13学生手册Word下载.docx

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传统的拉索控制式节气门配备的节气门位置传感器，按总体结构分为触点开关式、滑动电阻式、怠速开关与滑动电阻整合的综合式。

新型的智能电子节气门控制系统所用的节气门位置传感器常见的有双滑动电阻式和线性双霍尔式两种。

1.3.3触点开关式节气门位置传感器结构与原理

1．结构与组成

触点开关式节气门位置传感器主要由节气门轴、大负荷触点（PSW）、怠速触点（IDL）和接线插接器组成，其结构如图1所示。

凸轮与节气门轴同轴转动，控制怠速触点和全负荷触点的开启与闭合，节气门轴随油门开度的大小而转动。

图1触点开关式节气门位置传感器结构

2．原理

（1）怠速和减速

如图2所示，当节气门关闭时，传感器的怠速触点IDL闭合，全开触点PSW断开，怠速触点IDL输出端子输出一个低电平信号“0”，全开触点PSW输出端子输出一个高电平信号“1”。

图2怠速状态

电控单元接收到节气门位置传感器的信TPS输入的这两个电压信号时，如果车速传感器输入电控单元的信号表示车速为0，那么电控单元便可根据这两个信号判定发动机处于怠速状态，并控制喷油器增加喷油量，保证发动机怠速转速稳定而不致熄火；

如果此时车速传感器输入ECU的信号表示车速不为0，那么ECU便可以根据这两个信号判定发动机处于减速状态，从而控制喷油器停止喷油，以减少排放量和提高经济性。

（2）加速

当节气门开度逐渐增大时，凸轮随节气门轴转动并将怠速触点IDL顶开，从而使怠速触点处于断开状态，但由于此时全开触点PSW也处于断开状态，因此怠速触点IDL端子输出高电平信号“1”，功率触点PSW端子也输出高电平信号“1”。

ECU接收到两个高电平信号时，便可判定发动机处于部分负荷状态，此时ECU再根据空气流量传感器信号和曲轴转速信号计算确定喷油量，保证发动机的经济性和排放性能。

（3）大负荷

当节气门接近全部开启（80%以上负荷）时，凸轮转动使全开触点PSW闭合，此时PSW端子输出一个低电平信号“0”，而IDL端子仍处于断开状态，从而输出一个高电平信号“1”，见图3。

ECU接收到这两个信号时，便可判定发动机处于大负荷运行状态，从而控制喷油器增加喷油量，保证发动机输出足够的动力。

图3大负荷状态

当节气门全开时，ECU将控制系统进入开环控制模式，此时不采用氧传感器信号，如果此时汽车空调在工作，ECU将中断空调主继电器信号约15S（不同车型中断时间不同），以便切断空调电磁离合器的线圈电流，使空调压缩机停止工作，增大发动机输出功率，提高汽车的动力性。

1为检测发动机的加减速状况，在部分发动机的节气门位置传感器上还增加了Acc1和Acc2信号输出触点，如图4，怠速时，IDL触点处于ON（闭合）状态，计科检测出怠速状态。

同时，在发动机转速高时，如该触点闭合（ON），ECU将判断为减速状态，进行“燃油喷射中断”的控制。

2加速时，加速检测接点与印刷线路板的加速线路、Acc1和Acc2交替处于ON/OFF（闭合/打开）状态。

对在一定时间内的急加速，在信号检出的同时，ECU进行非同步喷射控制，以提高加速油量。

3高负荷时，全开（功率）接点（PSW）处于“ON”（闭合）状态，即可检测出高负荷状态。

4减速时，加减速检测接点处于“OFF”（打开）状态，ECU不进行非同步喷射控制。

连接电路如图4。

图4怠速状态

1.3.4可变电阻式节气门位置传感器结构与原理

可变电阻式节气门位置传感器也叫线性输出型节气门位置传感器，其结构如图5所示。

由滑动触点a、滑动触点b、电阻器、节气门轴、接线插头组成。

传感器的两个活动触点与节气门轴联动，分别用于测量节气门开度的滑动触点a和用于确定节气门全闭位置时的滑动触点b。

图5可变电阻式节气门位置传感器的结构

可变电阻式节气门位置传感器的滑动触点a可在电阻器上滑动，并于电阻器构成一电位计，利用电阻器电阻值的变化将节气门的开度值转化为一个线性电压信号，并将此线性电压信号输入给电控单元（ECU），ECU根据此信号确定节气门的开度，并对喷油量进行修整。

而滑动触点b则在节气门全闭时与怠速触点IDL接触，用于提供怠速信号，并将此怠速信号输入ECU，使ECU根据此信号来实现断油及点火提前角的控制，传感器的输出特性如图6所示。

图6可变电阻式节气门位置传感器输出特性

图7可变电阻式节气门位置传感器与ECU的连接电路

可变电阻式节气门位置传感器与ECU的连接电路如图7所示

由图7可知，传感器内部的电阻r的两端加有从ECU输送来的5V电压，动触点α根据节气门开度的状况在电阻r上滑动，从而改变ECU的UTA端子的电压，UTA端子的电压信号是模拟信号，须经A/D转换器变成数字信号，再输入到微机中去。

当节气门全闭时，IDL触点接通，IDL端子的电位变为0V，这一信号传输给ECU。

ECU根据UTA端子和IDL端子传来的信号之后，判断出车辆的行驶状态，修正过渡时期的空燃比，或是减少燃油供给，或是进行怠速稳定修正。

【拓展阅读】

1.3.5霍尔式节气门位置传感器

双霍尔式线性节气门位置传感器广泛用于三菱和丰田轿车上。

位于节气门体的节气门位置传感器的功能是测量节气门的位置，向发动机ECU输出与节气门轴转角成正比的电压信号。

根据该传感器输出的电压，发动机ECU控制节气门伺服电机进行反馈控制。

非接触式的霍尔传感器包括一个固定在踏板轴上的永磁铁、一个输出电压与磁通量成正比的线性霍尔集成电路，一个有效地将永磁铁的磁通量转入霍尔集成电路的定子，构造如图8所示。

图8双霍尔式线性节气门位置传感器

当节气门全闭时，即如图9a所示，磁场方向向上，流入霍尔集成电路的磁通量最大，此时，节气门位置传感器电压输出最小。

当节气门全开时，如图9c所示，磁场方向反向向下，流入霍尔集成电路的磁通量最大。

此时节气门位置传感器电压输出最大。

当节气门半开时，即如图9b所示，磁通量为零。

节气门位置传感器输出电压在中间值。

节气门位置传感器通过两个系统（主、副）输出，这就提高了系统测量故障的准确性，增强了故障保护功能，确保了可靠性。

图9霍尔式节气门位置传感器的工作原理

双霍尔式节气门位置传感器有两个传感器电路VTA和VTA2，各传送一个信号。

VTA用于检测节气门开度，VTA2用于检测VTA的故障。

传感器信号电压与节气门开度成比例。

这些信号同时也用来计算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切断控制。

如图10所示

图10双霍尔式节气门位置传感器电路和输出特性

【实践技能】

1.3.6节气门位置传感器故障分析

下面以丰田花冠EX轿车，1ZR-FE发动机所采用的双霍尔式节气门位置传感器为例，讲述该传感器的检修过程。

1、故障点分析

2、故障现象

当节气门位置传感器相关电路发生故障时，故障的可能部位是外部线路故障、传感器自身故障，或者是ECU故障等。

外部线路故障有断路、短路和虚接；

传感器自身故障有控制电路故障，输出或供电线路故障；

ECU故障主要是ECU不能正常提供传感器电源或不能正常搭铁等，图11为该传感器与ECU之间的连接电路。

图11双霍尔式节气门位置传感器电路图

1.3.7节气门位置传感器故障检修

1ZR-FE发动机采用的热线式空气流量传感器，图12所示为传感器与ECU之间的连接电路。

图12双霍尔式节气门位置传感器电路图

1、故障诊断流程：

故障诊断流程如图13所示

无

有

是

正常

不正常

图13故障诊断流程图

2、检测步骤

读取故障码，如果出现以下故障码

故障码

故障码检测条件

故障部位

P0120

节气门/踏板位置传感器/开关“A”电路故障

踩下油门踏板时，VTA1的输出电压快速波动

⏹节气门位置传感器

⏹ECU

P0122

节气门/踏板位置传感器/开关“A”电路低输入

踩下油门踏板时，VTA1的输出电压为0.2V或更低并持续2秒钟

⏹VTA1电路短路

⏹VC电路断路

P0123

节气门/踏板位置传感器/开关“A”电路高输入

踩下油门踏板时，VTA1的输出电压为4.535V或更高并持续2秒钟

⏹VTA1电路断路

⏹E2电路断路

⏹VC和VTA1电路之间短路

P0220

节气门/踏板位置传感器/开关“B”电路

踩下油门踏板时，VTA2的输出电压快速波动

P0222

节气门/踏板位置传感器/开关“B”电路低输入

踩下油门踏板时，VTA2的输出电压为1.75V或更低并持续2秒钟

⏹VTA2电路短路

P0223

节气门/踏板位置传感器/开关“B”电路高输入

踩下油门踏板时，VTA2的输出电压为4.8V或更高且VTA1在0.2V和2.02V之间达2秒钟

⏹VTA2电路断路

⏹VC和VTA2电路短路

P2135

节气门/踏板位置传感器/开关“A”/“B”电压相关性

满足条件（a）或（b）

（a）VTA1和VTA2的输出电压差为0.02V或更低达0.5秒或更长时间

（b）VTA1的输出电压为0.2V或更低且VTA2的输出电压为1.75V或更低达0.4秒钟或更长时间

⏹VTA1和VTA2电路之间短路

则按照故障码提示内容，对节气门位置传感器进行故障检修，具体实施步骤如下，

首先，读取1号节气门位置和2号节气门位置传感器的数据流，

然后，根据表格中的数据，转至A或B步骤：

正常异常

异常

输出未输出

此外，当输出故障码如下表所示

故障检测条件

P0121

节气门/踏板位置传感器/开关“A”电路范围/性能故障

VTA1和VTA2电压之差低于0.8V或高于1.6V达2秒钟

节气门位置传感器（内置于节气门位置传感器总成内）

如果输出故障码P0121，则更换节气门总成，如果输出其他故障码，则按照其他故障码的诊断流程来进行维修。

3、检查节气门位置传感器的电源电压（VC电压）；

如图14所示。

（1）检查步骤

⏹断开节气门体总成插接器

⏹将点火开关转到ON位置

⏹用万用表检查传感器B25线束的端子5（VC）与端子（E2）之间的电压

（2）标准电压：

4.5—5.5V

图14

图15

4、检查节气门位置传感器与ECU之间的线束和插接器；

如图15所示。

（1）检查线束开路

检查步骤：

⏹断开ECU插接器

⏹用万用表检查传感器B25的端子5（VC）与ECU（B31-67）之间的电阻

检查传感器B25的端子6（VTA1）与ECU的端子（B31-115）之间的电阻

检查传感器B25的端子4（VTA2）与ECU的端子（B31-114）之间的电阻

检查传感器B25的端子3（E2）与ECU的端子（B31-91）之间的电阻

标准电阻：

低于1Ω

（1）检查线束短路

⏹用万用表检查传感器B25的端子5（VC）或ECU的端子（B31-67）与车身搭铁之间的电阻

⏹检查传感器B25的端子6（VTA1）或ECU的端子（B31-115）与车身搭铁之间的电阻

⏹检查传感器B25的端子4（VTA2）或ECU的端子（B31-114）与车身搭铁之间的电阻

10KΩ或更高

5、初始化操作

如果更换了节气门体总成、拆装任何节气门组件、更换ECU后，一定要初始化操作

（1）从蓄电池负极端子上断开电缆，等待至少60S，然后重新连接电缆

（2）将点火开关转到ON位置时，不要操作加速踏板

（3）将智能检测仪连接到故障诊断插座，清除故障码

（4）起动发动机，检查并确认发动机暖机后空调关闭时，故障诊断灯不亮起且怠速转速在规定范围内（600-700r/min），所有附件关闭时，一定要执行此操作，并保证变速杆在N或P位

（5）进行主动测试，完全踩下加速踏板，然后检查并确认此值为60%或更大

（6）进行道路测试，确认无异常

【案例分析】

1.故障现象：

一辆丰田花冠EX型轿车，装用1ZR-FE发动机，采用节气门位置传感器（型号为BOSCH0280217121）,1999年1月生产，行驶里程3.5万公里。

踩下加速踏板后发动机转速不能立即升高，有迟滞现象，加速反应迟缓。

2.故障诊断与排除：

初步判断故障原因是混合气过浓，于是对发动机进行了如下检查。

（1）首先进行外部检查，发动机各部分部件齐全有效，线束连接器、导向及真空软管无松动，空气滤清器及进气管路无堵塞。

（2）进行故障自诊断，检查有故障码P0123节气门/踏板位置传感器/开关“A”电路高输入。

根据故障码提示，进行数据流的读取，发现当完全踩下油门踏板的时候，发现VC和VTA1端子之间的输出电压输出异常。

更换节气门位置传感器后，发动机怠速平稳，加速顺畅有力，排气管排烟正常。

3.故障原因分析：

加速不良的主要原因是空燃比不当，点火性能和密封性能变差

（1）混合气过稀，系统油压低，燃油泵工作不良，喷油器、燃油滤清器、进气管真空泄露等

（2）电子节气门系统故障

（3）空气流量计故障

（4）火花塞故障或高压火弱

（5）排气管有堵塞现象

【学习小结】

当节气门位置传感器及其相关电路发生故障时，ECU进入失效保护模式，在失效保护模式下，ECU切断通往节气门执行器的电流，并且节气门被回位弹簧拉回到开度6°

，然后，ECU根据油门踏板开度，通过控制燃油喷射（间歇性燃油切断）和点火正时以调整发动机输出，以确保车辆维持最低车速。

如果油门踏板被轻轻踩下，汽车会缓慢行驶。

失效保护模式一直运行，直到检测到通过条件并且发动机开关随之关闭。

节气门位置传感器正常状态数据流

检测仪显示

完全松开油门踏板

完全踩下油门踏板

VTA1

0.5至1.1V

3.3至4.9V

VTA2

2.1至3.1V

4.6至5.0V