李晨光，王茂美

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，北京 100084）

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曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器原理及檢測

李晨光，王茂美

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，北京 100084）

摘 要：文章針對應(yīng)用較廣的磁電式傳感器和霍爾式傳感器展開論述，介紹兩者的工作原理和區(qū)別，并以伊蘭特車型的曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器展開研究，通過檢測確認伊蘭特車型的曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的型式及工作原理。

關(guān)鍵詞：傳感器；磁感應(yīng)原理；霍爾元件；霍爾電壓

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.058

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-162-03

引言

曲軸位置傳感器CKPS，又稱發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角位移，給ECU提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和曲軸轉(zhuǎn)角信號，作為燃油噴射和點火控制的主控信號。常與凸輪軸位置傳感器CMPS配合使用，CMPS用于給ECU提供凸輪軸轉(zhuǎn)角基準位置（第一缸壓縮上止點）信號，也作為燃油噴射控制和點火控制的主控信號。

曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器常用磁電式和霍爾式，兩者有什么不同？伊蘭特汽車發(fā)動機采用何種型式的曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器，下面我們依此展開討論和研究。

1、磁電式和霍爾式傳感器的工作原理

1.1 磁電式傳感器工作原理[1]

E: 感應(yīng)電動勢；

N: 導(dǎo)電回路中線圈的匝數(shù)；

如圖1所示，信號盤安裝在曲軸或凸輪軸上，并隨之轉(zhuǎn)動，信號盤上均制有若干凸齒和齒槽（特殊：一寬齒槽或裝一銷釘），信號盤形狀決定了信號波形。永磁鐵安裝在信號盤的邊緣，產(chǎn)生永磁場，穿過信號盤、電磁線圈等。電磁線圈：當磁場變化時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，輸出信號。

圖1 磁電式傳感器結(jié)構(gòu)

電磁式曲軸位置或凸輪軸位置傳感器的核心元件是一個電磁線圈，該線圈纏繞在一個永久性磁鐵上，它螺栓固定在傳感器安裝支架上，繞組的兩端與電器引線相連接，如圖2所示。

圖2 電磁式曲軸位置傳感器結(jié)構(gòu)

圖3 磁電式傳感器產(chǎn)生信號

當信號轉(zhuǎn)子隨曲軸或凸輪軸轉(zhuǎn)動時，線圈會感應(yīng)出如圖3所示的交變電壓信號。由以上所知，磁電式傳感器的工作不需要供電端，僅需兩個端子即可，即信號端和搭鐵端，磁電式傳感器可以測出電阻值。

1.2 霍爾式傳感器工作原理[2]

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，由霍爾元件、永久磁鐵、電子電路和齒圈組成，如圖4所示。

圖4 霍爾傳感器組成

如圖4（a）所示霍爾元件置于永久磁場B中，磁場B垂直于霍爾元件，當有電流I流過霍爾元件時，在垂直于電流I和磁場B的方向?qū)a(chǎn)生感應(yīng)電動勢U。當圖4（b）的齒圈置于霍爾元件和磁場之間（圖4（c）），并隨曲軸或凸輪軸轉(zhuǎn)動時，霍爾元件兩端感應(yīng)出如圖4（d）所示的方波信號。由此可知，霍爾傳感器工作需要供電端、信號端和接地端，霍爾式傳感器電阻值不可測。

2、磁感應(yīng)式和霍爾式傳感器的區(qū)別

在汽車工程領(lǐng)域，磁電式傳感器主要用于轉(zhuǎn)速的測量，當轉(zhuǎn)速變化較小時，輸出變量也很小，可見磁電式傳感器的低速特性不好。所以磁電式傳感器多用于發(fā)動機轉(zhuǎn)速 / 上止點位置傳感器上。

由霍爾原理可知, 霍爾傳感器的輸出電壓 U 與被測物體的運動速度無關(guān), 因此它的高、低速特性都很好，汽車上的車速傳感器大多采用霍爾式傳感器。

磁電式傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是其輸出信號的幅值隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，若速度過慢，其輸出信號低于 1V，電控單元就無法檢測。 當轉(zhuǎn)速過高時，傳感器的頻率響應(yīng)又跟不上，而且磁電式傳感器的抗電磁波干擾能力差。

霍爾式傳感器的輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響，它的頻率響應(yīng)也高，而且霍爾式傳感器的抗電磁波干擾能力也強，但是霍爾式傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。如圖5是霍爾式傳感器在實車的安裝圖。

圖5 奧迪1.8T發(fā)動機曲軸位置傳感器

3、伊蘭特發(fā)動機曲軸位置和凸輪軸位置傳感器的型式

3.1 伊蘭特凸輪軸位置傳感器在實車的安裝圖

圖6 傳感器實車安裝圖

3.2 伊蘭特凸輪軸位置傳感器工作原理圖

圖7 傳感器工作原理圖

3.3 伊蘭特凸輪軸位置傳感器的阻值檢測

將點火開關(guān)置于OFF位置，用萬用表測量傳感器插座的2號端子與3號端子（接地）間的阻值為15.81MΩ，如圖8所示。

圖8 傳感器阻值檢測

3.4 曲軸位置和凸輪軸位置傳感器的波形分析[3]

連接專用示波器或發(fā)動機分析儀，將波形測試探針插入傳感器信號輸出端子。起動發(fā)動機，依據(jù)示波器菜單操作提示，進入該傳感器波形測試狀態(tài)，讀取并分析傳感器波形。如圖9所示。

圖9 傳感器波形分析

曲軸位置傳感器的波形隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而頻率增加，電壓為2.3—2.5V，且基本不隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而變化。

3.5 傳感器型式確認

通過圖6傳感器實車安裝圖，可以看出伊蘭特凸輪軸位置傳感器的型式跟磁電式傳感器結(jié)構(gòu)組成相似，唯有不同的是此傳感器有三個端子。通過圖7的工作原理圖發(fā)現(xiàn)此傳感器與磁電式傳感器的原理不符。通過對阻值的測量發(fā)現(xiàn)此傳感器阻值為很大，排除磁電式傳感器的可能。通過波形的測試,傳感器輸出為方波信號，與霍爾傳感器相符。但是實物圖上可以看出，此傳感器結(jié)構(gòu)與霍爾式相去甚遠。無論定義為磁電式還是霍爾式都是矛盾的，那到底是哪一種型式的傳感器呢？

通過多方面資料的查詢和咨詢傳感器生產(chǎn)廠家，最后得知此傳感器的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生信號的原理完全是磁電式，但是對輸出電路進行了改進，使其輸出方波信號。集成電路的工作需要供電，所以此傳感器有三個端子，結(jié)構(gòu)形式仍然是磁電式。此傳感器汲取了磁電式和霍爾式傳感器的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于北京現(xiàn)代不同車型的發(fā)動機上。

4、總結(jié)

本文對磁電式和霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及原理進行了分析，通過實際測試獲取伊蘭特車型曲軸位置和凸輪軸位置傳感器的電阻和波形并進行分析，最終得知該車型的曲軸位置和凸輪軸位置傳感器是在傳統(tǒng)磁電式傳感器的基礎(chǔ)上進行了輸出電路的改進，有三個端子（供電端、信號端和接地端），輸出信號為方波信號，很接近霍爾式傳感器的工作原理，但與霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)型式有很大不同。

參考文獻

[1] 魏冬至,張紅梅.淺談磁電式與霍爾式速度傳感器在汽車上的區(qū)別.[J].科學(xué)之友2007,（7）:51.

[2] 何濤.霍爾式傳感器的信號調(diào)理電路,[J].傳感器技術(shù).2001(20):17. [3] 校本教材.發(fā)動機構(gòu)造與維修.北京市工業(yè)技師學(xué)院.

Principle and detection of crankshaft position sensor and camshaft position sensor

Li Chenguang, Wang Maomei
（Automotive Engineering College, Beijing Polytechnic, Beijing 100084）

Abstract:This article launches the elaboration on the widely used magnetoelectric sensor and hall sensor, introduce the principle and difference. and study the crankshaft position sensor and camshaft position sensor of Elantra models. Conform the type and principle of Elantra crankshaft position sensor and camshaft position sensor by detecting.

Keywords:sensor magnetic; induction principle; Holzer element; Holzer voltage

作者簡介：李晨光，就讀于北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院14汽修（奔馳）2班。主要研究方向發(fā)動機常見故障維修。王茂美，就職于北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院。主要研究方向汽車節(jié)能與環(huán)保。

中圖分類號：U463.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-162-03