曲軸位置傳感器信號(hào)輪的設(shè)計(jì)

寧健強(qiáng)，劉 科，時(shí)武林，朱治穎

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西柳州545005）

曲軸位置傳感器信號(hào)輪的設(shè)計(jì)

寧健強(qiáng)，劉 科，時(shí)武林，朱治穎

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西柳州545005）

信號(hào)輪是曲軸位置傳感器的信號(hào)源。凸齒要滿(mǎn)足曲位的相位角要求。受裝配空間的影響，在不同的車(chē)型上，信號(hào)輪的裝配位置式各有不同。信號(hào)輪可以和飛輪集成在一起，裝配在曲軸后端，也可單獨(dú)做成一個(gè)輪子裝配在曲軸前端。這兩種信號(hào)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(hào)輪的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

信號(hào)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(jiǎn)稱(chēng)曲位）是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中最主要的傳感器之一，其作用為檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角位移，為ECU提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)及曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，作為燃油噴射和點(diǎn)火控制的主要信號(hào)。曲位的信號(hào)來(lái)源是裝配在曲軸前端或者飛輪上的信號(hào)輪，信號(hào)輪要滿(mǎn)足電控系統(tǒng)的相位角要求。

1 相位關(guān)系圖

常見(jiàn)的電控系統(tǒng)相位圖如圖1、圖2所示[1]，不同類(lèi)型的電控系統(tǒng)要求不同，信號(hào)輪的凸齒分布要滿(mǎn)足相位圖的要求，開(kāi)發(fā)時(shí)要求電控系統(tǒng)供應(yīng)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(hào)輪的布置形式

（1）信號(hào)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(yōu)點(diǎn)：凸齒可以采用機(jī)加工的方式做出來(lái)，齒形不易產(chǎn)生塌邊、塌角等缺陷，信號(hào)傳遞可靠、成本低。

（2）單獨(dú)做一個(gè)信號(hào)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(gè)薄壁件(一般厚度1.8～3 mm)，采用機(jī)加工比較困難，這種信號(hào)輪普遍采用沖壓工藝生產(chǎn)。

3 信號(hào)輪的設(shè)計(jì)

3.1 以某1.8 L汽油機(jī)的信號(hào)輪設(shè)計(jì)進(jìn)行舉例說(shuō)明（布置方式Ⅰ）

（1）確定發(fā)動(dòng)機(jī)相位圖為圖1，相位角α=105°，齒數(shù)為36齒缺2齒。

（2）電控系統(tǒng)供應(yīng)商提供了凸齒精度要求，如圖5，表1[2]。

圖5 信號(hào)輪凸齒尺寸示意圖

（3）根據(jù)表1推薦的值，確定β值，如圖8所示。

（4）根據(jù)表1推薦的值，確定θ，如圖8所示。

（5）由于發(fā)動(dòng)機(jī)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(jù)選擇的裝配位置，確定了A1，如圖6所示。

（8）根據(jù)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(jù)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(dòng)a，須滿(mǎn)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(nèi)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(yīng)商提供）所規(guī)定的值，如圖8所示。

（14）軸向布置位置：保證凸齒正對(duì)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(shè)計(jì)一個(gè)φd3的孔，通過(guò)定位銷(xiāo)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(guò)機(jī)加的方式做出來(lái)，R1，R2完全能保證，不需要在圖紙上特別說(shuō)明。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖8所示。

圖8 信號(hào)輪設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

3.2 以某1.8 L汽油機(jī)的信號(hào)輪設(shè)計(jì)進(jìn)行舉例說(shuō)明（布置方式Ⅱ）

（1）該發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)發(fā)生變更，發(fā)動(dòng)機(jī)后端與變速器連接部位空間有限，無(wú)法將信號(hào)輪集成在飛輪上，只能做一個(gè)薄壁件，布置在曲軸前端。

（2）按3.1中（1）-（4）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）安裝定位：根據(jù)曲軸前端的裝配條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，如采用鍵槽方式，如圖12所示。

（4）機(jī)加的信號(hào)輪不需要考慮的R1、R2在這里需要特別關(guān)注：

1）R1為齒與齒根圓的過(guò)度圓角，按表1的：R1＜1.5.

2）R2的情況比較復(fù)雜：鋼板沖壓后不可避免出現(xiàn)蹋邊，如圖9所示。

圖9 凸齒

塌邊量過(guò)大，信號(hào)傳遞混亂（如圖10），發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常工作，過(guò)小，生產(chǎn)無(wú)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(xiàn)撕裂帶（如圖12）。

圖10 波形圖

圖11 檢測(cè)示意圖

圖12 信號(hào)輪設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

3）通過(guò)試驗(yàn)確定塌邊量限值：試制不同塌邊量的樣件，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)上檢測(cè)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(jìn)行整車(chē)標(biāo)定，能通過(guò)標(biāo)定，說(shuō)明此樣件可接受。此步驟，相當(dāng)于確定生產(chǎn)的邊界條件。條件越寬松，越有利于信號(hào)輪的生產(chǎn)。

4）滿(mǎn)足生產(chǎn)要求：調(diào)整工裝模具，保證沖壓出來(lái)的產(chǎn)品最大塌邊量小于X.

5）滿(mǎn)足檢測(cè)要求：量化塌邊標(biāo)準(zhǔn)，便于檢測(cè)，如圖11所示。可通過(guò)掃描儀，作出塌邊軌跡線，按圖11進(jìn)行測(cè)量。

4 總結(jié)

信號(hào)輪作為電控信號(hào)來(lái)源，通過(guò)曲位將曲軸轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)遞給電控系統(tǒng)。因此信號(hào)輪的設(shè)計(jì)首先要滿(mǎn)足電控系統(tǒng)的的相位關(guān)系要求、凸齒精度要求。其次根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總成的裝配空間選擇合適的裝配位置。此外信號(hào)輪還要滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝、檢測(cè)的要求。歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)相位關(guān)系圖設(shè)計(jì)凸齒的分布；

（2）凸齒精度滿(mǎn)足電控系統(tǒng)的要求；

（3）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總成裝配空間，選擇合適的布置方式；（4）設(shè)計(jì)合適的定位方式確保初始位置正確；

（5）滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求；

（6）要便于檢測(cè)。

[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(qiáng)（1986-），男，廣西玉林人，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，研究方向?yàn)榍B桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。