曲轴位置传感器

毕业设计(论文) 发证学校: 浙江交通技师学院 目名称:丰田5A-FE磁脉冲式曲轴位置传感器 工作原理及检修 系 别: 汽车技术系 专 业: 汽车维修 班 级: 技师轿修0901 姓 名: 陶泳合 学 号: 44 指导教师: 交稿时间: 年 月 日 丰田5A-FE磁脉冲式曲轴位置传感器工作原理及检修 摘 要 一辆丰田5A-FE型发动机台架，转移场地重新安装发现无法启动，经分析检测，分析其故障原因，最后排除故障，总结其发生故障的原因。 关键词 磁脉冲式曲轴位置传感器 点火正时 发动机无法起动 故障的检修 1、曲轴位置传感器的作用及类型 曲轴位置传感器是电喷发动机特别是集中控制系统中最重要的传感器，也是点火系统和燃油喷射系统共用的传感器。其功能是检测发动机曲轴转角和活塞上止点，并将检测信号及送至发动机电脑，用以控制点火时刻(点火提前角)和喷油正时。同时，曲轴位置传感器时 亦是测量发动机转速的信号源。因此，曲轴位置传感器又称发动机转速与曲轴位置传感器，或称曲轴位置/ 判缸/ 转速传感器。 2、曲轴位置传感器的作用与类型 曲轴位置传感器有多种形式，随车型的不同而异。就其安装部位而言，有曲轴前端(日产磁脉冲式、通用霍尔式)、凸轮轴前端(桑塔纳2000AJR 发动机霍尔式)、飞轮上或分电器内(丰田T C C S 系统磁冲式、日产公司光电式)。其结构形式也不完全一样。按传感器产生信号的原理，可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三类，可集中安装，也可分置。本文针对丰田5A-FE型发动机的磁脉冲式曲轴传感器的原理及故障进行分析。 3、磁脉冲式曲轴位置传感器的结构与工作原理 3.1曲轴位置传感器的结构与工作原理 丰田公司TCCS系统使用转子磁脉冲子轴位置传感器并将其安装在分电器内，其结构如图1所示。该传感器分上、下两个部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号。两部分都是利用带齿轮的转子旋转，使信号发生的线圈磁通变化，从而产生交变电动势，放大后。，该信号输入电子控制单元。Ne信号用来检测曲轴转角和发动机转速，它相当于下半部等间隔24个齿轮的转子(即Ne正时转子)及固定在轮齿转子对面的感应线圈组合而成。 图1 转子磁脉冲式曲轴位置传感器 1:G1感应线圈 2:No:2正时转子 3:No1正时转子 4:G2感应线圈5:Ne感应线圈 当转子转动时，齿轮与感应线圈凸缘(即磁头)的空气间隙变化，是感应线圈的磁场变化而产生感应电动势。因为轮齿靠近及远离磁头时，会产生一次增减磁通的变化。所以，每个齿轮通过磁头时，都会在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。 Ne正时转子上有24个齿，转子转一圈，即曲轴转两圈(720?)时，感应线圈产生24个交流信号，即Ne信号。Ne信号如图2所示，它的一周的脉冲相当于30?曲轴转角(720??24,30?)。更精确的转角测量是利用30?转交的时间，由ECU在均分30等份，产生1?曲轴转角的信号。同时，检测发动机的转速，是由发动机的转速，是由ECU依照Ne信号的两个脉冲，即60?曲轴转角所经过的时间为基准测量发动机的转速。 图2 Ne信号发生器结构与波形 G信号用于辨别气缸及检测活塞上止点位置，这相当于齿轮磁脉冲式曲轴传感器的120?信号。G信号是位于Ne信号发生器上方的凸缘轮(即G正时转子)及其对面对称的两个感应线圈产生的，它的结构如图3所示。G信号的产生的原理与Ne信号产生原理相同，G信号也用于作为Ne信号计算曲轴转角的基准信号。 图3 G信号发生器结构与波形 G1、G2信号分别用于检测六缸及一缸上止点信号，由于G1、G2信号发生器设置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上活塞并不是正好在上止点，而是在上止点前10?的位置。曲轴位置传感器的G1、G2和Ne信号与曲轴转角的关系如图4。 图4 G、Ne信号与曲轴转角的关系 3.2 磁脉冲式曲轴位置传感器信号波形分析 ?典型波形及分析 连接波形测试设备，起动发动机怠速运转，而后加速或按照发生故障驾驶等获得波形， 典型的磁脉冲式曲轴传感器信号波形如图5所示。 图5典型的磁脉冲式曲轴传感器信号波形 对大量磁脉冲式曲轴位置传感器采集波形，进行波形分析可以得出以下结论。 a、相同齿形应产生相同型式的连续脉冲，脉冲有一致的形状、幅值并与曲轴的转速成正比，输出信号的频率及传感器极易与触发轮空气间隙对传感器信号的幅值影响很大。 b、靠除去传感器触发轮上一个或2个相互靠近的齿所产生的同步脉冲，可以确定上止点的信号，这会引起输出信号频率的变化，而在齿数减少的情况下，幅值也会变化。 c、各个最大(最小)峰值电压应该相差不多，若某个峰值电压低于其他的峰值电压，则应检查触发轮是否有缺角或弯曲。 d、波形的上下波动，不可能在0电位的上下对称，幅值随转速的增加而增加，同时转速也增加。 e、波形的上下波动、频率和形状在确定的条件下时一致、可重复、有规律、可预测的。测得的幅值应该足够高，两脉冲时间间隔应一致(除同步脉冲外)。形状一致并可预测。 f、波形的频率应同发动机的转速同步变化，两个脉冲间隔只是同步脉冲出现时才改变。 ?故障波形分析示例 图6磁脉冲式曲轴位置传感器的故障波形举例 若磁脉冲式曲轴位置传感器发生故障，波形会有所变化，对故障波形的正确分析是非常重要的，图6为两种磁脉冲式曲轴位置传感器的故障波形。 图6a)示波形中，故障波形与正常波形相比，波形差很大，故障原因为齿槽中有异物，图6b)波形中，故障波形振幅与正常波形振幅相比相差很大，故障原因是传感器触发轮安装不当。如果检测出的波形异常，应更换磁脉冲式曲轴位置传感器(含传感器头和触发轮) 传感器故障诊断与排除 4、磁脉冲式曲轴位置 4.1、故障现象 一台用于教学的丰田5A-FE型发动机台架，转移场地重新安装后发动机无法启动。 4.2、故障检查 接车后启动发动机台架快速运转，但发动机不能起动，可以确定起动系统正常。用K81读取故障码，系统显示正常，没有故障码存储。按照常规程序检查发动机，分别从电路、油路和机械部分下手检查。 4.2.1拔下第1缸的高压线，装上火花塞试车，火花塞跳火正常;再把下其他3缸的火花塞。跳火都正常，初步确定点火系统无问题。 观察燃油压力，压力值约为0.27MPa，满足系统要求;拔下第1缸喷油嘴插头，连接试灯，起动发动机台架，试灯不断闪烁，说明有驱动信号。 4.2.2安装气缸压力表(拆掉所有火花塞，拔掉油泵继电器)。测量气缸压力，4个气缸的压力均为0.74MPa左右，满足技术要求。在拆卸火花塞时，发现火花塞全部都湿了，说明喷油嘴工作，有汽油进入发动机气缸。 4.2.3拆下正时皮带室盖，检查正时皮带无跳赤现象，转动曲轴，核对正式点正常，配气正时没有错误。 4.2.4更换所有火花塞后试车，发动机还是难以起动。 4.2.5怀疑排气管路堵塞，造成发动机难以起动，拆下氧传感器试车，但是发动机还是无法起动。 按照发动机工作的三个要素，有油、有电、有压力。发动机应该难以起动，问题出在哪呢,一般来说，电喷发动机的油路故障多是混合气过浓或者过稀，电路故障多是点火过早或过晚，所以还是从点火正时入手检查。 因为该车装有分电器，可以调整点火提前角，松开分电器的2个固定螺栓，一边起动发动机一边转动分电器，但发动机还是无法起动。随后，正上正时枪，检查点火正时。因为看不清楚，所以在曲轴皮带正时缺口位置用白胶布做一个记号。起动时发现，该正时记号与第一缸的实际点火正时相差很多(点火过晚)，这就是造成该发动机无法起动的真正原因。 检查分电器，安装正常，将分电器顺时针转到最低位，还是点火过晚，再次拆开正时皮带 室盖，检查正时皮带记号，正常。 5、故障分析 正时皮带安装位置和分电器位置都正确，是什么原因造成点火过晚呢,检查高压线，安 有示波装位置正常(分电器盖上有各缸的数字标记，因此高压线不会插错)。这时，想到K81器功能，可以检测曲轴位置传感器信号Ne与点火信号IGT是否同步。 利用示波器的通用双通道，1条信号提取线中心线接NE+，搭铁接Ne-，由通道1进入;另1条信号提取线中心线IGT，搭铁接发动机气缸体，由通道2进入。检测Ne信号和IGT波形(图7所示)。 通过对两组波形的比较，发现Ne信号波形180?反向，分析只有Ne+与Ne-信号线接反，才有可能造成反向。 图7 点火系统控制电路 从图7可看出，由于有故障的发动机台架的交流波形反向，造成整个点火信号比正常点火信号晚，是发动机无法再压缩上止点时准确点火，虽然分电器可以调整点火提前角，但其调整范围已无法达到。 6、故障排除 将线路重新接好，发动机顺利起动，重新调整分电器，发动机运行稳定，在检查点火正时，位置正确。 7、小结 曲轴位置传感器所产生的基准信号不仅是点火基准，而且还是用于汽油喷射控制的喷油基准，其性能的好坏直接影响汽车的使用。本文通过对磁脉冲式曲轴传感器的结构和工作原理的分析。以及具体案例的分析，研究了其故障后可能产生的现象，对保障汽车使用性能有重要的意义。 参考文献 型发动机无法起动故障分析(J).汽车维修.2010 ?彭本忠.丰田5A ?张科勋.曲轴、凸轮轴传感器故障时的电控柴油机喷射控制(J).汽车.2007 ?蔡秀琴.曲轴位置传感器的结构、原理与检测诊断(J).现代零部件.2005 ?郑锡伟.曲轴位置传感器波形分析(J).客车技术.2008