項(xiàng)目2-5 曲軸凸輪軸位置傳感器的檢修

1、宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院Yibin Vocational & Technical College課程名稱汽車電控系統(tǒng)檢修教學(xué)主題曲軸/凸輪軸位置傳感器的檢修授課班級(jí)12級(jí)汽車授課時(shí)間4學(xué)時(shí)授課地點(diǎn)一體化教室教學(xué)目標(biāo)：能力目標(biāo)：能正確分析曲軸/凸輪軸位置傳感器的電路原理；能對(duì)曲軸/凸輪軸位置傳感器進(jìn)行故障診斷與檢修。知識(shí)目標(biāo)：掌握曲軸/凸輪軸位置傳感器的種類和工作原理；了解曲軸/凸輪軸位置傳感器的檢修方法；素質(zhì)目標(biāo)：樹(shù)立團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)；增強(qiáng)語(yǔ)言表達(dá)能力；重 點(diǎn)：曲軸/凸輪軸位置傳感器的工作原理。難 點(diǎn)：曲軸/凸輪軸位置傳感器的檢修方法。教學(xué)方法：項(xiàng)目教學(xué)法、講授法、演示法、團(tuán)隊(duì)討論法。教學(xué)器材：p

2、pt、臺(tái)架、圖片和實(shí)物。教學(xué)步驟教 學(xué) 步 驟 與 過(guò) 程備 注步驟一：任務(wù)提出 任務(wù)：曲軸/凸輪軸位置傳感器的作用？步驟二：曲軸/凸輪軸位置傳感器的原理和檢修曲軸/凸輪軸位置傳感器的作用是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和上止點(diǎn)信號(hào)，并把該信號(hào)輸送給ECU，用以控制噴油正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)的主控制信號(hào)，一旦曲軸位置傳感器有故障，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)噴油和點(diǎn)火，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。1、教學(xué)內(nèi)容（1）曲軸/凸輪軸位置傳感器的分類；（2）曲軸/凸輪軸位置傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理；（3）曲軸/凸輪軸位置傳感器的電路原理及檢修。2、教師活動(dòng)（1）教師用PPT講解相關(guān)曲軸/凸輪軸位置傳感器的名稱和圖片（2）教師用用PPT，

3、結(jié)合黑板上板書(shū)曲軸/凸輪軸位置傳感器的相關(guān)分類和工作原理，結(jié)合圖片進(jìn)行結(jié)構(gòu)和原理認(rèn)識(shí)。課前將學(xué)生分成6-8個(gè)人/小組。10分鐘7宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院Yibin Vocational & Technical College教 學(xué) 步 驟 與 過(guò) 程備 注3、學(xué)生活動(dòng)聽(tīng)講并回答教師的問(wèn)題附：主要知識(shí)一、曲軸位置、凸輪軸位置傳感器故障檢修概述 （一）曲軸位置、凸輪軸位置傳感器故障檢修的作用 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中最主要的傳感器之一。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器的作用主要是將檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)上止點(diǎn)、曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送給 ECU，以確認(rèn)曲軸位置，用來(lái)控制噴油正時(shí)和點(diǎn)火正

4、時(shí)。 （二）曲軸位置、凸輪軸位置傳感器故障檢修的類型 其類型有電磁式、光電式和霍爾式，經(jīng)常安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸端、凸輪軸端、飛輪上或分電器內(nèi)。二、電磁式曲軸位置傳感器 （一）日產(chǎn)公司電磁式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理 該曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端的皮帶輪之后，如圖 5-1 所示。在皮帶輪后端設(shè)置一個(gè)帶有細(xì)齒的薄圓齒盤(pán)（用以產(chǎn)生信號(hào)，稱為信號(hào)盤(pán)），它和曲軸皮帶輪一起裝在曲軸上，隨曲軸一起旋轉(zhuǎn)。 在信號(hào)盤(pán)的外緣， 沿著圓周每隔 4°有個(gè)齒。 共有 90 個(gè)齒， 并且每隔 120°布置 1 個(gè)凸緣，共3 個(gè)。安裝在信號(hào)盤(pán)邊沿的傳感器盒是產(chǎn)生電信號(hào)信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器內(nèi)有 3

5、個(gè)在永久磁鐵上繞有感應(yīng)線圈的磁頭，其中磁頭產(chǎn)生 120°信號(hào)，磁頭和磁頭共同產(chǎn)生曲軸 1°轉(zhuǎn)角信號(hào)。磁頭對(duì)著信號(hào)盤(pán)的 120°凸緣，磁頭和磁頭對(duì)著信號(hào)盤(pán)的齒圈，彼此相隔了曲軸轉(zhuǎn)角安裝。信號(hào)發(fā)生器內(nèi)有信號(hào)放大和整形電路，外部有四孔連接器， 孔“1”為 120°信號(hào)輸出線， 孔“2”為信號(hào)放大與整形電路的電源線， 孔“3”為 1°信號(hào)輸出線，孔“4”為接地線。通過(guò)該連接器將曲軸位置傳感器中產(chǎn)生的信號(hào)輸送到 ECU。（二）豐田公司電磁式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理 豐田公司 TCCS 系統(tǒng)用磁脈沖式曲軸位置傳感器安裝在分電器內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖 5-5

6、所示。該傳感器分成上、下兩部分，上部分產(chǎn)生 G 信號(hào)，下部分產(chǎn)生 Ne 信號(hào)，都是利用帶有輪齒的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，使信號(hào)發(fā)生器感應(yīng)線圈內(nèi)的磁通變化，從而在感應(yīng)線圈里產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再將它放大后，送入 ECU。三、 霍爾式曲軸位置傳感器 霍爾式曲軸位置傳感器是利用霍爾效應(yīng)的原理，產(chǎn)生與曲軸轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的電壓脈沖信號(hào)的。它是利用觸發(fā)葉片或輪齒改變通過(guò)霍爾元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而使霍爾元件產(chǎn)生脈沖的霍爾電壓信號(hào)，經(jīng)放大整形后即為曲軸位置傳感器的輸出信號(hào)。 （一）美國(guó) GM 公司霍爾式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu) 美國(guó) GM 公司的霍爾式曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端，采用觸發(fā)葉片的結(jié)構(gòu)型式，如圖 5-9 所示。在發(fā)

7、動(dòng)機(jī)的曲軸皮帶輪前端固裝著內(nèi)外兩個(gè)帶觸發(fā)葉片的信號(hào)輪，與曲軸一起旋轉(zhuǎn)。外信號(hào)輪外緣上均勻分布著 18 個(gè)觸發(fā)葉片和 18 個(gè)窗口，每個(gè)觸發(fā)葉片和窗口的寬度為 10°弧長(zhǎng)；內(nèi)信號(hào)輪外緣上設(shè)有 3個(gè)觸發(fā)葉片和 3個(gè)窗口，3個(gè)觸發(fā)葉片的寬度不同，分別為 100°、90°和 110°弧長(zhǎng)，3 個(gè)窗口的寬度亦不相同，分別為 20°、30°和 10°弧長(zhǎng)。由于內(nèi)信號(hào)輪的安裝位置關(guān)系，寬度為 100°弧長(zhǎng)的觸發(fā)葉片前沿位于第 1 缸和第 4 缸上止點(diǎn)（TDC）前 75°，90°弧長(zhǎng)的觸發(fā)葉片前沿在第 6 缸和

8、第 3 缸上止點(diǎn)前 75°，110°弧長(zhǎng)的觸發(fā)葉片前沿在第5 缸和第2 缸上止點(diǎn)前 75°。（二）美國(guó) GM 公司霍爾式曲軸位置傳感器的工作原理 美國(guó) GM 公司采用觸發(fā)葉片的霍爾式曲軸位置傳感器，如圖 5-10 所示。霍爾信號(hào)發(fā)生器由永久磁鐵、導(dǎo)磁板和霍爾集成電路等組成。內(nèi)外信號(hào)輪側(cè)面各設(shè)置一個(gè)霍爾信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每當(dāng)葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時(shí)，霍爾集成電路中的磁場(chǎng)即被觸發(fā)葉片所旁路（或稱隔磁），如圖 5-10(a)所示。這時(shí)不產(chǎn)生霍爾電壓；當(dāng)觸發(fā)葉片離開(kāi)空氣隙時(shí)，永久磁鐵 2 的磁通便通過(guò)導(dǎo)磁板 3穿過(guò)霍爾元件如圖 5-10（b） ，這

9、時(shí)產(chǎn)生霍爾電壓。四、光電式曲軸位置傳感器 （一）光電式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu) 日產(chǎn)公司光電式曲軸位置傳感器設(shè)置在分電器內(nèi)，它由信號(hào)發(fā)生器和帶縫隙光孔的信號(hào)盤(pán)組成，如圖 5-12 所示。信號(hào)盤(pán)安裝在分電器軸上，其外圍有 360 條縫隙，產(chǎn)生 1°（曲軸轉(zhuǎn)角）信號(hào)；外圍稍靠?jī)?nèi)側(cè)分布著 6 個(gè)光孔（間隔 60°），產(chǎn)生 120°信號(hào)，其中有一個(gè)較寬的光孔是產(chǎn)生對(duì)應(yīng)第 1 缸上止點(diǎn)的 120°信號(hào)的，如圖 5-13 所示。（二）光電式曲軸位置傳感器的工作原理 兩只發(fā)光二極管分別正對(duì)著光敏二極管，發(fā)光二極管以光敏二極管為照射目標(biāo)。信號(hào)盤(pán)位于發(fā)光二極管和光敏二極管之間

10、，當(dāng)信號(hào)盤(pán)隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因信號(hào)盤(pán)上有光孔，產(chǎn)生透光和遮光的交替變化，造成信號(hào)發(fā)生器輸出表征曲軸位置和轉(zhuǎn)角的脈沖信號(hào)。如圖 5-15所示為光電式信號(hào)發(fā)生器的作用原理。當(dāng)發(fā)光二極管的光束照射到光敏二極管上時(shí)，光敏二極管感光而導(dǎo)通；當(dāng)發(fā)光二極管的光束被遮擋時(shí)， 光敏二極管截止。 信號(hào)發(fā)生器輸出的脈沖電壓信號(hào)送至電子電路放大整形后，即向電控單元輸送曲軸轉(zhuǎn)角 1°信號(hào)和 120°信號(hào)。因信號(hào)發(fā)生器安裝位置的關(guān)系，120°信號(hào)在活塞上止點(diǎn)前 70°輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)2 圈，分電器軸轉(zhuǎn)1 圈，則 1°信號(hào)發(fā)生器輸出 360 個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖周期高電位

11、對(duì)應(yīng) 1°，低電位亦對(duì)應(yīng) 1°，共表征曲軸轉(zhuǎn)角 720°。與此同時(shí)，120°信號(hào)發(fā)生器共產(chǎn)生 6 個(gè)脈沖信號(hào)。 （一）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器的檢修 （1）電磁式曲軸位置傳感器的檢修實(shí)例 以皇冠 3.0 轎車 2JZ-GE 型發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中使用的電磁式（磁脈沖式）曲軸位置傳感器為例說(shuō)明其檢測(cè)方法，曲軸位置傳感器電路如5-16 所示。圖 5-16 曲軸位置傳感器電路1曲軸位置傳感器的電阻檢查 點(diǎn)火開(kāi)關(guān) OFF，拔開(kāi)曲軸位置傳感器的導(dǎo)線連接器，用萬(wàn)用表的電阻檔測(cè)量曲軸位置傳感器上各端子間的電阻值見(jiàn)表5-1 所示。如電阻值不在規(guī)定的范圍內(nèi)，必須更換曲軸

12、位置傳感器。 表 5-1 曲軸位置傳感器的電阻值.電磁式曲軸位置傳感器輸出信號(hào)的檢測(cè) 拔下電磁式曲軸位置傳感器的導(dǎo)線連接器，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)用示波器檢查曲軸位置傳感器上 G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子，應(yīng)有脈沖信號(hào)輸出。如沒(méi)有脈沖電壓信號(hào)輸出，則須更換曲軸位置傳感器。也可以用交流電壓表的2V 擋測(cè)量其輸出電壓，起動(dòng)時(shí)應(yīng)高于 0.1V,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)為 0.4-0.8V。如果在傳感器上能檢測(cè)到電壓信號(hào)，而在 ECU 連接器上檢測(cè)不到信號(hào)，則應(yīng)檢查傳感器至 ECU 之間的導(dǎo)線及插頭。電磁式曲軸位置傳感器感應(yīng)線圈與信號(hào)轉(zhuǎn)子的間隙檢查 如圖 5-17 所示，用厚薄規(guī)測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)子與傳感器線圈凸出部分的空

13、氣隙。皇冠 2JZ-GE型發(fā)動(dòng)機(jī)其間隙應(yīng)為0.20.4mm。若間隙不符合要求則須更換分電器殼體總成。電磁式曲軸位置傳感器波形檢測(cè)與分析 （1）波形檢測(cè) 連接波形測(cè)試設(shè)備,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),怠速運(yùn)轉(zhuǎn),而后加速或按照行駛性能發(fā)生故障的需要駕駛等,獲得波形, 典型的磁脈沖式曲軸位置傳感器信號(hào)波形如圖 5-18 所示。 （2）電磁式曲軸位置傳感器波形分析 （二）霍爾式曲軸位置傳感器的檢修實(shí)例 霍爾式曲軸位置傳感器的檢測(cè)方法有一個(gè)共同點(diǎn)，即主要通過(guò)測(cè)量有無(wú)輸出電脈沖信號(hào)來(lái)判斷其是否良好。下面以北京切諾基的霍爾式曲軸位置傳感器為例來(lái)說(shuō)明其檢測(cè)方法。 1霍爾式曲軸位置傳感器的電路 北京切諾基霍爾式曲軸位置傳感器與

14、 ECU 有三條引線相連，如圖 5-21 所示。其中一條是 ECU 向傳感器加電壓的電源線，1996 年前車型輸入傳感器的電源電壓為 8V，1996 年以后的車型為 5V；另一條是傳感器的輸出信號(hào)線，當(dāng)飛輪齒槽通過(guò)傳感器時(shí)，霍爾傳感器輸出脈沖信號(hào)，高電位為 5V，低電位為 0.3V；第三條是通往傳感器的接地線。曲軸位置傳感器接頭如圖 5-22所示。 圖 5-21 霍爾式曲軸位置傳感器電路圖 5-22 曲軸位置傳感器接頭2傳感器電源、電壓的測(cè)試 點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“ON”，用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量 ECU 側(cè) 7#端子的電壓應(yīng)為 8V，在傳感器導(dǎo)線連接器“A”端子處測(cè)量電壓也應(yīng)為 8V，否則為電源、線斷路或接電壓。3端子間電壓的檢測(cè) 用萬(wàn)用表的電壓檔，對(duì)傳感器的 ABC 三個(gè)端子間進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“ON”時(shí)，A-C 端子間的電壓值約為 8V；B-C 端子間的電壓值在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在 0.3-5V 之間變化，且數(shù)值顯示呈脈沖性變化，最高電壓 5v，最低電壓 0.3V。如不符合以上結(jié)果，應(yīng)更換霍爾式曲軸位置傳感器。4電阻檢測(cè) 點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“OFF”位置，拔下霍爾式曲軸位置傳