电磁式曲轴位置传感器故障检修技巧

1.电磁式曲轴位置传感器工作原理

当磁阻轮凸齿与传感器线圈不对中时，凸齿和感应线圈之间的空气间隙比较大，因而磁场比较弱，如图6-2a所示。当磁阻轮的凸齿与传感器线圈对中时，空气间隙比较小，因而围绕传感器的磁场强度增大，如图6-2b所示。这种交替变化的磁场使传感器线圈内感应出交流电压信号，如图6-3所示。

在磁阻轮凸齿正好对准感应线圈中心线的瞬间，磁场不再变化，感应电压降为零。磁阻轮凸齿离开传感器线圈中心线时，磁场减弱到某一程度或消失。这种磁场的变化在传感器线圈内感应出负电压。所以，每当磁阻轮的一个凸齿转过传感器时，曲轴位置传感器线圈就产生一个电压信号。ECU根据这些信号来计算和确定曲轴的位置和转速。

图6-2 电磁式曲轴位置传感器工作原理

2.日产公司电磁式曲轴位置传感器

（1）结构 该车型的曲轴位置传感器安装在曲轴前端的传动带轮之后，如图6-4所示。在传动带轮后端设置一个带有细齿的薄圆盘（用以产生信号，被称为信号盘）。信号盘和曲轴传动带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘，沿着圆周每隔4°有一个齿，共有90个齿。每隔120°有一个凸缘，共3个。

图6-3 感应电压信号

图6-4 日产公司电磁式曲轴位置传感器

传感器盒安装在信号盘边沿，用作产生电信号的信号发生器。信号发生器内有三个在永久磁铁上绕有线圈的磁头，其中磁头②产生120°信号，磁头①和③共同产生曲轴1°转角信号。磁头②对着信号盘的120°凸缘，磁头①和③对着信号盘的齿圈，磁头①相对于磁头③间隔3°的位置安装。

信号发生器内有信号放大与整形电路，外部有四针电连接器，端子“1”为120°信号输出线，端子“2”为信号放大与整形电路的电源线，端子“3”为1°信号输出线，端子“4”是接地线。利用连接器将曲轴位置传感器产生的信号输送到发动机电子控制单元。

（2）工作原理 如图6-5所示，为电磁式曲轴位置传感器的工作原理。发动机转动时，信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，经滤波整形后，即变成脉冲信号。发动机旋转一圈，磁头②上产生三个120°的脉冲信号，在磁头①和③上则交替各产生90个脉冲信号。

图6-5 脉冲信号的产生

由于磁头①和③相隔3°曲轴转角安装，而它们又都是每隔4°产生一个脉冲信号，所以，磁头①和③所产生的脉冲信号相位差正好为90°，将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路进行合成，即可产生1°曲轴转角信号，如图6-6所示。产生120°信号的磁头②安装在上止点前70°的位置，如图6-7所示，故其信号亦可称为上止点前70°信号，即发动机在运转过程中，磁头②在各缸上止点前70°位置均产生一个脉冲信号。

图6-6 产生曲轴1°转角信号的原理

图6-7 ②号磁头与曲轴的位置关系

3.丰田公司电磁式曲轴位置传感器

丰田公司TCCS系统所使用的电磁式曲轴位置传感器安装在分电器内，其结构如图6-8所示。

图6-8 曲轴转角位置与发动机转速传感器结构

该传感器分成上、下两部分，上部分产生G信号，下部分产生N_e信号。这两部分都是在利用带有轮齿的转子旋转时，使信号发生器感应线圈内的磁通量变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电压信号，再将此信号放大后，送入发动机电子控制单元。(www.xing528.com)

（1）N_e信号N_e信号用来检测曲轴转角位置及发动机转速，相当于日产公司电磁式曲轴位置传感器的1°信号。该信号由固定在下半部等间隔的24个轮齿的转子（2号正时转子）及固定于其对面的感应线圈组合而成，如图6-9所示。对于转子上的每个轮齿来说，转子旋转时，轮齿与感应线圈的凸缘部（磁头）的空气间隙发生变化，导致通过感应线圈的磁通量变化而产生感应电动势。轮齿靠近及远离磁头时，将产生一次增减磁通量的变化，所以，每一个轮齿通过磁头时，都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。

图6-9 N_e信号发生器结构与波形

2号正时转子上有24个齿，故转子旋转一圈，即曲轴旋转720°时，感应线圈产生24个交流信号。N_e信号（图6-9）一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角（720°÷24=30°）。更精细的转角检测，是利用曲轴转过30°的时间，由发动机电子控制单元（ECU）再均分为30等份，即产生1°曲轴转角信号。同理，发动机转速的检测，也可以由发动机电子控制单元（ECU）依照N_e信号的两个脉冲（60°曲轴转角）所经过的时间为基准来计算。

（2）G信号G信号用于辨别气缸及检测活塞上止点位置，相当于日产公司电磁式曲轴位置传感器的120°信号。G信号是由位于N_e信号发生器上方的凸缘转轮（1号正时转子）及其对面对称的两个感应线圈（G₁和G₂）产生的，如图6-10所示。信号产生的原理与N_e信号相同。G信号还可作为计算曲轴转角的基准信号。

图6-10 G信号发生器的结构和波形

G₁、G2信号分别检测第六缸及第一缸的上止点。由于G₁、G₂信号发生器设置位置的关系，当产生G₁、G₂信号时，实际上活塞并不是正好达到上止点（TDC Top Dead Center），而是在上止点前（BTDC Before Top Dead Cen-ter）10°的位置。如图6-11所示为G₁、G₂和N_e信号与曲轴转角的关系。

利用G信号和N_e信号的组合，就可以测定特定气缸的曲轴转角位置。将G、N_e信号输入发动机电子控制单元，可以决定满足发动机多种运转条件的喷油量和喷射时刻，并确定基本点火提前角，如图6-12和6-13所示。

图6-11 G、N_e信号与曲轴转角的关系

图6-12 G₁、G₂信号实例

图6-13 G₁、G₂、N_e信号实例

4.电磁式曲轴位置传感器的实际应用

电磁式曲轴位置传感器在北美、亚洲和欧洲生产的车型上应用比较多，如皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机等。

电磁式位置传感器也常常被用来确定其他旋转元件的转速和位置，像车速传感器（VSS Vehicle Speed Sensor）和防抱死制动装置（ABS Anti-lock Brake System）的车轮转速传感器。

这种传感器本身是一个交流信号发生器，也就是说产生的是一种交流电信号。当转子轮旋转时，在转子轮上的均匀的齿形就使传感器产生一系列的、均匀的脉冲信号，信号的振幅与转子轮的转速成正比，而信号的频率则基于转子轮（曲轴或凸轮轴）的转速。传感器的磁极和齿圈之间的间隙会影响传感器的信号振幅。通过将齿圈上的两齿合在一起，或忽略一齿的加工，使传感器产生一个同步脉冲信号，如图6-14所示，用以确定上止点的位置。这将引起输出信号频率的变化，同时也会引起输出信号振幅的变化。发动机电子控制单元或点火控制模块就识别到这个同步脉冲信号，利用它来触发点火线圈或喷油器的动作。

电磁式上止点位置传感器多安装在分电器内，也有的安装在曲轴或凸轮轴的前端、中部或后端。它是一个两线传感器（有时表面看是三线，但其中一根线用作屏蔽），但多数时候这两根线被包在一个防磁管内。曲轴位置传感器的输出信号比较脆弱，极易受到类似于火花塞高压线、车载电话等其他电器所产生的磁场影响，所以在这种电磁式曲轴位置传感器与ECU之间的连接导线通常被一个静电屏蔽管所屏蔽，如图6-15所示。

图6-14 传感器产生一个同步脉冲信号

图6-15 电磁式曲轴位置传感器与ECU的连接电路