汽車電子之位置傳感器(上)

3)霍爾式傳感器工作原理：當(dāng)傳感器軸轉(zhuǎn)動時，觸發(fā)葉輪的葉片便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉(zhuǎn)過：當(dāng)葉片離開氣隙時，永久磁鐵的磁通便經(jīng)霍爾集成電路和導(dǎo)磁鋼片構(gòu)成回路，此時霍爾元件產(chǎn)生電壓(UH=1．9～2．0V)，霍爾集成電路輸出級的晶體管導(dǎo)通，傳感器輸出的信號電壓U0為低電平(實測表明：當(dāng)電源電壓Ucc=14．4V或5V時，信號電壓U0=0．1～0．3 V)。

當(dāng)葉片進入氣隙時，霍爾集成電路中的磁場被葉片旁路，霍爾電壓UH為零，集成電路輸出級的晶體管截止，傳感器輸出的信號電壓U0為高電平(實測表明：當(dāng)電源電壓Ucc=14．4V時，信號電壓U0=9．8 V；當(dāng)電源電壓Ucc=5V時，信號電壓U0=4．8 V)。

(2)捷達、桑塔納轎車霍爾式凸輪軸位置傳感器

    1)結(jié)構(gòu)特點：捷達AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車采用的霍爾式凸輪軸位置傳感器安裝在發(fā)動機進氣凸輪軸的一端，結(jié)構(gòu)如圖2-28所示。它主要由霍爾信號發(fā)生器和信號轉(zhuǎn)子組成。信號轉(zhuǎn)子又稱為觸發(fā)葉輪，安裝在進氣凸輪軸上，．用定位螺栓和座圈定位固定。信號轉(zhuǎn)子的隔板又稱為葉片，在隔板上制有一個窗口，窗口對應(yīng)產(chǎn)生的信號為低電平信號，隔板(葉片)對應(yīng)產(chǎn)生的信號為高電平信號?；魻柺叫盘柊l(fā)生器主要由霍爾集成電路、永久磁鐵和導(dǎo)磁鋼片等組成。霍爾集成電路由霍爾元件、放大電路、穩(wěn)壓電路、溫度補償電路、信號變換電路和輸出電路等組成?；魻栐霉璋雽?dǎo)體材料制成，與永久磁鐵之間留有0．2～0．4mm的間隙，當(dāng)信號轉(zhuǎn)子隨進氣凸輪軸一同轉(zhuǎn)動時，隔板和窗口便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉(zhuǎn)過。

該傳感器接線插座上有三個引線端子，端子1為傳感器電源正極端子，與控制單元端子62連接：端子2為傳感器信號輸出端子，與控制單元端子76連接：端子3為傳感器電源負極端子，與控制單元端子67連接。

2)工作情況：由霍爾式傳感器工作原理可知，當(dāng)隔板(葉片)進入氣隙(即在氣隙內(nèi))時，霍爾元件不產(chǎn)生電壓，傳感器輸出高電平(5V)信號；當(dāng)隔板(葉片)離開氣隙(即窗口進入氣隙)時，霍爾元件產(chǎn)生電壓。傳感器輸出低電平信號(0．1V)。凸輪軸位置傳感器輸出的信號電壓與曲軸位置傳感器輸出的信號電壓之間的關(guān)系如圖2-29所示。發(fā)動機曲軸每轉(zhuǎn)兩圈(720。)，霍爾式傳感器信號轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一圈(360。)，對應(yīng)產(chǎn)生一個低電平信號和一個高電平信號，其中低電平信號對應(yīng)于氣缸1壓縮上止點前一定角度。

發(fā)動機工作時，磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器(CPS)和霍爾式凸輪軸位置傳感器(CIS)產(chǎn)生的信號電壓不斷輸入電子控制單元(ECU)。當(dāng)ECU同時接收到曲軸位置傳感器大齒缺對應(yīng)的低電平(15。)信號和凸輪軸位置傳感器窗口對應(yīng)的低電平信號時，便可識別出此時為氣缸1活塞處于壓縮行程、氣缸4活塞處于排氣行程，并根據(jù)曲軸位置傳感器小齒缺對應(yīng)輸出的信號控制點火提前角。電子控制單元識別出氣缸1壓縮上止點位置后，便可進行順序噴油控制和各缸點火時刻控制。

如果發(fā)動機產(chǎn)生了爆燃，電子控制單元還能根據(jù)爆燃傳感器輸入的信號判別出是哪一個缸產(chǎn)生了爆燃，從而減小點火提前角，以便消除爆燃。

5．差動霍爾式曲軸位置傳感器

切諾基(Cherokee)吉普車與紅旗CA7220E型轎車采用了差動霍爾式曲軸位置傳感器，其凸輪軸位置傳感器均為普通霍爾式傳感器。

    (1)差動霍爾式傳感器結(jié)構(gòu)特點 

差動霍爾式傳感器又稱為雙霍爾式傳感器，其結(jié)構(gòu)與磁感應(yīng)式傳感器相似，如圖2-30a所示。它由帶凸齒的信號轉(zhuǎn)子和霍爾信號發(fā)生器組成。差動霍爾式傳感器的工作原理與普通霍爾式傳感器相同。根據(jù)霍爾式傳感器的工作原理。當(dāng)發(fā)動機飛輪上的齒缺與凸齒轉(zhuǎn)過差動霍爾電路的兩個探頭時，齒缺或凸齒與霍爾探頭之間的氣隙就會發(fā)生變化，磁通量隨之變化，在傳感器的霍爾元件中就會產(chǎn)生交變電壓信號，如圖2-30b所示。其輸出電壓由兩個霍爾信號電壓疊加而成。因為輸出信號為疊加信號，所以轉(zhuǎn)子凸齒與信號發(fā)生器之間的氣隙可以增大到(1±0．5)mm(普通霍爾式傳感器僅為0．2～0．4mm)，因而便可將信號轉(zhuǎn)子制成像磁感應(yīng)式傳感器轉(zhuǎn)子一樣的齒盤式結(jié)構(gòu)，其突出優(yōu)點是信號轉(zhuǎn)子便于安裝。在汽車上，一般將凸齒轉(zhuǎn)子裝在發(fā)動機曲軸上或?qū)l(fā)動機飛輪作為傳感器的信號轉(zhuǎn)子。

(2)切諾基吉普車差動霍爾式曲軸位置傳感器

1)結(jié)構(gòu)特點：切諾基吉普車2．5L(四缸)、4．0L(六缸)電子控制燃油噴射式發(fā)動機采用了差動霍爾電路的霍爾式曲軸位置傳感器。它安裝在變速器殼體上。該傳感器向ECu提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置(轉(zhuǎn)角)信號，作為計算噴油時刻和點火時刻的重要依據(jù)之一。

2．5L四缸電子控制發(fā)動機的飛輪上制有8個齒缺，如圖2-31a所示。8個齒缺分成兩組，每4個齒缺為一組，兩組之間相隔角度為180。，同一組中相鄰兩個齒缺之間間隔角度為20。。4．0L六缸電子控制發(fā)動機的飛輪上制有12個齒缺，如圖2．3lb所示。12個齒缺分成三組，每4個齒缺為一組，相鄰兩組之間相隔角度為120。，同一組中相鄰兩個齒缺之間間隔角度也為20。。

2)工作情況：飛輪上的每一組齒缺轉(zhuǎn)過霍爾探頭時，傳感器就會產(chǎn)生一組共4個脈沖信號。其中，四缸發(fā)動機每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生兩組共8個脈沖信號；六缸發(fā)動機每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生三組共12個脈沖信號。

對于四缸發(fā)動機，ECU每接收到8個信號，即可知道曲軸旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)，再根據(jù)接收8個信號所占用的時間，就可計算出曲軸轉(zhuǎn)速。對于六缸發(fā)動機，ECU每接收到12個信號，即可知道曲軸旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)，再根據(jù)接收12個信號所占用的時間，就可計算出曲軸轉(zhuǎn)速。

電子控制單元控制噴油和點火時，都有一定的提前角，因此需要知道活塞接近上止點的位置。切諾基吉普車在每組信號輸入ECU時，可以知道有兩個氣缸的活塞即將到達上止點位置。    例如，在四缸發(fā)動機控制系統(tǒng)中，利用一組信號，ECU可知氣缸1、4活塞接近上止點；利用另一組信號可知氣缸2、3活塞接近上止點。在六缸發(fā)動機控制系統(tǒng)中。利用一組信號，可知氣缸1與6、2與5、3與4活塞接近上止點。由于第4個齒缺產(chǎn)生的脈沖下降沿對應(yīng)于壓縮上止點前4。(BTDC4。)，因此第1個齒缺產(chǎn)生的脈沖信號下降沿對應(yīng)于壓縮上止點前64。(BT-DC64。)，如圖2-32所示。當(dāng)氣缸1、4對應(yīng)的第1個脈沖下降沿到來時，ECU即可知道此時氣缸1、4活塞位于壓縮上止點前64。(BTDC64。)，從而便可控制噴油提前角和點火提前角。但是，僅有曲軸轉(zhuǎn)角信號，ECU還不能確定是哪一個缸位于壓縮行程，哪一個缸位于排氣行程，為此還需要一個氣缸判別信號(即需要一只凸輪軸位置傳感器)。

(3)切諾基吉普車霍爾式凸輪軸位置傳感器

  1)結(jié)構(gòu)特點：切諾基吉普車發(fā)動機控制系統(tǒng)的氣缸判別信號由霍爾式凸輪軸位置傳感器提供，該傳感器又稱為同步信號傳感器，安裝在分電器內(nèi)，主要由脈沖環(huán)(信號轉(zhuǎn)子)、霍爾信號發(fā)生器組成。

脈沖環(huán)上制有凸起的葉片，占180。分電器軸轉(zhuǎn)角(相當(dāng)于360。曲軸轉(zhuǎn)角)。沒有葉片的部分也占180。分電器軸轉(zhuǎn)角(360。曲軸轉(zhuǎn)角)。脈沖環(huán)安裝在分電器軸上，隨分電器軸一同轉(zhuǎn)動。

 2)工作情況：當(dāng)脈沖環(huán)上的葉片進入信號發(fā)生器時，傳感器輸出高電平(5V)；當(dāng)脈沖環(huán)上的葉片離開信號發(fā)生器時，傳感器輸出低電平(0V)。分電器軸轉(zhuǎn)一圈，傳感器輸出一個高電平和一個低電平，高、低電平各占180。分電器軸轉(zhuǎn)角(分別相當(dāng)于360。曲軸轉(zhuǎn)角)。同步信號的波形如圖2-32所示。

當(dāng)脈沖環(huán)的葉片前沿進入信號發(fā)生器、傳感器輸出高電平(5V)時，對于四缸發(fā)動機，表示氣缸1、4活塞即將到達上止點，其中氣缸1活塞位于壓縮行程，氣缸4活塞位于排氣行程；對于六缸發(fā)動機，表示氣缸3、4活塞即將到達上止點，其中氣缸4活塞位于壓縮行程，氣缸3活塞位于排氣行程。

當(dāng)脈沖環(huán)的葉片后沿進入信號發(fā)生器、傳感器輸出低電平(0V)時，對于四缸發(fā)動機，表示即將到達上止點的仍然是氣缸1、4活塞，其中氣缸4活塞位于壓縮行程，氣缸1活塞位于排氣行程；對于六缸發(fā)動機，表示氣缸3活塞位于壓縮行程，氣缸4活塞位于排氣行程。

利用凸輪軸位置傳感器判別出是哪一個氣缸即將到達排氣上止點之后，ECU根據(jù)曲軸位置傳感器信號，即可控制噴油提前角和點火提前角。設(shè)某一時刻的噴油提前角為上止點前64。(BTI)C64。)，當(dāng)凸輪軸位置傳感器脈沖環(huán)的葉片進入信號發(fā)生器、傳感器輸出高電平(5V)時，ECU判定四缸發(fā)動機的氣缸4活塞位于排氣行程(六缸發(fā)動機的氣缸3活塞位于排氣行程)，此時ECU在接收到曲軸位置傳感器(CPS)第一個脈沖信號的下降沿(BTDC64。)時，向噴油器發(fā)出噴油信號，從而實現(xiàn)提前64。噴油。在凸輪軸位置傳感器輸出高電平(5V))時，ECU還判定四缸發(fā)動機的氣缸1活塞(六缸發(fā)動機氣缸4活塞)位于壓縮行程，此時ECU根據(jù)曲軸位置傳感器CPS信號和點火提前角計算值，在活塞運行到上止點前點火提前角度時，向點火控制器發(fā)出點火指令，控制火花塞點火，實現(xiàn)點火提前。

利用凸輪軸位置傳感器對兩個氣缸的位置判定作為參考點，即可按照四缸發(fā)動機1—3—4—2(六缸發(fā)動機l一5—3—6—2—4)的工作順序，對各個氣缸進行提前噴油與提前點火控制。

(4)紅旗CA7720E型轎車差動霍爾式曲軸位置傳感器 

紅旗CA7220E型轎車CA488．3型發(fā)動機上裝備的SIMOS4S3型電子控制燃油噴射系統(tǒng)采用的差動霍爾式曲軸位置傳感器由信號轉(zhuǎn)子與信號發(fā)生器組成。信號轉(zhuǎn)子為齒盤式，安裝在變速器殼體前端，它與捷達AT、GTX型轎車用磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器轉(zhuǎn)子相似，在其圓周上均勻間隔地制作有58個凸齒、57個小齒缺和一個大齒缺。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號，對應(yīng)于發(fā)動機氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。大齒缺所占的弧度相當(dāng)于兩個凸齒和三個小齒缺所占的弧度。因為信號轉(zhuǎn)子隨曲軸一同旋轉(zhuǎn)，曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360。)，信號轉(zhuǎn)子也旋轉(zhuǎn)一圈(360。)，所以信號轉(zhuǎn)子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角為360。，每個凸齒和小齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角均為3。(58×3。+57×3。=345。)，大齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角為15。(2×3。+3×3。=15。)，信號波形如圖2-33a所示。