作為發(fā)動機(jī)集中控制系統(tǒng)中最主要的傳感器——曲軸轉(zhuǎn)角傳感器又稱曲軸位置傳感器，主要作用是控制點(diǎn)火時刻確認(rèn)曲軸位置不可缺少的信號源，其檢測并輸入發(fā)動機(jī)的微機(jī)控制裝置的信號包括活塞上止點(diǎn)及曲軸轉(zhuǎn)角等兩種，也是供測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的信號源。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，車輛不同，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，光電曲軸轉(zhuǎn)角傳感器就是在對光敏上發(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，發(fā)光管的光線照射到光敏二極管上。光孔盤固定在凸輪軸上，與凸輪軸一同轉(zhuǎn)動，光孔盤邊緣分別有360條縫隙，每轉(zhuǎn)過一條縫隙對應(yīng)凸輪軸1°轉(zhuǎn)角，在光孔盤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。遮光盤置于發(fā)光管與光敏二極管之間，當(dāng)光孔盤擋住發(fā)光管的光線時，光敏二極管截止，控制電路輸出低電平。當(dāng)縫隙對準(zhǔn)發(fā)光管與光敏二極管時，光線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個脈沖信號，每個脈沖信號對應(yīng)于凸輪1°轉(zhuǎn)角（曲軸2°轉(zhuǎn)角），此信號作為向電腦輸入的轉(zhuǎn)角信號。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)位置信號和缸序判別信號。光電傳感器可裝在分電器內(nèi)，也可直接裝于凸輪軸軸端，此時光孔盤將固定在凸輪軸上。

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)角傳感器的光孔盤上的光孔容易被臟東西遮擋，造成信號脈沖的脈沖當(dāng)量變化而產(chǎn)生測量的誤差，所以后來多用磁電式傳感器。

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經(jīng)轉(zhuǎn)子、線圈、托架構(gòu)成封閉回路，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于轉(zhuǎn)子凸起與托架間的磁隙不斷發(fā)生變化，通過線圈的磁通也不斷變化，線圈中便產(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)置一個帶有細(xì)齒的薄圓盤，是用以產(chǎn)生信號的轉(zhuǎn)盤，被稱為信號盤。

圖3日產(chǎn)公司磁電式曲軸轉(zhuǎn)角傳感器

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

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，在薄片的兩側(cè)會產(chǎn)生一個大小與控制電流I（插頁編號：98-08-06）和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積成比例的電動勢UH，這個電動勢稱為霍爾電動勢，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(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（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。該電場阻止運(yùn)動電子的繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電場作用在運(yùn)動電子上的fE與fL相等時，電子的積累便達(dá)到動態(tài)平衡。在薄片兩橫斷面之間建立電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢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輸出的霍爾電勢大小，一般要求它越大越好。

小結(jié)：

簡單來講，曲軸轉(zhuǎn)角傳感器就是可以檢測活塞上止點(diǎn)位置，也可以用于控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速問題。市面上幾乎大部分的發(fā)動機(jī)都采用了曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，其三大類：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)動機(jī)的開發(fā)進(jìn)程。