磁感應式曲軸位置傳感器的結構原理與檢修

【摘要】汽車曲軸位置傳感器工作性能的好壞，直接影響發動機的啟動性能，曲軸位置傳感器故障是導致發動機不能啟動的原因之一，敘述桑塔納2000GSi型轎車磁感應式曲軸位置傳感器的結構特點及檢測方法。

【關鍵詞】磁感應式曲軸位置傳感器;結構特點;檢測方法

曲軸位置傳感器又稱為發動機轉速與曲軸轉角傳感器，其功用是采集曲軸轉動角度和發動機轉速信號，并輸入控制單元，以便確定點火時刻和噴油時刻。曲軸位置傳感器工作性能的好壞，直接影響發動機的啟動性能。

一、磁感應式傳感器的結構與工作原理

磁感應式傳感器的結構與工作原理如圖1所示。傳感器主要由信號轉子、傳感線圈、永久磁鐵和磁軛組成。磁力線的路徑是：永久磁鐵的N極→定子與轉子間的氣隙→轉子凸齒→轉子凸齒與定子磁頭間的氣隙→磁頭→導磁板→永久磁鐵S極。當信號轉子旋轉時，磁路中的氣隙就會周期性地發生變化，磁路的磁阻和穿過傳感線圈磁頭的磁通量隨之發生周期性地變化。根據電磁感應原理，傳感線圈中就會感應產生交變電動勢。

當信號轉子按順時針方向旋轉時，轉子凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁路磁阻減小，磁通量增多，磁通變化率增大，感應電動勢為正。當轉子凸齒接近磁頭邊緣時，磁通量急劇增多，磁通變化率最大，感應電動勢最高。當轉子旋轉到凸齒的中心線與磁頭的中心線對齊時，轉子凸齒與磁頭間的氣隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量最大，磁通變化率為零，感應電動勢為零。當轉子沿著順時針方向繼續旋轉，凸齒離開磁頭時，凸齒與磁頭間的氣隙增大，磁路的磁阻增大，磁通量減少，感應電動勢為負值。由此可見，信號轉子每轉過一個凸齒，就在傳感線圈中產生一個周期的交變電動勢即傳感線圈輸出端相應地輸出一個交變電壓信號。

圖1 磁感應式傳感器的結構與工作原理圖

a）凸齒接近磁頭，E﹥0;b）凸齒正對磁頭，E=0;c）凸齒離開磁頭，E﹤0

1—信號轉子;2—傳感線圈;3—永久磁鐵;4—磁軛

二、桑塔納2000GSi型轎車磁感應式曲軸位置傳感器結構與工作原理

1.桑塔納2000GSi型轎車磁感應式曲軸位置傳感器結構特點

桑塔納2000GSi型轎車磁感應式曲軸位置傳感器安裝在曲軸箱內靠近離合器一側的缸體上，由信號發生器和信號轉子組成，如圖2所示。信號發生器用螺釘固定在發動機缸體上，由永久磁鐵、傳感線圈和線束插頭組成。永久磁鐵上帶有一個磁頭，磁頭正對著曲軸上的齒盤式信號轉子安裝，磁頭與磁軛連接而構成導磁回路。信號轉子為齒盤式，在其圓周上間隔均勻地分布有58個凸齒，其中有57個小齒缺和一個大齒缺。大齒缺輸出基準信號，對應于發動機1缸或4缸壓縮上止點前一定角度，每個凸齒和小齒缺所占的曲軸轉角為30（58×30+57×30=3450），大齒缺所占的弧度相當于兩個凸齒和三個小齒缺所占的弧度為150。信號轉子隨曲軸一同旋轉，曲軸旋轉一圈，信號轉子也旋轉一圈。

圖2 桑塔納2000GSi型轎車磁感應式

曲軸位置傳感器結構

1—氣缸體; 2—傳感器磁頭; 3—信號轉子

圖3 磁感應式曲軸位置傳感器標準波形

圖4 故障波形

2.桑塔納2000GSi型轎車磁感應式曲軸位置傳感器工作原理

當曲軸位置傳感器的信號轉子隨曲軸旋轉時，由磁感應式傳感器的工作原理可知，信號轉子每轉過一個凸齒，傳感線圈相應地輸出一個交變電壓信號。當大齒缺轉過磁頭時，其輸出信號為一寬脈沖信號，該信號對應于1缸或4缸壓縮上止點前一定角度。ECU接收到寬脈沖信號時，再根據凸輪軸位置傳感器輸入的信號來確定即將到達上止點是1缸還是4缸活塞。因為信號轉子上有58個凸齒，因此信號轉子每轉一圈，傳感線圈就會產生58個交變電壓信號并輸入ECU。

每當曲軸位置傳感器的信號轉子隨發動機曲軸轉動一圈，傳感線圈就會向ECU輸入58個脈沖信號。如果在1min，ECU接收到曲軸位置傳感器145000個信號，ECU便計算出曲軸轉速為2500（145000/58=2500）r/min。ECU根據單位時間內接收曲軸位置傳感器脈沖信號的數量，計算出發動機曲軸的轉速。

ECU控制噴油時間和點火時間是以大齒缺產生的信號為基準進行控制。當ECU接收到大齒缺產生的信號后，再根據小齒缺信號來控制點火時間、噴油時間和點火線圈初級電流接通時間。

圖5 故障波形

三、磁感應式曲軸位置傳感器的檢測方法

1.外觀檢查

（1）檢查傳感器安裝狀態是否符合要，用非導磁厚薄規測量轉子凸齒與磁頭之間的氣隙，氣隙應為0.2～0.4mm，氣隙如不符，必須按規定進行調整;

（2）拆下傳感器檢查磁頭部位是否吸附有鐵屑;

（3）檢查飛輪齒圈上是否有金屬雜質。

2.萬用表檢測

（1）檢查屏蔽線是否完好

屏蔽線與兩針腳之間阻值應為無窮大，如阻值不是無窮大，則需更換傳感器。

（2）線路檢查

①點火開關“OFF”;

②拔下線束插頭;

③用萬用表電阻檔分別檢測傳感器線束插頭端子3、2、1與控制單元線束插孔56、63、67之間的電阻值，其阻值最大不超過1.5Ω，如阻值為無窮大，說明導線短路，需要修理或更換線束。

（3）傳感器阻值檢測

①點火開關“OFF”;

②拔下線束插頭;

③用萬用表電阻檔檢測傳感器插座上端子“2”與“3”之間信號線圈的電阻值應為450～1000Ω。如阻值為無窮大，說明信號線圈斷路，應更換曲軸位置傳感器。

（4）傳感器電壓檢測

①啟動發動機;

②拔下線束插頭;

③用跨接線將傳感器線束插頭“2”與“3”的兩個端子與ECU對應的線束插孔跨接，用萬用表的電壓檔測量，啟動瞬間交流電壓為0.8～2.7V，信號電壓隨發動機轉速的增大而增大。

3.KT600解碼器檢測

（1）檢測信號波形

曲軸位置傳感器標準波形如圖3所示，其特點是：

①波形的形狀基本一致，在0V電平的上下基本對稱;

②每一個峰值電壓相差不多;

③波形頻率隨車速變化而改變，車速升高，波形頻率增加即波形變密。

（2）波形分析

最常見的故障是根本不產生信號，故障原因是傳感器線圈有斷路故障。如果示波器顯示在零電位時是一條直線，則說明傳感器信號系統中有故障。首先確定示波器到傳感器的連接是否正常，然后檢查相關的零件（曲軸、凸輪軸）是否旋轉、磁感應式曲軸位置傳感器的氣隙是否適當及傳感器頭有無故障。注意：也有可能是點火模塊或發動機ECU中的傳感器內部電路搭鐵，此時可以用拔下傳感器導線連接器后再用波形測試設備測試的方法來判斷。圖4所示故障波形原因是齒槽中填有異物造成的。

圖5a所示故障波形的特點是一個峰值明顯低于其他值，故障原因是觸發輪有缺齒或變形;圖5b所示故障波形的特點是波形的各個峰值都不等，而且相差很大，故障原因是觸發輪松曠。

如檢測出的波形異常，應更換磁感應式曲軸位置傳感器。

參考文獻

[1]舒華.汽車電子控制技術[M].人民交通出版社，2012.

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