汽车发动机电控系统中霍尔式曲轴传感器的应用

1）在某通用汽车3.8L 6缸涡轮增压发动机上，霍尔式凸轮轴位置传感器被安装在原用来安装分电器的分电器孔内，用于输出气缸识别信号。霍尔式曲轴位置传感器被安装在位于曲轴前端传动带轮后面，用于输出曲轴转角信号，如图1-31所示。

图1-32所示为曲轴位置传感器的触发轮，它安装在曲轴传动带轮背面，触发轮沿圆周均布有三个叶片，这些叶片旋转时会穿过曲轴位置传感器内的霍尔元件。当叶片进入霍尔元件然后离开时，霍尔传感器输出电压从高电平（6～8V）变到低电平（0～0.5V）。

在6缸发动机上，曲轴每转一圈，曲轴位置传感器产生三个高电平信号，信号的上升沿总是出现在上止点前（BTDC）10°位置。因此，初始点火提前角被设置为上止点前10°。由此产生的三个信号是相同的，所以起动时计算机不能决定将这些信号中的哪个信号赋给某个特定的点火线圈。

凸轮轴位置传感器如图1-33所示，被安装在分电器孔内，并由凸轮轴驱动。其触发轮只有一个叶片作为气缸识别传感器的信号，在起动时告诉点火模块。凸轮轴位置传感器信号要与曲轴位置传感器第一缸位置信号同步。然后，点火模块就能够根据发动机的发火顺序给点火线圈通电。发动机一旦被起动，对点火而言凸轮轴位置传感器的信号便没有用了。

图1-31 霍尔式凸轮轴和曲轴位置传感器

图1-32 带有三个叶片的曲轴传动带轮

图1-33 凸轮轴位置传感器的结构

对送给点火模块的凸轮轴位置传感器信号来说，如图1-34所示，其上升沿总是出现在第一缸压缩行程上止点后26°，下降沿总是出现在第一缸进气行程上止点后26°。凸轮轴位置传感器信号也被用来使燃油喷射时刻同步。

当发动机起动时，点火模块等候凸轮轴位置传感器信号从高到低或从低到高的变化，同时为紧接着应该点火的线圈做好发火准备，此即为点火模块与发动机取得同步。

2）在某较新的通用汽车发动机上，装备了对上述传感器更新后的一种点火系统。其霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端的带轮背后，如图1-35所示。传感器内装有内外两个触发轮，内侧轮上有宽度不等的三个叶片，分别是110°、100°和90°，这三个叶片空间分布不均匀，叶片间隔分别是10°、20°和30°。外侧轮上具有等宽度、等间距的18个叶片。内侧霍尔电路发出的信号被称为3x信号，而外侧霍尔电路发出的信号被称为18x信号。

3x信号的上升沿间隔120°，对应3个叶片1-4缸、3-6缸和2-5缸分别在3x信号上升沿后75°时到达压缩行程上止点，因此火花塞仍然会每隔精确的时间间隔时发火。很明显可以看出，18x信号的上升沿和下降沿每隔10°曲轴转角出现一次，如图1-36所示。

图1-34 凸轮轴位置传感器的工作情况以及产生的信号

图1-35 装在曲轴传动带轮上的霍尔传感器触发轮

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图1-36 3x和18x曲轴位置传感器信号

点火模块根据旋转期间在每个3x窗口内接收到的18x信号的数量来判断该哪个点火线圈发火了。例如，如果接收到两个18x信号，那么点火模块被编程为根据发火顺序紧接着该使3-6点火线圈发火了。在120°的曲轴转角内，点火模块能够识别出点火线圈的发火次序，从而使火花塞开始发火。所以这种系统与前述的普通起动点火系统相比，在初始起动时曲轴只需转过较小的角度，起动后计算机就会向点火模块发送一个5V信号。点火模块接收到此信号后，就将系统转换到计算机控制模式，然后计算机就使用18x信号来确定曲轴位置和转速信息。

如果没有产生18x信号，那么发动机将不能起动。如果在发动机运转期间3x信号发生故障，发动机会继续运转但是不能重新起动。

在这种系统中，凸轮轴位置传感器信号被用来确定喷油器喷油顺序，但不用来确定点火顺序。如果凸轮轴位置传感器信号失效，计算机将按照标准的次序使每个喷油器接地。如果计算机不能这样做，那么发动机在加速时的反应会迟钝。

3）某北京切诺基发动机将霍尔式曲轴位置传感器装在变速器飞轮壳体上，如图1-37所示，在2.5L 4缸发动机的飞轮外沿上有8个齿槽，平均分成两组，两组之间相隔180°。每一组中每个齿槽宽度为2°，齿槽相隔18°齿宽。在4.0L 6缸发动机的飞轮外沿上有12个齿槽，均分为3组，每组相隔120°，齿槽与上述相同。

图1-37 北京切诺基霍尔式曲轴位置传感器

当飞轮齿槽通过传感器的霍尔元件和磁铁之间时，霍尔传感器输出5V的高电位，当飞轮齿通过时，霍尔效应传感器输出0.3V的低电位。当飞轮上的每组齿槽通过传感器时，传感器将产生4个脉冲信号。其中2.5L 4缸发动机每转一转产生两组脉冲信号，4.0L 6缸发动机每转一转产生三组脉冲信号。传感器提供的每组信号输入发动机控制单元后，可被发动机控制单元用来确定两缸活塞的位置。如在4缸发动机上，利用一组信号，在同一时间内，得知1缸活塞和4缸活塞到达上止点前某一位置，利用另一组信号，得知2缸活塞和3缸活塞到达上止点前同样位置。同理，在6缸发动机上，利用一组信号，在同一时间内也可确定3-4、2-5、1-6各组缸活塞到达上止点前的某一位置。

如图1-38所示，由于每组信号中的第四个脉冲下降沿对应活塞上止点前（TDBC）4°的位置，因此其他三个脉冲信号下降沿对应活塞上止点前的位置也可以确定，如每组第一个脉冲信号下降沿对应活塞上止点前64°。

图1-38 曲轴位置传感器信号与气缸活塞位置对应图

图1-39 曲轴位置传感器与ECU的连接电路

上述发动机的初始点火提前角是在压缩行程上止点前（BTDC）10°左右，如果发动机控制单元收不到曲轴位置传感器信号，发动机将不会被点火起动。燃油喷射也与曲轴位置传感器信号有关，一般是在排气行程上止点前（BTDC）64°时开始喷油。

利用曲轴位置传感器信号，发动机控制单元可以知道有两个活塞在接近上止点，并处于相应位置，但并不清楚是哪两个气缸的活塞，也分不清谁处于排气行程、谁处于压缩行程，因此还需要有判缸信号，即需要有同步信号传感器（分电器内的凸轮位置传感器）向发动机控制单元提供信息，以保证按规定的点火顺序，向处于压缩行程的气缸发出点火信号。

曲轴位置传感器与发动机ECU有三条引线相连，如图1-39所示，其中输入传感器的电源对于不同的出厂年代，有8V和5V之分；CKP是传感器输出的矩形脉冲信号，高电位为5V，低电位为0.3V；最后是传感器地线。

霍尔效应传感器主要应用于北美和欧洲生产的许多车辆上。