曲軸位置傳感器信號輪的設計

寧健強，劉 科，時武林，朱治穎

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西柳州545005）

曲軸位置傳感器信號輪的設計

寧健強，劉 科，時武林，朱治穎

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西柳州545005）

信號輪是曲軸位置傳感器的信號源。凸齒要滿足曲位的相位角要求。受裝配空間的影響，在不同的車型上，信號輪的裝配位置式各有不同。信號輪可以和飛輪集成在一起，裝配在曲軸后端，也可單獨做成一個輪子裝配在曲軸前端。這兩種信號輪的布置位置不一樣，加工方法也不一樣。本文就這兩種信號輪的設計進行說明。

信號輪；曲軸位置傳感器；相位角；布置位置

曲軸位置傳感器（下文簡稱曲位）是發動機電子控制系統中最主要的傳感器之一，其作用為檢測曲軸轉角位移，為ECU提供發動機轉速信號及曲軸轉角信號，作為燃油噴射和點火控制的主要信號。曲位的信號來源是裝配在曲軸前端或者飛輪上的信號輪，信號輪要滿足電控系統的相位角要求。

1 相位關系圖

常見的電控系統相位圖如圖1、圖2所示[1]，不同類型的電控系統要求不同，信號輪的凸齒分布要滿足相位圖的要求，開發時要求電控系統供應商提供。

圖1 相位圖Ⅰ（36齒缺2齒）[1]

圖2 相位圖Ⅱ（60齒缺2齒）

2 信號輪的布置形式

（1）信號輪集成在飛輪上，曲位安裝在變速器殼上，如圖3所示。

圖3 布置方式Ⅰ

優點：凸齒可以采用機加工的方式做出來，齒形不易產生塌邊、塌角等缺陷，信號傳遞可靠、成本低。

（2）單獨做一個信號輪，裝配到曲軸前端，曲位布置在前罩殼或者缸體上，如圖4所示。

圖4 布置方式Ⅱ

受布置空間的限制，一般都只能做一個薄壁件(一般厚度1.8～3 mm)，采用機加工比較困難，這種信號輪普遍采用沖壓工藝生產。

3 信號輪的設計

3.1 以某1.8 L汽油機的信號輪設計進行舉例說明（布置方式Ⅰ）

（1）確定發動機相位圖為圖1，相位角α=105°，齒數為36齒缺2齒。

（2）電控系統供應商提供了凸齒精度要求，如圖5，表1[2]。

圖5 信號輪凸齒尺寸示意圖

（3）根據表1推薦的值，確定β值，如圖8所示。

（4）根據表1推薦的值，確定θ，如圖8所示。

（5）由于發動機后端與變速器連接部位空間較大，選擇布置方式Ⅰ，如圖3所示。

（6）選定傳感器后，確定了A2，如圖6所示。

圖6 曲位徑向布置位置

（7）根據選擇的裝配位置，確定了A1，如圖6所示。

（8）根據表1推薦的δ值，確定齒頂圓直徑D，D=2（A1-A2-δ），如圖6所示。

（9）根據表1推薦的h值，確定齒根圓直徑d，d=D-2h，如圖8所示。

（10）確定凸齒厚度b，b＞2，如圖8所示。

（11）確定外圓跳動a，須滿足以下條件：

a+△＜0.4，如圖8所示。

△：飛輪與曲軸的裝配間隙，△=d2-d1，建議△=0.03～0.08.d1為曲軸上裝配飛輪端的直外徑；d2為飛輪裝配孔內徑；

（12）兩端面平面度c，建議c＜0.15，如圖8所示。

（13）相位角α：按圖1（由曲位供應商提供）所規定的值，如圖8所示。

（14）軸向布置位置：保證凸齒正對曲位中心，如圖7所示。

圖7 曲位軸向布置位置

（15）安裝定位：設計一個φd3的孔，通過定位銷確定裝配的初始位置，如圖8所示。

凸齒可以在飛輪外圓面上通過機加的方式做出來，R1，R2完全能保證，不需要在圖紙上特別說明。設計簡圖如圖8所示。

圖8 信號輪設計簡圖

3.2 以某1.8 L汽油機的信號輪設計進行舉例說明（布置方式Ⅱ）

（1）該發動機狀態發生變更，發動機后端與變速器連接部位空間有限，無法將信號輪集成在飛輪上，只能做一個薄壁件，布置在曲軸前端。

（2）按3.1中（1）-（4）進行設計。

（3）安裝定位：根據曲軸前端的裝配條件進行設計，如采用鍵槽方式，如圖12所示。

（4）機加的信號輪不需要考慮的R1、R2在這里需要特別關注：

1）R1為齒與齒根圓的過度圓角，按表1的：R1＜1.5.

2）R2的情況比較復雜：鋼板沖壓后不可避免出現蹋邊，如圖9所示。

圖9 凸齒

塌邊量過大，信號傳遞混亂（如圖10），發動機無法正常工作，過小，生產無法保證。因此需要控制塌邊部位的塌邊量X（如圖11）、未塌部位的直線度z（如圖11）、沖裁斷面要光亮，不允許出現撕裂帶（如圖12）。

圖10 波形圖

圖11 檢測示意圖

圖12 信號輪設計簡圖

3）通過試驗確定塌邊量限值：試制不同塌邊量的樣件，分別在發動機上檢測波形圖，選擇波形圖可接受（塌邊量盡可能大，值為X）的樣件進行整車標定，能通過標定，說明此樣件可接受。此步驟，相當于確定生產的邊界條件。條件越寬松，越有利于信號輪的生產。

4）滿足生產要求：調整工裝模具，保證沖壓出來的產品最大塌邊量小于X.

5）滿足檢測要求：量化塌邊標準，便于檢測，如圖11所示?？赏ㄟ^掃描儀，作出塌邊軌跡線，按圖11進行測量。

4 總結

信號輪作為電控信號來源，通過曲位將曲軸轉角轉遞給電控系統。因此信號輪的設計首先要滿足電控系統的的相位關系要求、凸齒精度要求。其次根據發動機總成的裝配空間選擇合適的裝配位置。此外信號輪還要滿足生產工藝、檢測的要求。歸納起來有以下幾點：

（1）根據相位關系圖設計凸齒的分布；

（2）凸齒精度滿足電控系統的要求；

（3）根據發動機總成裝配空間，選擇合適的布置方式；（4）設計合適的定位方式確保初始位置正確；

（5）滿足生產工藝要求；

（6）要便于檢測。

[1]Phase Timing.United Automotive Electronics Co.，Ltd[Z].

[2]Target Wheel Design Guideline for Crankshaft Sensor DG-U-1. United Automotive Electronics Co.，Ltd[Z].

The Signal Wheel Design of Crankshaft Position Sensor

NING Jian-qiang，LIU-Ke，SHI Wu-lin，ZHU Zhi-ying
（Liuzhou Wuling Liuji Power Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China）

The signal wheel is the signal source of crankshaft position sensor.The tooth of signal wheel must meet the phase angle of the crankshaft position sensor.Influenced by the assembly space，the setting position of signal wheel is different.The signal wheel can be integrated together with flywheel which assembled to the backend of crankshaft，can also be made a single wheel which assembled to the frontend of crankshaft.The setting position and machining method of these two signal wheel is different.This article will elaborate on these two signal wheel design.

signal wheel；crankshaft position sensor；phase angle；setting position

U463.6

A

1672-545X（2016）11-0055-03

2016-08-10

寧健強（1986-），男，廣西玉林人，學士學位，助理工程師，研究方向為曲柄連桿機構的優化設計。