Cảm biến vị trí trục cam là một thiết bị cảm biến hay còn gọi là cảm biến tín hiệu đồng bộ, nó là thiết bị định vị phân biệt xi lanh, đưa tín hiệu vị trí trục cam tới 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 trục cam và đầu vào bộ điều khiển điện tử (ECU), để xác định thời gian 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 thị 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 xác định điểm chết trên do nén của xi lanh 1 để thực hiện điều khiển phun nhiên liệu tuần tự, điều khiển thời điểm đánh lửa và điều khiển tắt máy.Ngoài ra, tín hiệu vị trí trục cam còn được dùng để xác định thời điểm đánh lửa đầu tiên trong quá trình khởi động động cơ.Vì cảm biến vị trí trục cam có thể xác định được piston xi lanh nào sắp đạt ĐCT nên gọi là cảm biến nhận biết xi lanh. Quang điện Đặc điểm cấu tạo của Cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam quang điện do hãng Nissan sản xuất được cải tiến từ nhà phân phối, chủ yếu nhờ đĩa tín hiệu (rotor tín hiệu) ), bộ tạo 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 phải tạo ra một khoảng radian đồng đều bên trong và bên ngoài hai vòng tròn lỗ sáng.Trong số đó, vòng ngoài được làm với 360 lỗ trong suốt (khoảng trống) và khoảng cách radian là 1. (Lỗ trong suốt chiếm 0,5., lỗ che bóng chiếm 0,5.), dùng để tạo tín hiệu tốc độ và quay trục khuỷu;Có 6 lỗ trong (hình chữ nhật L) ở vòng trong, cách nhau 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 tín hiệu Ne (tốc độ và Bộ tạo tín hiệu góc), bộ tạo tín hiệu G (tín hiệu điểm chết trên) và mạch xử lý tín hiệu.Tín hiệu Ne và bộ tạo tín hiệu G được cấu tạo từ một điốt phát quang (LED) và một bóng bán dẫn cảm quang (hoặc diode cảm quang), hai đèn LED lần lượt đối diện trực tiếp với hai bóng bán dẫn cảm quang. Nguyên lý làm việc của Đĩa tín hiệu được gắn giữa một điốt phát sáng (LED) và một bóng bán dẫn cảm quang (hoặc photodiode).Khi lỗ truyền ánh sáng trên đĩa tín hiệu quay giữa đèn LED và bóng bán dẫn cảm quang, ánh sáng phát ra từ đèn LED sẽ chiếu sáng bóng bán dẫn cảm quang, lúc này bóng bán dẫn cảm quang đang bật, đầu ra bộ thu của nó ở mức thấp (0,1 ~ O. 3V);Khi phần bóng của đĩa tín hiệu quay giữa đèn LED và bóng bán dẫn cảm quang, ánh sáng phát ra từ ĐÈN LED không thể chiếu sáng bóng bán dẫn cảm quang, lúc này bóng bán dẫn cảm quang bị cắt, đầu ra bộ thu của nó ở mức cao (4,8 ~ 5,2V). Nếu đĩa tín hiệu tiếp tục quay, lỗ truyền và phần bóng sẽ luân phiên chuyển đèn LED sang độ truyền hoặc bóng, và bộ thu bóng bán dẫn cảm quang sẽ luân phiên xuất ra mức cao và thấp.Khi trục cảm biến cùng với trục khuỷu và trục cam quay cùng chiều, lỗ đèn tín hiệu trên tấm và phần che sáng giữa đèn LED và tranzito cảm quang quay, tấm tín hiệu đèn LED có hiệu ứng lan tỏa ánh sáng và tạo bóng sẽ luân phiên chiếu xạ đến bộ tạo tín hiệu của cảm quang. Transistor, tín hiệu cảm biến được tạo ra và vị trí trục khuỷu, trục cam tương ứng với tín hiệu xung. Do trục khuỷu quay hai lần nên trục cảm biến quay tín hiệu một lần nên cảm biến tín hiệu G sẽ tạo ra sáu xung.Cảm biến tín hiệu Ne sẽ tạo ra tín hiệu xung 360 độ.Bởi vì khoảng cách radian của lỗ truyền ánh sáng của tín hiệu G là 60. Và 120 mỗi vòng quay của trục khuỷu.Nó tạo ra tín hiệu xung nên 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 của xi lanh động cơ 1. Để ECU có thể điều khiển Góc phun sớm và Góc đánh lửa sớm. Vì lỗ truyền tín hiệu Ne khoảng radian là 1. (Lỗ trong suốt chiếm 0,5. , lỗ che bóng chiếm 0,5.) nên trong mỗi chu kỳ xung, mức cao và mức thấp lần lượt chiếm 1. Vòng quay trục khuỷu, tín hiệu 360 cho biết vòng quay trục khuỷu 720. Mỗi vòng quay trục khuỷu 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 từCảm biến vị trí cảm ứng từ có thể được chia thành loại Hall và loại điện từ.Loại trước sử dụng hiệu ứng Hall để tạo ra tín hiệu vị trí với biên độ cố định , như trong Hình 1. Cái 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 milivolt đến hàng trăm volt và biên độ thay đổi rất nhiều.Sau đây là phần giới thiệu chi tiết về nguyên lý làm việc của cảm biến: Nguyên lý làm việc của Đường mà đường lực từ đi qua là khe hở không khí giữa cực N nam châm vĩnh cửu và rôto, răng lồi của rôto, khe hở không khí giữa răng lồi của rôto và đầu từ của stato, đầu từ, tấm dẫn hướng từ và cực S nam châm vĩnh cửu.Khi rôto tín hiệu quay, khe hở không khí trong mạch từ sẽ thay đổi định kỳ, điện trở từ của mạch từ và từ thông qua đầu cuộn dây tín hiệu sẽ thay đổi định kỳ.Theo nguyên lý cảm ứng điện từ, một suất điện động xoay chiều sẽ được sinh ra trong cuộn dây cảm biến. Khi rôto tín hiệu quay theo chiều kim đồng hồ, khe hở không khí giữa răng lồi rôto và đầu từ giảm, điện trở 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 tiến sát mép đầu từ thì từ thông φ tăng mạnh, tốc độ biến thiên từ thông lớn nhất [D φ/dt=(dφ/dt) Max], suất điện động cảm ứng E là cao nhất (E=Emax).Sau khi rôto quay quanh vị trí điểm B, tuy từ thông φ vẫn tăng nhưng tốc độ biến thiên của từ thông giảm nên 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 rôto và đầu từ là nhỏ nhất, nhưng điện trở từ của mạch từ là nhỏ nhất và từ thông φ là lớn nhất, nhưng vì từ trường từ thông không thể tiếp tục tăng thì tốc độ biến thiên của từ thông bằng 0 nên suất điện động cảm ứng E bằng 0. 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, độ từ trở của mạch từ tăng, từ thông giảm (dφ/dt< 0) nên lực điện động cảm ứng E âm.Khi răng lồi quay về mép rời khỏi đầu từ thì từ thông φ giảm mạnh, tốc độ biến thiên từ thông đạt cực đại âm [D φ/df=-(dφ/dt) Max] và suất điện động cảm ứng E cũng đạt cực đại âm (E= -emax). Như vậy có thể thấy mỗi khi rôto tín hiệu quay một răng lồi thì cuộn dây cảm biến sẽ sinh ra một suất điện động xoay chiều tuần hoàn, tức là suất điện động xuất hiện cực đại và một giá trị nhỏ nhất thì cuộn dây cảm biến sẽ xuất 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 cơ năng thành điện năng, năng lượng từ trường của nó sẽ không bị mất đi.Khi tốc độ động cơ thay đổi, tốc độ quay của răng lồi của rôto sẽ thay đổi và tốc độ thay đổi từ thông trong lõi cũng sẽ thay đổi.Tốc độ càng cao thì tốc độ thay đổi từ thông càng lớn thì suất điện động cảm ứng trong cuộn dây cảm biến càng cao. Vì khe hở không khí giữa răng lồi của rôto và đầu từ ảnh hưởng trực tiếp đến điện trở từ của mạch từ và điện áp đầu ra của cuộn dây cảm biến, khe hở không khí giữa răng lồi của rôto và đầu từ không thể thay đổi theo ý muốn khi sử dụng.Nếu khe hở không khí thay đổi thì phải điều chỉnh theo quy định.Khe hở không khí thường được thiết kế trong khoảng 0,2 ~ 0,4mm.2) Cảm biến vị trí trục khuỷu cảm ứng từ xe Jetta, Santana1) 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 đặt trên khối xi lanh gần ly hợp trong cacte, chủ yếu bao gồm bộ tạo tín hiệu và rôto tín hiệu. Bộ tạo tín hiệu được bắt vít vào khối động cơ và bao gồm nam châm vĩnh cửu, cuộn dây cảm biến và phích cắm bộ dây.Cuộn dây cảm biến còn được gọi là cuộn dây tín hiệu, đầu từ được gắn vào nam châm vĩnh cửu.Đầu từ đối diện trực tiếp với rôto tín hiệu loại đĩa răng được lắp trên trục khuỷu và đầu từ được nối với ách từ (tấm dẫn hướng từ tính) để tạo thành vòng dẫn hướng từ tính. Rôto tín hiệu thuộc loại đĩa răng, có 58 răng lồi, 57 răng nhỏ và một răng lớn cách đều nhau trên chu vi.Răng lớn bị thiếu tín hiệu tham chiếu đầu ra, tương ứng với TDC nén xi lanh 1 hoặc xi lanh 4 trước một Góc nhất định.Radian của răng lớn tương đương với radian của hai răng lồi và ba răng phụ.Bởi vì rôto tín hiệu quay cùng 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 răng chiếm trên chu vi 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 do 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 cùng với trục khuỷu quay, nguyên lý làm việc của cảm biến cảm ứng từ, tín hiệu của rôto từng quay một răng lồi, cuộn dây cảm biến sẽ sinh ra một emf (lực điện động) xoay chiều tuần hoàn. ở mức tối đa và tối thiểu), cuộn dây xuất ra tín hiệu điện áp xoay chiều tương ứng.Do rôto tín hiệu được cung cấp một răng lớn để tạo ra tín hiệu tham chiếu nên khi răng lớn quay đầu từ, điện áp tín hiệu mất nhiều thời gian, tức là tín hiệu đầu ra là tín hiệu xung rộng, tương ứng với một Góc nhất định trước TDC nén trụ 1 hoặc trụ 4.Khi bộ điều khiển điện tử (ECU) nhận được tín hiệu xung rộng có thể biết được vị trí TDC trên cùng của xi lanh 1 hoặc 4 sắp đến.Còn 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.Do rôto tín hiệu có 58 răng lồi nên 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 cấp điện cho 58 vòng quay. xung vào bộ điều khiển điện tử (ECU).Như vậy, cứ 58 tín hiệu mà cảm biến vị trí trục khuỷu nhận được thì ECU biết rằng trục khuỷu động cơ đã quay một vòng.Nếu ECU nhận được 116000 tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu trong vòng 1 phút thì ECU có thể tính được tốc độ trục khuỷu n là 2000(n=116000/58=2000)r/mưa;Nếu ECU nhận được 290.000 tín hiệu mỗi phút từ cảm biến vị trí trục khuỷu thì ECU sẽ tính toán tốc độ tay quay là 5000(n= 29000/58 =5000)vòng/phút.Bằng cách này, ECU có thể tính toán tốc độ quay trục khuỷu dựa trên số lượng tín hiệu xung nhận được trong 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 sớm cơ bản (thời gian), Góc đánh lửa sớm cơ bản (thời gian) và độ dẫn đánh lửa Góc (dòng sơ cấp cuộn dây đánh lửa đúng thời gian).Jetta AT và GTx, Santana 2000GSi ô tô loại cảm ứng từ cảm biến vị trí trục khuỷu rôto tín hiệu được tạo ra bởi tín hiệu làm tín hiệu tham chiếu, điều khiển ECU về thời gian phun nhiên liệu và thời gian đánh lửa dựa trên tín hiệu được tạo ra bằng tín hiệu.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 dòng sơ cấp của cuộn dây đánh lửa (tức là Góc dẫn) theo tín hiệu khuyết tật răng nhỏ.3) Xe Toyota Cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam cảm ứng từ TCCS Hệ 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 nhà phân phối, bao gồm phần trên và phần dưới.Phần trên được chia thành bộ tạo tín hiệu tham chiếu vị trí trục khuỷu phát hiện (cụ thể là nhận dạng xi lanh và tín hiệu TDC, được gọi là tín hiệu G);Phần dưới được chia thành bộ tạo tín hiệu tốc độ trục khuỷu và góc (gọi là tín hiệu Ne).1) Đặc điểm cấu trúc của bộ tạo tín hiệu Ne: Bộ tạo tín hiệu Ne được lắp đặt bên dưới bộ tạo tín hiệu G, chủ yếu bao gồm rôto tín hiệu số 2, cuộn dây cảm biến Ne và đầu nam châm.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 chữa cháy, rôto có 24 răng lồi.Cuộn dây cảm biến và đầu từ được cố định trong vỏ cảm biến, và đầu từ được cố định trong cuộn dây cảm biến.2) Nguyên lý và quá trình điều khiển và tạo tín hiệu góc và tốc độ: khi trục khuỷu động cơ, van cảm biến trục cam truyền tín hiệu, sau đó dẫn động rôto quay, các răng nhô ra của rôto và khe hở không khí giữa đầu từ thay đổi luân phiên, cuộn dây cảm biến trong từ thông thay đổi luân phiên, khi đó nguyên lý làm việc của cảm biến cảm ứng từ cho thấy trong cuộn dây cảm biến có thể tạo ra lực điện động cảm ứng xen kẽ.Vì 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, tín hiệu xen kẽ (tức là chu kỳ tín hiệu) tương đương với một vòng quay tay quay là 30. (720. Hiện tại 24 = 30)., tương đương với vòng quay của đầu lửa 15. (30. Hiện tại 2 = 15)..Khi ECU nhận được 24 tín hiệu từ bộ tạo tín hiệu Ne thì có thể biết trục khuỷu quay 2 lần và đầu đánh lửa quay 1 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 điều khiển chính xác Góc đánh lửa sớm và Góc phun sớm nhiên liệu, Góc trục khuỷu chiếm theo từng chu kỳ tín hiệu (30. Các góc nhỏ hơn. Việc thực hiện nhiệm vụ này bằng máy vi tính rất thuận tiện và bộ chia tần số sẽ báo hiệu cho từng Ne (Góc quay 30). Nó được chia đều thành 30 tín hiệu xung, và mỗi tín hiệu xung tương đương với Góc quay 1. (30. Hiện tại 30 = 1). . Nếu mỗi tín hiệu Ne được chia đều thành 60 tín hiệu xung thì mỗi tín hiệu Ne sẽ được chia đều thành 60 tín hiệu xung. tín hiệu xung tương ứng với Góc trục khuỷu là 0,5. (30. 60= 0,5. . Cài đặt cụ thể được xác định bởi yêu cầu về độ chính xác của Góc và thiết kế chương trình.3) Đặc điểm cấu trúc của bộ tạo tín hiệu G: Bộ tạo tín hiệu G được sử dụng để phát hiện vị trí điểm chết trên của piston (TDC) và xác định xi lanh nào sắp đạt đến vị trí TDC và các tín hiệu tham chiếu khác.Vì vậy, bộ tạo tín hiệu G còn được gọi là nhận dạng xi lanh và bộ tạo tín hiệu điểm chết trên hay bộ tạo tín hiệu tham chiếu.Bộ tạo 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.Khi lắp, cuộn dây G1 tạo ra tín hiệu tương ứng với xi lanh thứ sáu nén điểm chết trên 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) Nhận dạng xi lanh và tín hiệu điểm chết trên nguyên lý tạo và quy trình điều khiển: nguyên lý làm việc của bộ tạo tín hiệu G giống như nguyên lý làm việc của bộ tạo tín hiệu Ne.Khi trục cam động cơ điều khiển trục cảm biến quay, mặt bích của rôto tín hiệu G (rôto tín hiệu số 1) lần lượt đi qua đầu từ của cuộn dây cảm biến và khe hở không khí giữa mặt bích rôto và đầu từ thay đổi luân phiên , và tín hiệu suất điện động xoay chiều sẽ được tạo ra trong cuộn dây cảm biến Gl và G2.Khi phần mặt bích của rôto tín hiệu G gần với đầu từ của cuộn cảm biến G1, tín hiệu xung dương được tạo ra trong cuộn cảm biến G1, gọi là tín hiệu G1, do khe hở không khí giữa mặt bích và đầu từ giảm, từ thông tăng và tốc độ biến thiên từ thông là dương.Khi phần mặt bích của rôto tín hiệu G gần với cuộn dây cảm biến G2, khe hở không khí giữa mặt bích và đầu từ giảm xuống và từ thông tăng lên
