汽车电控发动机原理与维修图解教程：凸轮轴/曲轴位置传感器

1.凸轮轴/曲轴位置传感器

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，而且通常安装在一起。由于车型不同安装位置也不相同，通常都安装在曲轴、凸轮轴、飞轮或分电器处。也有些车型将凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器分开并安装在不同位置上。

凸轮轴/曲轴位置传感器可分为电磁式、霍尔式和光电式三种类型。

（1）电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器 图5-2所示为早期的日本丰田皇冠3.0轿车电磁式凸轮轴/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转子和两个感应线圈G₁和G₂组成，用以产生第一缸上止点基准信号（G信号）；下部分为曲轴位置传感器，由一个带24个凸齿的Ne转子和一个Ne感应线圈组成，用以产生曲轴转角信号（Ne信号）。

电磁式凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器都是利用电磁感应原理产生脉冲信号的。

电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器工作过程：发动机工作时，转子随分电器轴一起转动，当转子上的凸齿与感应线圈靠近时，引起通过线圈的磁通变化，便会在线圈两端产生感应电压，ECU即根据感应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（分电器轴转一圈），G₁和G₂感应线圈各产生一个脉冲信号，在设计和安装时，只要G转子的凸齿在第一缸位于上止点时与G₁或G₂感应线圈靠近，ECU即可根据G₁和G₂确定第一缸上止点位置，并以此为基准，根据曲轴转角（Ne信号）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感应线圈中产生与Ne转子凸齿数量相等的脉冲信号（Ne信号），ECU根据单位时间内收到的Ne信号确定发动机转速。

图5-1 L型燃油喷射控制系统的组成图

图5-2 电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器

电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器的维修：图5-3所示为日本丰田皇冠3.0轿车的凸轮轴/曲轴位置传感器电路图。在维修时，主要检查转子凸齿有无损伤，若有损伤应更换；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。也可在发动机工作时测量传感器的输出信号电压以判断传感器及其电路是否正常，必要时应检修电路或更换传感器。

（2）霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器 霍尔效应是指将半导体器件（霍尔晶体管）放在永久磁铁产生的磁场中，并给半导体器件通一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器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。霍尔式凸轴位置传感器安装位置如图5-4所示，结构原理如图5-5所示。

图5-3 凸轮轴/曲轴位置传感器电路图

图5-4 捷达ATK发动机凸轮轴位置传感器

图5-5 霍尔式凸轮轴位置传感器原理

北京切诺基汽车同步信号传感器电路如图5-6所示。维修时，拆开传感器线束插接器，将点火开关转至“ON”位置，检查传感器电源端子A与C之间电压应为8V；发动机转动时，检查信号端子B与C之间输出的信号电压应为5V和0V交替变化；若不符合规定，应首先检查电路是否有故障，必要时更换传感器。

工作原理：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改变，霍尔晶体管产生的霍尔电压经放大后输送给ECU。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。

（3）光电式凸轮轴/曲轴位置传感器 光电式凸轮轴/曲轴位置传感器主要由转子、发光二极管、光敏二极管和放大电路等组成，如图5-7所示。转子上制有一定数量的透光孔，利用发光二极管作为信号源，随转子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。转子内、外两圈的透光孔数量不等，分别用以产生G信号和Ne信号。

光电式凸轮轴/曲轴位置传感器的维修：图5-8所示为日本日产、三菱和韩国现代轿车通常装用的光电式凸轮轴/曲轴位置传感器原理图。维修时，拆开传感器线束插接器，将点火开关转至“ON”位置，测量电控单元侧供电与搭铁端子之间电压应为12V，否则说明电路或ECU有故障；给传感器侧的1与2端子之间直接施加12V蓄电池电压，并分别在信号输出端子3、4与1之间接上电流表，转动转子一圈时，两个电流表应分别摆动1次和4次（与透光孔数量相等），每次电流表指示电流应约为1mA，否则应更换传感器。

图5-6 同步信号传感器电路

图5-7 光电式凸轮轴/曲轴位置传感器结构图

图5-8 光电式凸轮轴/曲轴位置传感器电路

2.进气温度传感器

进气温度传感器的作用就是给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时控制的修正信号。进气温度传感器与电路如图5-9所示。在D型EFI中，进气温度传感器一般安装在空气滤清器内或进气总管内。在L型EFI中，进气温度传感器一般安装在空气流量计内。

图5-9 进气温度传感器与电路图

进气温度传感器：传感器壳体内装有一个热敏电阻，进气温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化。在ECU中有一标准电阻与传感器的热敏电阻串联，并由ECU提供标准电压，E2端子通过E1端子搭铁。当热敏电阻随进气温度变化时，ECU通过THA端子测得的分压值随之变化，ECU根据此分压值判断进气温度。

在使用中，拆开进气温度传感器线速插接器，测量两个端子之间应无断路故障，否则应更换传感器。将拆下的传感器放入水中进行冷却或加热，检查其特性应符合标准，否则应更换传感器。

日本丰田皇冠3.0轿车进气温度传感器特性：-20℃时阻值应为10～20kΩ，0℃时阻值应为4～7kΩ，20℃时阻值应为2～3kΩ，40℃时阻值应为0.9～1.3kΩ，60℃时阻值应为0.4～0.7kΩ，80℃时阻值应为0.2～0.4kΩ。

3.冷却液温度传感器

发动机冷却液温度（ECT）传感器向ECU提供一个随冷却液温度变化的模拟信号。这种传感器通常固定在冷却水管上，其下端浸入发动机的冷却液中。其特性与进气温度传感器类似，同样为负温度系数，典型的ECT在-40℃时电阻可达35000Ω，在120℃时只有120Ω。ECT与计算机之间有两条连线，一条是电压信号线，另一条是搭铁线，结构及特性曲线如图5-10所示，技术数据及输入/输出范围见表5-1。

图5-10 冷却液温度传感器与电路图(www.xing528.com)

表5-1 冷却液温度传感器技术数据/输入输出范围

为了完成有关输出功能的必要决策，计算机必须知道冷却液的温度。例如，当发动机的温度较低时，ECU必须提供较浓的空燃比，而一旦发动机的工作温度达到正常值，必须提供较稀的空燃比。所以ECU必须根据ECT信号知道发动机冷却液的温度，以提供正确的空燃比值实现燃油的经济性，以减小废气污染。

图5-11 冷却液温度传感器安装位置

与进气温度传感器相同，冷却液温度传感器也是一个NTC热敏电阻，即负温度系数的热敏电阻，可在温度范围为-40～150℃时正常工作。ECU用本身的5V稳压电源向热敏电阻供电。热敏电阻按照温度变化送出电压信号，这个电压信号代表发动机冷却液的温度，作为电控系统各控制功能的修正信号。

捷达电控燃油喷射式发动机冷却液温度传感器安装在发动机出水管至散热器和暖风热交换器的管接头上，如图5-11所示。

如果冷却液温度传感器信号中断或者传感器损坏，ECU即失去对主控的冷却液温度修正功能，不过发动机仍然是在主控的条件下运转，在正常发动机冷却液温度条件下影响不大。电控系统无冷却液温度信号将导致发动机冷、热起动性能变差，怠速运转自适应性能变差，废气排放值和发动机油耗量升高等。

冷却液温度传感器的检测：如图5-12所示，红表笔接信号线B脚，黑表笔接搭铁脚A脚，点火开关打开应能检测到ECU的5V参考电压，否则检查ECU到插口连线有无断线，ECU有无损坏。

图5-12 冷却液温度传感器检测

4.氧传感器

氧传感器根据空燃比和排气流中的含氧量向ECU输送一个模拟电压信号。浓的空燃比使氧传感器产生高电压。氧传感器用螺钉固定在排气歧管或接近发动机的排气歧管中。某些制造厂把这种传感器分别称为排气含氧（EGO）传感器，或加热型排气含氧（HEGO）传感器。氧传感器中心有一个氧敏元件被钢制外壳包围着。许多氧传感器中的氧敏元件由二氧化锆制成。钢壳上有一段是六面体的，在这一段上可以套住一个“梅花”扳手，以便拆装传感器。钢壳下端的螺纹与安装传感器的排气管上的螺纹孔相配。氧传感器外观如图5-13所示，传感器技术数据见表5-2。

图5-13 氧传感器实物与工作示意图

表5-2 氧传感器技术数据

传感器的顶端安装有钢罩或氯丁橡胶套。许多氧传感器的钢罩松套在氧传感器上，以便大气中的氧不断地进入氧敏元件中。如果传感器上装的是氯丁橡胶套，那么套的内表面必然刻有槽，使空气能进入氧敏元件。一些新型的氧传感器顶部是密封的，氧气通过信号线进入传感器。

底部装有防护罩的氧传感器伸入排气管，发动机工作时，防护罩上的槽有助于搅动氧敏元件周围的空气。

氧传感器的检测：

（1）氧传感器外观颜色的检查 如图5-14所示，通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：

①淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色。

②白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器。

③棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器。

④黑色顶尖：由积炭造成的，在排除发动机积炭故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积炭。

图5-14 氧传感器外观颜色的检查

（2）氧传感器阻值的检测 如图5-15所示，以桑塔纳2000GLi型轿车为列，见表5-3。

图5-15 氧传感器阻值的检测

表5-3 桑塔纳2000GLi型轿车氧传感器的检修

5.车速传感器

车速传感器检测汽车的行驶速度，给ECU提供车速信号（SPD信号），用于巡航控制和限速断油控制。在汽车集中控制系统中，也是自动变速器的主控制信号。

车速传感器通常安装在组合仪表内或变速器输出轴上。车速传感器有舌簧开关式（图5-16）和光电式两种类型。

舌簧开关式车速传感器工作原理：舌簧开关式车速传感器的车速表软轴由安装在变速器输出轴上的齿轮驱动，车速表软轴驱动磁铁旋转，每转一圈磁铁的极性变换4次，从而使舌簧开关触点闭合或断开，ECU根据触点开闭的频率即可确定车速。ECU给车速传感器提供12V标准电压并进行监控，舌簧开关控制搭铁，当舌簧开关闭合使电路接通时，传感器便产生一个脉冲信号输送给ECU。在维修时，检查车速传感器电源电压应正常，然后转动驱动轮，测量车速传感器输出的信号电压（信号输出端子与搭铁间），车速表软轴每转一圈应产生4个脉冲信号，信号电压约为12V蓄电池电压。

图5-16 舌簧开关式车速传感器