作為發(fā)動機集中控制系統(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，主要作用是控制點火時刻確認曲軸位置不可缺少的信號源，其檢測并輸入發(fā)動機的微機控制裝置的信號包括活塞上止點及曲軸轉(zhuǎn)角等兩種，也是供測量發(fā)動機轉(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位置的縫隙和60°（6缸機）或90°（四缸機）間隔的縫隙。遮光盤置于發(fā)光管與光敏二極管之間，當光孔盤擋住發(fā)光管的光線時，光敏二極管截止，控制電路輸出低電平。當縫隙對準發(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位置標志和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?？?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。該電場阻止運動電子的繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當電場作用在運動電子上的fE與fL相等時，電子的積累便達到動態(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)強度B。靈敏度KH表示在單位磁感應(yīng)強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位置，也可以用于控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速問題。市面上幾乎大部分的發(fā)動機都采用了曲軸轉(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，促進了發(fā)動機的開發(fā)進程。