1.曲軸位置傳感器

曲軸位置傳感器（Crankshaft Position Sensor,CPS或CKP），又稱為發動機轉速和曲軸轉角傳感器，其功能是采集曲軸轉動角度和發動機轉速信號，并輸入ECU，以便確定噴射順序、噴射正時、點火順序、點火正時，并且根據曲軸轉角波動大小來判斷發動機是否有失火現象。它是發動機集中控制系統最主要的傳感器之一，是控制發動機燃油噴射和點火時刻曲軸確認曲軸位置的信號源，同時也是測量發動機轉速的信號源。曲軸位置傳感器檢測活塞上止點和曲軸轉角的信號并將其輸入ecu，用來對點火時刻和噴油正時進行控制。

曲軸位置傳感器的安裝位置及分類

CKP一般安裝在曲軸前端、靠近飛輪的變速器殼體位置，該傳感器按照工作原理不同可分為磁脈沖式、光電式、霍爾式等。

磁電感應式曲軸位置傳感器的結構與原理。

又稱為磁脈沖式傳感器、可變磁阻式傳感器，它不需要電源，所以為無源傳感器。主要由導磁材料制成的信號轉子、永久磁鐵、信號線圈等組成，傳感器的位置是固定的，軟磁鐵芯與信號轉子齒間間隙必須保持一定間隙，如下圖：

傳感器插頭接線形式主要有二線式和三線式兩種。二線式中的兩根線為信號回路線，信號正負交替變化，三線制中多出的一根線為屏蔽線。

●當信號轉子凸齒靠近傳感器時，磁頭與齒間隙逐漸減小，磁路中的磁阻逐漸減小，傳感器的磁場便開始產生集中的現象， 磁場強度增大，磁通量的變化率也逐漸增大，因此產生一個正的、逐漸增大的感應電動勢，磁場的變化越大則感應出的電壓越強，其對應位置如圖5-26a

●當凸齒繼續靠近磁頭時，磁通量仍在增大，但磁通量變化率減小，因此產生一個正的、逐漸減小的感應電動勢，如圖5-26b

●當信號傳感器凸齒與傳感器尖端對齊成一條直線時磁頭與齒間隙最小，磁路中的磁阻最小，磁場強度最強，磁通量最大，但在該點的磁場強大沒有變化，磁場變化率為0，所以感應電壓和電流強度為0，如圖5-26c

●信號轉子凸齒繼續轉動，其相對位置如圖5-26d，凸齒遠離磁頭準備離開傳感器，二者間隙逐步增大，磁阻逐漸增大，磁通量逐漸減小，但磁通量變化率逐漸增大，所以產生一個負的、絕對值逐漸增大的感應電動勢

●當凸齒繼續轉動離開磁頭時，磁阻繼續增大，磁通量繼續減小，磁通量變化率逐漸減小，產生一個負的、絕對值逐漸減小至0的感應電動勢，其相對位置如圖5-26e：

例：捷達曲軸位置傳感器的檢測

其為三線式，端子2、3位傳感器信號線，端子1為信號屏蔽線，與發動機內的搭鐵連接。端子2端子3之間的阻值應為450~1000歐；端子2、端子3與屏蔽線端子1的阻值應為無窮大；用萬用表交流檔，使線路正常連接，發動機運轉時端子3和端子2之間的交流電壓在0.2V~2v范圍內波動；端子2與ECU 64端子、端子3與ECU 53端子、端子1與發動機線束內搭鐵線的阻值，不超過1.5歐。

霍爾式曲軸位置傳感器

霍爾式曲軸位置傳感器是利用霍爾效應產生與曲軸轉角相對應的電壓脈沖信號的原理制成，可分為觸發葉片式和觸發齒輪式。

霍爾效應:當電流I通過磁場中的半導體基片（稱霍爾元件）且電流方向與磁場方向垂直時，電荷在洛侖磁力的作用下向一側偏移，在垂直于電流與磁場的霍爾元件的橫向側面產生一個與電流和磁場強度稱正比的電壓，稱為霍爾電壓UH，如下圖：

當結構一定且電流為定值時，霍爾電壓與磁場強度成正比。霍爾式曲位傳感器主要使用霍爾開關電路，根據脈沖信號的多少來確定曲軸的旋轉速度和位置，為了能輸出數字信號，產生的霍爾電壓應該能打開或關閉功率晶體管，如下圖：

觸發葉片式霍爾曲軸位置傳感器的工作原理是，當曲軸轉動并帶動轉子軸轉動時，觸發葉輪隨轉子軸一起轉動，觸發葉輪的葉片便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉過。當葉片進入氣隙時，霍爾電路中的磁場被旁路，此時霍爾元件產生的霍爾電壓為0，集成電路輸出級的晶體管截止，傳感器輸出一個高電平信號電壓（實驗表明：當電源電壓為為14.4V時，信號電壓為9.8V；當電源電壓為5V時，信號電壓為4.8V）。當葉片離開氣隙時，永久磁鐵的磁通便經過霍爾集成電路和導磁鋼片構成回路，此時霍爾廉產生霍爾電壓（1.9~2.0V），霍爾集成電路輸出級的晶體管導通，傳感器輸出一個低電平信號電壓（當電源電壓為14.4v或5v時，信號電壓為0.1~0.3V），如圖：

觸發齒輪式霍爾曲軸位置傳感器

觸發齒輪式霍爾曲軸位置傳感器即差動霍爾式曲軸位置傳感器，也叫雙霍爾式曲軸位置傳感器，其結構與磁脈沖式曲位傳感器相似，由帶凸齒的信號轉子和霍爾信號發生器組成，當發動機曲軸轉動時，信號轉子隨其轉動，從而使信號轉子的齒缺與凸齒轉過霍爾電路（與觸發葉片式相同）的探頭，使信號轉子與探頭間的氣隙發生變化，磁通量隨之變化，根據霍爾效應，在傳感器的兩端就會產生交變電壓信號，一般有三線或兩線式，三線式：一根為電源線一般12V，也有8V、5V、9V；一根為信號線，提供5V參考電壓，通過晶體管的導通或者關閉，實現0V和5V的脈沖變化；第三根為搭鐵線。兩線式：一根電源、一根信號線

新型兩線霍爾式曲位傳感器

新型傳感器輸出信號的高、低電壓不受速度影響，即使轉速很低，發動機ECU也能檢測到輸出信號電壓，克服了電磁式輸出信號電壓隨轉速變化而變化的缺點。

例：大眾CC轎車曲位傳感器的檢測

●拔掉曲位傳感器插頭，打開點火開關，端子1與搭鐵間應有5V電壓

●關閉點火開關，在曲位傳感器在端子1和端子2上串接一個發光二極管試燈，啟動發動機，試燈應有規律閃爍，若閃爍不正常或不閃爍，在保證線路正常和5V電源正常的情況下，更換傳感器。（端子1對應發動機ECU端子51；端子2對應發動機ECU端子36）

2.凸輪軸位置傳感器

凸輪軸位置傳感器（Camshaft Position Sensor，CMP），又稱凸輪轉角傳感器、相位傳感器、缸位傳感器、氣缸識別（氣缸位置）傳感器、一缸上止點傳感器等。其作用是檢測凸輪軸位置和轉角，從而確定第一缸活塞上止點位置。在啟動時，ECU根據凸輪軸傳感器和曲位傳感器提供的信號，識別出各個缸活塞位置和行程，控制燃油噴射和點火順序。在啟動期間，凸輪軸位置傳感器信號是個關鍵性輸入，某些車型無此信號將難以啟動，一旦發動機正常運轉，在下一個點火鑰匙循環前，就不再需要凸輪軸信號，發動機可正常運轉。帶有可變氣門正時系統的車型，該傳感器還有監控可變的進氣、排氣凸輪軸是否達到預期的位置的功能。

凸輪軸位置傳感器分類

一般分為磁電式、光電式、霍爾式、磁阻式

霍爾式、磁電式原理與曲軸位置傳感器相同

例：捷達霍爾式凸輪軸位置傳感器檢測

●拔下三線插頭，打開點火開關，端子1和端子3的電壓約為5v；端子2與端子3的電壓約為12v

●傳感器的端子1與發動機ECU端子96、端子2與ECU端子105、端子3與ECU線束內傳感器搭鐵，以上端子間應為導通，阻值不高于1.5歐。

磁阻式凸輪軸位置傳感器

利用磁阻效應制成的磁敏電阻元件稱為磁阻元件（簡稱MRE）

磁阻效應是指半導體材料的電阻值隨著與電流相同或垂直方向的磁場強弱而變化的現象。當傳感器的磁頭正對著信號轉子的凹槽時，磁阻元件電阻減小，磁阻元件輸出5V高電平信號，當傳感器磁頭正對著轉子凸齒時，磁阻元件的電阻較大，磁阻元件輸出0V低電平信號。

例：豐田、HQ300、新皇冠采用的MRE凸輪軸位置傳感器的檢測

●關閉點火開關，斷開三線傳感器插頭，打開點火開關，檢測電源端子與搭鐵端子間電壓應為5V；

●關閉點火開關，斷開插頭，打開點火開關，檢測信號端子與搭鐵間電壓應為4.6V

什么是霍爾效應？

霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導電機構時發現的。

后來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，當電流垂直于外磁場通過導體時，載流子發生偏轉，垂直于電流和磁場的方向會產生一附加電場，從而在導體的兩端產生電勢差，這一現象就是霍爾效應，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。霍爾效應應使用左手定則判斷。

在式(1)中：若保持控制電流Ic不變，在一定條件下，可通過測量霍爾電壓推算出磁感應強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯系，根據這一關系式，人們研制了用于測量磁場的半導體器件即霍爾元件。

霍爾效應的本質是：固體材料中的載流子在外加磁場中運動時，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發生偏移，并在材料兩側產生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側建立起一個穩定的電勢差即霍爾電壓。

正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數。平行電場和電流強度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導電過程的不僅有帶負電的電子，還有帶正電的空穴。

什么是霍爾傳感器？

霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器，廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。

通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

由于霍爾元件產生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩壓電源電路等集成在一個芯片上，稱之為霍爾傳感器。霍爾傳感器也稱為霍爾集成電路，其外形較小，如下圖所示：

霍爾傳感器其中某型

霍爾傳感器的優點及用途

許多人都知道，轎車的自動化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調電機和雨刮器電機在開關時會產生浪涌電流，使機械式開關觸點產生電弧，產生較大的電磁干擾信號。

采用功率霍爾開關電路可以減小這些現象。霍爾器件通過檢測磁場變化，轉變為電信號輸出，可用于監視和測量汽車各部件運行參數的變化。

例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，并可將這些變量進行二次變換；可測量壓力、質量、液位、流速、流量等。霍爾器件輸出量直接與電控單元接口，可實現自動檢測。

目前的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40℃到零上150℃范圍內工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應汽車的惡劣工作環境。

霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對瞬態峰值的測量。副邊電流忠實地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無法與其比擬的，它一般只適用于測量50Hz正弦波

原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離，隔離電壓可達9600Vrms；

精度高：在工作溫度區內精度優于1%，該精度適合于任何波形的測量；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm級）。

寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS，帶寬約700Hz。

測量范圍廣泛：電流測量可達50KA，電壓測量可達6400V。

結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

上圖即是一種典型的霍爾傳感器實現定位應用---一個輪上的兩個磁鐵經過霍爾效應傳感器。圖示中的輪子，帶有兩個等距的磁鐵，傳感器上的電壓在一個周期內將兩次達到峰值。

通常被用于計量車輪和軸的速度，例如在內燃機點火定時（正時）或轉速表上。其在無刷直流電動機的使用，用來檢測永磁鐵的位置。

霍爾傳感器廣泛應用在變頻調速裝置、逆變裝置、UPS電源、通信 電源、電焊機、電力機車、變電站、數控機床、電解電鍍、微機監測、電網監測等需要隔離檢測電流的設施中以及新興的太陽能、風能和地鐵軌道信號、汽車電子等領域。

來源：焉知汽車

審核編輯：湯梓紅