汽车发动机电控系统中的凸轮轴/曲轴转速与位置传感器

曲轴转速与位置传感器是发动机电控系统中最重要的传感器之一，可提供发动机的转速、曲轴转角及曲轴转角基准位置信号，作为发动机喷油及点火控制的主控信号。

空气流量计只能检测单位时间内的进气量，ECU必须根据发动机转速确定每循环的进气量，以实现对循环喷油量的精确控制。同时，ECU根据曲轴转角基准位置和曲轴转角才能确定各缸的工作位置，以控制最佳的喷油时刻和点火提前角。

凸轮轴/曲轴转速与位置传感器两者的原理和结构形式基本相同。就其安装部位来看，有的安装在曲轴前端，有的安装在凸轮轴前端或分电器内以及飞轮上。车型不同，所采用的凸轮轴/曲轴转速与位置传感器的结构形式也有所不同。

凸轮轴/曲轴转速与位置传感器可分为电磁式、光敏式和霍尔式三种类型。由于电磁式传感器和霍尔式传感器抗污能力强、高速时信号识别能力强，因此在汽车上得到广泛应用。

1.电磁式曲轴位置传感器

日本丰田皇冠3.0轿车上安装在分电器内的电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器的结构如图1-62所示。该凸轮轴/曲轴位置传感器可分为上、下两部分，上部分为凸轮轴位置传感器，由带一个凸齿的G转子和两个电磁线圈G₁、G₂组成，用以产生1缸上止点基准信号（G信号），下部分为曲轴位置传感器，由一个带24个凸齿的Ne和一个Ne电磁线圈组成，用以产生曲轴转角信号（Ne信号）。

图1-62 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器的结构

1—G转子 2—G₁电磁线圈 3—G₂电磁线圈 4—Ne转子 5、9—Ne电磁线圈 6—G转子和Ne转子 7-G₁和G₂电磁线圈8 -分电器壳体

电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器都是利用电磁感应原理产生脉冲信号的。发动机工作时，转子随分电器轴一起转动，当转子上的凸齿与电磁线圈靠近时，引起通过电磁线圈的磁通变化，便会在电磁线圈两端产生感应电压，ECU即根据电磁线圈产生的脉冲信号确定发动机转速和各缸工作位置。

发动机工作时，曲轴每转两圈，G₁、G₂电磁线圈各产生一个脉冲信号，在设计和安装时，只要G转子的凸齿在1缸位于上止点时与G₁、G₂电磁线圈靠近，ECU即可根据G₁和G₂确定1缸上止点位置，并以此为基准，根据曲轴转角和各缸工作顺序确定其他各缸的工作位置。曲轴每转两圈，在Ne电磁线圈中产生与Ne转子凸齿数量相等的脉冲信号（Ne信号），ECU根据单位时间内接收到的Ne信号确定发动机转速。

图1-63所示为日本丰田皇冠3.0轿车的电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器电路。在维修该传感器时，主要检查转子凸齿有无损伤，若有损伤，应更换；检测电磁线圈的电阻，冷态下的G₁G₂电磁线圈的电阻值应为125～200Ω。也可在发动机工作时测量该传感器的输出信号电压，以判断传感器及其电路是否正常，必要时应检修和更换传感器。

图1-63 日本丰田皇冠3.0轿车的电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器电路

2.霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器

霍尔效应原理是指将半导体元件（霍尔晶体管）放在永久磁铁产生的磁场中，并给半导体元件通一个与磁场方向垂直的电流时，将在垂直于电流和磁场的半导体元件表面产生一个与电流和磁场强度成正比的电压（称为霍尔电压），如图1-64所示。

霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的工作原理如图1-65所示。ECU提供电源使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发生改变，霍尔晶体管产生的霍尔电压经放大器放大后输送给ECU。最后，ECU根据霍尔电压产生的时刻确定凸轮轴位置，根据霍尔电压产生的次数确定曲轴转角和发动机转速。

图1-64 霍尔效应原理

I—电流 B—磁场强度 U_H—霍尔电压(www.xing528.com)

图1-65 霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的工作原理

1—转子 2—永久磁铁 3—霍尔晶体管 4—放大器

美国通用汽车公司的霍尔式曲轴位置传感器如图1-66所示。

3.光敏式曲轴位置传感器

光敏式曲轴位置传感器主要由发光二极管、光敏二极管、光栅盘和控制电路组成。图1-67所示为日产汽车光敏式曲轴位置传感器。

图1-66 美国通用汽车公司的霍尔式曲轴位置传感器

图1-67日产汽车光敏式曲轴位置传感器

a）安装位置 b）结构 1—发光源装置 2、6—光栅盘 3—发光二极管 4—光敏二极管 5—放大器 7—密封盖 8—分电器

光栅盘上制有一定数量的透光孔，利用发光二极管作为信号源，随着光栅盘转动，当透光孔与发光二极管对正时，光线照射到光敏二极管上产生电压信号，经放大电路放大后输送给ECU。由于光栅盘外围有360条光孔，产生1°曲轴转角信号。外围稍靠内间隔60°刻有6个光孔，产生120°信号（判缸信号），其中有一个光孔较宽，它与基准缸1缸压缩行程活塞的某一位置相对应。

桑塔纳轿车和捷达轿车曲轴位置传感器又称为转速传感器，如图1-68所示，它由电磁感应式传感器和脉冲盘组成。这种传感器采用电磁脉冲式结构，它安装在气缸体左侧，发动机后端靠近飞轮处，脉冲盘安装在飞轮与曲轴之间，在圆周上等分地布置着60个齿，其中空缺两个齿，共用ECU识别1缸曲轴位置，作为点火正时的参照基准。发动机运转时，脉冲盘上的轮齿每通过电磁感应式传感器一次，便在传感器内的电磁线圈中感应出一个交变电压信号，而在缺齿处产生一个畸变的电压信号就可计算出曲轴位置和发动机转速。这种传感器的电路图如图1-69所示。

图1-68 桑塔纳轿车和捷达轿车转速传感器

a）曲轴位置传感器 b）电磁感应式传感器输出电压信号

图1-69 桑塔纳轿车和捷达轿车转速传感器的电路图