浅谈曲轴位置传感器故障分析要点.pdf

1 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， 2 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 3 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。 4 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 1000 。 5 （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0.5。 （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。 6 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 7 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 8 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。 9 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 10 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250310 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 11 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 12 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 13 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 14 宁科学技术出版社2009 年。