下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的。它是利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号，可分为触发叶片式和触发轮齿式两种曲轴位置传感器。
如图2-58所示，把一块半导体基片（霍尔元件）放在磁场中。当在与磁场垂直的方向上通以电流时，则在与磁场和电流相垂直的另外横向侧面上产生电压。这一现象是1879年就读于美国霍普金斯大学的物理学家霍尔发现的，因此命名为霍尔效应。
实验证明：霍尔效应中产生的电压 U H （霍尔电压）的大小与通过半导体基片的电流 I 和磁场的磁感应强度 B 成正比，与基片的厚度 d 成反比，即
式中， U H 为霍尔电压（V）； R H 为霍尔系数（m 3 /C）； d 为半导体基片厚度（m）； I 为电流强度（A）； B 为磁通密度（T）。
图2-57 传感器与ECU电路图（2006款凯美瑞）
图2-58 霍尔效应示意图
由上式可知，当通过的电流 I 为定值时，产生的霍尔电压与磁感应强度 B 成正比。即霍尔电压随磁感应强度的大小而变化。当 B ≠0时，半导体产生霍尔电压；当 B =0时，霍尔电压降为零。
由于霍尔式转速传感器能克服电磁式传感器输出信号电压幅值随车转速变化而变化、响应频率不高以及抗电磁波干扰能力差等缺点，因而被广泛应用于汽车。
（1）结构 触发叶片霍尔式曲轴位置传感器的基本结构如图2-59所示，主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片（磁轭）与永久磁铁等组成。触发叶轮安装在转子轴上，叶轮上制有叶片。霍尔集成电路由霍尔元件、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。其中触发叶轮安装在转子轴上，随转子轴一起转动，叶轮上制有叶片；当曲轴带动转子轴转动时，触发叶轮随其一起转动，叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动。
（2）工作原理 当触发叶轮随转子轴一同转动时，叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动，霍尔式集成电路中的磁场就会发生变化，霍尔元件中就会产生霍尔电压，经过信号处理电路处理后，就可输出方波信号。当传感器轴转动时，触发叶轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过。当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，如图2-59a所示，霍尔电压 U H 为零，集成电路输出级的晶体管截止，传感器输出的信号电压 U O 为高电平（实测表明：当电源电压 U CC =14.4V时，信号电压 U O =9.8V；当电源电压 U CC =5V时，信号电压 U O =0.1～0.3V）。
当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁通便经霍尔集成电路和导磁钢片构成回路，如图2-59b所示，此时霍尔元件产生电压（ U H =1.9～2.0V），霍尔集成电路输出级的晶体管导通，传感器输出的信号电压 U O 为低电平（实测表明：当电源电压 U CC =14.4V或 U CC =5V时，信号电压 U O =0.1～0.3V）。
ECU便根据输入的脉冲信号计算出曲轴的转角及活塞上止点位置，从而对发动机的点火和喷油时刻进行控制。
图2-59 霍尔式传感器结构原理
a）叶片进入气隙，磁场被旁路 b）叶片离开气隙，磁场饱和
1—永久磁铁 2—触发叶轮 3—磁轭 4—霍尔集成电路
（1）结构 触发轮齿霍尔式曲轴位置传感器即差动霍尔式曲轴位置传感器，也叫双霍尔式曲轴位置传感器，其结构与磁脉冲式曲轴位置传感器相似，由带凸齿的信号转子和霍尔信号发生器组成，其基本结构和输出信号电压波形如图2-60所示。
图2-60 触发轮齿霍尔式曲轴位置传感器的结构
a）基本结构 b）输出波形
（2）工作原理 触发轮齿霍尔式曲轴位置传感器的工作原理与触发叶片霍尔式曲轴位置传感器的工作原理相同。触发轮齿霍尔式曲轴位置传感器的信号转子即凸齿转子安装在发动机曲轴上（部分汽车以发动机的飞轮为信号转子），当发动机曲轴或飞轮转动时，传感器的信号转子随其一起转动，从而使信号转子的齿缺与凸齿转过霍尔电路（与触发叶片式霍尔电路相同，由霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电阻、信号变换电路和输出电路等组成）的探头，使齿缺或凸齿与霍尔探头之间的气隙发生变化，磁通量随之变化，即磁场强度 B 发生变化。根据霍尔效应，在传感器的霍尔元件中就会产生交变电压信号，如图2-60b所示，其输出电压由两个霍尔信号电压叠加而成。因为输出信号为叠加信号，所以转子凸齿与信号发生器之间的气隙可以增大到（1.0±0.5）mm（普通霍尔式传感器仅为0.2～0.4mm），从而便可将信号转子设置成像磁感应式传感器转子一样的齿盘式结构，其突出优点是信号转子便于安装。
汽车上用霍尔式传感器一般为三线：一根为电源线，供给工作电压，一般为12V，也有的用8V、5V或9V；一根为信号线，需要提供5V参考电压，通过晶体管的导通或关闭，实现0V和5V的脉冲变化；第三根为搭铁线。
图2-61 新型两线霍尔传感器
随着科学技术的发展，现代制造业对汽车生产技术要求不断提高，同时为降低汽车生产成本，近年来，越来越多的汽车采用一种新型霍尔式传感器。新型霍尔式曲轴位置传感器只有两根引线，如图2-61所示，分别为电源线和信号线。新型霍尔式传感器与普通霍尔式传感器的输出信号均为方波脉冲信号，占空比范围为30%～70%，一般为50%，如图2-62所示，但输出信号的高、低电压存在差异。新型霍尔式传感器输出信号的高、低电压不受速度影响。主要由电控单元内部的电阻 R 决定，电阻 R 一定，高、低电压便一定，即使转速很低，发动机电控单元仍能检测到输出信号电压，这就克服了电磁式传感器输出信号电压随转速变化而变化的缺点。
图2-62 输出信号波形
24X曲轴位置传感器为3导线触发叶片霍尔式传感器，位于发动机右侧、曲轴端部，如图2-63所示。24X曲轴位置传感器主要由叶轮和信号发生器组成，信号发生器用螺栓连接在正时链盖前端，叶轮安装于曲轴配重后部。叶轮上均布有24个叶片和窗口，曲轴每转一圈，传感器产生24个脉冲信号。24X参照信号直接送给PCM，用于改善发动机的怠速点火控制。在1200r/min的发动机转速下，PCM采用24X参照信号计算发动机转速和曲轴位置。PCM连续监视24X参照电路上的脉冲数，并将24X参照脉冲数与正在接收的3X参照脉冲数和凸轮轴信号脉冲数进行对比。如果PCM接收的24X参照电路脉冲数不正确，将设置DTC P0336，且PCM将利用3X参照信号电路控制燃油和点火。发动机将继续起动并仅采用3X参照信号和凸轮位置信号运行。
图2-63 24X曲轴位置传感器的位置
1—24X曲轴位置（CKP）传感器 2—发动机正时链条盖 3—装配托架 4—紧固螺栓
24X曲轴位置传感器与PCM的连接电路如图2-64所示。24X曲轴位置传感器的插头端子如图2-65所示。其中A端子为电源线，B端子为信号线，C端子为搭铁线。24X曲轴位置传感器的检测方法如下。
图2-64 曲轴位置传感器连接电路
图2-65 传感器的插头端子
1）检测传感器的输出信号。关闭点火开关，在曲轴位置传感器的信号线路上串接一个无源试灯（或发光二极管），起动发动机，观察灯（或发光二极管）的闪烁情况，试灯（或发光二极管）应有规律地闪烁，否则曲轴位置传感器信号不良。
2）检测传感器的电源电压。关闭点火开关，拔下曲轴位置传感器的3芯插头，打开点火开关，用万用表电压档测量曲轴位置传感器插座上A孔与搭铁之间的电压值，应为12V（蓄电池电压），否则曲轴位置传感器的电源线路不良。
（1）检测 大众CC汽车发动机曲轴位置传感器与发动机ECU的连接如图2-66所示。
图2-66 大众CC曲轴位置传感器连接电路
G28—发动机转速传感器 G31—增压压力传感器 G336—进气歧管翻板电位计 J428—车距调节控制单元 J527—转向柱电子装置控制单元 J623—发动机控制单元
1）工作电压的检测。拔掉曲轴位置传感器插头，打开点火开关，用万用表的电压档测量线束侧T2jp/1端与搭铁是否有约为5V电压，如果没有，检查插头端子T2jp/1与控制单元T60/51的线束导通性。如果导通，说明控制单元故障。
2）检测传感器的输出信号。关闭点火开关，在曲轴位置传感器的信号线路T2jp/1与T2jp/2端子上串接一个发光二极管试灯，起动发动机，观察发光二极管试灯的闪烁情况。试灯应有规律地闪烁，否则曲轴位置传感器信号不良。如二极管试灯不闪烁，应检查T2jp/2端子与控制单元的T60/36线束的导通性。如果导通，检查端子T2jp/1与搭铁，应有5V电压。电压正常，说明传感器故障，否则控制单元故障。
（2）霍尔传感器失灵的诊断方法
1）检查霍尔传感器线路有无断路或短路，以及连接器端子有无腐蚀。
2）清洁霍尔传感器头部。
3）检查霍尔传感器的供电与搭铁情况。
4）用示波器读取波形，波形应为方波信号。
5）串接一个发光二极管，起动发动机，观察发光二极管的闪烁情况，发光二极管应有规律地闪烁，否则曲轴位置传感器信号不良。