Cảm biến vị trí trục cam là thiết bị cảm biến, còn gọi là cảm biến tín hiệu đồng bộ, là thiết bị định vị phân biệt xi lanh, đưa tín hiệu vị trí trục cam vào ECU, là tín hiệu điều khiển đánh lửa.
1, chức năng và loại Cảm biến vị trí trục cam (CPS), chức năng của nó là thu thập tín hiệu góc di chuyển của trục cam và đầu vào bộ điều khiển điện tử (ECU), để xác định thời điểm đánh lửa và thời gian phun nhiên liệu. Cảm biến vị trí trục cam (CPS) còn được gọi là Cảm biến nhận dạng xi lanh (CIS), để phân biệt với Cảm biến vị trí trục khuỷu (CPS), cảm biến vị trí trục cam thường được biểu diễn bằng CIS. Chức năng của cảm biến vị trí trục cam là thu thập tín hiệu vị trí của trục cam phân phối khí và đưa vào ECU, để ECU có thể xác định điểm chết trên nén của xi lanh 1, để thực hiện điều khiển phun nhiên liệu tuần tự, điều khiển thời gian đánh lửa và điều khiển đánh lửa. Ngoài ra, tín hiệu vị trí trục cam cũng được sử dụng để xác định thời điểm đánh lửa đầu tiên trong quá trình khởi động động cơ. Bởi vì cảm biến vị trí trục cam có thể xác định piston xi lanh nào sắp đạt đến TDC, nên nó được gọi là cảm biến nhận dạng xi lanh. Đặc điểm cấu trúc quang điện của Cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam quang điện do công ty Nissan sản xuất được cải tiến từ bộ phân phối, chủ yếu là đĩa tín hiệu (rôto tín hiệu), máy phát tín hiệu, thiết bị phân phối, vỏ cảm biến và phích cắm dây điện. Đĩa tín hiệu là rôto tín hiệu của cảm biến, được ép trên trục cảm biến. Ở vị trí gần mép của tấm tín hiệu để tạo ra một khoảng cách radian đồng đều bên trong và bên ngoài hai vòng tròn lỗ sáng. Trong số đó, vòng ngoài được tạo bằng 360 lỗ trong suốt (khoảng hở), và khoảng cách radian là 1. (Lỗ trong suốt chiếm 0,5., lỗ che bóng chiếm 0,5.), được sử dụng để tạo ra tín hiệu quay và tốc độ trục khuỷu; Có 6 lỗ trong suốt (hình chữ nhật L) ở vòng trong, với khoảng cách 60 radian. , được sử dụng để tạo tín hiệu TDC của mỗi xi lanh, trong đó có một hình chữ nhật có cạnh rộng dài hơn một chút để tạo tín hiệu TDC của xi lanh 1. Bộ tạo tín hiệu được cố định trên vỏ cảm biến, bao gồm bộ tạo tín hiệu Ne (tín hiệu tốc độ và góc), bộ tạo tín hiệu G (tín hiệu điểm chết trên cùng) và mạch xử lý tín hiệu. Tín hiệu Ne và bộ tạo tín hiệu G bao gồm một điốt phát sáng (LED) và một bóng bán dẫn nhạy sáng (hoặc điốt nhạy sáng), hai đèn LED hướng trực tiếp vào hai bóng bán dẫn nhạy sáng tương ứng. Nguyên lý hoạt động của Đĩa tín hiệu được gắn giữa một điốt phát sáng (LED) và một bóng bán dẫn nhạy sáng (hoặc điốt quang). Khi lỗ truyền sáng trên đĩa tín hiệu quay giữa đèn LED và bóng bán dẫn nhạy sáng, ánh sáng do đèn LED phát ra sẽ chiếu sáng bóng bán dẫn nhạy sáng, lúc này bóng bán dẫn nhạy sáng đang bật, cực thu của nó đầu ra mức thấp (0,1 ~ 0,3V); Khi phần che của đĩa tín hiệu quay giữa LED và bóng bán dẫn nhạy sáng, ánh sáng phát ra bởi LED không thể chiếu sáng bóng bán dẫn nhạy sáng, lúc này bóng bán dẫn nhạy sáng bị cắt, cực thu của nó đưa ra mức cao (4,8 ~ 5,2V). Nếu đĩa tín hiệu tiếp tục quay, lỗ truyền và phần che sẽ luân phiên biến LED thành truyền hoặc che, và cực thu của bóng bán dẫn nhạy sáng sẽ luân phiên đưa ra mức cao và thấp. Khi trục cảm biến có trục khuỷu và trục cam quay cùng, lỗ đèn tín hiệu trên tấm và phần che giữa LED và bóng bán dẫn nhạy sáng quay, tấm tín hiệu đèn LED có hiệu ứng thấm sáng và che sẽ luân phiên chiếu xạ đến bộ tạo tín hiệu của bóng bán dẫn nhạy sáng, tín hiệu cảm biến được tạo ra và vị trí trục khuỷu và trục cam tương ứng với tín hiệu xung. Vì trục khuỷu quay hai lần, trục cảm biến quay tín hiệu một lần, do đó cảm biến tín hiệu G sẽ tạo ra sáu xung. Cảm biến tín hiệu Ne sẽ tạo ra tín hiệu xung 360. Bởi vì khoảng cách radian của lỗ truyền ánh sáng của tín hiệu G là 60. Và 120 cho mỗi vòng quay của trục khuỷu. Nó tạo ra tín hiệu xung, vì vậy tín hiệu G thường được gọi là 120. Tín hiệu. Thiết kế lắp đặt đảm bảo 120. Tín hiệu 70 trước TDC. (BTDC70. , và tín hiệu được tạo ra bởi lỗ trong suốt có chiều rộng hình chữ nhật dài hơn một chút tương ứng với 70 trước điểm chết trên cùng của xi lanh động cơ 1. Để ECU có thể kiểm soát Góc phun sớm và Góc đánh lửa sớm. Vì khoảng cách lỗ truyền tín hiệu Ne radian là 1. (Lỗ trong suốt chiếm 0,5. , lỗ che sáng chiếm 0,5.) , vì vậy trong mỗi chu kỳ xung, mức cao và mức thấp lần lượt chiếm 1. Vòng quay trục khuỷu, tín hiệu 360 chỉ ra vòng quay trục khuỷu 720. Mỗi vòng quay của trục khuỷu là 120. , Cảm biến tín hiệu G tạo ra một tín hiệu, cảm biến tín hiệu Ne tạo ra 60 tín hiệu. Loại cảm ứng từ Cảm biến vị trí cảm ứng từ có thể được chia thành loại Hall và loại từ điện. Loại trước sử dụng hiệu ứng Hall để tạo ra tín hiệu vị trí có biên độ cố định, như thể hiện trong Hình 1. Loại sau sử dụng nguyên lý cảm ứng từ để tạo ra các tín hiệu vị trí có biên độ thay đổi theo tần số. Biên độ của nó thay đổi theo tốc độ từ vài trăm milivôn đến hàng trăm vôn và biên độ thay đổi rất nhiều. Sau đây là phần giới thiệu chi tiết về nguyên lý hoạt động của cảm biến: Nguyên lý hoạt động của Đường đi qua mà đường sức từ đi qua là khe hở không khí giữa cực N của nam châm vĩnh cửu và rôto, răng nhô ra của rôto, khe hở không khí giữa răng nhô ra của rôto và đầu từ stato, đầu từ, tấm dẫn hướng từ và cực S của nam châm vĩnh cửu. Khi rôto tín hiệu quay, khe hở không khí trong mạch từ sẽ thay đổi theo chu kỳ và điện trở từ của mạch từ và từ thông qua đầu cuộn dây tín hiệu sẽ thay đổi theo chu kỳ. Theo nguyên lý cảm ứng điện từ, suất điện động xen kẽ sẽ được cảm ứng trong cuộn dây cảm biến. Khi rôto tín hiệu quay theo chiều kim đồng hồ, khe hở không khí giữa răng lồi của rôto và đầu từ giảm, từ trở của mạch từ giảm, từ thông φ tăng, tốc độ thay đổi từ thông tăng (dφ/dt> 0) và suất điện động cảm ứng E dương (E> 0). Khi răng lồi của rôto gần với mép của đầu từ, từ thông φ tăng mạnh, Tốc độ thay đổi từ thông là lớn nhất [D φ/dt=(dφ/dt) Max], và suất điện động cảm ứng E là lớn nhất (E=Emax). Sau khi rôto quay quanh vị trí điểm B, mặc dù từ thông φ vẫn tăng, nhưng tốc độ thay đổi của từ thông giảm, do đó suất điện động cảm ứng E giảm. Khi rôto quay đến đường tâm của răng lồi và đường tâm của đầu từ, mặc dù khe hở không khí giữa răng lồi của rôto và đầu từ là nhỏ nhất, điện trở từ của mạch từ là nhỏ nhất, và từ thông φ là lớn nhất, nhưng vì từ thông không thể tiếp tục tăng, tốc độ thay đổi của từ thông bằng không, do đó suất điện động cảm ứng E bằng không. Khi rôto tiếp tục quay theo chiều kim đồng hồ và răng lồi rời khỏi đầu từ, khe hở không khí giữa răng lồi và đầu từ tăng, từ trở của mạch từ tăng và từ thông giảm (dφ/dt< 0), do đó lực điện động cảm ứng E có giá trị âm. Khi răng lồi quay về phía mép rời khỏi đầu từ, từ thông φ giảm mạnh, tốc độ thay đổi từ thông đạt giá trị cực đại âm [D φ/df=-(dφ/dt) Max], và suất điện động cảm ứng E cũng đạt giá trị cực đại âm (E=-emax). Như vậy có thể thấy, mỗi khi rôto tín hiệu quay một răng lồi, cuộn dây cảm biến sẽ tạo ra một suất điện động xoay chiều tuần hoàn, tức là suất điện động xuất hiện một giá trị cực đại và một giá trị cực tiểu, cuộn dây cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu điện áp xoay chiều tương ứng. Ưu điểm nổi bật của cảm biến cảm ứng từ là không cần nguồn điện bên ngoài, nam châm vĩnh cửu đóng vai trò chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện, năng lượng từ của nó sẽ không bị mất. Khi tốc độ động cơ thay đổi, tốc độ quay của răng lồi của rôto sẽ thay đổi, tốc độ thay đổi từ thông trong lõi cũng sẽ thay đổi. Tốc độ càng cao, tốc độ thay đổi từ thông càng lớn, suất điện động cảm ứng càng cao lực trong cuộn dây cảm biến. Vì khe hở không khí giữa răng lồi rôto và đầu từ ảnh hưởng trực tiếp đến điện trở từ của mạch từ và điện áp ra của cuộn dây cảm biến, nên khe hở không khí giữa răng lồi rôto và đầu từ không thể thay đổi tùy ý khi sử dụng. Nếu khe hở không khí thay đổi, phải điều chỉnh theo quy định. Khe hở không khí thường được thiết kế trong phạm vi 0,2 ~ 0,4mm. 2) Cảm biến vị trí trục khuỷu cảm ứng từ ô tô Jetta, Santana 1) Đặc điểm cấu trúc của cảm biến vị trí trục khuỷu: Cảm biến vị trí trục khuỷu cảm ứng từ của Jetta AT, GTX và Santana 2000GSi được lắp trên khối xi lanh gần ly hợp trong cacte, chủ yếu bao gồm máy phát tín hiệu và rôto tín hiệu. Máy phát tín hiệu được bu lông vào khối động cơ và bao gồm nam châm vĩnh cửu, cuộn cảm biến và phích cắm dây điện. Cuộn cảm biến cũng được gọi là cuộn tín hiệu và đầu từ được gắn vào nam châm vĩnh cửu. Đầu từ nằm đối diện trực tiếp với rôto tín hiệu loại đĩa răng được lắp trên trục khuỷu và đầu từ được kết nối với ách từ (tấm dẫn hướng từ) để tạo thành một vòng dẫn hướng từ. Rôto tín hiệu là loại đĩa răng, có 58 răng lồi, 57 răng phụ và một răng chính cách đều nhau trên chu vi của nó. Răng lớn bị thiếu tín hiệu tham chiếu đầu ra, tương ứng với TDC nén của xi lanh động cơ 1 hoặc xi lanh 4 trước một góc nhất định. Radian của răng chính tương đương với radian của hai răng lồi và ba răng phụ. Do rôto tín hiệu quay cùng với trục khuỷu và trục khuỷu quay một lần (360). , rôto tín hiệu cũng quay một lần (360). , do đó Góc quay trục khuỷu do răng lồi và khuyết tật răng chiếm trên chu vi của rôto tín hiệu là 360. , Góc quay trục khuỷu của mỗi răng lồi và răng nhỏ là 3. (58 x 3. 57 x + 3. = 345). , Góc trục khuỷu chiếm bởi khuyết tật răng lớn là 15. (2 x 3. + 3 x3. = 15). .2) Điều kiện làm việc của cảm biến vị trí trục khuỷu: khi cảm biến vị trí trục khuỷu với trục khuỷu quay, nguyên lý làm việc của cảm biến cảm ứng từ, tín hiệu của rôto mỗi lần quay một răng lồi, cuộn dây cảm biến sẽ tạo ra một suất điện động xen kẽ tuần hoàn (lực điện động ở mức tối đa và tối thiểu), cuộn dây sẽ đưa ra tín hiệu điện áp xen kẽ tương ứng. Bởi vì rôto tín hiệu được cung cấp một răng lớn để tạo ra tín hiệu tham chiếu, vì vậy khi răng lớn quay đầu từ, điện áp tín hiệu mất nhiều thời gian, nghĩa là tín hiệu đầu ra là tín hiệu xung rộng, tương ứng với một Góc nhất định trước khi nén TDC của xi lanh 1 hoặc xi lanh 4. Khi bộ điều khiển điện tử (ECU) nhận được tín hiệu xung rộng, nó có thể biết rằng vị trí TDC trên cùng của xi lanh 1 hoặc 4 đang đến. Đối với vị trí TDC sắp tới của xi lanh 1 hoặc 4, cần xác định theo tín hiệu đầu vào từ cảm biến vị trí trục cam. Vì rôto tín hiệu có 58 răng lồi, cuộn dây cảm biến sẽ tạo ra 58 tín hiệu điện áp xoay chiều cho mỗi vòng quay của rôto tín hiệu (một vòng quay của trục khuỷu động cơ). Mỗi lần rôto tín hiệu quay dọc theo trục khuỷu động cơ, cuộn dây cảm biến sẽ đưa 58 xung vào bộ điều khiển điện tử (ECU). Do đó, cứ mỗi 58 tín hiệu mà cảm biến vị trí trục khuỷu nhận được, ECU biết rằng trục khuỷu động cơ đã quay một lần. Nếu ECU nhận được 116000 tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu trong vòng 1 phút, ECU có thể tính toán rằng tốc độ trục khuỷu n là 2000 (n = 116000/58 = 2000) vòng/phút; Nếu ECU nhận được 290.000 tín hiệu mỗi phút từ cảm biến vị trí trục khuỷu, ECU tính toán tốc độ trục khuỷu là 5000 (n = 29000/58 = 5000) vòng/phút. Theo cách này, ECU có thể tính toán tốc độ quay của trục khuỷu dựa trên số tín hiệu xung nhận được mỗi phút từ cảm biến vị trí trục khuỷu. Tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu tải là các tín hiệu điều khiển cơ bản và quan trọng nhất của hệ thống điều khiển điện tử, ECU có thể tính toán ba thông số điều khiển cơ bản theo hai tín hiệu này: Góc phun cơ bản (thời gian), Góc đánh lửa cơ bản (thời gian) và Góc dẫn đánh lửa (thời gian dòng điện sơ cấp của cuộn dây đánh lửa). Jetta AT và GTx, Santana 2000GSi xe cảm ứng từ loại cảm biến vị trí trục khuỷu tín hiệu rôto do tín hiệu tạo ra làm tín hiệu tham chiếu, ECU điều khiển thời gian phun nhiên liệu và thời gian đánh lửa dựa trên tín hiệu do tín hiệu tạo ra. Khi ECU nhận được tín hiệu do khuyết tật răng lớn tạo ra, nó sẽ điều khiển thời gian đánh lửa, thời gian phun nhiên liệu và thời gian chuyển mạch dòng điện sơ cấp của cuộn dây đánh lửa (tức là Góc dẫn) theo tín hiệu khuyết tật răng nhỏ. 3) Cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam cảm ứng từ TCCS của xe ToyotaHệ thống điều khiển máy tính Toyota (1FCCS) sử dụng cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam cảm ứng từ được sửa đổi từ bộ phân phối, bao gồm các bộ phận trên và dưới. Phần trên được chia thành máy phát tín hiệu tham chiếu vị trí trục khuỷu phát hiện (cụ thể là tín hiệu nhận dạng xi lanh và TDC, được gọi là tín hiệu G); Phần dưới được chia thành máy phát tín hiệu tốc độ trục khuỷu và tín hiệu góc (gọi là tín hiệu Ne). 1) Đặc điểm cấu trúc của máy phát tín hiệu Ne: Máy phát tín hiệu Ne được lắp bên dưới máy phát tín hiệu G, chủ yếu bao gồm rôto tín hiệu số 2, cuộn cảm biến Ne và đầu từ. Rôto tín hiệu được cố định trên trục cảm biến, trục cảm biến được dẫn động bởi trục cam phân phối khí, đầu trên của trục được trang bị đầu lửa, rôto có 24 răng lồi. Cuộn cảm biến và đầu từ được cố định trong vỏ cảm biến và đầu từ được cố định trong cuộn cảm biến. 2) Nguyên lý tạo tín hiệu tốc độ và góc và quy trình điều khiển: khi trục khuỷu động cơ, cảm biến trục cam van tín hiệu, sau đó điều khiển rôto quay, răng nhô ra của rôto và khe hở không khí giữa đầu từ thay đổi xen kẽ, cuộn cảm biến trong từ thông thay đổi xen kẽ, sau đó nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng từ cho thấy trong cuộn cảm biến có thể tạo ra lực điện động cảm ứng xen kẽ. Do rôto tín hiệu có 24 răng lồi nên cuộn dây cảm biến sẽ tạo ra 24 tín hiệu xen kẽ khi rôto quay một vòng. Mỗi vòng quay của trục cảm biến (360). Điều này tương đương với hai vòng quay của trục khuỷu động cơ (720). , do đó, một tín hiệu xen kẽ (tức là một chu kỳ tín hiệu) tương đương với một vòng quay tay quay là 30. (720. Có mặt 24 = 30). , tương đương với vòng quay của đầu đánh lửa 15. (30. Có mặt 2 = 15). . Khi ECU nhận được 24 tín hiệu từ bộ tạo tín hiệu Ne, có thể biết rằng trục khuỷu quay hai lần và đầu đánh lửa quay một lần. Chương trình bên trong ECU có thể tính toán và xác định tốc độ trục khuỷu động cơ và tốc độ đầu đánh lửa theo thời gian của mỗi chu kỳ tín hiệu Ne. Để kiểm soát chính xác Góc đánh lửa sớm và Góc phun nhiên liệu sớm, Góc trục khuỷu chiếm bởi mỗi chu kỳ tín hiệu (30. Các góc nhỏ hơn. Rất thuận tiện để thực hiện nhiệm vụ này bằng máy vi tính và bộ chia tần số sẽ báo hiệu mỗi Ne (Góc trục khuỷu 30). Nó được chia đều thành 30 tín hiệu xung và mỗi tín hiệu xung tương đương với Góc trục khuỷu 1. (30. Hiện tại 30 = 1). . Nếu mỗi tín hiệu Ne được chia đều thành 60 tín hiệu xung, mỗi tín hiệu xung tương ứng với Góc trục khuỷu là 0,5. (30. ÷60= 0,5. . Cài đặt cụ thể được xác định bởi các yêu cầu về độ chính xác của Góc và thiết kế chương trình.3) Đặc điểm cấu trúc của máy phát tín hiệu G: Máy phát tín hiệu G được sử dụng để phát hiện vị trí của điểm chết trên cùng của piston (TDC) và xác định xi lanh nào sắp đạt đến vị trí TDC và các tín hiệu tham chiếu khác. Vì vậy, máy phát tín hiệu G còn được gọi là máy phát tín hiệu nhận dạng xi lanh và điểm chết trên cùng hoặc máy phát tín hiệu tham chiếu. Máy phát tín hiệu G bao gồm rôto tín hiệu số 1, cuộn cảm biến G1, G2 và đầu từ, v.v. Rôto tín hiệu có hai mặt bích và được cố định trên trục cảm biến. Cuộn dây cảm biến G1 và G2 cách nhau 180 độ. Lắp đặt, cuộn dây G1 tạo ra tín hiệu tương ứng với điểm chết trên nén của xi lanh thứ sáu của động cơ 10. Tín hiệu do cuộn dây G2 tạo ra tương ứng với lO trước TDC nén của xi lanh thứ nhất của động cơ.4) Nguyên lý tạo tín hiệu nhận dạng xi lanh và điểm chết trên và quy trình điều khiển: nguyên lý hoạt động của máy phát tín hiệu G giống như nguyên lý hoạt động của máy phát tín hiệu Ne. Khi trục cam động cơ truyền động trục cảm biến quay, mặt bích của rôto tín hiệu G (rôto tín hiệu số 1) đi qua đầu từ của cuộn cảm biến theo kiểu xen kẽ và khe hở không khí giữa mặt bích rôto và đầu từ thay đổi xen kẽ và tín hiệu suất điện động xen kẽ sẽ được tạo ra trong cuộn cảm biến Gl và G2. Khi phần bích của rôto tín hiệu G gần với đầu từ của cuộn cảm biến G1, một tín hiệu xung dương được tạo ra trong cuộn cảm biến G1, được gọi là tín hiệu G1, vì khoảng cách không khí giữa bích và đầu từ giảm, từ thông tăng và tốc độ thay đổi từ thông là dương. Khi phần bích của rôto tín hiệu G gần với cuộn cảm biến G2, khoảng cách không khí giữa bích và đầu từ giảm và từ thông tăng
