1、第4章 位置传感器,4.1 概述 4.2 曲轴位置传感器 4.3 节气门位置传感器 4.4 光电车高传感器和转角传感器 4.5 液位传感器 4.6 溢流环位置传感器 4.7 其他位置传感器,4.2 曲轴位置传感器,【地位】是电喷发动机特别是集中控制系统中最重要的传感器，也是点火系统和燃油喷射系统共用的传感器。 【作用】 检测发动机曲轴转角和活塞上止点，并将检测信号及时送至发动机电脑，用以控制点火时刻（点火提前角）和喷油正时。 是测量发动机转速的信号源。,【名称】发动机转速与曲轴位置传感器曲轴位置/判缸/转速传感器点火信号发生器 【分类】 1、按安装位置分 曲轴前端 凸轮轴前端 飞轮上或分电器内
2、,2、按产生信号的原理分 磁脉冲式 光电式 霍尔式,磁脉冲式,电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器：本田车,信号轮,1-输出信号 2-光敏二极管 3-发光二极管 4-电源 5-转盘 6-转子头盖 7-密封盖 8-波成形电路 9-第一缸120信号缝隙 10-10信号缝隙 11-120信号缝隙,光电式,1-霍尔半导体元件 2-永久磁铁 3-挡隔磁力线的叶片,霍尔式,一、磁脉冲式曲轴位置传感器 （一）结构、原理 该传感器应用最广泛，如日产车系、丰田车系、韩国大宇轿车等。现以日产车系为例:【安装位置】曲轴前端的带轮之后（丰田车系安装在分电器内）【结构】如图所示,磁感应式传感器的结构,电磁式凸轮轴/曲轴位置传感
3、器：本田车,信号轮,1、信号盘 （1）在带轮后设置一个带有细齿的薄圆盘，用以产生信号，常称为信号盘。 （2）信号盘和曲轴皮带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。,（3）在信号盘的外缘，沿着圆周每隔4有个齿。共有90个齿，并且每隔120布置1个凸缘，共3个。,2、信号发生器 （1）安装在信号盘边沿的传感器盒，是用来产生电信号的。,（2）信号发生器内有3个在永久磁铁上绕有感应线圈的磁头，其中磁头产生120（即G信号）信号；磁头和磁头共同产生曲轴1（即Ne信号）信号。,（3）120与1信号的作用 120信号（即G信号） ：判别何缸何时处于活塞上止点位置，以确定喷油正时和点火正时。 1信号（即Ne信号）
4、 ：感知曲轴转角和发动机转速，以确定每次循环符合最佳空燃比的喷油量。,（4）磁头对着信号盘的120凸缘，磁头和磁头对着信号盘的齿圈，彼此相隔了曲轴转角安装。,（5）信号发生器内有信号放大和整形电路，外部有四孔连接器，孔“1”为120信号输出线，孔“2”为信号放大与整形电路的电源线，孔“3”为1信号输出线，孔“4”为接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器中产生的信号输送到ECU。,【工作原理】 发动机转动时，信号盘的齿和凸缘切割磁头，使其感应线圈内磁场变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，再将其滤波整形后，变成脉冲信号。,发动机旋转一圈，在磁头上产生3个120脉冲信号，磁头和各产生相位差4的90
5、个脉冲信号（交替产生）。,由于磁头和磁头相隔3曲轴转角安装，而它们又都是每隔4产生一个脉冲信号，所以磁头和磁头所产生的脉冲信号相位差正好为90。,将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路中合成后，即产生180个脉冲1的信号。,【备注】 1、1信号的产生原理（即Ne信号） （1）1信号是由信号盘外周的齿切割传感器的两个传感头（ 和 ）所产生的磁力线而产生的。,（2）信号盘旋转时，当传感头和信号盘的齿A相对时，线圈上产生正电压，当齿转过2，传感头与槽B相对时，线圈上产生负电压。,（3）因为已经设定了齿与槽之间的间隔为2，所以每隔2传感头上就会产生正负电压信号（即产生脉冲的周期为4）。,（4）此外，传
6、感头和传感头之间相隔奇数度（即3），所以信号盘的槽与齿每转过1角后，就与传感头相对，将传感头和产生的信号叠加起来，就变为：每当曲轴角度转过1角时，就会产生正或负的信号。,2、120信号的产生原理（即G信号） （1）120信号是检测活塞位置的信号，在信号盘的外周设有3个凸起，其间隔为120。,（2）当凸起切割传感头所产生的磁力线时，传感头的线圈上就会产生脉冲，与1信号产生的原理相同。,（二）检测 1、开路检测法关闭点火开关，拔下传感器插头，用万用表R*10档测量传感器感应线圈的电阻值，测量值应符合原厂规定，具体查看相关资料。其电阻值一般在300-1500之间。,2、在路检测法 （1）用万用表AC
7、电压档测量其输出电压，起动时应高于0.1V；运转时应为0.4-0.8V。 （2）用频率表测其工作频率。 （3）用示波器检测其输出信号波形，检测方法在第十章介绍。 （4）如果在传感器上能检测到电压信号，而在ECU连接器上检测不到信号，则应检测传感器至ECU之间的导线及插头。,（三）具体车型检测示例 1、本田市民（civie）轿车曲轴位置传感器的检测方法本田市民轿车曲轴位置（CKP）传感器、上止点位置（TDC）传感器和气缸判别（CYP）传感器均装在分电器内。,CKP：确定每个气缸的喷油和点火正时，也用来测定发动机的转速。 TDC：确定起动时的点火正时 CYP：确定气缸的位置，以便燃油按点火顺序喷入
8、各个气缸。检测方法：略,2、日本铃木奥拓汽车曲轴位置传感器的检测方法,（1）关闭点火开关，找到曲轴位置传感器。 （2）如图所示，用塞尺检查曲轴转角传感器的空气隙，其规定值为0.2-0.4mm。,（3）用万用表检查电阻，检查结果应符合附录中的值。否则应进行修理或更换分电器总成。,3、皇冠3.0轿车2JZ-GE型汽车曲轴位置传感器的检测方法 曲轴位置传感器电路如下图所示,使用的是转子磁脉冲式曲轴位置传感器，以此为例说明该传感器在电子点火电路中的检测方法，下图为发动机电子点火电路,当进行故障诊断时： A、应先检查曲轴位置传感器连接线路，是否存在连接不牢； B、是否存在断路故障。 C、在没有确定曲轴位
9、置传感器本身存在故障时，切不可盲目拆卸分电器及曲轴位置传感器。,磁脉冲式曲轴位置传感器的常见故障是： A、信号发生器感应线圈短路、断路； B、转子轴磨损、摆动； C、感应线圈与导磁铁心组件移动，使转子和磁头之间的气隙不当，使信号减弱或没有信号产生； D、正时转子轮齿间填充有脏物，使输出信号异形、不准确等。,（1）曲轴位置传感器的电阻检测点火开关OFF，拔开曲轴位置传感器的插头，用万用表的电阻档测量曲轴位置传感器上各端子间的电阻值（下表）。如电阻值不在规定的范围内，必须更换曲轴位置传感器。,（2）曲轴位置传感器输出信号的检查拔下曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时，用万用表的电压档检测曲轴
10、位置传感器上G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子间是否有脉冲电压信号输出。,如没有脉冲电压信号输出，则须更换曲轴位置传感器。,（3）感应线圈与正时转子的间隙检查用塞尺（也叫厚薄规）测量正时转子与感应线圈凸出部分的空气间隙，其间隙应为0.2-0.4mm。若间隙不合要求，则须调整或更换分电器总成。,4、捷达GT、GTX、桑塔纳2000GSi型轿车曲轴位置传感器的检测捷达GT、GTX、桑塔纳2000GSi型轿车使用轮齿磁脉冲式曲轴位置传感器G28，用它检测发动机曲轴转角和活塞上止点，并将检测信号及时输人发动机电子控制单元，用以控制点火时刻和喷油正时，同时也用于测量发动机的转速。,曲轴位置传感器安装
11、在气缸体左侧、发动机后端靠近飞轮处，如下图所示：,1曲轴位置传感器连接器（灰色）；2：1号爆震传感器连接器（白色）； 3：氧传感器连接器（黑色）,曲轴位置传感器的结构，如下图所示：,1缸体；2-齿缺（基准标记）；3-传感器磁头；4信号转子,磁脉冲式传感器用螺钉固定在发动机缸体上，由永磁铁、线圈和连接器插头组成。 线圈即为信号线圈，永磁铁上带有一个磁头，磁头与信号转子相对安装，磁头与导磁板连接构成导磁回路。,1缸体；2-齿缺（基准标记）；3-传感器磁头；4信号转子,大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占的弧度。 所以每个凸齿和小齿缺所占的曲轴转角均为3，而大齿缺所占的曲轴转角为15,在信
12、号转子的圆周上均匀制有58个凸齿、57个小齿缺和一个大齿缺，大齿缺输出基准信号，对应1缸或4缸上止点前一定角度。,曲轴位置传感器G28与ECU控制单元J220的连接关系如图所示：,端子1为转速与转角正极，与ECU的56端子相连； 端子2为转速与转角的负极，与ECU的63端子相连； 端子3为屏蔽线端子，与ECU的67端子相连。,工作过程： 当信号转子凸齿的中心线与磁头对正时，磁通的变化率为零，在线圈中的感应电动势为零； 当信号转子的凸齿离开磁头时，磁通量减少，感应电动势为负值；,当信号转子的凸齿接近磁头时，凸齿与磁头间的气隙减小，磁通量增多，感应电动势为正值。,因此，信号转子每转过一个凸齿，传感
13、线圈中就产生一个交变电动势，即一个最大值和一个最小值，感应线圈即输出一个交变电压信号。 信号转子上的大齿缺转过磁头时，输出一个宽脉冲,信号，该信号对应1缸或4缸上止点前一定角度。 ECU接收到宽脉冲信号时，再根据凸轮轴位置传感器输入的信号最终判定是1缸还是4缸在上止点前。,信号转子上有58个凸齿，所以信号转子每转一转，传感器线圈就产生58个交变电压信号，并输入ECU，作为计算曲轴转速和曲轴转角的依据。,在发动机运行中，当曲轴位置传感器出现故障时，会导致信号中断，发动机立即熄火，这时电子控制单元可以诊断到故障并进行存储。利用故障诊断仪，可以读取故障信息。,对于曲轴位置传感器的检测，主要测量各端子
14、间电阻、信号转子凸齿与磁头间间隙等。,（1）曲轴位置传感器的电阻检查 关闭点火开关，拔下传感器连接器插头，按图进行，,检查传感器上1与2端子间电阻，应为4501000。若电阻为无穷大，说明信号线圈存在断路，应更换传感器。,检查传感器上1或2端子与屏蔽线端子3之间的电阻，阻值应为无穷大，如果电阻不是无穷大，则应更换传感器。,（2）检查传感器与ECU之间的连接线束分别检查1与56端子，2与63端子，3与67端子间的电阻值，应不超过1.5。如果电阻为无穷大，说明存在导线断路或接触不良，需进行维修。,（3）信号转子与磁头间间隙检查用塞尺检查信号转子与磁头间空气间隙，标准值为0.20.4mm。若有变化，
15、需进行调整。,二、光电式曲轴位置传感器 （一）结构、原理该传感器应用于日产公爵（分电器内）、日产蓝鸟（排气凸轮轴前端）、日产地平线、日本三菱（进气凸轮上）、韩国现代（分电器内）等。现以日产车系为例,【结构】如图所示由信号发生器和带光孔的信号盘组成,1、信号发生器 信号发生器固装在固定底座板上（或分电器壳体上），主要由两只发光二极管、两只光敏晶体管和整形（控制）电路组成。如下图所示：,两只发光二极管分别正对着光敏三极管，发光二极管以光敏三极管为照射目标。,2、信号盘 位于发光二极管和光敏三极管之间，固定在凸轮轴（或分电器轴上），与凸轮轴（或分电器轴）一起转动。,信号盘边缘刻有360条缝隙（光孔）
16、，用来产生1凸轮轴转角信号（2曲轴转角信号）。,边缘稍靠内侧分布着6个间隔60的光孔（六缸），或4个间隔90的光孔（四缸），用来,产生曲轴位置信号（120信号六缸，或180信号四缸），其中有一个较宽的光孔是用来判断第1缸活塞上止点位置的。,【原理】当信号盘随凸轮轴（或分电器轴）转动时，因信号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，使两只光敏晶体管交替产生与消除电动势，从而产生脉动电压信号。,转速和转角信号：即Ne信号凸轮轴每转一周（曲轴转两周），由360个光孔所控制的电路将输出360个脉冲信号，每,个脉冲信号对应于凸轮轴1转角（曲轴2转角），此信号作为向电脑输入的转速和转角信号，即Ne信号。,第
17、一缸上止点位置和缸序判别信号：即G信号 凸轮轴每转一周（曲轴转两周），由光孔（缝隙）较宽的第一缸上止点位置标记和60（,六缸）或90（四缸）间隔光孔，将向电脑输入第一缸上止点位置信号和缸序判别信号，即G信号，相当于磁脉冲式的120信号。,（二）检测 1、拔下传感器插头，接通点火开关，检查插头上电源端子与搭铁端子之间的电压应为5V或12V。 2、插回插头，起动发动机，使转速在2500r/min左右，测量传感器输出电压，正常值一般为2-3V左右。 3、用示波器测有关信号波形，来判断传感器是否故障（第十章介绍）,（三）具体车型检测示例 1、日产千里马轿车曲轴位置传感器检测 该车型光电式发动机转速与曲
18、轴位置传感器安装在分电器内，产生曲轴2转角信号，用于计算发动机转速，120曲轴转角信号作为控制的基准。,传感器与ECU的接线如图所示,故障检测方法： （1）检查电源 （2）检查ECU与传感器之间的配线和接线器（3）检查ECU的输入信号 （4）检查搭铁回路,2、韩国现代汽车光电式曲轴位置传感器的检测现代（SONATA）汽车光电式曲轴位置传感器的工作原理与日产公司光电式曲轴位置传感器相似，区别在于信号盘的结构不同，如图所示。,对于分电器式点火系统，其曲轴位置传感器总成安装在分电器中； 对于无分电器式点火系统，曲轴位置传感器总成安装在凸轮轴左前部。,该传感器的信号盘外圈有4个孔，用来测定曲轴转角，并
19、将其转变成电压脉冲信号，ECU根据该信号计算发动机的转速，控制发动机的燃油喷射和点火正时。,在信号盘内靠里面还有一个孔，它用来测量第1缸压缩行程上止点。,但有些SONATA车上设有两个孔 ，用来测量第1缸、4缸的压缩行程上止点，目的是为了提高精度。第1缸或第4缸上止点位置测定后，被转变成电脉冲信号输入ECU，ECU根据此信号计算燃油喷顺序。,曲轴位置传感器与ECU的连接电路如下图所示：,发光二极管：2个 光敏二极管：2个,工作原理： A、当发光二极管照射到信号盘光孔中的某一孔时，光线便照射到光敏二极管上，使电路导通；,B、当发光二极管被遮挡时，光敏二极管截止。 C、信号发生器输出的电压脉冲信号
20、输人电子电路经放大整形后，即向ECU输入曲轴转角信号。,检测方法： （1）曲轴位置传感器连接线束的检查下图为现代（SONATA）汽车曲轴位置传感器连接器插头的端子位置。,检查时应脱开曲轴位置传感器连接器插头，打开点火开关，但不起动发动机。用万用表测量线束侧4端子与接地间电压，应为12V；测线束侧2端子和3端子与接地间电压，应为4.85.2V；,用万用表的电阻挡测量线束侧1端子与接地间电阻，应为0。如图所示,（2）曲轴位置传感器输出信号的检查将万用表电压挡连接在传感器侧3端子和1端子上，发动机起动后，电压应为0.21.2V；发动机怠速运转期间，用万用表电压挡测量传感器,侧2端子和1端子间电压应为
21、1.82. 5V。若电压不在规定范围，则应更换曲轴位置传感器。,三、霍尔效应式曲轴位置传感器 （一）结构、原理利用霍尔效应原理，对曲轴位置进行检测 【结构】如图所示（叶片触发式、轮齿触发式）,1-霍尔半导体元件 2-永久磁铁 3-挡隔磁力线的叶片,叶片触发式,轮齿触发式,1、霍尔效应原理在磁场中，当电流以垂直于磁场方向通过置于磁场中的半导体基片（即霍尔元件）时，在垂直于电流和磁场的霍尔元件的横向侧面上，将产生一个与电流和磁场强度成正比的电压，此电压称为霍尔电压UH。,【备注】霍尔电压的计算公式,UH：霍尔电压； RH：霍尔系数； d：霍尔元件的厚度； I：通过霍尔元件的电流； B：加在霍尔元件
22、上的磁场磁力线密度；,：元件形状函数，其中L为元件的长度，W为元件的宽度。,从上面的公式可以看出，霍尔电压正比于电流强度和磁场强度，且与霍尔元件的形状有关。 在霍尔元件结构一定，I为定值时，UH与B成正比。 当所加磁场方向改变时，霍尔电压的符号也随之改变因此，霍尔元件可以用来测量磁场的大小及方向。,霍尔元件常采用锗、硅、砷化镓、砷化铟及锑化铟等半导体制作。 用锑化铟半导体制成的霍尔元件灵敏度最高，但受温度的影响较大。 用锗半导体制成的霍尔元件，虽然灵敏度较低，但它的温度特性及线性度较好。 目前使用锑化铟霍尔元件的场合较多。,霍尔效应式曲轴位置传感器就是通过触发叶片或轮齿改变霍尔元件所受的磁场强
23、度，从而使霍尔元件产生脉冲电压信号，经放大整形后即为所需的曲轴位置信号。,2、轮齿触发式霍尔式曲轴位置传感器 【组成】由具有触发轮齿的信号盘和霍尔传感器组成,【作用】为ECU提供计算曲轴转角和发动机转速所需的信息。 【另外】在发动机的分电器内或凸轮轴上设置霍尔式同步信号传感器，信号送给ECU，用来判别基准气缸活塞位置和工作过程。（即协助曲轴位置传感器判缸）,以北京切诺基汽车发动机曲轴位置传感器为例,【安装位置】 具有触发轮齿的信号盘：变速器输入端 霍尔传感器：变速器延伸壳体上,【结构】由传感头和信号盘组成如下图所示,由永久磁铁、霍尔元件和电子电路等组成。,传感头,四缸：信号盘有两组相隔180的
24、轮子齿组。每组有四个齿槽，一组中相邻齿槽间隔角度为20。,信号盘,六缸：信号盘有三组相隔120的轮子齿组。每组有四个齿槽，一组中相邻齿槽间隔角度为20（与四缸机相同）。,【工作原理】,永久磁铁的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，齿轮相当于一个集磁器。当齿轮位于图a所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱。当齿轮位于图b所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。,齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因此引起霍尔电压的变化， 霍尔元件将输出一个mV级的正弦波电压。,该交流信号需经由电子电路转换成标准的脉冲电压。下图为霍尔传感器电子线路框图。,【工作过程】 （1）轮槽通过
25、传感器时，传感器输出高电位（5V）。,（2）轮齿中心线与传感器感应头中心成一条直线时（即正对），传感器输出低电位（0.3V）。,（3）一个轮槽和一个轮齿通过传感器，传感器便产生一个高-低电位脉冲信号。 （4）信号盘上的一组齿轮组通过传感器时，传感器将产生一组脉冲信号，每组由四个脉冲信号构成。,四缸：曲轴每转一转产生两组脉冲信号。 六缸：曲轴每转一转产生三组脉冲信号。,所以： ECU从接收到一组脉冲中第一个脉冲的上升沿开始，就能确定确定目前有两个气缸的活塞正在向上止点运动。 ECU根据第一个脉冲的下降沿，就能确定正在向上止点运动的两个活塞当前的运行位置。 ECU通过对各脉冲通过时间的计算，能计算
26、出1曲轴转角的时间和发动机的转速。,缺点： ECU只能判断有两个活塞在接近上止点，但不能判断出是哪两个活塞（即缸序），也不能判断出具体这两个气缸正在进行的工作过程（即不能判断是压缩还是排气）。,则：需要同步信号传感器来判断缸序以及对应气缸活塞位置。,3、霍尔式同步信号传感器 【作用】产生与曲轴位置传感器信号对应的同步信号，ECU根据此信号，判断基准气缸正在进行的工作过程和活塞所处的位置。 【特点】结合曲轴位置传感器输出信号，就能保证发动机喷油和点火的正时及顺序。 【安装位置】 有分电器的电控点火系统：安装在分电器内 无分电器的点火系统：安装在凸轮轴上,（1）安装在分电器内的霍尔式同步信号传感器
27、 【结构】由脉冲环和霍尔传感器组成。如图所示,脉冲环是一个半圆周环（180），通过环座安装在分电器轴上，随分电器轴与曲轴同步旋转。,当脉冲环接近霍尔传感器时，传感器输出高电位（5V）。 当脉冲环离开霍尔传感器时，传感器输出低电位（0V）。 分电器转一周，高低电位各占180（相当于360曲轴转角）。,【工作原理】,【工作过程】 当脉冲环的前沿进入霍尔传感器时，传感器输出5V高电位信号：,A、四缸：表示第一、四缸活塞正在向上止点运动，第一缸为压缩行程，第四缸为排气行程。 B、六缸：第三、四缸活塞正向上止点运动，第三缸为排气行程，第四缸为压缩行程。,当脉冲环的后沿离开霍尔传感器时，传感器输出0V低电
28、位信号：,A、四缸：表示第一、四缸活塞正在向上止点运动，第一缸为排气行程，第四缸为压缩行程。 B、六缸：第三、四缸活塞正向上止点运动，第三缸为压缩行程，第四缸为排气行程。,因此：同步信号与曲轴位置（转速）信号相配合，ECU就可以确定正确的喷油、点火正时和顺序。,一、四缸上止点,二、三,一、六,三、四,二、五,（2）安装在凸轮轴上的霍尔式同步信号传感器【用途】适用于无分电器的电控汽油机 【安装位置】凸轮轴上，位于汽缸盖前端凸轮轴链轮之后。,【结构】由脉冲环和霍尔传感器组成。（与安装在分电器内部的相同）如图所示,【工作原理】 与安装在分电器内的相同。,（二）霍尔式曲轴位置传感器检测,1、检查电源电
29、压是否正常 2、测输出信号电压是否正常 3、检查输出波形，以确定传感器是否故障。,（三）具体车型检测示例,1、红旗CA7220E型轿车 该车型的曲轴位置传感器和发动机转速传感器采用霍尔式传感器。 组成：由安装在离合器壳体上的传感头和位于飞轮盘上的靶轮组成。 作用：输出供发动机电控单元（ECU）计算并确认曲轴位置和发动机转速的信号。,2、北京切诺基吉普车 安装位置：变速器的飞轮壳上,与ECU的连接电路：如图所示,【检测方法】, 电源电压的检测打开点火开关，用万用表测量ECU侧7端子与4端子间电压，应为8V；测量A端子 与C端子间电压，也应为8V，否则说明电源线断路或接头处接触不良。, 输出的信号电压检测打开点火开关，在发动机运转时，测量BC间电压，应在0.35V间变化，电压呈脉冲变化， 最高为5V，最低为0.3V，该脉冲电压为传感器的信号电压。如果无脉冲电压输出，说明传感器损坏，则应更换。（也可用示波器测）, 电阻的检测关闭点火开关，拔下曲轴位置传感器导线连接器。用万用表测量传感器的AB或AC间电阻，应为，如果不是，则应更换曲轴位置传感器。,
