汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)：節(jié)氣門位置傳感器

1.節(jié)氣門位置傳感器作用、分類與識別

（1）作用

節(jié)氣門位置傳感器，是汽車電子控制系統(tǒng)中最重要的傳感器之一，主要用于發(fā)動機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)和電控自動變速器系統(tǒng)。節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體上節(jié)氣門軸的一端，探測或監(jiān)測節(jié)氣門開度的大小和變化的快慢，并把位置信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡筝斎腚娍貑卧?。用于判別發(fā)動機(jī)的各種工況，從而控制不同的噴油量和點火正時。在裝備電子控制自動變速器的汽車上，節(jié)氣門位置傳感器信號是變速器換擋和變矩器鎖止時的主要信號。

（2）節(jié)氣門位置傳感器的類型

傳統(tǒng)的拉索控制式節(jié)氣門配備的節(jié)氣門位置傳感器，按總體結(jié)構(gòu)分為觸點開關(guān)式、滑動電阻式、怠速開關(guān)與滑動電阻整合的綜合式。新型的智能電子節(jié)氣門軸門控制系統(tǒng)所用的節(jié)氣門位置傳感器，常見的有雙滑動電阻式和線性雙霍爾式兩種。

目前發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)主要采用的節(jié)氣門位置傳感器有霍爾元件式和雙滑動電阻器式。豐田凱美瑞、卡羅拉等采用了霍爾元件式；日產(chǎn)天籟、通用凱越汽車采用雙滑動電阻器式。

2.霍爾式節(jié)氣門位置傳感器

（1）結(jié)構(gòu)原理與安裝位置

2016款豐田凱美瑞混合動力車型（發(fā)動機(jī)型號6AR-FSE）采用了非接觸式雙霍爾元件式節(jié)氣門位置傳感器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。它主要由霍爾元件和磁鐵組成，其中磁鐵安裝在節(jié)氣門軸上，并可以繞霍爾元件轉(zhuǎn)動。

霍爾式節(jié)氣門位置傳感器的控制電路及信號輸出的特性如上圖所示。當(dāng)節(jié)氣門開度變化時，磁鐵隨之轉(zhuǎn)動，從而改變了與霍爾元件之間的相對位置，霍爾集成電路由磁軛環(huán)繞?；魻柤呻娐穼⒋磐慨a(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)換為電信號，并以節(jié)氣門位置信號的形式將其輸出至ECM。

節(jié)氣門位置傳感器有兩個傳感器電路：VTA1和VTA2，各自發(fā)射一個信號。VTA1用來檢測節(jié)氣門開度，VTA2用來檢測VTA1的故障。傳感器信號電壓與節(jié)氣門開度成比例，在0~5V之間變化，并且傳送到ECM端子VTA1和VTA2。

節(jié)氣門關(guān)閉時，傳感器輸出電壓降低；節(jié)氣門打開時，傳感器輸出電壓升高。ECM根據(jù)這些信號計算節(jié)氣門開度，并控制節(jié)氣門執(zhí)行器來響應(yīng)駕駛員輸入。這些信號同時也用來計算空燃比修正值、功率提升修正值和燃油切斷控制。

（2）電路連接

2016款豐田凱美瑞混合動力版節(jié)氣門位置傳感器電路如下圖所示。

節(jié)氣門位置傳感器集成在節(jié)氣門體總成E16內(nèi)。E16有6個插腳。插腳1和2為節(jié)氣門執(zhí)行電動機(jī)控制端口。插腳6和4分別輸出節(jié)氣門位置信號VTA1和VTA2到發(fā)動機(jī)控制單元端口E81（F）的122#和88#。插腳5是來自發(fā)動機(jī)控制單元121#提供的VCTA 5V 參考電壓；插腳3通過發(fā)動機(jī)控制單元120# 接地。

（3）檢測

① 檢查傳感器供電：斷開節(jié)氣門體插接器E16，用萬用表測量E16/5 和E16/3之間的電壓，應(yīng)為4.5~5.5V。否則，檢查ECU電源電路。如果ECU電源電路正常，則更換ECU。

② 檢查傳感器的信號電壓：連接故障診斷儀，接通點火開關(guān)，踩動加速踏板，并讀取節(jié)氣門位置傳感器數(shù)據(jù)VTA1和VTA2讀數(shù)，數(shù)值應(yīng)符合下表。

③ 檢查傳感器線束及插接器：斷開節(jié)氣門體插接器E16和發(fā)動機(jī)控制單元ECM插接器E81，按照下表所示檢查插接器之間或插接器與車身接地之間的電阻值。電阻值應(yīng)符合表中所示，如不符合更換或檢查線束。

3.滑動電阻式節(jié)氣門位置傳感器

（1）結(jié)構(gòu)

滑動電阻式節(jié)氣門位置傳感器，又稱線性輸出式節(jié)氣門位置傳感器、可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器、電位計式節(jié)氣門位置傳感器。目前雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器正被大量應(yīng)用到汽車中。

滑動電阻式節(jié)氣門位置傳感器為三線式傳感器，其中兩個針腳處于電阻的兩端，并作為電源端子和搭鐵端子由發(fā)動機(jī)ECU提供5V電壓，第三個針腳連接于滑動觸點。節(jié)氣門軸與觸點（或稱觸頭）聯(lián)動，節(jié)氣門轉(zhuǎn)動時，滑動觸點可在電阻上移動，引起滑動觸點電位的變化，利用電阻的變化將節(jié)氣門位置信號轉(zhuǎn)換成電壓值，如下圖所示。因為這個電壓呈線性變化，所以也稱為線性輸出式節(jié)氣門位置傳感器。根據(jù)這個線性電壓值，ECU可感知節(jié)氣門的開度，使ECU進(jìn)行噴油量修正。

（2）傳感器檢測

2013款別克凱越車系節(jié)氣門位置傳感器電路如下圖所示。發(fā)動機(jī)控制模塊給節(jié)氣門位置傳感器提供5V參考電壓電路，并向低參考電壓電路提供接地。節(jié)氣門位置傳感器所提供的信號電壓隨節(jié)氣門開度的變化而變化。節(jié)氣門位置傳感器信號電壓在怠速運行時小于0.5V。節(jié)氣門位置傳感器電壓在怠速運行時一般接近0V，但可能高達(dá)0.5V。在節(jié)氣門全開（WOT）時節(jié)，氣門位置傳感器電壓應(yīng)增加到4V以上。

節(jié)氣門位置傳感器檢測如下：

① 關(guān)閉點火開關(guān)，斷開節(jié)氣門體總成上的線束接頭。

② 測量節(jié)氣門位置傳感器5V參考端子2#和低壓參考端子1#之間的電阻是否在5.0 ~5.3kΩ 間。如果電阻不在規(guī)定范圍內(nèi)，則更換節(jié)氣門體總成。

③ 測量節(jié)氣門體總成器信號端子3#與低壓參考端字1#之間的電阻。在全范圍內(nèi)檢測節(jié)氣門傳感器。電阻應(yīng)在2.5～6.8kΩ間變動，并無任何高峰或低谷。如果電阻不在規(guī)定范圍內(nèi)或不穩(wěn)定，更換節(jié)氣門體總成。

④ 用5V電壓和接地對節(jié)氣門傳感器的適用端端子進(jìn)行連接，檢測信號端子與低壓參考端子間的電壓。在全范圍內(nèi)檢測節(jié)氣門傳感器。電壓應(yīng)在0.6~4.7V間變動，并無任何高峰或低谷。如果電壓不在規(guī)定范圍內(nèi)或不穩(wěn)定，更換節(jié)氣門體總成。

（3）雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器

雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器中兩個傳感器一般組合安裝，當(dāng)一個傳感器發(fā)生故障時能及時被識別，增加了系統(tǒng)的可靠性。從兩個傳感器輸出信號的變化關(guān)系來看，有反相式、同相式兩種。同相式又可分為同斜率線性變化和不同斜率線性變化兩種。

BOSCH公司雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路如下圖所示。

節(jié)氣門軸上的雙軌道節(jié)氣門位置傳感器用來監(jiān)控節(jié)氣門準(zhǔn)確開度，節(jié)氣門位置傳感器（兩個電位計）的滑片與節(jié)氣門同軸。當(dāng)節(jié)氣門轉(zhuǎn)動時，電位計滑片同步轉(zhuǎn)動。當(dāng)加上5V工作電壓后，變化的電阻轉(zhuǎn)化為電壓輸出信號。電位計的輸出電壓隨節(jié)氣門的位置變化而改變，可使控制單元準(zhǔn)確知道節(jié)氣門的開度。由于兩個電位計是反相安裝，因此當(dāng)節(jié)氣門位置發(fā)生變化時，兩路信號電壓均線性變化，其中一個增加，同時另一個減小。下圖是日產(chǎn)車系節(jié)氣門位置傳感器輸出特性。

日產(chǎn)天籟車系雙可變電阻式傳感器電路如下圖所示。

發(fā)動機(jī)控制單元ECM通過72#端子向傳感器1#端子提供5V參考電壓；傳感器4#端子通過電控單元36#端接地。傳感器2#端和3#端輸出TPS1和TPS2節(jié)氣門位置信號分別送到發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的33# 端、36#端。

雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器的檢查（以日產(chǎn)天籟為例）如下：

打開點火開關(guān)，將換擋桿換到D擋（A/T）或1擋（M/T），使用萬用表電壓擋分別檢查ECM的端口33（節(jié)氣門位置傳感器1#端的信號）、34（節(jié)氣門位置傳感器2#端的信號）在加速踏板不同狀態(tài)時與接地之間的電壓，檢查結(jié)果應(yīng)符合下表規(guī)定。如不符合則更換節(jié)氣門體總成。

4.開關(guān)觸點式節(jié)氣門位置傳感器

（1）結(jié)構(gòu)原理

開關(guān)觸點式節(jié)氣門位置傳感器又稱為節(jié)氣門開關(guān)。它有兩副觸點，分別為怠速觸點（IDL）和大負(fù)荷觸點（PSW）。下圖中有一個和節(jié)氣門同軸的凸輪控制活動觸點（TL或E），使其隨節(jié)氣門的狀態(tài)將兩開關(guān)觸點分別開啟和閉合。當(dāng)節(jié)氣門處于全關(guān)閉的位置時，怠速觸點IDL與活動觸點TL或E相連，ECU根據(jù)怠速這一信號判定發(fā)動機(jī)處于怠速工況，從而按怠速工況的要求控制發(fā)動機(jī)運行。當(dāng)節(jié)氣門打開時，怠速觸點打開，ECU根據(jù)這一信號進(jìn)行從怠速到小負(fù)荷的過渡工況的發(fā)動機(jī)運行控制；大負(fù)荷觸點在節(jié)氣門由全閉位置到中小開度范圍內(nèi)一直處于斷開狀態(tài)。當(dāng)節(jié)氣門打開至一定角度的位置時，大負(fù)荷觸點與活動觸點TL或E相連，向ECU送出發(fā)動機(jī)處于全負(fù)荷運轉(zhuǎn)工況的信號，ECU根據(jù)此信號進(jìn)行全負(fù)荷加濃控制。

審核編輯：符乾江