凸轮轴位置传感器的检测实训指导教案

凸轮轴位置传感器的检测实训指导教案

一、实训目的和要求

1．了解凸轮轴位置传感器的外观，结构与工作原理。

2．了解凸轮轴位置传感器故障，对整个电控系统的影响。

3．掌握凸轮轴位置传感器的检测方法（电阻测试、电压测试、波形测试、数据流测试）根据工艺流程技术规范术测试。

4．掌握凸轮轴位置传感器数据分析的方法。

二、实训课时

实训共安排 10课时。

三、实训器材

1．工具：数字万用表，汽车示波器，一字或十字螺丝刀，12V/5V变压器。2．设备：桑塔纳AJR发动机故障实验台，KT600故障诊断仪。

四、实训内容及步骤

霍尔效应（Hall Effect）是美国约翰·霍普金斯大学物理学家爱德华·霍尔博士（Dr·Edward H·Hall）于1879 年首先发现的。霍尔效应是指将一个通有电流 I 的长方形白金导体垂直于磁力线放入磁感应强度为B的磁场中，如图

1所示，在白金导体的两个横向侧

面上就会产生一个电流方向和磁

场方向的电压，当取消磁场时电压

立即消失。产生的电压后来被称之

为霍尔电压 UH，UH 与通过白金导

体的电流 I 和磁感应强度B成正

比。利用霍尔效应制成的元件称为

霍尔元件，利用霍尔元件制成的传

感器称为霍尔效应式传感器，简称

霍尔传感器。由于半导体材料也存

在霍尔效应，其霍尔系数远远大于

金属材料的霍尔系数，因此一般都采用半导体材料制作霍尔元件。利用霍尔效应不仅可以通过接通和切断磁场来检测电压，而且还可以检测导线中流过的电流，因为导线周围的磁场强度与流过导线的电流成正比关系。八十年代以来，汽车电子产品应用的霍尔式传感器与日俱增，主要原因在于霍尔式传感器有两个显著的优点：一是输出电压信号近似于方波信号；二是输出电压高低与被测物体的转速无关。霍尔效应式传感器与磁感应式传感器的不同之处是需要外加电源。霍尔式传感器主要由触发叶轮、霍尔集成电路（IC，Integrated Circuit）、导磁钢片（磁轭）与永久磁铁组成，其基本结构如图2所示。

霍耳集成电路由霍耳元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。霍耳元件目前用硅半导体材料制成，与永久磁铁之间留有1mm左右的气隙，当信号转子随凸轮轴一同转动时，隔板和缺口便从霍耳集成电路与永久磁铁之间的间隙中转过。每当信号转子的隔板（叶片）进入气隙时，霍耳集成电路中的磁场便被隔板（叶片）旁路，霍耳元件上没有磁力线穿过，霍耳电压Uh 为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出的信号电压UＯ为高电平（约为4.0V）。每当信号转子的隔板离开气隙（即缺口进入气隙）时，永久磁铁的磁通便经导磁钢片和霍耳集成电路构成回路，此时霍耳元件产生霍耳电压（约为 2.0V），集成电路输出级的三极管导通，传感器输出的信号电压 Uo 为低电平(约为 0.1V)。由此可见，当隔板（叶片）进入气隙（即在气隙内）时，霍耳元件不产生电压，传感器输出高电平信号；当隔板（叶片）离开气隙（即缺口进入气隙）时，霍耳元件产生电压，传感器输出低电平信号。

凸轮轴位置传感器（Crankshaft Position Sensor，CPS）又称为判缸传感器，为了区别于曲轴位置传感器CPS，凸轮轴位置传感器一般使用缩写CIS来表示，在形式上分为光电式、磁感应式和霍尔式三种。凸轮轴位置传感器的功用是采集配气机构凸轮轴的位置信号并输入电控单元，以便电控单元识别一缸压缩上止点位置，从而精确计算顺序喷油控制、点火正时控制和燃烧爆震控制。此外，凸轮轴位置信号还用于发动机刚起动时识别出第一次点火时刻。

本次实验使采用的是桑塔纳3000型轿车使用的霍耳式

凸轮轴位置传感器（CIS）图3，在大众车系的电路原理图

上标注为G40元件，其接线插座上有三个引线端子，端子

“1”为传感器电源正极端子，与电控单元“62”端子连接；

端子“2”为传感器信号输出端子，与电控单元“76”端子

连接，端子“3”为传感器电源负极端子，与电控单元“67”

端子连接，连接电路如图所示。

凸轮轴位置传感器安装在发动机气门室盖靠近

传动带的一端，其结构如图4所示，主要由霍耳式

传感器 2 和信号转子 5 组成。信号转子又称为触

发叶轮，安装在凸轮轴上，用定位螺栓和座圈定位

固定。信号转子的隔板又称为叶片，在隔板上制有

一个缺口，缺口对应产生的信号为低电平信号，隔

板（叶片）对应产生的信号为高电平信号。

凸轮轴位置传感器输出的信号电压与曲轴位置

传感器输出的信号电压之间的关系为发动机曲轴

每转一转（360°），霍耳传感器信号转子就转两转

（720°），对应产生一个低电平信号和一个高电平信号，其中低电平信号对应于1缸压缩上止点前一定角度。

发动机工作时，磁感应式曲轴位置传感器（CPS）和霍耳式凸轮轴位置传感器（CIS）产生的信号电压不断输入电控单元 ECU。当 ECU 同时接收到曲轴位置传感器大齿缺对应的低电平（15°）信号和凸轮轴位置传感器缺口对应的低电平信号时（通过“对正时”被固定下来），便可识别出此时为 1 缸活塞处于压缩行程、4缸活塞处于排气行程，并根据曲轴位置传感器小齿缺对应输出的信号控制点火提前角。控制单元识别出1缸压缩上止点位置后，便可进行顺序喷油控制和各缸点火时刻控制。如果发动机产生了爆震，控制单元还能根据爆震传感器输入的信号判别出是哪一缸产生了爆震，从而减小点火提前角，以便消除爆震。

当霍耳传感器出现故障而导致信号中断时，发动机会继续运转，也能再次起动。但是，喷油不是在进气门打开时完成，而是在进气门关闭之前完成，由此对混合气品质产生的影响不大，也不会过于影响发动机的总体性能。与此同时。由于电控单元不能判别即将到达压缩上止点的是哪一缸，因此爆震调节将停止，而为了防止发动机产生爆震，电控单元将自动推迟点火提前角。当霍耳传感器信号中断时，电控单元ECU能够检测到故障信息，用故障诊断仪可以读取传感器故障的有关信息。如故障代码显示霍耳传感器有故障，可用万用表检测传感器电源电压和导线电阻进行判断与排除。

检测传感器电源电压：不拔下霍尔传感器插头，用测试灯从背面连接插头端子 1 和 2，接通起动电动机几秒种，发动机每转2转测试灯必须闪一下，如果测试灯不闪，拔下霍尔传感器插头，打开点火开关，测量插头端子1和3的电压（量程为 20V 电压档），标准值应为约 5V；测量插头端子 2 和 3 的电压，标准应接近蓄电池电压。如果测量值符合标准，更换霍尔传感器；如果测量值不符合标准，应检查霍尔传感器与控制单元的线路是否有开路或短路。

电路接线图和插头端子如图5所示。