节气门位置传感器的检测与分析

1绪论

随着技术的告诉发展，汽车的各方面性能日趋成熟，尤其是车用传感器的大量引用，为车辆的安全性，经济性以及环保性能都有质的飞跃。车用传感器是以行车计算机系统作为输入装置，它将汽车行车过程中的各种工作状况信息，包括车速，车况以及各种介质的温度、发动机运转工作状况及路面信息等，转换成电信号输入到计算机，以便发动机处于最佳工作状态，排放废气污染为最小，车身稳定控制使行车最安全。

车用传感器的种类很多，通常由不同的分类方法。常用的是按车用传感器在汽车的各个部件中的分布，可分为三大类：发动机总成传感器，底盘控制传感器，车身用传感器。

(1)发动机总成传感器包括：爆震传感器，氧传感器，节气门位置传感器，压力传感器，空气流量传感器，温度传感器等

(2)底盘控制传感器包括：转向传感器，车轮角速度传感器，侧滑传感器，横向加速度传感器等

（3）车身用传感器包括：安全气囊控制碰撞传感器、倒车控制的超声波传感器和红外传感器等。

上述车用传感器是汽车电子控制系统的关键组件，也是汽车电子技术领域研究的主要核心。车用传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车电子化和自动化程度越高，对传感器的依赖性越大，因此，国内外都将车用传感器列为重点发展的高新技术，目前，一辆汽车的车用传感器安装个数在几十只到一百只，而豪华车上传感器的数量可达到两百只。 车用传感器中的节气门位置传感器控制着汽车加速、怠速等工况，节气门位置传感器容易损坏，在实际操作中，快速正确完成汽车节气门位置传感器的检修工作是我们迫切要解决的问题。

2节气门位置传感器概述

2.1节气门位置传感器的作用

节气门位置传感器安装在节气门体(亦称节流阀体)上，与节气门轴保持联动，由驾驶员通过驾驶踏板来操纵。节气门位置传感器的作用是将节气门开度大小的状态变为电信号送入电子控制单元ECU。电子控制单元ECU根据节气门开度大小，荻得发动机工况信息(怠速、部分负荷、全负荷等)和节气门开启的快慢程度获得加速、减速信息。ECU以此作为判断发动机不同运行工况的依据，从而确定喷油器的喷油时间和点火提前角。因此，节气门位置传感器TPS是发动机集中控制系统中的一个非常重要的传感器，它是怠速控制、起步加速控制、急加速控制、急减速控制、断油控制、点火提前角控制、汽油蒸气回收控制及自动变速箱换档控制的主要信号源。只有充分了解了节气门的各种特性，才能为我们保证汽车行驶最佳状态提供重要基础。

2.2节气门位置传感器的类型

各型汽车的节气门位置传感器(TPS )都安装在节气门体上节气门轴的一端。

按结构不同，节气门位置传感器分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式3种类型。

按输出信号的类型不同，节气门位置传感器可分为线性(量)输出型和开关(量)输出型和带Acc信号的开关量输出型三种形式。其中线性输出型使用最为普遍。

2.3节气门位置传感器的结构和工作原理

2.3.1开关 (量)输出型节气门位置传感器

开关(量)输出型节气门位置传感器主要由节气门轴、大负荷触点(又称功率触点)、怠速触点和接线插座组成。节气门轴随节气门开度(发动机负荷)大小的变化而变化。

当节气门关闭时，怠速触点闭合、功率触点断开，ECU 接收到TPS输入的信号时，如果车速传感器输入ECU的信号表示车速为零，则ECU 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。

如果车速传感器输入ECU的信号表示车速不为零，则ECU判定发动机处于减速状态运行，并控制喷油器停止喷油，以降低排放和提高经济性。

当节气门开度增大时，如果功率触点 (PSW)保持断开状态，则IDL端子和PSW端子都将输出高电平“1”。ECU 接收到这两个高电平信号时，将判定发动机处于部分负荷状态，

此时ECU将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。

当节气门接近全部开启(80％以上负荷)时，凸轮转动使PSW闭合，PSW端子输出低电平“0 ”，IDL端子保持断开而输出高电平“1”。ECU接收到这两个信号时，将判定发动机处于大负荷状态运行，并控制喷油器增加喷油量，保证发动机输出足够的功率，故大负荷触点称为功率触点。

结构图 与ECU连接图

1-导向凸轮；2-节气门轴；3-控制杆；4-可动触点；5-怠速触点；6-全开触点（功率触点）；7-导向插头；8-导向凸轮槽；9-全开触点信号；10-怠速触点信号；11-节气门位置传感器

图2-1开关(量)输出型节气门位置传感器

2.3.2带Acc信号的开关量输出型节气门位置传感器

为了保持开关量输出型节气门位置传感器原有的优点，克服对发动机加速工况检测上的不足，在开关量输出型及其们位置传感器上增加了加速信号（即Acc信号）输出接头。该传感器对怠速工况、中小负荷工况即大负荷工况的检测方法与开关量型节气门位置传感器相同。该传感器为检测加减速工况所增加的组件主要有产生节气门变化速率信号的滑动电刷、梳子状Acc1和Acc2印制电路以及加减速检测触电.

发动机急加速时，加减速检测触点闭合，滑动电刷在梳子状Acc1和Acc2印制电路上快速滑过，与电路交替地闭合、断开、ECU根据和电路闭合、断开的速率就能对发动机是否处于急加速作为判断。

2.3.3线性(量)输出型节气门位置传感器

1)结构特点。如图 2-2所示，线性(量)输出型节气门位置传感器主要由可变电阻滑动触点 、节气门轴、怠速触点和壳体组成。可变电阻为镀膜电阻，制作在传感器底板上，其滑臂随节气门轴一起转动，滑臂与输出端子VTA连接。

1-电阻体;2-检测节气门开度用的电刷；3-检测节气门全闭的电刷；Vcc-电源端子；VTA-节气门开度输出端子；IDL-怠速触点；E2-地线

图2-2线性节气门位置传感器结构

当节气门关闭或开度小于1.2°时，怠速触点闭合，其输出端IDL输出低电平(0 V )； 当节气门开度大于1.2°时，怠速触点断开，输出端IDL输出高电平(5V)。

当节气门开度变化时，可变电阻的滑臂随节气门轴转动，滑臂上的触点在镀膜电阻上滑动，传感器的输出端子VTA与E2之间的信号电压随之发生变化，节气门开度越大，输出电压越高。传感器输出的线性信号经过A／D转换后再输入ECU。

3节气门位置传感器故障诊断

3.1节气门位置传感器失效导致的故障和原因

节气门位置传感器是个摩擦件，也是个易损件，其本身或线路不良时会产生下列故障:

1)发动机容易熄火或启动困难；

2)怠速不稳，偏高或偏低；

3)车辆起步发闯，发动机加速不良；

4)游车。

产生上述故障的主要原因有以下几种。

1）接头锈蚀，接触不良，电压偏低或不导通，导致发动机容易熄火或启动困难。

2）初始位置失准，输出电压偏高或偏低，造成怠速不稳，偏高或偏低。初始电压过高时，IDL为OFF，使IAC停止工作，造成怠速不稳。起步加速无IDL的为OFF信号输出，丧失了“异步喷射”的能力，使车辆的起步加速性能变坏。相反，初始电压过低时，IDL持续导通的时间过长，断油功能会造成游车。

3）镀膜失效，阻值变化造成输出电压失准，车辆起步发闯，加速不良。

4）节气门处积炭过多，关闭不严，影响输出电压值和流量值，造成空燃比失准，怠速不稳。

3.2节气门位置传感器故障举例

一丰田今日出现怠速不稳，经反复整怠速螺钉，仍无好转

检测过程：调取故障码，方法是：打开位于发动机附近的故障诊断盒(标有Diagnosis)，用导线连接插座中的TE1(故障检测)和E1(接地)两插孔。接通点火开关(不启动发动机)，此时仪表上的Check Engine警告灯开始闪烁，故障码为41，表示为节气门位置传感器信号不良。检查该车传感器线路，无断脱现象。拨下传感器插接件，发现其中IDL(怠速脚)和VTA(输出脚)表面有氧化锈蚀痕迹。进行除锈、清洁、装复后，启动发动机并调整怠速螺钉，转速可稳定在75Or/min。

接着断开点火开关，清除故障代码。方法是：拆下蓄电池搭铁线3Os以上，即可清除电脑内贮存的故障码。接着，接通点火开关，经复查故障代码确已消失，证明故障已彻底排除。最后，取出故障诊断盒内的连接导线。

检测分析：在节气门开度变化时，通过改变电阻的方法来输出不同的电压信号。控制电脑从变化的电压信号中得知节气门的开度与位置。若节气门位置传感器损坏或线路故障，都会引起发动机工作不良的。另外，节气门位置调整不当，也会出现发动机工作不良的现象

3.3运用检测仪检测节气门位置传感器波形

3.3.1线性输出型节气门位置传感器的信号波形分析

（1）波形检测方法

1.连接好波形测试设备，探针接传感器信号输出端子，鳄鱼夹搭铁。

2.打开点火开关，发动机不运转，慢慢地让节气门从关闭位置到全开位置，并重新返回至节气门关闭位置。慢慢地反复这个过程几次。

图3-1节气门位置传感器信号波形

线性输出型节气门位置传感器信号波形分析如上图3-1所示

（2）波形分析：

1）正常波形平滑，随节气门开度变化，电压值均匀变化。

2）故障波形上有断裂、对地尖峰或大跌落。

（3）注意事项：

1）传感器的电压应从怠速时的低于1V到节气门全开时的低于5V。

2）应特别注意在前1/4节气门开度中的波形，这是在驾驶中最常用到传感器碳膜的部分。传感器的前1/8至1/3的碳膜通常首先磨损。

3）有些车辆有两个节气门位置传感器。一个用于发动机控制，另一个用于变速器控制。

4）发动机节气门位置传感器传来的信号与变速器节气门位置传感器操作相对应。

5）特别应注意达到2.8V处的波形，这是传感器的碳膜容易损坏或断裂的部分。

6）在传感器中磨损或断裂的碳膜不能向发动机ECU提供正确的节气门位置信息，所以发动机ECU不能为发动机计算正确的混合气命令，从而引起汽车驾驶性能问题。

（4）小结：如果波形异常，则更换线性输出型节气门位置传感器。

3.3.2开关量输出型节气门位置传感器信号波形分析

（1）检测原理

1）开关量输出型节气门位置传感器的信号波形检测方法同线性输出型节气门位置传感器。

2）它是由两个开关触点构成的一个旋转开关，一个常闭触点构成怠速开关，节气门处在怠速位置时，它位于闭合状态，将发动机ECU的怠速输入信号端接地搭铁，发动机ECU接到这个信号后，即可使发动机进入怠速控制，或者控制发动机“倒拖”状态时停止喷射燃油，另一个常开触点（构成全功率触点），节气门开度达到全负荷状态时，将发动机ECU的全负荷输入信号端接地搭铁，发动机ECU接到这个信号后，即可使发动机进入全负荷加浓控制状态。

（2）波形分析

图3-2开关量输出型节气门位置传感器信号波形

开关量输出型节气门位置传感器的信号波形如图3-2所示

波形分析：

1、微小波动表示可能是触点接触不良或节气门回位弹簧松弛。

2、电压变化应是垂直的直线。

（3） 小结：如果波形异常，则应更换开关量输出型节气门位置传感器。

3.4节气门位置传感器的检测

3.4.1开关量输出型节气门位置传感器检测

点火开关置于OFF位置，拔下传感器电插头，用欧姆表测量传感器IDL与TL，PSW与TL之间的电阻值，应符合表3-1中规定。否则，应更换传感器。

表3-1开关量型节气门位置传感器的电阻标准值表

3.4.2线性量输出型节气门位置传感器检测

不同型号节气门位置传感器，其电阻值及输出电压信号值也不完全相同，下面以上

图3-3三线式TPS工作原理图

海别克发动机节气门位置传感器(图3-3)为例说明其检测方法。

（1）传感器阻值检测

将点火开关置于OFF位置，拔下传感器电插头，用欧姆表测量A—B，C—B，A—C问电阻值，应符合表3-2中的规定。如果测量值不在此范围内,则更换节气位置传感器。

（2）传感器供电电压及搭铁检测

将点火开关置于OFF，拔下传感器电插头，再将点火开关置于ON，用高阻抗数字万用表电压档测量传感器电插头A接脚与搭铁之间的电压应为5V,用高阻抗数字万用表欧姆档测量电插B接脚与蓄电池负极之间的电阻，应为OΩ。如果测量值不符合要求，则应进一步检查ECU端子，如果C2／33端子输出电压为5V或者C1／61端子与蓄电池负极间电阻为0Ω。说明电脑ECU工作正常，故障发生在电脑ECU与传感器连接线束上，应对线束进行检修。如果ECU C2／33端子输出电压不是5V，或者C1／61端子与蓄电池负极间电阻不为0Ω，则说明ECU存在故障，应更换新的ECU。

（3）传感器输出电压检测

插上传感器电插，将点火开关置于ON，用高阻抗数字万用表电压档测C接脚的输出电压．当节气门完全关闭时，电压应为0．53V，当节气门缓慢打开时， 电压应在0．5 3V～4．50V间平滑变化。

3．5节气门位置传感器调整

节气门全闭时，节气门限位螺钉与节气门拉杆之间不应有间隙，但经检查发现限位螺钉和限位拉杆间有间隙，是节气门与内壁磨损造成的，这也会导致节气门位置传感器与节气门的开度有误差，节气门位置传感器将错误的信号传给ECU，ECU按照错误的信号进行喷油，造成发动机运转故障，对节气门位置传感器的电阻进行检查，未发现问题，于是对节气门位置传感器进行调整。

TPS基本调整方法：先清洁节气门体内的油污与积炭，并确定节气门在关闭(全关)位置后，取0.5mm厚薄规置于节气门调整螺栓与节气门摇臂之间，旋松锁紧螺母，用万用表的电阻档(R×1档)测量IDL与E2，旋转调整螺栓，当万用表显示为接通时，锁紧调整螺栓。调整前，须检查故障自诊断系统，无故障代码输出方可进行。

3-4节气门位置传感器的调整

4节气门位置传感器的检测与分析实验

（1）实验仪器

丰田5A-EFI发动机试验台架（节气门位置传感器是线型输出型）,数字式万用表

（2）实验目的

a.掌握节气门位置传感器的结构特点和工作原理

b.掌握节气门位置传感器的测试方法

（3）测试与分析

4.1测试

（1）电阻检测

将点火开关置于OFF位置，拔下传感器电插头，用万用表的Ω档测量端子VTA与E2之间，Vcc与E2之间的电阻值，所测电阻值如下表4-1所示。

（2）电压检测

插上传感器电插，将点火开关置ON，用万用表测量实验台架上PIM触点与E2触点之间的电压。测出在节气门处于全闭和全开状态下的电压值大小，如下表4-2所示。

4.2实验分析

（1）测节气门位置传感器电阻

首先拔下传感器线束连接器，然后用万用表检测信号输出端子VTA与搭铁端子E2之间的电阻。当传感器处于初始状态（即止动螺钉与挡杆之间的间隙为0）时，电阻应为200～600Ω；当节气门全开时，电阻应为1500～3000Ω，若电阻为无穷大，说明滑臂与镀膜电阻接触不良，需更换传感器。检测传感器电源端子Vcc与搭铁端子E2之间的电阻时，电阻应为1000～10000Ω。若电阻无穷大是，说明线束与端子接触不良或断路，传感器存在故障。

（2）检测电源电压和信号电压

检测时，接通点火开关，用万用表直流档检测传感器的电源电压，应为5.0V，当节气门关闭时，检测传感器的信号电压，应为0.5～1.0V；当节气门开度逐渐增大时，信号电压应随之升高；当节气门全开时，信号电压应为4.0～4.8V。若检测结果与此不符，应更换传感器。

4.3实验结论

通过对发动机上节气门位置传感器的测试和分析，得出的实验数据都在规定范围之内，以此可表明此节气门位置传感器工作运行正常，信号输出正常。当节气门位置传感器有故障时；汽车将出现怠速不稳，偏高或偏低；车辆起步发闯，发动机加速不良等现象，

在日常对节气门位置传感器进行检测维修时，除了检测节气门位置传感器的电阻和电压值，还应考虑节气门内壁的磨损，测量限位螺钉和节气门拉杆的间隙，调整节气门位置传感器的位置，从而恢复发动机的正常工作。