项目2-5 曲轴凸轮轴位置传感器的检修

1、宜宾职业技术学院Yibin Vocational & Technical College课程名称汽车电控系统检修教学主题曲轴/凸轮轴位置传感器的检修授课班级12级汽车授课时间4学时授课地点一体化教室教学目标：能力目标：能正确分析曲轴/凸轮轴位置传感器的电路原理；能对曲轴/凸轮轴位置传感器进行故障诊断与检修。知识目标：掌握曲轴/凸轮轴位置传感器的种类和工作原理；了解曲轴/凸轮轴位置传感器的检修方法；素质目标：树立团队协作意识；增强语言表达能力；重 点：曲轴/凸轮轴位置传感器的工作原理。难 点：曲轴/凸轮轴位置传感器的检修方法。教学方法：项目教学法、讲授法、演示法、团队讨论法。教学器材：p

2、pt、台架、图片和实物。教学步骤教 学 步 骤 与 过 程备 注步骤一：任务提出 任务：曲轴/凸轮轴位置传感器的作用？步骤二：曲轴/凸轮轴位置传感器的原理和检修曲轴/凸轮轴位置传感器的作用是检测发动机的曲轴的转角、转速和上止点信号，并把该信号输送给ECU，用以控制喷油正时和点火正时的主控制信号，一旦曲轴位置传感器有故障，发动机不会喷油和点火，从而导致发动机不能启动。1、教学内容（1）曲轴/凸轮轴位置传感器的分类；（2）曲轴/凸轮轴位置传感器结构和工作原理；（3）曲轴/凸轮轴位置传感器的电路原理及检修。2、教师活动（1）教师用PPT讲解相关曲轴/凸轮轴位置传感器的名称和图片（2）教师用用PPT，

3、结合黑板上板书曲轴/凸轮轴位置传感器的相关分类和工作原理，结合图片进行结构和原理认识。课前将学生分成6-8个人/小组。10分钟7宜宾职业技术学院Yibin Vocational & Technical College教 学 步 骤 与 过 程备 注3、学生活动听讲并回答教师的问题附：主要知识一、曲轴位置、凸轮轴位置传感器故障检修概述 （一）曲轴位置、凸轮轴位置传感器故障检修的作用 发动机转速与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。发动机转速与曲轴位置传感器的作用主要是将检测到的发动机上止点、曲轴转角、发动机转速信号送给 ECU，以确认曲轴位置，用来控制喷油正时和点火正

4、时。 （二）曲轴位置、凸轮轴位置传感器故障检修的类型 其类型有电磁式、光电式和霍尔式，经常安装在发动机的曲轴端、凸轮轴端、飞轮上或分电器内。二、电磁式曲轴位置传感器 （一）日产公司电磁式曲轴位置传感器的结构与工作原理 该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后，如图 5-1 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

5、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。（二）丰田公司电磁式曲轴位置传感器的结构与工作原理 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 5-5

6、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。三、 霍尔式曲轴位置传感器 霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的。它是利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。 （一）美国 GM 公司霍尔式曲轴位置传感器的结构 美国 GM 公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结构型式，如图 5-9 所示。在发

7、动机的曲轴皮带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。外信号轮外缘上均匀分布着 18 个触发叶片和 18 个窗口，每个触发叶片和窗口的宽度为 10°弧长；内信号轮外缘上设有 3个触发叶片和 3个窗口，3个触发叶片的宽度不同，分别为 100°、90°和 110°弧长，3 个窗口的宽度亦不相同，分别为 20°、30°和 10°弧长。由于内信号轮的安装位置关系，宽度为 100°弧长的触发叶片前沿位于第 1 缸和第 4 缸上止点（TDC）前 75°，90°弧长的触发叶片前沿在第 6 缸和

8、第 3 缸上止点前 75°，110°弧长的触发叶片前沿在第5 缸和第2 缸上止点前 75°。（二）美国 GM 公司霍尔式曲轴位置传感器的工作原理 美国 GM 公司采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传感器，如图 5-10 所示。霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成。内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。信号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路（或称隔磁），如图 5-10(a)所示。这时不产生霍尔电压；当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁 2 的磁通便通过导磁板 3穿过霍尔元件如图 5-10（b） ，这

9、时产生霍尔电压。四、光电式曲轴位置传感器 （一）光电式曲轴位置传感器的结构 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光孔的信号盘组成，如图 5-12 所示。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 5-13 所示。（二）光电式曲轴位置传感器的工作原理 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

10、，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。如图 5-15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

11、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。 （一）发动机转速与曲轴位置传感器的检修 （1）电磁式曲轴位置传感器的检修实例 以皇冠 3.0 轿车 2JZ-GE 型发动机电子控制系统中使用的电磁式（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5-16 所示。图 5-16 曲轴位置传感器电路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见表5-1 所示。如电阻值不在规定的范围内，必须更换曲轴

12、位置传感器。 表 5-1 曲轴位置传感器的电阻值.电磁式曲轴位置传感器输出信号的检测 拔下电磁式曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时用示波器检查曲轴位置传感器上 G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子，应有脉冲信号输出。如没有脉冲电压信号输出，则须更换曲轴位置传感器。也可以用交流电压表的2V 挡测量其输出电压，起动时应高于 0.1V,运转时应为 0.4-0.8V。如果在传感器上能检测到电压信号，而在 ECU 连接器上检测不到信号，则应检查传感器至 ECU 之间的导线及插头。电磁式曲轴位置传感器感应线圈与信号转子的间隙检查 如图 5-17 所示，用厚薄规测量信号转子与传感器线圈凸出部分的空

13、气隙。皇冠 2JZ-GE型发动机其间隙应为0.20.4mm。若间隙不符合要求则须更换分电器壳体总成。电磁式曲轴位置传感器波形检测与分析 （1）波形检测 连接波形测试设备,起动发动机,怠速运转,而后加速或按照行驶性能发生故障的需要驾驶等,获得波形, 典型的磁脉冲式曲轴位置传感器信号波形如图 5-18 所示。 （2）电磁式曲轴位置传感器波形分析 （二）霍尔式曲轴位置传感器的检修实例 霍尔式曲轴位置传感器的检测方法有一个共同点，即主要通过测量有无输出电脉冲信号来判断其是否良好。下面以北京切诺基的霍尔式曲轴位置传感器为例来说明其检测方法。 1霍尔式曲轴位置传感器的电路 北京切诺基霍尔式曲轴位置传感器与

14、 ECU 有三条引线相连，如图 5-21 所示。其中一条是 ECU 向传感器加电压的电源线，1996 年前车型输入传感器的电源电压为 8V，1996 年以后的车型为 5V；另一条是传感器的输出信号线，当飞轮齿槽通过传感器时，霍尔传感器输出脉冲信号，高电位为 5V，低电位为 0.3V；第三条是通往传感器的接地线。曲轴位置传感器接头如图 5-22所示。 图 5-21 霍尔式曲轴位置传感器电路图 5-22 曲轴位置传感器接头2传感器电源、电压的测试 点火开关置于“ON”，用万用表电压档测量 ECU 侧 7#端子的电压应为 8V，在传感器导线连接器“A”端子处测量电压也应为 8V，否则为电源、线断路或接电压。3端子间电压的检测 用万用表的电压档，对传感器的 ABC 三个端子间进行测试，当点火开关置于“ON”时，A-C 端子间的电压值约为 8V；B-C 端子间的电压值在发动机转动时，在 0.3-5V 之间变化，且数值显示呈脉冲性变化，最高电压 5v，最低电压 0.3V。如不符合以上结果，应更换霍尔式曲轴位置传感器。4电阻检测 点火开关置于“OFF”位置，拔下霍尔式曲轴位置传