曲軸傳感器:發動機電子控制系統中的傳感器-中文百科頻道

基本信息

曲軸傳感器

英文名：crankshaft position sensor

又稱：曲軸位置、傳感器曲軸轉速與位置傳感器

定義：能給出曲軸一轉中的轉角分度信号(如從某缸上止點起每隔6°曲軸轉角産生一個電壓脈沖信号)的傳感器。

見載：機械工程名詞第四分冊

學科：機械工程_汽車_發動機_發動機管理系統

公布年度：2013

光電式曲軸位置傳感器

（1）日産公司光電式曲軸位置傳感器的結構和工作

日産公司光電式曲軸位置傳感器設置在分電器内，它由信号發生器和帶縫隙和光孔的信号盤組成。信号盤安裝在分電器軸上，其外圍有360條縫隙，産生1°（曲軸轉角）信号；外圍稍靠内側分布着6個光孔（間隔60°），産生120°信号，其中有一個較寬的光孔是産生對應第1缸上止點的120°信号的。

信号發生器固裝在分電器殼體上，主要由兩隻發光二極管、兩隻光敏二極管和電子電路組成。兩隻發光二極管分别正對着光敏二極管，發光二極管以光敏二極管為照射目标。信号盤位于發光二極管和光敏二極管之間，當信号盤随發動機曲軸運轉時，因信号盤上有光孔，産生透光和遮光的交替變化，造成信号發生器輸出表征曲軸位置和轉角的脈沖信号。

當發光二極管的光束照射到光敏二極管上時，光敏二極管感光而導通；當發光二極管的光束被遮擋時，光敏二極管截止。信号發生器輸出的脈沖電壓信号送至電子電路放大整形後，即向電控單元輸送曲軸轉角1°信号和120°信号。因信号發生器安裝位置的關系，120°信号在活塞上止點前70°輸出。發動機曲軸每轉2圈，分電器軸轉1圈，則1°信号發生器輸出360個脈沖，每個脈沖周期高電位對應1°，低電位亦對應1°，共表征曲軸轉角720°。與此同時，120°信号發生器共産生6個脈沖信号。

（2）“現代SONATA”汽車用光電式曲軸位置傳感器的結構和工作

“現代SONATA”，汽車光電式曲軸位置傳感器的工作原理與日産公司光電式曲軸位置傳感器相似，其信号盤的結構稍有不同。對于帶有分電器的汽車，傳感器總成裝于分電器殼内；對于無分電器的汽車，傳感器總成安裝在凸輪軸左端部（從車前向後看）。信号盤外圈有4個孔，用來感測曲軸轉角并将其轉化為電壓脈沖信号，電控單元根據該信号計算發動機轉速，并控制汽油噴射正時和點火正時。信号盤内圈有一個孔，用來感測第1缸壓縮上止點（在有些SONATA車上，設有兩孔，用來感測第1、4缸的壓縮上止點，目的是為了提高精度），并将它轉換成電壓脈沖信号輸入電控單元，電控單元根據此信号計算出汽油噴射順序。

曲軸位置傳感器的線路連接，其内設有兩個發光二極管和兩個光敏二極管，當發光二極管照射到信号盤光孔中的某一孔時，光線便照射到光敏二極管上，使電路導通。

光電式曲軸位置傳感器的檢測

（1）曲軸位置傳感器的線束檢查

韓國“現代SONATA”汽車光電式曲軸位置傳感器連接器（插頭）的端子位置。檢查時，脫開曲軸位置傳感器的導線連接器，把點火開關置于“ON”，用萬用表的電壓檔測量線束側4#端子與地間的電壓應為12V，線束側2#端子和3#端子與地間電壓應為4.8-5.2V，用萬用表的電阻檔測量線束側1#端子與地間應為0Ω（導通）。

（2）光電式曲軸位置傳感器輸出信号檢測

用萬用表電壓檔接在傳感器側3#端子和1#端子上，在起動發動機時，電壓應為0.2-1.2V。在起動發動機後的怠速運轉期間，用萬用表電壓檔檢測2#端子和1#端子電壓應為1.8-2.5V。否則應更換曲軸位置傳感器。

霍爾式曲軸位置傳感器的檢測

霍爾式曲軸位置傳感器是利用霍爾效應的原理，産生與曲軸轉角相對應的電壓脈沖信号的。它是利用觸發葉片或輪齒改變通過霍爾元件的磁場強度，從而使霍爾元件産生脈沖的霍爾電壓信号，經放大整形後即為曲軸位置傳感器的輸出信号。

（1）采用觸發葉片的霍爾式曲軸位置傳感器

美國GM公司的霍爾式曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端，采用觸發葉片的結構型式。在發動機的曲軸皮帶輪前端固裝着内外兩個帶觸發葉片的信号輪，與曲軸一起旋轉。外信号輪外緣上均勻分布着18個觸發葉片和18個窗口，每個觸發葉片和窗口的寬度為10°弧長；内信号輪外緣上設有3個觸發葉片和3個窗口，3個觸發葉片的寬度不同，分别為100°、90°和110°弧長，3個窗口的寬度亦不相同，分别為20°、30°和10°弧長。由于内信号輪的安裝位置關系，寬度為100°弧長的觸發葉片前沿位于第1缸和第4缸上止點（TDC）前75°，90°弧長的觸發葉片前沿在第6缸和第3缸上止點前75°，110°弧長的觸發葉片前沿在第5缸和第2缸上止點前75°。

霍爾信号發生器由永久磁鐵、導磁闆和霍爾集成電路等組成。内外信号輪側面各設置一個霍爾信号發生器。信号輪轉動時，每當葉片進入永久磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時，霍爾集成電路中的磁場即被觸發葉片所旁路（或稱隔磁），這時不産生霍爾電壓；當觸發葉片離開空氣隙時，永久磁鐵2的磁通便通過導磁闆3穿過霍爾元件這時産生霍爾電壓。将霍爾元件間歇産生的霍爾電壓信号經霍爾集成電路放大整形後，即向ECU輸送電壓脈沖信号,外信号輪每旋轉1周産生18個脈沖信号（稱為18X信号），1個脈沖周期相當于曲軸旋轉20°轉角的時間，ECU再将1個脈沖周期均分為20等份，即可求得曲軸旋轉1°所對應的時間，并根據這一信号，控制點火時刻。該信号的功用相當于光電式曲軸位置傳感器産生1°信号的功能。内信号輪每旋轉1周産生3個不同寬度的電壓脈沖信号（稱為3X信号），脈沖周期均為120°曲軸轉角的時間，脈沖上升沿分别産生于第1、4缸、第3、6缸和第2、5缸上止點前75°作為ECU判别氣缸和計算點火時刻的基準信号，此信号相當于前述光電式曲軸位置傳感器産生的120°信号。

（2）采用觸發輪齒的霍爾式曲軸位置傳感器

克萊斯勒公司的霍爾式曲軸位置傳感器安裝在飛輪殼上，采用觸發輪齒的結構。同時在分電器内設置同步信号發生器，用以協助曲軸位置傳感器判别缸号。北京切諾基車的霍爾式曲軸位置傳感器，在2.5L四缸發動機的飛輪上有8個槽，分成兩組，每4個槽為一組，兩組相隔180°，每組中的相鄰兩槽相隔20°。在4.OL六缸發動機的飛輪上有12個槽，4個槽為一組，分成三組，每組相隔120°，相鄰兩槽也間隔20°。

當飛輪齒槽通過傳感器的信号發生器時，霍爾傳感器輸出高電位（5V）；當飛輪齒槽間的金屬與傳感器成一直線時，傳感器輸出低電位（0.3V）。因此，每當1個飛輪齒槽通過傳感器時，傳感器便産生1個高、低電位脈沖信号。當飛輪上的每一組槽通過傳感器時，傳感器将産生4個脈沖信号。其中四缸發動機每1轉産生2組脈沖信号，六缸發動機每1轉産生3組脈沖信号。傳感器提供的每組信号，可被發動機ECU用來确定兩缸活塞的位置，如在四缸發動機上，利用一組信号，可知活塞1和活塞4接近上止點；利用另一組信号，可知活塞2和活塞3接近上止點。故利用曲軸位置傳感器，ECU可知道有兩個氣缸的活塞在接近上止點。由于第4個槽的脈沖下降沿對應活塞上止點（TDC）前4°，故ECU根據脈沖情況很容易确定活塞上止點前的運行位置。另外，ECU還可以根據各脈沖間通過的時間，計算出發動機的轉速。