曲轴位置传感器信号轮的设计

宁健强，刘 科，时武林，朱治颖

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005）

曲轴位置传感器信号轮的设计

宁健强，刘 科，时武林，朱治颖

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005）

信号轮是曲轴位置传感器的信号源。凸齿要满足曲位的相位角要求。受装配空间的影响，在不同的车型上，信号轮的装配位置式各有不同。信号轮可以和飞轮集成在一起，装配在曲轴后端，也可单独做成一个轮子装配在曲轴前端。这两种信号轮的布置位置不一样，加工方法也不一样。本文就这两种信号轮的设计进行说明。

信号轮；曲轴位置传感器；相位角；布置位置

曲轴位置传感器（下文简称曲位）是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，其作用为检测曲轴转角位移，为ECU提供发动机转速信号及曲轴转角信号，作为燃油喷射和点火控制的主要信号。曲位的信号来源是装配在曲轴前端或者飞轮上的信号轮，信号轮要满足电控系统的相位角要求。

1 相位关系图

常见的电控系统相位图如图1、图2所示[1]，不同类型的电控系统要求不同，信号轮的凸齿分布要满足相位图的要求，开发时要求电控系统供应商提供。

图1 相位图Ⅰ（36齿缺2齿）[1]

图2 相位图Ⅱ（60齿缺2齿）

2 信号轮的布置形式

（1）信号轮集成在飞轮上，曲位安装在变速器壳上，如图3所示。

图3 布置方式Ⅰ

优点：凸齿可以采用机加工的方式做出来，齿形不易产生塌边、塌角等缺陷，信号传递可靠、成本低。

（2）单独做一个信号轮，装配到曲轴前端，曲位布置在前罩壳或者缸体上，如图4所示。

图4 布置方式Ⅱ

受布置空间的限制，一般都只能做一个薄壁件(一般厚度1.8～3 mm)，采用机加工比较困难，这种信号轮普遍采用冲压工艺生产。

3 信号轮的设计

3.1 以某1.8 L汽油机的信号轮设计进行举例说明（布置方式Ⅰ）

（1）确定发动机相位图为图1，相位角α=105°，齿数为36齿缺2齿。

（2）电控系统供应商提供了凸齿精度要求，如图5，表1[2]。

图5 信号轮凸齿尺寸示意图

（3）根据表1推荐的值，确定β值，如图8所示。

（4）根据表1推荐的值，确定θ，如图8所示。

（5）由于发动机后端与变速器连接部位空间较大，选择布置方式Ⅰ，如图3所示。

（6）选定传感器后，确定了A2，如图6所示。

图6 曲位径向布置位置

（7）根据选择的装配位置，确定了A1，如图6所示。

（8）根据表1推荐的δ值，确定齿顶圆直径D，D=2（A1-A2-δ），如图6所示。

（9）根据表1推荐的h值，确定齿根圆直径d，d=D-2h，如图8所示。

（10）确定凸齿厚度b，b＞2，如图8所示。

（11）确定外圆跳动a，须满足以下条件：

a+△＜0.4，如图8所示。

△：飞轮与曲轴的装配间隙，△=d2-d1，建议△=0.03～0.08.d1为曲轴上装配飞轮端的直外径；d2为飞轮装配孔内径；

（12）两端面平面度c，建议c＜0.15，如图8所示。

（13）相位角α：按图1（由曲位供应商提供）所规定的值，如图8所示。

（14）轴向布置位置：保证凸齿正对曲位中心，如图7所示。

图7 曲位轴向布置位置

（15）安装定位：设计一个φd3的孔，通过定位销确定装配的初始位置，如图8所示。

凸齿可以在飞轮外圆面上通过机加的方式做出来，R1，R2完全能保证，不需要在图纸上特别说明。设计简图如图8所示。

图8 信号轮设计简图

3.2 以某1.8 L汽油机的信号轮设计进行举例说明（布置方式Ⅱ）

（1）该发动机状态发生变更，发动机后端与变速器连接部位空间有限，无法将信号轮集成在飞轮上，只能做一个薄壁件，布置在曲轴前端。

（2）按3.1中（1）-（4）进行设计。

（3）安装定位：根据曲轴前端的装配条件进行设计，如采用键槽方式，如图12所示。

（4）机加的信号轮不需要考虑的R1、R2在这里需要特别关注：

1）R1为齿与齿根圆的过度圆角，按表1的：R1＜1.5.

2）R2的情况比较复杂：钢板冲压后不可避免出现蹋边，如图9所示。

图9 凸齿

塌边量过大，信号传递混乱（如图10），发动机无法正常工作，过小，生产无法保证。因此需要控制塌边部位的塌边量X（如图11）、未塌部位的直线度z（如图11）、冲裁断面要光亮，不允许出现撕裂带（如图12）。

图10 波形图

图11 检测示意图

图12 信号轮设计简图

3）通过试验确定塌边量限值：试制不同塌边量的样件，分别在发动机上检测波形图，选择波形图可接受（塌边量尽可能大，值为X）的样件进行整车标定，能通过标定，说明此样件可接受。此步骤，相当于确定生产的边界条件。条件越宽松，越有利于信号轮的生产。

4）满足生产要求：调整工装模具，保证冲压出来的产品最大塌边量小于X.

5）满足检测要求：量化塌边标准，便于检测，如图11所示。可通过扫描仪，作出塌边轨迹线，按图11进行测量。

4 总结

信号轮作为电控信号来源，通过曲位将曲轴转角转递给电控系统。因此信号轮的设计首先要满足电控系统的的相位关系要求、凸齿精度要求。其次根据发动机总成的装配空间选择合适的装配位置。此外信号轮还要满足生产工艺、检测的要求。归纳起来有以下几点：

（1）根据相位关系图设计凸齿的分布；

（2）凸齿精度满足电控系统的要求；

（3）根据发动机总成装配空间，选择合适的布置方式；（4）设计合适的定位方式确保初始位置正确；

（5）满足生产工艺要求；

（6）要便于检测。

[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

宁健强（1986-），男，广西玉林人，学士学位，助理工程师，研究方向为曲柄连杆机构的优化设计。