霍尔式曲轴位置传感器故障检修信息采集-汽车发动机控制系统维修

1.霍尔效应的原理

在磁场中，运动电荷的偏移称为霍尔效应。霍尔效应的原理如图6-18所示。

当电流I通过放在磁场中的半导体基片（称霍尔元件）且电流方向与磁场方向垂直时，电荷在洛伦兹力作用下向一侧偏移；在垂直于电流与磁通的霍尔元件的横向侧面上即产生一个与电流和磁场强度成正比的电压，这种电压称为霍尔电压U_H。

当结构一定且电流I为定值时，霍尔电压U_H与磁场强度B成正比。

霍尔式曲轴位置传感器就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。

图6-18 霍尔效应的原理

I—电流 B—磁场 U_H—霍尔电压

2.采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传感器

美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端的扭转减振器背面，采用触发叶片的结构型式，如图6-19所示。

在发动机曲轴传动带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。外信号轮外缘上均匀分布着18个触发叶片和18个窗口，每个触发叶片和窗口的宽度均为10°的弧长；内信号轮外缘上，设有三个触发叶片和三个窗口，三个触发叶片的宽度不同，分别为100°、90°和110°弧长，三个窗口的宽度亦不相同，分别为20°、30°和10°弧长。由于内信号轮安装位置关系，宽度100°弧长的触发叶片前沿位于一、四缸上止点前75°，90°的弧长的触发叶片前沿在六、三缸上止点前75°，110°的弧长的触发叶片前沿在五、二缸上止点前75°位置。

图6-19 霍尔式曲轴位置传感器

霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成，如图6-20所示。内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器，信号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之

间的空气隙中时，霍尔集成电路中的磁场

即被触发叶片所旁路（或称隔磁），这时不产生霍尔电压。当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁3的磁通便通过导磁板5穿过霍尔元件，这时产生霍尔电压。

将霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后，即向发动机

电子控制单元输送电压脉冲信号，如图6-21所示。外信号轮每旋转一圈产生18个脉冲信号，称为18X信号。一个脉冲周期相当于曲轴旋转20°转角的时间，ECU再将一个脉冲周期均分为20等份，即可求

图6-20 霍尔发生器的工作原理

1—信号轮的触发叶片 2—霍尔元件 3—永久磁铁 4—底板 5—导磁板

得曲轴旋转1°所对应的时间，根据这一信号，ECU用以控制点火时刻。

(www.xing528.com)

图6-21 霍尔式曲轴位置传感器输出信号

内信号轮每旋转一圈产生3个不同宽度的电压脉冲信号，称为3X信号。脉冲周期均为120°的时间，脉冲上升沿分别产生于一、四缸、三、六缸和二、五缸上止点前75°，作为ECU判别气缸和计算点火时刻的基准信号。此信号相当于前述曲轴位置传感器产生的120°信号。

3.采用触发轮齿的霍尔式曲轴位置传感器

北京切诺基就采用过这种类型的曲轴位置传感器，它装在变速器飞轮壳体上，如图6-22所示。

图6-22 曲轴位置传感器

曲轴位置传感器与发动机电子控制单元有三条导线相连，如图6-23所示，其中一条是发动机电子控制单元向传感器提供的电源线，输入传感器的电压在1996年前的车型为8V，1996年以后的车型为5V；另一条是传感器的输出信号线，输出的是矩形脉冲信号，高电位为5V，低电位为0.3V；最后一条是传感器接地线。

曲轴位置传感器工作示意图如图6-24所示。在2.5L四缸发动机的飞轮外沿上有八个齿槽，平均分成两组，之间相隔180°。每一组中每个齿槽宽度为2°，两个齿槽之间相隔18°。在4.0L六缸发动机的飞轮外沿上有12个齿槽，均分为3组，每组相隔120°，每一组中的每个齿槽宽度也为2°，两个齿槽之间间隔也为18°。

图6-23 曲轴位置传感器与ECU的连接电路

图6-24 曲轴位置传感器工作示意图

当飞轮齿槽通过传感器的磁铁时，霍尔传感器输出5V的高电位，当飞轮两槽间的金属通过磁铁时，霍尔效应传感器输出0.3V的低电位。因此，当1个飞轮齿槽通过传感器时，传感器便产生一个高、低电位脉冲信号。

当飞轮上的每组齿槽通过传感器时，传感器将产生四个脉冲信号。其中四缸发动机每转一圈产生两组脉冲信号，六缸发动机每转一圈产生三组脉冲信号。传感器提供的每组信号输入发动机电子控制单元后，可被发动机电子控制单元用来确定两缸活塞的位置。如在四缸发动机上，利用一组信号，在同一时间内，可知1缸活塞和4缸活塞接近上止点，利用另一组信号，可知2缸活塞和3缸活塞接近上止点。同样，在六缸发动机上，利用一组信号，在同一时间内也可确定两个缸的活塞位置，即3缸活塞和4缸活塞、2缸活塞和5缸活塞、1缸活塞和6缸活塞接近上止点。

由于每组中的第四个脉冲下降沿，对应活塞上止点前4°的位置，依次类推，其他三个脉冲信号下降沿对应活塞上止点前的位置也可以确定，如每组第一个脉冲信号下降沿对应活塞上止点前64°，如图6-25所示。利用曲轴位置传感器输出的脉冲信号不仅可以知道两个气缸的活塞接近上止点，而且可以很容易确定活塞上止点前的运行位置。

图6-25 传感器产生的脉冲信号

另外，发动机电子控制单元可以根据各脉冲间通过的时间，也很容易计算出发动机的转速。

由于发动机电子控制单元是通过曲轴位置传感器获得曲轴（或活塞）运行的位置与发动机转速信息的，所以它是控制喷油和点火提前角的重要信号，一般是在排气行程上止点前64°时开始喷油。基本点火正时（怠速）是在压缩行程上止点前10°左右。发动机电子控制单元如果收不到曲轴位置传感器信号，发动机将不会起动。发动机运转中收不到曲轴位置传感器信号，发动机将停止工作。

利用曲轴位置传感器信号，发动机电子控制单元可知道有两个活塞在接近上止点及其相应位置，但并不清楚是哪两个气缸的活塞，也分不清谁处于排气行程、谁处于压缩行程，因此还需要有判缸信号，即需要有同步信号传感器（分电器内）向发动机电子控制单元提供信息。

4.霍尔式曲轴位置传感器的实际应用

霍尔效应传感器主要应用于北美和欧洲生产的许多车辆上。