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1、曲轴位置传感器曲轴位置传感器【摘要摘要】：曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一,它提供点火时刻(点火提前角)、确认曲轴位置的信号,用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同,目前常用的曲轴位置传感器有磁感应式、霍尔效应传感器、光电式传感器。本文还介绍了未来曲轴传感器的发展趋势。【关键词关键词】： 曲轴位置传感器曲轴位置传感器 传感器输出传感器输出 发动机电子控制系统发动机电子控制系统 霍尔效应霍尔效应 万用表万用表 导线导线连接器连接器 上止点上止点 点火提前角点火提前角 曲轴转角曲轴转角 信号检测信号检测1 1 曲轴位置传感器的检测
2、曲轴位置传感器的检测1.11.1 曲轴位置传感器的定义曲轴位置传感器的定义. . 曲轴位置传感器是电喷发动机特别是集中控制系统中最重要的传感器，也 是点火系统和燃油喷射系统共用的传感器。其功能是检测发动机曲轴转角和活 塞上止点，并将检测信号及时送至发动机电脑，用以控制点火时刻（点火提前 角）和 喷油正时。同时，曲轴位置传感器亦是测量发动机转速的信号源。因此，曲轴 位置传感器又称发动机转速与曲轴位置传感器，或称曲轴位置/ 判缸/ 转速传 感器。1.21.2 曲轴位置传感器的结构特点曲轴位置传感器的结构特点日产公司生产的光电式曲轴与凸轮轴位置传感器是由分电器改进而成的， 主要由信号盘 (即信号转子
3、)、信号发生器、配电器、传感器壳体和线束插头 等组成。 信号盘是传感器的信号转子，压装在传感器轴上，如图2-22 所示。在 靠近信号盘的边缘位置制作有均匀间隔弧度的内、外两圈透光孔。其中，外 圈制作有 360 个透光孔(缝隙)，间隔弧度为 1。(透光孔占 05。 ，遮光孔 占 05。)，用于产生曲轴转角与转速信号；内圈制作有6 个透光孔(长方 形孔)，间隔弧度为 60。 ，用于产生各个气缸的上止点信号，其中有一个长 方形的宽边稍长，用于产生气缸 1 的上止点信号。 信号发生器固定在传感器壳体上，它由Ne 信号(转速与转角信号 )发生 器、G 信号(上止点信号)发生器以及信号处理电路组成。 Ne
4、 信号与 G 信号 发生器均由一个发光二极管 (LED)和一个光敏晶体管 (或光敏二极管 )组成， 两个 LED 分别正对着两个光敏晶体管。1.31.3 曲轴位置传感器的工作原理曲轴位置传感器的工作原理曲轴位置传感器通常安装在分电器内，是控制系统中最重要的传感器之 一。其作用有：检测发动机转速，因此又称为转速传感器；检测活塞上止点 位置，故也称为上止点传感器，包括检测用于控制点火的各缸上止点信号、 用于控制顺序喷油的第一缸上止点信号。1.41.4 曲轴位置传感器的分类曲轴位置传感器的分类曲轴传感器主要有三种类型：磁电感应式、霍尔效应式和光电式。1.4.11.4.1 磁电感应式：磁电感应式：磁电
5、感应式转速传感器和曲轴位置传感器分上、下两层安装在分电器内。 传感器由永磁感应检测线圈和转子（正时转子和转速转子）组成，转子随分 电器轴一起旋转。正时转子有一、二或四个齿等多种形式，转速转子为 24 个齿。永磁感应检测线圈固定在分电器体上。若已知转速传感器信号和曲 轴位置传感器信号，以及各缸的工作顺序，就可知道各缸的曲轴位置。磁电 感应式转速传感器和曲轴位置传感器的转子信号盘也可安装在曲轴或凸轮轴 上。1.4.21.4.2 霍尔效应式：霍尔效应式：霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发 生器。霍尔信号发生器安装在分电器内，与分火头同轴，由封装的霍尔芯片 和永久磁铁作成整
6、体固定在分电器盘上。触发叶轮上的缺口数和发动机气缸 数相同。当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间，霍尔触发器的 磁场被叶片旁路，这时不产生霍尔电压，传感器无输出信号；当触发叶轮上 的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，霍尔电 压升高，传感器输出电压信号。1.4.31.4.3 光电式：光电式：光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内，由信号发生器和带光孔的信 号盘组成。其信号盘与分电器轴一起转动，信号盘外圈有 360 条光刻缝隙， 产生曲轴转角 1 的信号；稍靠内有间隔 60 均布的 6 个光孔，产生 曲轴转角 120 的信号，其中 1 个光孔较宽，用以产生相对于 1
7、缸上 止点的信号。信号发生器安装在分电器壳体上，由二只发光二极管、二只光 敏二极管和电路组成。发光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极 管和光敏二极管之间，由于信号盘上有光孔，则产生透光和遮光交替变化现 象。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光 二极管光束被档住时，光敏二极管电压为0 。这些电压信号经电路部分整 形放大后，即向电 子控制单元输送曲轴转角为 1 和 120时的信号，电 子控制单元根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置。2 2 曲轴位置传感器的检测（评价指标）曲轴位置传感器的检测（评价指标）2.12.1 曲轴位置传感器故障对发动机工作的影响曲轴位置传感
8、器故障对发动机工作的影响曲轴位置传感器是喷射和点火系统的重要传感器。发动机E C U 是通过曲 轴位置传感器感知曲轴（或活塞）运行位置与发动机转速信息的，所以它可以 控制喷油、计算每循环喷油量和点火机何时工作，而一些克莱斯勒公司的设计 更为特别，当发动机接到曲轴位置传感器脉冲信号前是不向点火线圈正极提供 电能的。2.22.2 曲轴位置传感器的检测曲轴位置传感器的检测2.2.12.2.1 磁脉冲式曲轴位置传感器的检测磁脉冲式曲轴位置传感器的检测曲轴位置传感器电阻的检测。曲轴位置传感器的电路如图1 所示。拔出 其导线插接件，用万用表测量传感器上各端子之间的电阻，应符合附表的规定， 否则应更换传感器
9、。图1 磁脉冲式曲轴位置与转角传感器电路图 曲轴位置传感器输出信号的检测。拔出曲轴位置传感器的导线插接件， 当转动发动机时，G1- 、G2- 和G -端子间应有脉冲信号输出。如果没有脉冲信 号输出，则需更换传感器。 传感器线圈与信号转子的间隙检测。用厚薄规检查信号转子与传感器线 圈凸起之间的空气间隙，其间隙为0 . 20 . 4 m m 。若间隙不符合要求，则需调整或更换。2.2.22.2.2 光电式曲轴位置传感器的检测光电式曲轴位置传感器的检测 光电式曲轴位置传感器有两组光电信号发生器，集中安装于分电器中。 图2 为三菱汽车曲轴位置传感器与E C U 的连接电路图。检测时，拔下传 感器插接件
10、， 使点火开关置于“ON ”，测量电源电压应为1 2 V，或在传感器 端子2 与端子1 之间接1 2 V 蓄电池电压，将电流表接在端子1 与3 、1 与4 之间。当转动信号盘一周时，电流表应摆动1 次或4次，每次应指示1 m A ，其 不同车型电压应符合附表的规定，否则应更换光电式传感器。图2 三菱光电式曲轴位置传感器电路图2.2.32.2.3 霍尔效应式曲轴位置传感器的检测霍尔效应式曲轴位置传感器的检测曲轴位置与转角传感器的检查。用万用表直流电压挡测量曲轴位置与 转角传感器的供电电压，正常值应为1 2 V ； 用万用表直流电压挡测量起动状 态下该传感器的输出信号电压，曲轴位置信号电压值应为0
11、.8 0.9V，曲轴转 角信号电压值应为2 3 V 。 测量霍尔传感器输出电压。断开点火开关，打开分电器盖，拔出分电器盖上中央高压线并搭铁，拔掉点火器连接插头上的橡胶套管，但连接插头仍插 接着，将电压表两表笔连接到3 和6 号端子，如图5 所示，接通点火开关，按 发动机旋转方向转动发动机，观察电压表读数应在0 7 V 之间变化，并且曲 轴转两圈、电压变化4 次，否则说明霍尔效应发生器有故障，应予更换。图3 霍尔传感器输出电压检查图 1.分电器 2.点火控制器 3.点火线圈 4.中央高压线 5.发动机机体 模拟霍尔信号发生器动作。关闭点火开关，打开分电器盖，转动曲轴， 使分电器触发叶轮不在气隙中
12、。拔出电器盖上的中央高压线，使其端部距气缸 体5 7 m m ，接通点火开关，用螺钉旋具在信号发生器的气隙中轻轻的插入 和拔出，模拟触发叶轮在气隙中的动作，如图3所示。若此时高压线端部跳火， 说明信号发生器等良好；若不跳火，说明信号发生器有故障，应更换。 结论结论：由于曲轴位置传感器所产生的基准信号不仅是点火基准，而且还是 用于汽油喷射控制的喷油基准，其性能的好坏直接影响汽车的使用。因此我们 通过以上方法可以检测、诊断及排除曲轴位置传感器的故障，从而保障汽车的 使用性能。3 3 曲轴位置传感器的发展曲轴位置传感器的发展随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高，传统的机械系统已经难 以解决某些
13、与汽车功能要求有关的问题，因而将逐步被电子控制系统代替。传 感器作为汽车电控系统的关键部件，其优劣直接影响到系统的性能。目前，普 通汽车上大约装有几十到近百只传感器，豪华轿车上则更多，这些传感器主要 分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。发动机用传感器有很多种，其中包括温度传感器、压力传感器、旋转传感 器、流量传感器、位置传感器、浓度传感器、爆震传感器等。这类传感器是整 个车用传感器的核心，利用它们可提高发动机动力性、降低油耗、减少废气、 反映故障等，由于其工作在发动机振动、汽油蒸汽、污泥、水花等恶劣环境中， 因此它们的耐恶劣环境技术指标要高于一般的传感器。它们的性能指标要求有
14、很多种，其中最关键的是测量精度与可靠性，否则由传感器检测带来的误差最 终将导致发动机控制系统失灵或产生故障。而曲轴位置传感器的失效将导致汽 车不能正常的启动。由于传感器在电控系统中的重要性，所以从某种意义上说，先进汽车的竞 争即是传感器的竞争，世界各国对其理论研究、新材料应用、产品开发都非常 重视。金刚石的耐热性好、热稳定高，在真空中 1200以上其表面才开始出现 炭化，在大气中也要 600以上才开始炭化，利用这一特性，制作适用于高温 的热敏传感器，从常温到 600范围内进行温度监测与控制，并且适用在高温 且有腐蚀气体的恶劣环境下使用，性能稳定，使用寿命长，可用于发动机中的 高温测量。此外金刚
15、石在高温下形变率很高，利用这一特性可制作高温环境下 使用的振动传感器和加速度传感器。与其它材料振动膜相结合可作为高温、耐 腐蚀、灵敏度高的压力传感器，用于振动检测以及发动机、气缸压力等测量。 光导纤维型传感器由于其抗干扰性强、灵敏度高、重量轻、体积小、适于 遥测等特点正受到人们的普遍重视。目前已有不少成熟的产品问世，如光纤转 矩传感器，以及温度、振动、压力、流量等传感器。 在开发利用新材料同时，由于微电子技术和微机械加工技术的发展，传感 器正朝着微型化、多功能化、智能化方向发展。微型化传感器利用微机械加工 技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数据处理装置集成封装在一块芯片上。 由于其体积小、价
16、格便宜、便于集成等特点，可以提高系统测试精度，例如把 微型压力传感器和微型温度传感器集成在一起，同时测出压力和温度，便可通 过芯片内运算消去压力测量中的温度影响。目前已有不少微型传感器面世，如 压力传感器、加速度计、用于防撞的硅加速度计等。据说在汽车轮胎内嵌入微 型压力传感器可以保持适当充气，避免充气过量或不足，从而可节约燃油 10%。多功能化的特性使得传感器能够同时检测 2 个或 2 个以上的特性参数。而 智能传感器由于带有专用计算机，因而具有智能特点。 内人士认为，中国传感器企业生产技术和生产规模目前并未达到汽车产业 高新技术的要求，每年要进口 50 万套以上的高性能汽车传感器。中国的汽车传 感器产品与国外同类产品相比，水平相差 10 多年。比如，中国企业生产的曲轴 位置、车速传感器有不少采用电磁式或霍尔式传感方式，存在着准确度低、分 解能力差、信号精度不高、抗干扰性弱等问题，而国外同类产品早已采用光电 式，有效避免了上述弊端。 另外，汽车传感器微型化、多功能化、集成化和智能化的发展趋势对
