节气门位置传感器的结构和功能描述

传感器功能描述电控汽车要实现自动控制，必须由各种传感器将大量的信息传送到控制电脑，再由电脑经过数据分析后向执行元件发出控制指令。因此对传感器功能的了解是非常重要的。下面介绍自动变速器控制系统传感器的功能。◆节气门位置传感器的结构和功能描述节气门位置传感器也叫TPS，从本质上讲，该传感器完全可以等同于一个可变电位器，通过中心滑臂的上下移动而使输出信号电压的幅度发生变化。从信号特征来看，节气门位置传感器的信号是连续变化的。不管是机械式还是电子式节气门位置传感器，油门的开度均传递出一个信息，即反映驾驶者加速或者减速的操作要求，这种要求，不同的控制单元将依据控制功能的不同而作出不同的解读和响应：对发动机控制单元而言，它的控制体现在发动机功率变化上，是通过燃油喷射量的增减和点火时间的调整而实现的。对自动变速器控制单元而言，它的控制体现在换档时刻和油压的动态调节上，是通过控制换档电磁阀和油压调节电磁阀的激发过程而实现的。●节气门位置传感器的类型节气门位置传感器从结构可分为三线式、四线式、五线式和电子节气门等，三线式不含怠速触点，四线式装有怠速触点，五线式包含一个三线式传感器和两个开关信号，而电子节气门有的则是去掉了油门拉线，油门的开闭由执行电机来实现。★三线式节气门位置传感器的结构和原理介绍三线式节气门位置传感器是四线的基础形式，发动机控制系统对怠速的识别是基于信号的最小值，其值一般在0.5V左右。如图所示，PCM提供的5V稳压电源经内部附加电阻R、节气门位置传感器后在PCM的内部搭铁而构成一个完整的电器回路，当滑动触臂停留在中位时，传感器的电阻被分成两部分，为分析方便起见，我们不妨设上下电阻分别为R1和R2，因信号是从触臂传送到PCM的，那么信号电压为触臂对搭铁端的电位差，即电阻R2两端的电压，从图中可以看出，电阻R、R1和R2呈串联状态，串联电路的特点如下图所示依据串联电路的特点可知，流经这三个电阻的电流是相等的，若设电流为I，那么信号电压将为IR2，从这个式子我们可以发现，在流经传感器回路的电流一定的情况下，输入信号的大小只取决于电阻R2的大小，即节气门开度的大小。节气门位置传感器对自动变速器而言，是一个决定换档时刻和系统油压的关键变量，如图所示：当节气门的开度变大时，滑臂沿圆周方向向上运动，我们假设滑臂移动到图中7的位置，可以明显的看出电阻R2增大、电阻R1减小（因节气门位置传感器的总电阻保持不变），因R2增大，那么信号电压将升高。信号电压升高后将产生三种结果：★一是为了提高发动机的转速，PCM将延长燃油喷射脉冲的长度（该长度与燃油喷射量成正比）。★二是换档时机适当的滞后，因为加油提速的前提是发动机的输出扭矩车辆惯性的积累是需要发动机转速要有一定的提升才行。★三是系统油压适当的提高，当油门的开度变大时，最先响应的是发动机的转速和变速器扭矩的大幅度提升，如果是手动变速器，因动力传递是由干式离合器强力压紧和变速箱齿轮啮合来完成，表现出同步的加速响应性，而自动变速器在发动机转速提高以后变扭器的输出扭矩急剧提高，此时为防止离合器片打滑必须增加油压提升对离合器的压紧力才能保护变速器的使用寿命。当油门开度变小时，如图所示：节气门的滑臂触头沿着圆周的方向向下运动，电阻R2的阻值减小R1的阻值增大（因为节气门位置传感器的总电阻保持不变，是一个常量），其结果信号电压下降。PCM对燃油喷射脉冲调节的结果是宽度变小，发动机转速相应的降低。TCM对换档时机和系统油压控制的结果是换档时机适当的提前和系统油压适当的降低（其原因与节气门开度变大时的相类似）。★四线式节气门位置传感器结构和原理介绍如图所示，四线式节气门位置传感器与三线式节气门位置传感器的差异主要体现在怠速的识别上，在四线式节气门位置传感器的内部装有怠速触点，当节气门在关闭位置时，怠速触点闭合，怠速识别电路的搭铁端被接通，5V或者12V的电压经附加电阻R搭铁，在怠速识别端IDL处获得的是一个0V的电压，PCM通过IDL电压的大小识别出目前发动机正处于怠速状态。当发动机处于正常的怠速状态时，节气门信号的数值一般在0.5—1V之间。当节气门的开度增大时，如图所示：滑臂向上移动，信号电压上升，此时怠速触点断开，怠速识别电路的搭铁被断开，5V或者12V电压经电阻R后施加在怠速识别IDL端，也就是说PCM在IDL端获得的是一个5V或者12V的电压，说明怠速已经结束，一个加速的工况正在形成。四线式节气门位置传感器的功能与上述介绍的相同。★五线式节气门位置传感器的结构和原理介绍如图所示，五线式节气门位置传感器是由一个3端子的节气门位置传感器和两个触点开关组成，触点开关与节气门的滑臂联动，其中1端子为5V电源参考端，2端子为节气门位置开度信号，3端子为搭铁，4端子为12V常电，5端子为节气门大开度信号，6端子为节气门关闭信号，即我们常说的怠速识别信号。触点开关的通断取决于节气门的当前状态，当节气门关闭时，怠速触电闭合（图中的4/6连通）而大开度触点断开（图中的4/5断开），而当节气门打开到一定的开度时，怠速触点断开（图中的4/6断开）大开度触点闭合（图中的4/5连通）。通过节气门位置传感器的2端子信号，PCM/TCM同时进行当前节气门开度的识别，进而完成燃油喷射量、换档时机和系统油压的控制调节。通过节气门位置传感器的6端子信号，PCM/TCM同时进行当前车辆怠速状态的识别，在一个已经确定的怠速状态，PCM则优先执行相应的怠速控制程序，如怠速稳速控制等，而TCM则以当前的怠速状态为依据，在综合车辆当前运行状态和档位开关状态（如车辆是否起步、档位开关是否在P位等信息）的同时，主要完成对系统油压的调节，进而实现对油泵的卸荷，以避免额外的功率损耗。节气门位置传感器5端子的信号只传送到TCM，这一开关信号是TCM识别车辆当前功率的临界点，也就是说，当5端为低电位时，TCM会认为车辆目前正处于较小的负荷状态，而当5端为12V的高电位时，TCM会认为车辆目前正处于较大的负荷状态，不同的发动机负荷状态将对应不同的换档时机和系统油压。●电子节气门的结构和工作原理介绍电子节气门也叫ET，相应的控制叫作ETC，依据结构不同，电子节气门分为两种，即含怠速触点（如捷达和桑塔纳2000等）和不含怠速触点（如帕萨特和奥迪A6），含怠速触点的电子节气门装有油门拉线，不含怠速的电子节气门没有装油门拉线。★不含怠速触点的电子节气门介绍电子节气门与传统的节气门位置传感器相比，取消了油门拉线（含怠速触点的除外），加速响应性和控制精度得到了进一步的提高。一般来说，电子节气门是由执行电机和位置传感器等组成，在执行电机转动时，与之机械相连的滑臂沿圆周方向转动，从而使传感器的阻值和输出信号发生变化。执行电机的原理控制电路如下图所示：TR1/TR3为PNP三极管，TR2/TR4为NPN三极管，在TR1/TR2的基极回路分别串联了电器特性相同的反相器F1/F2（反相器的特性是若输入为高则输出为低、若输入为低则输出为高，这一方面的知识我们在前面的章节中已有描述），当控制信号为高电位时，此高电位经反相器F1/F2后为低，依据PNP/NPN三极管的特性可知，PNP三极管在基极为低电位时导通，NPN三极管在基极为高电位时导通，所以此时三极管TR1和TR4导通，TR2和TR3截止，12V电源经TR1的发射极—集电极、执行电机、TR4的集电极—发射极搭铁而构成一个回路，电机开始顺时针方向转动。当控制信号为低电位时，如图所示：低电位控制信号经反相器F1/F2后为高电位，三极管TR1截止，TR2导通，因此时三极管TR3导通，TR4截止，所以12V电源经三极管TR3的发射极—集电极、执行电机、三极管TR2的集电极—发射极后搭铁而构成一个回路，电机则开始逆时针方向转动。在电子节气门的内部，一般有两个位置传感器，即图中的TP1和TP2，其电器特性如下所示：从图中可以看出，这两个传感器的特性正好相反，TP1的信号值随节气门的开大而升高，TP2的信号值随节气门的开大而降低，按常规理解，一个位置传感器就可以完成所有的功能，为什么要安装两个位置传感器？▲当我们连接VAG1552读取发动机数据流时就会发现，随着油门踏板开度的增大，诊断仪上显示的节气门的信号值也随之增大，因这点与TP1所表现出的特性相吻合，这说明TP1充当了节气门位置传感器的脚色。▲如果我们用VAG1552对电子节气门进行基本设定，随着执行电机的通电运转，节气门位置传感器的信号值是从小到大的变化而不是从大到小的变化，这同样也可以说明TP1就是节气门位置传感器。▲对PCM而言，对系统运行影响较大的传感器均具有自诊断和数据流功能，这一点已是一个公认的事实，而当我们用VAG1552进入发动机数据流功能项时，TP2的特性却不能从诊断仪上反映出来，这是否可以说明TP2在整个动力控制系统只充当了辅助脚色，或者说TP2是出于某些控制方面的考虑而设置。因为维修资料并没有对TP2的功能进行详尽的描述，维修人员也是各执一词、众说纷纭，关于TP2的作用，我们认为主要体现在一下几个方面：▲一是电子节气门的执行电机不同于我们所熟悉的步进电机，电机圆周旋转量的控制精度只依赖一个位置传感器可能难以实现，而采用两个特性相反的位置传感器后，情况将得到了很好的改善：如图所示，在节气门位置传感器TP1上设置了a、e、g、k、m、o、s等取样点，与之相对应，在节气门位置传感器TP2上设置了b、d、f、h、i、j、n、p、r等取样点（实际控制过程中的取样点可能不止这些，上述取样点的建立只是为了说明问题而已），当执行电机开始转动时，节气门位置传感器TP1和TP2的滑臂分别从始点a/b向终点s/r方向移动，TP1的信号值逐渐的增大，TP2的信号值逐渐的减小，运行到i点时两个节气门位置传感器的信号值相同，PCM将两个位置传感器上对应点的电压信号进行比较，从比较结果可以作出以下判断：若结果小于零，说明节气门当前处于小开度状态；若结果大于零，说明节气门当前处于大开度状态；若结果等于零，说明节气门当前处于中开度状态；若结果与设定值不符，说明节气门位置传感器不正常。从以上的分析可知，设置了两个节气门位置传感器后，不但可以容易准确的识别出节气门的实际开度，而且还可以对节气门的当前状态作出正确的判断。▲二是出于可靠性方面的考虑，当节气门位置传感器TP1出现故障而不能给PCM提供可靠的信号电压时，为保持车辆的正常运行，用TP2替代TP1。★含怠速触点的电子节气门介绍如图所示，严格来讲，含怠速触点的电子节气门只能称做半电子节气门，因为它的怠速是由电机控制的，而节气门的开度是通过油门拉线控制的。节气门体是由怠速执行电机、怠速触点和两个位置传感器等组成，怠速触点用于PCM对发动机怠速工况的识别，怠速转速的控制是通过对执行电机通电时间的控制而实现的，当驾驶者踩踏油门时，通过油门拉线与节气门的连动而使节气门位置传感器的滑臂沿圆周方向上下运动，最终产生节气门信号电压的变化。其传感器的功能与上面介绍的相同。◆节气门位置传感器的测量一般来讲，电器元件的检查分为静态检查和动态检查，所谓静态检查指的是关闭点火开关或打开点火开关发动机不运转时对传感器进行的检查，所谓动态检查是指发动机运转时对传感器进行的检查，不管是静态还是动态检查，检查项目主要是电阻和电压。下面以三端子节气门位置传感器为例，对其检查测量方法进行介绍：●确认电源、信号和搭铁线束这是动态和静态检查的基础，其方法是打开点火开关，释放油门踏板，将万用表的黑表笔连接在蓄电池的负端，红表笔依次与TPS的接线端相连，测量出的电压所对应的线束如下所示：5V——TPS的参考电源端子1V以内的电压——TPS的信号端子0V——TPS的搭铁端子●TPS电阻的测量如图所示，当我们通过上述方法已经判断出TPS参考电源、信号和搭铁线后，下面的工作就会显得简单多了，其方法是：关闭点火开关，黑红表笔接在TPS的搭铁端保持不动，红表笔接在TPS的信号端，上下反复的转动节气门，若电阻很有规律的从大到小或从小到大的变化，说明传感器正常，若电阻表现出突跳现象，说明传感器