发动机电控系统的结构与维修5章2.1转速、角度传感器.ppt

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1、,第5 章 控制系统的主要器件5.2运行状态传感器,主讲：朱明高级技师.经济师,工程师 高级技能专业教师 汽车维修工高级考评员,电子控制汽油喷射系统传感器,转速和转角位置传感器及车速传感器,v,52运行状态传感器p48,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器转速传感器 旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模 拟式和数字式两种。前者的输出信号值是转速的线性函数,后者的输出信号频率与转速成正比,或其信号峰值间隔与转速成反比。常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。,5

2、2运行状态传感器p48,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器 转速传感器的任务：是和信号发生装置配合，将曲轴或与曲轴有联动关系的其他旋转件的转角位置信息传递给电子控制器，使后者能根据转角位置信号的频率得出1.曲轴转速(安装在曲轴、凸轮轴或分电器轴上)2.或车速(只是安装的位置在变速箱输出轴上或在车轮轴上)，并以某一特定的转角位置信号(通常是发动机第一缸压缩膨胀上止点或该上止点前的某一特定转角位置)作为按喷油正时、点火正时发出下一个触发脉冲的定位基准信号。,52运行状态传感器p48,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器 转速传感器的任务：是和信号发生装置配合，将曲轴或与曲轴有联动关系

3、的其他旋转件的转角位置信息传递给电子控制器，使后者能根据转角位置信号的频率得出1.曲轴转速(安装在曲轴、凸轮轴或分电器轴上)2.或车速(只是安装的位置在变速箱输出轴上或在车轮轴上)，并以某一特定的转角位置信号(通常是发动机第一缸压缩膨胀上止点或该上止点前的某一特定转角位置)作为按喷油正时、点火正时发出下一个触发脉冲的定位基准信号。,52运行状态传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器 转速传感器的任务：四冲程发动机当信号发生装置安装在曲轴上时，它只能提供每转一次的转角信号，无法区分其第一缸到达上止点位置的信号是对应于进排气上止点还是压缩膨胀上止点。因此，四冲程发动机中只有各缸同时或分

4、组(同组两汽缸同时到上止点)进行喷油和点火的发动机才可以把信号发生装置装在曲轴上。当必须判明缸序并实行各缸顺序喷油和顺序点火时，就必须在发动机每循环只转一转的轴上(如凸轮轴、分电器轴)安装信号发生盘。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器，是计算机控制的点火系统中最重要的传感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号，并将其输入计算机，从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。曲轴位置传感器有三种型式：1.电磁脉冲式曲轴位置传感器、2.霍尔效应式曲轴位置传感器（桑塔纳 2000型轿车和北京切诺基）、3.光电效应式曲轴位置传感器。曲

5、轴位置传感器型式不同，其控制方式和控制精度也不同。曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮侧面，有的安装于凸轮轴前端。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器 p48 安装于发动机曲轴飞轮、曲轴皮带轮或凸轮轴、分电器轴上的信号盘与固定在发动机机体上的电磁式传感器组成一个脉冲信号发生器。如图5-9所示，传感器的电磁铁或永久磁铁发出的磁力线通过信号盘形成回路。当信号盘旋转时，盘边的齿形缺口使传感器与信号盘问的磁隙发生变化，通过感应线圈5的磁通也随之相应地变化，

6、在线圈的两端就产生了高低交变的感应电动势。这一交变电量经过整形、放大就形成了一连串的脉冲方波信号。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器 改变作为信号发生装置的齿盘的形状，就可以获得表达不同信息的脉冲信号。例如，1.用齿盘上某个特殊的缺口或突起的上升沿或下降沿表示第一缸上止点或止点前某一特定转角位置；2.用一定直径的信号盘上的一个齿宽或一个缺口宽度表示一定的曲轴转角：3.在一定时间间隔内对等间距的突起或缺口引起的脉冲记数以得出转速。,52.1 转速和转角

7、位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器 变磁阻式传感器的三种基本类型，电感式传感器、变压器式传感器和电涡流式传感器都可制成转速传感器。电感式转速传感器应用较广，它利用磁通变化而产生感应电势，其电势大小取决于磁通变化的速率。这类传感器按结构不同又分为开磁路式和闭磁路式两种。开磁路式转速传感器（图4a）结构比较简单，输出信号较小，不宜在振动剧烈的场合使用。闭磁路式转速传感器（图4b）由装在转轴上的外齿轮、内齿轮、线圈和永久磁铁构成。内、外齿轮有相同的齿数。当转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内、外齿轮的相对运动，产生磁阻变化，在线圈中产生交流感应电势。测出电势的大小便可测出相应转速值。,52.1

8、转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器 电磁式传感器所输出的感应电压信号的强弱(幅值)与其安装间隙的调整及转速有关。当感应电压太弱时，就会有丢失部分信号造成计算机误判的问题。利用强磁性的永久磁铁可提高传感器的磁场强度，使其感应信号的电压值提高，目前一些电磁式传感器可在转速低到60rmin、间隙大到175mm的不利条件下感应电压不低于400mV，这就使选用和匹配都比较方便了。使用永磁的电磁式传感器无需电源，结构简单，可靠性好，价格低廉，因而得到了广泛的应用。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器,52.1

9、 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,1电磁式传感器,1、实例磁脉冲式曲轴位置传感器的结构和工作原理（1）丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器 丰田公司TCCS系统用磁脉冲式曲轴位置传感器安装在分电器内，其结构如图5所示。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，都是利用带有轮齿的转子旋转时，使信号发生器感应线圈内的磁通变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电动势，再将它放大后，送入ECU。,Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号，相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器的1信号。该信号由固定在下半部具有等间隔24个轮齿的转

10、子（N0.2正时转子）及固定于其对面的感应线圈产生如图6（a）所示。,N0.2正时转子上有24个齿，故转子旋转1圈，即曲轴旋转720时，感应线圈产生24个交流电压信号。Ne信号如图6（b）其一个周期的脉冲相当于30曲轴转角（72024=30）。更精确的转角检测，是利用30转角的时间由ECU再均分30等份，即产生1曲轴转角的信号。发动机的转速由ECU依照Ne信号的两个脉冲（60曲轴转角）所经过的时间为基准进行计测。,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）及其对面对称的两个感应线圈（G1感应线圈和G2感应线圈）产生的。其构造如图7所示。其

11、产生信号的原理与Ne信号相同。G信号也用作计算曲轴转角时的基准信号。,G1、G2信号分别检测第6缸及第1缸的上止点。由于G1、G2信号发生器设置位置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上活塞并不是正好达到上止点，而是在上止点前10的位置。图8所示为曲轴位置传感器G1、G2、Ne信号与曲轴转角的关系。,2、实例磁脉冲式曲轴位置传感器的检测 以皇冠3.0轿车2JZ-GE型发动机电子控制系统中使用的磁脉冲式曲轴位置传感器为例说明其检测方法，曲轴位置传感器电路如图9所示。,表 1 曲轴位置传感器的电阻值,（1）曲轴位置传感器的电阻检查 关闭点火开关，拔开曲轴位置传感器的导线连接器，用万用表的电阻档测量

12、曲轴位置传感器上各端子间的电阻值（表 1）。如电阻值不在规定的范围内，必须更换曲轴位置传感器。,2、实例磁脉冲式曲轴位置传感器的检测,（2）曲轴位置传感器输出信号的检查 拔下曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时，用万用表的电压档检测曲轴位置传感器上G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子间是否有脉冲电压信号输出。如没有脉冲电压信号输出，则须更换曲轴位置传感器。,2、实例磁脉冲式曲轴位置传感器的检测,（3）感应线圈与正时转子的间隙检查 用厚薄规测量正时转子与感应线圈凸出部分的空气间隙（图10），其间隙应为。若间隙不合要求，则须更换分电器壳体总成。,2、实例磁脉冲式曲轴位置传感器的检测,52.

13、1 转速和转角位置传感器及车速传感器,2霍尔式传感器p49,2霍尔式传感器p49,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,2霍尔式传感器p49 霍尔式传感器利用“霍尔效应”产生电压脉冲信号。如图510所示，当半导体芯片(霍尔组件)1被磁力线穿过，并有外加电流在垂直于磁力线的AB方向通过该芯片时，在芯片与电流和磁力线都垂直的CD方向上会产生一个电压差，叫做霍尔电压。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,2霍尔式传感器当电流为定值时，霍尔电压与磁场强度成正比。因此，当一个不导磁的旋转信号盘上的触发叶片3进入霍尔传感器的永久磁铁2和霍尔组件1之间的气隙时，磁力线不通过霍尔组件，其输出电压

14、为零，当触发叶片离开该气隙时，才产生霍尔电压。如此，随着信号盘的旋转，霍尔传感器就不断产生电压脉冲信号。信号盘用铝材或工程塑料制成，固定于曲轴或凸轮轴上，以其叶片对应于一定的曲轴转角位置。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,2霍尔式传感器霍尔式传感器的磁隙是固定的，因此其感应电压的大小也是固定的。处理其放大电路就比较容易。其磁隙中有信号触发片不断扫过，起着自洁的作用，不易因积垢而丢失信号。但是其价格高于电磁式传感器，又存在供应渠道少的问题，故应用较少。,2霍尔式传感器p49,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,2霍尔式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,2霍尔

15、式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,2霍尔式传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,2霍尔式传感器,1、实例美国GM公司霍尔式曲轴位置传感器的结构和工作（1）采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传感器 美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结构型式，如图20所示。在发动机的曲轴皮带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。,如图21所示，霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成。内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。信号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路（或称

16、隔磁），如图21（a）所示。这时不产生霍尔电压；,1、实例美国GM公司霍尔式曲轴位置传感器的结构和工作,当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁2的磁通便通过导磁板3穿过霍尔元件（图21（b）这时产生霍尔电压。将霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后，即向ECU输送电压脉冲信号。,1、实例美国GM公司霍尔式曲轴位置传感器的结构和工作,（2）实例采用触发轮齿的霍尔式曲轴位置传感器克莱斯勒公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在飞轮壳上，采用触发轮齿的结构。同时在分电器内设置同步信号发生器，用以协助曲轴位置传感器判别缸号北京切诺基车的霍尔式曲轴位置传感器如图23所示，,2、实例北京切诺基霍尔式曲轴

17、位置传感器的检测,检测霍尔式曲轴位置传感器的检测方法有一个共同点，即主要通过测量有无输出电脉冲信号来判断其是否良好。下面以北京切诺基的霍尔式曲轴位置传感器为例来说明其检测方法。,曲轴位置传感器与ECU有三条引线相连，如图24所示。其中一条是ECU向传感器加电压的电源线，输入传感器的电压为8V；另一条是传感器的输出信号线，当飞轮齿槽通过传感器时，霍尔传感器输出脉冲信号，高电位为5V，低电位为0.3V；第三条是通往传感器的接地线,2、实例北京切诺基霍尔式曲轴位置传感器的检测,曲轴位置传感器接头如图25所示。（1）传感器电源、电压的测试 打开点火开关，用万用表电压档测量ECU侧7#端子的电压应为8V

18、，在传感器导线连接器“A”端子处测量电压也应为8V，否则为电源、线断路或接头接触不良。,2、实例北京切诺基霍尔式曲轴位置传感器的检测,（2）端子间电压的检测 用万用表的电压档，对传感器的ABC三个端子间进行测试，当打开点火开关时，A-C端子间的电压值约为8V；B-C端子间的电压值在发动机转动时，在0.3-5V之间变化，且数值显示呈脉冲性变化，最高电压5v，最低电压0.3V。如不符合以上结果，应更换曲轴位置传感器。,2、实例北京切诺基霍尔式曲轴位置传感器的检测,（3）电阻检测 关闭点火开关，拔下曲轴位置传感器导线连接器，用万用表档跨接在传感器侧的端子A-B或A-C间，此时万用表显示读数为（开路）

19、，如果指示有电阻，则应更换曲轴位置传感器。GM（通用）公司触发叶片式霍尔传感器的测试方法与上述相似，只是端子为4个，上止点信号（内信号轮触发）输出端与接地端为脉冲电压显示。,2、实例北京切诺基霍尔式曲轴位置传感器的检测,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,3光电式传感器 p49 光电式传感器由发光二极管和光敏管与旋转遮光信号板组合产生电压信号，其结构原理如图5-11所示。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,3光电式传感器 p49,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,3光电式传感器 p49,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,3光电式传感器 p49发光管和光敏管

20、相对地位于旋转遮光信号板的两边，而装在分电器轴上的旋转遮光板上刻有不同宽度的孔或槽，使光敏管接收光线和被遮光的时间长度不同，产生强弱和间隔时间不同的电压脉冲，可以提供不同的信息，如缸序、曲轴转角等。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,3光电式传感器 p49,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,3光电式传感器 p49,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,3光电式传感器 信号电压的强弱取决于光敏管接收到的光强，发光管和光敏管之间的光通路的清洁程度就很重要，灰尘和水雾都有影响，尤其是低温时空气中的水蒸气在发光管和光敏管表面冷凝，会

21、使光路发生折射而丢失信号，在汽车上使用时必须将其放置在采取了很好的防尘措施的分电器或其他密封盒内。但是，由于发光管和光敏管的组合总成是极易获得的电子组件，在产品的研究开发工作中采用此类传感器只须自制一个旋转遮光板，而保洁又比较方便，试验室研究工作中用得较多。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,3光电式传感器 p49,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,二、实例光电式曲轴位置传感器,1、日产公司光电式曲轴位置传感器的结构和工作 日产公司光电式曲轴位置传感器设置在分电器内，它由信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘组成（图11）。,信号盘安装

22、在分电器轴上，其外围有360条缝隙，产生1（曲轴转角）信号；外围稍靠内侧分布着6个光孔（间隔60），产生120信号，其中有一个较宽的光孔是产生对应第1缸上止点的120信号的，如图12所示。,1、日产公司光电式曲轴位置传感器的结构和工作,二、实例光电式曲轴位置传感器,信号发生器固装在分电器壳体上，主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和电子电路组成（图13）。两只发光二极管分别正对着光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，造成信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号。,1、日产公司

23、光电式曲轴位置传感器的结构和工作,二、实例光电式曲轴位置传感器,图14为光电式信号发生器的作用原理。当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感光而导通；当发光二极管的光束被遮挡时，光敏二极管截止。信号发生器输出的脉冲电压信号送至电子电路放大整形后，即向电控单元输送曲轴转角1信号和120信号因信号发生器安装位置的关系，120信号在活塞上止点前70输出。,1、日产公司光电式曲轴位置传感器的结构和工作,二、实例光电式曲轴位置传感器,发动机曲轴每转2圈，分电器轴转1圈，则1信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1，低电位亦对应1共表征曲轴转角720与此同时，120信号发生器共产生

24、6个脉冲信号。,（2）光电式曲轴位置传感器输出信号检测,二、实例光电式曲轴位置传感器,2、实例光电式曲轴位置传感器的检测,（1）曲轴位置传感器的线束检查图18所示为韩国“现代“ONATA”汽车光电式曲轴位置传感器连接器（插头）的端子位置。,检查时，脱开曲轴位置传感器的导线连接器，打开点火开关，用万用表的电压档（图19）测量线束侧4#端子与地间的电压应为12V，线束侧2#端子和3#端子与地间电压应为，用万用表的电阻档测量线束侧1#端子与地间应为0（导通）。,（2）光电式曲轴位置传感器输出信号检测,2、实例光电式曲轴位置传感器的检测,（2）光电式曲轴位置传感器输出信号检测 用万用表电压档接在传感器

25、侧3#端子和1#端子上，在起动发动机时，电压应为。在起动发动机后的怠速运转期间，用万用表电压档检测2#端子和1#端子电压应为。否则应更换曲轴位置传感器。,2、实例光电式曲轴位置传感器的检测,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,24X曲轴位置传感器，位于发动机曲轴前端右侧，曲轴端部的缓振平衡器的后面，它通过曲轴带轮上的齿环采集曲轴的转角信号。曲轴带轮的齿环上有24个均匀分布的缺口。当曲轴转动时，24X曲轴位置传感器向ECU提供曲轴的位置，ECU将24X曲轴位置传感器传输来的信号计算确定正确的喷油时刻、喷油脉宽以及点火时刻。24X曲轴位置传感器在曲轴转一圈的时间内能够产生24个信号脉冲，因

26、此被用于精确控制点火和喷油，在发动机起动的过程中以及发动机转速低于1600rmin的转速范围内起作用，而在转速高于1600rmin时则不再参与工作。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,7X曲轴位置传感器，安装在发动机气缸体中下部位，在发动机转速高于1600rmin时，由7X曲轴位置传感器产生的信号通过点火控制模块ICM计算，得出的3X曲轴位置信号脉冲提供给ECU用于控制喷油和点火，7x曲轴位置传感器是发动机的关键部件，如果该传感器损坏，发动机将不能起动。24X曲轴位置传感器只在发动机起动过程中和低转速区域内起作用，而曲轴位置传感器才是ECU控制喷油和点火的重要传感器。7X曲轴位置传感器参与工作后，ECU根据此信号对24X曲轴位置传感器的错误信号进行必要的修正，以更加精确地控制喷油和点火，所以在发动机起动后能够正常运转。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,凸轮轴位置传感器，安装在凸轮轴前端附近的正时盖上并朝向凸轮轴链轮，当凸轮链轮运转时，其上的磁钢作用于凸轮轴传感器上霍尔效应开关。当霍尔效应开关被感应，将通向PCM的信号线搭铁，下拉凸轮轴位置传感器信号电路输出电压。这将被转化为凸轮轴位置传感器信号。如PCM没有收到正确的凸轮轴位置信号，将设置对应的故障诊断码。,52.1 转速和转角位置传感器及车速传感器,