第三節　曲軸位置傳感器

一、曲軸位置傳感器的作用和安裝位置

1. 作用

曲軸位置傳感器（CKP或CPS-Crankshaft Position Sensor），又稱為發動機轉速與曲軸轉角傳感器，其作用是采集曲軸轉動角度和發動機轉速信號，并輸入電子控制單元（ECU），以便確定噴射順序、噴射正時、點火順序、點火正時，并根據信號監測到的曲軸轉角波動的大小來判斷發動機是否有失火現象。

無曲軸位置傳感器信號，發動機ECU認為發動機沒有運轉，因此噴油器不能噴油。點火和噴油集中控制的電子控制發動機，還不能點火。所以，曲軸位置傳感器是計算機控制點火系統、發動機電子控制系統最重要的傳感器之一。

2.安裝位置

曲軸位置傳感器一般安裝于曲軸前端、分電器內、靠近飛輪的變速器殼體上三個位置，個別的車輛還有安裝于發動機缸體中部下側。曲軸位置傳感器常見的安裝位置如圖2-23所示。

二、磁脈沖式曲軸位置傳感器

1.豐田車系磁脈沖式曲軸位置傳感器

（1）結構

豐田公司TCCS系統使用轉子磁脈沖式曲軸位置傳感器，安裝在分電器內，其結構如圖2-24所示。該傳感器分上下兩部分，上部分產生G信號，下部分產生Ne信號。兩部分都是利用帶輪齒的轉子旋轉，使信號發生器內的線圈磁通變化，從而產生交變電勢，經放大后，將該信號輸入電子控制單元。

Ne信號用來檢測曲軸轉角和發動機轉速信號，它相當于輪齒式曲軸位置傳感器的1°信號。它由固定在分電器內下半部等間隔24個齒輪的轉子（即Ne正時轉子）及固定在輪齒轉子對面的感應線圈組合而成。

（2）工作原理

輪齒隨轉子的轉動而轉動，與感應線圈凸緣（即磁頭）的空氣間隙變化，使感應線圈的磁場變化而產生感應電動勢。輪齒靠近或遠離磁頭時，都會產生一次增減磁通的變化。每一個輪齒通過磁頭時，都會在感應線圈中產生一個完整的交流電壓信號。

Ne正時轉子上有24個齒，轉子轉一圈，即曲軸轉兩圈（720°）時，感應線圈產生24個交流信號，即Ne信號。Ne信號如圖2-25所示，它的一個周期的脈沖相當于30°曲軸轉角（720°÷24=30°）。更精確的轉角測量是利用30°轉角的時間，由ECU再均分30等份，產生1°曲軸轉角的信號。同時，檢測發動機的轉速，是由ECU依照Ne信號的兩個脈沖，即60°曲軸轉角所經過的時間為基準測量發動機的轉速。

G信號用于識別汽缸及檢測活塞上止點位置，這相當于輪齒磁脈沖式曲軸位置傳感器的120°信號。G信號是位于Ne信號發生器上方的凸緣輪（即G正時轉子）及其對面對稱的兩個感應線圈產生的，其結構如圖2-26所示。G信號的產生原理與Ne信號產生原理相同，G信號也用于作為Ne信號計算曲軸轉角的基準信號。

G1、G2信號分別用于檢測六缸及一缸上止點位置，由于G1、G2信號發生器設置的關系，當產生G1、G2信號時，實際上活塞并不是正好在上止點，而是在上止點前10°的位置。曲軸位置傳感器的G1、G2和Ne信號與曲軸轉角的關系如圖2-27所示。

（3）連接電路

曲軸位置傳感器與ECU的連接電路如圖2-28所示。

（4）檢測

①曲軸位置傳感器的電阻檢測　關閉點火開關，拔下曲軸位置傳感器連接器插頭，用萬用表的電阻擋測量曲軸位置傳感器上各端子間電阻，其電阻值應符合表2-6中的規定。如果電阻值不在規定范圍內，必須更換曲軸位置傳感器。

②檢查曲軸位置傳感器的輸出信號　拔下曲軸位置傳感器上的連接器，當發動機運轉時，用萬用表的電壓擋檢測曲軸位置傳感器上G1-G_、G2-G_、Ne-G_端子間是否有電壓脈沖信號輸出。如果沒有電壓脈沖信號輸出，則應更換曲軸位置傳感器。

③檢查感應線圈與正時轉子的間隙　用厚薄硅片測量正時轉子與感應線圈凸出部分的空氣間隙，其標準間隙為0.2～0.4mm，如圖2-29所示。若間隙不在規定范圍，則應調整或更換分電器總成。

2.大眾車系磁脈沖式曲軸位置傳感器

大眾轎車使用輪齒磁脈沖式曲軸位置傳感器G28，用它檢測發動機曲軸轉角和活塞上止點，并將檢測信號及時輸入發動機電子控制單元，用以控制點火時刻和噴油正時，同時也用于測量發動機的轉速。

（1）結構

磁脈沖式傳感器用螺釘固定在發動機缸體上，由傳感器磁頭、齒缺、信號轉子和連接器插頭組成，如圖2-30所示。線圈即為信號線圈，永磁鐵上帶有一個磁頭，磁頭與信號轉子相對安裝，磁頭與導磁板連接構成導磁回路。

在信號轉子的圓周上均勻制有58個凸齒、57個小齒缺和1個大齒缺，大齒缺輸出基準信號，對應1缸或4缸上止點前一定角度。大齒缺所占的弧度相當于兩個凸齒和3個小齒缺所占的弧度。所以每個凸齒和小齒缺所占的曲軸轉角均為3°，所以大齒缺所占的曲軸轉角為15°。

（2）原理

當信號轉子凸齒的中心線與磁頭對正時，磁通的變化率為零，在線圈中的感應電動勢為零；而當信號轉子的凸齒離開磁頭時，磁通量減少，感應電動勢為負值；而當信號轉子的凸齒接近磁頭時，凸齒與磁頭間的氣隙減小、磁通量增多，感應電動勢為正值。可知，信號轉子每轉過一個凸齒，傳感線圈中就產生一個交變電動勢，即一個最大值和一個最小值，感應線圈即輸出一個交變電壓信號。信號轉子上的大齒缺轉過磁頭時，輸出一個寬脈沖信號，該信號對應1缸或4缸上止點前一定角度。ECU接收到寬脈沖信號時，再根據凸輪軸位置傳感器輸入的信號最終判定是1缸還是4缸在上止點前。信號轉子上有58個凸齒，所以信號轉子每轉一轉，傳感器線圈就產生58個交變電壓信號，并輸入ECU，作為計算曲軸轉速和曲軸轉角的依據。

在發動機運行中，當曲軸位置傳感器出現故障時，會導致信號中斷，發動機立即熄火，這時電子控制單元可以診斷到故障并進行存儲。利用VAG1551或VAG1552故障診斷儀，通過故障診斷插座可以讀取故障信息。對于曲軸位置傳感器的檢測，主要測量各端子間電阻、信號轉子凸齒與磁頭間間隙等。

（3）電路連接

曲軸位置傳感器與ECU的電路連接如圖2-31所示。端子1為轉速與轉角正極，與ECU的56端子相連；端子2為轉速與轉角的負極，與ECU的63端子相連；端子3為屏蔽線端子，與ECU的67端子相連。

（4）測量

①檢查曲軸位置傳感器的電阻　關閉點火開關，拔下傳感器連接器插頭，按圖2-31進行，檢查傳感器上1與2端子間電阻，應為450～1000Ω。若電阻為無窮大，說明信號線圈存在斷路，應更換傳感器。檢查傳感器上1或2端子與屏蔽線端子3之間的電阻，阻值應為無窮大。如果電阻不是無窮大，則應更換傳感器。

②檢查傳感器與ECU之間的連接線束　分別檢查1與56端子、2與63端子、3與67端子間的電阻值，應不超過1.5Ω。如果電阻為無窮大，說明存在導線斷路或接觸不良，需進行維修。

③檢查信號轉子與磁頭間間隙　用厚薄規片檢查信號轉子與磁頭間間隙，標準值為0.2～0.4mm。若有變化，需進行調整。

3.日產車系磁脈沖式曲軸位置傳感器

（1）結構

日產車系的輪齒磁脈沖式曲軸位置傳感器由輪齒式信號盤、磁頭、線圈、脈沖成形電路、連接器等組成，如圖2-32所示。它安裝在曲軸前端的帶輪之后。在帶輪后端有一個帶細齒的薄齒盤，即信號盤。信號盤和曲軸帶輪一起安裝在曲軸上，與曲軸一起旋轉。在信號盤的外緣，沿圓周每隔4°加工一個齒，共90個齒。此外，每隔120°布置一個凸緣，共3個。安裝在信號盤邊沿的傳感器盒是產生信號的發生器，在內部有3個繞有線圈的永磁鐵磁頭，其中磁頭A和磁頭C共同產生曲軸1°信號，磁頭B產生120°信號。磁頭A和磁頭C對著信號盤的齒圈，磁頭A相對于磁頭C間隔3°曲軸轉角位置。磁頭B對著信號盤的120°凸緣。信號發生器內有信號形成與放大電路，外部有四孔連接器，1#端子為120°信號輸出，2#端子為信號形成與放大電路的電源孔，3#端子為1°信號輸出線，4#端子為接地線。通過連接器將曲軸位置傳感器的感應信號輸入電子控制單元。

（2）原理

發動機運轉時，信號盤的齒和凸緣切割磁場的磁感線，使繞在磁鐵上的感應線圈產生感應電動勢，經濾波整形后，形成脈沖信號，如圖2-33所示。曲軸每轉一圈，在磁頭B上產生120°脈沖信號，在磁頭A和C上交替各產生90個脈沖信號。

因為磁頭A和C相隔3°，而磁頭A和C又都是每隔4°產生一個脈沖信號，所以磁頭A和C產生的脈沖信號實際上存在90°相位差，將這兩個信號送入信號形成與放大電路合成信號，即產生曲軸1°轉角信號，如圖2-34所示。

產生120°信號的磁頭B安裝在上止點前70°的位置，如圖2-35所示。該信號也叫作上止點前70°信號，即發動機在運轉時，各缸上止點前70°均由磁頭B產生一個脈沖信號。

4.別克車系磁脈沖式曲軸位置傳感器

別克轎車有兩種類型曲軸位置傳感器，分別為24X曲軸位置傳感器和7X曲軸位置傳感器。其中7X曲軸位置傳感器屬于磁脈沖式曲軸位置傳感器，是利用磁感應的原理制成的。它主要作用是測定發動機高速運轉時曲軸的位置和發動機的轉速。

（1）結構

7X曲軸位置傳感器的信號盤鑄在曲軸上的一個特殊的輪上，有7個加工的切槽，其中6個槽以60°間隔均勻分布，第7個槽距離前一個槽為10°，如圖2-36所示。

（2）原理

當發動機轉動時，7X曲軸位置傳感器的信號盤的齒和凸緣引起通過信號發生器中感應線圈的磁場發生變化，從而在感應線圈里產生交變的電動勢，經濾波整形后，即變成脈沖信號，此脈沖信號輸入ECU后，ECU用來計算曲軸位置和發動機轉速。

（3）檢測

①檢測電阻值　關閉點火開關，拔下7X曲軸位置傳感器的2芯插頭。用萬用表電阻擋測量曲軸位置傳感器的電阻值，應在800～1000Ω之間。

②檢測脈沖信號　將傳感器拆下，用一根鐵棒或一塊磁鐵迅速靠近或者離開傳感器，同時用萬用表測量兩接線柱之間有無脈沖感應電壓的產生。如沒有感應電壓或感應電壓很微弱，說明傳感器有故障，應更換。

③檢測線束導通性　關閉點火開關。分別拔下點火控制模塊上的3芯插頭和7X曲軸位置傳感器的2芯插頭。用萬用表電阻擋測量點火控制模塊上3芯插頭的A端子與傳感器2芯插頭的A端子之間的電阻值，如圖2-37（a）所示。用萬用表電阻擋測量ICM上3芯插頭的C端子與傳感器2芯插頭的B端子之間的電阻值，如圖2-37（b）所示。所測阻值均應小于0.5Ω。

三、光電式曲軸位置傳感器

1.結構

光電式曲軸位置傳感器一般安裝在分電器內（無分電器則一般安裝在凸輪軸左前部），由帶縫隙、光孔的信號盤和信號發生器組成，如圖2-38所示。

信號盤安裝在分電器軸上，和分電器軸一起隨曲軸轉動，其結構如圖2-39所示。它的外圍均勻分布著360條縫隙（即透光孔），用于產生1°信號。對于6缸發動機，在信號盤外圍稍靠內的圓上，均勻分布著6個間隔60°的透光孔，分別產生120°曲軸轉角信號，其中有一個較寬的光孔是用于產生第1缸上止點對應的120°信號縫隙。

信號發生器安裝在分電器殼體上，它由兩只發光二極管、兩只光電二極管和電子電路組成，如圖2-40所示。兩只發光二極管分別正對著兩只光電二極管，信號盤在發光二極管和光電二極管之間。

2.工作原理

光電式曲軸位置傳感器是利用發動機曲軸運轉帶動分電器軸和信號盤轉動，使發光二極管發出的光線通過信號盤上（邊緣刻有小孔），產生交替變化的透光和遮光，從而使光電二極管導通與截止產生脈沖電壓信號的原理制成的。

當信號發生器中的發光二極管的光束通過信號盤的小孔照射到與其正對的光敏二極管上時，光電二極管感光導通產生電壓信號；當發光二極管的光束被信號盤遮擋時，光電二極管截止，產生的電壓為零，如圖2-41所示。因為信號盤邊緣刻有360個小孔，所以信號盤每旋轉一圈將產生360個脈沖電壓信號，其中一個脈沖信號代表曲軸2°角轉角（分電器轉一周曲軸轉2周即曲軸轉720°），其中一個脈沖信號又由一個高電壓信號（光電二極管導通時產生的）和一個零電壓信號（光電二極管截止時產生的）組成，因此它們便分別代表曲軸1°轉角。120°轉角產生的原理相同，由小孔里面的6個光孔產生，產生的信號表示活塞位于上止點位置時的曲軸位置。將光電二極管產生的脈沖電壓信號經電子電路放大后，便向ECU輸入曲軸轉角的1°信號和120°信號。由于信號發生器安裝位置的關系，120°信號并不是指活塞上止點時曲軸位置，而是在活塞上止點前70°曲軸位置。

3.連接電路

如圖2-42所示是日產千里馬轎車曲軸位置傳感器與ECU的連接電路。

4.檢測

這里以日產千里馬轎車的曲軸位置傳感器為例對曲軸位置傳感器的檢測方法進行介紹，電路圖如圖2-42所示。

（1）檢查電源電壓

接通點火開關，測量端子a與地線之間的電壓，正常時應為蓄電池電壓。如電壓正常，應進一步檢查輸入信號。

（2）檢查ECU與傳感器之間的導線導通情況

關閉點火開關，拔下傳感器接線器，拆下ECU、SMJ接線器，檢查ECU接線器49號、59號端子與端子a之間是否導通，正常時應導通，即所測阻值小于1.5Ω。

（3）檢查輸入信號

啟動發動機，用萬用表或示波器檢查ECU端子41、51（120°信號端子）及端子42、52（1°信號端子）的信號。正常時應有脈沖信號，如無脈沖信號或脈沖信號缺損，則需更換傳感器。

（4）檢查ECU與傳感器之間的導線和接線器的導通情況

發動機熄火，拔下傳感器和ECU、SMJ的接線器，檢查ECU接線器端子41、51與端子b，端子42、52與端子c間是否導通，正常時應導通。若導通正常，則應繼續檢查曲軸位置傳感器，若不通，應修理或更換配線或接線器。

（5）檢查搭鐵回路

熄火，斷開傳感器和ECU、SMJ的連接器，檢測d端子與搭鐵間是否導通，正常時應導通，如不通，則應檢測配線或接線器。

四、霍爾式曲軸位置傳感器

霍爾式曲軸位置傳感器是利用霍爾效應產生與曲軸轉角相對應的電壓脈沖信號的原理制成的。曲軸位置傳感器分為觸發葉片式和觸發輪齒式兩種。

霍爾效應是指把一塊金屬或半導體薄片垂直放在磁感應強度為B的磁場中，沿著垂直于磁場方向通過電流I，會在薄片的另一對側面間產生電動勢UH，如圖2-43所示。所產生的電動勢稱為霍爾電動勢，這種薄片（一般為半導體）稱為霍爾片或霍爾元件。

1.觸發葉片式霍爾曲軸位置傳感器

（1）結構

觸發葉片式霍爾曲軸位置傳感器主要由觸發葉輪、霍爾集成電路、磁軛（導磁鋼片）和永久磁鐵組成，如圖2-44所示。而集成電路又由霍爾元件、放大電路、穩壓電路、溫度補償電阻、信號變換電路和輸出電路組成。觸發葉輪安裝在轉子軸上，隨轉子軸一起轉動，葉輪上制有葉片；當曲軸帶動轉子軸轉動時，觸發葉輪隨其一起轉動，葉片便在霍爾集成電路與永久磁鐵之間轉動。

（2）工作原理

觸發葉片式霍爾曲軸位置傳感器工作原理如圖2-45所示。

當曲軸轉動并帶動轉子軸轉動時，觸發葉輪隨轉子軸一起轉動，觸發葉輪的葉片便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉過。

當葉片進入氣隙時，霍爾集成電路中的磁場被葉片旁路，如圖2-45（a）所示，此時霍爾元件產生的霍爾電壓為零，集成電路輸出級的三極管截止，傳感器輸出一個高電平信號電壓U0。

當葉片離開氣隙時，永久磁鐵的磁通便經過霍爾集成電路和導磁鋼片構成回路，如圖2-45（b）所示，此時霍爾元件產生霍爾電壓UH，霍爾集成電路輸出級的三極管導通，傳感器輸出一個低電平電壓信號U0。

ECU便根據輸入的脈沖信號計算出曲軸的轉角及活塞上止點位置，從而對發動機的點火和噴油時刻進行控制。

2.觸發輪齒式霍爾曲軸位置傳感器

（1）結構

觸發輪齒式霍爾曲軸位置傳感器一般都是由霍爾信號發生器和信號轉子兩個基本元件組成。但在不同車系的觸發輪齒式霍爾曲軸位置傳感器會略有差別，如圖2-46所示是大眾汽車上的觸發輪齒式霍爾曲軸位置傳感器。

（2）工作原理

為了更好地說明觸發輪齒式霍爾曲軸位置傳感器的工作原理，此處以北京切諾基吉普的觸發輪齒式霍爾曲軸位置傳感器為例對此種類型的傳感器結構原理進行進一步的介紹。

北京切諾基吉普的觸發輪齒式霍爾曲軸位置傳感器的結構如圖2-47所示。4缸發動機所用的曲軸位置傳感器與6缸發動機所用的略有差異。

在2.5L4缸發動機的飛輪上有8個槽，分為兩組，4個槽為一組，兩組相隔180°，每組中的每個槽相隔20°。在4.0L6缸機的飛輪上有12個槽，4個槽為一組，分為3組，每組相隔120°，每組中的每個槽也相隔20°。

當切諾基吉普飛輪的凹槽（飛輪為信號轉子）通過傳感器的信號發生器時，霍爾傳感器向外輸出5V高電位；當飛輪凹槽間的金屬凸齒與傳感器信號發生器成一直線時，霍爾傳感器輸出0.3V低電位。每當飛輪從一個凸齒轉到另一個凸齒經過傳感器信號發生器時，傳感器便產生一個高低電位脈沖信號。當飛輪上的每組齒槽通過傳感器信號發生器時，傳感器將產生4個脈沖信號。4缸發動機每轉一周產生兩組脈沖信號，6缸發動機飛輪每轉一周傳感器產生三組脈沖信號。ECU根據傳感器輸入的脈沖信號即可計算出曲軸的位置及發動機的轉速。

與此同時傳感器提供的每組脈沖信號可被ECU用來確定兩缸活塞的位置。例如，在4缸發動機上，利用一組脈沖信號，可知1缸活塞和4缸活塞接近上止點，利用另一組脈沖信號，可知2缸活塞和3缸活塞接近上止點。同樣，在6缸發動機上，利用一組脈沖信號，在同一時間內可知1與6、2與5、3與4缸活塞接近上止點。由于信號盤與霍爾位置傳感器的信號發生器的位置關系，ECU從接收每一組脈沖信號的第一個脈沖信號的上升沿開始，能確定有兩缸的活塞正在向上止點運動，6缸發動機也一樣。由于第4個脈沖信號的下降沿與活塞位于上止點前4°位置相對應，因此，ECU根據一組脈沖信號的第一個脈沖信號的下降沿，就能確定正在向上止點運動的兩個活塞的位置，但不能確定是哪個缸的活塞，也不能對這兩個缸的工作行程進行判斷，所以還需要一個汽缸判斷信號，即還需要一個同步信號發生器。

（3）連接電路

圖2-48所示切諾基吉普霍爾曲軸位置傳感器與ECU的連接電路。

（4）測量

這里以切諾基吉普霍爾曲軸位置傳感器為例介紹霍爾曲軸位置傳感器的檢測方法。

切諾基吉普霍爾曲軸位置傳感器與線束插頭為三端子插頭，插頭上有A、B、C三個端子，如圖2-49所示。A端子為電源端子，連接ECU插座端子7#；B端子為信號輸出端子，連接ECU插座端子24#；C端子為搭鐵端子，連接ECU插座端子4#，如圖2-48所示。曲軸位置傳感器的檢測方法如下。

①檢測傳感器電源電壓

a.檢測傳感器電源電壓　點火開關置于“ON”，用萬用表電壓擋測量ECU側7#端子與4#端子間的電壓，應為8V，測量傳感器接頭端子“A”與“C”間的電壓，其值也應為8V，否則為電源線斷路或接頭接觸不良。

b.檢測傳感器輸出信號電壓　用萬用表的電壓擋對傳感器的A、B、C三個端子間的電壓進行測試。當點火開關置于“ON”時，A-C端子間的電壓值應為8V；發電機轉動時，B-C端子間的電壓值應在0.3～5V之間變化，且數值顯示應呈脈沖性變化，最高電壓為5V，最低電壓為0.3V。若無脈沖電壓或電壓值不在此范圍內，則應更換曲軸位置傳感器。

②檢測傳感器端子電阻　點火開關置于“OFF”位置，拔下曲軸位置傳感器導線連接器，用萬用表電阻擋測量端子A-B或A-C間的電阻值，此時萬用表應顯示∞（開路）。若指示有電阻，則應更換曲軸位置傳感器。