客户佘先生驾驶一辆2021款丰田卡罗拉轿车，早晨起动车辆时，发现启动困难，发动机故障灯指示灯点亮。经过维修技师仔细检查发现凸轮轴位置传感器损坏。最后更换凸轮轴位置传感器后，再次起动发动机，发现故障彻底排除。作为汽车维修专业的学生，你知道如何对凸轮轴位置传感器故障进行检修吗？

一、凸轮轴位置传感器的功用与分类      

1.凸轮轴位置传感器的位置

凸轮轴位置传感器一般安装在凸轮轴的一端或者安装在气门室罩盖上靠近凸轮轴的位置，如图5-2-1所示。

图5-2-1 凸轮轴位置传感器的位置

2.凸轮轴位置传感器的功用

凸轮轴位置传感器和凸轮轴转速传感器做成一体，简称为凸轮轴转速传感器或凸轮轴位置传感器。

ECU根据曲轴位置传感器输出信号可以知道两个气缸的活塞在接近上止点位置，但并不清楚是哪个气缸，还需要有判缸信号相配合，即需要有凸轮轴位置传感器向ECU提供信息，故凸轮轴传感器是一个提供气缸判别定位信号的传感器，它与曲轴位置传感器产生的曲轴位置和转速信号相配合，可以保证发动机正常喷油和点火顺序。

凸轮轴位置与转速传感器检测发动机的转速信号输入发动机ECU，具体功能如下：

1）控制喷油时刻和点火时刻不可缺少的信号源。

2）计算机收到此信号后可反映的信息有发动机转速、转速的急剧变化、是加速还是减速。

3）利用缺齿信号和点火线圈的相应信号可进一步判断1缸和它的对应缸是压缩行程还是排气行程，计算机分析多次成功点火时，由发动机转速的变化来确定是否点火失败。

4）有些发动机的凸轮轴位置传感器有两个，作用是不同的，如本田雅阁2.0L、2.4L发动机中曲轴位置传感器和排气凸轮轴位置传感器为VTC（可变配气相位）的标准信号，进气凸轮轴位置传感器仅作为VTC工作的监测信号

5）在点火提前角闭环控制中，发动机ECU利用凸轮轴位置信号和爆燃信号来修正每个气缸的点火提前角。

2.凸轮轴位置传感器的分类

按工作原理分类，曲轴和凸轮轴位置传感器可以分为磁电感应式（也称为磁脉冲式）、霍尔式和光电式，如图5-2-2所示。

光电式传感器仅适用于分电器内的安装；而磁电感应式传感器通常也是在分电器内安装的，但随着近现代技术的发展，分电器已逐渐被淘汰，因此我们常见的凸轮轴位置传感器为霍尔式。霍尔式传感器一般安装在凸轮轴前端。有的V形发动机凸轮轴位置传感器有两个，分别是进气凸轮轴位置传感器和排气凸轮轴位置传感器。

    a)霍尔式凸轮轴位置传感器   b)光电式凸轮轴位置传感器    c)电磁式凸轮轴位置传感器

图5-2-2凸轮轴位置传感器的分类

下面，我们重点介绍霍尔式凸轮轴位置传感器。    

二、霍尔式凸轮轴位置传感器的结构与原理        

1.霍尔式凸轮轴位置传感器的结构

霍尔式凸轮轴位置传感器主要由信号转子、永久磁铁、霍尔元件等组成，如图5-2-2所示。信号转子又叫触发叶轮，安装在进气凸轮轴上，用螺栓和座圈固定。信号转子的隔板又称叶片。

图5-2-3 凸轮轴位置传感器的结构

2.霍尔式凸轮轴位置传感器的工作原理

如图5-2-3所示，霍尔效应原理是指给一个半导体元件（霍尔基片）通电流，同时在垂直于电流的方向施加磁场，这时就会在霍尔基片的两侧（垂直于电流和磁场方向）产生电压信号。霍尔式传感器由触发叶轮（触发叶轮的齿数与发动机的缸数相同）、霍尔基片和带导板的永久磁铁组成，如图5-2-4所示。霍尔式传感器的安装位置有：分电器内，曲轴前端，飞轮壳上，凸轮轴前、后端等。

图5-2-4霍尔效应原理图

霍尔式传感器的工作原理如图4-4-3所示，霍尔元件与永磁铁之间有间隙，当信号转子随凸轮轴一同转动时，其上的隔板和窗口会分别从霍尔元件与永久磁铁之间的间隙中转过。当信号转子的隔板进入间隙时，永久磁铁中的磁场被旁路，霍尔元件上没有磁力线穿过，霍尔电压为零，传感器输出的信号电压为高电位，约4.0V；当信号转子的隔板离开间隙时，永久磁铁的磁通经导磁片和霍尔元件构成回路，这时产生的霍尔电压约为0.1V，传感器输出的信号电压为低电位。

图5-2-5 霍尔式凸轮轴位置传感器的工作原理

当ECU同时接收到曲轴位置传感器大齿缺对应的低电位信号和凸轮轴位置传感器对应的低电位信号时，可以识别出1缸活塞在压缩上止点而4缸活塞处于排气行程，并根据曲轴位置传感器小齿缺对应输出的信号控制点火提前角，如图5-2-5所示。

图5-2-6 凸轮轴位置传感器的波形

三、凸轮轴位置传感器的常见故障分析

发动机转速与凸轮轴位置传感器有故障时，会造成发动机不能工作或发动机起动后立即熄火。

凸轮轴位置传感器的常见故障如下：

（1）传感器插接器内部线路接触不良或断路，使传感器信号弱或无信号输出。

（2）传感器感应线圈有短路或搭铁，使传感器信号弱或无信号输出。

（3）传感器安装松动或间隙不当，使传感器信号弱或无信号输出。

（4）传感器使用年限过长或明显老化，使传感器信号弱或无信号输出。

以三菱4G64发动机的常见故障及分析如下：

（1）P0335-0。无58X曲轴传感器信号，故障原因是传感器与ECM开路或短路。失效保护模式：无补救措施，发动机无法起动。

（2）P0335-8。58X信号错误，故障原因是连接插头不良、线束抗干扰能力差、58X齿圈质量有问题导致进入ECM的58X信号脉冲数量不正确。

失效保护模式：无补救措施，严重时发动机无法起动或突然停机。

一、电磁感应式凸轮轴位置传感器结构与原理

丰田轿车TCCS磁感应式凸轮轴位置传感器

丰田计算机控制系统(1FCCS)采用的磁感应式凸轮轴位置传感器由分电器改进而成，由上、下两部分组成，如图5-2-7所示。上部分为检测曲轴位置基准信号(即气缸识别与上止点信号，称为G信号)发生器；下部分为曲轴转速与转角信号(称为Ne信号)发生器。

图5-2-7磁电感应式凸轮轴位置传感器的结构

（1）Ne信号发生器的结构特点

Ne信号发生器安装在G信号发生器的下面，主要由No．2信号转子、Ne传感线圈和磁头组成。信号转子固定在传感器轴上，传感器轴由配气凸轮轴驱动，轴的上端套装分火头，转子外制有24个凸齿。传感线圈及磁头固定在传感器壳体内，磁头固定在传感线圈中。

（2）G信号发生器的结构特点

G信号发生器用来检测活塞上止点位置与判别是哪一个气缸即将到达上止点位置等基准信号。故G信号发生器又称为气缸识别与上止点信号发生器或基准信号发生器。G信号发生器由No．1信号转子、传感线圈G1、G2和磁头等组成。信号转子带有两个凸缘，固定在传感器轴上。传感线圈G1、G2相隔180。安装，G1线圈产生的信号对应于发动机第六缸压缩上止点前10。、G2线圈产生的信号对应于发动机第一缸压缩上止点前lO。

（3）气缸识别与上止点信号的产生原理与控制过程

G信号发生器与Ne信号发生器的工作原理相同。当发动机凸轮轴驱动传感器轴旋转时，G信号转子（No.1信号转子）的凸缘交替经过传感线圈的磁头，导致转子凸缘与磁头之间的气隙交替变化。这样，在传感线圈Gl和G2中会感应出交变电动势信号。

当G信号转子的凸缘部分靠近传感线圈G1的磁头时，由于气隙减小、磁通量增大，磁通变化率为正，传感线圈G1中产生正向脉冲信号（称为G1信号）。

当G信号转子的凸缘部分靠近传感线圈G2时，同样也产生正向脉冲信号（称为G2信号）。

当G信号转子的凸缘部分经过传感线圈G1和G2的磁头时，由于气隙不变、磁通量不变，磁通变化率为零，因此传感线圈G1和G2中的感应电动势均为零。

当G信号转子的凸缘部分离开传感线圈G1和G2的磁头时，由于气隙增大、磁通量减小，磁通变化率为负，因此传感线圈G1和G2中将感应产生负向交变电动势信号。传感器每转一圈（360°），相当于曲轴转两圈（720°）。

由于传感线圈G1和G2相隔180°安装，所以G1和G2各产生一个正向脉冲信号。其中，G1信号对应发动机的第六缸，用来检测第六缸上止点的位置；G2信号对应第一缸，用来检测第一缸上止点的位置。电子控制单元检测的实际位置是G转子凸缘的前端接近并与传感线圈G1和G2的磁头对齐时刻（此时磁通量最大、信号电压为零）的位置，该位置对应活塞压缩上止点前10°（BT-DC10°）位置。

一、任务准备

工作任务：一台丰田卡罗拉轿车，请对其凸轮轴位置传感器进行更换。

1.课前准备

（1）场地设施：举升机一台，装有废气抽排系统和消防设施的场地。

（2）设备设施：2021款丰田卡罗拉轿车一辆。

（3）工量具：常用工具（一套）、车辆故障诊断仪、万用表等。

（4）耗材：车内三件套、车外三件套等。

（5）学生组织：教师指导、分组实训、过程评价。

2.注意事项

（1）在工作过程中要注意人身安全，认真执行7S管理。

（2）在工作过程中请根据操作步骤，规范操作，防止损坏设备和器材。

（3）严格按照工作要求正确使用仪器设备，出现问题及时报告，服从管理。

二、任务实施

请找出丰田卡罗拉凸轮轴位置传感器的安装位置并进行更换。

1.丰田卡罗拉凸轮轴位置传感器安装位置

丰田卡罗拉凸轮轴位置传感器安装位置，如图5-2-9所示。

图5-2-8 丰田卡罗拉凸轮轴位置传感器安装位置

2.凸轮轴位置传感器（进气侧）的拆卸

（1）断开凸轮轴位置传感器连接器。 

（2）使用8mm套筒扳手，从气缸盖罩分总成上拆下螺栓和凸轮轴位置传感器。如图5-2-9所示。

图5-2-9凸轮轴位置传感器

（3）从凸轮轴位置传感器上拆下 O 形圈，如图5-2-10所示。注意事项：仅重复使用凸轮轴位置传感器时执行该步骤。

图5-2-10 O 形圈位置示意图

3.凸轮轴位置传感器的安装

请按照与拆卸凸轮轴位置传感器相反的顺序进行安装。

1.凸轮轴位置传感器有三种安装位置：分电器内、凸轮轴罩前端和气门室罩盖上。如果车辆使用的是有分电器的电控点火系统，则通常将传感器安装在分电器内；如果车辆使用的是其他类型的点火系统，则只能将传感器安装在凸轮轴罩前端或气门室罩盖上。  

2.曲轴位置传感器输出的信号可以告知ECU两个气缸的活塞接近上止点位置，但无法分辨具体是哪个气缸。为此，需要凸轮轴位置传感器提供判定气缸位置的信号。凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器协同工作，确保发动机喷油和点火顺序正确。

3.按工作原理分类，曲轴和凸轮轴位置传感器可以分为磁电感应式（也称为磁脉冲式）、霍尔式和光电式。

4.霍尔式凸轮轴位置传感器主要由信号转子、永久磁铁、霍尔元件等组成。

5.传感器插接器内部线路接触不良或断路；传感器感应线圈有短路或搭铁；传感器安装松动或间隙不当；传感器使用年限过长或明显老化。

6.霍尔式凸轮轴位置传感器的工作原理是：随着信号转子旋转，其隔板和窗口会在霍尔元件和永磁铁之间的间隙中穿过。当隔板进入间隙时，霍尔元件上没有磁力线，传感器输出高电压；当隔板离开间隙时，霍尔元件中产生电压，传感器输出低电压。当ECU同时接收到曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信号时，即可确定活塞压缩和排气的状态，并控制点火提前角度。