霍尔效应式曲轴位置传感器的结构、原理及检测方法

1.霍尔效应式曲轴位置传感器的结构、原理

霍尔效应式曲轴位置传感器是利用霍尔效应原理，对曲轴位置进行检测的一种传感器。

（1）霍尔效应原理

在磁场中，当电流以垂直于磁场方向通过置于磁场中的半导体基片（称霍尔元件）时，在垂直于电流和磁场的霍尔元件的横向侧面上，将产生一个与电流和磁场强度成正比的电压（如图4-21所示），此电压称为霍尔电压U_H。

当霍尔元件结构一定，且电流I为定值时，霍尔电压U_H与磁场强度B成正比。霍尔效应式曲轴位置传感器就是通过触发叶片或轮齿改变霍尔元件所受的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲电压信号，经放大整形后即为所需的曲轴位置信号。

图4-21 霍尔效应原理

（2）轮齿触发霍尔式曲轴位置传感器

轮齿触发霍尔式曲轴位置传感器主要由具有触发轮齿的信号盘和霍尔传感器组成，它们为ECU提供计算曲轴转角和发动机转速所需的信息。另外，在发动机的分电器内设置霍尔式同步信号传感器，ECU用该传感器提供的信息判别基准气缸活塞位置和工作过程。克莱斯勒公司开发的一些电控汽油机，如北京切诺基发动机电控系统就是采用这种结构形式和配置，具有触发轮齿的信号盘安装在变速器输入端，霍尔传感器安装在变速器延伸壳体上。曲轴位置传感器的结构原理如图4-22所示。

图4-22 采用触发轮齿的霍尔曲轴位置传感器

a）四缸发动机 b）六缸发动机

图4-22a、图4-22b分别为克莱斯勒2.5L四缸发动机和4.0L六缸发动机的信号盘和霍尔传感器的配对情况。四缸发动机的信号盘有两组相隔180°的轮子齿组，每组有四个齿槽。一组中相邻齿槽间隔角度与四缸机相同。当信号盘上的齿槽通过霍尔传感器时，霍尔传感器输出高电位（5V）。当轮齿中心线与传感器感应头中心成一直线时，霍尔传感器输出低电位（0.3V），当一个齿槽和一个轮齿通过霍尔传感器，霍尔传感器便产生一个高-低电位脉冲信号。信号盘上的一组轮齿组通过霍尔传感器时，霍尔传感器将产生一组脉冲信号，每组由四个脉冲信号构成。对于四缸发动机，曲轴每转一转产生两组脉冲信号，六缸发动机则产生三组脉冲信号。由于信号盘或霍尔传感器安装的正时关系，ECU从接受到一组脉冲信号的第一个脉冲信号上升沿开始，就能确定现在有两个气缸的活塞正在向上止点运动，对于六缸发动机也相同。由于第四个脉冲信号的下降沿与活塞位于上止点前4°的位置相对应，因此，ECU根据一组脉冲中第一个脉冲的下降沿，就能确定正在向上止点运动的两个活塞当前的运行位置。另外，ECU通过对各脉冲通过时间的计算，也能计算出1°曲轴转角的时间和发动机的转速。

从曲轴位置传感器输入的信号中，ECU虽然可以作出有两个活塞在接近上止点的判断，但仅有曲轴位置传感器输入的信号，ECU并不能判断出是哪两个缸的活塞，也不能对这两个气缸正进行的工作过程作出判断。为此需要能使ECU对气缸缸序及对应气缸活塞位置作出判断的同步信号传感器。

（3）霍尔式同步信号传感器

在发动机运行过程中，同步信号传感器产生与曲轴位置传感器信号对应的同步信号。ECU根据同步信号传感器输出的同步信号中，能对基准气缸正在进行的工作过程及活塞所处位置作出判断。结合曲轴位置传感器输出信号，就能保证发动机喷油和点火的正时及顺序。对于有分电器电控点火系统，霍尔式同步信号传感器一般安装在分电器内。对于无分电器点火系统，霍尔式同步信号传感器则安装在凸轮轴上。

1）安装在分电器内的霍尔式同步信号传感器。霍尔式同步信号传感器安装在分电器内，由脉冲环和霍尔传感器组成，基本结构如图4-23、图4-24所示。脉冲环是一个半周环（180°），通过环座安装在分电器轴上，随分电器轴与曲轴同步旋转，当脉冲环接近霍尔传感器时，同步信号传感器输出高电位（5V），当脉冲环离开霍尔传感器时，同步信号传感器输出低电位（0V）。分电器转一周，高低电位各占180°（各相当于360°曲轴转角）。

图4-23 同步信号传感器示意图

图4-24 同步信号传感器结构

当脉冲环的前沿进入霍尔传感器时，同步信号传感器输出5V高电位信号，对四缸发动机，表示正在向上止点运动的是第一缸、第四缸活塞，其中第一缸活塞为压缩行程，第四缸活塞为排气行程。对六缸发动机，表示下面将要到达上止点的是第三、第四缸活塞，其中第三缸活塞为排气行程，第四缸活塞为压缩行程。当脉冲环的后沿离开信号发生器时，同步信号传感器输出0V低电位信号，对四缸发动机，表示下面将要到达上止点的仍是第一、四缸活塞，但工作行程相反，其中第一缸活塞为排气行程，第四缸活塞为压缩行程。对六缸发动机，则第三缸活塞为压缩行程，第四缸活塞为排气行程。

由上可知，同步信号传感器产生的高低电位信号输入ECU后，可以对第一、第四缸（四缸发动机）或第三、第四缸（六缸发动机）的活塞和正在进行的工作过程作出判定和定位。同步信号与曲轴位置（转速）信号相配合，ECU就可以确定正确的喷油、点火正时和顺序。如当同步信号上升沿出现时，ECU可以判定当前第四缸活塞（四缸发动机）或第三缸活塞（六缸发动机）处于排气行程，此时根据曲轴位置信号，当活塞行至上止点前64°时ECU发出喷油信号，使第四缸或第三缸的喷油器喷油。同样，同步信号上升沿的出现，还标志着第一缸活塞（四缸发动机）或第四缸活塞（六缸发动机）处于压缩行程，此时ECU根据发动机的负荷和转速等输入信号，在活塞上行至压缩上止点前的适当时刻，发出点火信号，使该缸火花塞点火。同理，同步信号的下降沿出现时，这两缸活塞工作行程正好相反，ECU以此为依据对这两缸进行正确的喷油和点火控制。

同样，利用同步信号提供的判缸信号，按照发动机的工作顺序（四缸机为1—3—4—2，六缸机为1—5—3—6—2—4），ECU也能对其他相应气缸喷油和点火的正时进行精确的控制。

2）安装在凸轮轴上的霍尔式同步信号传感器。对于无分电器的电控汽油机，同步信号传感器通常安装在凸轮轴上，位于气缸盖前端凸轮轴链轮之后，如图4-25所示。霍尔传感器的基本构造与安装在分电器内部的相同，由一个半周（180°）的脉冲环和霍尔传感器组成，其工作原理也与安装在分电器内的传感器相同，在此不再重复。

2.霍尔效应式曲轴位置传感器的检测(www.xing528.com)

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，具体查看附表）。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3～6V。若无电压，则为传感器本身有问题，应修理或检查更换。

图4-25 安装在凸轮轴上的同步信号传感器

3）也可通过检查传感器信号输出端电压的波形，来确认传感器本身是否损坏。如无信号或信号异常，均说明传感器有问题。

3.具体车型检测示例

（1）红旗CA7220E型轿车曲轴位置传感器检测方法

红旗CA7220E型轿车曲轴位置和发动机转速传感器采用的是霍尔效应式传感器，由安装在离合器壳上的传感器头和位于飞轮盘上的靶轮两部分组成。其作用是输出供发动机电控单元（ECU）计算并确认曲轴位置和发动机转速的信号。

1）关闭点火开关，拔开曲轴位置和发动机转速传感器配线连接器。

图4-26 曲轴位置传感器检测示意图

2）如图4-26所示，将检测灯接线夹1接发动机机体，接线夹2接蓄电池正极，并将检测灯配线连接器4接到曲轴位置和发动机转速传感器配线连接器上。

3）起动发动机，或用起动机带动曲轴旋转，查看检测灯是否快速闪烁。如果检测灯不闪烁，或常亮或常灭，均表明曲轴位置和发动机转速传感器有故障，应进行修理或更换。

（2）北京切诺基吉普车曲轴位置传感器检测方法

北京切诺基吉普车曲轴位置传感器安装在变速器的飞轮壳上，发动机工作时向控制单元提供曲轴位置信号。其安装位置与组成示意图如图4-27所示。信号板与飞轮同步旋转，其边缘上开有槽组，4缸发动机为两组，每组4个槽；6缸发动机为3组。槽组间相隔180°（4缸）或120°（6缸）。曲轴位置传感器与ECU的连接电路如图4-28所示。对曲轴位置传感器的检测方法如下：

图4-27 北京切诺基曲轴位置传感器安装及组成

a）安装位置 b）用于4缸、6缸机传感器

1）将传感器B、C端接示波器的输入端。

2）接通点火开关，转动发动机，示波器上应显示脉冲信号波形。

3）如果无波形，可取下示波器接线，检查传感器A端子与搭铁间的电压应为8V左右。

① 如无电压，应检查配线或接线器有无断路或接触不良处。

② 如电压正常，则可能是曲轴位置传感器损坏。

图4-28 北京切诺基汽车曲轴位置传感器与ECU的连接电路