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第二章 发动机电控系统主要传感器
第四节 凸轮轴/曲轴位置传感器相关知识
第四节 凸轮轴/曲轴位置传感器相关知识
一、凸轮轴/曲轴位置传感器的作用及结构原理
二、凸轮轴/曲轴位置传感器典型故障案例分析
一、凸轮轴/曲轴位置传感器的作用及结构原理
凸轮轴位置传感器(CMPS)的作用是给ECU提供曲轴转角基准位置(第一缸压缩上止点)信号，可作为燃油喷射控制和点火控制的主控制信号。曲轴位置传感器用来检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，可作为燃油喷射系统的喷油控制和点火控制的主控制信号。
注意：凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的结构和工作原理基本相同,通常安装在一起,只是各车型安装位置不同,但必须安装在与曲轴有精确传动关系的位置处丿如曲轴、凸轮轴、飞轮或分电器处。
图2-39和图2-40所示分别为本田汽车、通用汽车部分车型凸轮轴/曲轴位置传感器的安装位置。凸轮轴/曲轴位置传感器可以分为电磁式、霍尔式和光电式三种类型。
一、凸轮轴/曲轴位置传感器的作用及结构原理
(一)电磁式凸轮轷曲轴位置传感器
1. 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器结构组成及工作原理
图2-41所示为日本丰田皇冠3.0轿车上的电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器。该类型传感器分为上下两部分。上部分(图2-41a)为凸轮轴位置传感器，由一个带凸齿的G转子和两个感应线圈G1和钆组成，用以产生第1缸上止点基准信号，即G信号，用于辨别气缸及检测活塞上止点位置；下部分(图2-41b)为曲轴位置传感器，由一个带24个凸齿的Ne转子和一个Ne感应线圈组成，用以产生曲轴转角信号，即Ne信号，这是检测曲轴转角位置及发动机转速的信号。
图2-41 丰田皇冠3.0轿车
电磁式凸轮轴/曲轴位置
传感器的结构组成
a)凸轮轴位置传感器
b)曲轴位置传感器
(一)电磁式凸轮轷曲轴位置传感器
1. 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器结构组成及工作原理
电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器的结构组成与工作原理如图2-42所示，它是利用，电磁线圈产生的脉冲信号来确定发动机转速和各缸的工作位置。发动机工作时，曲轴每转两圈(分电器轴转一圈)，G1和G2感应线圈各产生一个脉冲信号，如图2-43所示。在设计和安装时，只要G转子的凸齿在第1缸位于上止点时与G1和G2感应线圈靠近，ECU就可根据G1和G2信号确定第1缸压缩上止点位置，并以此为基准，根据曲轴转角和发动机各缸的工作顺序确定其他各缸的工作位置。曲轴每转两圈，在Ne感应线圈中产生与Ne转子数量相等的脉冲信号，即Ne信号，如图,2-44所示，ECU根据单位时间内收到的脉冲信号确定发动机的转速。
图2-42 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器的结构组成与工作原理 a)结构组成与工作原理 b)外形
图2-43 G信号产生原理及波形 BTDC10°―上止点前10°
(一)电磁式凸轮轷曲轴位置传感器 1. 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器结构组成及工作原理
(一)电磁式凸轮轷曲轴位置传感器
1. 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器结构组成及工作原理
图2-44 Ne信号产生原理及波形
2. 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器的检修流程及技术要求
图2-45为电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器电路，其检修过程如下：
1) 检查转子凸齿有无损伤，若有损伤则应更换。
2) 检查感应线圈的电阻，冷态下的G1和G2感应线圈电阻应为125~200Ω，Ne感应线圈电阻应为155~250Ω。
3) 起动发动机，检测传感器的输出信号电压以判断传感器及其电路是否正常，必要时应检修线路或者更换传感器。
图2-45 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器电路
(二) 光电式凸轮彬曲轴位置传感器
1. 光电式凸轮轴/曲轴位置传感器的
结构组成及工作原理
光电式凸轮轴/曲轴位置传感器的外形如图2-46a所示，结构组成如图,2-46b所示，主要由遮光盘(信号盘)、发光二极管、光敏二极管和放大器等组成。发光二极管、光敏二极管和固定电路都安装在固定底板座上，发光二极管和光敏二极管位置相对，分别位于遮光盘(信号盘)的两侧。遮光盘固定在凸轮轴上与凸轮轴一起转动。遮光盘(信号盘)如图2-46c
图2-46光电式凸轮轴/曲轴位置传感器
a) 外形 b) 结构组成 c) 遮光盘(信号盘)
1. 光电式凸轮轴/曲轴位置传感器的结构组成及工作原理
2. 光电式凸轮轴/曲轴位置传感器的检修
光电式凸轮轴/曲轴伫置传感器 曲轴位置传感器的检修过程如下:
1) 将点火开关转至“ON”位置。
2) 如图2-47所示，检测ECU端子2(电源)和1(搭铁)间的电压，正常状态下其电压应为传感器工作电压(12Ⅴ)。
3) 给传感器施加12Ⅴ电压，分别在信号输出端子4、3与“搭铁”之间接上电流表，转动转子一圈，两个电流表应分别摆动1次和4次，电流应约为1mA。
图2-47光电式凸轮轴/曲轴位置传感器电路
(三)霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器
1. 霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的结构组成及工作原理
霍尔式曲轴位置传感器在2。5L四缸发动机和4.0L六缸发动机上的安装位置分别如图2-48所示。
图2-48 霍尔式曲轴位置传感器安装位置 a) 2.5L四缸发动机 b) 4.0L六缸发动机
(三)霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器
霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器主要由转子、永久磁铁、霍尔晶体管、放大器等组成,如图2-49所示。
图2-49 霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的结构组成
(三)霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器
霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的工作原理如图2-50所示，它主要是利用霍尔效应来达到对发动机转速及判缸信号的识别。电源开启，电流通过霍尔晶体管，旋转转子的凸齿经过磁场时使磁场强度改变，霍尔晶体管产生的霍尔电压放大后传给ECU，ECU即可根据霍尔电压产生的次数确定曲轴转角和发动机转速。
图2-50 霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的工作原理
a)磁场强度变化原理 b)窗口与叶片
2. 霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的检修流程及技术要求
霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的检修步骤如下：
1) 将点火开关转至“ON”位。
2) 图2-51所示为霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器接线情况，检测A、C之间的电压应为8Ⅴ；B、C间输出的信号电压应为5Ⅴ到0Ⅴ交替变化。
3) 用示波器读取霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器输出信号波形应符合要求，如图2-52所示。
图2-51 霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器接线情况
二、凸轮轴/曲轴位置传感器典型故障案例分析
故障现象：一辆丰田ES300型轿车，发动机起动因难，无法正常起动。
故障排除：用故障诊断仪读取故障码，无故障显示。 检查高压火花，强烈；检查油路，无堵塞现象；检查点火正时，正常。 用万用表测量曲轴位置传感器、节气门位置传感器和冷却液温度传感器的信号数值，均在正常范围之内。换上同型号的ECU和点火模块，故障现象依旧。进一步检查发现，曲轴正时齿轮后面的信号触发盘上有两个齿像是后焊接上去的，经询问车主得知，该信号盘上的两个齿因故断掉，后来在修理厂重新焊接加工了两个齿，就出现上述故障现象。
由于曲轴传感器信号触发盘上有两个齿是后焊接上去的，而这两个齿的材料与信号触发盘的材料不一样，因此磁感应强度也不同，发动机ECU接收到的曲轴位置信号就不准确，以致发动机工作不良，不能正常起动。故障有时发生在冷车时，有时发生在热车时。
更换了一套新的曲轴位置传感器后，起动正常故障得以排除。
故障说明：曲轴位置传感器信号不正确时，容易使电控点火系统的ECU发出错误的点火信号，从而使发动机工作不良。
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