项目四 认识电子控制系统 任务二 检修曲轴位置传感器

任务描述 一台电控发动机不能起动，通过手持式汽车诊断电脑的检查，检测出与曲轴位置传感器相关的故障码，需要对曲轴位置传感器及电路进行检查，确定故障部位，并维修或更换。

任务目标 1、了解曲轴位置传感器的作用。 2、熟悉曲轴位置传感器的安装位置。 3、了解曲轴位置传感器的类型。 4、能理解曲轴位置传感器的工作原理。 5、掌握曲轴位置传感器的检测，并能识读电路图。

知识储备 一、曲轴位置传感器的作用 曲轴位置传感器发送发动机转速信号和上止点信号给ECU，供ECU判别点火正时和计算基本喷油量。如果没有该信号，发动机不能启动；当发动机运转时，如果曲轴位置传感器或其连接线路出现故障，则发动机立即熄火。 曲轴位置传感器电控发动机中最重要的传感器，也是点火系统和燃油系统共用的传感器。

二、曲轴位置传感器的及物与安装位置 曲轴位置传感器实物图及曲轴位置传感器安装位置如图4-1-1、图4-1-2所示。大多数曲轴位置传感器会有一个2根线的插头，一根是搭铁线，一根是信号线。 图4-1-1 曲轴位置传感器实物图 图 4-1-2 曲轴位置传感器的安装位置

三、曲轴位置传感器的类型如表4-1-1 。 表4-1-1 曲轴位置传感器的类型

四、曲轴位置传感器结构和工作原理 图4-1-3 电磁感应式传感器工作原理图 1、电磁感应式传感器 该传感器是利用电磁感应原理制成的，即当一个线圈中的磁通量发生变化时，在该线圈的两端就会产生感应电动势。其工作原理如图4-1-3所示。 图4-1-3 电磁感应式传感器工作原理图

感应线圈绕在永久磁铁上形成传感头，带凸齿的铁质信号轮随发动机曲轴在传感头附近转动，因此，信号轮与传感头之间的间隙发生周期性的变化，由于空气的磁阻远大于铁质材料的磁阻，该间隙的周期性变化必然造成磁回路磁阻的周期性变化，从而造成磁回路中磁通量的周期性变化，根据电磁感应原理，在感应线圈的两端就产生了交变感应电动势。该交变感应电动势即可作为传感器的输出信号。 磁通量变化越快，感应电动势越大，因此，信号轮的转速越高，交变感应电动势的幅值也越大，即传感器的输出信号越强。一般情况下，当发动机的转速在其工作范围内变化时，该传感器输出的信号电压的幅值可在0.5～100V范围内变化。 信号轮每转一圈，感应线圈中产生的交变感应电动势的数量等于信号轮上凸齿的数量，即传感器输出信号的数量等于信号轮凸齿的数量，单位时间内输出信号的数量即可反应信号轮及发动机的转速。 磁感应式传感器的突出优点是结构简单，且不需要外加电源，因此应用相当广泛。 由于信号轮凸齿与传感头之间的间隙直接影响磁回路的磁阻，从而影响感应线圈输出的信号电压，因此，在使用中，该间隙不能随意变动。间隙如有变化，必须按规定进行调整。不同车系上，该间隙值的大小有所不同，例如：丰田车系为0.2～0.4mm；日产车系为0.3～0.5mm。

2、霍尔效应式传感器 霍尔效应：当磁场穿过一个通有电流的矩形半导体元件（例如：锗、硅等）时，在垂直于电流和磁场的方向就会产生一个电压（霍尔电压），如图4-1-4所示，该电压的大小与磁场的强度和电流的大小成正比，与该半导体元件的厚度成反比。由于该现象是由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年首先发现的，因此以其名字来命名该现象，用于产生霍尔效应的半导体元件也被称为霍尔元件。 霍尔效应产生的原因：电子垂直流经磁场时，受到电磁力（称为洛伦兹力）的作用而发生轨迹偏转，使霍尔元件的一侧积累电子而变为负极，另一侧失去电子而变为正极，这样，两个侧面之间就产生了霍尔电压。 图4-1-4 霍尔效应原理图

利用霍尔效应原理制成的传感器如图4-1-5所示，主要由永久磁铁1、铁芯3、通有电流的霍尔元件及其集成电路4、带有缺口的信号轮2等组成。信号轮随发动机曲轴转动，当信号轮的叶片部分通过霍尔元件与永久磁铁之间的间隙时，磁场被信号轮的叶片旁通，没有磁场通过霍尔元件，因此不产生霍尔电压；当信号轮的缺口部分通过该间隙时，磁场将经过铁芯和霍尔元件来形成磁回路，有磁场通过霍尔元件，因而产生霍尔电压。 图4-1-5 霍尔效应式传感器基本结构与原理

传感器内部的集成电路将上述霍尔电压的变化转变为方波，即可作为传感器的输出信号。信号轮每转一圈，传感器输出信号的数量等于信号轮上缺口（或叶片）的数量，单位时间内输出信号的数量即可反应信号轮及发动机的转速。 在大部分汽车上，ECU与霍尔效应式传感器的工作方式是ECU通过专线向传感器提供稳定的工作电源（一般为5V）和搭铁，同时还通过信号线向传感器提供一个信号参考电压（一般也为5V）。 当传感器内部没有产生霍尔电压时，该信号参考电压不被传感器通过搭铁而维持原来的高电平（5V）；当传感器内部产生霍尔电压时，该信号参考电压则被传感器通过搭铁而变为低电平（0V）。ECU则通过这种高、低电平的变化来获得传感器的信号。 霍尔效应式传感器有两个突出的优点：一是输出的信号电压为方波，便于数字式ECU的处理；二是输出的信号电压的高低与信号轮的转速无关。但该传感器的工作需要外加电源。

3、光电效应式曲轴位置传感器 图4-1-6 光电效应式传感器工作原理 光电效应：半导体光敏元件（一般为光敏二极管或光敏三极管）受到光线照射时，其工作状态会发生变化，这种变化包括：电阻变化（光电阻）、导通状态变化（光开关）、产生电压（光电池）等。 利用光电效应原理制成的传感器如图4-1-6所示，主要由带缺口的信号盘2、发光元件1（一般为发光二极管LED）、光敏元件3 以及集成电路等组成。 图4-1-6 光电效应式传感器工作原理

发光元件发出的光线射向光敏元件，但该光线受到信号盘的控制。当信号盘的叶片遮住光线时，光敏元件没有受到光线照射，其工作状态不变；当信号盘的缺口放开光线时，光敏元件受到光线照射，其工作状态发生变化。传感器的集成电路将这种变化转变为方波，即可作为传感器的输出信号。信号盘每转一圈，传感器输出信号的数量等于信号盘上缺口（或叶片）的数量，单位时间内输出信号的数量即可反应信号轮及发动机的转速。 在大部分汽车上，光电效应式传感器的工作方式与霍尔效应式的相同。 光电效应式传感器的优点与霍尔效应式的相同，即输出方波信号，且输出的信号电压与信号盘的转速无关。但光电效应式传感器的工作也需要外加电源，且传感器中的光线对污染物比较敏感，需要密封传感器以保持良好的清洁环境。

学习拓展 曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器 曲轴位置传感器不一定是凸轮轴位置传感器。 1、在许多旧款的电喷发动机上，有曲轴位置传感器就没有凸轮轴位置传感器，有凸轮轴位置传感器就没有曲轴位置传感器。因为这两个传感器的作用是一样的，只是安装位置不同，所以名称就不一样。因此过去往往习惯性地将凸轮轴位置传感器也称作曲轴位置传感器。 2、在有些发动机上，既安装了曲轴位置传感器，又安装了凸轮轴位置传感器，一般曲轴位置传感器主要用来检测发动机的转速、曲轴的位置，而凸轮轴位置传感器主要用来发送上止点信号。这种做法，其实只是将过去一个传感器的任务分配给两个传感器去完成。因此，在某种意义上，这两种传感器仍然是一样的。 3、但随着发动机可变气门正时等新技术的出现，需要分别检查凸轮轴和曲轴的位置，这时的凸轮轴位置传感器与传统的凸轮轴位置传感器的作用完全不同。

任务实施 任务：曲轴位置传感器的检测 一、任务准备 1、 一汽丰田卡罗拉整车或花冠台架、维修手册、工作页。 2、工具：数字万用表，诊断仪器。 3、辅助材料：抹布若干。 二、任务要求： 会识读曲轴位置传感器电路、会对其进行检测等，完成实习报告。

三、操作步骤 各引脚的含义： 1、曲轴位置传感器的认识 对照具体检测流程看懂电路图（图4-1-7），识别各引脚的含义。 图4-1-7 丰田卡罗拉1ZR发动机曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器电路图 各引脚的含义：

2、分析故障并确定检测方案 （1）观察并记录故障现象，分析可能的原因（表4-1-2） 表4-1-2 故障现象及原因 表4-1-2 故障现象及原因 （2）结合工作原理及电路图，拟定检测方案。

3、检测 若有条件的可在实车上进行检测，但必须提前做好表2-2-1的工作。 （1）检测传感器的磁性 磁感应式曲轴/凸轮轴位置传感器必须有磁性。如果传感器里的永久磁铁断裂，就会有两个微弱的磁场。磁感应式曲轴/凸轮轴位置传感器从发动机上拆下来，手拿一块钢棒靠近传感器的端头，会感到有很强的吸力；如果没有，就要更换传感器。 （2）检测传感器的电阻 以电子控制系统中使用的磁感应式曲轴位置传感器为例，说明其检测方法。 测量时，关闭点火开关，拔下曲轴/凸轮轴位置传感器的导线连接器，用万用表的电阻挡测量传感器上各端子间的电阻值（表4-1-3）。如电阻值不在规定的范围，就必须更换传感器。 表4-1-3 曲轴位置传感器的电阻值

（3）用数字万用表检测其电压信号 在发动机启动瞬间，大多数感应线圈应产生最小为0.25V的交流电压信号，用万用表的交流挡位，可检测出该电压信号。 4、将所测的数值填入表格并总结 （1）电阻的检测（接ECU）。在进行各组件检测时，应首先检查蓄电池电压是否正常，汽油泵继电器、保险丝是否正常。曲轴位置传感器电阻的检测见表4-1-4。 表4-1-4 曲轴位置传感器电阻的检测

（2）线路的检测 关闭点火开关，从ECU上拔下插头，再拔下要检测的组件插头，检测其接线的电阻，填写表4-1-4。检测时，为了避免损坏电子组件，要注意量程必须符合检测条件。 表4-1-4 线路的检测 (3)最终故障点：

任务测评 一、填空题 1、曲轴位置传感器的NE信号用于 。 2、霍尔式曲轴位置传感器一般有 和 两种。 2、霍尔式曲轴位置传感器一般有 和 两种。 3、 触发齿轮型霍尔式曲轴位置传感器安装在 。主要由位于曲轴飞轮上的 和装在飞轮（变速器前壳）上的 两部分组成。 4、霍尔式信号发生器由 、 和 等组成。 二、判断题 1、如果导体的运动方向平行于磁感应线方向，就有感应电流产生。这种产生感应电流的现象叫做电磁感应。 （ ） 2、曲轴位置传感器检测活塞上止点及曲轴转角，同时也测量发动机转速，并将其输入发动机ECU。 （ ） 3、光电传感器的外援内侧开有360条透光槽（窄槽），用来产生1信号，供供发动机电控单元计算曲轴转角和发动机转速。 （ ） 四、简答题 简述光电式曲轴位置传感器的工作原理。