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德國TR帝爾位置傳感器的應(yīng)用：
直流無刷電機(jī)
德國TR帝爾位置傳感器是組成無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的三大部分之一,，也是區(qū)別于有刷直流電動(dòng)機(jī)的主要標(biāo)志。其作用是檢測主轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過程中的位置,，將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，以控制它們的導(dǎo)通與截止,，使電動(dòng)機(jī)電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化按次序換向,，形成氣隙中步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn),。
直流無刷電機(jī)需要德國TR帝爾位置傳感器來測量轉(zhuǎn)子的位置,，電機(jī)控制器通過接受位置傳感器信號(hào)來讓逆變器換相與轉(zhuǎn)子同步來驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。TR帝爾位置傳感器調(diào)價(jià)后銷售盡管直流無刷電機(jī)也可以通過定子繞組產(chǎn)生的反感生電動(dòng)勢來檢測轉(zhuǎn)子的位置,，而省去位置傳感器,，但是電機(jī)啟動(dòng)時(shí),，轉(zhuǎn)速太小,，反感生電動(dòng)勢信號(hào)太小而無法檢測。
可以用作直流無刷電機(jī)德國TR帝爾位置傳感器的霍爾傳感器芯片分為開關(guān)型和鎖定型兩種,。對(duì)于電動(dòng)自行車電機(jī),，這兩種霍爾傳感器芯片都可以用來精確測量轉(zhuǎn)子磁鋼的位置。用這兩種霍爾傳感器芯片制作的直流無刷電機(jī)的性能,，包括電機(jī)的輸出功率,、效率和轉(zhuǎn)矩等沒有任何差別，并可以兼容相同的電機(jī)控制器。
德國TR帝爾位置傳感器的應(yīng)用,，降低電機(jī)運(yùn)行的噪音,、提高電機(jī)的壽命與性能，同時(shí)達(dá)到降低耗能的效果,。德國TR帝爾位置傳感器的應(yīng)用無疑給電機(jī)市場的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力,。
曲軸與凸輪軸
曲軸德國TR帝爾位置傳感器(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*次點(diǎn)火時(shí)刻,。因?yàn)橥馆嗇S德國TR帝爾位置傳感器能夠識(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,。
光電式曲軸與凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器
(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
日產(chǎn)公司生產(chǎn)的光電式曲軸與凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器是由分電器改進(jìn)而成的,，主要由信號(hào)盤(即信號(hào)轉(zhuǎn)子)、信號(hào)發(fā)生器,、配電器,、傳感器殼體和線束插頭等組成。
信號(hào)盤是傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)子,，壓裝在傳感器軸上,。在靠近信號(hào)盤的邊緣位置制作有均勻間隔弧度的內(nèi)、外兩圈透光孔,。其中,，外圈制作有360個(gè)透光孔(縫隙)，間隔弧度為1,。(透光孔占0．5,。，遮光孔占0．5。),，用于產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速信號(hào),；內(nèi)圈制作有6個(gè)透光孔(長方形孑L)，間隔弧度為60,。,，用于產(chǎn)生各個(gè)氣缸的上止點(diǎn)信號(hào)，其中有一個(gè)長方形的寬邊稍長,，用于產(chǎn)生氣缸1的上止點(diǎn)信號(hào),。
信號(hào)發(fā)生器固定在傳感器殼體上，它由Ne信號(hào)(轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào))發(fā)生器,、G信號(hào)(上止點(diǎn)信號(hào))發(fā)生器以及信號(hào)處理電路組成,。Ne信號(hào)與G信號(hào)發(fā)生器均由一個(gè)發(fā)光二極管(LED)和一個(gè)光敏晶體管(或光敏二極管)組成，兩個(gè)LED分別正對(duì)著兩個(gè)光敏晶體管,。
(2)工作原理
光電式傳感器的工作原理信號(hào)盤安裝在發(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)盤連續(xù)旋轉(zhuǎn),，透光孔和遮光部分就會(huì)交替地轉(zhuǎn)過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)盤上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏晶體管之間轉(zhuǎn)過，LED發(fā)出的光線受信號(hào)盤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)镚信號(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,，且長方形寬邊稍長的透光孔產(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)镹e信號(hào)透光孔間隔弧度為1,。TR帝爾位置傳感器調(diào)價(jià)后銷售(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)式曲軸與凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器
磁感應(yīng)式傳感器的工作原理如圖2-23所示,，磁力線穿過的路徑為*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。
當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向旋轉(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>0),，感應(yīng)電動(dòng)勢E為正(E>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zui大[dφ/dt=(dφ/dt)max]，感應(yīng)電動(dòng)勢Ezui高(E=Emax),，如圖2-24中曲線b點(diǎn)所示,。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過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)(見圖2-24b),，雖然轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙zui小,，磁路的磁阻zui小，磁通量φzui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)針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，凸齒離開磁頭時(shí)(見圖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< 0),，所以感應(yīng)電動(dòng)勢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zui大值[dφ/df=-(dφ/dt)max]，感應(yīng)電動(dòng)勢E也達(dá)到負(fù)向zui大值(E=-Emax),，如圖2-24中曲線上d點(diǎn)所示,。
由此可見，信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(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,，即電動(dòng)勢出現(xiàn)一次zui大值和一次zui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)勢也就越高。轉(zhuǎn)速不同時(shí),，磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢的變化情況如圖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),。
捷達(dá)、桑塔納轎車磁感應(yīng)式曲軸德國TR帝爾位置傳感器
1)曲軸德國TR帝爾位置傳感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：捷達(dá)AT和GTX,、桑塔納2000GSi型轎車的磁感應(yīng)式曲軸德國TR帝爾位置傳感器安裝在曲軸箱內(nèi)靠近離合器一側(cè)的缸體上,，主要由信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)轉(zhuǎn)子組成，如圖2-25所示,。
信號(hào)發(fā)生器用螺釘固定在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上,，由*磁鐵、傳感線圈和線束插頭組成,。傳感線圈又稱為信號(hào)線圈,，*磁鐵上帶有一個(gè)磁頭，磁頭正對(duì)安裝在曲軸上的齒盤式信號(hào)轉(zhuǎn)子,，磁頭與磁軛(導(dǎo)磁板)連接而構(gòu)成導(dǎo)磁回路,。
信號(hào)轉(zhuǎn)子為齒盤式，在其圓周上均勻間隔地制作有58個(gè)凸齒,、57個(gè)小齒缺和一個(gè)大齒缺,。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1或氣缸4壓縮上止點(diǎn)前一定角度,。所以信號(hào)轉(zhuǎn)子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角為360,。
2)曲軸德國TR帝爾位置傳感器工作情況：當(dāng)曲軸德國TR帝爾位置傳感器隨曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由磁感應(yīng)式傳感器工作原理可知,，信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(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(即電動(dòng)勢出現(xiàn)一次zui大值和一次zui小值)，線圈相應(yīng)地輸出一個(gè)交變電壓信號(hào),。因?yàn)樾盘?hào)轉(zhuǎn)子上設(shè)有一個(gè)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的大齒缺，所以當(dāng)大齒缺轉(zhuǎn)過磁頭時(shí),，信號(hào)電壓所占的時(shí)間較長,，即輸出信號(hào)為一寬脈沖信號(hào)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于氣缸1或氣缸4壓縮上止點(diǎn)前一定角度,。電子控制單元(ECU)接收到寬脈沖信號(hào)時(shí),，便可知道氣缸1或氣缸4上止點(diǎn)位置即將到來,，至于即將到來的是氣缸1還是氣缸4，則需根據(jù)凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器輸入的信號(hào)來確定,。由于信號(hào)轉(zhuǎn)子上有58個(gè)凸齒,，因此信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈(發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈)，傳感線圈就會(huì)產(chǎn)生58個(gè)交變電壓信號(hào)輸入電子控制單元,。
每當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,，傳感線圈就會(huì)向電子控制單元(ECU)輸入58個(gè)脈沖信號(hào)。因此,，ECU每接收到曲軸德國TR帝爾位置傳感器58個(gè)信號(hào),，就可知道發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)了一圈。如果在1min內(nèi)ECU接收到曲軸德國TR帝爾位置傳感器116000個(gè)信號(hào),，ECU便可計(jì)算出曲軸轉(zhuǎn)速n為2000(n=116000/58=2000)r/rain,；如果ECU每分鐘接收到曲軸德國TR帝爾位置傳感器290000個(gè)信號(hào)，ECU便可計(jì)算出曲軸轉(zhuǎn)速為5000(n=290000/58=5000)r/min,。依此類推,，ECU根據(jù)每分鐘接收曲軸德國TR帝爾位置傳感器脈沖信號(hào)的數(shù)量，便能計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速,。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和負(fù)荷信號(hào)是電子控制系統(tǒng)zui重要,、zui基本的控制信號(hào)，ECU根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)就能計(jì)算出基本噴油提前角(時(shí)間),、基本點(diǎn)火提前角(時(shí)間)和點(diǎn)火導(dǎo)通角(點(diǎn)火線圈一次電流接通時(shí)間)三個(gè)基本控制參數(shù),。
捷達(dá)AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車磁感應(yīng)式曲軸德國TR帝爾位置傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子上大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)為基準(zhǔn)信號(hào),，ECU控制噴油時(shí)間和點(diǎn)火時(shí)間是以大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)為基準(zhǔn)進(jìn)行控制的,。當(dāng)ECu接收到大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)后，再根據(jù)小齒缺信號(hào)來控制點(diǎn)火時(shí)間,、噴油時(shí)間和點(diǎn)火線圈一次電流接通時(shí)間(即導(dǎo)通角),。
3)豐田轎車TCCS磁感應(yīng)式曲軸與凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器
豐田計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(1FCCS)采用的磁感應(yīng)式曲軸與凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器由分電器改進(jìn)而成，由上,、下兩部分組成,。上部分為檢測曲軸位置基準(zhǔn)信號(hào)(即氣缸識(shí)別與上止點(diǎn)信號(hào)，稱為G信號(hào))發(fā)生器,；下部分為曲軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)(稱為Ne信號(hào))發(fā)生器,。
a)Ne信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：Ne信號(hào)發(fā)生器安裝在G信號(hào)發(fā)生器的下面，主要由No．2信號(hào)轉(zhuǎn)子,、Ne傳感線圈和磁頭組成,，如圖2-26a所示。信號(hào)轉(zhuǎn)子固定在傳感器軸上,，傳感器軸由配氣凸輪軸驅(qū)動(dòng),，軸的上端套裝分火頭,，轉(zhuǎn)子外制有24個(gè)凸齒。傳感線圈及磁頭固定在傳感器殼體內(nèi),，磁頭固定在傳感線圈中,。
b)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)的產(chǎn)生原理與控制過程：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，配氣凸輪軸便驅(qū)動(dòng)傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙交替發(fā)生變化,，傳感線圈的磁通隨之交替發(fā)生變化，由磁感應(yīng)式傳感器工作原理可知,，在傳感線圈中就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢,，信號(hào)電壓的波形如圖2-26b所示。因?yàn)樾盘?hào)轉(zhuǎn)子有24個(gè)凸齒,，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈,，傳感線圈就會(huì)產(chǎn)生24個(gè)交變信號(hào)。傳感器軸每轉(zhuǎn)一圈(360,。)相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈(720,。)，所以一個(gè)交變信號(hào)(即一個(gè)信號(hào)周期)相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)30,。(720,。÷24=30。),，相當(dāng)于分火頭旋轉(zhuǎn)15,。(30。÷2=15,。),。ECU每接收Ne信號(hào)發(fā)生器24個(gè)信號(hào)，即可知道曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈,、分火頭旋轉(zhuǎn)了一圈,。ECU內(nèi)部程序根據(jù)每個(gè)Ne信號(hào)周期所占時(shí)間，即可計(jì)算確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速和分火頭轉(zhuǎn)速,。為了精確控制點(diǎn)火提前角和噴油提前角,，還需將每個(gè)信號(hào)周期所占的曲軸轉(zhuǎn)角(30。角)分得更小,。微機(jī)完成這一工作十分方便,，由分頻器將每個(gè)Ne信號(hào)(曲軸轉(zhuǎn)角30。)等分成30個(gè)脈沖信號(hào),，每個(gè)脈沖信號(hào)就相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角1,。(30。÷30=1。),。如將每個(gè)Ne信號(hào)等分成60個(gè)脈沖信號(hào)，則每個(gè)脈沖信號(hào)相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角0．5,。(30,。÷60=0．5。),。具體設(shè)定由轉(zhuǎn)角精度要求和程序設(shè)計(jì)確定,。
c)G信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：G信號(hào)發(fā)生器用來檢測活塞上止點(diǎn)位置與判別是哪一個(gè)氣缸即將到達(dá)上止點(diǎn)位置等基準(zhǔn)信號(hào)。故G信號(hào)發(fā)生器又稱為氣缸識(shí)別與上止點(diǎn)信號(hào)發(fā)生器或基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器,。G信號(hào)發(fā)生器由信號(hào)轉(zhuǎn)子,、傳感線圈G1,、G2和磁頭等組成,。信號(hào)轉(zhuǎn)子帶有兩個(gè)凸緣,，固定在傳感器軸上,。傳感線圈G1、G2相隔180,。安裝,，G1線圈產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)第六缸壓縮上止點(diǎn)*。,、G2線圈產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)*缸壓縮上止點(diǎn)前l(fā)O,。。
d)氣缸識(shí)別與上止點(diǎn)信號(hào)的產(chǎn)生原理與控制過程：G信號(hào)發(fā)生器的工作原理與Ne信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)的原理相同,。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸驅(qū)動(dòng)傳感器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，G信號(hào)轉(zhuǎn)子(信號(hào)轉(zhuǎn)子)的凸緣便交替經(jīng)過傳感線圈的磁頭,，轉(zhuǎn)子凸緣與磁頭之間的氣隙交替發(fā)生變化，在傳感線圈Gl,、G2中就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢信號(hào),。當(dāng)G信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸緣部分接近傳感線圈G1的磁頭時(shí)，由于凸緣與磁頭之間的氣隙減小,、磁通量增大,、磁通變化率為正，因此傳感線圈G1中產(chǎn)生正向脈沖信號(hào),，稱為G1信號(hào),；當(dāng)G信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸緣部分接近傳感線圈G2時(shí)，由于凸緣與磁頭之間的氣隙減小,、磁通量增大,、磁通變化率為正，因此傳感線圈G2中也產(chǎn)生正向脈沖信號(hào),，稱為G2信號(hào),。當(dāng)G信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸緣部分經(jīng)過G1、G2的磁頭時(shí),，由于凸緣與磁頭之間的氣隙不變,、磁通量不變、磁通變化率為零,，因此傳感線圈G1,、G2中的感應(yīng)電動(dòng)勢均為零。當(dāng)G信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸緣部分離開G1,、G2的磁頭時(shí),，由于凸緣與磁頭之間的氣隙增大、磁通量減小,、磁通變化率為負(fù),，因此傳感線圈G1、G2中將感應(yīng)產(chǎn)生負(fù)向交變電動(dòng)勢信號(hào),。傳感器每轉(zhuǎn)一圈(360,。)相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720,。)，因?yàn)閭鞲芯€圈G1,、G2相隔180,。安裝，所以G1,、G2中各產(chǎn)生一個(gè)正向脈沖信號(hào),。其中G1信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)第六缸，用來檢測第六缸上止點(diǎn)的位置,；G2信號(hào)對(duì)應(yīng)于*缸，用來檢測*缸上止點(diǎn)的位置,。電子控制單元檢測的對(duì)應(yīng)位置實(shí)際上是G轉(zhuǎn)子凸緣的前端接近并與傳感線圈G1,、G2的磁頭對(duì)齊時(shí)刻(此時(shí)磁通量zui大、信號(hào)電壓為零)的位置,，該位置對(duì)應(yīng)于活塞壓縮上止點(diǎn)*,。(BT-DCl0。)位置,。
霍爾式曲軸與凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器
(1)霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理
霍爾式曲軸與凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器及其他形式的霍爾式傳感器都是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的傳感器,。
1)霍爾效應(yīng)：霍爾效應(yīng)(Hall Effect)是美國約翰霍普金斯大學(xué)物理學(xué)家霍爾博士(Dr．E．H．Hall)于1879年首先發(fā)現(xiàn)的。他發(fā)現(xiàn)把一個(gè)通有電流I的長方體形白金導(dǎo)體垂直于磁力線放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中時(shí)(見圖2-27),，在白金導(dǎo)體的兩個(gè)橫向側(cè)面上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于電流方向和磁場方向的電壓UH,，當(dāng)取消磁場時(shí)，電壓立即消失,。該電壓后來稱為霍爾電壓,，UH與通過白金導(dǎo)體的電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，即(見下頁）
利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件,，利用霍爾元件制成的傳感器稱為霍爾式傳感器,。利用霍爾效應(yīng)不僅可以通過接通和切斷磁場來檢測電壓，而且可以檢測導(dǎo)線中流過的電流,，因?yàn)閷?dǎo)線周圍的磁場強(qiáng)弱與流過導(dǎo)線的電流成正比關(guān)系,。20世紀(jì)80年代以來，汽車上應(yīng)用的霍爾式傳感器與日劇增,，主要原因在于霍爾式傳感器有兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：一是輸出電壓信號(hào)近似于方波信號(hào),；二是輸出電壓高低與被測物體的轉(zhuǎn)速無關(guān)?；魻柺絺鞲衅髋c磁感應(yīng)式傳感器不同的是需要外加電源,。
2)霍爾式傳感器基本結(jié)構(gòu)：霍爾式傳感器主要由觸發(fā)葉輪、霍爾集成電路,、導(dǎo)磁鋼片(磁軛)與*磁鐵等組成,。觸發(fā)葉輪安裝在轉(zhuǎn)子軸上，葉輪上制有葉片(在霍爾式點(diǎn)火系統(tǒng)中，葉片數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)相等),。當(dāng)觸發(fā)葉輪隨轉(zhuǎn)子軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，葉片便在霍爾集成電路與*磁鐵之間轉(zhuǎn)動(dòng)?；魻柤呻娐酚苫魻栐?、放大電路、穩(wěn)壓電路,、溫度補(bǔ)償電路,、信號(hào)變換電路和輸出電路等組成。
3)霍爾式傳感器工作原理：當(dāng)傳感器軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，觸發(fā)葉輪的葉片便從霍爾集成電路與*磁鐵之間的氣隙中轉(zhuǎn)過：當(dāng)葉片離開氣隙時(shí),，*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(shí)霍爾元件產(chǎn)生電壓(UH=1．9～2．0V),，霍爾集成電路輸出級(jí)的晶體管導(dǎo)通,，傳感器輸出的信號(hào)電壓U0為低電平(實(shí)測表明：當(dāng)電源電壓Ucc=14．4V或5V時(shí)，信號(hào)電壓U0=0．1～0．3 V),。
當(dāng)葉片進(jìn)入氣隙時(shí),，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(jí)的晶體管截止,，傳感器輸出的信號(hào)電壓U0為高電平(實(shí)測表明：當(dāng)電源電壓Ucc=14．4V時(shí)，信號(hào)電壓U0=9．8 V,；當(dāng)電源電壓Ucc=5V時(shí),，信號(hào)電壓U0=4．8 V)。
(2)捷達(dá),、桑塔納轎車霍爾式凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器
1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：捷達(dá)AT和GTx,、桑塔納2000GSi型轎車采用的霍爾式凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)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(hào)發(fā)生器和信號(hào)轉(zhuǎn)子組成,。信號(hào)轉(zhuǎn)子又稱為觸發(fā)葉輪，安裝在進(jìn)氣凸輪軸上,，．用定位螺栓和座圈定位固定,。信號(hào)轉(zhuǎn)子的隔板又稱為葉片，在隔板上制有一個(gè)窗口,，窗口對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)為低電平信號(hào),，隔板(葉片)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)為高電平信號(hào)?；魻柺叫盘?hào)發(fā)生器主要由霍爾集成電路,、*磁鐵和導(dǎo)磁鋼片等組成,。霍爾元件用硅半導(dǎo)體材料制成,，與*磁鐵之間留有0．2～0．4mm的間隙,，當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子隨進(jìn)氣凸輪軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，隔板和窗口便從霍爾集成電路與*磁鐵之間的氣隙中轉(zhuǎn)過,。
該傳感器接線插座上有三個(gè)引線端子,，端子1為傳感器電源正子，與控制單元端子62連接：端子2為傳感器信號(hào)輸出端子,，與控制單元端子76連接：端子3為傳感器電源負(fù)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(jìn)入氣隙(即在氣隙內(nèi))時(shí),，霍爾元件不產(chǎn)生電壓，傳感器輸出高電平(5V)信號(hào),；當(dāng)隔板(葉片)離開氣隙(即窗口進(jìn)入氣隙)時(shí)，霍爾元件產(chǎn)生電壓,。傳感器輸出低電平信號(hào)(0．1V),。凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器輸出的信號(hào)電壓與曲軸德國TR帝爾位置傳感器輸出的信號(hào)電壓之間的關(guān)系如圖2-29所示。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)兩圈(720,。),，霍爾式傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一圈(360。),，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)和一個(gè)高電平信號(hào),，其中低電平信號(hào)對(duì)應(yīng)于氣缸1壓縮上止點(diǎn)前一定角度。
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),，磁感應(yīng)式曲軸德國TR帝爾位置傳感器(CPS)和霍爾式凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器(CIS)產(chǎn)生的信號(hào)電壓不斷輸入電子控制單元(ECU),。當(dāng)ECU同時(shí)接收到曲軸德國TR帝爾位置傳感器大齒缺對(duì)應(yīng)的低電平(15。)信號(hào)和凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器窗口對(duì)應(yīng)的低電平信號(hào)時(shí),，便可識(shí)別出此時(shí)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)曲軸德國TR帝爾位置傳感器小齒缺對(duì)應(yīng)輸出的信號(hào)控制點(diǎn)火提前角,。電子控制單元識(shí)別出氣缸1壓縮上止點(diǎn)位置后,，便可進(jìn)行順序噴油控制和各缸點(diǎn)火時(shí)刻控制。
如果發(fā)動(dòng)機(jī)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(hào)判別出是哪一個(gè)缸產(chǎn)生了爆燃,，從而減小點(diǎn)火提前角，以便消除爆燃,。
差動(dòng)霍爾式曲軸德國TR帝爾位置傳感器
切諾基(Cherokee)吉普車與紅旗CA7220E型轎車采用了差動(dòng)霍爾式曲軸德國TR帝爾位置傳感器,，其凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器均為普通霍爾式傳感器,。
(1)差動(dòng)霍爾式傳感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
差動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)子和霍爾信號(hào)發(fā)生器組成。差動(dòng)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(dòng)機(jī)飛輪上的齒缺與凸齒轉(zhuǎn)過差動(dòng)霍爾電路的兩個(gè)探頭時(shí)，齒缺或凸齒與霍爾探頭之間的氣隙就會(huì)發(fā)生變化,，磁通量隨之變化,，在傳感器的霍爾元件中就會(huì)產(chǎn)生交變電壓信號(hào)，如圖2-30b所示,。其輸出電壓由兩個(gè)霍爾信號(hào)電壓疊加而成,。因?yàn)檩敵鲂盘?hào)為疊加信號(hào)，所以轉(zhuǎn)子凸齒與信號(hào)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(hào)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(diǎn)是信號(hào)轉(zhuǎn)子便于安裝。在汽車上,，一般將凸齒轉(zhuǎn)子裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上或?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)飛輪作為傳感子,。
器的信號(hào)轉(zhuǎn)
(2)切諾基吉普車差動(dòng)霍爾式曲軸德國TR帝爾位置傳感器
1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(dòng)機(jī)采用了差動(dòng)霍爾電路的霍爾式曲軸德國TR帝爾位置傳感器,。它安裝在變速器殼體上,。該傳感器向ECu提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸位置(轉(zhuǎn)角)信號(hào)，作為計(jì)算噴油時(shí)刻和點(diǎn)火時(shí)刻的重要依據(jù)之一,。
2．5L四缸電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上制有8個(gè)齒缺,，如圖2-31a所示。8個(gè)齒缺分成兩組,，每4個(gè)齒缺為一組,，兩組之間相隔角度為180。,，同一組中相鄰兩個(gè)齒缺之間間隔角度為20,。。4．0L六缸電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上制有12個(gè)齒缺,，如圖2．3lb所示,。12個(gè)齒缺分成三組，每4個(gè)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(gè)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(shí),，傳感器就會(huì)產(chǎn)生一組共4個(gè)脈沖信號(hào),。其中，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生兩組共8個(gè)脈沖信號(hào),；六缸發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生三組共12個(gè)脈沖信號(hào),。
對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，ECU每接收到8個(gè)信號(hào),，即可知道曲軸旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn),，再根據(jù)接收8個(gè)信號(hào)所占用的時(shí)間，就可計(jì)算出曲軸轉(zhuǎn)速,。對(duì)于六缸發(fā)動(dòng)機(jī),，ECU每接收到12個(gè)信號(hào)，即可知道曲軸旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn),，再根據(jù)接收12個(gè)信號(hào)所占用的時(shí)間,，就可計(jì)算出曲軸轉(zhuǎn)速。
電子控制單元控制噴油和點(diǎn)火時(shí),，都有一定的提前角,，因此需要知道活塞接近上止點(diǎn)的位置。切諾基吉普車在每組信號(hào)輸入ECU時(shí),，可以知道有兩個(gè)氣缸的活塞即將到達(dá)上止點(diǎn)位置,。 例如，在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中,，利用一組信號(hào)，ECU可知?dú)飧?,、4活塞接近上止點(diǎn),；利用另一組信號(hào)可知?dú)飧?、3活塞接近上止點(diǎn),。在六缸發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中,。利用一組信號(hào)，可知?dú)飧?與6,、2與5,、3與4活塞接近上止點(diǎn)。由于第4個(gè)齒缺產(chǎn)生的脈沖下降沿對(duì)應(yīng)于壓縮上止點(diǎn)前4,。(BTDC4,。)，因此第1個(gè)齒缺產(chǎn)生的脈沖信號(hào)下降沿對(duì)應(yīng)于壓縮上止點(diǎn)前64,。(BT-DC64,。)，如圖2-32所示,。當(dāng)氣缸1,、4對(duì)應(yīng)的第1個(gè)脈沖下降沿到來時(shí),，ECU即可知道此時(shí)氣缸1、4活塞位于壓縮上止點(diǎn)前64,。(BTDC64,。)，從而便可控制噴油提前角和點(diǎn)火提前角,。但是,，僅有曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，ECU還不能確定是哪一個(gè)缸位于壓縮行程,，哪一個(gè)缸位于排氣行程,，為此還需要一個(gè)氣缸判別信號(hào)(即需要一只凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器)。
(3)切諾基吉普車霍爾式凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器
1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：切諾基吉普車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的氣缸判別信號(hào)由霍爾式凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器提供,，該傳感器又稱為同步信號(hào)傳感器,，安裝在分電器內(nèi)，主要由脈沖環(huán)(信號(hào)轉(zhuǎn)子),、霍爾信號(hào)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(dòng),。
2)工作情況：當(dāng)脈沖環(huán)上的葉片進(jìn)入信號(hào)發(fā)生器時(shí)，傳感器輸出高電平(5V),；當(dāng)脈沖環(huán)上的葉片離開信號(hào)發(fā)生器時(shí),，傳感器輸出低電平(0V)。分電器軸轉(zhuǎn)一圈,，傳感器輸出一個(gè)高電平和一個(gè)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(hào)的波形如圖2-32所示,。
當(dāng)脈沖環(huán)的葉片前沿進(jìn)入信號(hào)發(fā)生器,、傳感器輸出高電平(5V)時(shí)，對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī),，表示氣缸1,、4活塞即將到達(dá)上止點(diǎn),，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(duì)于六缸發(fā)動(dòng)機(jī),，表示氣缸3、4活塞即將到達(dá)上止點(diǎn),，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(jìn)入信號(hào)發(fā)生器,、傳感器輸出低電平(0V)時(shí),，對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，表示即將到達(dá)上止點(diǎn)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(duì)于六缸發(fā)動(dòng)機(jī),，表示氣缸3活塞位于壓縮行程，氣缸4活塞位于排氣行程,。
利用凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器判別出是哪一個(gè)氣缸即將到達(dá)排氣上止點(diǎn)之后,，ECU根據(jù)曲軸德國TR帝爾位置傳感器信號(hào)，即可控制噴油提前角和點(diǎn)火提前角,。
設(shè)某一時(shí)刻的噴油提前角為上止點(diǎn)前64,。(BTI)C64。),，當(dāng)凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器脈沖環(huán)的葉片進(jìn)入信號(hào)發(fā)生器,、傳感器輸出高電平(5V)時(shí)，ECU判定四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸4活塞位于排氣行程(六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸3活塞位于排氣行程),，此時(shí)ECU在接收到曲軸德國TR帝爾位置傳感器(CPS)*個(gè)脈沖信號(hào)的下降沿(BTDC64。)時(shí),，向噴油器發(fā)出噴油信號(hào),，從而實(shí)現(xiàn)提前64。噴油,。在凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器輸出高電平(5V))時(shí),，ECU還判定四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸1活塞(六缸發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸4活塞)位于壓縮行程，此時(shí)ECU根據(jù)曲軸德國TR帝爾位置傳感器CPS信號(hào)和點(diǎn)火提前角計(jì)算值,，在活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)前點(diǎn)火提前角度時(shí),，向點(diǎn)火控制器發(fā)出點(diǎn)火指令，控制火花塞點(diǎn)火,，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前,。
利用凸輪軸德國TR帝爾位置傳感器對(duì)兩個(gè)氣缸的位置判定作為參考點(diǎn),，即可按照四缸發(fā)動(dòng)機(jī)1—3—4—2(六缸發(fā)動(dòng)機(jī)l一5—3—6—2—4)的工作順序，對(duì)各個(gè)氣缸進(jìn)行提前噴油與提前點(diǎn)火控制,。
(4)紅旗CA7720E型轎車差動(dòng)霍爾式曲軸德國TR帝爾位置傳感器
紅旗CA7220E型轎車CA488．3型發(fā)動(dòng)機(jī)上裝備的SIMOS4S3型電子控制燃油噴射系統(tǒng)采用的差動(dòng)霍爾式曲軸德國TR帝爾位置傳感器由信號(hào)轉(zhuǎn)子與信號(hào)發(fā)生器組成,。信號(hào)轉(zhuǎn)子為齒盤式，安裝在變速器殼體前端,，它與捷達(dá)AT,、GTX型轎車用磁感應(yīng)式曲軸德國TR帝爾位置傳感器轉(zhuǎn)子相似，在其圓周上均勻間隔地制作有58個(gè)凸齒,、 57個(gè)小齒缺和一個(gè)大齒缺,。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1或氣缸4壓縮上止點(diǎn)前一定角度,。大齒缺所占的弧度相當(dāng)于兩個(gè)凸齒和三個(gè)小齒缺所占的弧度,。