詳細(xì)解說(shuō)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)節(jié)氣門(mén)位置傳感器

     1.節(jié)氣門(mén)位置傳感器作用、分類與識(shí)別

（1）作用

節(jié)氣門(mén)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(dòng)機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)和電控自動(dòng)變速器系統(tǒng)。節(jié)氣門(mén)位置傳感器安裝在節(jié)氣門(mén)體上節(jié)氣門(mén)軸的一端，探測(cè)或監(jiān)測(cè)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的大小和變化的快慢，并把位置信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后輸入電控單元。用于判別發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況，從而控制不同的噴油量和點(diǎn)火正時(shí)。在裝備電子控制自動(dòng)變速器的汽車上，節(jié)氣門(mén)位置傳感器信號(hào)是變速器換擋和變矩器鎖止時(shí)的主要信號(hào)。

（2）節(jié)氣門(mén)位置傳感器的類型

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

目前發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)主要采用的節(jié)氣門(mén)位置傳感器有霍爾元件式和雙滑動(dòng)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(dòng)電阻器式。

2.霍爾式節(jié)氣門(mén)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(dòng)力車型（發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)6AR-FSE）采用了非接觸式雙霍爾元件式節(jié)氣門(mén)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(mén)軸上，并可以繞霍爾元件轉(zhuǎn)動(dòng)。

霍爾式節(jié)氣門(mén)位置傳感器的控制電路及信號(hào)輸出的特性如上圖所示。當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化時(shí)，磁鐵隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變了與霍爾元件之間的相對(duì)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(hào)，并以節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)的形式將其輸出至ECM。

節(jié)氣門(mén)位置傳感器有兩個(gè)傳感器電路：VTA1和VTA2，各自發(fā)射一個(gè)信號(hào)。VTA1用來(lái)檢測(cè)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，VTA2用來(lái)檢測(cè)VTA1的故障。傳感器信號(hào)電壓與節(jié)氣門(mén)開(kāi)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(mén)關(guān)閉時(shí)，傳感器輸出電壓降低；節(jié)氣門(mén)打開(kāi)時(shí)，傳感器輸出電壓升高。ECM根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，并控制節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器來(lái)響應(yīng)駕駛員輸入。這些信號(hào)同時(shí)也用來(lái)計(jì)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(dòng)力版節(jié)氣門(mén)位置傳感器電路如下圖所示。

節(jié)氣門(mén)位置傳感器集成在節(jié)氣門(mén)體總成E16內(nèi)。E16有6個(gè)插腳。插腳1和2為節(jié)氣門(mén)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)控制端口。插腳6和4分別輸出節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)VTA1和VTA2到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元端口E81（F）的122#和88#。插腳5是來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元121#提供的VCTA 5V 參考電壓；插腳3通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元120# 接地。

（3）檢測(cè)

① 檢查傳感器供電：斷開(kāi)節(jié)氣門(mén)體插接器E16，用萬(wàn)用表測(cè)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(hào)電壓：連接故障診斷儀，接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，踩動(dòng)加速踏板，并讀取節(jié)氣門(mén)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(kāi)節(jié)氣門(mén)體插接器E16和發(fā)動(dòng)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(dòng)電阻式節(jié)氣門(mén)位置傳感器

（1）結(jié)構(gòu)

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

滑動(dòng)電阻式節(jié)氣門(mén)位置傳感器為三線式傳感器，其中兩個(gè)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(dòng)機(jī)ECU提供5V電壓，第三個(gè)針腳連接于滑動(dòng)觸點(diǎn)。節(jié)氣門(mén)軸與觸點(diǎn)（或稱觸頭）聯(lián)動(dòng)，節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)可在電阻上移動(dòng)，引起滑動(dòng)觸點(diǎn)電位的變化，利用電阻的變化將節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓值，如下圖所示。因?yàn)檫@個(gè)電壓呈線性變化，所以也稱為線性輸出式節(jié)氣門(mén)位置傳感器。根據(jù)這個(gè)線性電壓值，ECU可感知節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，使ECU進(jìn)行噴油量修正。

（2）傳感器檢測(cè)

2013款別克凱越車系節(jié)氣門(mén)位置傳感器電路如下圖所示。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊給節(jié)氣門(mén)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(mén)位置傳感器所提供的信號(hào)電壓隨節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的變化而變化。節(jié)氣門(mén)位置傳感器信號(hào)電壓在怠速運(yùn)行時(shí)小于0.5V。節(jié)氣門(mén)位置傳感器電壓在怠速運(yùn)行時(shí)一般接近0V，但可能高達(dá)0.5V。在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)（WOT）時(shí)節(jié)，氣門(mén)位置傳感器電壓應(yīng)增加到4V以上。

節(jié)氣門(mén)位置傳感器檢測(cè)如下：

① 關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)節(jié)氣門(mén)體總成上的線束接頭。

② 測(cè)量節(jié)氣門(mén)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(mén)體總成。

③ 測(cè)量節(jié)氣門(mén)體總成器信號(hào)端子3#與低壓參考端字1#之間的電阻。在全范圍內(nèi)檢測(cè)節(jié)氣門(mén)傳感器。電阻應(yīng)在2.5～6.8kΩ間變動(dòng)，并無(wú)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(mén)體總成。

④ 用5V電壓和接地對(duì)節(jié)氣門(mén)傳感器的適用端端子進(jìn)行連接，檢測(cè)信號(hào)端子與低壓參考端子間的電壓。在全范圍內(nèi)檢測(cè)節(jié)氣門(mén)傳感器。電壓應(yīng)在0.6~4.7V間變動(dòng)，并無(wú)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(mén)體總成。

（3）雙可變電阻式節(jié)氣門(mén)位置傳感器

雙可變電阻式節(jié)氣門(mén)位置傳感器中兩個(gè)傳感器一般組合安裝，當(dāng)一個(gè)傳感器發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)被識(shí)別，增加了系統(tǒng)的可靠性。從兩個(gè)傳感器輸出信號(hào)的變化關(guān)系來(lái)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(mén)位置傳感器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路如下圖所示。

節(jié)氣門(mén)軸上的雙軌道節(jié)氣門(mén)位置傳感器用來(lái)監(jiān)控節(jié)氣門(mén)準(zhǔn)確開(kāi)度，節(jié)氣門(mén)位置傳感器（兩個(gè)電位計(jì)）的滑片與節(jié)氣門(mén)同軸。當(dāng)節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電位計(jì)滑片同步轉(zhuǎn)動(dòng)。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(hào)。電位計(jì)的輸出電壓隨節(jié)氣門(mén)的位置變化而改變，可使控制單元準(zhǔn)確知道節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度。由于兩個(gè)電位計(jì)是反相安裝，因此當(dāng)節(jié)氣門(mén)位置發(fā)生變化時(shí)，兩路信號(hào)電壓均線性變化，其中一個(gè)增加，同時(shí)另一個(gè)減小。下圖是日產(chǎn)車系節(jié)氣門(mén)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(dòng)機(jī)控制單元ECM通過(guò)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(guò)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(mén)位置信號(hào)分別送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的33# 端、36#端。

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

打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，將換擋桿換到D擋（A/T）或1擋（M/T），使用萬(wàn)用表電壓擋分別檢查ECM的端口33（節(jié)氣門(mén)位置傳感器1#端的信號(hào)）、34（節(jié)氣門(mén)位置傳感器2#端的信號(hào)）在加速踏板不同狀態(tài)時(shí)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(mén)體總成。

4.開(kāi)關(guān)觸電式節(jié)氣門(mén)位置傳感器

（1）結(jié)構(gòu)原理

開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)式節(jié)氣門(mén)位置傳感器又稱為節(jié)氣門(mén)開(kāi)關(guān)。它有兩副觸點(diǎn)，分別為怠速觸點(diǎn)（IDL）和大負(fù)荷觸點(diǎn)（PSW）。下圖中有一個(gè)和節(jié)氣門(mén)同軸的凸輪控制活動(dòng)觸點(diǎn)（TL或E），使其隨節(jié)氣門(mén)的狀態(tài)將兩開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)分別開(kāi)啟和閉合。當(dāng)節(jié)氣門(mén)處于全關(guān)閉的位置時(shí)，怠速觸點(diǎn)IDL與活動(dòng)觸點(diǎn)TL或E相連，ECU根據(jù)怠速這一信號(hào)判定發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況，從而按怠速工況的要求控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)節(jié)氣門(mén)打開(kāi)時(shí)，怠速觸點(diǎn)打開(kāi)，ECU根據(jù)這一信號(hào)進(jìn)行從怠速到小負(fù)荷的過(guò)渡工況的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制；大負(fù)荷觸點(diǎn)在節(jié)氣門(mén)由全閉位置到中小開(kāi)度范圍內(nèi)一直處于斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)節(jié)氣門(mén)打開(kāi)至一定角度的位置時(shí)，大負(fù)荷觸點(diǎn)與活動(dòng)觸點(diǎn)TL或E相連，向ECU送出發(fā)動(dòng)機(jī)處于全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)工況的信號(hào)，ECU根據(jù)此信號(hào)進(jìn)行全負(fù)荷加濃控制。