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位置傳感器

圖解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)13:節(jié)氣門位置傳感器

發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:444

1.節(jié)氣門位置傳感器作用、分類與識(shí)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(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)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體上節(jié)氣門軸的一端,探測(cè)或監(jiān)測(cè)節(jié)氣門開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)。

圖解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)13-節(jié)氣門位置傳感器

(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(diǎn)開關(guān)式、滑動(dòng)電阻式、怠速開關(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(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(dòng)。

圖解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)13-節(jié)氣門位置傳感器

圖解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)13-節(jié)氣門位置傳感器

霍爾式節(jié)氣門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)氣門開度變化時(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。霍爾集成電路將磁通量產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào),并以節(jié)氣門位置信號(hào)的形式將其輸出至ECM。

節(jié)氣門位置傳感器有兩個(gè)傳感器電路:VTA1和VTA2,各自發(fā)射一個(gè)信號(hào)。VTA1用來檢測(cè)節(jié)氣門開度,VTA2用來檢測(cè)VTA1的故障。傳感器信號(hào)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(shí),傳感器輸出電壓降低;節(jié)氣門打開時(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(hào)同時(shí)也用來計(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)氣門位置傳感器電路如下圖所示。

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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(gè)插腳。插腳1和2為節(jié)氣門執(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:斷開節(jié)氣門體插接器E16,用萬用表測(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)火開關(guān),踩動(dòng)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。

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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(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。

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3.滑動(dòng)電阻式節(jié)氣門位置傳感器

(1)結(jié)構(gòu)

滑動(dòng)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(jì)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(dòng)電阻式節(jié)氣門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)氣門軸與觸點(diǎn)(或稱觸頭)聯(lián)動(dòng),節(jié)氣門轉(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)氣門位置傳感器。根據(jù)這個(gè)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。

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(2)傳感器檢測(cè)

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(dòng)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(hào)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(hào)電壓在怠速運(yùn)行時(shí)小于0.5V。節(jié)氣門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)氣門全開(WOT)時(shí)節(jié),氣門位置傳感器電壓應(yīng)增加到4V以上。

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節(jié)氣門位置傳感器檢測(cè)如下:

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

② 測(cè)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(cè)量節(jié)氣門體總成器信號(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)氣門傳感器。電阻應(yīng)在2.5~6.8kΩ間變動(dòng),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(duì)節(jié)氣門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)氣門傳感器。電壓應(yīng)在0.6~4.7V間變動(dòng),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(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。

圖解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)13-節(jié)氣門位置傳感器

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(gè)電位計(jì))的滑片與節(jié)氣門同軸。當(dāng)節(jié)氣門轉(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(gè)電位計(jì)是反相安裝,因此當(dāng)節(jié)氣門位置發(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)氣門位置傳感器輸出特性。

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日產(chǎn)天籟車系雙可變電阻式傳感器電路如下圖所示。

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發(fā)動(dòng)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(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)氣門位置傳感器的檢查(以日產(chǎn)天籟為例)如下:

打開點(diǎn)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(hào))、34(節(jié)氣門位置傳感器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)氣門體總成。

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4.開關(guān)觸點(diǎn)式節(jié)氣門位置傳感器

(1)結(jié)構(gòu)原理

開關(guān)觸點(diǎn)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(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)氣門同軸的凸輪控制活動(dòng)觸點(diǎn)(TL或E),使其隨節(jié)氣門的狀態(tài)將兩開關(guān)觸點(diǎn)分別開啟和閉合。當(dāng)節(jié)氣門處于全關(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)氣門打開時(shí),怠速觸點(diǎn)打開,ECU根據(jù)這一信號(hào)進(jìn)行從怠速到小負(fù)荷的過渡工況的發(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(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。

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汽車傳感器入門到精通全圖解》 化學(xué)工業(yè)出版社 主編:于海東

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