汽车发动机电控系统-节气门位置传感器工作原理

（一）开关量输出型节气门位置传感器（三线）

开关量输出型节气门位置传感器又称为节气门开关位置传感器，其电阻器的转轴与节气门联动，线束连接器共有三个端子。中间的端子是供电端子（TL），两边的端子一个是怠速开关信号端子（IDL），另一个是大负荷开关信号端子（PSW）。如图3-3-4所示。

（二）线性输出型节气门位置传感器

线性输出型节气门位置传感器又叫可变电阻式或滑动电阻式节气门位置传感器。

线性输出型节气门位置传感器由一个线性电位计和一个怠速开关组成。共有四个端子，即E2为搭铁，IDL为怠速信号输出线，VTA为节气门信号输出线，VC为电源线。如图3-3-5所示。

图3-3-5　线性型TPS与ECU的连接电路

（三）霍尔式节气门位置传感器

1.霍尔式节气门位置传感器主要由霍尔元件和可绕其转动的磁铁制成的霍尔IC构成。磁铁安装在节气门轴的相同轴上，与节气门一起转动。如图3-3-6所示。

2. 霍尔式节气门位置传感器的工作原理。 如图3-3-7 所示，当节气门开度变化时，磁铁随之转动，从而改变了与霍尔元件之间的相对位置，因霍尔元件中的磁通量发生变化，所产生的霍耳电压也随之变化，IC电路将霍尔电压放大后即可作为节气门开度信号输送至ECU。

3.霍尔式节气门位置传感器的特性。霍尔式节气门位置传感器一般会输出两套信号，即VTA1和VTA2。其中，VTA1用于检测节气门开度，VTA2用于检测VTA1的故障。传感器信号电压与节气门开度成正比，在0和5V之间变化。ECU根据这些信号来计算节气门的开度，这些信号同时也用于计算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切断控制。如图3-3-7所示。

图3-3-6　霍尔式节气门位置传感器线路连接图

图3-3-7　霍尔式节气门位置传感器的工作原理图

4.霍尔式节气门位置传感器的优点：可以实现发动机全范围的最佳扭矩输出。

5.霍尔式节气门位置传感器的缺点：汽车在起步时会产生油门迟滞，成本高。

任务实施

节气门位置传感器的检测。

一、作业准备

请按照以下要求进行作业前的准备工作。

1.发动机舱防护罩三件套、驾驶室防护三件套、干净抹布。

2.检修实训车辆或发动机台架，相关汽车发动机维修手册（发动机控制部分）。

3.故障诊断仪（电脑检测仪）、万用表。

二、作业记录表

三、操作要求

1.发动机工作后温度较高，注意尽量要在冷车后再作业。

2.做到三不落地（油、水、工具）。

3.每一步检查都应对照维修手册电路图，做到思路清晰、明了。

4.操作认真仔细，以免造成设备损坏。

5.按5S管理程序安全操作。

四、检测流程及方法

（一）开关量输出型节气门位置（三线）检测

1.设备：丰田（1S-E和2S-E）汽车实训台架。

2.工具：通用工具一套、万用表、厚薄规、发动机舱防护罩“三件套”、座椅三件套、丰田汽车维修手册（电控部分）。

3.检测方法（重点参考丰田维修手册）如图3-3-8所示，就车检测。

（1）接通点火开关，用万用表电压挡在线束侧检查连接器供电端子上的电压，其电压应为蓄电池电压。

（2）关闭点火开关，拨开节气门线束连接器，用万用表电阻挡检查相关端子间的导通状况：当节气门处于全关闭的位置时，怠速触点IDL闭合，怠速开关信号端子与中间端子间应导通；当怠速开关开启，即怠速触点断开时，怠速开关信号端子与中间端子间应导通。当节气门开度小于57°（丰田1G-EU 车为55°），大负荷开关开启，即大负荷开关触点断开时，大负荷开关信号端子与中间端子间应不导通。当节气门开度大于57°，大负荷开关闭合，即大负荷开关触点接通时，大负荷开关信号端子与中间端子间应导通。如表3-3-1所示。

（3）如检查与上述规律不符，说明节气门位置传感器有故障，则应进行修理或更换。

图3-3-8　开关量输出型节气门位置传感器导通性检测图

表3-3-1　开关量输出型节气门位置传感器检测导通情况

（二）线性输出型节气门位置传感器检测(https://www.xing528.com)

1.设备：丰田皇冠3.0型轿车实训台架。

2.工具：通用工具、万用表、厚薄规。

3.检测内容：就车检测怠速触点导通情况、传感器电阻检测、传感器电压检测等。

4.检测方法。

（1）怠速触点导通情况：关闭点火开关，拔下节气门位置传感器导线连接器，用万用表的电阻挡检查导线连接器上IDL触点的导通情况，如图3-3-9所示。

图3-3-9　用万用表电阻挡测量电阻、电压挡测量电压

①当节气门全关闭时，IDL—E2端子间应导通，电阻为零。

②当节气门打开时，IDl—E2端子间不导通，电阻为无穷大。

③否则应更换节气门位置传感器。

（2）传感器电压检测。用万用表电压挡连接各连接器，测量各端子电压。数值如表3-3-2所示。

（3）传感器电阻检测，如表3-3-3 所示。

表3-3-2　传感器电压测量基准数值

表3-3-3　传感器电阻测量基准数值

若测量数据电阻和电压与表格数据不符，更换传感器；若线路故障，检修线路；若传感器和线路无故障，则更换或检修汽车电脑。

（三）霍尔式节气门位置传感器检测

丰田卡罗拉1ZR-FE 发动机采用了霍尔式节气门位置传感器，其控制电路如图3-3-6 所示。若电脑检测仪出现故障代码：P0120（VTA1 信号快速波动）、P0121（VTA1为节气门、踏板位置传感器/开关电路范围/性能故障）、P0122（VTA1信号电压过小）、P0123（VTA1 信号电压过大）、P0220（VTA2 信号快速波动）、P0222（VTA2信号电压过小）、P0223（VTA2 信号电压过大）或P2135（VTA1 信号与VTA2 信号差别过小或过大）时，需要进行以下检查。

1.首先，用汽车电脑故障检测仪进行读取故障码，是否有故障码。然后，进行下一步检测，检查TPS线束连接器的情况、检查TPS的工作电压（VC）、检查传感器的电阻是否正常。

2.读取节气门位置传感器故障码及数据。首先，连接故障诊断仪，接通点火开关，用电脑检测仪进行读取故障码，如有，进行清除故障码。然后，再次读取障代码，看是否还有。如有，再进行下一步检测。踩动加速踏板，并读取节气门位置传感器数据，VTA1读数应该在0.5～4.9V之间连续变化；VTA2读教应该在2.1～5.0V之间连续变化。如果符合要求，则进入其他步骤；不符合要求，则进行下一步线路检测。

3.检查传感器线束及连接器。先检测线路连接器和线路是否松动和接触不良，如接触不良，连接好。正常，拆下传感器连接器及ECU连接器（如图3-3-10和图3-3-11所示），用万用表测B25-5—B31-67、B25-6—B31-115、B25-4—B31-114、B25-3—B31-91 之间的电阻，应小于1Ω；测B25-5 或B31-67—车身搭铁、B25-6 或B31-115—车身搭铁、B25-4或B31-114—车身搭铁、B25-3或B31-91—车身搭铁之间的电阻，应大于10kΩ。如果不符合要求，则维修或更换线束或连接器。

图3-3-10　传感器连接器（B25接头）

图3-3-11　ECU连接器（B31接头）

4.检查传感器的工作电压（VC），如表3-3-4和图3-3-12所示。

表3-3-4　测量各端子间的电压（VC）

图3-3-12　节气位置传感器连接线路图

5.连接ECU连接器，接通点火开关，用万用表电压挡测B25-5—B25-3之间的电压，应为4.5～5.5V，否则，检查ECU电源电路，如果ECU电源电路正常，则更换ECU。

6. 检查传感器的电阻。用万用表测A3-5—A50-59、A3-4—A50-57、A3-2—A50-60、A3-1—A50-58 之间的电阻，均应小于1Ω；测A3-5 或A50-59—车身搭铁、A3-4或A50-57—车身搭铁、A3-2或A50-60—车身搭铁、A3-1或A50-58—车身搭铁之间的电阻，均应大于10kΩ，否则维修或更换线束或连接器。若正常，则更换ECU。

7.再次检查故障代码。维修后，用故障诊断仪清除故障代码，再次读取故障代码，如果仍然出现代码P0120、P0121、P0122、P0123、P0220、P0222、P0223 或P2135，则更换节气门位置传感器。

案例分析

故障现象：丰田卡罗拉汽车，装备1ZR-FE 汽油发动机，采用霍尔式节气门位置传感器。该车行驶过程中，故障灯突然点亮，在怠速时，发动机转速不稳，踩下加速踏板时，感到发动机加速无力。

故障诊断：

1. 丰田故障检测仪连接车辆检测接口，读取有两个故障码：第一个故障码P0121，第二个故障码P0223。

2.清除故障码，起动发动机，发动机故障灯依然点亮，再次读取故障码，上述故障码依然存在，因此确定为真实故障，需进行下一步检测。

3.发动机熄火，点火开关ON，检查传感器的电源和搭铁电路，均正常。

4.用丰田故障检测仪读取数据流，节气门开度约为16%，踩下踏板时节气门开度不会变化。继续检查传感器到ECU之间的信号线，电阻小于1Ω，正常。

5.起动发动机，用万用表分别检测节气门位置传感器两信号端子与搭铁间电压，在踩下油门踏板情况下，VTA1信号电压高于4.5V，确定节气门位置传感器出现故障。

故障分析：节气门位置传感器出现故障时，不能正确产生节气门开度位置信号，发动机ECU接收不到节气门实际开度信号进入失效保护模式，此时发动机ECU切断通往节气门执行器的电流，且节气门被回位弹簧拉回到开度6°（约16%），这样即使踩下踏板，节气门开度也不会变化，仍以16%的开度维持最低车速。任意工况下发动机ECU均以此节气门开度信号为依据，不能准确地判定实时变动的发动机工况，所以出现发动机怠速不稳，踩下加速踏板加速行驶时，感到发动机加速无力的故障现象。第一个P0121 含义为节气门踏板位置传感器/开关电路范围/性能故障，第二个故障码P0223含义为节气门/踏板位置传感器/开关B电路高输入。ECM设置了P0121和P0223故障码后，就进入失效保护模式操作，ECM切断了节气门执行器电流，节气门阀板在回位弹簧的作用下恢复到6°的开度位置，此时ECM根据加速踏板开度来控制燃油喷射和点火正时，从而调节发动机输出功率，使车辆保持最低行驶速度。与此同时，车辆遇到较大阻力时，发动机就会出现行驶熄火、再次起动困难的现象。

故障排除：通过上述故障诊断认定为节气门位置传感器故障，更换新的传感器，多次发动机起动后，故障灯熄灭，故障码不再重现，发动机加速有力，故障排除。