1.4.2 凸轮轴位置传感器

凸轮轴位置传感器是一种传感装置,也叫同步信号传感器,它是一个气缸判别定位装置,向ECU输入凸轮轴位置信号,是点火控制的主控信号。凸轮轴位置传感器(Camshaft Position Sensor,CPS),其功用是采集凸轮轴动角度信号,并输入电子控制单元(ECU),以便确定点火时刻和喷油时刻。 现在汽车正在使用的凸轮轴位置传感器类型有:普通传感器、光电式传感器、磁感应式传感器。

(1)普通传感器
  • 传感器类型:他属于一种发动机转速与曲轴转角传感器的类型,又被人们广泛的称之为气缸识别传感器。
  • 工作原理:通过采集曲轴转动角度和发动机转速信号进行工作,主要来确定发动机的点火和喷油的准时性。在工作共为了区别其工作性能,我们一般使用CIS的标志进行识别。按照相应的工作顺序进行喷油控制、点火时刻控制、爆燃控制的工作。
(2)光电式传感器介绍
  • 基本结构:主要是由信号盘(即信号转子)、信号发生器、配电器、传感器壳体和线束插头等装置构成。通过信号转子、信号传感器进行接收、传达、执行给予的任务。
  • 工作原理:首先是通过型号盘的信号转向到LED的晶体管上,再集中相应的电极输出电压。电压量一般是0.1V——0.3V,这时LED晶体管将发出4.8V——5.2V的电压。最后在通过信号盘的旋转传输相应的信号,就会形成G信号传感器产生一个信号,Ne信号传感器产生60个信号。
(3)磁感应式传感器介绍
  • 工作原理:当给予的磁力穿越过永久磁铁,然后再与其磁铁的S级相接应,通过循环的周期变化就会有交变电动势的产生。当信号是顺时针进行旋转时,带来的使气隙减小、磁路磁阻减小、磁通量φ增多、磁通变化率增大、感应电动势E为正。当旋转到中间对齐的位置时磁通量不变、磁通变化率为零、感应电动势E为零;当继续进行顺时针旋转时,带来的却是气隙增大、磁路磁阻增大、磁通量φ减少、电动势E为负值。
  • 注意事项:需要在运行过程中注意的有Ne信号发生器的结构特点、转速与转角信号的产生原理与控制过程、G信号发生器的结构特点、气缸识别与上止点信号的产生原理与控制过程。

1.4.1 曲轴位置传感器

曲轴位置传感器通常安装在曲轴前端(皮带轮处)曲轴后端靠近大飞轮处或曲轴中间,早期车型也有安装在分电器内,是控制系统中最重要的传感器之一。

其作用有:检测发动机转速,因此又称为转速传感器;检测活塞上止点位置,故也称为上止点传感器,包括检测用于控制点火的各缸上止点信号、用于控制顺序喷油的第一缸上止点信号。曲轴位置传感器主要有三种类型:磁电感应式、霍尔效应式和光电式。三种类型传感器工作原理如下:

(1)磁电感应式曲轴位置传感器

磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器分上、下两层安装在分电器内。传感器由永磁感应检测线圈和转子(正时转子和转速转子)组成,转子随分电器轴一起旋转。正时转子有一、二或四个齿等多种形式,转速转子为 24个齿。永磁感应检测线圈固定在分电器体上。若已知转速传感器信号和曲轴位置传感器信号,以及各缸的工作顺序,就可知道各缸的曲轴位置。磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器的转子信号盘也可安装在曲轴或凸轮轴上。

图1.5 磁电感应式曲轴位置传感器原理图

(2)霍尔效应式曲轴位置传感器

霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发生器。霍尔信号发生器安装在分电器内,与分火头同轴,由封装的霍尔芯片和永久磁铁作成整体固定在分电器盘上。

图1.6 霍尔效应式转速传感器

触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同。当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间,霍尔触发器的磁场被叶片旁路,这时不产生霍尔电压,传感器无输出信号;当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时,磁力线进入霍尔元件,霍尔电压升高,传感器输出电压信号。

图1.7 霍尔效应式转速传感器工作原理图

(3)光电式曲轴位置传感器

光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内,由信号发生器和带光孔的信号盘组成。其信号盘与分电器轴一起转动,信号盘外圈有 360条光刻缝隙,产生曲轴转角 1 °的信号;稍靠内有间隔 60 °均布的 6 个光孔,产生曲轴转角 120 °的信号,其中 1 个光孔较宽,用以产生相对于 1 缸上止点的信号。信号发生器安装在分电器壳体上,由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。发光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间,由于信号盘上有光孔,则产生透光和遮光交替变化现象。当发光二极管的光束照到光敏二极管时,光敏二极管产生电压;当发光二极管光束被档住时,光敏二极管电压为0 。这些电压信号经电路部分整形放大后,即向电子控制单元输送曲轴转角为 1 °和 120°时的信号,电子控制单元根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置。

图1.8 光电式曲轴位置传感器

1.2.2 四冲程柴油发动机

四冲程柴油机工作原理汽油机一样,每个工作循环也是由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成。由于柴油与汽油相比,自燃温度低、黏度大不易蒸发,因而柴油机采用压缩终点压燃着火(压燃式点火),而汽油机是火花塞点燃。

⑴ 进气冲程(intake stroke)

汽车发动机 进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小,进气终点压力pa= (0.85~0.95)p0,比汽油机高。进气终点温度Ta=300~340K,比汽油机低。

⑵ 压缩冲程(compression stroke)

由于压缩的工质是纯空气,因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε=16~22)。压缩终点的压力为3 000~5 000kPa,压缩终点的温度为750~1 000K,大大超过柴油的自燃温度(约520K)。

⑶ 做功冲程(power stroke)

当压缩冲程接近终了时,在高压油泵作用下,将柴油以100MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中,在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升,最高达5 000~9 000kPa,最高温度达1 800~2 000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧,故称柴油机为压燃式发动机。

⑷ 排气冲程(exhaust stroke)

柴油机的排气与汽油机基本相同,只是排气温度比汽油机低。一般Tr=700~900K。对于单缸发动机来说,其转速不均匀,发动机工作不平稳,振动大。这是因为四个冲程中只有一个冲程是做功的,其他三个冲程是消耗动力为做功做准备的冲程。为了解决这个问题,飞轮必须具有足够大的转动惯量,这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以弥补上述不足。现代汽车多采用四缸、六缸和八缸发动机。

1.2.1 四冲程汽油发动机

四冲程汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气,在吸气冲程被吸入汽缸,混合气经压缩点火燃烧而产生热能,高温高压的气体作用于活塞顶部,推动活塞作往复直线运动,通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。 

⑴进气冲程(intake stroke)

活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启,排气门关闭,曲轴转动180°。在活塞移动过程中,汽缸容积逐渐增大,汽缸内气体压力从Pr逐渐降低到Pa,气缸内形成一定的真空度,空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸,并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力,进气终点时,汽缸内气体压力小于大气压力P0 ,即Pa= (0.80~0.90)P0。进入汽缸内的可燃混合气的温度,由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340~400K。

⑵ 压缩冲程(compression stroke)

压缩冲程时,进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。活塞上移时,工作容积逐渐缩小,缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高,到达压缩终点时,其压力pc可达800~2 000kPa,温度达600~750K。

⑶ 做功冲程(power stroke)

当活塞接近上止点时,由火花塞点燃可燃混合气,混合气燃烧释放出大量的热能,使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 000~6 000kPa,温度TZ达2 200~2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移,汽缸容积增加,气体压力和温度逐渐下降,到达 b 点时,其压力降至300~500kPa,温度降至1 200~1 500K。在做功冲程,进气门、排气门均关闭,曲轴转动180°。

⑷ 排气冲程(exhaust stroke)

排气冲程时,排气门开启,进气门仍然关闭,活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。排气门开启时,燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出,另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用,排气终点r 点的压力稍高于大气压力,即pr=(1.05~1.20)p0。排气终点温度Tr=900~1100K。活塞运动到上止点时,燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出,这部分废气叫残余废气。

发动机曲轴转动720°,气缸完成四个冲程,工作原理图如下:

图1.3 发动机四个冲程

Pico4425A四通道大师套装(EP035和EP091)

EP035(工具箱)含税价:76800元

EP091(泡棉装)含税价:75000元

引导测试示例:

压缩测试油门踏板传感器放大器接地Flex Ray
汽车平衡车速传感器放大器信号KWP2000
蓄电池发电机测试电磁阀初级点火系统凸轮 VS 曲轴位置传感器
发电机节气门传感器DIS点火电压 VS 电流初级点火 VS 曲轴传感器
起动机电压/电流爆震传感器初级 VS 次级初级点火 VS 喷油嘴
相对压缩冷却风扇DIS 初级电压凸轮,曲轴,喷油嘴和点火
智能发电机燃油泵DIS 初级电流HVAC 效率(温度)
ABS步进马达初级点火 VS 次级进气压力
凸轮轴传感器节气门伺服电机摇摆测试(阻抗)汽缸压缩
温度传感器压力调节器SAW信号曲轴箱压力
曲轴传感器凸轮轴调节器次级高压排气脉冲
分电器拾取EGRCOP独立点火系统共轨柴油喷油嘴回油测试
燃油压力传感器预热塞多COP独立点火系统涡轮增压器性能(汽油)
氧传感器喷油嘴CAN Bus燃油压力-负压(柴油)
MAF传感器速度控制阀LIN 
MAP传感器正时阀K 线 

Pico4425A四通道高级套装(EP034和EP089)

EP034(工具箱)含税价:41050元/套

EP089(泡棉装)含税价:41050元/套

引导测试示例:

压缩测试MAF传感器预热塞次级高压
汽车平衡MAP传感器喷油嘴COP独立点火系统
蓄电池发电机测试油门踏板传感器速度控制阀多COP独立点火系统
发电机车速传感器正时阀CAN Bus
起动机电压/电流电磁阀放大器接地LIN
相对压缩节气门传感器放大器信号K 线
智能发电机爆震传感器初级点火系统Flex Ray
ABS冷却风扇DIS点火电压 VS 电流KWP2000
凸轮轴传感器燃油泵初级 VS 次级凸轮 VS 曲轴位置传感器
温度传感器步进马达DIS 初级电压初级点火 VS 曲轴传感器
曲轴传感器节气门伺服电机DIS 初级电流初级点火 VS 喷油嘴
分电器拾取压力调节器初级点火 VS 次级凸轮,曲轴,喷油嘴和点火
燃油压力传感器凸轮轴调节器摇摆测试(阻抗)HVAC 效率(温度)
氧传感器EGRSAW信号 

Pico4425A四通道柴油车套装(EP033和EP090)

EP033(工具箱)含税价:30200元/套

EP090(泡棉装)含税价:30200元/套

引导测试示例:

压缩测试燃油压力传感器燃油泵CAN Bus
汽车平衡氧传感器步进马达LIN
蓄电池发电机测试MAF传感器节气门伺服电机K 线
发电机MAP传感器压力调节器Flex Ray
起动机电压/电流油门踏板传感器凸轮轴调节器KWP2000
ABS车速传感器EGR 
凸轮轴传感器电磁阀预热塞 
温度传感器节气门传感器喷油嘴 
曲轴传感器爆震传感器速度控制阀 
分电器拾取冷却风扇正时阀 

Pico4425A四通道标准套装(EP032和EP088)

EP032(工具箱)含税价:31800元/套

EP088(泡棉装)含税价:31800元/套

引导测试示例:

压缩测试MAF传感器凸轮轴调节器COP独立点火系统
汽车平衡MAP传感器EGRDIS点火电压 VS 电流
蓄电池发电机测试油门踏板传感器预热塞凸轮 VS 曲轴位置传感器
发电机车速传感器喷油嘴初级点火 VS 曲轴传感器
起动机电压/电流电磁阀速度控制阀初级点火 VS 喷油嘴
ABS节气门传感器正时阀凸轮,曲轴,喷油嘴和点火
凸轮轴传感器爆震传感器放大器接地CAN Bus
温度传感器冷却风扇放大器信号LIN
曲轴传感器燃油泵初级点火系统K 线
分电器拾取步进马达SAW信号 
燃油压力传感器节气门伺服电机次级高压 
氧传感器压力调节器DIS 点火系统 

Pico4225A两通道标准套装(EP031和EP086)

EP031(工具箱)含税价:24000元/套

EP086(泡棉装)含税价:24000元/套

引导测试示例:

压缩测试氧传感器节气门伺服电机SAW信号
汽车平衡MAF传感器压力调节器次级高压
蓄电池发电机测试MAP传感器凸轮轴调节器DIS 点火系统
发电机油门踏板传感器EGRCOP独立点火系统
起动机电压/电流车速传感器预热塞DIS点火电压 VS 电流
ABS电磁阀喷油嘴凸轮 VS 曲轴位置传感器
凸轮轴传感器节气门传感器速度控制阀初级点火 VS 曲轴传感器
温度传感器爆震传感器正时阀CAN Bus
曲轴传感器冷却风扇放大器接地LIN
分电器拾取燃油泵放大器信号K 线
燃油压力传感器步进马达初级点火系统