磁脉冲式曲轴传感器故障分析及排除Word格式文档下载.docx
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王国勇
2010年6月20日
磁脉冲式曲轴传感器故障分析及排除……………………………………………
（2）
1、引言………………………………………………………………………………
（2）
2、曲轴传感器的作用与类型………………………………………………………
（2）
3、丰田公司磁脉冲式曲轴传感器的结构与工作原理……………………………
（2）
3.1、传感器结构与工作原理…………………………………………………（3）
3.2、传感器信号波形分析……………………………………………………（5）
4、磁脉冲式曲轴传感器故障诊断与排除………………………………………（6）
4.1、故障现象…………………………………………………………………（6）
4.2、故障检查…………………………………………………………………（6）
4.3、故障分析…………………………………………………………………（7）
4.4、故障排除…………………………………………………………………（8）
5、总结………………………………………………………………………………（9）
参考文献…………………………………………………………………………（10）
计晨飞指导老师：
王国勇
摘要：
一台用于教学用的丰田5A-FE型发动机台架，转移场地重新安装后发动机无法起动。
通过观察故障现象，深入诊断与分析故障原因，最后排除故障，积累了曲轴传感器出现故障后可能出现的现象，总结了其故障发生的原因。
关键词：
磁脉冲式曲轴传感器点火正时发动机无法启动故障排除
1、引言
点火正时对汽油机的动力性、经济性及排放性能具有重要的影响。
点火系统除了应按各缸的工作顺序依次点火外，还必须把开始点火的时刻控制在最佳时刻。
最佳的点火正时能提高汽油机动力性，并能降低燃油消耗率，减少有害物质的排放量。
丰田5A-FE型发动机的点火系统利用装在分电器内的曲轴位置传感器产生信号传送给ECU，由ECU发出点火信号IGT给点火模块，点火模块点火成功后，产生一个反馈信号IGF给ECU用于控制喷油。
丰田5A-FE型发动机曲轴位置传感器是磁脉冲式型传感器，它产生一个交流波形信号，此交流信号的大小、相位是决定发动机能否起动的重要条件之一。
2、曲轴传感器的作用与类型
曲轴位置传感器即曲轴位置和转角传感器，它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，并将检测信号及时送至发动机电脑，用以控制点火时刻（点火提前角）和喷油正时，提供最佳的点火时刻及最合理的燃油供给，从而提高车辆的经济性及排放的环保性。
除此之外，曲轴位置传感器还承担着发动机转速的信号检测功能，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。
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TCCS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。
3、丰田公司磁脉冲式曲轴传感器的结构与工作原理
3.1、传感器结构与工作原理
丰田公司TCCS系统使用转子磁脉冲曲轴位置传感器并安装在分电器内，其结构如图1所示。
该传感器分上、下两部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号。
两部分都是利用带轮齿的转子旋转，使信号发生器内的线圈磁通变化，从而产生交变电动势，经放大后，将该信号输人电子控制单元。
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：
No.1正时转子4：
G2感应线圈5：
Ne感应线圈
当转子转动时，轮齿与感应线圈凸缘（即磁头）的空气间隙变化，使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，将会产生一次增减磁通的变化。
所以，每一个轮齿通过磁头时，都会在感应线圈申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，它的一个周期的脉冲相当于30°
曲轴转角（720°
÷
24＝30°
）。
更精确的转角测量是利用30°
转角的时间，由ECU再均分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2Ne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，这相当于轮齿磁脉冲式曲轴位置传感器的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3G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所示。
图4G、Ne信号与曲轴转角的关系
3.2、传感器信号波形分析
3.2.1、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位置传感器信号波形如图5所示。
图5典型的磁脉冲式曲轴位置传感器信号波形
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磁极与触发轮空气间隙对传感器信号的幅值影响极大。
b．靠除去传感器触发轮上一个齿或两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）峰值电压应相差不多，若某一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．波形的幅值、频率和形状在确定的条件下应是致的、可重复的、有规律的和可预测的。
也就是说测得波形峰值的幅度应该足够高，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，两个脉冲间隔只是在同步脉冲出现时才改变。
3.2.2、故障波形分析示例
如果磁脉冲式曲轴位置传感器发生故障，波形就会有所变化，对故障波形的正确分析是非常重要的。
图6所示为两种磁脉冲式曲轴位置传感器的故障波形。
图6a）所示波形中，故障波形点与正常波形相比，波形相差很大，故障原因为齿槽中填有异物。
图6b）所示波形中，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）。
图6磁脉冲式曲轴位置传感器的故障波形举例
4、磁脉冲式曲轴传感器故障诊断与排除
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起动。
4.2、故障检查
接车后起动发动机台架，电动机快速运转，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，无故障码存储。
按照常规程序检查发动机，分别从电路、油路和机械部分入手检查。
1、拔下第1缸的高压线，装上火花塞试火，火花塞跳火正常；
再拔下其它3缸的火花塞，跳火都正常，初步确定点火系统无问题。
2、观察燃油压力表，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。
3、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，发现火花塞全都湿了，说明喷油嘴工作，有汽油进入发动机气缸。
4、拆下正时皮带室盖，检查正时皮带有无跳齿现象，转动曲轴，核对正时点正常，配气正时没有错误。
5、更换所有火花塞后试车，发动机还是难以起动。
6、怀疑排气管路堵塞，造成发动机难以起动,遂拆下氧传感器试车，但发动机还是无法起动。
按照发动机工作的三要素,有油、有电、有压力，发动机应该能起动，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，遂松开分电器的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，装上正时枪，检查点火正时。
因为看不清楚，所以在曲轴皮带轮正时缺口位置用白胶布作了1个记号。
起动时发现，该正时记号与第1缸的实际点火正时相差较多（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。
4.3、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的呢？
检查高压线，安装位置正常（分电器盖上有各缸的数字标号，因此高压线不会插错）。
这时，想到K81带有示波器功能，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接IGT，搭铁接发动机气缸体，由通道2进入。
检测的Ne信号和IGT波形如图7a）所示。
再将示波器连接到其它可以正常运转的发动机台架上，检测的Ne信号和IGT波形如图7b）所示。
通过对两组波形比较，发现Ne信号波形180°
反相。
是什么原因造成Ne信号波形180°
反相的呢?
虽然磁电式曲轴位置传感器产生的是交流波形，但Ne信号也分为Ne+和Ne-，Ne+作为采集信号输入，Ne-与ECU内部搭铁线相连。
只有Ne+与Ne-的信号线接反，才有可能造成交流波形180°
a）故障发动机波形
b）正常发动机波形
图7点火系统控制电路
从图7可以看出，由于有故障的发动机台架的交流波形反相，造成整个点火信号比正常点火信号晚，使发动机无法在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。
4.4、故障排除
按照上述思路检查线路，发现果然是分电器处的Ne+信号线和Ne-信号线接反了。
Ne信号线都为主绿色，不注意就容易接反，Ne+为绿/黄色线，Ne-为绿/白色线，而该车原先把绿/黄色线接Ne-，绿/白色线接Ne+了。
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。
再检查点火正时，位置正确。
5、总结
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，而点火与喷油又决定了发动机包括动力性、经济性和排放性在内的综合性能，由此可见曲轴传感器对于发动机的重要性。
本文通过对脉冲式曲轴传感器的结构和工作原理的剖析，再加上具体的案例分析，深入研究了其性质与故障后可能产生的现象，这对于保障汽车使用
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