发动机电控技术中的节气门位置传感器

一、任务分析

节气门位置传感器主要测量节气门开度大小的装置，反映发动机的运行工况。本任务主要学习触点式、可变电阻式、综合式节气门位置传感器的结构与工作原理。通过任务的学习掌握节气门位置传感器各端子的检测方法，判断节气门位置传感器是否损坏。

二、相关知识

节气门位置传感器(TPS)的作用是把汽油机运转过程中的节气门开度转换成电信号。该信号输入ECU后用于判别发动机工况(怠速工况、加速工况、减速工况、小负荷工况、大负荷工况等)，并根据发动机不同工况对可燃混合气浓度的需求来控制喷油时间。另外，在采用自动变速器的汽车上，节气门位置传感器信号还用于确定变速器换挡时刻和变矩器锁止时刻。

节气门位置传感器安装在节气门体上节气门轴的一端，通过节气门轴带动其内部的电刷、触点转动，从而把节气门开度转化为电信号输出。常见的节气门位置传感器有触点式、可变电阻式、综合式三种。

(一)触点式节气门位置传感器

触点式节气门位置传感器由怠速触点(IDL)、全负荷触点(PSW)、活动触点TL(或E)、节气门轴等组成，如图2-43所示。由一个和节气门同轴的凸轮控制两个触点的开启和关闭。当节气门处于全关闭的位置时，怠速触点IDL闭合，ECU根据怠速开关的闭合信号判定发动机处于怠速工况，从而按怠速工况的要求控制喷油量;当节气门打开时，怠速触点打开，ECU根据这一信号进行从怠速到小负荷的过渡工况的喷油控制;全负荷触点在节气门由全闭位置到中小开度范围内一直处于开启状态，当节气门打开至一定角度的位置时，全负荷触点开始闭合，向ECU送出发动机处于全负荷运转工况的信号，ECU根据此信号进行全负荷加浓控制。丰田IG—EU发动机采用的是触点式节气门位置传感器，它与ECU的连接线路如图2-44所示。

图2-43 触点式节气门位置传感器

1—线束插接器;2—活动触点;3—全负荷触点;4—怠速触点;5—控制臂;6—节气门轴;7—凸轮;8—槽

图2-44 触点式节气门位置传感器的电路

(二)可变电阻式节气门位置传感器

可变电阻式节气门位置传感器的结构如图2-45所示。可变电阻式节气门位置传感器由滑动电刷、电阻片组成。节气门轴带动滑动电刷在电阻片上滑动，从而将节气门开度的变化转变为电阻阻值的变化。这种节气门位置传感器可以产生表示节气门从全闭到全开所有开启角度的连续变化信号以及表示节气门开度变化速率的信号。

可变电阻式节气门位置传感器电路图如图2-46所示。由ECU端子6向节气门位置传感器提供5V的工作电压，再由端子4搭铁。节气门位置传感器信号通过端子22输入ECU。

图2-45 可变电阻式节气门位置传感器

1—工作电源;2—输出电压;3—接地

图2-46 可变电阻式节气门位置传感器电路图

(三)综合式节气门位置传感器

综合式节气门位置传感器由一个怠速开关触点和可变电阻组成，结构如图2-47(a)所示。当节气门处于怠速开度时，怠速触点(IDL)闭合。ECU根据该信号除了可以确定怠速状态外，还可以在节气门位置传感器安装位置变化、电阻阻值有误差等情况下，作为ECU校正节气门开度信号值的基准点。综合式节气门位置传感器电路如图2-47(b)所示。节气门位置传感器从ECU的端子VC获得5V工作电源，再由ECU的端子E2搭铁。端子VTA为节气门位置传感器信号输入端，怠速触点端子IDL为怠速信号输入端。当节气门打开后，端子IDL对端子E2应有12V电压。

三、任务实施

(一)教学设备

(1)丰田IG—EU发动机、皇冠3.0发动机实验台或轿车;

(2)万用表、诊断仪、示波器;

图2-47 综合式节气门位置传感器

1—可变电阻滑动触点;2—电源电压输入端子;3—绝缘体;4—节气门轴;5—怠速触点

(3)触点式节气门位置传感器、综合式节气门位置传感器。

(二)节气门位置传感器的检修

1. 触点式节气门位置传感器的检测

以丰田IG—EU发动机触点式节气门位置传感器为例进行介绍。(www.xing528.com)

点火开关置于“OFF”位置，拔下节气门位置传感器连接线，在节气门限位螺钉和限位杆之间插入适当厚度的厚薄规，用万用表欧姆挡在节气门位置传感器连接器上测量怠速触点和全负荷触点的导通情况，如表2-7所示。

当节气门全闭时，怠速触点IDL应导通;当节气门全开或接近全开时，全负荷触点PWS应导通;在其他开度下，两触点均应不导通，否则，更换节气门位置传感器。

表2-7 节气门位置传感器端子间导通性检查要求

2. 综合式节气门位置传感器的检测

以皇冠3.0轿车综合式节气门位置传感器为例，介绍节气门位置传感器的检测方法。

1. 用万用表检测

(1)怠速触点检测。

点火开关置于“OFF”位置，拆开节气门位置传感器的线束插接器，用万用表Ω挡测量传感器线束插接器的IDL端子与E2端子导通情况。当节气门全闭时，IDL端子与E2端子应导通(电阻为0Ω);当节气门在任意开启位置时，IDL端子与E2端子间应不导通(电阻为∞)。否则应更换节气门位置传感器。

(2)电阻检测。

点火开关置于“OFF”位置，拆开节气门位置传感器的线束插接器，用万用表的Ω挡测量传感器线束插接器的VTA端子与E2端子之间的电阻，该电阻应能随节气门开度增大而呈正比增大。

在节气门限位螺钉和限位杆之间插入适当厚度的塞尺，用万用表电阻挡测量传感器线束插接器各端子之间的电阻，电阻值应符合标准(见表2-8)。

表2-8 综合式节气门位置传感器电阻检测标准(皇冠3.0轿车)

(3)电压检测。

连接好传感器的线束插接器，将点火开关置于“ON”位置，用万用表电压挡在ECU侧分别测量端子IDL与E2、VC与E2、VTA与E2之间的电压。电压值应符合标准(见表2-9)。

表2-9 综合式节气门位置传感器电压检测标准(皇冠3.0轿车)

(4)调整。

松开传感器的固定螺钉，在节气门限位螺钉和限位杆之间插入0.50mm的塞尺，并用万用表Ω挡测量传感器端子IDL与E2之间的导通情况，先逆时针转动传感器使端子IDL和E2之间不导通(万用表读数为∞)，再顺时针转动传感器直到端子IDL和E2之间导通(万用表有读数显示)时，然后拧紧传感器固定螺钉。最后分别用0.45mm或0.55mm的塞尺，再检查端子IDL和E2之间的导通情况，当塞尺为0.45mm时，端子IDL与E2之间应导通;当塞尺为0.55mm时，端子IDL和E2之间应不导通。否则，应重新调整节气门位置传感器。

2. 诊断仪检测

采用诊断仪检测节气门位置信号的数据流，直接显示信号电压和节气门开度，如图2-48所示。

图2-48 节气门位置传感器数据流

3. 示波器检测

当怀疑节气门位置传感器有故障是，可利用示波器测试节气门位置传感器波形。把示波器的负极检测探针连接到节气门位置传感器的负极搭铁线、发动机的缸体或蓄电池负极接线柱上，把示波器的正极检测探针连接到传感器的信号输出端子上。测试时，打开点火开关，但不要起动发动机，用均匀的速度慢慢打开节气门，保持一定开度后，再以同样的速度慢慢关闭节气门，此时传感器应输出理想的波形，如图2-49所示。

图2-49 节气门位置传感器信号波形

四、检查与评估

本次课程主要依据表2-10考核学生对任务的完成情况。

表2-10 节气门位置传感器考核卡

续表