汽車曲軸位置傳感器小議

王長建

（廣州市白云工商高級技工學校，廣東 廣州 510450）

曲軸位置傳感器是現代汽車上重要的傳感器之一。曲軸位置傳感器一旦出現故障，汽車發動機的經濟性能和加速性能都會受到很大影響，嚴重的還會造成發動機不能起動。同時，由于曲軸位置傳感器的結構與工作原理相對復雜，檢測和故障判斷難度較大，因此在專業教學和汽車維修作業中都是一個難點。本人憑著多年對曲軸位置傳感器的研究和理解，現對其進行歸納總結，望對其他教學工作者、學生及企業維修人員有一定的幫助。

1 曲軸位置傳感器的定義與作用

1.1 曲軸位置傳感器的定義

在許多汽車維修書籍中，曲軸位置傳感器單指一個信號即1°信號 （發動機轉過1°轉角的信號）。仔細分析，這種說法是不準確的，發動機控制單元只得到1°信號是不能判定曲軸所處的位置的。所以本文所講的曲軸位置傳感器，不是某一個信號或某一個傳感器，而是一組信號。將這一組信號傳遞給發動機控制單元，再由發動機控制單元進行計算，才可以準確判斷曲軸所處的位置。具體來說，這一組信號為：1°信號、上止點信號和判缸信號。

1.2 曲軸位置傳感器的作用

發動機控制單元根據曲軸位置傳感器提供的信號，確定曲軸所處的位置，保證了噴油正時與點火正時精確進行。同時，曲軸位置傳感器中的1°信號也為發動機轉速信號，發動機控制單元根據空氣流量計信號和發動機轉速信號確定基本噴油量。

2 曲軸位置傳感器的結構與工作原理

按照曲軸位置傳感器的結構區分，可將其分為：磁感應式曲軸位置傳感器、光電式曲軸位置傳感器、霍爾式曲軸位置傳感器3種類型。

2.1 磁感應式曲軸位置傳感器

2.1.1 結構

磁感應式曲軸位置傳感器主要由信號發生器和信號盤組成 （圖1）。信號發生器由永久磁鐵和線圈組成；信號盤為導磁的轉子，轉子上有齒。

2.1.2 工作原理

信號盤隨著發動機旋轉，信號盤上的齒經過信號發生器時，電磁線圈內的磁通量發生了增加到最大然后減少的過程。增加的過程在線圈里產生了感應電壓，減小的過程在線圈里產生了相反方向的感應電壓。信號盤轉速越快，線圈內磁通量變化率就越大，所產生的感應峰值電壓就越高。

2.1.3 基本電路

按照磁感應式曲軸位置傳感器的工作原理，一般產生一個信號只需要兩條線，即信號正和信號負，但為了防止外界信號的干擾，增加了一條屏蔽線。從線束插頭看就是3條線 （圖2）。

2.2 光電式曲軸位置傳感器

2.2.1 結構

光電式曲軸位置傳感器主要由光電信號發生器和信號盤組成 （圖3）。光電信號發生器 （即光電耦合器）一般由發光二極管和光敏三極管耦合而成，信號盤上有光孔，信號盤處于發光二極管和光敏三極管之間。

2.2.2 工作原理

信號盤隨著發動機轉動，信號盤上由于有光孔，所以發光二極管產生的光線將間斷地投射在光敏三極管上。當光線投射在光敏三極管上時，三極管導通；當信號盤遮住了光線時，三極管截止。發動機運轉的過程中光敏三極管處于導通和截止的交替狀態，發動機轉速越快，交替的頻率就越大。

2.2.3 基本電路

從基本電路圖 （圖4）可以看出：當三極管導通時，信號電壓U為0；當三極管截止時，信號電壓U為5 V。用示波器可以測出0~5 V的方波信號 （圖5）。

2.3 霍爾式曲軸位置傳感器

2.3.1 結構

霍爾式曲軸位置傳感器主要由霍爾發生器和信號盤組成 （圖6）。霍爾發生器由霍爾元件和永久磁鐵構成；信號盤一般由鐵片制成，有缺口，處于霍爾元件與永久磁鐵之間。

2.3.2 工作原理

要理解霍爾傳感器的工作原理就必須知道霍爾效應。霍爾效應指給霍爾元件前后方向通電流，上下垂直方向通磁場。如此一來，霍爾元件左右將產生電壓差，如果磁場消失，霍爾電壓就消失 （圖7）。霍爾式曲軸位置傳感器就是利用霍爾元件這一特性制作而成的。信號盤隨著發動機一起旋轉，由于信號盤上有缺口，磁力線將間斷地穿過霍爾元件，從而使霍爾元件上產生間斷的電壓。發動機轉速越快，霍爾電壓間斷的頻率也就越高。

2.3.3 基本電路

圖8為霍爾式曲軸位置傳感器的電路圖。從圖8中可以分析出：當霍爾電壓產生時，三極管導通，信號電壓U為0；當霍爾電壓消失時，信號電壓為12V。用示波器可以測出0~12V的方波信號（參見圖5）。

3 曲軸位置傳感器的歸納分析

通過前面對曲軸位置傳感器的定義、結構與工作原理的理解，可以歸納分析出以下幾點。

1）曲軸位置傳感器安裝的位置

曲軸位置傳感器一定安裝在與曲軸轉速相關的地方，如曲軸上、凸輪軸上、分電器內或飛輪上等。但可以明確一點：曲軸位置傳感器中的判缸信號一定要安裝在凸輪軸上或分電器內 （奇數缸發動機可以安裝在曲軸上）。

2）信號盤形狀決定了傳感器產生的具體信號

無論是哪種類型的曲軸位置傳感器，具體產生1°信號、上止點信號還是判缸信號，都是由傳感器的信號盤形狀決定的。如果信號盤上只有一個齒或一個光孔，或者是霍爾式曲軸位置傳感器只有一個窗口，這個信號盤產生的信號一般是判缸信號，當然該信號盤還要滿足安裝在分電器內或凸輪軸上。如果信號盤上有許多相同的齒、光孔或窗口，這個信號盤產生的信號一般是1°信號。

3）曲軸位置傳感器的檢測

對曲軸位置傳感器結構與工作原理及電路的理解，是正確檢測曲軸位置傳感器的前提條件，從而可以根據身邊的檢測工具合理地進行檢測并做出判斷。一般情況可以從以下幾方面檢測曲軸位置傳感器：①用萬用表檢測傳感器本身電阻。一般磁感應式曲軸位置傳感器才可以測試電阻，而光電式和霍爾式曲軸位置傳感器內部為整形電路，測試其電阻沒有實際的意義。②用萬用表檢測傳感器信號電壓。根據電路圖及信號波形分析，發動機轉速發生變化時，磁感應式曲軸位置傳感器信號峰值電壓和頻率發生了變化，發動機轉速越高，信號峰值電壓和頻率都變大，如果用萬用表檢測其信號電壓，信號電壓也隨之變大。而光電式和霍爾式曲軸位置傳感器信號峰值電壓和占空比，不會隨發動機轉速變化而改變，只是頻率發生了變化，如果用萬用表檢測其信號電壓，信號電壓將不變。③用示波器檢測傳感器波形。用示波器能非常直觀地觀察傳感器的波形，磁感應式曲軸位置傳感器波形一般為鋸齒波；而光電式和霍爾式曲軸位置傳感器波形為方波。

4）常見車型的曲軸位置傳感器類型與生產廠家

目前汽車上使用霍爾式曲軸位置傳感器的車型較多，常見車型使用曲軸位置傳感器類型與生產廠家見表1。

表1 常見車型使用曲軸位置傳感器類型與生產廠家

4 發動機控制單元對曲軸位置傳感器的運用

曲軸位置傳感器中的1°信號也為發動機轉速信號，發動機控制單元根據空氣流量計信號和發動機轉速信號確定基本噴油量。同時發動機控制單元還根據曲軸位置傳感器發出的信號判斷曲軸所處的位置，準確地發出點火與噴油指令。下面以帕薩特B5為例，說明發動機控制單元是如何根據曲軸位置傳感器信號來判斷曲軸所處的位置。

帕薩特B5發動機為雙缸同時點火，順序噴射。曲軸位置傳感器共有3個信號，分別為：1°信號（發動機轉速信號）、上止點信號 （點火基準信號）、判缸信號。其中1°信號與上止點信號由安裝在曲軸后端的電磁感應式傳感器產生，而判缸信號由安裝在凸輪軸前端的霍爾式傳感器產生。電磁感應式傳感器的信號盤在圓周上等分布置著60個齒，其中空缺兩個齒。發動機運轉時，感應線圈中產生交變電壓信號，相鄰的兩個信號表示曲軸轉過6°，發動機控制單元再把該信號平均分為6份就得到1°信號。而缺齒經過感應線圈時便產生一個畸變的交變電壓信號，該信號產生在1缸上止點前70°，為1缸上止點信號。假設，發動機控制單元根據多方面的信號確定即將點火的1缸點火提前角為17°，這樣發動機控制單元在得到1缸上止點信號后開始記1°信號。在曲軸再轉過53°時發動機控制單元發出點火命令，這樣1缸點火剛好在1缸上止點前17°產生。

由于帕薩特B5發動機為雙缸同時點火，在1缸點火的同時與之同步的4缸也點火，所以發動機控制單元在發出點火指令的時候，不需要判斷是壓縮行程還是排氣行程。因此在雙缸同時點火的發動機中，發動機控制單元只需要上止點信號和1°信號就可以完成點火控制。如果發動機為順序點火，就一定要判缸信號，發動機控制單元才能分辨出壓縮行程還是排氣行程。

帕薩特B5的發動機為順序噴射，噴油正時為排氣上止點前，發動機控制單元在確定某一缸排氣上止點前具體某一位置時，就必需得到1°信號和判缸信號。發動機控制單元在得到1°信號和判缸信號后，具體確定曲軸位置的過程與點火過程一樣。

5 曲軸位置傳感器常見故障及其對發動機的影響

1）曲軸位置傳感器無1°信號或信號很弱。如果出現這種情況，發動機控制單元將無法確定曲軸所處的位置，且不能準確地發出點火指令。發動機控制單元得不到1°信號，則發動機無法起動。

2）無判缸信號或信號很弱。如果出現這種情況，對發動機的影響還要看判缸信號具體起什么作用。如果判缸信號只是噴油基準信號，而不是點火基準信號，則發動機可以工作，故障現象不明顯，對發動機的經濟性和動力性有一定影響。

3）無上止點信號或信號很弱。如果出現這種情況，也要看上止點信號具體起什么作用。一般來講，上止點信號都作為點火基準信號。所以，無上止點信號或信號很弱時，發動機將無法起動。

6 結束語

通過上述對曲軸位置傳感器的各方面分析，希望與同行、學生及企業維修人員共同探討。現代汽車集成了先進的科學技術，這給汽車維修人員提出了更高的要求。只有系統地學習現代汽車控制技術，更重要的是學會歸納總結，才能在學習與工作中提高品質與效果。

［1］夏令偉.汽車電控發動機構造與維修［M］.北京：人民交通出版社，2002：35-37.

［2］蔡秀琴.曲軸位置傳感器的結構、原理與檢測診斷［J］.新疆農機化，2005,(1)：60. （編輯羅茜）