CN104296785B - 用于汽车的曲轴位置传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于汽车的曲轴位置传感器，包括：探头，用于检测汽车发动机的曲轴位置；传感器骨架；探头位置调节机构，其一端固定在传感器骨架上且另一端与探头相连，用于驱动探头运动以改变探头与被测齿轮之间的距离；控制器，分别与探头和探头位置调节机构相连，用于对探头位置调节机构进行控制并接收来自探头检测的曲轴位置信号；以及壳体，其中，传感器骨架、探头、探头位置调节机构设置在壳体内。本发明的实施例可根据实际的装配环境，按照传感器的设计要求调节传感器探头和被测信号齿轮顶间的垂直距离，使传感器的实际工作气隙在设计范围内，从而保证传感器输出可靠的信号，同时也可延长传感器的使用寿命。

Description

用于汽车的曲轴位置传感器

技术领域

本发明涉及转速传感器设计技术领域，特别涉及一种用于汽车的曲轴位置传感器。

背景技术

曲轴位置传感器用来检测发动机曲轴的位置，并通过电信号将曲轴位置信息发送给发动机电子控制单元(以下简称ECU)。ECU通过计算曲轴位置信号和凸轮轴位置传感器输入的凸轮轴位置信号，可确定各缸的压缩上止点，进而确定基本点火时刻和喷油相位。由此可见，曲轴位置传感器是发动机电控系统中的关键零部件，该传感器工作正常与否关系到发动机的动力性、经济性及整车的驾驶舒适性和排放。

目前，常用的曲轴位置传感器有电磁感应式和霍尔效应式两种。这两种曲轴位置传感器都有一个重要的特性——工作气隙，曲轴位置传感器的工作气隙是指曲轴位置传感器探头端面与被测信号轮齿顶之间的垂直距离。如果传感器的实际工作气隙超过设定值，传感器的输出信号精度会受到影响，严重的情况下，曲轴位置传感器将输出错误的检测信号。在实际使用中，由于相关零部件的设计和装配原因、零部件的磨损、发动机的恶劣运行环境等因素，会出现曲轴位置传感器的实际工作气隙不能满足传感器的设计要求。虽然ECU检测为曲轴位置传感器故障，但实际并非如此，这种情况将大大增加技术人员的故障排查复杂度。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于汽车的曲轴位置传感器，该传感器可根据实际的装配环境，按照传感器的设计要求调节传感器探头和被测信号齿轮顶间的垂直距离，使传感器的实际工作气隙在设计范围内，从而保证传感器输出可靠的信号，同时也可延长传感器的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种用于汽车的曲轴位置传感器，包括：探头，用于检测汽车发动机的曲轴位置；传感器骨架；探头位置调节机构，所述探头位置调节机构的一端固定在所述传感器骨架上且另一端与所述探头相连，用于驱动所述探头运动以改变所述探头与被测齿轮之间的距离；控制器，所述控制器分别与所述探头和所述探头位置调节机构相连，用于对所述探头位置调节机构进行控制并接收来自所述探头检测的曲轴位置信号；和壳体，其中，所述传感器骨架、所述探头、所述探头位置调节机构设置在所述壳体内。

根据本发明实施例的曲轴位置传感器，可根据实际的装配环境，按照传感器的设计要求调节传感器探头和被测信号齿轮顶间的垂直距离，使传感器的实际工作气隙在设计范围内，从而保证传感器输出可靠的信号，同时也可延长传感器的使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的用于汽车的曲轴位置传感器还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的实施例中，所述探头位置调节机构包括：螺线管，所述螺线管固定在所述传感器骨架上且与所述控制器相连，以在所述控制器的控制下进行通电和断电，其中，所述螺线管在通电时产生磁场；推动杆，所述推动杆与所述探头相连，以利用磁力作用推动所述探头运动；和弹性件，所述弹性件设置在所述探头和所述螺线管之间。

在本发明的实施例中，所述探头位置调节机构还包括：沿所述探头至所述传感器骨架方向延伸的导槽，其中，所述推动杆利用所述磁力作用沿所述导槽的导向方向运动。

在本发明的实施例中，所述控制器设置在所述壳体外且通过传感器接插件与所述探头和所述探头位置调节机构相连，其中，所述传感器接插件设置在所述传感器骨架上。

在本发明的实施例中，还包括：位置传感器，所述位置传感器用于检测所述探头的位置，并将位置信息反馈给所述控制器，所述控制器控制输出给所述螺线管的电流大小和方向以调整所述探头的位置。

在本发明的实施例中，所述位置传感器为电容传感器。

在本发明的实施例中，所述传感器还包括：隔板，所述隔板上具有安装槽，所述隔板设置在所述传感器骨架和所述探头位置调节机构之间；密封圈，所述密封圈安装在所述安装槽上以对所述探头位置调节机构和所述探头密封。

在本发明的实施例中，所述传感器骨架和所述传感器接插件一体注塑形成。

在本发明的实施例中，所述传感器接插件包括第一针脚至第五针脚，所述第一针脚用于将所述探头检测的曲轴位置反馈给所述控制器，所述第二针脚用于与电源相连，以对所述曲轴位置传感器供电，所述第三针脚和第四针脚与所述控制器相连，用于接收所述控制器对所述探头位置调节机构的控制信号，所述第五针脚接地。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的结构图；

图2(a)和(b)为根据本发明另一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的探头位置调节机构原理图；

图4为根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的计算传感器当前的实际工作气隙的原理图；

图5为根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的工作原理图；

图6为根据本发明另一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的工作原理图；以及

图7(a)和(b)为根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的电容传感器的工作原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的用于汽车的曲轴位置传感器。

图1为根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的结构图。

如图1所示，根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器100，包括：探头110、传感器骨架120、探头位置调节机构130、控制器140和壳体150。

具体地，探头110用于检测汽车发动机的曲轴位置。探头位置调节结构130的一端通过固定装置固定在传感器骨架120上且其另一端与探头110相连，用于驱动探头110运动以改变探头110与被测齿轮之间的距离。控制器140分别与探头110和探头位置调节机构130相连，用于对探头位置调节机构130进行控制并接收来自探头110的曲轴位置信号。其中，如图1所示，探头110、传感器骨架120和探头位置调节机构130均设置在壳体150内，且在本发明的一个实施例中，传感器骨架120为注塑产品。控制器140设置在壳体150外且通过传感器接插件200与探头110和探头位置调节机构130相连，其中，传感器接插件200设置在传感器骨架120上，且传感器骨架120和传感器接插件200一体注塑形成。

具体而言，传感器接插件200包括第一针脚至第五针脚，其中，第一针脚用于将探头110检测的曲轴位置反馈给控制器140，第二针脚用于与电源相连，以对曲轴位置传感器100供电，第三针脚和第四针脚与控制器140相连，用于接收控制器140对所探头位置调节机构130的控制信号，第五针脚接地。

进一步地，在本发明的一个实施例中，探头位置调节机构130包括：螺线管131、推动杆132和弹性件133。

具体而言，螺线管131固定在传感器骨架120上且与控制器140相连，以在控制器140的控制下进行通电和断电，其中，螺线管131在通电时产生磁场。推动杆132与探头110相连，以利用磁力作用推动探头110运动。弹性件133设置在探头110和螺线管131之间。其中，弹性件133例如为但不限于弹簧。

另外，探头位置调节机构130还包括：导槽。导槽沿探头110至传感器骨架120方向延伸，且推动杆132利用磁力作用沿导槽的导向方向运动。

在本发明的进一步实施例中，该用于汽车的曲轴位置传感器100还包括：位置传感器、隔板170和密封圈(图1中均未标出)。

具体地，位置传感器用于检测探头110的位置，并将位置信息反馈给控制器140，从而控制器140根据该位置信息控制输出给螺线管131的电流大小和方向以调整探头110的位置。且在本发明的一个优选实施例中，位置传感器为电容传感器。隔板170上具有安装槽，且隔板170设置在传感器骨架120和探头位置调节机构130之间。密封圈安装在隔板170的安装槽上以对探头位置调节机构130和探头110进行密封。

作为具体的示例，以下结合图2-7详细描述根据本发明实施例的用于汽车的曲轴位置传感器。

图2(a)和(b)为根据本发明另一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的结构示意图。如图2(a)和(b)所示，该传感器包括：传感器骨架120、探头位置调节机构130、探头110、壳体150和控制器140(图中未标出)。

其中，传感器骨架120和壳体150均为注塑件，材料一般选用PA66+GF30。传感器接插件200与传感器骨架120一体注塑。传感器接插件200通过电缆线与控制器140相连，传感器接插件200包括五个针脚，其中第一个针脚用于将曲轴位置传感器测试的曲轴转角信号输出给控制器140；第二个针脚与电源相连，用于为传感器提供工作电压；第三和第四针脚与控制器140连接，用于控制探头位置调节机构130中螺线管131的通电状态；第五个针脚接地。

探头位置调节机构130通过固定装置固定在传感器骨架120上。探头位置调节机构130根据接收到的控制器140的驱动信号调节探头110的位置，使探头110的位置满足工作气隙要求。探头位置调节机构130的上部设有一个隔板170，用于将探头位置调节机构130和探头110进行隔离。隔板170的中部有一个槽，用于安装密封圈，从而可防止传感器上部的水进入到传感器内部，腐蚀探头位置调节机构130或探头110。

探头110通过固定装置安装在探头位置调节机构130上，探头110上装有电路板300，在探头110的下端面，装有曲轴信号检测芯片，该芯片通过探头110上的卡槽固定在探头110上，芯片的针脚焊接在电路板300上。

图3为根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的探头位置调节机构原理图。

如图3所示，探头位置调节机构130包括螺线管131、推动杆132、即弹性件133和导槽。

具体而言，螺线管131是使用漆包线缠绕在塑料骨架上，漆包线的起始端与传感器接插件200的两个针脚焊接在一起，并通过电缆线与控制器140连接。

推动杆132位于探头位置调节机构130中间的导槽内，工作时，推动杆132在螺线管131通电产生的电磁力的作用下可在导槽内进行直线运动。推动杆132的下部与探头110固定在一起，推动杆132运动时探头110随其同步运动，从而实现调节探头110的位置。

螺线管131的下端面、探头110的上端面和推动杆132的上端面分别安装有电容传感器(即位置传感器)的极板，探头110和螺线管131的相对位置、推动杆132和螺线管131的相对位置发生变化时，电容传感器的电容随之发生改变，其所在电路输出的电压也会随之发生改变。

一般而言，曲轴位置传感器的工作气隙为0.5～1.5mm。对于可调工作气隙的曲轴位置传感器，首先根据标准的曲轴信号轮尺寸，将传感器探头110放置在保证工作气隙为1.0mm的初始位置上。需要注意的是，对于可调工作气隙的曲轴位置传感器，在下线检测时，无需使用游标卡尺或其它测试设备去测量探头长度，只要读取电容传感器的电容值，即可知道传感器探头110的当前位置，从而使下线检测更为准确快捷。

具体地，当传感器随机安装到某一个发动机上后，根据曲轴信号轮齿顶和传感器安装面间的距离和曲轴位置传感器的探头长度，即可计算出传感器当前的实际工作气隙。例如图4所示，传感器安装面和信号轮齿顶间的距离为A，传感器探头长度为B，则传感器的实际工作气隙为C＝A-B。当C＜0.5mm时，传感器的接插件PIN3和PIN4与控制器140中的对配电路形成闭合回路，回路中的电流方向为PIN3进，PIN4出，螺线管131周围产生的磁场将推动杆132吸附，使推动杆132向上运动，直至C≥0.5mm，具体如图5所示。反之，当C＞1.5mm时，传感器的接插件PIN3和PIN4与控制器140中的对配电路形成闭合回路，回路中的电流方向为PIN4进，PIN3出，螺线管131周围产生的磁场将推动推动杆132向下运动，直至C＜1.5mm，具体如图6所示。

另外，由于探头110的上端面安装有电容传感器的其中一个极板，当探头110移动到新位置后，电容传感器两极板间的距离发生改变，电容传感器将向控制器140反馈探头110的当前位置，如果该当前位置和目标位置的距离在允许范围内，探头110将被固定在该位置；如果该当前位置与目标位置的逼近程度不够，则控制器140通过控制螺线管131的通电状态(例如加压或减压)，控制探头110移动，使探头110更加逼近目标位置，直至满足预设目标。

在上述示例中，对于可调工作气隙的曲轴位置传感器，当发动机相关部件发生磨损，使传感器的工作气隙变大后，在一定范围内，可通过调整传感器的探头位置使传感器能够正常工作，从而减少了发动机相关零部件的维修或更换成本，同时延长了传感器的使用寿命。

作为一个具体的实施例，本发明中所使用的电容传感器为变极距型电容传感器，该变极距型电容传感器在进行非电量测量时，灵敏度要高于其它类型的电容式传感器的灵敏度。图7(a)和(b)为根据本发明一个实施例的用于汽车的曲轴位置传感器的电容传感器的工作原理图，结合图7(a)和(b)所示，该变极距型电容传感器的工作原理具体如下所述：

初始时，

其中，ε为极板间介质的介电系数，s为极板间的相互覆盖面积，d₀为极板间的距离。假设若极距改变量为Δd，则电容为：

$C_0^{\′}=\frac{\mathrm{\ϵ}s}{d_0-\mathrm{\Δ}d}---\left(2\right).$

为了提高传感器的灵敏度、增大线性工作范围和克服外界条件(如电源电压、环境温度等)变化对测量精度的影响，在本发明的一个具体实施例中，采用差动型变极距电容式传感器。具体而言，将电容值输入到电容传感器的处理电路进行处理，该处理电路包括差动脉冲调宽电路、放大电路、滤波电路等。由于电容传感器极板的变化，处理电路会输出不同的电压值，控制器140根据电压值识别曲轴位置传感器的探头位置。其中，电压值的范围在0.5～4.5V，初始时传感器输出电压为2.5V，当推动杆132向下运动时，输出电压随之减小；反之，输出电压变大。

根据上述(1)式和(2)式，可得电容变化量为：

$\mathrm{\Δ}C=\frac{\mathrm{\ϵ}s}{d_0}\×\frac{\mathrm{\Δ}d}{d_0-\mathrm{\Δ}d}=C_0\×\frac{\mathrm{\Δ}d}{d_0-\mathrm{\Δ}d}---\left(3\right).$

根据(3)式，可近似估算电容传感器的灵敏度：

$k=\frac{\mathrm{\Δ}C}{\mathrm{\Δ}d}\≈\frac{C_0}{d_0},$

其非线性误差为：

$\mathrm{\δ}=\left|\frac{\mathrm{\Δ}d}{d_0}\right|\×100\%.$

根据本发明实施例的曲轴位置传感器，可根据实际的装配环境，按照传感器的设计要求调节传感器探头和被测信号齿轮顶间的垂直距离，使传感器的实际工作气隙在设计范围内，从而保证传感器输出可靠的信号，同时也可延长传感器的使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种用于汽车的曲轴位置传感器，其特征在于，包括：

探头，用于检测汽车发动机的曲轴位置；

传感器骨架；

探头位置调节机构，所述探头位置调节机构的一端固定在所述传感器骨架上且另一端与所述探头相连，用于驱动所述探头运动以改变所述探头与被测齿轮之间的距离；

控制器，所述控制器分别与所述探头和所述探头位置调节机构相连，用于对所述探头位置调节机构进行控制并接收来自所述探头检测的曲轴位置信号；和

壳体，其中，所述传感器骨架、所述探头、所述探头位置调节机构设置在所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的曲轴位置传感器，其特征在于，所述探头位置调节机构包括：

螺线管，所述螺线管固定在所述传感器骨架上且与所述控制器相连，以在所述控制器的控制下进行通电和断电，其中，所述螺线管在通电时产生磁场；

推动杆，所述推动杆与所述探头相连，以利用磁力作用推动所述探头运动；和

弹性件，所述弹性件设置在所述探头和所述螺线管之间。

3.根据权利要求2所述的曲轴位置传感器，其特征在于，所述探头位置调节机构还包括：

沿所述探头至所述传感器骨架方向延伸的导槽，其中，所述推动杆利用所述磁力作用沿所述导槽的导向方向运动。

4.根据权利要求1-3任一项所述的曲轴位置传感器，其特征在于，所述控制器设置在所述壳体外且通过传感器接插件与所述探头和所述探头位置调节机构相连，其中，所述传感器接插件设置在所述传感器骨架上。

5.根据权利要求3所述的曲轴位置传感器，其特征在于，还包括：

位置传感器，所述位置传感器用于检测所述探头的位置，并将位置信息反馈给所述控制器，所述控制器控制输出给所述螺线管的电流大小和方向以调整所述探头的位置。

6.根据权利要求5所述的曲轴位置传感器，其特征在于，所述位置传感器为电容传感器。

7.根据权利要求1所述的曲轴位置传感器，其特征在于，还包括：

隔板，所述隔板上具有安装槽，所述隔板设置在所述传感器骨架和所述探头位置调节机构之间；

密封圈，所述密封圈安装在所述安装槽上以对所述探头位置调节机构和所述探头密封。

8.根据权利要求4所述的曲轴位置传感器，其特征在于，所述传感器骨架和所述传感器接插件一体注塑形成。

9.根据权利要求4所述的曲轴位置传感器，其特征在于，所述传感器接插件包括第一针脚至第五针脚，所述第一针脚用于将所述探头检测的曲轴位置反馈给所述控制器，所述第二针脚用于与电源相连，以对所述曲轴位置传感器供电，所述第三针脚和第四针脚与所述控制器相连，用于接收所述控制器对所述探头位置调节机构的控制信号，所述第五针脚接地。