第四節　凸輪軸位置傳感器

一、凸輪軸位置傳感器的作用和安裝位置

凸輪軸位置傳感器（CMP），又稱為凸輪軸轉角傳感器、相位傳感器、同步信號傳感器、缸位傳感器（CYP）、汽缸識別傳感器（CIS）、汽缸位置傳感器（CID），有的車上還稱為1缸上止點傳感器（No.1TDC）。

1.作用

凸輪軸位置傳感器的作用主要是檢測凸輪軸位置和轉角，從而確定第一缸活塞的壓縮上止點位置。在啟動時，發動機ECU根據凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器提供的信號，識別出各個汽缸活塞的位置和沖程，控制燃油噴射順序和點火順序，進行準確的噴油和點火控制。

2.安裝位置

凸輪軸位置傳感器一般安裝在凸輪軸罩蓋前端對著進排氣凸輪軸前端的位置。

二、磁電式凸輪軸位置傳感器

1.結構

豐田K3-VE發動機使用的是三銷磁電式凸輪軸位置傳感器，安裝于發動機1號進氣凸輪軸前端。因為該機型配備可變氣門系統，所以凸輪軸位置傳感器要進行汽缸識別和檢測VVT-i提前角的值兩項功能。其安裝位置與結構見圖2-50。

2.工作原理

1號進氣凸輪軸上的前端設置有三個正時銷，分別代表60°、180°、360°曲軸轉角，根據正時銷的輸出信號，ECU進行實際凸輪軸位置的檢測和汽缸識別，凸輪軸轉動時，正時銷與凸輪轉角傳感器間氣隙發生變化，從而改變通過凸輪轉角傳感器的磁通量，凸輪軸每轉動一圈產生3個脈沖，輸出波形如圖2-51所示。根據來自曲軸位置傳感器信號，1號凸輪軸相位被檢測，根據這個相位，可變氣門正時控制器發揮作用。

3.連接電路

豐田K3-VE發動機凸輪軸位置傳感器與ECU的連接電路如圖2-52所示。

4.檢測

（1）電阻檢測

冷態時（傳感器溫度為-10～50℃）凸輪軸位置傳感器電阻為835～1400Ω，熱態時（傳感器溫度為50～100℃）凸輪軸位置傳感器電阻為1060～1645Ω。

（2）解碼器檢查

利用DS-21診斷測試儀進行檢測，如果凸輪軸位置傳感器損壞或相關線路出現故障，會出現故障代碼P0340，或閃碼14，其原因可能有凸輪軸位置傳感器故障、凸輪軸位置傳感器線路開路或短路，或者ECU故障。

（3）示波器檢測

連接示波器，其輸出波形應與圖2-51相同。

三、霍爾式凸輪軸位置傳感器

1.觸發葉片型霍爾式凸輪軸位置傳感器

（1）結構

觸發葉片型霍爾式凸輪軸位置傳感器安裝在發動機進氣凸輪的一端，其結構如圖2-53所示。它主要由霍爾傳感器和信號轉子組成。它被廣泛使用于大眾轎車上。

信號轉子或叫觸發葉輪，安裝在進氣凸輪上，用螺栓和座圈固定。信號轉子的隔板又叫葉片，在隔板上有一個窗口，窗口對應產生的信號為低電平信號，隔板對應產生的信號為高電平信號。霍爾傳感器主要由集成電路、永久磁鐵和導磁片組成。

（2）工作原理

霍爾元件與永磁鐵之間有1mm的間隙，當信號轉子隨進氣凸輪軸一同轉動時，隔板和窗口從集成電路與永磁鐵之間的間隙中轉過。當信號轉子的隔板進入間隙時，霍爾集成電路中的磁場被旁路，霍爾元件上沒有磁力線穿過，霍爾電壓為零，集成電路輸出級三極管截止，傳感器輸出的信號電壓為高電位，約4.0V；當信號轉子的隔板離開間隙時，永磁鐵的磁通經導磁片和霍爾元件集成電路構成回路，這時產生的霍爾電壓約為2.0V，集成電路輸出級三極管導通，傳感器輸出的信號電壓為0.1V，為低電位。

發動機工作時，曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器產生的信號不斷地輸入ECU。當ECU同時接收到曲軸位置傳感器大齒缺對應的低電位信號（15°）和凸輪軸位置傳感器窗口對應的低電位信號時，可以識別出1缸活塞在壓縮上止點、4缸活塞處于排氣行程，并根據曲軸位置傳感器小齒缺對應輸出的信號控制點火提前角。由于凸輪軸位置傳感器與曲軸位置傳感器同時輸出信號，凸輪軸位置傳感器信號作為判缸信號，因此凸輪軸位置傳感器也稱為同步信號傳感器。

（3）電路連接

霍爾式凸輪軸位置傳感器與ECU的連接電路如圖2-54所示。該傳感器G40導線連接器有三個接線端子，1為傳感器電源正極端子；2為傳感器信號輸出端子；3為傳感器電源負極端子。這三個端子分別與ECU的62、76和67端子相連。

（4）檢測

當凸輪軸位置傳感器出現故障時，ECU可以檢測到故障信息，使用VAG1551或VAG1552故障診斷儀可以讀取傳感器的故障碼。故障碼顯示出凸輪軸位置傳感器有故障時，可以用萬用表檢查傳感器電源電壓和導線電阻進行故障的判定和排除。

①檢測傳感器電源電壓　斷開點火開關，拔下傳感器導線連接器插頭，用萬用表的正、負表筆分別與連接器1與3端子相連接，接通點火開關時，電壓應為4.5V以上。若電壓為零，說明線束存在斷、短路，或ECU有故障；當斷開點火開關后，應繼續檢查導線是否存在斷路或短路。

②檢測導線電阻　用萬用表的電阻擋檢查傳感器的1端子與ECU的62端子、傳感器的2端子與ECU的76端子、傳感器的3端子與ECU的67端子的電阻值，各導線間電阻值應不大于1.5Ω。若電阻過大或為無窮大，則說明線束接觸不良或導線斷路，應進行維修或更換線束。

再用萬用表電阻擋繼續檢查傳感器連接器端子1與2、3端子間電阻，或檢查ECU的62端子與76、67端子間電阻，測得的電阻均應為無窮大。若阻值不是無窮大，則說明導線存在短路，應進行更換。

2.觸發輪齒型霍爾式凸輪軸位置傳感器

（1）結構

觸發輪齒型霍爾式凸輪軸位置傳感器由雙軌信號轉子輪和霍爾傳感器組成，如圖2-55所示。

信號轉子輪有兩條并排軌道，并存在一定的距離。信號轉子輪上的軌道1和軌道2交錯分布著齒。霍爾傳感器內有兩個并排霍爾元件，分別是霍爾元件1和霍爾元件2，被稱為差分霍爾傳感器。軌道1與霍爾元件1對應產生一組信號，同樣，軌道2與霍爾元件2對應產生另一組信號。

（2）工作原理

雙軌信號轉子輪安裝在進氣凸輪軸的一端，隨進氣凸輪軸一起轉動。發動機工作過程中，當雙軌信號轉子輪軌道1的齒轉到霍爾元件1時，霍爾元件1產生一個高電平信號，霍爾元件2產生一個低電平信號，如圖2-56（a）所示。同理，當雙軌信號轉子輪軌道2的齒轉到霍爾元件2時，霍爾元件2產生一個高電平信號，霍爾元件1產生一個低電平信號，如圖2-56（b）所示。因為霍爾傳感器的兩個霍爾元件是總是產生不同的信號。ECU通過比較兩個信號，所以ECU能夠識別凸輪軸的位置及1缸活塞位置。

（3）電路

觸發輪齒型霍爾式凸輪軸位置傳感器與ECU連接電路如圖2-57所示。

（4）檢測

觸發輪齒型霍爾式凸輪軸位置傳感器的檢測與霍爾式凸輪軸位置傳感器的檢測一樣，在這里就不再贅述。

四、磁阻元件式凸輪軸位置傳感器

磁阻效應是指半導體材料的電阻值隨與電流相同或垂直方向的磁場強弱而變化的現象。在一個長方形半導體元件的兩端面通電，在無磁場時，電流電極間的電阻值取最小電流分布。當長方形元件處于磁場中時，由于兩電極間的電流路徑因磁場作用而加長，從而使電極間的電阻值增加。利用磁阻效應，可實現磁和電→電阻的轉換。對于非鐵磁性物質，外加磁場通常使電阻率增加，即產生正的磁阻效應，見圖2-58。

1.結構

磁阻元件式凸輪軸位置傳感器由信號發生器、磁鐵和用樹脂封裝的信號處理電路的集成電路模塊組成，見圖2-59。

2.工作原理

當傳感器的磁頭正對轉子凹槽時，磁力線向兩側的葉片分布構成閉合磁路，此時磁阻元件電阻較小，通過磁阻元件的磁力線較少，磁場強度較弱，且磁力線與磁阻元件成一定角度，如圖2-60（a）所示，此時磁阻元件輸出5V高電平信號；當磁阻傳感器的磁頭正對轉子葉片時，磁力線通過正對的葉片構成閉合磁路，此時磁阻元件電阻較大，通過磁阻元件的磁力線較多，磁場強度較強，且磁力線與磁阻元件垂直，如圖2-60（b）所示，此時磁阻元件輸出0V低電平信號。

隨著轉子的旋轉，葉片的凸起與凹槽交替變化，引起通過磁阻元件的磁力線的強弱和角度發生改變，由于磁阻效應的作用，磁阻元件的電阻也發生變化，通過磁阻元件的電流也隨之改變，這種電流的變化由信號放大電路、濾波電路和整形電路轉換成二進制數字信號，并傳給發動機ECU。發動機ECU根據此信號判別進、排氣凸輪軸位置。

3.連接電路

豐田轎車上的磁阻元件式凸輪軸位置傳感器與ECU的連接電路如圖2-61所示。

4.檢測

這里以豐田新皇冠車的磁阻元件式凸輪軸位置傳感器檢測為例介紹其檢測方法。

（1）工作電壓的檢測

關閉點火開關，斷開凸輪軸位置傳感器，旋轉點火開關至“ON”位置，用萬用表檢查VC端子與VV-之間的電壓，應為5V，若沒有5V電壓，應分別檢查與ECU間線路的連接情況，若線路正常，則發動機ECU有故障。

（2）參考電壓的檢測

關閉點火開關，斷開凸輪軸位置傳感器，旋轉點火開關至“ON”位置，用萬用表檢查VV+端子與VV-之間的電壓，應為4.6V，若沒有4.6V電壓，應檢查VV+與ECU間線路的連接情況，若線路正常，則發動機ECU有故障。

（3）波形檢測

在線路正常連接的情況下，使發動機運轉，用示波器檢測輸出信號，其標準波形如圖2-62所示。