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

（柳州鐵道職業技術學院，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

（柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州545006）

摘要：曲軸位置傳感器能檢測上止點信號、曲軸轉角信號和發動機轉速信號，是電控單元計算點火時刻與噴油時刻的最主要依據之一。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、系統的檢測方法。

關鍵詞：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動機轉速傳感器或曲軸轉角傳感器，主要是用來檢測發動機轉速、曲軸位置、一缸壓縮上止點信號，并將這些信號以電壓形式輸入電腦（ECU），以便電腦按發動機的點火順序發出最佳點火時刻指令，確定點火時刻與噴油時刻。曲軸位置傳感器信號是電控單元控制點火與噴油的主要信號。如果曲軸位置傳感器損壞或者電控單元收不到該信號那就使氣缸的點火順序錯亂，就會造成發動機無法正常運轉。

一般車上常見的曲軸位置傳感器有光電式、磁感應式和霍爾式三種類型[1]。美國車、德國車和一些使用直接點火裝置的車型，大多采用磁感應式曲軸位置傳感器，傳感器以固定位置安裝在發動機殼體上。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，豐田卡羅拉采用的是磁感應式的。本文分析了豐田卡羅拉曲軸位置傳感器的工作原理，并提出了針對該傳感器的檢測方法。

1　磁感應式曲軸位置傳感器的結構與工作原理

磁感應式傳感器的結構由永久磁鐵、線圈和帶齒的轉子組成，如圖1所示。磁力線從永久磁鐵的N極出發經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。當齒輪旋轉時，凸齒切割磁力線，線圈中產生感應電動勢，感應電動勢的大小與磁感應強度B、凸齒長度L、齒輪旋轉速度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三者間通過互相轉化兩兩垂直所得的角。齒輪轉動時，切割磁力線的凸齒長度和θ均周期性變化，因此，線圈產生的感應電動勢也呈周期性變化，電腦依據感應電動勢出現的頻率來計算曲軸的轉動速度。當發動機轉速V變化時，感應電動勢E也隨之變化，轉速越高，感應電動勢越大，轉速越低，感應電動勢越低，感應電動勢的變化情況如圖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位置不能隨意變動。如曲軸位置傳感器、自動變速器輸入軸與輸出軸轉速傳感器、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　磁感應式傳感器的結構

圖2　磁感應式傳感器的輸出波形

磁感應式曲軸位置傳感器固定安裝在發動機機體上，主要有永磁鐵、線圈、軟磁鐵芯、傳感器外殼和屏蔽電纜組成，信號齒圈多數安裝在飛輪上。齒圈上均勻分布60個齒，為了產生一缸壓縮上止點信號，齒圈上連續缺失2個齒。當缺失位置轉過磁頭時，不能產生感應電動勢，因此，在連續的正弦電壓信號中會出現一個較寬的信號缺失，如圖3所示，該缺失信號對應1缸或4缸上止點前一定角度。ECU接收到該信號時，意味著1缸或4缸活塞距離壓縮上止點還有一個已知角度。至于即將到來的是l缸還是4缸則需根據凸輪輪位置傳感器輸入的信號來確定。信號齒圈上有58個凸齒，當信號齒輪轉一圈，線圈就會產生58個正弦電壓，并輸入ECU.如ECU在1 min內接收到92 800個正弦電壓信號，便可計算出發動機轉速為1 600 r/min（n=92 800/58＝1 600）。

圖3　磁感應式發動機曲軸位置傳感器的結構和信號波形

2　磁感應式曲軸位置傳感器的作用

ECU依據發動機轉速和負荷這兩個重要信號計算基本噴油時間、基本點火提前角和點火閉合角[2]。ECU不僅需要知道發動機轉速，還需要知道曲軸的轉角，如1缸活塞距離壓縮上止點還有多少曲軸轉角。ECU控制噴油時間和點火時間是以信號齒圈上的缺失位置對應的信號為基準，信號齒圈上每個凸齒對應的曲軸轉角為6°（360°/60），缺失位置對應的曲軸轉角為12°，所以電控單元ECU接收到缺失位置對應的信號后，其內部分頻電路將凸齒信號進行分頻處理，如將6°分成6等份，則可計算出1°曲軸轉角對應的時間。例如，當發動機轉速為1 600 r/min時，曲軸位置傳感器將92 800個正弦信號和1 600個缺失位置信號（1 600×1＝1 600個低電平信號）輸入ECU.曲軸轉一圈用時為60 000 ms/1 600＝37.5 ms，所以每l°曲軸轉角所占時間為37.5×/360°≈0.104 ms.假如ECU接收到缺失位置信號時，活塞距離上止點60°曲軸轉角（相當于從ECU接收到該信號后，曲軸轉動0.104×60°=6.24 ms后活塞到達上止點），l缸點火提前角為30°，ECU接收到基準信號即缺失位置信號后3.12 ms時，向點火控制器發出指令，切斷初級繞組電流，使次級繞組產生高壓電在火花塞電極之間跳火點著可燃混合氣，從而實現提前30°點火。

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式曲軸位置傳感器，主要包含一個曲軸位置信號盤和一個耦合線圈。信號盤有34個齒，并安裝在曲軸上。耦合線圈由纏繞的銅線、鐵芯和磁鐵組成。傳感器將發動機轉速、曲軸位置及一缸壓縮上止點信號轉化成電壓信號輸入ECM，用于控制發動機點火和噴油正時[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，接ECM的B122；曲軸位置傳感器2#為接地腳，接ECM的B121.當曲軸位置傳感器出現故障時，車輛不能起動。曲軸位置傳感器的主要故障原因有傳感器內部損壞、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，用萬用表交流電壓擋或示波器，在發動機轉動時，測量電磁感應式發動機轉速傳感器的輸出電壓情況。用電壓表測量時，電壓應在一定范圍內波動；用示波器檢查時，波形應均勻無缺陷。

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　標準電阻

3.3線路檢測

主要是檢測線束的導通性，以確認線束通暢，無斷路短路，插接器牢靠，各信號傳遞無干擾。

（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　標準電阻

3.4檢查傳感器的安裝情況

傳感器安裝的時候要貼合緊密，不能有間隙和翹曲現象，如圖7所示。

圖7　曲軸位置傳感器的安裝情況

4　結束語

本文對電磁式曲軸位置傳感器的信號產生原理的分析以及對豐田卡羅拉轎車曲軸位置傳感器的檢測方法的總結，為職業院校實踐教學及汽車維修人員提供一個檢測電子元件的參考方法。

參考文獻：

[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.汽車發動機電控系統診斷與維修實訓教程[M].北京：化學工業出版社，2015.

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

中圖分類號:U464.149

文獻標識碼：B

文章編號：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，研究方向為汽車發動機、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