作為發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)中最主要的傳感器——曲軸轉(zhuǎn)角傳感器又稱(chēng)曲軸位置傳感器，主要作用是控制點(diǎn)火時(shí)刻確認(rèn)曲軸位置不可缺少的信號(hào)源，其檢測(cè)并輸入發(fā)動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制裝置的信號(hào)包括活塞上止點(diǎn)及曲軸轉(zhuǎn)角等兩種，也是供測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)源。就其安裝部位有在曲軸前端、凸輪軸前端、飛輪上和分電器內(nèi)的。曲軸位置傳感器可分為磁電式、光電式和霍爾式3大類(lèi)，車(chē)輛不同，所采用的結(jié)構(gòu)型式不完全一樣。本文將介紹三大曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的具體結(jié)構(gòu)和工作特性。

一、何為光電曲軸轉(zhuǎn)角傳感器？

顯而易見(jiàn)，光電曲軸轉(zhuǎn)角傳感器就是在對(duì)光敏上發(fā)揮作用的，光電傳感器如圖1所示，主要由發(fā)光管、光敏二極管、光孔盤(pán)和控制電路組成。發(fā)光管、光敏二極管和控制電路都裝在固定底板座上，發(fā)光管與光敏二極管位置在光孔板上下相對(duì)，發(fā)光管的光線(xiàn)照射到光敏二極管上。光孔盤(pán)固定在凸輪軸上，與凸輪軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，光孔盤(pán)邊緣分別有360條縫隙，每轉(zhuǎn)過(guò)一條縫隙對(duì)應(yīng)凸輪軸1°轉(zhuǎn)角，在光孔盤(pán)邊緣還有表示一缸上止點(diǎn)位置的縫隙和60°（6缸機(jī)）或90°（四缸機(jī)）間隔的縫隙。遮光盤(pán)置于發(fā)光管與光敏二極管之間，當(dāng)光孔盤(pán)擋住發(fā)光管的光線(xiàn)時(shí)，光敏二極管截止，控制電路輸出低電平。當(dāng)縫隙對(duì)準(zhǔn)發(fā)光管與光敏二極管時(shí)，光線(xiàn)照射到光敏二極管上，控制電路輸出高電平。凸輪軸轉(zhuǎn)一周，由36條縫隙所控制的電路輸出360個(gè)脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于凸輪1°轉(zhuǎn)角（曲軸2°轉(zhuǎn)角），此信號(hào)作為向電腦輸入的轉(zhuǎn)角信號(hào)。由縫隙較寬的一缸上止點(diǎn)位置標(biāo)志和60°（90°）間隔縫隙所控制的電路將向電腦輸入一缸上止點(diǎn)位置信號(hào)和缸序判別信號(hào)。光電傳感器可裝在分電器內(nèi)，也可直接裝于凸輪軸軸端，此時(shí)光孔盤(pán)將固定在凸輪軸上。

圖1光電曲軸轉(zhuǎn)角傳感器

二、何為磁電式曲軸轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速傳感器？

由于光電式曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的光孔盤(pán)上的光孔容易被臟東西遮擋，造成信號(hào)脈沖的脈沖當(dāng)量變化而產(chǎn)生測(cè)量的誤差，所以后來(lái)多用磁電式傳感器。

圖2磁電式曲軸轉(zhuǎn)角傳感器

磁電式傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2磁電式曲軸轉(zhuǎn)角傳感器永久磁鐵的磁力線(xiàn)經(jīng)轉(zhuǎn)子、線(xiàn)圈、托架構(gòu)成封閉回路，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子凸起與托架間的磁隙不斷發(fā)生變化，通過(guò)線(xiàn)圈的磁通也不斷變化，線(xiàn)圈中便產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并以交流形式輸出。圖3所示該曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端的皮帶輪之后，在皮帶輪后端設(shè)置一個(gè)帶有細(xì)齒的薄圓盤(pán)，是用以產(chǎn)生信號(hào)的轉(zhuǎn)盤(pán)，被稱(chēng)為信號(hào)盤(pán)。

圖3日產(chǎn)公司磁電式曲軸轉(zhuǎn)角傳感器

在信號(hào)盤(pán)的外緣，沿著圓周每隔4°加工一齒，共90個(gè)齒。此外，每隔120°布置一個(gè)凸緣，共3個(gè)。安裝在信號(hào)盤(pán)邊沿的傳感器盒是產(chǎn)生電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器內(nèi)有3個(gè)永久磁鐵上繞有線(xiàn)圈的磁頭，其中磁頭2產(chǎn)生120°信號(hào)，磁頭1和磁頭3共同產(chǎn)生曲軸1°信號(hào)。磁頭2對(duì)著信號(hào)盤(pán)的120°凸緣，和磁頭1、磁頭3分別裝在兩個(gè)平面上，磁頭1和磁頭3對(duì)著信號(hào)盤(pán)的齒圈，磁頭1相對(duì)于磁頭3間隔3°曲軸轉(zhuǎn)角的位置安裝。脈沖成形電路內(nèi)有信號(hào)放大與整形等電路。外部有4孔的電連接器?？?為120°信號(hào)輸出線(xiàn)，孔2為信號(hào)放大與整形電路的電源線(xiàn)，孔3為1°信號(hào)輸出線(xiàn)，孔4是接地線(xiàn)。通過(guò)該連接器將曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的感應(yīng)信號(hào)輸送給電腦。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)盤(pán)的齒和凸緣經(jīng)過(guò)磁頭，如上述原理使感應(yīng)線(xiàn)圈內(nèi)磁通變化，從而在感應(yīng)線(xiàn)圈里產(chǎn)生交變的電動(dòng)勢(shì)，再將它處理后，即變成脈沖信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)1圈，在磁頭2上產(chǎn)生3個(gè)120°脈沖信號(hào)，在磁頭1和磁頭3上交替各產(chǎn)生90個(gè)脈沖信號(hào)。

三、何為曲軸轉(zhuǎn)角傳感器？

霍爾傳感器基本原理。圖5所示的半導(dǎo)體薄片，若在它的兩端通過(guò)以控制電流I，在薄片垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，在薄片的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流I（插頁(yè)編號(hào)：98-08-06）和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積成比例的電動(dòng)勢(shì)UH，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為霍爾電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。

圖4GM公司霍爾曲軸轉(zhuǎn)角傳感器

圖5霍爾效應(yīng)原理圖

假設(shè)在N型半導(dǎo)體薄片的載流子（電子）沿著與電流相反的方向運(yùn)動(dòng)（電子速度為v），由于在垂直于半導(dǎo)體薄片平面的方向施加磁場(chǎng)B，所以電子受到洛侖茲力fL的作用，向一邊偏轉(zhuǎn)，并使該邊形成電子積累，而另一邊則為正電荷積累，于是形成電場(chǎng)。該電場(chǎng)阻止運(yùn)動(dòng)電子的繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電場(chǎng)作用在運(yùn)動(dòng)電子上的fE與fL相等時(shí)，電子的積累便達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在薄片兩橫斷面之間建立電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱(chēng)為霍爾電勢(shì)UH，其大小可用（3）式表示：

UH=KHIB（3）

式中KH——霍爾元件靈敏度

I——控制電流

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度

由式（3）可看出霍爾電勢(shì)的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。靈敏度KH表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)輸出的霍爾電勢(shì)大小，一般要求它越大越好。

小結(jié)：

簡(jiǎn)單來(lái)講，曲軸轉(zhuǎn)角傳感器就是可以檢測(cè)活塞上止點(diǎn)位置，也可以用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速問(wèn)題。市面上幾乎大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，其三大類(lèi)：光電式、磁脈沖式以及霍爾式可以在不同的原理的基礎(chǔ)上發(fā)揮極大的作用，促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。