李晨光，王茂美

（北京电子科技职业学院汽车工程学院，北京 100084）



曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器原理及检测

李晨光，王茂美

（北京电子科技职业学院汽车工程学院，北京 100084）

摘 要：文章针对应用较广的磁电式传感器和霍尔式传感器展开论述，介绍两者的工作原理和区别，并以伊兰特车型的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器展开研究，通过检测确认伊兰特车型的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的型式及工作原理。

关键词：传感器；磁感应原理；霍尔元件；霍尔电压

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

曲轴位置传感器CKPS，又称发动机转速传感器，用于检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，作为燃油喷射和点火控制的主控信号。常与凸轮轴位置传感器CMPS配合使用，CMPS用于给ECU提供凸轮轴转角基准位置（第一缸压缩上止点）信号，也作为燃油喷射控制和点火控制的主控信号。

曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器常用磁电式和霍尔式，两者有什么不同？伊兰特汽车发动机采用何种型式的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器，下面我们依此展开讨论和研究。

1、磁电式和霍尔式传感器的工作原理

1.1 磁电式传感器工作原理[1]

E: 感应电动势；

N: 导电回路中线圈的匝数；

如图1所示，信号盘安装在曲轴或凸轮轴上，并随之转动，信号盘上均制有若干凸齿和齿槽（特殊：一宽齿槽或装一销钉），信号盘形状决定了信号波形。永磁铁安装在信号盘的边缘，产生永磁场，穿过信号盘、电磁线圈等。电磁线圈：当磁场变化时，产生感应电动势，输出信号。

图1 磁电式传感器结构

电磁式曲轴位置或凸轮轴位置传感器的核心元件是一个电磁线圈，该线圈缠绕在一个永久性磁铁上，它螺栓固定在传感器安装支架上，绕组的两端与电器引线相连接，如图2所示。

图2 电磁式曲轴位置传感器结构

图3 磁电式传感器产生信号

当信号转子随曲轴或凸轮轴转动时，线圈会感应出如图3所示的交变电压信号。由以上所知，磁电式传感器的工作不需要供电端，仅需两个端子即可，即信号端和搭铁端，磁电式传感器可以测出电阻值。

1.2 霍尔式传感器工作原理[2]

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，由霍尔元件、永久磁铁、电子电路和齿圈组成，如图4所示。

图4 霍尔传感器组成

如图4（a）所示霍尔元件置于永久磁场B中，磁场B垂直于霍尔元件，当有电流I流过霍尔元件时，在垂直于电流I和磁场B的方向将产生感应电动势U。当图4（b）的齿圈置于霍尔元件和磁场之间（图4（c）），并随曲轴或凸轮轴转动时，霍尔元件两端感应出如图4（d）所示的方波信号。由此可知，霍尔传感器工作需要供电端、信号端和接地端，霍尔式传感器电阻值不可测。

2、磁感应式和霍尔式传感器的区别

在汽车工程领域，磁电式传感器主要用于转速的测量，当转速变化较小时，输出变量也很小，可见磁电式传感器的低速特性不好。所以磁电式传感器多用于发动机转速 / 上止点位置传感器上。

由霍尔原理可知, 霍尔传感器的输出电压 U 与被测物体的运动速度无关, 因此它的高、低速特性都很好，汽车上的车速传感器大多采用霍尔式传感器。

磁电式传感器结构简单、成本低，但是其输出信号的幅值随转速的变化而变化，若速度过慢，其输出信号低于 1V，电控单元就无法检测。 当转速过高时，传感器的频率响应又跟不上，而且磁电式传感器的抗电磁波干扰能力差。

霍尔式传感器的输出信号电压幅值不受转速的影响，它的频率响应也高，而且霍尔式传感器的抗电磁波干扰能力也强，但是霍尔式传感器结构复杂，成本高。如图5是霍尔式传感器在实车的安装图。

图5 奥迪1.8T发动机曲轴位置传感器

3、伊兰特发动机曲轴位置和凸轮轴位置传感器的型式

3.1 伊兰特凸轮轴位置传感器在实车的安装图

图6 传感器实车安装图

3.2 伊兰特凸轮轴位置传感器工作原理图

图7 传感器工作原理图

3.3 伊兰特凸轮轴位置传感器的阻值检测

将点火开关置于OFF位置，用万用表测量传感器插座的2号端子与3号端子（接地）间的阻值为15.81MΩ，如图8所示。

图8 传感器阻值检测

3.4 曲轴位置和凸轮轴位置传感器的波形分析[3]

连接专用示波器或发动机分析仪，将波形测试探针插入传感器信号输出端子。起动发动机，依据示波器菜单操作提示，进入该传感器波形测试状态，读取并分析传感器波形。如图9所示。

图9 传感器波形分析

曲轴位置传感器的波形随发动机转速的升高而频率增加，电压为2.3—2.5V，且基本不随发动机转速的变化而变化。

3.5 传感器型式确认

通过图6传感器实车安装图，可以看出伊兰特凸轮轴位置传感器的型式跟磁电式传感器结构组成相似，唯有不同的是此传感器有三个端子。通过图7的工作原理图发现此传感器与磁电式传感器的原理不符。通过对阻值的测量发现此传感器阻值为很大，排除磁电式传感器的可能。通过波形的测试,传感器输出为方波信号，与霍尔传感器相符。但是实物图上可以看出，此传感器结构与霍尔式相去甚远。无论定义为磁电式还是霍尔式都是矛盾的，那到底是哪一种型式的传感器呢？

通过多方面资料的查询和咨询传感器生产厂家，最后得知此传感器的结构和产生信号的原理完全是磁电式，但是对输出电路进行了改进，使其输出方波信号。集成电路的工作需要供电，所以此传感器有三个端子，结构形式仍然是磁电式。此传感器汲取了磁电式和霍尔式传感器的优点，被广泛应用于北京现代不同车型的发动机上。

4、总结

本文对磁电式和霍尔式传感器的结构及原理进行了分析，通过实际测试获取伊兰特车型曲轴位置和凸轮轴位置传感器的电阻和波形并进行分析，最终得知该车型的曲轴位置和凸轮轴位置传感器是在传统磁电式传感器的基础上进行了输出电路的改进，有三个端子（供电端、信号端和接地端），输出信号为方波信号，很接近霍尔式传感器的工作原理，但与霍尔式传感器的结构型式有很大不同。

参考文献

[1] 魏冬至,张红梅.浅谈磁电式与霍尔式速度传感器在汽车上的区别.[J].科学之友2007,（7）:51.

[2] 何涛.霍尔式传感器的信号调理电路,[J].传感器技术.2001(20):17. [3] 校本教材.发动机构造与维修.北京市工业技师学院.

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

作者简介：李晨光，就读于北京电子科技职业学院汽车工程学院14汽修（奔驰）2班。主要研究方向发动机常见故障维修。王茂美，就职于北京电子科技职业学院汽车工程学院。主要研究方向汽车节能与环保。

中图分类号：U463.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-162-03