淺談豐田卡羅拉曲軸位置傳感器的工作原理及檢測方法

陽亮

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545006）

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淺談豐田卡羅拉曲軸位置傳感器的工作原理及檢測方法

陽亮

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545006）

摘要：曲軸位置傳感器能檢測上止點(diǎn)信號(hào)、曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，是電控單元計(jì)算點(diǎn)火時(shí)刻與噴油時(shí)刻的最主要依據(jù)之一。以豐田卡羅拉轎車曲軸位置傳感器為例，分析了電磁式曲軸位置傳感器的工作原理及檢測方法，為診斷電磁式曲軸位置傳感器的故障提供了一套全面、系統(tǒng)的檢測方法。

關(guān)鍵詞：豐田卡羅拉；電磁式曲軸位置傳感器；檢測

曲軸位置傳感器也可以稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器或曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，主要是用來檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸位置、一缸壓縮上止點(diǎn)信號(hào)，并將這些信號(hào)以電壓形式輸入電腦（ECU），以便電腦按發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序發(fā)出最佳點(diǎn)火時(shí)刻指令，確定點(diǎn)火時(shí)刻與噴油時(shí)刻。曲軸位置傳感器信號(hào)是電控單元控制點(diǎn)火與噴油的主要信號(hào)。如果曲軸位置傳感器損壞或者電控單元收不到該信號(hào)那就使氣缸的點(diǎn)火順序錯(cuò)亂，就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

一般車上常見的曲軸位置傳感器有光電式、磁感應(yīng)式和霍爾式三種類型[1]。美國車、德國車和一些使用直接點(diǎn)火裝置的車型，大多采用磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器，傳感器以固定位置安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上。日本車系特別是豐田、本田車大多采用光電式曲軸位置傳感器，傳感器安裝在分電器殼體內(nèi)，豐田卡羅拉采用的是磁感應(yīng)式的。本文分析了豐田卡羅拉曲軸位置傳感器的工作原理，并提出了針對(duì)該傳感器的檢測方法。

1　磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理

磁感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu)由永久磁鐵、線圈和帶齒的轉(zhuǎn)子組成，如圖1所示。磁力線從永久磁鐵的N極出發(fā)經(jīng)外部回到永久磁鐵的S極，齒輪與永久磁鐵接近的凸齒位于磁場中。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，凸齒切割磁力線，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、凸齒長度L、齒輪旋轉(zhuǎn)速度V及V 和B方向間夾角θ的正弦值成正比，即E=BLVsinθ，θ是B，L，V三者間通過互相轉(zhuǎn)化兩兩垂直所得的角。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，切割磁力線的凸齒長度和θ均周期性變化，因此，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也呈周期性變化，電腦依據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢出現(xiàn)的頻率來計(jì)算曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速V變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢E也隨之變化，轉(zhuǎn)速越高，感應(yīng)電動(dòng)勢越大，轉(zhuǎn)速越低，感應(yīng)電動(dòng)勢越低，感應(yīng)電動(dòng)勢的變化情況如圖2所示。由于切割磁力線的凸齒長度直接影響線圈輸出電壓的高低，因此，凸齒與磁頭間的相對(duì)位置不能隨意變動(dòng)。如曲軸位置傳感器、自動(dòng)變速器輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器、ABS輪速傳感器等都是以固定位置安裝的，不得隨意改變。

圖1　磁感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu)

圖2　磁感應(yīng)式傳感器的輸出波形

磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器固定安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，主要有永磁鐵、線圈、軟磁鐵芯、傳感器外殼和屏蔽電纜組成，信號(hào)齒圈多數(shù)安裝在飛輪上。齒圈上均勻分布60個(gè)齒，為了產(chǎn)生一缸壓縮上止點(diǎn)信號(hào)，齒圈上連續(xù)缺失2個(gè)齒。當(dāng)缺失位置轉(zhuǎn)過磁頭時(shí)，不能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，因此，在連續(xù)的正弦電壓信號(hào)中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較寬的信號(hào)缺失，如圖3所示，該缺失信號(hào)對(duì)應(yīng)1缸或4缸上止點(diǎn)前一定角度。ECU接收到該信號(hào)時(shí)，意味著1缸或4缸活塞距離壓縮上止點(diǎn)還有一個(gè)已知角度。至于即將到來的是l缸還是4缸則需根據(jù)凸輪輪位置傳感器輸入的信號(hào)來確定。信號(hào)齒圈上有58個(gè)凸齒，當(dāng)信號(hào)齒輪轉(zhuǎn)一圈，線圈就會(huì)產(chǎn)生58個(gè)正弦電壓，并輸入ECU.如ECU在1 min內(nèi)接收到92 800個(gè)正弦電壓信號(hào)，便可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 600 r/min（n=92 800/58＝1 600）。

圖3　磁感應(yīng)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)和信號(hào)波形

2　磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器的作用

ECU依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷這兩個(gè)重要信號(hào)計(jì)算基本噴油時(shí)間、基本點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火閉合角[2]。ECU不僅需要知道發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，還需要知道曲軸的轉(zhuǎn)角，如1缸活塞距離壓縮上止點(diǎn)還有多少曲軸轉(zhuǎn)角。ECU控制噴油時(shí)間和點(diǎn)火時(shí)間是以信號(hào)齒圈上的缺失位置對(duì)應(yīng)的信號(hào)為基準(zhǔn)，信號(hào)齒圈上每個(gè)凸齒對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為6°（360°/60），缺失位置對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為12°，所以電控單元ECU接收到缺失位置對(duì)應(yīng)的信號(hào)后，其內(nèi)部分頻電路將凸齒信號(hào)進(jìn)行分頻處理，如將6°分成6等份，則可計(jì)算出1°曲軸轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的時(shí)間。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 600 r/min時(shí)，曲軸位置傳感器將92 800個(gè)正弦信號(hào)和1 600個(gè)缺失位置信號(hào)（1 600×1＝1 600個(gè)低電平信號(hào)）輸入ECU.曲軸轉(zhuǎn)一圈用時(shí)為60 000 ms/1 600＝37.5 ms，所以每l°曲軸轉(zhuǎn)角所占時(shí)間為37.5×/360°≈0.104 ms.假如ECU接收到缺失位置信號(hào)時(shí)，活塞距離上止點(diǎn)60°曲軸轉(zhuǎn)角（相當(dāng)于從ECU接收到該信號(hào)后，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)0.104×60°=6.24 ms后活塞到達(dá)上止點(diǎn)），l缸點(diǎn)火提前角為30°，ECU接收到基準(zhǔn)信號(hào)即缺失位置信號(hào)后3.12 ms時(shí)，向點(diǎn)火控制器發(fā)出指令，切斷初級(jí)繞組電流，使次級(jí)繞組產(chǎn)生高壓電在火花塞電極之間跳火點(diǎn)著可燃混合氣，從而實(shí)現(xiàn)提前30°點(diǎn)火。

3　豐田卡羅拉曲軸位置傳感器的檢測方法

豐田卡羅拉采用磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器，主要包含一個(gè)曲軸位置信號(hào)盤和一個(gè)耦合線圈。信號(hào)盤有34個(gè)齒，并安裝在曲軸上。耦合線圈由纏繞的銅線、鐵芯和磁鐵組成。傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸位置及一缸壓縮上止點(diǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸入ECM，用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和噴油正時(shí)[3]。

豐田卡羅拉曲軸位置傳感器電路如圖4所示。

圖4　豐田卡羅拉曲軸位置傳感器電路

1#輸出信號(hào)，接ECM的B122；曲軸位置傳感器2#為接地腳，接ECM的B121.當(dāng)曲軸位置傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，車輛不能起動(dòng)。曲軸位置傳感器的主要故障原因有傳感器內(nèi)部損壞、傳感器頭部臟/損壞、連接器或線路斷路/短路。為了判斷曲軸位置傳感器的性能好壞，一般使用電壓與波形測試、電阻檢測、線路檢測、傳感器安裝位置檢查的方法。

3.1電壓與波形測試

檢查傳感器輸出信號(hào)，用萬用表交流電壓擋或示波器，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測量電磁感應(yīng)式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的輸出電壓情況。用電壓表測量時(shí)，電壓應(yīng)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)；用示波器檢查時(shí)，波形應(yīng)均勻無缺陷。

3.2電阻檢測

（1）斷開B13曲軸位置（CKF）傳感器連接器。

（2）測l和2號(hào)腳兩端的電阻，如圖5和表1所示。

圖5　曲軸位置傳感器

表1　標(biāo)準(zhǔn)電阻

3.3線路檢測

主要是檢測線束的導(dǎo)通性，以確認(rèn)線束通暢，無斷路短路，插接器牢靠，各信號(hào)傳遞無干擾。

（1）斷開曲軸位置傳感器連接器。

（2）斷開ECM連接器。

（3）測量電阻，如圖6和表2所示。

圖6　曲軸位置傳感器與ECM線路的檢測

表2　標(biāo)準(zhǔn)電阻

3.4檢查傳感器的安裝情況

傳感器安裝的時(shí)候要貼合緊密，不能有間隙和翹曲現(xiàn)象，如圖7所示。

圖7　曲軸位置傳感器的安裝情況

4　結(jié)束語

本文對(duì)電磁式曲軸位置傳感器的信號(hào)產(chǎn)生原理的分析以及對(duì)豐田卡羅拉轎車曲軸位置傳感器的檢測方法的總結(jié)，為職業(yè)院校實(shí)踐教學(xué)及汽車維修人員提供一個(gè)檢測電子元件的參考方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]王長建.汽車曲軸位置傳感器小議[J].汽車電器，2012，（06）：73-76.

[2]王洪廣，林世明.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)診斷與維修實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[3]謝幫權(quán).淺談磁電式曲軸位置傳感器[J].內(nèi)江科技，2011，（08）：108-109.

中圖分類號(hào):U464.149

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0206-03

收稿日期：2016-01-03

作者簡介：陽亮（1982-），女，湖南人，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)、汽車營銷。

Detection Method and Working Principle of TOYOTA Corolla Crankshaft Position Sensor

YANG Liang
（Liuzhou Railway Vocational Technical College，Liuzhou Guangxi 545006，China）

Abstract:The crankshaft position sensor can detect the top stop signal，the crank angle signal and the engine speed signal.It is one of the most important basis for the electronic control unit to calculate the ignition time and the fuel injection time.The Toyota Corolla car crankshaft position sensor as an example，analyzes the electromagnetic crankshaft position sensor working principle and detection method，provide a set of comprehensive and systematic detective method for fault diagnosis of electromagnetic crankshaft position sensor.

Key words:TOYOTA corolla；electromagnetic crankshaft position sensor；detection