电控发动机曲轴与凸轮轴位置传感器检修.docx

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电控发动机曲轴与凸轮轴位置传感器检修

曲轴与凸轮轴位置传感器检修

任务一曲轴位置传感器检修

任务目标

1.曲轴位置传感器的检测

2.曲轴位置传感器的维修

学习目标

1.了解汽车曲轴位置传感器的检测

2.掌握曲轴位置传感器的维修

1.曲轴位置传感器的作用

在电控汽油喷射系统中，相对于发动机每一个工作循环吸入的空气量，都可以得到发动机控制模块控制的符合最佳空燃比的燃油量，而空气流量传感器检测的是单位时间的空气流量，为确定上述每次循环符合最佳空燃比的喷油量，应求得每个工作循环吸入的空气量，即在已知单位时间空气流量的基础上，应监测发动机转速。

另外，当采用顺序喷射和分组喷射，为了有效地提高发动机的性能，需选取特定的喷油时刻和点火时刻，而这些时刻都是相对曲轴转角位置而言的。

故在发动机电子控制系统中设有发动机转速和曲轴位置传感器。

曲轴位置传感器实物图

曲轴位置传感器（crankshaftPositionSensor,CPS）又称发动机转速与曲轴转角传感器，是发动机控制系统中最主要的传感器之一，如图4-1所示。

其功用是采集曲轴转动角度和发动机转速信号，井输人电子控制单（ECU），以便确定点火时刻和喷油时刻。

2.曲轴位置传感器的分类

根据检测并输人到发动机微机控制装置的信号类型，曲轴位置传感器包括活塞上止点检出型和曲轴转角检出型两种。

根据信号形成的原理分类，曲轴位置传感器又可分为电磁式、光电式和霍尔效应式三大类，其中磁感应式曲轴位置传感器产生的模拟信号，如图4-2所示；霍尔式曲轴位置传感器、光电式曲轴位置传感器产生的是数字信号，

霍尔式曲轴位置传感器的信号波形。

就其安装部位而言，有在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上和分电器内的、车辆不同，所采用的结构形式也不完全一样。

磁感应式曲轴位置传感器的信号波形

霍尔式曲轴位置传感器信号波形

电磁式曲轴位置传感器:

（1）结构

电磁式曲轴位置传感器的核心元件是一个电磁线圈，该线圈缠绕在一个永久性磁铁上，它被螺栓固定在传感器安装支架上。

绕组的两端与电器引线相连。

在电磁线圈的对面，安装着一个用作信号发生器的磁阻轮，该磁阻轮随发动机曲轴的转动而转动。

对应特定的曲轴转角，磁阻轮上都有相应的一个凸齿与之相对应，磁阻轮转动时这些凸齿以很小的间隙扫过传感器线圈。

由于传感器线圈是用螺栓固定在传感器安装支架上的，因而磁阻轮凸齿与传感器之间的间隙通常是可调的。

电磁式曲轴位置传感器

（2）工作原理

当磁阻轮凸齿与传感线圈不对中时，凸轮与感应线圈之间的空气间隙比较大，因而磁场比较弱。

当磁阻轮的凸轮接近于传感器对中时，空气间隙比较小，因而围绕传感器的磁场强度增大。

这种交替变化的磁场使传感器线圈内感应出交流电压信号。

电磁式曲轴位置传感器工作原理

感应电压信号

在磁阻轮凸轮齿正好对准感应线圈中心线的瞬间，磁场不在变化，感应电压降为零。

磁阻轮凸齿离开传感器线圈中心线，磁场减弱到某一程度或消失。

这种磁场的变化在传感器线圈内感应出负电压。

所以，每当磁阻轮的一个凸轮转过传感器时，曲轴位置传感器线圈就产生一个电压信号。

电脑根据这些信号来计算与确定曲轴的位置和转速。

3.丰田卡罗拉轿车曲轴位置传感器维修

曲轴位置传感器如果出现故障，将会严重影响发动机的性能，甚至使发动机无法起动。

丰田卡罗拉车采用电磁式曲轴位置传感器，常见故障主要包括：

信号发生器感应线圈短路、断路、转子轴磨损、偏摆或感应与导磁铁芯组件（碰头）移动，使转子和磁头之间的间隙不当，磁铁磁场线圈强度不足，造成信号减弱或无信号输入ECU；正时转子轮齿间有脏物填塞，会造成输出信号变形等。

下面我们以丰田卡罗拉轿车为例，简要介绍一下电磁式曲轴位置传感器的测试过程。

测试过程主要包括测量各端子间的电阻、信号转子凸齿与磁头之间的间隙，其电路图。

曲轴位置传感器系统电路图

（1）读取静态故障码、冻结帧和数据流。

数据流

（2）确认故障症状。

起动发动机前，确认车辆周围环境是否安全。

起动发动机时，观察起动状况，确认故障症状并记录症状现象。

故障症状特征：

发动机能转动，但无法起动。

读取故障代码。

仪器显示无故障代码，系统正常。

查阅维修手册或技术资料，确认诊断思路和检查步骤。

（3）用诊断仪器检测发动机转速。

再次起动发动机，观察数据流中发动机转速数值。

实时观察启动过程中诊断仪器显示的发动机转速信号：

发动机转速0r/min.仪器显示：

发动机转速为零，曲轴位置传感器无转速信号，不正常。

曲轴位置传感器电路系统可能存在断路或者搭铁现象。

退出所有子单元至诊断仪器初始界面状态，关闭诊断仪器电源开关和点火开关。

（4）曲轴位置传感器外观检查。

关闭点火开关，拔下传感器连接头的插头，如图4-9所示。

检查是否连接良好，观察连接器是否锈蚀、松动，检查曲轴位置传感器安装状况。

图4-9曲轴位置传感器安装位置

曲轴位置传感器安装状况

（5）信号线圈电阻检查。

采用测试延长线连接曲轴位置传感器，检查传感器1号端子与2号端子之间的电阻，其标准值应为20℃条件下1850-2450Ω，若电阻无穷大，说明信号线圈存在断路的地方；若电阻值明显小于标准值，可能存在短路或线圈匝间绝缘不良，应更换传感器。

信号线圈电阻检查

（6）检查传感器与ECU之间的连接线束（断路检查）。

分别检查1号端子与122号端子、2号端子与121号端子之间的电阻值，应不超过1Ω。

如果电阻值明显大于标准值或为无穷大，说明存在导线断路或接触不良，需进行修理。

（7）短路检查。

分别检查1号端子与车身搭铁、122号端子与车身搭铁、2号端子与车身搭铁、121号端子与车身搭铁之间的电阻值，应超过10KΩ或更大，如图4-13所示。

如果电阻值明显小于10KΩ，说明存在短路故障，需进行修理。

断路检查

短路检查

（8）检查曲轴位置信号盘（信号盘齿）。

正常情况下信号盘无任何裂坟或变形，出现异常，应更换曲轴位置信号盘。

（9）检查信号转子与磁头之间的间隙。

用塞规检查信号转子与磁头之间的间隙，标准值为0.2~0.4mm。

若有变化，需进行调整。

（10）以上测量都正常，更换ECM。

（11）修复后故障码和数据流的再次检查。

4.拓展知识

1）光电式曲轴位置传感器（CKP）

（1）日产汽车用广电式曲轴位置传感器的结构和原理

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光孔的信号盘组成，如图4-14所示。

信号盘安装在分电器轴上，外围有360条缝隙（光栅），相邻缝隙产生1°曲轴转角信号，外围稍靠内间隔60°曲轴转角分布6个光孔（六缸），产生120°曲轴转角信号，其中一个较宽的光孔产生一缸上止点对应对的120°曲轴转角信号产生。

日产公司光电式曲轴位置传感器

信号盘结构

脉冲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。

两只发光二极管分别正对着两只光敏二极管，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，则产生透光和遮光的交替变化，使得信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号。

脉冲信号发生器

信号发生器产生脉冲信一号的原理。

当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感到光而导通并产生电压；当发光二极管的光束被遮挡时，二极管上时，光敏二极管感光而将光敏二极管产生的脉冲电压送至电子电路放大为零。

产生电压光敏二极输送的1°信号和120°信号。

光电式信号发生器产生脉冲信号的原理

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。

发动机每转两圈，分电器轴转一圈，则°信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1°，低电位也对应1°，共表征720°与此同时，120°信号发生器在各缸压缩上止点前70°产生一个脉冲，共六个脉冲信号。

（2）传感器的测试

光电式曲轴位置传感器的常见故障有：

发光二极管、光敏三极管玷污、损坏;信号盘上的光栅或弧形槽残缺，信号盘翘曲；内部电路断路或接触不良；等等，使之信号变弱、变形或无信号产生，造成发动机不能工作。

下面我们以现代SONATA轿车用光电式曲轴位置传感器为例，简述其检测过程。

曲轴位置传感器的线路连接

曲轴位置传感器的线束检查。

轿车现代SONATA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，用万用表的电压挡（图4-20）测量线束侧4号端子与接地间的电压应为12V，线束侧2号端子和3号端子与接地间电压为4.8-5.2v，用万用表的电阻挡测量线束1号端子与接地间应为0Ω。

曲轴位置传感器的端子位置

曲轴位置传感器线束的测量

②光电式曲轴位置传感器输出信号检测，

用万用表电压挡接在传感器3号端子和1号端子上，在起动发动机时，电压应为0.2一1.2V。

在起动发动机后的怠速运转期间，用万用表挡检测2号端子和1号端子电压应为1.8一2.5V。

否则应更换曲轴位置传感器。

2）霍尔式曲轴位置传感器

霍尔式曲轴位置传感器利用霍尔效应原理产生相对应的电压脉冲信号。

（1）霍尔效应原；理

在磁场中，运动电荷的偏移称为霍尔效应。

霍尔效应的原理如图。

霍尔效应的原理图

当电流I通过放在磁场中的半导体基片（也称霍尔元件）且电流方向与磁场方向垂直时，电荷在洛仑兹力作用下向一侧偏移;在垂直于电流与磁通的霍尔元件的横向侧

面上即产生一个与电流和磁场强度成正比的电压，这种电压称为霍尔电压Uho当结构一定且电流I为定值时，霍尔电压Uh与磁场强度D成正比。

霍尔式曲轴位置传感器就是利用触发叶片或齿轮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。

（2）采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传感器美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端的扭转减震器背面，采用触发叶片的结构形式，如图4-22所示。

在发动机曲轴皮带轮前段固定着内外2个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起转动。

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均为10°的弧长；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，三个窗口的宽度也不同，分别为20°、30°和10°弧长。

由于内信号轮的安装位置，宽度为100°弧长的触发叶片前沿于一、四缸上止点前75°，90°的弧长的触发叶片前沿在六、三缸上止点前75°，110°的弧长的触发叶片前沿在五、二缸上止点前75°位置。

霍尔式曲轴位置传感器

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，如图4-23所示。

内外信号轮侧面各设置一个在尔信号发生器，信号轮转动时，每当叶片进人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通（或称隔磁），这时不产生霍尔电压。

当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁3的磁通便通过导磁板5穿过霍尔元件，这时产生霍尔电压。

将霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后，即向微机控制装置输送电压脉冲信号。

外信号轮每旋转一周产生18个脉冲信号，称为18x信号。

一个脉冲周期相当与于曲轴旋转20°。

转角的时间，电脑再将一个脉冲周期均分为20等分，即可求得曲轴旋转转1°所对应的时间，根据这一信号，电脑用以控制点火时刻。

18x信号的功用相当于光电式曲轴位置传感器产生1°信号的功能。

内信号轮每旋转一周产生3个不同宽度的电压脉冲信号，称为3x信号。

脉冲周期均为120°的时间，脉冲上升分别产生于一、四缸，三、六缸和二、五缸上止点前75°，作为电脑判别气缸和计算点火时刻的基准信号。

此信号相当于前述曲轴位置传感器产生的120°信号。

霍尔发生器

霍尔式曲轴位置传热器输出信号

（3）采用触发齿轮的霍尔式曲轴传感器

北京切诺基就采用过这种类型的曲轴位段传感器，它装在变速器吃轮壳体上。

曲轴位置传感器产生的信号，表示曲轴（或活塞）位置和发动机转速信息，它是控制发动机燃油喷射和点火时刻等的重要信号之一。

曲轴位置传感器与发动机控制模块由三条引线相连，其中第一条是发动机控制模块向传感器提供的电源线，输人传感器的电仄在1996年以前的车型为8V,1996年以后的车型为5V;第二条是传感器的输出信号线，输出的是矩形脉冲信号，高电位为5V、低电位为0.3V;第三条是传感器接地线.

曲轴位置传感器与ECU的连接电路

曲轴位置传感器工作示意图如图4-26所示。

在2.5L四缸发动机的飞轮外沿上有8个齿槽，平均分为2组，之间相隔180°，每一组中的每个齿槽宽度为2°，两个齿槽之间相

隔180。

在4.0L六缸发动机的飞轮外沿上有12个齿槽，均分为3组，每组相隔120°每一组中的每个齿槽宽度也为2°，两个齿槽之间相隔也为180°。

曲轴位置传感器工作示意图

当飞轮齿槽通过传感器的磁铁时霍尔传感器输出5V高电压，当飞轮两槽间的金属通过磁铁时，霍尔效应传感器输出0.3v低电位。

因此，当一个飞轮齿槽通过传感器，传感器便产生一个高、低点位脉冲信号。

当飞轮上的每组齿槽通过传感器时，传感器将产生四个脉冲信号。

其中四缸发动机每转一转产生两组脉冲信号，六缸发动机每转一转产生三组脉冲信号。

传感器提供的每组信号输入发动机控制模块后，可被发动机模块用来确定两缸活塞的位置。

如在四缸发动机上，利用一组信号，再同一时间，可知一缸活塞和四缸活塞接近上止点，利用另一组信号，可知二缸活塞和三缸活塞接近上止点。

同样，在六缸发动机上，利用一组信号，在同一时间内也可确定两个缸的活塞位置，及三缸活塞和四缸活塞、二缸活塞和五缸活塞、一缸活塞和六缸活塞接近上止点。

由于每组中的第四个脉冲下降沿，对应活塞上止点（TDC）前4°的位置，以此类推，其他三个脉冲信号下降沿对应活塞上止点前的位置也可以确定，如每组第一个脉冲信号下降沿对应活塞上止点前64°。

利用曲轴位置传感器输出的脉冲信号不仅可以知道两个气缸的活塞接近上止点，而且可以很容易确定活塞上止点前运行位置。

另外，发动机控制模块可以根据各脉冲通过的时间，很容易计算出发动机的转速。

由于发动机控制模块是通过曲轴位置传感器获得曲轴（或活塞）运行的位置与发动机转速信息的，所以它是控制喷油和点火提前角的重要信号，一般是在排气行程上止点前64°时开始喷油。

基本点火正时提前的重要信号，一般是在排气上止点前64°开始喷油。

今本点火正时（怠速）是在压缩行程上止点前10°左右。

发动机控制器如果收不到曲轴位置传感器信号，发动机将不会起动。

发动机运转中收不到曲轴位置传感器信号，发动机将停止工作。

利用曲轴位置传感器信号，发动机控制器可以知道有两个活寨在接近上止点及其相应位置，但并不清楚是哪两个气缸的活塞，也分不清哪个处于排气行程、谁处于压缩行程，因此还需要有判缸信号，即需要有同步信号传感器（分电器内）向发动机控制模块提供信息。

（4）传感器的测试

霍尔式曲轴位置传感器的测试方法有一个共同点，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为例来说明其检测方法。

曲轴位置传感器连接电路如图4-25所示。

其中第一条是ECU向传感器提供电压的电源线，输人传感器的电压为8V;第二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SV、低电位为0.3V;第二条是通往传感器的接地线。

①传感器电源、电压的测试。

点火开关置于“ON"，用万用表电压挡测量ECU侧7号7号端子的电压应为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、线断路或接头接触不良。

②端子间电压的检测。

用万用表的电压挡，对传感器的A、B、C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0.3一5V之间变化，且数值显示脉冲胜变化（用万用表或示波器观察），最高电压为5V、最低电压为0.3V。

如不符合以上结果，应更换曲轴位置传感器。

③电阻的检测。

点火开关置于OFF位置，拔下曲轴位置传感器导线连接器，用万用表电阻挡跨接在传感器侧的端子A-B或A-C间，此时万用表显示读数为∞（开路），如果指示有电阻，则应更换曲轴位置传感器。

任务二凸轮轴位置传感器检修

任务目标

1.凸轮轴传感器的检测

2.凸轮轴传感器的维修

学习目标

1.了解汽车凸轮轴传感器的检测

2.掌握发动机凸轮轴传感器的维修

1）凸轮轴位置传感器的作用

凸轮轴位置传感器，又称同步信号传感器，主要用来检测凸轮轴的转角位置，发动机拧制模块用此信号确定发动机某气缸上止点的位置。

它与曲轴位置传感器配合即能检测一缸压缩上止点位置，从而确定点火及喷油正时。

凸轮轴位置传感器安装位置及作用

2）丰田卡罗拉2ZR发动机凸轮轴位置传感器

丰田卡罗拉轿车采用磁阻式凸轮轴位置传感器。

凸轮轴位置传感器

该传感器由磁铁和MRE元件组成。

MRE元件的阻值随磁场强度变化而变化.

凸轮轴主动齿轮有一个信号盘，信号盘的外圆周上有3个齿。

齿轮旋转时，信号盘和藕合线圈间的气隙会发生改变，从而影响磁场强度。

MRE材料的电阻就会随着磁场强度变化发生波动。

凸轮轴位置传感器将齿轮旋转数据转换为脉冲信号（图4-30），并将这些脉冲信号发送到ECU来确定凸轮轴的角度。

信号盘凸轮

凸轮轴位置传感器输出信号

丰田卡罗拉轿车2ZR发动机由于采用双顶置凸轮轴形式，所以在进气凸轮轴与排气凸轮轴上各安装了一个凸轮轴位置传感器以检测两根凸轮轴的位置，其电路如图。

凸轮轴位置传感器电路图

其中VC为传感器电源电路，由ECM供给4.5一5.OV工作电压；VV1-和VVE-为参考电压;VV1+和VVE+为信号电压，随凸轮轴的转动输出脉冲信号.

3）丰田卡罗拉凸轮轴位置传感器检修

磁阻传感器的检测方法与霍尔式曲轴位置传感器基本相同，具体步骤如下。

（1）断开凸轮轴位置传感器连接器，将开关置于ON位置，测量VC端子与搭铁之间的电压，应在4.5一5V之间。

（2）将开关置于OFF位置，断开凸轮轴位置传感器连接器，断开ECU连接器，测量凸轮轴位置传感器至ECM线路之间的电阻，应小于1欧姆。

测量凸轮轴位置传感器VC端子与搭铁间的电压

测量凸轮轴位置传感器至ECM线路之间的电阻

4）将开关置于0FF位置,断开凸轮轴位置传感器连接器,断开ECU连接器,测量凸轮轴位置传感器各端子与搭铁间的电阻,应大于10千欧姆。

测论凸轮轴位置传感器各端子与搭

铁之间的电阻