汽车电器与电控技术 课件 004 曲轴与凸轮轴位置传感器

《车辆装备新技术》主讲：舒华教授军事交通学院汽车传感器结构原理结构原理检修第二节曲轴与凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器CPS：

CrankshaftPositionSensor凸轮轴位置传感器CPS：

CamshaftPositionSensor气缸判别（判缸）传感器CIS：

CylinderIdentificationSensor

CPS功用：采集发动机转速和曲轴转角信号，并输入ECU，以便确定点火时刻和喷油时刻。CIS功用：采集配气凸轮轴位置信号，输入ECU确定气缸上止点位置。一、曲轴与凸轮轴位置传感器的功用曲轴位置传感器CPS：霍尔式：桑塔纳2000GLi、FordEEC-Ⅳ、Cadillic磁感应式：桑塔纳2000GSi、捷达AT、GTX型、奥迪200、丰田皇冠3.0TCCS{CPS/CIS一体}

光电式：猎豹、Mitsubishi、现代、日产{CPS/CIS一体}

差动霍尔式：红旗CA7220E型轿车、切诺基吉普车凸轮轴位置传感器CPS：霍尔式：桑塔纳2000GSi型、捷达AT、GTX型、红旗CA7220E型轿车、切诺基、BJ2020VJ磁感应式：丰田皇冠3.0TCCS{一体}光电式：猎豹、Mitsubishi、南韩现代、日产{一体}二、曲轴凸轮轴位置CPS、CIS分类三、光电式曲轴与凸轮轴传感器CPS/CIS

图3-25光电式CPS/CIS结构(a)信号盘;(b)传感器;(c)信号发生器1-线束插头；2-上止点信号透光孔；3-曲轴转角信号透光孔；4-1缸上止点信号透光孔；5-定位销；6、15-传感器轴；7-传感器盖；8-分火头；9-防护盖；10-信号发生器；11-G（上止点）信号传感器；12-Ne（转速与转角）信号传感器；13-信号盘；14-传感器壳体光电式CPS/CIS结构

（1）带孔信号盘外圆孔：360个透光孔：1°信号孔

--转速与转角信号内圆孔：5个小透光孔――120°信号孔

--上止点TDC信号

1个大透光孔:1缸BTDC70°信号孔

--判缸信号（2）信号发生器发光二极管：2只--1°、120°发光光电三极管：2只--1°、120°授光信号处理：整形、放大光电式CPS/CIS工作原理当透光孔转到LED与光电管之间时，信号盘透光，光电管导通（占曲轴转角1°）当透光孔不在LED与光电管之间时，信号盘隔光，光电管截止（占曲轴转角1°）

光电式CPS/CIS输出信号图3-27日产轿车光电式传感器输出波形判缸信号

内圆1个大透光孔：1缸BTDC70°信号

5个小透光孔：120°信号-各缸上止点BTDC70°转速与转角信号外圆360个透光孔：1°信号四、磁感应式CPS/CIS基本原理图3-29传感线圈中的磁通Φ和电动势E波形（a）低速时输出波形；（b）高速时输出波形当转子凸齿接近磁头时，气隙减小，磁阻Rm减小，磁通量Φ增多，磁通变化率增大，感应电动势E为正(E＞0)当凸齿正对磁头时，气隙最小，磁阻Rm最小，磁通量Φ最多，磁通变化率为0，感应电动势E为0（E＝0）当转子凸齿离开磁头时，气隙增大，磁阻增大，磁通量Φ减少，感应电动势E为负（E＜0）InductivepulsegeneratorAs

atoothofthesignalrotornearsthepole,amagneticfieldbuildsupthroughtherotor,thepolepieceandthemagnet.Thefieldisstrongestwhenatoothisoppositethepoleanddropsoffoncethetoothpassesthepole.Voltageisgeneratedonlywhenthefieldisincreasinganddecaying.Itiszerowhenthetoothisdirectlyoppositethepole.大众车系磁感应式CPS组成图3-30大众CPS结构1-缸体；2-大齿缺（基准标记）；3-传感器磁头；4-信号转子

大众磁感应式CPS结构传感器：永久磁铁、磁头、传感线圈信号盘：58个凸齿--转速转角信号--1个凸齿占3°（曲轴转角）

57小齿缺--1个小齿缺占3°（曲轴转角）

1个大齿缺--1、4缸上止点信号--大齿缺占15°（曲轴转角）大齿缺的弧度＝2个凸齿＋3个小齿缺弧度信号转子转一转，线圈产生58个信号输入ECU大众磁感应式CPS检修（a）安装位置；（b）线束插头信号线圈：检测传感器插座上“1”与“2”端子间阻值

R12＝450

～1000

，正常。线束导线：1-56、2-63、3-67（端子3连接屏蔽线）R≤1.5

为正常；R＝∝，导线断路。空气间隙：0.2~0.4mm五、霍尔式曲轴位置传感器CPS大众CPS线束插座及电路连接（a）线束插座端子位置；（b）电路连接1-搭铁端子；2-信号输出端子；3-电源端子（＋5V）霍尔效应HalleffectIfacertaintypeofcrystaliscarryingacurrentinatransversemagneticfield,thenavoltagewillbeproducedatrightanglestothesupplycurrent.Themagnitudeofthevoltageisproportionaltothesupplycurrentandtothemagneticfieldstrength.

ApplicationofHalleffectTheHalleffectcanalsobeusedtodetectcurrentflowinginacable.Themagneticfieldproducedroundthecablebeingproportionaltothecurrentflowinginit.Halleffectsensorsarebecomingincreasinglypopular.ThisispartlyduetotheirreliabilitybutalsotothefactthattheydirectlyproduceaconstantamplitudesquarewaveinspeedmeasurementapplicationsandavaryingDCvoltageforeitherpositionsensingorcurrentsensing.

霍尔式传感器结构原理图3-37霍尔式传感器结构原理（a）叶片进入气隙，磁场被旁路；（b）叶片离开气隙，磁场饱和1-永久磁铁；2-触发叶轮；3-磁轭；4-霍尔集成电路当叶片进入气隙时，磁场被叶片旁路，霍尔元件上没有磁力线穿过，霍尔电压UH为零，IC输出级三极管截止，传感器US为高电平（4.8V）。

当叶片离开气隙时，磁通经霍尔IC构成回路，霍尔元件产生UH（约2.0V），输出级三极管导通，传感器US为低电平（0.1V～0.3V）。OperatingPrinciple1.Astherotorturns,firstawindowandthenatabpassesbetweenthemagneticpoleandthesensor.2.Whenatabispassingthroughtheairgap,itbecomesaninducedmagnet.Thisinfluencesthesensorandthedeviceisswitchedon(Fig.3-37(a)).Thissendsasignal（about4.8V

）

tothecontrolunit.3.Whenawindowisintheairgapbetweenthemagneticpoleandthesensor(Fig.3-37(b)),onlyaweakmagneticfieldreachesthesensor.Thedeviceisswitchedoffandthereisnosignal（only0.1V~0.3V）.4.Whenthenexttabpassseintotheairgap,thedeviceisswitchedon.Thisswitchingonandoffisrepeatedaslongastheengineisrunning.大众车系霍尔式CPS六、差动霍尔式传感器

DoubleHallType（a）基本结构；（b）输出波形特点：№1、№2信号电压叠加，安装形式同磁感应式，转子凸齿与信号发生器之间的气隙可以增大到1±0.5mm（0.5~1.5mm）。（磁感应式传感器仅为0.2mm～0.4mm，霍尔式2~4mm）红旗轿车差动霍尔式CPS结构传感器：永久磁铁、霍尔电路信号盘：58个凸齿--转速转角信号--1个凸齿占3°(曲轴转角)

57小齿缺--1个小齿缺占3°（曲轴转角）

1个大齿缺--1、4缸上止点信号--大齿缺占15°(曲轴转角)大齿缺的弧度＝2个凸齿＋3个小齿缺弧度信号转子转一转，传感器产生58个信号输入ECU红旗差动霍尔式CPS输出信号传感器：永久磁铁、霍尔电路信号盘：58个凸齿--转速转角信号--1个凸齿占3°（曲轴转角）

57小齿缺--1个小齿缺占3°（曲轴转角）

1个大齿缺--1、4缸上止点信号--大齿缺占15°(曲轴转角)大齿缺的弧度＝2个凸齿＋3个小齿缺弧度信号转子转一转，传感器产生58个信号输入ECU切诺基差动霍尔式CPS结构（a）2.5L发动机；（b）4.0L发动机

切诺基霍尔式CPS检修图3-46切诺基Cherokee曲轴位置传感器连接线路（a）连接线路；（b）线束插头检查电源电压：UAC＝8V,正常。检查线束导线：A-7、B-24、C-4R≤0.5

为正常；R＝∝，导线断路七、霍尔式凸轮轴位置传感器图3-38桑塔纳、捷达霍尔式凸轮轴位置传感器CIS结构电路1-进气凸轮轴；2-凸轮轴位置传感器；3-固定螺钉；4-定位螺栓与座圈；5-信号转子；6-发动机缸盖大众车系霍尔式CIS输出信号传感器：永久磁铁、霍尔电路信号盘：58个凸齿--转速转角信号（1个凸齿占3°曲轴转角）

57小齿缺--1个小齿缺占3°（曲轴转角）

1个大齿缺--1、4缸上止点信号（占15°曲轴转角)大齿缺的弧度＝2个凸齿＋3个小齿缺弧度信号转子转一转，传感器产生58个信号输入ECU喷油提前角与喷油时间控制设发动机1000r