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汽车发动机转速传感器的有效检测方法

时间:2023-09-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:发动机转速传感器又叫曲轴位置传感器,其结构有磁电感应式、霍尔式、光电式三种,最常见的为磁电感应式。动力控制模块连续监视传感器的脉冲数,与另一个发动机转速传感器信号的脉冲数及凸轮轴位置传感器信号的脉冲数进行比较。但发动机还可以依靠转子在曲轴上的发动机转速传感器的信号正常运转。这是一起由于发动机正时罩前部的曲轴位置传感器信号错误,造成点火提前角错误,从而导致怠速抖动和低速时加速不良的故障。

汽车发动机转速传感器的有效检测方法

发动机转速传感器(CKP)负责传递发动机转速信号,无此信号喷油器不会喷油;发动机转速传感器又负责传递发动机一缸上止点信号(无此信号点火系不点火)。发动机转速传感器又叫曲轴位置传感器,其结构有磁电感应式、霍尔式、光电式三种,最常见的为磁电感应式。装配位置上分别装在分电器内(凸轮轴驱动转子),或曲轴前端(转子装在正时罩内),曲轴上(转子装在曲轴上)和曲轴后端(转子装在飞轮上),多为3针端子。

1.发动机转速传感器位置和结构特点

(1)装在分电器内的发动机转速传感器(CKP)装在分电器内的CKP有磁电感应式和光电式两种:

1)磁电感应式传感器正时转子多为24个齿,即24个NE(发动机转速)信号,每个NE信号为凸轮轴15°转角,相当于曲轴的30°转角。装在分电器内的磁电感应式传感器,只负责提供发动机转速信号,不负责点火提前角。磁电感应式传感器信号传递的精度和稳定性主要取决于正时转子和感应线圈凸出部位的气隙。不同发动机该部位的气隙略有不同,一部分为0.2~0.4mm,另一部分为0.3~0.5 mm。如气隙不合格,必须更换分电器总成。磁电感应式发动机转速传感器通常和霍尔式凸轮轴位置传感器装在一起。装在分电器内的磁电感应式传感器见图3-9。

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图3-9 分电器内的磁电感应式发动机转速传感器

2)在凸轮轴位置传感器失效退出后,装在分电器内的光电式发动机转速传感器可替代其工作。它由两只发光二极管和两只光敏二极管构成的信号发生器和遮光板(带缝隙和光孔的信号盘)组成。遮光板随分电器轴旋转,遮光板外围均布360条缝隙,孔与孔之间产生1°信号。这些缝隙为显示发动机转速的光孔,发动机旋转两圈分电器旋转一圈,1°信号发生器输出360个脉冲,每个脉冲高电位对应1°,低电位也对应1°,表征发动机一个工作循环,曲轴转角720°。六缸发动机在信号盘内圆上间隔60°均匀分布6个光孔,产生120°曲轴转角信号,其中一个较宽的孔是产生第一缸上止点对应的120°信号缝隙。装在分电器内的光电式发动机转速传感器见图3-10。

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图3-10 装在分电器内的光电式发动机转速传感器

光电式传感器上的两只发光二极管分别对正着两只光敏二极管,遮光板在发光二极管和光敏二极管之间,分电器轴带动遮光板旋转,遮光板上光孔产生透光和遮光的交替变化,使信号发生器发出表征曲轴位置(发动机转速)和曲轴转角的脉冲信号。

当发光二极管的光照射到光敏二极管上时,光敏二极管感光产生电压,当发光二极管的光被遮挡时,光敏二极管产生的电压为零。将光敏二极管产生的脉冲电压输入电子电路经放大后,向控制单元输入1°曲轴转角信号和120°曲轴转角信号。由于信号发生器安装位置的关系,120°曲轴转角信号在活塞上止点前70°输出。

(2)转子在曲轴上的发动机转速传感器 装在曲轴后端靠近变速器的壳体上乘客一侧,或发动机飞轮上的乘客一侧,有一个和曲轴同步旋转的脉冲轮,脉冲轮多为24个齿,所以也称其为24X曲轴位置传感器。脉冲轮上缺两个齿,以四缸机为例,控制单元可据此识别1缸和4缸上止点的位置,所以发动机转速传感器又叫曲轴位置传感器。该传感器和分电器内的光电式传感器一样,既负责提供发动机转速信号,又负责传递发动机一缸上止点信号(无此信号点火系不点火),可替代凸轮轴位置传感器工作。

(3)装在正时罩内的发动机转速传感器 有的发动机的曲轴上装有两个发动机转速传感器。如别克发动机就在曲轴上装有两个发动机转速传感器,均为霍尔效应原理的传感器。前一个装在发动机机体右下部,为点火控制模块提供初始点火提前角信号。另一个装在发动机正时罩的前部,谐振平衡器的后部,用来接收曲轴转子的脉冲信号,并传递到动力控制模块(PCM),用于发动机低速运转(发动机转速在1200r/min)时精确控制发动机点火正时。在发动机转速低于1200r/min时,PCM利用该传感器信号计算发动机转速和曲轴位置。该传感器失效退出后,ASR系统也退出控制,见图3-11。

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图3-11 装在正时罩内的发动机转速传感器

由于此类发动机转速传感器多用于6缸发动机,所以又称其为7X发动机转速传感器。每个缸压缩行程上止点有一个缺口,在一缸压缩行程上止点缺口向前10°增加一个缺口(一缸点火提前角)。发动机转速低于1200 r/min时,动力控制模块利用7X发动机转速传感器的信号计算发动机的转速和曲轴位置。动力控制模块连续监视传感器的脉冲数,与另一个发动机转速传感器信号的脉冲数及凸轮轴位置传感器信号的脉冲数进行比较。如控制单元收到该传感器的信号不正确,自诊断系统便会留下故障码,点亮故障指示灯,装有ASR控制系统的控制单元还会令其关闭。但发动机还可以依靠转子在曲轴上的发动机转速传感器的信号正常运转。该发动机转速传感器也有比发动机缸数多一个的缺口,距离一缸压缩行程的上止点缺口向前10°增加一个缺口(一缸点火提前角),装在曲轴的一侧,负责点火提前角和曲轴转速信号。

故障实例 一辆行驶里程为65000km的轿车,在低速行驶中有加速不良的现象,发动机怠速时有间歇性抖动现象,并且有一定的规律性,踩下加速踏板,提高发动机转速后,发动机抖动现象就会消失。故障点集中在怠速和低速区域。

经点火系统、燃油系统和进气系统检测均没有问题。最后检查到装在发动机正时罩前部的发动机转速(曲轴位置)传感器,发现固定曲轴胶木正时轮的螺栓的拧紧力矩没有达到标准,致使曲轴胶木正时传动带轮在发动机工作过程中发生径向的晃动,导致曲轴胶木正时传动带轮固定花键凹槽发生了严重磨损,使得曲轴与曲轴上的花键配合间隙增大,造成曲轴位置传感器采集的曲轴位置信号错误。安装新的曲轴胶木正时传动带轮,并按规定力矩拧紧固定螺栓,试车,故障排除。

这是一起由于发动机正时罩前部的曲轴位置传感器信号错误,造成点火提前角错误,从而导致怠速抖动和低速时加速不良的故障。

发动机正时罩前部的曲轴胶木正时传动带轮信号齿圈损坏,导致发动机控制单元收到错误的曲轴位置信号,使得点火提前角错误,还会造成发动机起动困难。

正时罩内装有发动机转速传感器(曲轴位置传感器)的车型,如遇到怠速间歇性抖动,低速时加速不良或起动困难时,应重点检查发动机正时罩前部的曲轴位置传感器气隙是否正常。7X曲轴位置传感器的正常气隙是0.50mm,气隙过大或过小都极易造成转速信号的丢失。

(4)转子装在飞轮上的发动机转速传感器 转子装在飞轮上,感应元件装在变速器喇叭口壳体上的传感器见图3-12,用来传感曲轴位置和发动机转速信号。控制单元用此信号控制发动机的喷油脉宽和点火正时。该处的发动机转速传感器为霍尔效应元件,在规定的气隙范围内对钢材料非常敏感。

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图3-12 转子在飞轮上的传感器

在飞轮的边缘上有2~3组齿槽(四缸机两组齿槽,六缸机三组齿槽),每组有四个齿槽。四缸机发动机转速传感器见图3-13。

六缸机发动机转速传感器见图3-14。

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图3-13 四缸机发动机转速传感器示意图

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图3-14 六缸机发动机转速传感器示意图

发动机工作时,飞轮上的齿槽通过传感器的信号发生器时,霍尔传感器输出5V的高电位;当飞轮齿槽组之间的金属与传感器成一直线时,霍尔传感器输出0.3V的低电位。每当飞轮上的一组齿槽通过传感器时,传感器便将一个高低电位的脉冲信号输出到控制单元。传感器提供的每组信号,可被控制单元用来确定两缸活塞的位置。在四缸机上利用一组信号,即利用同一时间的同一飞轮齿槽可判断出一缸和四缸接近上止点;利用另一组信号,可判断出二缸和三缸接近上止点。在六缸机上利用每一组信号,在同一时间可分别判断出三缸和四缸接近上止点,二缸和五缸接近上止点,一缸和六缸接近上止点。

四缸机每循环有两组信号,每组有4个脉冲;六缸机每循环有三组信号,每组有4个脉冲。当第四个槽的切槽边沿通过传感器时,对应活塞上止点前曲轴转角4°(初始点火提前角)。控制单元正是根据脉冲信号的情况,判断出活塞上止点的位置,同时还可以通过各脉冲信号间的时间计算出发动机的转速。如果控制单元接收不到曲轴位置传感器的信号,发动机将无法起动。(www.xing528.com)

使用自动变速器的发动机没有厚重的铸铁飞轮,在曲轴凸缘和变矩器之间只有薄钢板制作的传动盘,即传动盘和曲轴凸缘间用螺栓连接,变矩器和传动盘间再用螺栓连接。信号正时板焊在传动盘上,由于信号正时板很薄,不可能制作齿槽,改制成方形孔。每组4个孔,四缸机有两组孔,六缸机有三组孔。发动机工作时,变矩器的传动盘带动信号正时板旋转,上面的孔不断接近、离开曲轴位置传感器,通过曲轴位置传感器线圈磁通量发生变化,线圈内出现交变电动势。此电动势即为发动机转速信号和各缸上止点信号。为保证获得正常的信号,气隙应为0.45~0.50mm。装有信号正时板的变矩器传动盘见图3-15。

转子装在飞轮上的发动机转速传感器容易发生的以下故障。

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图3-15 装有信号正时板的变矩器传动盘

1—传动盘 2—信号正时板

1)发动机转速传感器与信号正时板间正常的气隙一旦被破坏,发劝机将无法起动。有些技工由于缺乏基本的电工常识,在旋转信号正时板时,用撬棍直接撬产生正时信号的方形孔,结果破坏了传感器与正时信号板间正常的气隙,造成发动机无法起动。更换变形的正时信号板,可排除故障。

2)重新安装飞轮时,飞轮的触发位置不对。导致发动机点火正时点不对,造成起动后怠速不稳,发动机熄火。按规定重新调整飞轮的触发位置,可排除故障。

2.磁电感应式发动机转速传感器结构特点和工作原理

磁电感应式的发动机转速传感器是模拟交流信号发生器,它产生的信号是交流信号。该传感器由线圈和磁铁组成,当铁制转子转动经过传感器时,线圈会产生交变电压。线圈、磁铁和铁制转子分别装在分电器轴上,或装在曲轴旁边的发动机壳体上。装在分电器轴上的有一个绕在永久磁铁上的绕组,被螺栓固定在传感器板上,绕组的两端与分电器引线相连,并通向点火模块,转子压装在分电器轴上,转子上均匀排列着和缸数相等的凸齿,凸齿和传感器线圈的气隙是可调的。气隙必须符合厂家规定。

装在发动机壳体上的磁电感应式发动机转速传感器相配套的转子齿数较多。磁电感应式的发动机转速传感器当转子齿顶接近感应线圈时,信号线圈磁通量变化率最大,线圈中产生很大的感应电压,转子齿顶和感应线圈正对着时,线圈中通过最大的磁通量,其变化率为零,感应电压为零,转子齿顶越过感应线圈时,线圈磁通量减小率达到最大,信号线圈产生负方向最大感应电压。如此反复,线圈就产生交变电压信号,控制单元根据交变电压频率计算出发动机转速。磁电感应式发动机转速传感器见图3-16。

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图3-16 磁电感应式发动机转速传感器工作原理

发动机转速传感器在电喷系统中的重要性仅次MAF,它除了控制喷油脉宽外,还控制点火提前角。

3.磁电感应式发动机转速传感器故障诊断

(1)发动机转速传感器(CKP)触头上吸附过多杂质或气隙过大会造成断路 发动机转速传感器触头上吸附过多的金属颗粒,会丢失信号,数据流给出的发动机转速会明显低于实际转速。在冷车或热车时会突然熄火。触头和转子气隙如大于2.3mm(正常时触头和转子气隙应为0.8mm左右),或触头受伤,发动机转速传感器信号会变得不可信或消失。信号不可信,会造成发动机熄火;信号消失,发动机不能起动,在信号消失瞬间发动机会立即停转。

汽车专用万用表转到交流(AC)档,按功能键选择“AC”和“Hz”同时测量,旋转曲轴,让发动机转速传感器的铁质齿圈(转子)转动,观察信号的幅值和频率,二者应随发动机转速同步增加。如信号的幅值很小,可能是发动机转速传感器触头和转子的气隙过大。

(2)发动机转速传感器(CKP)气隙过小,会造成喷油量过少CKP与转子的气隙过小,会造成喷油量过少,发动机起动困难。

进行发动机转速传感器触头和转子气隙检测时,可在触头端部贴上0.8mm左右的纸片(代替塞尺)来查气隙是不是合适。CKP除外观检测外,主要是用万用表检测端子间的电阻值,看是否和厂家规定相符。

(3)发动机转速传感器(CKP)电阻值的检测 磁电感应式发动机转速传感器主要组成部分是线圈,所以首先应检查线圈的电阻值。发动机转速传感器通常为3根线,端子1和2之间为磁感应线圈,电阻值由厂家确定,有的厂家正常值为450~1000赘,有的厂家正常值为800~1000赘。端子3为屏蔽线,所以端子1和3之间,端子2和3之间的电阻值应为∞。

(4)发动机转速传感器(CKP)输入电压的检测 关闭点火开关,断开CKP端子,打开点火开关,用万用表电压档测量CKP端子1(或A)与接地点之间的电压值,CKP正常的输入电压应为12V,否则应检查电源电路,重点检查传感器的接地线。磁电感应式发动机转速传感器的接地线都只与控制单元相连,而不能和车架或车身接地。

(5)热车时发动机转速传感器断路故障的检测 有的磁电感应式发动机转速传感器出故障时,冷车时电阻值正常,热车后电阻值变成∞,发动机熄火,立即起动,无法着车,冷却10min后电阻值恢复正常,可以起动,起动后行驶正常。开始时10多天出现一次,如不及时修理,发展下去,每天会出现若干次。

检测此类故障,可用吹风机的最高档将传感器加热至60℃时测发动机转速传感器的电阻值,看是否正常。

(6)磁电感应式发动机转速传感器磁性的检查 凡是磁电感应式的凸轮轴位置传感器、发动机转速传感器、车速传感器、变速器转速传感器、轮速传感器等,如电阻值和输出电压均符合厂家规定,应进一步进行磁性检查。现在许多磁电感应式传感器用人工合成磁铁代替天然永久磁铁,人工合成磁铁在受到剧烈撞击后磁性会部分丢失,此时磁电感应式发动机转速传感器电阻值和输出电压虽然均正常,但实际已经失效退出。相反如磁电感应式发动机转速传感器电阻值和输出电压正常,磁性正常,就说明传感器自身可以正常工作,不必再进行波形检查。

(7)热车断路故障的路边急救 汽车冷车时起动和行驶正常,热车后发动机转速传感器、点火控制器或点火线圈在出现高温时断路或短路,无法起动。此时可用物理方法降温(如用水为其外壳降温,但不要弄湿端子),降温后电阻值恢复正常,可以正常起动和行驶。

4.光电式发动机转速传感器结构特点和工作原理

光电式发动机转速传感器由两个发光二极管、两个光敏二极管和一个固定在分电器轴上的遮光板组成。遮光板上为两个发光二极管(LED),遮光板下为两个光敏二极管;遮光板内圆上有与缸数相等,等距离排列的槽,遮光板外圆上有反映发动机转速的等距离排列的槽,见图3-17。控制单元中的动力控制模块(PCM)给发光二极管提供9.2V电压,使发光二极管发光,如遮光板上实心部位在基准发光二极管下面,光就照不到光敏二极管上面,光敏二极管就不导电,给PCM的信号电压为5V,当一个基准槽转到发光二极管下面,光敏二极管就导电,给PCM的信号电压为0V。

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图3-17 光电式发动机转速传感器

1—分火头 2—防尘罩 3—转盘 4—分电器底板 5—光敏二极管 6—发光二极管

大部分发动机CKP损坏后,发动机无法起动,但也有少数发动机CKP损坏后,控制单元起动失效保护系统,可以保证发动机运转。

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