導(dǎo)通，其集電極輸出低電平(0．1～O．3V)；當(dāng)信號(hào)盤(pán)上的遮光部分旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時(shí)，LED發(fā)出的光線就不能照射到光敏晶體管上，此時(shí)光敏晶體管截止，其集電極輸出高電平(4．8～5．2V)。

如果信號(hào)盤(pán)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，透光孔和遮光部分就會(huì)交替地轉(zhuǎn)過(guò)LED而透光或遮光，光敏晶體管集電極就會(huì)交替地輸出高電平和低電平。當(dāng)傳感器軸隨曲軸和配氣凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)盤(pán)上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏晶體管之間轉(zhuǎn)過(guò)，LED發(fā)出的光線受信號(hào)盤(pán)透光和遮光作用就會(huì)交替照射到信號(hào)發(fā)生器的光敏晶體管上，信號(hào)傳感器中就會(huì)產(chǎn)生與曲軸位置和凸輪軸位置對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。

由于曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，傳感器軸帶動(dòng)信號(hào)盤(pán)旋轉(zhuǎn)一圈，因此，G信號(hào)傳感器將產(chǎn)生6個(gè)脈沖信號(hào)。Ne信號(hào)傳感器將產(chǎn)生360個(gè)脈沖信號(hào)。因?yàn)?span>G信號(hào)透光孔間隔弧度為60。，曲軸每旋轉(zhuǎn)120。就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，所以通常G信號(hào)稱為120。信號(hào)。設(shè)計(jì)安裝保證120。信號(hào)在上止點(diǎn)前70。(BTDC70。)時(shí)產(chǎn)生，且長(zhǎng)方形寬邊稍長(zhǎng)的透光孔產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1上止點(diǎn)前70。，以便ECU控制噴油提前角與點(diǎn)火提前角。因?yàn)?span>Ne信號(hào)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(gè)脈沖周期中，高、低電平各占1。曲軸轉(zhuǎn)角，360個(gè)信號(hào)表示曲軸旋轉(zhuǎn)720。。曲軸每旋轉(zhuǎn)120。，G信號(hào)傳感器產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，Ne信號(hào)傳感器產(chǎn)生60個(gè)信號(hào)。

磁感應(yīng)式曲軸與凸輪軸位置傳感器

磁感應(yīng)式傳感器的工作原理如圖2-23所示，磁力線穿過(guò)的路徑磁鐵N極一定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙一轉(zhuǎn)子凸齒一轉(zhuǎn)子凸齒與定子磁頭間的氣隙一磁頭一導(dǎo)磁板一磁鐵S極。當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁路中的氣隙就會(huì)周期性地發(fā)生變化，磁路的磁阻和穿過(guò)信號(hào)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(yīng)原理，傳感線圈中就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)。

當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為正(E大于0)，如圖2-24中曲線abc所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸齒接近磁頭邊緣時(shí)，磁通量φ急劇增多，磁通變化率最大[dφ/dt=(dφ/dt)max]，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E最高(E=Emax)，如圖2-24中曲線b點(diǎn)所示。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)b點(diǎn)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)E降低。

當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到凸齒的中心線與磁頭的中心線對(duì)齊時(shí)(見(jiàn)圖2-24b)，雖然轉(zhuǎn)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為零，如圖2-24中曲線c點(diǎn)所示。

當(dāng)轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蚶^續(xù)旋轉(zhuǎn)，凸齒離開(kāi)磁頭時(shí)(見(jiàn)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為負(fù)值，如圖2-24中曲線cda所示。當(dāng)凸齒轉(zhuǎn)到將要離開(kāi)磁頭邊緣時(shí)，磁通量φ急劇減少，磁通變化率達(dá)到負(fù)向最大值[dφ/df=-(dφ/dt)max]，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E也達(dá)到負(fù)向最大值(E=-Emax)，如圖2-24中曲線上d點(diǎn)所示。

由此可見(jiàn)，信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)凸齒，傳感線圈中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性交變電動(dòng)勢(shì)，即電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)一次最大值和一次最小值，傳感線圈也就相應(yīng)地輸出一個(gè)交變電壓信號(hào)。磁感應(yīng)式傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電源，磁鐵起著將機(jī)械能變換為電能的作用，其磁能不會(huì)損失。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)子凸齒轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)速越高，磁通變化率就越大，傳感線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就越高。轉(zhuǎn)速不同時(shí)，磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化情況如圖2-24所示。

由于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙不能隨意變動(dòng)。氣隙如有變化，必須按規(guī)定進(jìn)行調(diào)整，氣隙一般設(shè)計(jì)在0．2～0．4mm范圍內(nèi)。

曲軸與凸輪軸

曲軸位置傳感器(Crankshaft Position Sensor，CPS)又稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，其功用是采集曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并輸入電子控制單元(ECu)，以便確定點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻。

凸輪軸位置傳感器(Camshaft Position Sensor，CPS)又稱為氣缸識(shí)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(hào)，并輸入ECU，以便ECU識(shí)別氣缸1壓縮上止點(diǎn)，從而進(jìn)行順序噴油控制、點(diǎn)火時(shí)刻控制和爆燃控制。此外，凸輪軸位置信號(hào)還用于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)識(shí)別出第一次點(diǎn)火時(shí)刻。因?yàn)橥馆嗇S位置傳感器能夠識(shí)別哪一個(gè)氣缸活塞即將到達(dá)上止點(diǎn)，所以稱為氣缸識(shí)別傳感器。