第二節(jié)　節(jié)氣門位置傳感器

一、節(jié)氣門位置傳感器的作用和安裝位置

節(jié)氣門位置傳感器（Throttle Position Sensor，TPS），是汽車電控制系統(tǒng)中最重要的傳感器之一，主要用于發(fā)動機電子燃油噴射系統(tǒng)和電控自動變速器系統(tǒng)。

1.作用

在發(fā)動機電控系統(tǒng)中，節(jié)氣門位置傳感器的作用主要是將節(jié)氣門開度以及節(jié)氣門開度變化快慢，轉變?yōu)殡娦盘栞斎氚l(fā)動機ECU，用于判別發(fā)動機的各種工況，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。在新型的智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中，節(jié)氣門開啟角度不再由油門踏板拉索直接進行控制，而是由節(jié)氣門伺服電機根據(jù)ECU信號進行驅動。電子節(jié)氣門軸上節(jié)氣門位置傳感器用來檢測節(jié)氣門的實際開度，ECU以此作為反饋信號，實時控制節(jié)氣門伺服電機，對節(jié)氣門開度作出適當?shù)恼{整。

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，按總體結構分為觸點開關式、滑動電阻式、怠速開關與滑動電阻整合的綜合式。新型的智能電子節(jié)氣門控制系統(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。

2.安裝位置

節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體總成上，檢測節(jié)氣門開度，見圖2-1。

二、觸點開關式節(jié)氣門位置傳感器

1.結構

觸點開關式節(jié)氣門位置傳感器主要由節(jié)氣門軸、大負荷觸點（PSW）、凸輪、怠速觸點（IDL）和接線插接器組成，其結構如圖2-2所示。凸輪與節(jié)氣門軸同軸轉動，控制怠速觸點和全負荷觸點的開啟與閉合，節(jié)氣門軸隨油門開度的大小而轉動。

2.工作原理

（1）怠速和減速

當節(jié)氣門關閉時，傳感器的怠速觸點IDL閉合，全開觸點PSW斷開，怠速觸點IDL輸出端子輸出一個低電平信號“0”，全開觸點PSW輸出端子輸出一個高電平信號“1”，見圖2-3。電控單元接收到節(jié)氣門位置傳感器TPS輸入的這兩個電壓信號時，如果車速傳感器輸入電控單元的信號表示車速為0，那么電控單元便可根據(jù)這兩個信號判定發(fā)動機處于怠速狀態(tài)，并控制噴油器增加噴油量，保證發(fā)動機怠速轉速穩(wěn)定而不致熄火；如果此時車速傳感器輸入ECU的信號表示車速不為0，那么ECU便可根據(jù)這兩個信號判定發(fā)動機處于減速狀態(tài)，從而控制噴油器停止噴油，以減少排放量和提高經濟性。

（2）加速

當節(jié)氣門開度逐漸增大時，凸輪隨節(jié)氣門軸轉動并將怠速觸點IDL頂開，從而使怠速觸點處于斷開狀態(tài)，但由于此時全開觸點PSW也處于斷開狀態(tài)，因此怠速觸點IDL端子輸出高電平信號“1”，功率觸點PSW端子也輸出高電平信號“1”。ECU接收到兩個高電平信號時，便可判定發(fā)動機處于部分負荷狀態(tài)，此時ECU再根據(jù)空氣流量傳感器信號和曲軸轉速信號計算確定噴油量，保證發(fā)動機的經濟性和排放性能。

（3）大負荷

當節(jié)氣門接近全部開啟（80%以上負荷）時，凸輪轉動使全開觸點PSW閉合，此時PSW端子輸出一個低電平信號“0”，而IDL端子仍處于斷開狀態(tài)，從而輸出一個高電平信號“1”，見圖2-4。ECU接收到這兩個信號時，便可判定發(fā)動機處于大負荷運行狀態(tài)，從而控制噴油器增加噴油量，保證發(fā)動機輸出足夠的動力。

當節(jié)氣門全開時，ECU將控制系統(tǒng)進入開環(huán)控制模式，此時不采用氧傳感器信號。如果此時汽車空調器在工作，那么ECU將中斷空調主繼電器信號約15s，以便切斷空調電磁離合器的線圈電流，使空調壓縮機停止工作，增大發(fā)動機輸出功率，提高汽車的動力性。

為檢測發(fā)動機的加減速狀況，在部分發(fā)動機的節(jié)氣門位置傳感器上還增加了ACC1和ACC2信號輸出觸點，如圖2-5所示，工作原理如下。

①怠速時　IDL觸點處于ON（閉合）狀態(tài)，即可檢測出怠速狀態(tài)。同時，在發(fā)動機轉速高時，如該觸點閉合（ON），ECU將判斷為減速狀態(tài)，進行“燃油噴射中斷”的控制。

②加速時　加速檢測觸點與印刷線路板的加速線路、ACC1和ACC2交替處于ON/OFF（閉合/打開）狀態(tài)。對在一定時間內的急加速，在信號檢出的同時，ECU進行非同步噴射控制，以提高加速油量。

③高負荷時　在節(jié)氣門打開一定程度的高負荷時，全負荷（功率）觸點（PSW）處于“ON”（閉合）狀態(tài)，即可檢測出高負荷狀態(tài)。

④減速時　加速檢測觸點處于“OFF”（打開）狀態(tài)，ECU不進行非同步噴射控制。

3.連接電路

觸點開關式節(jié)氣門位置傳感器與ECU的連接電路如圖2-6所示。

4.檢測

（1）一般性檢查

開關觸點式節(jié)氣門位置傳感器結構簡單，對其檢查時只需測量怠速觸電和功率觸點的通斷情況即可判定其好壞；在節(jié)氣門全閉時怠速觸點應閉合，節(jié)氣門略打開一點即斷開。在節(jié)氣門開度小于50°時，功率觸點應斷開，節(jié)氣門開度超過50°時應閉合。

（2）檢測電源電壓

觸點開關式節(jié)氣門位置傳感器的電源電壓檢測如圖2-7所示。檢測時應拔下傳感器插頭，用萬用表電壓擋測量線束插接器中可動觸點（TL端子）的電源電壓，應為12V，否則應檢查線路是否斷路。

（3）檢測輸出信號電壓

檢測時，傳感器應正常連接，接通點火開關，輸出的信號電壓應為高電平或低電平，并且隨節(jié)氣門軸的轉動而交替變化（由低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”或由高電平“1”變?yōu)榈碗娖健?”）。

（4）檢測端子電阻

①檢查怠速端子電阻　拔下傳感器接線插頭，用萬用表的電阻擋測量怠速端子（IDL）與可動端子（TL）之間的電阻，其電阻值應為0。轉動節(jié)氣門軸約40°，其電阻值應為∞，如圖2-8所示。

②檢測全開觸點端子電阻　拔下傳感器接線插頭，用萬用表的電阻擋測量傳感器的全開觸點端子（PSW）與可動端子（TL）之間的電阻值，其電阻值應為∞，如圖2-9所示。轉動節(jié)氣門軸約55°，電阻值應為0。

三、可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器

1.結構

可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器也叫線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器，其結構如圖2-10所示，由滑動觸點a、滑動觸點b、電阻器、節(jié)氣門軸、接線插頭組成。傳感器的兩個活動觸點與節(jié)氣門軸聯(lián)動，分別用于測量節(jié)氣門開度的滑動觸點a和用于確定節(jié)氣門全閉位置時的滑動觸點b。

2.工作原理

可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器的滑動觸點a可在電阻器上滑動，并與電阻器構成一電位計，利用電阻器電阻值的變化將節(jié)氣門的開度值轉化為一個線性電壓信號，并將此線性電壓信號輸入給電控單元（ECU），ECU根據(jù)此信號確定節(jié)氣門的開度，并對噴油量進行修正。而滑動觸點b則在節(jié)氣門全閉時與怠速觸點IDL接觸，用于提供怠速信號，并將此怠速信號輸入ECU，使ECU根據(jù)此信號來實現(xiàn)斷油及點火提前角的控制。傳感器的輸出特性如圖2-11所示。

3.連接電路

可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器與ECU的連接電路如圖2-12所示。

由圖2-12可知，傳感器內部的電阻r的兩端加有從ECU輸送來的5V電壓，動觸點α根據(jù)節(jié)氣門開度的狀況在電阻r上滑動，從而改變ECU的UTA端子的電壓。UTA端子的電壓信號是模擬信號，須經A/D轉換器變成數(shù)字信號，再輸入到微機中去。

當節(jié)氣門全閉時，IDL觸點接通，IDL端子的電位變?yōu)?，這一信號傳輸給ECU。ECU根據(jù)UTA端子和IDL端子傳來的信號之后，判斷出車輛的行駛狀態(tài)，修正過渡時期的空燃比，或是減少燃油供給，或是進行怠速穩(wěn)定修正。

4.檢測

可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器的常見故障一般為怠速觸頭或電位計可動觸頭接觸不良，或電位計電阻值不夠準確，容易造成發(fā)動機怠速不穩(wěn)或無怠速、加速性能不良、加速性能時好時壞。故障機理：怠速觸頭或電位計可動觸頭接觸不良，或電位計電阻值不夠準確，從而使ECU不能接收到怠速信號或接收到的節(jié)氣門開度信號不準及節(jié)氣門開度信號時斷時通等。

這里以豐田皇冠3.0轎車的可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器為例對此類型傳感器的檢測方法進行介紹。豐田皇冠3.0轎車的可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器與ECU的連接如圖2-13所示。

（1）電壓測量

重新插好導線連接器，打開點火開關，用萬用表測量IDL-E2、UC-E2、UTA-E2間的電壓值，標準值見表2-3。

（2）電阻測量

①測量怠速端子電阻　關閉點火開關，拔下節(jié)氣門位置傳感器導線連接器，用萬用表的電阻擋檢查導線連接器上IDL觸點的導通情況，如圖2-14所示。當節(jié)氣門全關閉時，IDL-E2端子間應導通，電阻為0；當節(jié)氣門打開時，IDL-E2端子間不導通，電阻應為∞；否則應更換節(jié)氣門位置傳感器。

②測量其他端子電阻　關閉點火開關，拔下節(jié)氣門位置傳感器導線連接器，用萬用表電阻擋測量UTA與E2端子間電阻，其電阻值應隨節(jié)氣門開度的增大而呈線性增大，如圖2-15所示。

在節(jié)氣門限位螺釘和限位桿之間插入不同厚度的厚薄規(guī)片，用萬用表電阻擋測量傳感器導線連接器上各端子間的電阻，其電阻值應符合表2-4中列出的規(guī)定值。

5.調整

使用起子松開節(jié)氣門位置傳感器的兩個固定螺釘，如圖2-16所示。在限位螺釘和限位桿之間插入0.50mm厚薄規(guī)片，同時用萬用表檢查IDL與E2的導通情況，如圖2-17所示。逆時針轉動節(jié)氣門位置傳感器，使怠速觸點斷開，然后再順時針方向慢慢轉動節(jié)氣門位置傳感器，直到怠速觸點閉合為止，這時萬用表的電阻擋有讀數(shù)顯示，再擰緊兩個固定螺釘。其次用0.45mm的厚薄規(guī)片先后插入限位螺釘和限位桿之間，測量IDL和E2之間的導通情況。當用0.45mm厚薄規(guī)片時，IDL和E2端子間應導通。最后用0.55mm的厚薄規(guī)片先后插入限位螺釘和限位桿之間，測量IDL和E2之間的導通情況。當用0.55mm厚薄規(guī)片時，IDL和E2端子間應不導通。上述兩種情況，若有一種不符，則應再次調整節(jié)氣門位置傳感器。

6.更換

①將節(jié)氣門開度保持在45°左右。

②擰下節(jié)氣門位置傳感器的兩個固定螺釘，拆下節(jié)氣門位置傳感器。

③將新的節(jié)氣門位置傳感器的芯軸轉到底，然后裝到節(jié)氣門軸上，擰緊兩個固定螺釘。

④重新調整節(jié)氣門位置傳感器。

四、霍爾式節(jié)氣門位置傳感器

1.結構

雙霍爾式線性節(jié)氣門位置傳感器廣泛用于三菱和豐田轎車上。

位于節(jié)氣門體的節(jié)氣門位置傳感器的功能是測量節(jié)氣門的位置，向發(fā)動機ECU輸出與節(jié)氣門軸轉角成正比的電壓信號。根據(jù)該傳感器輸出的電壓，發(fā)動機ECU控制節(jié)氣門控制伺服電機進行反饋控制。

非接觸式的霍爾傳感器包括一個固定在踏板軸上的永磁鐵、一個輸出電壓與磁通量成正比的線性霍爾集成電路、一個有效地將永磁鐵的磁通量轉入霍爾集成電路的定子。構造如圖2-18所示。

2.工作原理

這里以豐田車上的雙霍爾式線性節(jié)氣門位置傳感器為例介紹霍爾式線性節(jié)氣門位置傳感器工作原理。

當節(jié)氣門全閉時，即如圖2-19（a）所示，磁場方向向上，流入霍爾集成電路的磁通量最大，此時，節(jié)氣門位置傳感器電壓輸出最小。當節(jié)氣門全開時，如圖2-19（c）所示，磁場方向反向向下，流入霍爾集成電路的磁通量最大，此時，節(jié)氣門位置傳感器電壓輸出最大。當節(jié)氣門半開時，即如圖2-19（b）所示，磁通量為零，節(jié)氣門位置傳感器輸出電壓在中間值。節(jié)氣門位置傳感器通過兩個系統(tǒng)（主、副）輸出，這就提高了系統(tǒng)測量故障的準確性，增強了故障保護功能，確保了可靠性。

圖2-20所示是豐田凱美瑞（混合動力版）雙霍爾式線性節(jié)氣門位置傳感器輸出特性曲線。

節(jié)氣門位置傳感器有兩個傳感器電路VTA和VTA2，各傳送一個信號。VTA用于檢測節(jié)氣門開度，VTA2用于檢測VTA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，并且傳輸至混合動力車輛控制ECU的端子VTA。

節(jié)氣門關閉時，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。混合動力車輛控制ECU根據(jù)這些信號來計算節(jié)氣門開度并響應駕駛員輸入來控制節(jié)氣門執(zhí)行器。這些信號同時也用來計算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切斷控制。

混合動力車輛失效保護功能如下。

存儲這些DTC中的任何一個和與電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)故障有關的其他DTC時，混合動力車輛控制ECU進入失效保護模式。在失效保護模式下，混合動力車輛控制ECU切斷流向節(jié)氣門執(zhí)行器的電流，且節(jié)氣門在回位彈簧的作用下恢復到6.5°節(jié)氣門位置。混合動力車輛控制ECU停止發(fā)動機，可僅使用混合動力系統(tǒng)駕駛車輛。如果平穩(wěn)而緩慢地踩下加速踏板，車輛會緩慢行駛。

失效保護模式一直運行，直至檢測到通過條件并且隨后電源開關置于OFF位置。

3.連接電路

圖2-21和圖2-22所示分別是豐田轎車和三菱轎車上的霍爾式節(jié)氣門位置傳感器與ECU的連接電路。

4.檢測

這里以三菱轎車霍爾式節(jié)氣門位置傳感器為例介紹檢測方法。

（1）電壓測量

①測量輸入電壓　關閉點火開關，斷開節(jié)氣門位置傳感器插頭，打開點火開關，用萬用表的電壓擋測量線束側5#端子，檢查是否有5V電壓輸入。如果沒有，應檢查傳感器5#端子與ECU C-113中的106#端子是否導通，如果不導通，檢查線路線束，如果導通，說明ECU沒有5V電壓輸出，應更換ECU。

②測量輸出電壓　由于在使用萬用表檢測輸出電壓時，需要配備專用線束三通接頭，或刺破信號線，因此，三菱公司推薦使用其專用解碼器MUT-Ⅲ，通過讀取數(shù)據(jù)流從而進行輸出電壓的檢測。

將點火開關置于“ON”，應用MUT-Ⅲ，斷開進氣軟管，用手慢慢打開節(jié)氣門，從數(shù)據(jù)流讀出14項節(jié)氣門位置傳感器（副）和79項節(jié)氣門位置傳感器（主）的電壓數(shù)值，看電壓數(shù)值是否可以隨節(jié)氣門的打開而同步變大，如果變化不同步或中間有斷點，則節(jié)氣門位置傳感器線路或本體有故障。有關節(jié)氣門位置傳感器的數(shù)據(jù)流見表2-5。

③測量搭鐵　關閉點火開關，斷開節(jié)氣門位置傳感器插頭，打開點火開關，用萬用表的電壓擋測量線束側3#端子與蓄電池負極是否導通。正常情況下，應該導通，如果不導通，應檢查線路、接頭、ECU。

（2）電控節(jié)氣門系統(tǒng)的初始化

在更換新的節(jié)氣門體后，或由于節(jié)氣門閥片區(qū)有油污被清潔后，都要進行節(jié)氣門的學習，進行初始化，方法如下。

①啟動發(fā)動機，進行暖機，使發(fā)動機水溫達到80℃以上。若發(fā)動機水溫就在80℃以上，則不必進行暖機。

②將點火開關置于“ON”位置。

③把點火開關旋回至“LOCK”位置，停止發(fā)動機運轉。

④在“LOCK”位置停止10s，然后再次啟動發(fā)動機，使發(fā)動機怠速運轉。

⑤10min后，在變速箱“N”擋，燈類及散熱器冷卻風扇等電器附件全關條件下，檢查發(fā)動機怠速是否正常。如怠速正常，說明節(jié)氣門自學習后節(jié)氣門位置適當，怠速節(jié)氣門開度正常。至此，節(jié)氣門學習 完成。反之，如怠速不正常，節(jié)氣門需按上述過程重新進行學習操作。