曲轴位置传感器的检测和故障案例

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②产生120°信号，磁头①和磁头③共同产生曲轴1°转角信号。磁头②对着信号盘的120°凸缘，磁头①和磁头③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②上产生3个120°脉冲信号，磁头①和③各产生90个脉冲信号（交替产生）。由于磁头①和磁头③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①和磁头③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②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②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（G

1感应线圈和G

2

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。

G

1、G

2

信号分别检测第6缸及第1缸的上止点。由于G

1

、G

2

信号发生器设

置位置的关系，当产生G

1、G

2

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G

1、G

2

、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（Ω）

G1-G-冷态125-200 热态160-235

G2-G-冷态125-200 热态160-235

Ne-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）。