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1、汽车传感器原理与检修,第六章 位置与角度传感器,在汽车电子控制系统中，位置与角度传感器的使用类型很多，主要有以下几类。 应用在汽车发动机上的位置传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器。其中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。它通常安装在曲轴前端、飞轮上或分电器内，曲轴位置传感器的结构形式有磁脉冲式、光电式和霍尔式三种。,第一节 曲轴位置传感器,曲轴位置传感器（CKP）又称为曲轴转角传感器，它是发动机集中控制系统最主要的传感器之一，是控制发动机燃油喷射和点火时刻确认
2、曲轴位置的信号源，同时它也是测量发动机转速的信号源。曲轴位置传感器用来检测活塞上止点及曲轴转角的信号并将其输入发动机ECU，用来对点火时刻和喷油正时进行控制。在现代电控发动机上，曲轴位置传感器和发动机转速传感器制成一体，既用于发动机曲轴位置、活塞上止点位置的测定，又可用于发动机转速的测定。 曲轴位置传感器按其工作原理的不同可分为磁脉冲式曲轴位置传感器、光电式曲轴位置传感器、霍尔式曲轴位置传感器等，一般安装在曲轴前端、分电器内、靠近飞轮的变速器壳体上，还有的安装在发动机缸体中部的下侧，如如图6-1所示。,图6-1 磁脉冲式曲轴位置传感器的结构 1信号转子；2信号线圈；3托架；4永久磁铁；5磁通,
3、一、磁脉冲式曲轴位置传感器,1.磁脉冲式曲轴位置传感器的结构与原理,1）磁脉冲式曲轴位置传感器的结构 磁脉冲式曲轴位置传感器由信号转子、永久磁铁、信号线圈等组成，其结构如图6-2所示。,图6-2曲轴位置传感器的结构,2）磁脉冲式曲轴位置传感器的工作原理 磁脉冲式曲轴位置传感器的工作原理如图6-3所示。,图6-3磁脉冲曲轴位置传感器的工作原理,从图6-3可以看出，磁力铁按永久磁铁N极定子与转子间的空气间隙转子凸齿转子凸齿与定子磁头间的空气间隙磁头永久磁铁S极，最终形成一个闭合回路。信号转子一般安装在正时罩内或曲轴前端的带轮之后或分电器内，随曲轴一起旋转。当信号转子旋转时，由于转子凸起部分的转动引
4、起磁路空气间隙的变化，使通过线圈的磁通量发生变化，依据法拉第电磁感应定律，在信号线圈的两端会产生一个感应电压，且这个感应电压的方向总是企图阻碍磁通量的变化，因此信号转子凸起部分接近与离开信号转子时，会产生正相反的交流电压信号。,2. 磁脉冲式曲轴位置传感器的检测,现以日产轿车的磁脉冲曲轴位置传感器为例，介绍磁脉冲式曲轴位置传感器的检测方法。 磁脉冲式曲轴位置传感器的结构如图6-4所示。检测方法如下。,图6-4 日产轿车的磁脉冲曲轴位置传感器的结构,（1）检测电阻值：关闭点火开关，断开曲轴位置传感器的导线连接器，用万用表电阻挡测量曲轴位置传感器上各端子（磁头、对应的端子）的电阻，各磁头感应线圈的
5、电阻均应为140180。如不符合，则需更换曲轴位置传感器。 （2）检查信号盘：主要检查曲轴位置传感器的信号盘齿圈上的齿有无变形、齿间有无脏物堵塞、信号盘有无翘曲变形等。若信号盘或齿圈上的齿有变形则需更换新的信号盘。若信号盘齿圈上的齿与齿间有杂物，应彻底清洗干净，否则将影响信号输出。 （3）检测信号电压：接通点火开关，但不启动发动机，拔下曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时，曲轴位置传感器导线连接器上孔（3）和孔（4）间、孔（1）与孔（4）间（如图6-4所示）应有脉冲信号输出，可用示波器或万用表电压挡进行测试检查。如果没有脉冲信号输出或脉冲信号缺少脉冲，均说明传感器有故障，应当更换曲轴位置
6、传感器。 （4）检查磁头与信号盘之间的气隙：分别检查磁头和磁头与信号盘齿圈间的气隙、磁头与120凸缘间的气隙，上述间隙距离均应为0.30.5mm，否则应调整或更换信号发生器总成。,二、光电式曲轴位置传感器,1.光电式曲轴位置传感器的结构与原理,光电式曲轴位置传感器一般安装在分电器内（无分电器则一般安装在凸轮轴左前部），如图6-4所示。该传感器由带缝隙、光孔的信号盘和信号发生器组成。 信号盘安装在分电器轴上，和分电器轴随曲轴一起转动，其结构如图6-5所示。它的外围均布有360条缝隙（即透光孔），用于产生1信号。对于六缸发动机，在信号盘外围稍靠内的圆上，均匀分布着6个间隔60的透光孔，分别产生12
7、0曲轴转角信号，其中有一个较宽的光孔是用于产生第一缸上止点对应的120信号缝隙。,1）光电式曲轴位置传感器的结构,图6-5 光电式曲轴位置传感器的安装位置及信号盘的结构,信号发生器安装在分电器壳体上，它由两只发光二极管、两只光电二极管和电子电路组成，如图6-6所示。两只发光二极管分别对正着两只光电二极管，信号盘在发光二极管和光电二极管之间。,图6-6 信号发生器结构,2）光电式曲轴位置传感器的工作原理 光电式曲轴位置传感器的工作原理如图6-7所示。光电式曲轴位置传感器是利用发动机曲轴运转时带动分电器轴和信号盘转动，使发光二极管发出的光线通过信号盘上（边缘刻有小孔）产生交替变化的透光和遮光，从而
8、使光电二极管导通与截止产生脉冲电压信号的原理制成的。,图6-7 光电式曲轴位置传感器工作原理,当信号发生器中的发光二极管的光束通过信号盘的小孔照射到对面与其正对的光电二极管上时，光电二极管感光导通产生电压信号；当发光二极管的光束被信号盘遮挡时，光电二极管截止，产生的电压为零。由于信号盘边缘刻有360个小孔，因此，信号盘每旋转一圈将产生360个脉冲电压信号，其中每个脉冲信号代表曲轴2转角（分电器转一周曲轴转两周即曲轴转720），每个脉冲信号又由一个高电压信号（光电二极管导通时产生）和一个零电压信号（光电二极管截止时产生）所组成，因此后两者便分别代表曲轴1转角。120转角产生的原理相同，其由小孔里
9、面的6个光孔产生，对应的信号指活塞位于上止点位置时的曲轴位置。将光电二极管产生的脉冲电压信号经电子电路放大后，便向ECU输入曲轴转角的1信号和120信号。但由于信号发生器安装位置的关系，120信号实际并不代表活塞上止点时曲轴位置，而是对应活塞上止点前70曲轴位置。,现以韩国现代索纳塔轿车光电式曲轴位置传感器为例，说明光电式曲轴位置传感器的检测方法。 现代索纳塔轿车的光电式曲轴位置传感器总成安装在分电器中，对于无分电器式点火系统，曲轴位置传感器总成则一般安装在凸轮轴左前部。现代轿车的曲轴位置传感器信号盘的结构如图6-8所示。,2. 光电式曲轴位置传感器的检测,图6-8 现代索纳塔轿车的光电式曲轴
10、位置传感器信号盘的结构,现代索纳塔轿车的曲轴位置传感器与ECU的连接电路如图6-9所示。在信号盘的上下侧分别设有相互正对的两个发光二极管和两个光电二极管，且以电路的形式相互连接。当发光二极管发出的光线透过信号盘光孔中的某一孔照射到光电二极管上时，光电二极管导通，产生一个正的电压脉冲信号；当发光二极管发出的光线被遮挡时，光电二极管截止，产生的电压脉冲信号为零。以上电压脉冲信号输入电子电路经放大整形后，即向ECU输入曲轴转角和第一缸上止点位置信号。,图6-9 光电式曲轴位置传感器与ECU的连接电路,对现代轿车曲轴位置传感器的检测应从连接线束、电源电压的、信号电压几方面着手，具体方法如下： （1）检
11、测传感器连接线束和电源电压现代轿车曲轴位置传感器连接器插头的端子位置如图6-10所示。,图6-10 曲轴位置传感器连接器插头的端子示意图,检查时拔下曲轴位置传感器连接器插头，接通点火开关，但不启动发动机。用万用表测量线束侧端子4与搭铁间电压，该值应为12V；测量线束侧端子2和端子3与搭铁间电压，该值应为4.85.2V。用万用表的电阻挡测量线束侧端子1与搭铁间电阻，该值应为0。对传感器各端子之间电压与电阻的检测如图6-11所示。,图6-11 曲轴位置传感器各端子之间电压与电阻的检查,（2）检查曲轴位置传感器的输出信号电压。将万用表电压挡连接在传感器侧端子3和端子1上，启动发动机后，相应电压值应为
12、0.21.2V；让发动机怠速运转，用万用表电压挡测量端子2和端子1之间的电压，该值应为1.82.5V，如图6-12所示。若实测电压不在规定范围，则应更换曲轴位置传感器。,图6-12 曲轴位置传感器输出信号电压检查,三、霍尔式曲轴位置传感器,1. 霍尔式曲轴位置传感器的结构与原理,霍尔效应是指把一块金属或半导体薄片垂直放在磁感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场方向通过电流I时，会在薄片的另一对侧面间产生电动势UH，所产生的电动势称为霍尔电动势，这种薄片（一般为半导体）称为霍尔片或霍尔元件。 霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的原理制成的。可分为触发叶片式和触发轮
13、齿式两种曲轴位置传感器。,（1）触发叶片式霍尔曲轴位置传感器,1）触发叶片式霍尔曲轴位置传感器的结构 触发叶片式霍尔曲轴位置传感器主要由触发叶轮、霍尔集成电路、磁轭（导磁钢片）和永久磁铁组成，结构如图6-13所示。其中触发叶轮安装在转子轴上，随转子轴一起转动，叶轮上制有叶片。,图6-13 触发叶片式霍尔曲轴位置传感器的结构 1触发叶轮；2霍尔集成电路；3永久磁铁；4底板；5导磁钢片,2）触发叶片式霍尔曲轴位置传感器的工作原理 触发叶片式霍尔曲轴位置传感器的工作原理如图6-14所示。,图6-14触发叶片式霍尔曲轴位置传感器的工作原理,当曲轴转动并带动转子轴转动时，触发叶轮随转子轴一起转动，触发叶
14、轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过。 当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，此时霍尔元件产生的霍尔电压为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出一个高电平信号电压U0。 当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁通便经过霍尔集成电路和导磁钢片构成回路，此时霍尔元件产生霍尔电压UHUH=（1.92.0）V，霍尔集成电路输出级的三极管导通，传感器输出一个低电平信号电压U0。 ECU便根据向它输入的脉冲信号计算出曲轴的转角及活塞上止点位置，从而对发动机的点火和喷油时刻进行控制。,（2）触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器的结构与原理,1）触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器的结构 触发轮齿式霍尔曲
15、轴位置传感器即差动霍尔式曲轴位置传感器，也叫双霍尔式曲轴位置传感器，其结构与磁脉冲式曲轴位置传感器相似，由带凸齿的信号转子和霍尔信号发生器组成，结构如图6-15所示。,图6-15 触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器的结构,2）触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器的工作原理 触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器的工作原理与触发叶片式霍尔曲轴位置传感器的工作原理相同。触发轮齿式霍尔曲轴位置传感器的信号转子即凸齿转子安装在发动机曲轴上（部分汽车以发动机的飞轮为信号转子），当发动机曲轴或飞轮转动时，传感器的信号转子随其一起转动，从而使信号转子的齿缺与凸齿转过霍尔电路（与触发叶片式霍尔电路相同，由霍尔元件、放大电路、稳压电路
16、、温度补偿电阻、信号变换电路和输出电路等组成）的探头，使齿缺或凸齿与霍尔探头之间的气隙会发生变化，磁通量随之变化，即磁场强度B发生变化，根据霍尔效应，在传感器的霍尔元件中就会产生交电压信号，其输出电压由两个霍尔信号电压叠加而成。因为输出信号为叠加信号，所以转子凸齿与信号发生器之间的气隙可以增大到（1.00.5）mm（普通霍尔式传感器仅为0.20.4mm），从而可将信号转子制成像磁感应式传感器转子一样的齿盘式结构，其突出优点是信号转子，便于安装。,2霍尔效应式曲轴位置传感器的检测,1）拔下传感器插头，接通点火开关，检查插头上电源端子与搭铁之间的电压应为8V或12V（根据车型不同而不一样）。若无电压，则应检查霍尔式传感器到ECU之间的线路及ECU上相应端子上的电压，ECU相应端子上如有电压，则为传感器至ECU之间的线路断路；如ECU相应端子上无电压，则为ECU有故障。 2）将拔下的传感器插头重新插好，起动发动机，测量霍尔式曲轴位置传感器输出端子的信号电压，正常值约为36V。若无电压，则为传感
