第四章 位置传感器的结构、原理与检测,汽车传感器,第一节 概述 第二节 曲轴位置传感器 第三节 节气门位置传感器 第四节 光电式车高传感器和转角 第五节 液位传感器 第六节 溢流环位置传感器 第七节 其他位置传感器,应用在汽车上的位置传感器有曲轴位置传感器、节气门位置传感器、液位传感器和车辆高度传感器等其作用是检测被测对象的位移（位置）、角位移的变化情况，并把检测结果转换成电信号输入给电控单元第一节 概 述,有模拟信号、脉冲信号、数字信号一、位置传感器的类型,1.按结构原理分类,有电磁式、霍尔效应式、光电式、电阻式、热敏电阻式等,2.按输出信号分类,3.按用途分类,发 动 机 结 构 简 介,曲柄连杆机构简介,机体组,活塞连杆组,曲轴飞轮组,1.曲轴飞轮组功用：,1) 将做功冲程从连杆传来的力转变为转矩经飞轮传到传动机构；,2) 靠惯性通过连杆反过来推动各缸活塞的进气、压缩、排气冲程；,3) 驱动配气机构和其他附属装置2.曲轴飞轮组主要组成,结构：由前端轴、若干个曲拐和后端轴三部分组成3.曲轴的结构,1）曲拐的数量与取决于发动机的气缸数和排列方式 2）曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈 3）平衡重的作用是平衡各机件产生的离心力及其力矩。
四缸发动机的曲拐布置,四缸发动机的发火顺序1－ 3 － 4 －2,4.曲轴形状和曲拐的布置形式,四缸发动机的发火顺序1－ 3 － 4 －2,四缸发动机曲轴运动示意图,六缸发动机的曲拐布置,1－6,2－5,3－4,120,直列六缸发动机发火顺序,1－5－3－6－2－4,六缸发动机曲轴运动示意图,六缸发动机发火顺序示意图,1. 飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量2. 有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线（汽油机）或供油提前角刻度线（柴油机），以便调整和检验点火正时，供油提前角和气门间隙5.飞轮组成,配气机构简介,配气机构的组成,气门组,气门传动组,凸轮轴上置式配气机构运动示意图,上置双凸轮轴直接驱动四气门配气机构,1)功用：驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求2)结构,斜齿轮：驱动分电器、（机油泵） 偏心轮：驱动汽油泵,凸轮轴结构,正时齿轮图片,正 时 标 记,,四冲程发动机的一个工作循环，曲轴旋转两周，而各缸进、排气门各开启一次，因此凸轮轴只须旋转一周故 凸轮轴正时齿轮的齿数是曲轴正时齿轮的齿数的两倍。
齿数 22,齿数 44,,,点火系统简介,断电器,配电器,点火提前调节装置,电容器,分电器包括：,1.传统点火系统的组成,点火时刻与发动机的工作状况,四缸点火演示简图,1) 高压电的产生，由点火线圈和分电器中的断电器完成 2) 高压电的分配由分电器中的配电器完成点火线圈,配电器,断电器,分电器结构,点火信号发生器,在电子点火或微机点火系统中，点火信号发生器取代了断电器中的凸轮，用来判定活塞所处的位置，将活塞位置信号输送到点火控制器，从而保证在恰当的时刻点火 主要应用的有：磁脉冲式、霍尔效应式和光电效应式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器是发动机集中控制系统中最重要的传感器之一，是点火系统和燃油喷射系统共用的传感器1.功用 检测发动机曲轴转角和活塞上止点，并将检测信号送至发动机ECU，用以控制点火时刻(点火提前角)和喷油正时 同时也是测量发动机转速的信号源通常与曲轴位置传感器相配的还有凸轮轴位置传感器， 其中凸轮轴位置传感器的功用是判别发动机的哪一缸的活塞即将到达上止点，又称为判缸传感器 以上两者一起又称为发动机转速与曲轴位置传感器或称为曲轴位置/判缸/转速传感器注：,第二节 曲轴位置传感器,安装在分电器内、曲轴上、凸轮轴上、飞轮壳体上。
其产生信号原理分为磁脉冲式、光电式、霍尔式三种2.曲轴位置传感器的类型,3.曲轴位置传感器的安装部位,曲轴位置传感器安装在飞轮壳体上,日产公爵王(Cedric)轿车、三菱与猎豹吉普车采用光电式曲轴与凸轮轴位置传感器； 丰田系列轿车采用磁脉冲式曲轴与凸轮轴位置传感器； 捷达AT和GTX型、桑塔纳2000GSi型、奥迪200型轿车采用磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式凸轮轴位置传感器； 红旗CA7220E型轿车和切诺基吉普车采用了霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器，其中曲轴位置传感器为差动霍尔式传感器4.曲轴位置传感器的应用,相当多数汽车将曲轴与凸轮轴两种位置传感器制作成一体，且相同类型传感器的工作原理完全相同，所以将这两种传感器安排在同一节中介绍一、磁脉冲式曲轴位置传感器的结构、原理与检测,（一）磁脉冲式曲轴位置传感器的结构与原理,1. 传感器结构,信号盘,120信号 用的凸缘,,,传感器盒,,1)信号盘与传感器盒,该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后信号盘装在曲轴上，在外缘沿圆周每隔4°加工一个齿，共有90个齿每隔120° 布置一个凸缘，共三个日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器,120信号：对于6缸发动机三对活塞 到达上止点相对于曲轴旋转角度相 差120。
2)传感器盒（信号发生器）结构,信号发生器安装在信号盘边缘，内有三个永久磁铁，上面绕有线圈磁头 磁头②产生120°信号即C信号，用于判别汽缸及检测活塞上止点位置 磁头①和③共同产生1°信号即Ne信号，用以检测曲轴转角及发动机转速信号 连接器将曲轴位置传感器的信号送至ECU3)磁头与脉冲成形电路,当曲轴旋转一圈时， 在磁头②上产生三个120º脉冲信号，磁头②安装在上止点前70º的位置，该信号也叫做上止点前70º信号，即发动机在运转时，各缸到达上止点前70º均由磁头②产生一个脉冲信号 在磁头①和③上各产生相位差90º的90个脉冲信号，经信号合成后向ECU输送180个脉冲1º的信号2.传感器工作原理,1)磁交变信号的产生过程,当曲轴带动信号盘旋转时，齿相对线圈位置的变化，使线圈内磁通发生变化，线圈内产生感应电动势输出Ue,Ue,,,,2)磁交变信号的整形,,,,,,,,,,t,Ue,3)曲轴1转角信号的产生,磁头①和③共同产生1°信号（Ne信号），用以检测曲轴转角及发动机转速信号即发动机在运转过程中，磁头②在各缸到达上止点前70°位置均产生一个脉冲信号4）磁头②与曲轴的位置,1.开路检测法： 测量传感器感应线圈电阻值。
2.在路检测法： 1）测量输出电压 2）测其工作频率 3）检测信号输出波形 4）检测导线及插头 5）用塞尺检查曲轴转 角传感器的空气隙， 其规定值为 0.2~0.4mm,（二）磁脉冲式曲轴位置传感器的检测,丰田TCCS系统磁脉冲式曲轴位置传感器安装在分电器内该传感器分成上、下两部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器,No1 转子,G1 线圈,No2 转子,G2 线圈,1. 传感器结构,G1 线圈,No1 转子,No2 转子,G2 线圈,Ne 线圈,Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号，即曲轴位置传感器的1信号该信号由下半部具有等间隔24个轮齿的转子(No.2转子)及固定于其对面的感应线圈产生正时转子,Ne感应线圈,分电盘 旋转一圈产生24个脉冲,分电盘 15° 曲轴 30 °,1曲轴转角信号是利用30 转角的时间由ECU再均分30等份产生发动机的转速根据Ne信号计测36024＝15,G信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置，G信号是由位于Ne发生器上方的凸缘转轮(No.1正时转子)及其位置相隔180 的两个感应线圈(G1感应线圈和G2感应线圈)产生的。
G信号也用作计算曲轴转角时的基准信号G1信号检测第1缸上止点，G2信号检测第6缸及第1缸的上止点G1、G2信号产生时，实际上并不是活塞到达正好上止点，而是在活塞到达上止点(BTDC)前10 的位置捷达AT和GTX型轿车、桑塔纳2000GSi型轿车、奥迪200型轿车均采用齿轮磁脉冲式曲轴位置传感器齿轮磁脉冲式曲轴位置传感器,信号转子58个凸齿、57个小齿缺、1个大齿缺，每个凸齿和小齿缺占曲轴转角3°，大齿缺占曲轴转角15°58 3° + 57 3° + 15°＝360°,由信号发生器和带光孔的信号盘组成二、光电式曲轴位置传感器的结构、原理与检测,(一)光电式曲轴位置传感器的结构和原理,1.传感器的结构,信号发生器： 固定安装在底座板上由两只发光二极管、两只光敏晶体管和整形电路组成信号盘： 与分电器的发火头 同轴旋转1)产生Ne信号(转速和转角信号)：信号盘边缘刻有360条缝 隙，用来产生1°凸轮轴转角信号或2° 曲轴转角信号2.传感器工作原理,2)产生G信号(缸序判别信号) ：对于六缸发动机，内侧分布 六个间隔60 °的光孔；对于四缸发动机，内侧分布四个90° 的光孔其中较宽的光孔用来判断第1缸活塞上止点。
120信号 (1缸),120信号,1信号,,三、霍尔效应式曲轴位置传感器的结构、原理与检测,（一）霍尔效应式曲轴位置传感器的结构、原理,1. 霍尔效应原理,UH,-,+,当电流以垂直于磁场方向通过置于磁场中的半导体基片的霍尔元件时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生一个与电流和磁场强度成正比的电势 ，即霍尔电势UH : UH=k IB 当电流I一定，则UH与磁场强度B成正比霍尔效应式曲轴位置传感器：信号轮转动时，每当触发叶片进入磁铁与霍尔元件之间的空隙时，磁通被触发叶片所旁路(或称隔磁)，这时不产生霍尔电压；当触发叶片离开空隙时，磁铁的磁通穿过霍尔元件产生霍尔电压从而使霍尔元件产生脉冲电压信号，经放大整形后即为所需的曲轴位置信号由具有触发轮齿的信号盘和霍尔传感器组成2.轮齿触发霍尔式曲轴位置传感器结构,作用：提供曲轴转角和发动机转速信息克来斯勒2.5L四缸发动机和4.0L六缸发动机的曲轴位置传感器,安装：信号盘安装在变速器输入端，传感器在变速器壳体上对于四缸发动机：信号盘有两组相隔180°的轮子齿组，每组四个齿槽中相邻齿槽间隔角度均为20° 2.传感器工作原理：,当一组齿槽和轮齿通过霍尔传感器便产生4个高-低电位脉冲信号。
曲轴每转一圈产生8个脉冲信号ECU每接收到 8个脉冲就知道曲轴旋转了一转两组信号中的第一个脉冲信号上升沿开始，能确定现在有两个汽缸的活塞正在向上止点运动第四个脉冲下降沿位于活塞上止点前4°的位置故根据第一个上升沿即能确定正在向当前上止点运动的两个活塞当前的运行位置对于六缸发动机：信号盘有三组相隔120°的轮子齿组，每组四个齿槽中相邻两个齿槽间隔角度与四缸机相同产生三组共12脉冲信号 ECU每接收到12个脉冲就知道曲轴旋转了一转同样也是第四个脉冲下降沿位于活塞上止点前4°的位置其工作过程与四缸机相同不论是四缸机还是六缸机，ECU均能根据对各脉冲通过时间的计算，能计算出1°曲轴转角的时间，并计算出曲轴的当前确切位置和发动机的转速3.霍尔式同步信号发生器,产生与曲轴位置传感器信号对应的同步信号ECU据该信号对发动机的工作循环及活塞所处位置作出判断结合曲轴位置传感器输出信号，确定发动机喷油正时和点火正时的及顺序安装：在分电器或凸轮轴上同步信号发生器作用：,ECU从第一个脉冲沿虽可判断有两个活塞在接近上止点，但并不能判断出是哪两个缸的活塞，也不能对这两个汽缸正在进行的工作行程作出判断要能使ECU对汽缸缸序作出判断，还需要一个汽缸判别信号。
四缸发动机的发火顺序1－ 3 － 4 －2,曲轴转角°,360,0,540,720,180,（1）安装在分电器内的霍尔式同步信号发生器,,（2）安装在凸轮轴上的霍尔式同步信号发生器,第三节 节气门位置传感器,有线性输出型、开关型和数码编码三种节气门位置传感器也叫节气门开关，是发动机集中控制系统中最重要的传感器之一，是点火系统、燃油喷射系统和自动变速器系统共用的传感。