曲轴凸轮轴位置传感器电路检修学习手册

《曲轴（凸轮轴）位置传感器电路检修》学习手册
知识要求
3. 3. 1作用
控制发动机运行需要知道发动机转速信号和活塞运行位置信号，这就要求安装曲轴
数，具体作用是：
（1）检测发动机转速，PCM据此计算进气量，确定喷油量和点火提前角。

进气流量一定时，
发动机转速增高，进气量减小，喷油减小，点火提前角增大。

（2）检测发动机基准缸（一缸）的基准位置（活塞压缩上止点或压缩上止点前、后一固定角度），在此基础上进一步确定活塞的任一位置。

（3）检测曲轴转过的角度，PCk判定活塞运行的任一位置，确定点火时刻和喷油时刻。

（4）除控制喷油和点火之外，还用于怠速控制、废气再循环控制、燃油蒸发控制
等。

要检测发动机转速信号和活塞位置信号，曲轴位置传感器可以安装在曲轴（曲轴的前端、中部、后端）、凸轮轴、分电器轴上。

如果曲轴位置传感器安装在曲轴上，当传感器产生活塞基准位置信号时，发动机PCh不能判定活塞是处于压缩上止点还是排气上止点，此时需要有一个判缸信号，要求安装凸轮轴位置传感器（又称判缸传感器），它安装在凸轮轴或分电器轴上。

凸轮轴位置传感器的类型、结构、工作原理与曲轴位置传感器相同，不再另行说明，下面重点学习曲轴位置传感器。

3．3．2 类型
曲轴位置传感器按结构和工作原理不同分为电磁感应式、霍尔式、光电式、磁控电阻式等，现在应用比较广泛的是电磁感应式、霍尔式和光电式。

按传感器功能不同分为综合式和独立式，综合式即检测转速信号和活塞位置信号共用一个元件和电路，有一个信号输出端；独立式即检测转速信号和活塞位置信号分别采用不同元件和电路，有两个独立的信号输出端。

其中独立式又按安装方式不同分为组合安装式和独立安装式，组合安装式即将检测转速信号和活塞位置信号的传感器组合安装在一起；独立安装式即将检测转速信号和活塞位置信号的传感器分开独立安装在不同位置。

3．3．3 电磁感应式曲轴位置传感器
1．电磁感应式曲轴位置传感器的结构
电磁感应式曲轴位置传感器的基本结构如图3-3-1 所示，由传感器体和信号盘组成，传感器体由永久磁铁、铁心、电磁线圈等组成。

传感器体正对信号盘安装在信号盘的边缘永久磁铁产生磁场，穿过铁心、气隙、信号盘、电磁线圈。

信号盘安装在曲轴、凸轮轴或分电器轴上，并随之转动，信号盘上均制有若干凸齿和凹槽，同时还制有一特殊宽槽（又称齿缺）或销钉。

电磁线圈的作用是当磁场变化时产生感应电动势，输出传感器信号。

传感器体与信号盘之间的气隙一般小于2mm气隙过大，
会使信号减弱；气隙过
小，容易发生碰撞，给安装带来困难
图3-3-1电磁感应式曲轴位置传感器的结构 2.电磁感应式曲轴位置传感器的工作原理
电磁感应式曲轴位置传感器的工作原理如 图3-3-2所示。

当发动机转动时，信号盘 随曲轴旋转。

当信号盘凸齿接近并对正铁心时，磁场增强；当信号盘凸齿离开铁心时， 磁场减弱，从而产生交变的磁场，感应线圈中产生交变的感应电动势，其频率和幅值随 发动机转速的增大而增大，幅值一般为 0. 3V 〜90V,发动机PCM 艮据频率（脉冲数）计 量转速。

其中齿缺或销钉转过铁心时，产生频率不同的信号，由于传感器安装保证齿缺 或销钉对正铁心时，基准缸活塞在基准位置，所以该信号产生时， PCM 即可识别基准缸 的基准位置。

传感器的信号波形如 图3-3-3所示。

由于该传感器输出的是交流信号，在 检测时应用万用表交流电压档或频率档测量，最好用示波器。

电磁感应式曲轴位置传感 器的优点是结构简单，体积小，成本低，无需外电源，温度稳定性好。

永久竄铁
图3-3-3电磁感应式曲轴位置传感器的信号波形
3. 3. 4霍尔式曲轴位置传感器
霍尔式曲轴位置传感器利用霍尔效应原理制成，如 图3-3-4所示，霍尔效应原理就 是：将霍尔基片垂直放于磁场，并通一垂直于磁场的电流，则在垂直于磁场和电流方向 产生一电压UH 1. 霍尔式曲轴位置传感器的结构
霍尔式曲轴位置传感器的基本结构如图 3-3-5所示，传感器由传感器体和信号盘组 成，传感器体由永久磁铁、霍尔集成电路等组成。

图中曲轴位置传感器安装在分电器上， 信号盘固定安装在分电器轴上，随分电器轴同步旋转，其上制有若干叶片和窗口；永久 磁铁固定安装在分电器底板上，位于信号盘的内侧；霍尔集成电路由霍尔元件及其转换 电路组成，固定安装在分电器上，位于触发叶轮的外测，与永久磁铁相对，并保持一空 气间隙，传感器的气隙要求小于 2. 5mm
2. 霍尔式曲轴位置传感器的工作原理
霍尔式曲轴位置传感器的工作原理如 图3-3-6所示，信号盘随分电器轴旋转，当叶 片进入气隙时，磁场被旁路，霍尔电压为 0V,传感器输出高电平信号；当叶片离开气隙 时，磁场穿过霍尔元件，产生霍尔电压，传感器输出低电平信号。

发动机不停地运转， 传感器输出数字脉冲信号，信号的频率随发动机转速的增大而增大。

传感器的信号波形 如图3-3-7所示。

霍尔式曲轴位置传感器的优点是体积小，成本低，线性好；缺点是温 度稳定性差，要求最高温度为175Eo
图3-3-5霍尔式曲轴位置传感器的结构
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图3-3-6霍尔式曲轴位置传感器的工作原理
图3-3-7霍尔式曲轴位置传感器的信号波形
3. 3. 5光电式曲轴位置传感器
1光电式曲轴位置传感器的结构
光电式曲轴位置传感器的基本结构和工作原理如图3-3-8所示，传感器由传感器体和信号盘（遮光盘）组成，传感器体由光源、光接收器、控制电路等组成。

信号盘安装在曲轴、凸轮轴或分电器轴上，随其同步转动，其上均布有若干光孔，通常还有一个较宽的特殊光孔。

光源采用发光二极管，通过信号盘光孔正对着光接收器。

光接收器采用光敏二极管或光敏三极管，接收发光二极管的光信号，转换为电信号，再经控制电路处理后产生数字信号送至发动机PCM
图3-3-8 光电式曲轴位置传感器的结构和工作原理
信号盘随分电器轴旋转，当光孔对准光源时，光接收器导通，传感器输出高电平信号；当光孔离开光源时，光接收器截止，传感器输出低电平信号。

信号盘不停地转动，传感器输出数字脉冲信号，信号的频率随发动机转速的增大而增大。

光电式曲轴位置传感器的优点是不受电磁干扰；缺点是受灰尘影响大。

光电式传感器的功能元件通常被密封得很好，但损坏的分电器轴套或密封垫，以及当维修时可能使油污和污物进入敏感区域造成污损，这就可能引起发动机不能起动、失速和断火。

3. 3. 6典型曲轴（凸轮轴）位置传感器举例
1. 一汽大众宝来轿车AGN/AG发动机的曲轴（凸轮轴）位置传感器
该发动机为四缸顺序喷油、同时点火，采用电磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式凸轮轴位置传感器。

曲轴位置传感器的安装位置如图3-3-9所示，传感器安装在曲轴上，信号盘上均制有58个凸齿和凹槽，相邻凸齿间隔6°，其中有一齿缺。

传感器体与信号盘之间的气隙为0. 2mmr0. 4mm 由于传感器安装保证齿缺对正铁心时，1、4缸活塞
在上止点前72°,所以该信号产生时，PCM即可识别到1、4缸活塞在上止点前72°。

传感器的信号波形如图3-3-10所示。

传感器的控制电路如图3-3-11所示。

图3-3-9宝来轿车电磁感应式曲轴位置传感器的安装位置
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图3-3-11宝来轿车电磁感应式曲轴位置传感器的控制电路
霍尔式凸轮轴位置传感器的安装位置如图3-3-12所示，传感器安装在进气凸轮轴后端，信号盘上有一个叶片和一个窗口，曲轴旋转两圈产生一个信号，用于判定一缸压缩上止点信号。

传感器的控制电路如图3-3-13所示。

图3-3-12宝来轿车霍尔式凸轮轴位置传感器的安装位置
图3-3-13宝来轿车霍尔式凸轮轴位置传感器的控制电路
2. 东风日产天籁轿车的曲轴（凸轮轴）位置传感器
图3-3-15所示，控制电路如 图 3-3-16、图 3-3-17 所示 器和霍尔式凸轮轴位置传感器。

曲轴位置传感器安装在曲轴上，两个凸轮轴位置传感器
分别安装在左右两个进气凸轮轴后端，其结构如 图3-3-14所示。

传感器的信号波形如
3-3-14东风日产天籁轿车V6发动机凸轮轴位置传感器的结构
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图3-3-15东风日产天籁轿车V6发动机曲轴（凸轮轴）位置传感器的信号波形
图3-3-16东风日产天籁轿车V6发动机曲轴位置传感器的控制电路
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(a )气缸体1凸轮轴位置传感器 (b )气缸体2凸轮轴位置传感器
后面的正时盖上，信号盘有一个凹槽,
曲轴转动两圈产生1个数字脉冲信号，用于判缸
图3-3-17东风日产天籁轿车V6发动机凸轮轴位置传感器的控制电路
3. 别克君威LB8和LW9发动机的曲轴(凸轮轴)位置传感器
该发动机为V6顺序喷油、同时点火，米用电磁感应式 7X 曲轴位置传感器、霍尔式 24X 曲轴位置传感器和霍尔式凸轮轴位置传感器。

如 图3-3-18所示，7X 曲轴位置传感
器安装在曲轴中部，信号盘上制有7个切槽，其中6个槽间隔60°均匀分布，第7槽在 第6槽后10°，其信号用于计算高于1600r/min 的发动机转速和确定基准缸的基准位置。

如图3-3-19所示，24X 曲轴位置传感器安装在曲轴前端曲轴带轮背面，
信号盘上均布有 24个窗口，曲轴转动一圈产生24个数字脉冲信号，其信号用于计算低于 1600r/min 的
发动机转速。

如图3-3-20所示，霍尔式凸轮轴位置传感器安装在凸轮轴链轮附近水泵
传感器的控制电路如 图3-3-21所示
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24X传感器
缸休
•固定
夹
图3-3-19别克君威LB8和LW9发动机的24X曲轴位置传感器
图3-3-20别克君威LB8和LW9发动机的凸轮轴位置传感器
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图3-3-21别克君威LB8和LW9发动机曲轴（凸轮轴）位置传感器的控制电路
4. 美国通用的曲轴（凸轮轴）位置传感器
美国通用快速起动系统采用霍尔式 18X 曲轴位置传感器、霍尔式3X 曲轴位置传感 器和霍尔式凸轮轴位置传感器。

如 图3-3-22所示，18X 曲轴位置传感器和3X 曲轴位置 传感器安装在曲轴前端。

18X 曲轴位置传感器的信号盘均布有18个叶片和窗口，触发产 生18X 信号，用于计算发动机转速；3X 曲轴位置传感器信号盘有三个叶片（100°曲轴 转角、90°曲轴转角、110°曲轴转角）和三个窗口（ 20°曲轴转角、30°曲轴转角、 10°曲轴转角），触发产生3X 信号，发动机PCM 通过比较18X 信号和3X 信号的相对位 置，即可判定活塞运行位置。

凸轮轴位置传感器安装在凸轮轴正时齿轮盖内，曲轴转
动两圈产生一个周期的信号，用于判缸。

曲轴传感器输出信号波形如
图3-3-23所示。

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图3-3-2
脉冲 1信号
图3-3-23美国通用公司的霍尔式曲轴位置传感器的信号波形
5. 日产汽车的曲轴（凸轮轴）位置传感器
日产汽车采用光电式曲轴位置传感器安装在分电器上，其结构如
图3-3-24所示。

信号盘（遮光盘）安装在分电器轴上，随分电器轴同步转动，其上刻有两圈光孔，外圈 均布有360个光孔；内圈均布有6个光孔，其中有一个较宽的光孔。

光源采用两只发光 二极管，分别通过遮光盘两圈光孔正对着两只光接收器。

光接收器采用两只光敏二极管， 接收发光二极管的光信号，转换为电信号，再经控制电路处理后送至发动机
PCM 由于
曲轴位置传感器安装在分电器上，不需要凸轮轴位置传感器。

（b ）
日产汽车光电式曲轴位置传感器的结构
信号盘随分电器轴旋转，当光孔对准光源时，光接收器导通，传感器输出高电平信 号；当光孔离开光源时，光接收器截止，传感器输出低电平信号。

信号盘不停地转动， 传感器输出数字信号，信号的频率随发动机转速的增大而增大。

传感器输出信号波形如 图3-3-25所示，曲轴转两圈，分电器转一圈，外圈光孔对应产生
360个2o 曲轴转角信
号，用于计算发动机转速和曲轴转角；内圈光孔对应产生
6个120o 曲轴转角信号，信
-个18X 脉冲宽度 二牛I8X 脉冲宽度 三个I8X 脉种宽度
曲轴旋转3砂
(a )
(c)
图 3-3-24
号上升沿分别对应各缸活塞上止点前70o,其中较宽的一个光孔对应一缸活塞上止点前70o, PCM由此确定基准缸的基准位置。

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（a）安装位置（b）结构（c ）信号波形
图3-3-25日产汽车光电式曲轴位置传感器的信号波形
6. 凯迪拉克北极星发动机的曲轴（凸轮轴）位置传感器
该发动机采用两个电磁感应式曲轴位置传感器和一个电磁感应式凸轮轴位置传感器。

两个曲轴位置传感器（A和B）的安装位置、结构和信号波形如图3-3-26所示，安装在曲轴前部4缸和6缸之间，A在上，B在下，共用一个信号盘。

信号盘上有24个均布的槽口和8个不均布的槽口，由于两个传感器相对曲轴转动中心27o布置，产生信号
相位不同，发动机根据两个信号的关系即可识别活塞基准位置。

凸轮轴位置传感器的安装位置、结构和信号波形如图3-3-27所示，安装在排气凸轮轴的前部，在驱动链轮上制有一个钢销，用
于触发产生信号，曲轴转动两圈，产生一个信号。

（a）安装位置（b）结构（c ）信号波形
图3-3-27凯迪拉克北极星发动机的凸轮轴位置传感器
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60牛储号
60亍倍号
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3. 3. 7曲轴（凸轮轴）位置传感器的故障分析
由于曲轴位置传感器检测发动机转速和活塞位置，所以该传感器故障，PCM^能识
别活塞位置，发动机不能控制点火，发动机的故障症状较严重，如表3-3-1所示。

表3-3-1 曲轴位置传感器常见故障
由于凸轮轴位置传感器检测凸轮轴位置，产生判缸信号，所以该传感器故障，PCM
不能识别活塞是在压缩上止点还是排气上止点，也就不能在正确时刻控制喷油和点火，
发动机可能出现的故障症状如表3-3-2所示。

表3-3-2 凸轮轴位置传感器常见故障
技能要求
3. 3. 8曲轴（凸轮轴）位置传感器的检修
不同车型，规定的检修方法不同，应以维修手册为准。

下面以桑塔纳AJR发动机采
用的曲轴（凸轮轴）位置传感器为例，说明其检修方法。

它与宝来轿车的相似，采用电磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式凸轮轴位置传感器。

曲轴位置传感器安装在曲轴后端
飞轮附近，信号盘有60-2个凸齿；凸轮轴位置传感器安装在凸轮轴前端，信号盘有约180°的窗口和叶片。

其信号波形如图3-3-28所示。

图3-3-28桑塔纳AJR发动机曲轴（凸轮轴）位置传感器信号波形
1.曲轴位置传感器的检修
桑塔纳AJR发动机的曲轴位置传感器控制电路如图3-3-29所示，电路分析如表
3-3-3 示。

图3-3-29桑塔纳AJR 发动机曲轴位置传感器的控制电路 表3-3-3 桑塔纳AJR 发动机曲轴位置传感器电路分析
传感器电路
电路功 能
电路状态 性能参数
连接器插 头端子“ 2 ”和 “ 3”线路
信
号线
发动机运 行。

端子“ 2”和“ 3”间应有交流电压信号， 信号电压和频率随发动机转速的增大而增 大。

连接器插 头端子“ 1 ”线 路
屏 蔽搭铁 线 断开连接
器，点火开关置 “OFF 。

连接器插头端子“ 1”与搭铁间的电阻 应小
于0. 5Q 。

连接器插
座端子“2”、“3” 间
传
感器电 磁线圈
断开连接
器，转动发动 机。

连接器插座端子“ 2”和“3”间应有交 流电压信号，信号电压和频率随发动机转速 的增大
而增大。

断开连接 器。

连接器插座端子“ 2”与“3”间的电阻 值为480 Q 〜1000 Q ，温度高时偏大。

传感器与 信号盘凸齿气 隙
约为 0. 2mn 〜0. 4mm
用故障诊断仪读取故障码，如果有曲轴位置传感器的故障码，或怀疑曲轴位置传感 器有故障应检查曲轴位置传感器及其电路。

曲轴位置传感器的检测程序与前述传感器的
检测程序相似，如图3-3-30所示。

万用表检测曲轴位置传感器及其电路的方法如 表
3-3-4所示。

ECU
发动机 总搭铁
检测项目
传感器
表3-3-4 凸轮轴位置传感器及其电路诊断方法
传感器信号运行发动机，用万用表或示波 电压 器检测端子“ 2”和“3”间的
电压或频率，应与规定一致。

断开连接器，转动发动机，用 万用表或示波器检测
传感器 端子“2”和“3”间的信号电 压或频率；用万用表检测传感 器端子“2”和“3”间的电阻， 应与规定一致。

图3-3-30曲轴位置传感器的检测程序
连接波形测试设备，起动发动机，改变发动机转速，或按照发生故障的行驶条件运行，获得波形。

一看大小：交流信号应在0V电位上下基本对称，一定转速对应一定的信号幅值和频率。

二看变化：频率和幅值随转速的增大而增大。

三看形状：波形的形状基本一直，各个峰值电压应相差不多，若某一个峰值电压过低，则应检查触发轮是否有缺角或弯曲。

缺齿对应产生活塞基准位置信号。

用双通道同时获取曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的波形，两信号应有同步关系。

2.凸轮轴位置传感器的检修
桑塔纳AJR发动机凸轮轴位置传感器控制电路如图3-3-31所示，电路分析如表
3-3-5 示。

图3-3-31桑塔纳AJR发动机凸轮轴位置传感器的控制电路
表3-3-5 桑塔纳AJR发动机凸轮轴位置传感器电路分析
用故障诊断仪读取故障码，如果有凸轮轴位置传感器的故障码，或怀疑凸轮轴位置传感器有故障应检查凸轮轴位置传感器及其电路。

凸轮轴位置传感器的检测程序与
前述传感器的检测程序相似，如图3-3-32所示，万用表检测凸轮轴位置传感器及其电路的方
法如表3-3-6所示。

表3-3-6 凸轮轴位置传感器及其电路诊断方法
图3-3-32凸轮轴位置传感器的检测程序
检测项目传感器信号电压
检测方法图示说明将二极管测试灯接在连接器端
子“ 2”、“3”间，运行发动
机，试灯应闪亮。

传感器信
号线路 断开连接器，点火开关置“O N” ,用万用表检测连接器插 头
端子“2”和搭铁间的电压， 应与规定一致。

传感
器供
断开连接器，点火开关置 “ON,用万用表测量连接器 插头端子“T 与搭铁间的电 压，应与规定一致。

传感器搭 铁电路
断开连接器，点火开关置 “OFF ,用万用表测量连接 器插头端子“2”与搭铁间的 电阻，应与规定一致
由于凸轮轴位置传感器工作原理与曲轴位置传感器相同，波形及波形分析方法也
相同
学习拓展
1.
磁控电阻式曲轴（凸轮轴）位置传感器
67
Q
2 3
L
2 76
材料电阻随外加磁场的变化而变化。

如 图3-3-33所示，将四个磁控电阻构成惠斯登 电桥，置于磁场中，相对的两桥臂电阻变化相同，当磁场发生变化时，磁控电阻发生 变化，传感器输出
数字信号，信号的频率随发动机转速的增大而增大。

图3-3-33磁控电阻式曲轴（凸轮轴）位置传感器的工作原理
磁控电阻式曲轴（凸轮轴）位置传感器有两种结构，如 图3-3-34所示，一种是 将信号盘安装在转轴上，将永久磁铁制在传感器体内安装在信号盘附近； 另一种是将 永久磁铁制成信号盘安装在转轴上，磁控电阻安装在信号盘附近。

磁控电阻式曲轴（凸 轮轴）位置传感器的控制电路如 图3-3-35所示，它与霍尔式、光电式曲轴（凸轮轴）
位置传感器相似，有信号线、电源线和搭铁线，因而检测方法也相同
图3-3-34磁控电阻式曲轴（凸轮轴）位置传感器的结构
图3-3-35通用L35发动机磁控电阻式曲轴（凸轮轴）位置传感器的控制电路 通用公司货车装用的 L35发动机采用磁控电阻式曲轴位置传感器和磁控电阻式
凸轮轴位置传感器，如 图3-3-36所示，分别安装在曲轴前端和凸轮轴前端。

永久磁
铁制在传
磯控电阻传感方式一
磁控血阻传总方丈1
感器体内，传感器产生的信号波形如 图3-3-37所示。

图3-3-36通用L35发动机磁控电阻式曲轴（凸轮轴）位置传感器的安装位置
完成任务
企业案例：曲轴位置传感器故障导致发动机不起动。

车辆信息：帕萨特B5轿车，装备ANC 发动机，采用博世M3 8. 3电喷系统，2002 年出厂，行驶里程9万km,
故障症状：发动机熄火后，再也不能起动。

故障诊断：发动机不能起动与曲轴位置传感器有很大的关系。

转动发动机，用万 用表检测PCM 的56与63脚（同桑塔纳AJR 发动机的曲轴位置传感器），无信号电压 （正常时应有0. 3〜5V 的数字信号电压），说明曲轴位置传感器损坏。

气缸机 #6 #5 M #3 #2 #1 腌 #3
660 160 1前 300
420 540 660 60 丨翎 500 _RhnnrmLnn^A 600
3 20 240 360 4«0 600 0 120 240
関轴转角
图3-3-37通用L35发动机磁控电阻式曲轴（凸轮轴）位置传感器的信号波形
车辆修复：更换曲轴位置传感器后故障排除。

故障分析：由于曲轴位置传感器的损坏，PCM在连续几次接收不到它的信息时，便会中断喷油和点火的输出指令，发动机无法起动。

学习小结
1 •曲轴位置传感器的作用是检测发动机转速信号和活塞运行位置信号，安装在曲轴、凸轮轴、分电器轴上；如果曲轴位置传感器安装在曲轴上，要判定活塞运行位置就必须安装凸轮轴位置传感器，其作用是检测基准缸活塞是在压缩上止点还是在排气上止点，安装在凸轮轴、分电器轴上。

2•电磁感应式曲轴（凸轮轴）位置传感器产生类似正弦信号的交流信号，霍尔式、光电式（凸轮轴）产生数字信号，要根据信号特点选择检测仪器，根据电路特点
确定检测方法。

3•—般曲轴位置传感器故障，PCM不能识别发动机活塞运行位置，停止喷油、点火，发动机不起动；凸轮轴位置传感器故障，不同控制系统启动的控制程序不同，一般会使发动机性能下降。

4．检修曲轴（凸轮轴）位置传感器可以使用故障诊断仪、万用表、示波器。