手把手教你 凸轮轴位置传感器的信号与波形分析

凸轮轴位置传感器的作用是将凸轮轴转速信号以及第1 缸压缩上止点位置准确传递给 ECM，用来对发动机运行进行控制。

凸轮轴位置传感器一般是3 线霍尔传感器，电脑给传感器提供电源搭铁，不同车型的电源也不同，拔掉插头车钥匙信号线的电压一般为12V 或 5V。但这个电压是虚电，是经过电脑内部的限流电阻出来的，所以拔掉插头会有两个高电压（12V 或5V）。

使用功率试灯一端夹负极，一端分别去测试这两根线，能点亮功率试灯的即为电源线，另一根即为信号线。

凸轮轴位置传感器不但可以检测凸轮轴的转速，还可以判断凸轮轴的位置。对于大众车型，一般为两个大齿和两个小齿，但因为齿太少，位置的分辨率不够，所以一般需要与曲轴信号一起判断1 缸压缩上止点。

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凸轮轴位置传感器的工作原理

凸轮轴信号由靶轮和传感器产生。当空隙处于磁铁与霍尔元件之间时，磁场照射霍尔元件，产生霍尔电压，此时三极管导通，5V 信号电压直接搭铁，信号电压变为 0V。当叶片挡在磁铁与霍尔元件之间时，磁场不能照射霍尔元件，此时霍尔元件就产生不了霍尔电压，三极管截止，信号电压就由0V 变成5V（图9-12）。

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凸轮轴位置传感器波形分析

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霍尔式凸轮轴位置传感器信号

霍尔式凸轮轴位置传感器输出电压的幅值不变，频率随车速而改变（图9-13）。

在检测时，应注意其以下几个特点：

■ 输出电压的幅值不变，频率随发动机转速变化而改变。

■ 波形的水平上限应达到参考电压，水平下限应几乎达到地电位，若离地电位太高，说明电阻太大或接地不良。

■ 电压的峰- 峰值应等于参考电压。

■ 电压的转变应是垂直的直线。

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磁感应式凸轮轴位置传感器信号

磁感应式凸轮轴传感器一般单独安装在缸盖靠近凸轮轴的侧面或凸轮轴前端的链轮处，或安装在分电器内部。

磁感应式凸轮轴位置传感器输出的电压和频率随发动机转速增加而增加（图9-14 和图9-15）

其波形具备以下特点：

■ 输出的电压和频率随发动机转速的变化而改变。

■ 波形的上下波动应在 0V 电位的上下基本对称。

■ 每一个最大峰值电压都应差不多，若某一峰值电压低于其他，则应检查触发轮是否有缺角或偏心。

■ 每一个最小峰值电压都应差不多，若某一峰值电压高于其他，则应检查触发轮是否有缺角或偏心。

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凸轮轴位置传感器信号波形

磁感应式凸轮轴位置传感器的信号波形：

对于磁感应式凸轮轴位置传感器的信号波形，在观测分析时，重点检查曲线上是否有毛刺、杂波出现，还要注意信号波形的相位。应牢记，磁感应式传感器的信号，总是按照正弦波的形式出现的，如果在传感器的输出端子上出现反向的信号，则很有可能是传感器的插头端子错误排列引起的，这可能是由于错误的维修作业，将插头线束接错导致的。

霍尔式凸轮轴位置传感器的信号波形：

对于霍尔式凸轮轴位置传感器的信号波形，有两个观测波形的原则，如前所述，一是要注意信号的基准线是否正常，二是看信号的最高点是否符合厂家的设定范围。下面的例子，是一个霍尔式凸轮轴位置传感器出现基准线偏差导致发动机无法启动的故障案例。

如图9-16 所示，为凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器波形，蓝色曲线为凸轮轴位置传感器波形，红色曲线为曲轴位置传感器波形。从图形上可以看出，曲轴位置传感器信号正常，而凸轮轴位置传感器的波形却很不正常。从波形峰值上看，5V 电压的峰值没有问题，但看一下波形上的最小峰值，显示是3.1V，而霍尔传感器的正常波形是在0 ～ 5V 变化。从这里，就可以看出传感器是存在异常的，由于信号始终处于高电位，导致发动机 ECU 无法正确地辨别1 缸上止点位置，以致发动机无高压火花。

更换新的凸轮轴位置传感器，发动机能正常工作，此时观测到如图9-17 所示的波形。

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判断凸轮轴信号的好坏

凸轮轴位置传感器波形的产生原理为：当靶轮齿尖对准传感器时，信号线电压为低电压，当靶轮齿缺对准传感器时，信号线电压为高电压（图9-18）。

如图9-19 所示，凸轮轴位置传感器有两个大齿和两个小齿。

通过波形可以得到信号齿的轮廓，然后拆掉凸轮轴位置传感器看一下信号轮是不是有两个大齿和两个小齿，如果是这样则说明凸轮轴位置信号没有问题。由于这个信号的低电压为0V，所以还需要观察这个信号的低电压是不是0V，如果低电压不是0V，则这个信号是有问题的。

有的信号盘上面没有齿轮，而是一圈磁编码，可以通过对比另一根凸轮轴的波形，观察两个波形是否一致，若一致则表明没有问题，若不一致则表明有问题。

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判断发动机正时

通过曲轴信号可以确定曲轴的位置，通过凸轮轴信号可以判断凸轮轴的位置，如果把这两个信号结合起来，就可以判断曲轴和凸轮轴的相对位置（即相位），也就是人们所说的正时。可以在凸轮轴信号上任意找一个标记然后观察它，如果发动机型号一致且正时正确，凸轮轴的这个标记就会对着曲轴上唯一的位置；如果这个相对位置发生变动，则说明正时错误。

如图9-20 所示是帕萨特车型怠速时测量的正时标记，每辆车的曲轴和凸轮轴的相对位置都不同，即每辆车的正时记号都不同。所以用示波器判断正时时，需要先收集好正常车的对应关系，并与故障车做比较，如果相对位置一致，则表明正时正确；如果相对位置发生变动，则表明正时错误。如果正时错位，凸轮轴的标记就会对着不同的曲轴位置。

凸轮轴的标记处对准的曲轴位置由最开始的1 个齿变到了6 个齿，但错齿不一定就代表正时错了，也有可能是 VVT 在调节。怠速时的 VVT 一般不调节，所以用示波器判断波形时，应当采集怠速时的波形与故障车比较（图9-21）。

来源：汽车维修技术与知识

发动机上这些重要的传感器，作用、工作原理、安装位置是否都了解

汽车维修技术与知识分享

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空气流量传感器

■ 作用

空气流量传感器又称空气流量计，其作用是检测发动机进气量的大小，并将进气量信息通过电路的连接转化为电信号输入给ECU，以供ECU确定喷油量和点火时间。空气流量传感器获得的进气量信号是ECU进行喷油控制的主要依据，若其损坏或其电路连接出现故障，则会使发动机的进气量测量不准确，使进入气缸的混合气过浓或过稀，从而导致ECU无法对喷油量进行准确的控制，导致发动机运转不正常，排放超标。

■ 安装位置

一般安装在进气管上，如下图所示。

■ 种类

空气流量计可分为体积式和质量式，其中体积式又分为叶片式、卡曼涡流式和量芯式；质量式又分为热线式和热膜式。

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冷却液温度传感器

◎ 作用

冷却液温度传感器(即水温传感器)的主要作用是检测冷却液温度，在发动机电控系统中，传感器能感知到冷却液温度的变化，并将这种变化通过电路的连接转化为电信号输送给ECU，ECU根据输入的电信号即冷却液温度的变化信号，来对电喷发动机的喷油量及喷油时间进行修正，同时调整空燃比，使进入发动机内的混合气能稳定地燃烧，冷机时供给较浓的可燃混合气，热机时供给较稀的可燃混合气，使发动机良好地工作。

◎ 安装位置

冷却液温度传感器一般装在电喷发动机缸盖的水套及上出水管、节温器等处，如下图所示。

◎ 类型

冷却液温度传感器主要有绕线电阻式、热敏电阻式、扩散电阻式、半导体晶体管式、金属芯式、热电偶式等类型。应用最广泛的是热敏电阻式。

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进气温度传感器

■ 作用

进入发动机气缸内的空气质量与进气温度和进气压力有关，即当温度低时，空气密度大，相同体积空气的质量大；反之，进气温度升高时，相同体积空气的质量少。在采用空气流量传感器的燃油喷射系统中，空气流量传感器测定的空气质量为体积流量，因此需要进气温度传感器和大气压力传感器。

进气温度传感器也是由负温度系数的热敏电阻组成的，即温度升高时传感器的电阻明显减小。其用来检测发动机的进气温度，并将这种温度信号通过电路的连接以电信号的形式输入给ECU，ECU则根据输入的电信号对喷油量进行修正。

如果进气温度传感器出现故障，会使输入给ECU的进气温度电信号出现中断，使进入发动机气缸中的混合气过稀或过浓，燃烧情况变差，出现热启动困难、废气排放量增大、工作不稳定情况。同时若在行车中出现上述情况，则应对进气温度传感器进行检测。

■ 安装位置

进气温度传感器通常安装在空气滤清器之后的进气软管、空气流量传感器、节气门体和进气歧管上，如下图所示。有的还在空气流量传感器和谐振腔上各安装一个，以提高喷油器的控制精度。

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EGR监测温度传感器

◎ 作用

EGR监测温度传感器用来监测EGR阀内再循环气体的温度变化情况，并监测EGR阀的正常工作，从而控制排气歧管出来的部分废气再循环地进入进气歧管中，降低气缸的最高燃烧温度，并减少尾气中NOx的含量，以降低对环境的污染程度。

EGR监测温度传感器也是采用负温度系数的热敏电阻为检测元件，EGR阀在发动机中速运转及中等负荷时开启，在发动机低速运转、水温低于60℃时EGR阀关闭，以防止发动机怠速不稳，发动机在大负荷运转时EGR阀也关闭，以保证发动机有足够的功率输出，因此EGR监测温度传感器检测的温度范围为50~400℃。

导致EGR系统停止工作的可能原因：EGR监测温度传感器的连接电路短路或断路；EGR控制系统发生故障；管路中的沉积物堵塞了管路等。当EGR系统停止工作时，应对EGR监测温度传感器进行检测。

◎ 安装位置

EGR监测温度传感器安装在EGR阀的进气道上，如下图所示。

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进气歧管压力传感器

■ 作用

进气歧管压力传感器(也称为进气压力传感器或MAP)用在D型和缸内直喷系统中(当应用在发动机上电控多点间歇式汽油喷射系统中时，基本特点是以进气歧管绝对压力和发动机转速为基本控制参数来控制喷油器的基本喷油量)，根据发动机的负荷测出进气歧管内压力的变化，并通过电路的连接转化为电信号和转速信号，一起输入发动机ECU，作为确定喷油器喷油量的基本依据。进气压力增大，喷油量增多，点火提前角变小。如果进气压力传感器工作不良，则一般会使发动机出现启动困难、怠速抖动、加速无力、油耗增大、排放超标等故障。

■ 安装位置

进气歧管压力传感器大多安装在汽车发动机的进气歧管上，也有少部分安装在汽车发动机ECU的控制盒内或发动机室内(皇冠3.0轿车安装在发动机室内、奥迪A6轿车安装在发动机ECU内)。

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机油压力传感器

机油压力传感器的作用是向ECU通报发动机机油主油道的压力，当机油压力低于期望值时，ECU将启用降低发动机转速和功率的保护功能，来调节发动机的转速和功率。当检测到机油压力超出规定范围时，ECU将使仪表板上的红色报警灯闪亮，向驾驶员发出报警信号，有些发动机或汽车还可能伴有蜂鸣声。如果ECU设有停机保护功能，当机油压力低于限值30s后会使发动机自动停机，有些系统可能还设有手动延时按钮，按下该按钮后，发动机的运转时间将延长30s，以便驾驶员能够将汽车安全地停靠到路边。

检测：打开点火开关，但不启动发动机，拔下机油压力传感器的插头，用万用表检测机油压力传感器插头与搭铁线之间的电阻值。在发动机启动后，油压达到20kPa以上时，再对其电阻值进行测量，其阻值应变小，否则说明此传感器已损坏，应进行更换。

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曲轴位置传感器

曲轴位置传感器(crankshaftpositionsensor，CPS或CKP)又称发动机转速与曲轴转角传感器，其功用是采集曲轴转动角度和发动机转速信号，并输入ECU，以便确定喷射顺序、喷射正时、点火顺序、点火正时，然后根据信号监测到的曲轴转角波动大小来判断发动机是否有失火现象。它是发动机集中控制系统中最主要的传感器之一，是控制发动机燃油喷射和点火时刻确认曲轴位置的信号源，同时也是测量发动机转速的信号源。曲轴位置传感器用来检测活塞上止点及曲轴转角的信号并将其输入ECU，用来对点火时刻和喷油正时进行控制。在现代电控发动机上，曲轴位置传感器和发动机转速传感器制成一体，既可用于发动机曲轴位置和活塞上止点位置的测定，又可用于发动机转速的测定。

曲轴位置传感器一般安装于曲轴前端、靠近飞轮的变速壳体位置，如下图所示。该传感器按其工作原理的不同可分为磁电感应式曲轴位置传感器、光电式曲轴位置传感器和霍尔式曲轴位置传感器等。

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节气门位置传感器

节气门位置传感器安装在节气门体上，副节气门位置传感器安装在副节气门上。常见的类型有开关式(触点式)节气门位置传感器、线性式(电位计)节气门位置传感器和综合式节气门位置传感器。新型的智能电子节气门控制系统所用的节气门位置传感器常见的有双滑动电阻式和线性双霍尔式两种。如果按是否能调整分类可以分为可调整节气门位置传感器和不可调整节气门位置传感器。可调整节气门位置传感器的固定螺钉的孔是椭圆形的，松动固定螺钉可小范围地调整节气门位置传感器的位置。

◎ 作用

① 检测节气门开度的大小，将节气门的开度信号转换成电压信号输送到发动机ECU。

② 反映车辆的加、减速状态；反映发动机的负荷状态；反映发动机的怠速状态。

③ 控制减速断油。

④ 进行自动变速器的换挡控制。

⑤ 发动机运行时，如果空气流量计有故障，有的发动机控制系统的失效保护是由ECU根据节气门位置传感器信号和转速信号来控制喷油器的通电时间。

⑥ 副节气门位置传感器是防滑系统中的器件，能反映副节气门的位置信号。

◎ 调整

① 启动发动机，怠速运转。

② 用万用表测量节气门位置传感器IDL信号线电压。

③ 当节气门止动螺钉和挡杆之间间隙小于0.35mm时(节气门开度<3°)，IDL信号线电压应为0。

④ 当节气门止动螺钉和挡杆之间间隙大于0.70mm时(节气门开度>3°)，IDL信号线电压应为5V。

⑤ 若不符合以上要求，则松开传感器的两个固定螺钉，慢慢转动传感器给予调节。

⑥ 直至IDL信号线电压符合③、④要求，并紧固传感器固定螺钉。

有一些车没有怠速开关IDL，若需调整节气门位置传感器，可在节气门完全关闭时，调整节气门传感器位置使其VTA电压值小于0.8V。

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爆燃传感器

爆燃传感器是发动机电子控制系统中必不可少的重要部件，它的作用是检测发动机有无爆燃现象，并将信号送入发动机ECU。常见爆燃传感器有两种：一种是共振型压电式爆燃传感器；另一种是共振型磁致伸缩式爆燃传感器。

爆燃传感器将检测到的发动机爆燃信号——气缸体振动的压力波，转变为电信号传给ECU，ECU立即将点火时间推迟，避免爆燃。爆燃消失后，控制系统使点火提前角逐步恢复。

大多数发动机有1~2个爆燃传感器，为了感应发动机敲缸情况，爆燃传感器只能安装在缸体上。

大众汽车发动机控制单元利用霍尔信号，将爆燃信号选择性地指定给各个气缸。若爆燃传感器检测到某个气缸中发生爆燃，那么发动机管理系统将改变该气缸的点火时刻(点火提前角向“滞后”方向调节)，直至不再发生爆燃。若确认该气缸中没有继续发生爆燃的趋势，那么控制单元将其点火提前角恢复到最初位置(向“提前”方向调节)。桑塔纳2000GSi型发动机采用两个爆燃传感器，分别安装在气缸体进气管侧第1、第2缸和第3、第4缸之间。

采用爆燃传感器信号进行点火提前角闭环控制可以防止发动机爆燃，使燃烧总接近于爆燃点，最大限度地提高燃烧质量。不仅可保证使用低牌号汽油时不损坏发动机，同时也保证发动机在使用高质量汽油时能发出最大功率。

大众EA211-1.5的解析（一）

技术参数

发动机特性曲线

1.5L MPI 1.5L MPI

曲柄连杆机构

无衬套连杆 无衬套连杆

减轻了发动机连杆的质量，发动机的重量可减轻20克左右，也就意味着可以降低车辆的油耗，同时也可以减小摩擦。

轴瓦

全新设计的轴瓦带有油孔，润滑更充分，延长了轴瓦的使用寿命，同时也可降低维修概率。

可变气门正时

1.6L MPI 1.6L MPI

1.5L MPI 1.5L MPI

双VVT调整范围

1.5L发动机的排气侧增加可变气门正时VVT，通过调节进气门和排气门开闭时间优化燃烧，达到燃油经济性最佳。

可变排量机油泵

1.5L发动机采用可变排量的叶片泵，该机油泵的工作压力为1.0~4.0 bar，可根据发动机的转速和负载改变机油的供应量，降低能量消耗，同时也可降低油耗。

发动机转速传感器

为了配合启停系统，1.5L发动机装备带旋向识别的霍尔式转速传感器。熄火时可准确判断曲轴位置，使发动机启动更迅速。

空档位置传感器

在配备手动变速箱且带有启停系统的车辆上，空档位置传感器G701安装在变速箱壳体上且靠近换档座。该传感器会测量自己与换挡轴上的感应弯板之间的距离并将信号传输给发动机控制单元。发动机控制单元从该信号判断换挡轴的空档位置。

工作原理：

空档位置传感器依据霍尔原理工作，该传感器测定自己与换挡轴感应弯板之间的距离。当换挡轴从空档位置开始旋转时，测量值会发生变化。根据间距的大小，在霍尔元件中会产生不同大小的信号电压。

当传感器和感应弯板之间的间距增大时，PWM信号值就会减小。如果PWM信号值在合理范围内，那么发动机控制单元就会识别到变速箱处于空档位置。

故障影响：

如果识别不到空档位置传感器的信号，那么启停系统就会关闭。

维修规范

名称：固定支架

型号：CT80032

用途：固定凸轮轴皮带轮，便于凸轮轴皮带轮的拆卸和安装，与CT10172配套使用

注意：单独使用CT10172无法固定1.5L发动机的凸轮轴皮带轮；使用CT80032可减少对凸轮轴皮带轮的损害。

使用方法：

如右图所示，用滚花螺栓 -箭头- 将固定支架 -CT80032- 拧到定位扳手 -CT10172- 上。

固定支架CT80032的销轴轮廓在多孔圆盘中分布不均匀，与凸轮轴调节器的多孔圆盘轮廓相符。

如图所示，将固定支架 -CT80032- 和定位扳手 -CT10172- 安装到凸轮轴皮带轮 -1- 上。

轴颈必须正确地安装到孔-箭头-中。

固定支架 -CT80032- 平整地安装到凸轮轴调节器 -1-上。

旋出进气侧与排气侧凸轮轴调节器 -2- 的外部螺栓 -1-。

旋出进气侧与排气侧凸轮轴调节器 -2- 的内部螺栓。

取下凸轮轴调节器 -2-。

本期开始更新EA211-1.5发动机的解析，持续开始更新，喜欢要关注了，多多评论

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