曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器

1、曲轴位置传感器的分类曲轴位置传感器的分类按照其工作原理的不同，分为三种类型：按照其工作原理的不同，分为三种类型：p磁电感应式曲轴位置传感器磁电感应式曲轴位置传感器p光电式曲轴位置传感器光电式曲轴位置传感器p霍尔效应式曲轴位置传感器。霍尔效应式曲轴位置传感器。请看动画：曲轴位置传感器（磁电感应式为例）请看动画：曲轴位置传感器（磁电感应式为例） 捷达、桑塔纳捷达、桑塔纳2000GSi2000GSi型、奥迪型、奥迪200200型型轿车采用磁感应式曲轴位置传感器；红轿车采用磁感应式曲轴位置传感器；红旗轿车和切诺基吉普车采用了霍尔式曲旗轿车和切诺基吉普车采用了霍尔式曲轴位置传感器轴位置传感器。磁感应式曲

2、轴位置传感器磁感应式曲轴位置传感器安装在气缸体左侧、发动机后端靠近飞轮处安装在气缸体左侧、发动机后端靠近飞轮处安装位置安装位置（1）检测发动机转速， PCM据此计算进气量，确定喷油量和点火提前角。（2）检测发动机基准缸（一缸或其他缸）的基准位置（活塞压缩上止点或压缩上止点前、后一固定角度），进行缸序判别，进一步确定活塞的任一位置。（3）检测曲轴转过的角度，PCM判定活塞运行的任一位置，确定点火时刻和喷油时刻。（4）控制喷油和点火之外，还用于怠速控制、废气再循环控制、燃油蒸发控制等。曲轴位置传感器的作用曲轴位置传感器的作用 电磁感应式曲轴位置传感器 永磁铁：安装在信号盘的边缘，产生永磁场，穿过信

3、号盘、电磁线圈等。电磁线圈：当磁场变化时，产生感应电动势，输出信号。信号盘：安装在曲轴、凸轮轴或分电器轴上，并随之转动，信号盘上均制有若干凸齿和齿槽（特殊：一宽齿槽或装一销钉），信号盘形状决定了信号波形。气隙(小于2mm)：过大，信号弱；过小，碰撞结结构构磁感应式传感器的结构磁感应式传感器的结构桑塔纳桑塔纳发动机发动机磁感应磁感应式曲轴式曲轴位置传位置传感器感器 曲轴位置传感器的结构：1缸体；2-齿缺（基准标记）；3-传感器磁头；4信号转子 l磁脉冲式传感器用螺钉固定在发动机缸体上，由永磁铁、线圈和连接器插头组成。l线圈即为信号线圈，永磁铁上带有一个磁头，磁头与信号转子相对安装，磁头与导磁板连

4、接构成导磁回路。工作原理：l当信号转子凸齿的中心线与磁头对正时，磁通的变化率为零，在线圈中的感应电动势为零；l当信号转子的凸齿离开磁头时，磁通量减少，感应电动势为负值；l当信号转子的凸齿接近磁头时，凸齿与磁头间的气隙减小，磁通量增多，感应电动势为正值。磁感应式曲轴位置传感器信号：磁感应式曲轴位置传感器信号：齿数为齿数为60-2，即原，即原为为60齿，切掉齿，切掉2齿，齿，得到得到58凸齿、凸齿、57个个小齿缺和小齿缺和1个大齿缺。个大齿缺。原为原为60齿齿 齿与齿间隔度数为齿与齿间隔度数为360/60=6 每个凸齿和小齿缺所每个凸齿和小齿缺所占曲轴转角均为占曲轴转角均为3。曲轴旋转一圈，将会产

5、生曲轴旋转一圈，将会产生58个脉冲信号。个脉冲信号。大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占弧度，大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占弧度， 大大齿缺所占总的曲轴转角位齿缺所占总的曲轴转角位15（=23+33）。）。大齿缺输出基准信号，对应发动机气缸大齿缺输出基准信号，对应发动机气缸1或或4压缩上止点前的一定压缩上止点前的一定角度。角度。1缸还是缸还是4缸需根据凸轮轴位置传感器输入的信号来确定。缸需根据凸轮轴位置传感器输入的信号来确定。 当信号转子随发动机转动一圈，传感线圈就会向当信号转子随发动机转动一圈，传感线圈就会向ECU输入输入58个脉冲信号，即个脉冲信号，即ECU收到收

6、到58个脉冲信号，意味着曲轴旋转个脉冲信号，意味着曲轴旋转一圈。一圈。如如ECU一分钟接收到一分钟接收到116000个信号，那么转速为个信号，那么转速为2000r/minECU一分钟接收到一分钟接收到290000个信号，那么转速为个信号，那么转速为5000r/minECU根据转速信号和负荷信号计算基本喷油提前角、基本点火根据转速信号和负荷信号计算基本喷油提前角、基本点火提前角和点火导通角。提前角和点火导通角。l因此，信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就产生一个交变电动势，即一个最大值和一个最小值，感应线圈即输出一个交变电压信号。l信号转子上的大齿缺转过磁头时，输出一个宽脉冲信号，该信号对应1缸

7、或4缸上止点前一定角度。lECU接收到宽脉冲信号时，再根据凸轮轴位置传感器输入的信号最终判定是1缸还是4缸在上止点前。曲轴位置传感器的检测l端子1为转速与转角正极，与ECU的56端子相连；l端子2为转速与转角的负极，与ECU的63端子相连；l端子3为屏蔽线端子，与ECU的67端子相连。对于曲轴位置传感器的检测，主要测量各端子间电阻。 （1）曲轴位置传感器的电阻检查l关闭点火开关，拔下传感器连接器插头，按图进行， 检查传感器上1与2端子间电阻，应为4501000。若电阻为无穷大，说明信号线圈存在断路，应更换传感器。l检查传感器上1或2端子与屏蔽线端子3之间的电阻，阻值应为无穷大，如果电阻不是无穷

8、大，则应更换传感器。 （2）检查传感器与ECU之间的连接线束 分别检查1与56端子，2与63端子，3与67端子间的电阻值，应不超过1.5。如果电阻为无穷大，说明存在导线断路或接触不良，需进行维修。 光电式曲轴位置传感器光电式曲轴位置传感器工作原理工作原理MPI:多点多点燃油燃油喷射喷射系统系统l内孔（二极管、光敏管）：凸轮轴内孔（二极管、光敏管）：凸轮轴位置传感器位置传感器l外孔（二极管、光敏管）：曲轴位外孔（二极管、光敏管）：曲轴位置传感器置传感器l组合时：共用组合时：共用12V电源线、搭铁线，电源线、搭铁线，各自信号线，共各自信号线，共4条线条线l边缘稍靠内侧分布着6个间隔60的光孔（六缸

9、），或4个间隔90的光孔（四缸），用来产生曲轴位置信号（120信号六缸，或180信号四缸），其中有一个较宽的光孔是用来判断第1缸活塞上止点位置的。 【结构】如图所示 由信号发生器和带光孔的信号盘组成1 1传感器联轴器传感器联轴器 2 2凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器 3 3信号盘信号盘 4 4曲轴位置曲轴位置传感器检测孔传感器检测孔 5 5第四缸上止点检测孔第四缸上止点检测孔 6 6发光二极管发光二极管 7 7光光敏二极管敏二极管 霍尔式曲轴位置传感器霍尔式曲轴位置传感器四、霍尔式曲轴位置传感器四、霍尔式曲轴位置传感器1. 霍尔效应霍尔效应当电流当电流I通过放在磁场中的半导体通过放在磁场中的

10、半导体基片基片( 称称霍耳元件霍耳元件)且电流方向与磁且电流方向与磁场方向垂直时，电荷在洛仑兹力作场方向垂直时，电荷在洛仑兹力作用下向一侧偏移，在垂直于电流与用下向一侧偏移，在垂直于电流与磁场的霍耳元件的横向侧面上即产磁场的霍耳元件的横向侧面上即产生生 一个与电流和磁场强度成正比一个与电流和磁场强度成正比的电压，称为霍耳电压的电压，称为霍耳电压 UH。霍耳。霍耳电压可用下式表示电压可用下式表示 , 即即式中：式中： R RH H霍耳系数；霍耳系数；dd基片厚度基片厚度 II电流；电流；BB磁场强度；磁场强度； 当结构一定且电流为定值时当结构一定且电流为定值时, , 霍尔电压与磁场霍尔电压与磁场

11、强度成正比。强度成正比。霍尔开关电路霍尔开关电路 汽车上用霍尔式传感器一般为三线：一根为汽车上用霍尔式传感器一般为三线：一根为电源线电源线，供给，供给工作电压一般为工作电压一般为12V12V，（也有用，（也有用9V9V），一根为），一根为信号线信号线，需，需要提供要提供5V5V参考电压，通过三极管的导通或关闭，实现参考电压，通过三极管的导通或关闭，实现0V0V和和5V5V的脉冲变化，第三根为的脉冲变化，第三根为搭铁线搭铁线。根据脉冲根据脉冲信号的多信号的多少计算曲少计算曲轴的旋转轴的旋转速度和位速度和位置。置。（a a）变磁通式）变磁通式 （b b）遮）遮断式断式 按照霍尔器件和工作磁体间的运

12、动方式，霍尔式曲轴位按照霍尔器件和工作磁体间的运动方式，霍尔式曲轴位置传感器分为变磁通式和遮断式。置传感器分为变磁通式和遮断式。（a a）变磁通）变磁通式式l齿盘的转动使磁路的齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔元件期性地变化，霍尔元件输出的微小脉冲信号经输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可隔直、放大、整形后可以确定齿盘的转速以确定齿盘的转速（a a）变磁通）变磁通式式当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电

13、平；反之，当齿轮齿缺对准霍尔元件时，输出低电平。当齿轮齿缺对准霍尔元件时，输出低电平。（b b）变磁通式）变磁通式只要黑色金属旋只要黑色金属旋转体的表面存在缺转体的表面存在缺口或突起，就可产口或突起，就可产生磁场强度的脉动，生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势从而引起霍尔电势的变换，产生转速的变换，产生转速信号信号l霍尔曲轴传感器的其他安装方法霍尔曲轴传感器的其他安装方法（b b）遮断）遮断式式l软磁翼片（如软铁）软磁翼片（如软铁）l软磁材料易于磁化，也易软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。应用最备和电子设备中。应用最多的软磁材料是铁硅合金多的软磁材

14、料是铁硅合金( (硅钢片硅钢片) )以及各种软磁铁以及各种软磁铁氧体等氧体等 。 故障征兆检测：故障征兆检测：在发动机运行中，当曲轴位置传在发动机运行中，当曲轴位置传感器出现故障时，会导致信号中感器出现故障时，会导致信号中断，发动机不能启动或在运行时断，发动机不能启动或在运行时立即熄火，这时电子控制单元可立即熄火，这时电子控制单元可以诊断到故障并进行代码存储。以诊断到故障并进行代码存储。凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器2 2、凸轮轴位置传感器分类、凸轮轴位置传感器分类电磁式电磁式凸轮轴凸轮轴位置传感器位置传感器霍尔式霍尔式凸轮轴凸轮轴位置传感器位置传感器光电式光电式凸轮轴凸轮轴位置传感器位置传

15、感器1 1、凸轮轴位置传感器作用、凸轮轴位置传感器作用采集配气凸轮轴的位置信号，并输入采集配气凸轮轴的位置信号，并输入ECUECU，以便以便ECUECU识别气缸识别气缸1 1压缩上止点，从而进行顺压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。此序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。此外，凸轮轴位置信号还用于发动机起动时识外，凸轮轴位置信号还用于发动机起动时识别出第一次点火时刻。因为凸轮轴位置传感别出第一次点火时刻。因为凸轮轴位置传感器能够识别哪一个气缸活塞即将到达上止点，器能够识别哪一个气缸活塞即将到达上止点，所以称为气缸识别传感器。所以称为气缸识别传感器。霍尔效应霍尔效应通有电流通

16、有电流I的白金导体（半导体）垂直于磁力线放入的白金导体（半导体）垂直于磁力线放入磁感应强度为磁感应强度为B的磁场中时，在白金导体横向侧面的磁场中时，在白金导体横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向和磁场的电压上就会产生一个垂直于电流方向和磁场的电压VH，VH与通过半导体的电流与通过半导体的电流I和磁感应强度和磁感应强度B成正比，当成正比，当取消磁场时电压立即消失。取消磁场时电压立即消失。 桑塔纳霍尔式凸轮轴位置传感器桑塔纳霍尔式凸轮轴位置传感器在桑塔纳在桑塔纳2000GSi型轿车的电控系统中，型轿车的电控系统中，既装配有磁感应式曲轴位置传感器，既装配有磁感应式曲轴位置传感器，又装配有霍尔式凸轮轴

17、位置传感器。又装配有霍尔式凸轮轴位置传感器。霍尔式凸轮轴位置传感器基本结构与霍尔式凸轮轴位置传感器基本结构与工作原理工作原理1-凸轮轴凸轮轴 同步带轮同步带轮2-信号转子信号转子3-霍尔信号霍尔信号发生器发生器当叶片离开气隙时，当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁通经永久磁铁的磁通经霍尔集成电路和导霍尔集成电路和导磁钢片构成回路，磁钢片构成回路，产生霍尔电压产生霍尔电压1.9-2.0V，输出，输出0.1-0.3V的低电平信号电压。的低电平信号电压。当叶片进入气隙时，当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，磁场被叶片旁路，产生霍尔电压产生霍尔电压0V，输出输出4.8V的高电平

18、的高电平信号电压。信号电压。当触发叶轮随转子轴一同转动时，叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁间转动。工作情况工作情况当隔板（叶片）进入气隙（即在气隙内）时，霍尔元件不产生电压，当隔板（叶片）进入气隙（即在气隙内）时，霍尔元件不产生电压，传感器输出高电平（传感器输出高电平（5V）信号；当隔板（叶片）离开气隙（即窗口）信号；当隔板（叶片）离开气隙（即窗口进入气隙）时，霍尔元件产生电压，传感器输出低电平信号进入气隙）时，霍尔元件产生电压，传感器输出低电平信号（0.1V）。）。曲轴每转两圈霍尔传感器信号端子就转一圈，对应产生一个低电平曲轴每转两圈霍尔传感器信号端子就转一圈，对应产生一个低电平信号和一个高电

19、平信号，其中低电平信号对应于信号和一个高电平信号，其中低电平信号对应于1缸上止点前一定缸上止点前一定角度。角度。发动机工作时，磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式凸发动机工作时，磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式凸轮轴位置传感器产生的信号电压不断输入控制单元轮轴位置传感器产生的信号电压不断输入控制单元ECU。当当ECU同时接收到曲轴位置传感器大齿缺对应的低电同时接收到曲轴位置传感器大齿缺对应的低电平信号和凸轮轴位置传感器窗口对应的低电平信号时，平信号和凸轮轴位置传感器窗口对应的低电平信号时，便可识别出此时为便可识别出此时为1缸活塞处于压缩行程、缸活塞处于压缩行程、4缸活塞处缸活塞处于排气行程，并根据曲轴位置传感器小齿缺对应输出于排气行程，并根据曲轴位置传感器小齿缺对应输出的信号控制点火提前角。的信号控制点火提前角。5 5、凸轮轴位置传感器安装、凸轮轴位置传感器安装位置位置凸轮轴位置传感器为霍尔效应式传感器，安装凸轮轴附近，与凸轮轴上的信号轮共同工作，信号轮对应的发动机的特定位置 检测线束导线有无断路故检测线束导线有无断路故障：端子障：端子1与控制单元插与控制单元插头端子头端子62、传感器插头端、传感器插头端子子2与控制单元插头端子与控制单元插头端子76、传感器插头端子、传感器插头端子3与与控制单元插头端子控制单元插头端子67，测，测得各导线的电