摘要：曲轴位置传感器又称为柴油发电机转速与曲轴转角传感器，其功用是收集曲轴转动角度和柴油发电机转速信号，并将该信号输入ECU，用以确定喷油时刻和喷油量。凸轮轴位置传感器则用于识别各缸的压缩行程上止点，辅助曲轴位置传感器完成精确的喷油正时控制。两者协同工作，是电控柴油机实现精确喷油控制的基础。本文围绕电磁式和霍尔式曲轴位置传感器及凸轮轴位置传感器的结构、安装位置、检修方法加以系统阐述，为现场维修人员提供完整的技术指导。
一、电磁式曲轴位置传感器的检修
1. 电磁式曲轴位置传感器的结构与工作原理
（1）电磁式曲轴位置传感器是一种基于电磁感应原理工作的被动式传感器。其内部结构主要由永久磁铁、软铁芯和绕制在铁芯上的感应线圈组成。传感器安装于飞轮壳或曲轴带轮附近的固定支架上，其感应端对准安装在飞轮或曲轴前端的信号盘（齿盘）。其原理如图1所示。
（2）信号盘通常为圆周上均匀分布多个齿的齿轮状铁磁体，常见的齿数为60减2齿（即58个齿和2个齿缺）或36减1齿（即35个齿和1个齿缺）。当信号盘的凸齿经过传感器端面时，磁路气隙减小，磁通量增加；当齿缺经过时，磁路气隙增大，磁通量减小。这种周期性的磁通变化在线圈两端感应出交变电压信号。
（3）传感器输出的交流电压信号频率与信号盘齿数及曲轴转速成正比，ECU根据该信号计算发动机转速。同时，齿缺位置提供了曲轴转角的参考点（相当于上止点标记），使ECU能够确定各缸活塞的上止点位置，从而精确控制喷油时刻。由于电磁式传感器为被动式（无需外部供电），其结构简单、可靠性高，但在低转速时（如启动阶段）输出信号幅值较低，通常需在转速达到50～100r/min时才能产生足够的信号电压。
2. 电磁式曲轴位置传感器的常见故障
电磁式曲轴位置传感器常见故障包括以下三类：
（1）传感器内部电磁线圈断路或短路。线圈断路时传感器无信号输出，ECU无法获取转速和曲轴位置信息，柴油机无法启动或运转中突然熄火；线圈匝间短路时，信号幅值显著下降，导致ECU误判转速或无法识别齿缺位置。
（2）传感器与ECU之间的导线断路或短路。信号线断路导致ECU收不到信号；屏蔽线损坏或接地不良会导致信号受到电磁干扰，使ECU接收到错误的脉冲信号，造成喷油时刻紊乱。
（3）传感器的安装位置不正确，转子的凸齿与传感器端头之间的气隙过大，导致信号电压过低。气隙过大是现场维修中最常见的问题，尤其在拆卸传感器或飞轮后重新装配时，若未按规范调整间隙，启动时信号幅值不足将导致启动困难。
3. 电磁式曲轴位置传感器的外观检查
（1）检查电磁式曲轴位置传感器的安装是否牢固——固定螺栓应无松动，传感器支架无变形。线束插接器是否连接有效、牢固可靠，端子有无腐蚀、退针或接触不良现象。
（2）检查传感器端头与转子凸齿的气隙是否符合标准要求。不同机型的气隙标准值有所不同，一般应为0.2～0.5mm。气隙过大时应予以调整（通常通过旋入或旋出传感器并锁紧螺母来实现）；若气隙超过1.0mm，传感器输出的信号在低转速时极低，将导致启动困难。调整时应使传感器端头正对齿顶，避免偏向齿侧。
（3）传感器与转子之间应无污物或铁屑，如有应清理干净。铁屑吸附在传感器端部会改变磁路气隙，降低信号质量，严重时可能导致传感器与转子接触而损坏传感器。
4. 电磁式曲轴位置传感器电磁线圈电阻的测量
（1）其电路如图2所示。关闭启动开关，拔下电磁式曲轴位置传感器线束插接器。
（2）用万用表（电阻档，通常选2kΩ档）测量电磁式曲轴位置传感器线束插座内感应线圈两接线端之间的电阻，该电阻即为传感器感应线圈的电阻值。
（3）不同电控柴油机的电磁式曲轴位置传感器感应线圈的电阻不完全相同，通常为150～1000Ω（康明斯电控柴油机常见值为200～600Ω，具体应参阅维修机型手册）。如果测得的电阻为无穷大（断路）或小于正常值的1/3（匝间短路），说明传感器有故障，应予以更换。
（4）测量完成后，将传感器线束插接器重新插好，确保锁片到位。对于带有屏蔽层的传感器，还应测量感应线圈任一接线端与传感器外壳（屏蔽层）之间的绝缘电阻，正常时应大于1MΩ，若绝缘不良则应更换传感器。
5. 电磁式曲轴位置传感器输出信号的检查
（1）电磁式曲轴位置传感器输出信号可以用万用表进行测量，也可以用示波器进行测量。使用示波器可观察到信号波形的形状、幅值和频率变化，是更精确的判断方法。
（2）使用万用表测量电磁式位置传感器输出电脉冲时，应采用指针式万用表（数字万用表对瞬时脉冲的响应较慢，不易捕捉）。将万用表选择开关转至交流电压档（或直流电压1V档），在传感器处于工作状态时测量其两接线柱之间的输出电压。
（3）对于安装在曲轴带轮附近或飞轮壳上的电磁式曲轴位置传感器，可将柴油机怠速运转，用万用表测量传感器有无输出电脉冲。在转动曲轴时万用表指针应有摆动——启动时电压应高于0.1V，运转时电压一般为0.1～0.8V。信号电压随转速升高而升高，当转速在1500r/min时，电压通常为0.5～2.0V（具体值取决于传感器型号和气隙）。若指针无摆动或电压过低，说明传感器或信号盘有故障。
（4）使用示波器测量电磁式位置传感器输出电脉冲波形时，将示波器测头与传感器线束中输出信号的导线连接好（示波器地线接传感器搭铁或蓄电池负极），在柴油发电机运转中进行测量。正常波形应为与齿盘齿数相对应的等幅正弦波或脉冲波，齿缺位置对应的脉冲周期明显拉长。若波形幅值明显低于正常值，应检查气隙；若波形中有杂乱的尖峰或缺失脉冲，应检查信号盘齿面有无损伤或铁屑吸附。
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图1 电磁式曲轴位置传感器原理图 |
图2 电磁式曲轴位置传感器电路图 |
二、霍尔式曲轴位置传感器的检修
1. 霍尔式曲轴位置传感器的结构与工作原理
（1）霍尔式曲轴位置传感器是基于霍尔效应原理工作的主动式传感器，其测量原理如图3所示。其内部包含霍尔元件、放大器和整形电路，需要外部提供直流电源（通常为5V或12V/24V）。当转子（带有齿槽的叶片）在传感器气隙中旋转时，霍尔元件交替受到磁场的阻断和导通，产生方波脉冲信号。
（2）与电磁式传感器不同，霍尔式传感器在转速为零时也能输出与转子位置对应的信号（静态时输出固定的高电平或低电平，取决于转子遮挡状态）。其输出信号为方波（数字信号），幅值恒定（通常为0～5V或0～12V），不受转速影响，因此在低速启动时信号可靠性更高。
（3）霍尔式曲轴位置传感器通常安装于曲轴前端带轮处、飞轮壳处或凸轮轴处，如图4所示。其转子通常为带有叶片（窗口）的薄钢板圆盘，与曲轴或凸轮轴同步旋转。霍尔传感器对空气间隙的要求同样严格，但因其原理与磁阻式不同，气隙通常要求为0.5～1.5mm，具体以机型手册为准。
2. 霍尔式曲轴位置传感器的常见故障
霍尔式曲轴位置传感器常见故障包括以下三类：
（1）传感器内部元件损坏（如霍尔芯片击穿、放大器失效），或内部线圈断路或短路，导致无信号产生或信号异常。
（2）传感器电源电路、搭铁电路或信号接线发生断路或短路。电源线断路导致传感器不工作，信号线对地短路或对电源短路均会使ECU接收的信号电平异常。
（3）传感器的安装位置不正确，与转子之间的间隙过大，导致信号幅值过低或占空比偏移。霍尔式传感器对安装位置的敏感度较高，偏移角度会影响信号的上升沿和下降沿位置，从而影响ECU对曲轴转角的判定精度。
3. 霍尔式曲轴位置传感器的外观检查
（1）检查霍尔式曲轴位置传感器的安装是否牢固——固定螺栓无松动，传感器支架无变形或裂纹。线束插接器连接有效、牢固可靠，端子无氧化、腐蚀或退针。
（2）检查其端头与转子间的气隙是否符合标准要求（通常为0.5～1.5mm）。传感器与转子之间应无污物或铁屑，如有应清理干净。与电磁式传感器类似，金属屑和油污也会影响霍尔传感器的磁场分布，应保持清洁。
4. 霍尔式曲轴位置传感器控制电路的检查
（1）关闭启动开关，拔下传感器线束插接器。
（2）打开启动开关（发动机不运转），用数字万用表测量传感器线束各端子电压。
（3）测量传感器线束电源端子，电压应为DC 24V（或DC 12V）蓄电池电压，或DC 5V基准电压（取决于传感器型号）。如果测得的电压不符合标准，说明电源线路有故障，应进一步检查电源线是否断路、对地短路，以及ECU的电源输出是否正常。
（4）测量传感器搭铁电路——该端子与蓄电池负极之间的电阻应为0（导通良好，电阻<0.5Ω）。如果测得的电阻不符合标准（大于1Ω），说明搭铁线有断路或接触不良，应检修搭铁电路（检查接地螺栓是否松动、搭铁线是否氧化腐蚀）。
（5）测量信号端子——在传感器断开且ECU通电状态下，信号端子通常为高电平（约5V或略高于此值，由ECU内部上拉电阻决定）。若测得的电压低于0.5V或接近0V，应检查该端子与ECU之间的连接是否断路或对地短路；若电压接近电源电压（12V或24V），可能为信号线对电源短路。两者均异常时，还需检查ECU本身是否正常。
5. 霍尔式曲轴位置传感器输出信号的检查
（1）安装在曲轴带轮附近或飞轮附近的霍尔式曲轴位置传感器，应在安装良好的状态下，在柴油发电机运转过程中测量其输出信号。将万用表置于直流电压20V档，在信号端子与搭铁之间测量，发动机运转时应有0～5V（或0～12V）的方波脉冲电压，万用表指针会快速摆动，读数在0～5V之间波动。
（2）也可用发电机带动曲轴转动（不供油、不点火），用示波器测量传感器有无输出电脉冲的波形。正常波形应为频率与转速成比例的方波脉冲，幅值恒定（5V或12V），脉冲间隔均匀，齿缺对应的脉冲周期（间隔）明显比其他脉冲宽。如果波形显示幅值异常（偏低或偏高）、脉冲缺失或脉冲间隔混乱，说明传感器有故障，应予以检修。
（3）波形异常的常见原因包括：传感器间隙过大（幅值正常但相位偏移）、转子叶片变形（脉冲宽度不均匀）、信号盘安装键槽磨损（相位偏移）、传感器内部电路损坏（无输出或输出固定在某一电平）。
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图3 霍尔效应式曲轴位置传感器测量原理 |
图4 霍尔式曲轴位置传感器安装位置图 |
三、凸轮轴位置传感器的检修
1. 凸轮轴位置传感器的作用与结构
（1）凸轮轴位置传感器（也称为气缸识别传感器或相位传感器）用于检测凸轮轴的转角位置，向ECU提供第一缸压缩上止点的信号，其与ECU连接电路如图5所示。ECU结合曲轴位置传感器的信号，可准确判断各缸活塞处于压缩行程还是排气行程，从而在正确的时刻向对应气缸的喷油器发出喷射指令。
（2）凸轮轴位置传感器的结构和工作原理与曲轴位置传感器相似，也可分为电磁式和霍尔式两种类型。电磁式凸轮轴位置传感器的结构及检修方法与电磁式曲轴位置传感器基本相同；霍尔式凸轮轴位置传感器也同样采用霍尔效应原理，其检修方法与霍尔式曲轴位置传感器基本一致。
（3）凸轮轴位置传感器通常安装在凸轮轴前端、高压油泵凸轮轴端部或靠近凸轮轴正时齿轮的位置，如图6所示。其信号盘（靶轮）通常安装在凸轮轴前端或与凸轮轴同步旋转的部件上，信号盘上通常只有一个齿或一组特定数量的齿，用于标识第一缸上止点的位置。
2. 凸轮轴位置传感器的常见故障
（1）凸轮轴位置传感器失效或信号异常时，ECU无法识别各缸的工作顺序，喷油时刻无法与各缸压缩行程对应。在多数电控系统中，ECU在缺失凸轮轴信号时可临时采用“跛行模式”——仅依靠曲轴位置传感器信号进行顺序喷射的估算（通过多次启动尝试来识别相位），但启动时间会显著延长，且在运转中不能突然加速或减速，否则可能发生喷油相位错误。
（2）凸轮轴位置传感器的常见故障包括：传感器内部元件损坏、传感器与ECU之间的线路接触不良、安装位置偏移导致信号幅值异常、信号盘损伤或脏污导致信号误判、传感器电源或搭铁异常等。
3. 凸轮轴位置传感器的检查与故障诊断
（1）凸轮轴位置传感器的外观检查、电路测量和信号波形测量的方法与曲轴位置传感器相同，可参照上述电磁式和霍尔式传感器的检修方法进行。
（2）当曲轴位置传感器正常但柴油机启动困难、启动时间明显延长，或运转中突然熄火后立即启动不着时，应重点排查凸轮轴位置传感器——在多数电控系统中，凸轮轴信号丢失后发动机仍能启动但启动时间延长，在运转中若凸轮轴信号突然丢失，发动机可能立即熄火或进入限功率运行模式。
（3）用示波器同时测量曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信号波形，对比两者的相位关系。正常情况下，凸轮轴信号脉冲应出现在曲轴信号特定的齿缺位置附近，且该相位关系在发动机运转时保持恒定。若相位关系发生变化（如凸轮轴信号相对曲轴信号的偏移角度超过允许值），说明信号盘安装键槽磨损、正时链条/皮带拉伸或凸轮轴齿轮定位销松动，需进一步检查机械正时。
（4）检查凸轮轴位置传感器信号盘是否有变形、齿面损伤或异物吸附。信号盘的安装螺栓应紧固，定位销应完好。对于安装在凸轮轴前端的传感器，应检查凸轮轴轴向窜动量是否过大（超过0.15mm），过大的轴向窜动会导致传感器与信号盘的间隙在运行中变化，影响信号稳定性。
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图5 凸轮轴位置传感器与ECU连接电路图 |
图6 凸轮轴位置传感器安装位置图 |
结语
曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器是电控柴油机喷油控制系统中最重要的信号输入元件。电磁式曲轴位置传感器结构简单、可靠性高，但低速信号弱且对气隙敏感；霍尔式曲轴位置传感器信号幅值稳定、低速性能好，但需外部供电且电路相对复杂。两者的检修均需遵循“外观检查→电路参数测量→输出信号验证”的步骤。凸轮轴位置传感器作为相位识别的关键元件，其故障诊断需结合曲轴位置传感器的信号进行综合分析。在实际维修中，通过万用表测量电阻和电压、用示波器观察信号波形，可快速定位传感器本身、线路或安装位置的故障，确保电控柴油机喷油系统正常工作。
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