曲轴位置传感器检测与故障案例

曲轴位置传感器的检测曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同，可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三大类。它通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内。    一、磁脉冲式曲轴位置传感器的检测    1、磁脉冲式曲轴位置传感器的结构和工作原理     （1）日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器    该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后，如图 1所示。在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆齿盘（用以产生信号，称为信号盘），它和曲轴皮带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘，沿着圆周每隔4°有个齿。共有90个齿，并且每隔120°布置1个凸缘，共3个。安装在信号盘边沿的传感器盒是产生电信号信号发生器。信号发生器内有3个在永久磁铁上绕有感应线圈的磁头，其中磁头产生120°信号，磁头和磁头共同产生曲轴1°转角信号。磁头对着信号盘的120°凸缘，磁头和磁头对着信号盘的齿圈，彼此相隔了曲轴转角安装。信号发生器内有信号放大和整形电路，外部有四孔连接器，孔“1”为120°信号输出线，孔“2”为信号放大与整形电路的电源线，孔“3”为1°信号输出线，孔“4”为接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器中产生的信号输送到ECU。    发动机转动时，信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，经滤波整形后，即变成脉冲信号（如图2所示）。发动机旋转一圈，磁头上产生3个120°脉冲信号，磁头和各产生90个脉冲信号（交替产生）。由于磁头和磁头相隔3°曲轴转角安装，而它们又都是每隔4°产生一个脉冲信号，所以磁头和磁头所产生的脉冲信号相位差正好为90°。将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路中合成后，即产生曲轴1°转角的信号（如图 3所示）。   产生120°信号的磁头安装在上止点前70°的位置（图 4）故其信号亦可称为上止点前70°信号，即发动机在运转过程中，磁头在各缸上止点前70°位置均产生一个脉冲信号。（2）丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器    丰田公司TCCS系统用磁脉冲式曲轴位置传感器安装在分电器内，其结构如图 5所示。该传感器分成上、下两部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号，都是利用带有轮齿的转子旋转时，使信号发生器感应线圈内的磁通变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电动势，再将它放大后，送入ECU。    Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号，相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器的1°信号。该信号由固定在下半部具有等间隔24个轮齿的转子（N0.2正时转子）及固定于其对面的感应线圈产生（如图 6a所示）。当转子旋转时，轮齿与感应线圈凸缘部（磁头）的空气间隙发生变化，导致通过感应线圈的磁场发生变化而产生感应电动势。轮齿靠近及远离磁头时，将产生一次增减磁通的变化，所以，每一个轮齿通过磁头时，都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。N0.2正时转子上有24个齿，故转子旋转1圈，即曲轴旋转720°时，感应线圈产生24个交流电压信号。Ne信号如图 6（b）所示，其一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角（720°÷24=30°）。更精确的转角检测，是利用30°转角的时间由ECU再均分30等份，即产生1°曲轴转角的信号。同理，发动机的转速由ECU依照Ne信号的两个脉冲（60°曲轴转角）所经过的时间为基准进行计测。    G信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置，相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器120°信号。 G信号是由位于Ne发生器上方的凸缘转轮（No.1正时转子）及其对面对称的两个感应线圈（G1感应线圈和G2感应线圈）产生的。其构造如图 7所示其产生信号的原理与Ne信号相同。G信号也用作计算曲轴转角时的基准信号。    G1、G2信号分别检测第6缸及第1缸的上止点。由于G1、G2信号发生器设置位置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上活塞并不是正好达到上止点（BTDC），而是在上止点前10°的位置。图 8所示为曲轴位置传感器G1、G2、Ne信号与曲轴转角的关系。2、磁脉冲式曲轴位置传感器的检测以皇冠3.0轿车2JZ-GE型发动机电子控制系统中使用的磁脉冲式曲轴位置传感器为例说明其检测方法，曲轴位置传感器电路如图 9所示。（1）曲轴位置传感器的电阻检查    点火开关OFF，拔开曲轴位置传感器的导线连接器，用万用表的电阻档测量曲轴位置传感器上各端子间的电阻值（表 1）。如电阻值不在规定的范围内，必须更换曲轴位置传感器。表 1  曲轴位置传感器的电阻值端子条件电阻值（）G1-G-冷态125-200热态160-235G2-G-冷态125-200热态160-235Ne-G-冷态155-250热态190-290（2）曲轴位置传感器输出信号的检    拔下曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时，用万用表的电压档检测曲轴位置传感器上G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子间是否有脉冲电压信号输出。如没有脉冲电压信号输出，则须更换曲轴位置传感器。（3）感应线圈与正时转子的间隙检查    用厚薄规测量正时转子与感应线圈凸出部分的空气间隙（图 10），其间隙应为0.2-0.4mm。若间隙不合要求，则须更换分电器壳体总成。       二、光电式曲轴位置传感器    1、光电式曲轴位置传感器的结构和工作    （1）日产公司光电式曲轴位置传感器的结构和工作    日产公司光电式曲轴位置传感器设置在分电器内，它由信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘组成（图 11）。信号盘安装在分电器轴上，其外围有360条缝隙，产生1°（曲轴转角）信号；外围稍靠内侧分布着6个光孔（间隔60°），产生120°信号，其中有一个较宽的光孔是产生对应第1缸上止点的120°信号的，如图 12所示信号发生器固装在分电器壳体上，主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和电子电路组成（图 13）。两只发光二极管分别正对着光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，造成信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号。图 14所示为光电式信号发生器的作用原理。   当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感光而导通；当发光二极管的光束被遮挡时，光敏二极管截止。信号发生器输出的脉冲电压信号送至电子电路放大整形后，即向电控单元输送曲轴转角1°信号和120°信号。因信号发生器安装位置的关系，120°信号在活塞上止点前70°输出。发动机曲轴每转2圈，分电器轴转1圈，则1°信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1°，低电位亦对应1°，共表征曲轴转角720°。与此同时，120°信号发生器共产生6个脉冲信号。    （2）“现代SONATA”汽车用光电式曲轴位置传感器的结构和工作    “现代SONATA”，汽车光电式曲轴位置传感器的工作原理与日产公司光电式曲轴位置传感器相似，其信号盘的结构稍有不同，如图 15所示。 对于带有分电器的汽车，传感器总成装于分电器壳内；对于无分电器的汽车，传感器总成安装在凸轮轴左端部（从车前向后看）。信号盘外圈有4个孔，用来感测曲轴转角并将其转化为电压脉冲信号，电控单元根据该信号计算发动机转速，并控制汽油喷射正时和点火正时。信号盘内圈有一个孔，用来感测第1缸压缩上止点（在有些SONATA车上，设有两孔，用来感测第1、4缸的压缩上止点，目的是为了提高精度），并将它转换成电压脉冲信号输入电控单元，电控单元根据此信号计算出汽油喷射顺序。其输出特性如图 16所示曲轴位置传感器的线路连接如图 17所示。其内设有两个发光二极管和两个光敏二极管，当发光二极管照射到信号盘光孔中的某一孔时，光线便照射到光敏二极管上，使电路导通。    2、光电式曲轴位置传感器的检测    （1）曲轴位置传感器的线束检查   图 18所示为韩国“现代SONATA”汽车光电式曲轴位置传感器连接器（插头）的端子位置。检查时，脱开曲轴位置传感器的导线连接器，把点火开关置于“ON”，用万用表的电压档（图 19）测量线束侧4#端子与地间的电压应为12V，线束侧2#端子和3#端子与地间电压应为4.8-5.2V，用万用表的电阻档测量线束侧1#端子与地间应为0（导通）。   （2）光电式曲轴位置传感器输出信号检测    用万用表电压档接在传感器侧3#端子和1#端子上，在起动发动机时，电压应为0.2-1.2V。在起动发动机后的怠速运转期间，用万用表电压档检测2#端子和1#端子电压应为1.8-2.5V。否则应更换曲轴位置传感器。奇怪的赛欧发动机加速不良故障一辆年款上海通用别克赛欧轿车，行驶里程 。该车行驶中有加速不良的现象，发动机怠速时有间歇性抖动现象，并且有一定的规律性，踩下加速踏板提高发动机转速后怠速抖动现象就会消失。维修人员接车后，连接调取故障码，发动机控制单元无故障码存储。查看发动机数据流，长期燃油调整值为，短期燃油调整值为。在此需要说明燃油调整值的含义，长期燃油调整值是由短期燃油调整值得到，并代表了对燃油偏差的长期修正值。显示表示为了保持所控制的空燃比，燃油供给不需要任何补偿；显示明显低于的负值表明存在可燃混合气过浓工况，并且燃油的供给正在减少（喷油脉宽减小）；显示明显高于的正值表明存在可燃混合气过稀工况，并且正在增加供油（喷油脉宽增大）来进行补偿。查阅相关资料，该车的长期燃油调整值稍有偏高，还算正常。氧传感器数值在 之间不断变化，属于正常，查看其他数据也没有发现问题。进行基本检查。发动机高压电正常，火花塞燃烧状况良好，因此可以基本排除点火系统存在故障的可能性。接着又对燃油系统的油压、保压状态以及喷油脉宽进行了测试，结果一切正常。为了排除由于燃油系统雾化不良以及怠速步进电机脏污造成的影响，维修人员对怠速步进电机和喷油器进行了彻底清洗，而且怠速步进电机在诊断仪的控制下能够顺畅动作。将怠速步进电机装复后，发动机怠速抖动的现象有所好转，但并未彻底消除，而且行驶中加速无力的现象没有任何改变。再次查看数据流，长期和短期燃油调整值均为，从发动机转速数据中可以看出，发动机转速在较小的范围内波动，并有规律地循环，怠速步进电机（）、进气歧管绝对压力传感器（）以及节气门位置传感器（）等主要传感器的数据未发现异常。既然电路和油路都正常，各主要传感器也不存在故障，到底是什么原因导致了故障的发生呢？笔者认为，如果发动机排气系统存在问题，例如三元催化器堵塞造成排气背压过高或排气不畅，也是导致发动机怠速抖动和加速不良的常见原因，而且该车已经行驶了万多 ，三元催化器有可能出现问题。于是又对排气歧管和三元催化器进行了检查，而且拆下氧传感器，在其安装口上连接排气背压测试仪对排气歧管进行排气背压测试。发动机工作时，排气背压测试仪显示排气背压低于 ，这说明排气系统没有堵塞现象。维修工作进行到此似乎陷入了困境。笔者想起，曾经维修过一辆别克君威轿车，当时的故障现象是发动机起动困难，故障原因是曲轴胶带轮信号齿圈损坏，导致发动机电脑收到错误的曲轴位置信号。虽然这辆赛欧轿车的故障现象不同，但是曲轴位置信号错误也可能造成点火提前角错误，从而导致怠速抖动和加速不良的现象。这两辆车的故障原因会不会相同呢？想到这里，维修人员对该车的曲轴胶带轮进行了仔细观察，并