浅谈曲轴位置传感器故障分析.doc

浅谈曲轴位置传感器故障分析及诊断

摘要：本文简明介绍别克轿车发动机曲轴位置传感器的结构，重点阐述该车曲轴位置传感器（7X）的故障诊断，以及曲轴位置传感器（24X）的故障诊断，并通过列举维修工作中的实例对由曲轴位置传感器损坏而造成的发动机系统故障进行分析。
关键词：曲轴位置传感器 启动困难 分析诊断
前 言
曲轴位置传感器是汽车发动机电控系统的重要传感器之一，在汽车发动机上的主要作用是为点火控制模块提供参考信号，精确控制发动机点火正时。曲轴位置传感器工作的好坏，将直接影响发动机的启动性能，是导致汽油发动机不能正常发动的原因之一，只有准确判断、检测曲轴位置传感器的故障，才能尽快排除发动机系统故障。因此，在故障维修诊断时，首先要详细了解它的基本结构及工作原理，已达到正确、快捷地排除故障。
一、别克轿车发动机曲轴位置传感器简介
上海别克轿车发动机装有两个霍尔式曲轴位置传感器，分别为曲轴位置传感器（7X）和曲轴位置传感器（24X）。（7X） 曲轴位置传感器安装在发动机机体右下部，为点火控制模块提供参考信号；（24X）曲轴位置传感器安装在发动机正时罩的前部、谐振平衡器后部，用来拾取曲轴转子的脉冲信号，并传递到动力系统控制模块，使发动机低速运转（发动机转速低于1600r/min时，精确控制发动机点火正时）。
（一）曲轴位置传感器（7X）的故障诊断
1.结构特点及控制电路
曲轴位置传感器（7X）为双导线型传感器，一根为其信号线（黄色）；另一根为其搭铁线（紫色）。7X曲轴位置传感器是另外一个更靠近曲轴的霍尔效应开关。间断环是铸在曲轴上的一个特殊轮上，有7个加工的切槽，其中6个槽以60°均布，第7个槽距离前一个槽为10°，其结构如图1所示。
当间断环与曲轴一起旋转时，切槽改变磁场导致7X霍尔效应开关接地，由点火控制模块提供3X信号电压（3X参考信号电压是发动机运转且曲轴位置传感器的同步脉冲被接收时，点火控制模块将7X曲轴位置传感器脉冲除以2得到3X参考信号）。点火控制模块用7X开、关信号作为曲轴位置的指示，点火控制模块必须使用7X信号正确地控制点火线圈，其控制电路如图2所示。
2.故障诊断
3X参考信号由点火控制模块（ICM）产生，在发动机运转且曲轴位置传感器的同步脉冲被接收到时，点火控制模块ICM将曲轴位置传感器（7X）脉冲除以2得到3X参考信号。动力系统控制模块利用3X参考信号系统计算发动机转速高于1600r/min时的发动机转速和曲轴位置，动力系统控制模块也利用这些脉冲来触发喷油脉冲。动力系统控制模块将3X参考信号脉冲与曲轴位置传感器（24X）信号脉冲和凸轮轴位置传感器信号脉冲对比，如果动力系统控制模块在3X线路中接收到脉冲数不正确，24X参考信号脉冲数与3X参考信号脉冲数的比值不等于8，或24X参考信号脉冲数与凸轮轴位置传感器信号脉冲数的比值等于48的情况出现10s以上, 动力系统控制模块便设置故障码P1374。
动力系统控制模块在存储故障码P1374的同时，将点亮仪表板上的故障指示灯（SERVICE ENGINE SOON）。
3.7X曲轴位置传感器的检测方法
（1）检测7X曲轴位置传感器的电阻值
关闭点火开关，拔下7X曲轴位置传感器的2线插头。用万用表电阻档测量7X曲轴位置传感器的电阻值，正常值为800～1000Ω。
（2）检测7X曲轴位置传感器的脉冲信号
将传感器拆下，用一根铁棒或一块磁铁迅速靠近或离开传感器，同时用万用表测量两接线柱之间有无脉冲感应电压的产生。如没有感应电压或感应电压很微弱，说明传感器有故障，应予更换。
（3）检测7X曲轴位置传感器的线束导通性
关闭点火开关，拔下点火控制模块（ICM）上3线插头、拔下7X曲轴位置传感器的2线插头。用万用表电阻档测量ICM上3线插头的A端子与传感器的2线插头的A端子之间的电阻值，如图3-a所示。用万用表电阻档测量ICM上3线插头的C端子与传感器2线插头的B端子之间的电阻值，如图3-b所示，技术要求：电阻应小于0.5Ω。
（二）曲轴位置传感器（24X）的故障诊断
1.结构特点及控制电路
曲轴位置传感器（24X）为三导线型传感器，控制电路如图4所示。
2.故障诊断
24X参考信号用于在发动机低速时改善怠速点火正时控制。在发动机转速低于1600r/min时，动力系统控制模块利用24X参考信号计算发动机转速和曲轴位置，动力系统控制模块连续监视24X参考线路中脉冲数，并将24X参考脉冲数与3X参考脉冲数和凸轮轴位置传感器信号脉冲数进行比较。如果动力系统控制模块接收到的24X参考线路中的脉冲数不正确，动力系统控制模块便设置故障码P0336，此时动力系统控制模块将利用3X参考信号和凸轮轴位置信号继续启动和运转。动力系统控制模块在记录故障码P0336时，将点亮仪表板上的故障指示灯（SERVICE ENGINE SOON）。
24X与7X间断环霍尔效应开关的情况类似，24X信号在转速的标定中具有更好的分辨率。
二、曲轴位置系统变更设置程序
曲轴位置系统变更设置参数用作计算由曲轴、曲轴平衡块、曲轴位置传感器霍尔效应开关中的轻微公差变化导致的周期性的偏差的参考。在曲轴位置系统变更设置程序被执行过后，曲轴位置系统变化值便被存储在动力系统控制模块的存储器中。
（一）曲轴位置系统变更设置程序的依据
在进行下列维修作业后，必须进行曲轴位置系统变更设置程序，否则动力系统控制模块便存储故障码P1336。
1.更换动力系统控制模块。
2.更换发动机。
3.更换曲轴。
4.更换曲轴平衡块。
5.更换曲轴位置传感器。
6.进行任何破坏曲轴谐振平衡器与曲轴位置传感器相对关系的发动机修理。
（二）曲轴位置系统变更设置程序的内容
曲轴位置系统变更设置程序的内容如下：
1.拉紧驻车制动、掩住驱动轮。
2.确认发动机罩被关上。
3.启动发动机，使发动机冷却液的温度达到70℃以上。
4.将点火开关转至OFF位置，在TECH2诊断仪上选择并激活曲轴位置变更值学习程序。
5.变速器处于P挡位置，启动发动机，踩下制动踏板并固定。
6.踩下油门踏板使发动机转速达到燃油切断转速（5150r/min），待燃油切断后立即抬起油门踏板，当转速降回到怠速时，曲轴位置系统变更值便设置完毕。
7.观察TECH2诊断仪显示故障码P1336的故障状态。如果TECH2诊断仪指示故障码P1336没通过，应检查其他故障码。
（三）程序不能设置的检查内容
如果曲轴位置变更设置程序不能成功地进行，应检查有无下列情况出现：
1.发动机冷却液温度低于70℃。
2.动力系统控制模块中存有除P1336以外的故障码。
3.动力系统控制模块检测到曲轴位置信号有问题。
4.动力系统控制模块检测到3X参考信号有问题。
5.动力系统控制模块检测到24X参考信号有问题。
若出现上述情况应对相关系统进行检查、诊断及排除。
三、维修工作实例
我厂承修一辆别克君威（2003款）轿车，该车配置是2.5L发动机，据车主反映，该车有启动困难故障。
1.故障现象
该车无论在冷车或热车状态下，均出现启动困难的现象。如果将点火开关保持在启动位置，让起动机长时间处于起动状态，并同时踩下油门踏板，发动机可勉强起动。发动之后，发动机工作基本正常。
2.故障诊断
（1）使用TECH2诊断仪对动力系统进行自诊断，结果无法与动力系统控制模块（PCM）进行通信。在空气滤清器总成下方找到动力系统控制模块，拔下线束插头进行检查，发现有连接不良的现象，处理后插回线束插头，重新进行自诊断，TECH2诊断仪能够进入动力系统诊断菜单，查询故障信息，没有故障码。初步分析该车的故障与怠速电机故障、节气门体脏污或混合气过稀等原因引起的故障现象相似。进一步分析，该车只是启动困难，启动后一切正常，依此可排除怠速电机存在故障的可能性。假如怠速电机存在故障，可能会引起启动困难，但是启动后还会出现怠速不正常的现象。经检查节气门体也没有故障，那么引起启动困难的原因不外乎燃油系统、点火系统以及提供控制信号的传感器，于是，继续进行检查。
（2）检查燃油压力。打开点火开关后燃油泵开始工作，2s后油压表指示值上升到290kPa，10min后油压表的指示值为280kPa，符合技术要求(正常值为250～310 kPa)。将点火开关保持在启动位置，使起动机长时间工作来强制发动机启动，观察发动机怠速时油压值为300kPa，将油压调节器的真空管拔掉，油压上升至320kPa。因为燃油系统在各工况下的压力值正常，所以燃油系统存在故障的可能性不大。
（3）检查点火线圈、点火模块ICM）以及高压线等点火系统部件。测量点火模块的点火针脚导线（粉红色线），有12V电压，点火模块与动力系统控制模块之间的白色连接线导通，且二者针脚处有5V电压。进行跳火试验，每一缸的火花塞均有高压火花，这说明点火系统正常。既然燃油系统和点火系统均属正常，那么故障点应该在产生发动机启动时所需信号的几个传感器上。如果某些传感器只是在发动机启动过程中起作用，启动后不参与工作或者这些传感器传送给PCM的信号只是作为一个参考信号，不再是必须的运行信号，那么起这种作用的传感器出现问题时就有可能导致该车的故障现象。因为冷热车均会出现故障，因此可以排除与温度有关的传感器（如冷却液温度传感器），于是，将检查的重点放在曲轴位置传感器上。
（4）使用TECH2诊断仪对曲轴位置偏差学习，当检测到曲轴位置传感器24X时，TECH2诊断仪显示曲轴位置传感器24X信号错误。然后将曲轴皮带轮拆下来，发现曲轴皮带轮的橡胶减震块老化变形，曲轴皮带轮上的齿环损坏；出现此情况会令曲轴位置传感器24X输出错误的曲轴位置信号，从而导致启动困难故障。于是更换曲轴皮带轮，清除曲轴位置传感器24X上的油污，然后使用TECH2诊断仪对曲轴位置偏差进行学习。起动时发动机能顺利启动，故障彻底排除。
3.综合分析
该车发动机装有二个曲轴位置传感器分别为24X和7X；曲轴位置传感器24X位于发动机右侧，即曲轴端部的缓振平衡器的后面，它通过曲轴皮带轮上的齿环采集曲轴转角信号。另一个曲轴位置传感器7X位于发动机缸体后下方，排气歧管下部。
曲轴齿环上有24个均匀分布的缺口。当曲轴转动时，曲轴位置传感器24X向动力系统控制模块提供曲轴的位置，动力系统控制模块将曲轴位置传感器24X信号、曲轴位置传感器7X、3X参考信号（由曲轴位置传感器7X计算得出的）进行比较后，确定正确的喷油时刻、喷油脉宽以及点火时刻。如果曲轴位置传感器24X测量到的是错误的曲轴转角信号，那么动力系统控制模块就不能发出正确的控制信号，造成启动困难。在故障保护运行模式下，发动机将能够启动，动力控制系统模块利用3X参考信号控制喷油和点火，在发动机运转期间，动力系统控制模块只采用3X参考信号和凸轮轴信号控制点火和喷油。
曲轴位置传感器24X在曲轴转一圈的时间内能够产生24个信号脉冲，信号用于精确控制点火和喷油，在发动机启动的过程中以及发动机转速低于1600r/min转速范围内起作用，而在转速高于1600r/min时，则不再参与工作。
当发动机转速高于1600r/min时，点火模块根据曲轴位置传感器7X信号计算得出3X曲轴位置信号（参考信号），然后提供给动力系统控制模块，用于控制喷油和点火，3X信号在发动机转速为1200～10000r/min范围内起作用。
由上述控制过程可知，曲轴位置传感器24X只在发动机启动过程中和低转速区域内起作用，而曲轴位置传感器7X是PCM控制喷油和点火的重要传感器。上述的实例中，该车出现故障时是在启动过程中及发动机处于低转速运转期间，使用的传感器为曲轴位置传感器24X。当发动机启动后，曲轴位置传感器7X开始参与工作，动力系统控制模块对曲轴位置传感器24X信号进行修正，以更加精确地控制喷油和点火，所以在发动机启动后能够正常运转。
结束语
随着现代汽车技术的日新月异，汽车的故障诊断与维修技术、维修理念也需与时俱进。只有不断地学习汽车新技术、新方法、新工艺，在故障检修过程中运用检测设备并结合工作经验进行综合分析判断，才能更加准确、快捷地排除故障，提高维修作业的质量和效率。
致谢
本文在撰写过程中，得到广州交通技校老师及专家们的悉心指导，在此表示衷心感谢！
参考文献
1.宋年秀,张俊祥,刘超编《汽车传感器原理与检测200问》，中国电力出版社2009年；
2.梁君飞编《汽车维修技师》，辽宁科学技术出版社 2010年；
3.《汽车维修技师》杂志社编《通用车系技师手记》，辽宁科学技术出版社2009年。
13