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霍爾式節氣門傳感器：詳細解說汽車發動機技術節氣門位置傳感器

描述
1.節氣門位置傳感器作用、分類與識別
（1）作用
節氣門位置傳感器，是汽車電子控制系統中最重要的傳感器之一，主要用于發動機電子燃油噴射系統和電控自動變速器系統。節氣門位置傳感器安裝在節氣門體上節氣門軸的一端，探測或監測節氣門開度的大小和變化的快慢，并把位置信號轉變為電信號后輸入電控單元。用于判別發動機的各種工況，從而控制不同的噴油量和點火正時。在裝備電子控制自動變速器的汽車上，節氣門位置傳感器信號是變速器換擋和變矩器鎖止時的主要信號。
（2）節氣門位置傳感器的類型
傳統的拉索控制式節氣門配備的節氣門位置傳感器，按總體結構分為觸點開關式、滑動電阻式、怠速開關與滑動電阻整合的綜合式。新型的智能電子節氣門軸門控制系統所用的節氣門位置傳感器，常見的有雙滑動電阻式和線性雙霍爾式兩種。
目前發動機電控系統主要采用的節氣門位置傳感器有霍爾元件式和雙滑動電阻器式。豐田凱美瑞、卡羅拉等采用了霍爾元件式；日產天籟、通用凱越汽車采用雙滑動電阻器式。
2.霍爾式節氣門位置傳感器
（1）結構原理與安裝位置
2016款豐田凱美瑞混合動力車型（發動機型號6AR-FSE）采用了非接觸式雙霍爾元件式節氣門位置傳感器，其結構如下圖所示。它主要由霍爾元件和磁鐵組成，其中磁鐵安裝在節氣門軸上，并可以繞霍爾元件轉動。

霍爾式節氣門位置傳感器的控制電路及信號輸出的特性如上圖所示。當節氣門開度變化時，磁鐵隨之轉動，從而改變了與霍爾元件之間的相對位置，霍爾集成電路由磁軛環繞。霍爾集成電路將磁通量產生的變化轉換為電信號，并以節氣門位置信號的形式將其輸出至ECM。
節氣門位置傳感器有兩個傳感器電路：VTA1和VTA2，各自發射一個信號。VTA1用來檢測節氣門開度，VTA2用來檢測VTA1的故障。傳感器信號電壓與節氣門開度成比例，在0~5V之間變化，并且傳送到ECM端子VTA1和VTA2。
節氣門關閉時，傳感器輸出電壓降低；節氣門打開時，傳感器輸出電壓升高。ECM根據這些信號計算節氣門開度，并控制節氣門執行器來響應駕駛員輸入。這些信號同時也用來計算空燃比修正值、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力版節氣門位置傳感器電路如下圖所示。
節氣門位置傳感器集成在節氣門體總成E16內。E16有6個插腳。插腳1和2為節氣門執行電動機控制端口。插腳6和4分別輸出節氣門位置信號VTA1和VTA2到發動機控制單元端口E81（F）的122#和88#。插腳5是來自發動機控制單元121#提供的VCTA 5V 參考電壓；插腳3通過發動機控制單元120# 接地。
（3）檢測
① 檢查傳感器供電：斷開節氣門體插接器E16，用萬用表測量E16/5 和E16/3之間的電壓，應為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 檢查傳感器的信號電壓：連接故障診斷儀，接通點火開關，踩動加速踏板，并讀取節氣門位置傳感器數據VTA1和VTA2讀數，數值應符合下表。
③ 檢查傳感器線束及插接器：斷開節氣門體插接器E16和發動機控制單元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。電阻值應符合表中所示，如不符合更換或檢查線束。
3.滑動電阻式節氣門位置傳感器
（1）結構
滑動電阻式節氣門位置傳感器，又稱線性輸出式節氣門位置傳感器、可變電阻式節氣門位置傳感器、電位計式節氣門位置傳感器。目前雙可變電阻式節氣門位置傳感器正被大量應用到汽車中。
滑動電阻式節氣門位置傳感器為三線式傳感器，其中兩個針腳處于電阻的兩端，并作為電源端子和搭鐵端子由發動機ECU提供5V電壓，第三個針腳連接于滑動觸點。節氣門軸與觸點（或稱觸頭）聯動，節氣門轉動時，滑動觸點可在電阻上移動，引起滑動觸點電位的變化，利用電阻的變化將節氣門位置信號轉換成電壓值，如下圖所示。因為這個電壓呈線性變化，所以也稱為線性輸出式節氣門位置傳感器。根據這個線性電壓值，ECU可感知節氣門的開度，使ECU進行噴油量修正。
（2）傳感器檢測
2013款別克凱越車系節氣門位置傳感器電路如下圖所示。發動機控制模塊給節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。節氣門位置傳感器所提供的信號電壓隨節氣門開度的變化而變化。節氣門位置傳感器信號電壓在怠速運行時小于0.5V。節氣門位置傳感器電壓在怠速運行時一般接近0V，但可能高達0.5V。在節氣門全開（WOT）時節，氣門位置傳感器電壓應增加到4V以上。
節氣門位置傳感器檢測如下：
① 關閉點火開關，斷開節氣門體總成上的線束接頭。
② 測量節氣門位置傳感器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。如果電阻不在規定范圍內，則更換節氣門體總成。
③ 測量節氣門體總成器信號端子3#與低壓參考端字1#之間的電阻。在全范圍內檢測節氣門傳感器。電阻應在2.5～6.8kω間變動，并無任何高峰或低谷。如果電阻不在規定范圍內或不穩定，更換節氣門體總成。
④ 用5V電壓和接地對節氣門傳感器的適用端端子進行連接，檢測信號端子與低壓參考端子間的電壓。在全范圍內檢測節氣門傳感器。電壓應在0.6~4.7V間變動，并無任何高峰或低谷。如果電壓不在規定范圍內或不穩定，更換節氣門體總成。
（3）雙可變電阻式節氣門位置傳感器
雙可變電阻式節氣門位置傳感器中兩個傳感器一般組合安裝，當一個傳感器發生故障時能及時被識別，增加了系統的可靠性。從兩個傳感器輸出信號的變化關系來看，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氣門位置傳感器結構及內部電路如下圖所示。
節氣門軸上的雙軌道節氣門位置傳感器用來監控節氣門準確開度，節氣門位置傳感器（兩個電位計）的滑片與節氣門同軸。當節氣門轉動時，電位計滑片同步轉動。當加上5V工作電壓后，變化的電阻轉化為電壓輸出信號。電位計的輸出電壓隨節氣門的位置變化而改變，可使控制單元準確知道節氣門的開度。由于兩個電位計是反相安裝，因此當節氣門位置發生變化時，兩路信號電壓均線性變化，其中一個增加，同時另一個減小。下圖是日產車系節氣門位置傳感器輸出特性。
日產天籟車系雙可變電阻式傳感器電路如下圖所示。
發動機控制單元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節氣門位置信號分別送到發動機控制系統的33# 端、36#端。
雙可變電阻式節氣門位置傳感器的檢查（以日產天籟為例）如下：
打開點火開關，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（節氣門位置傳感器1#端的信號）、34（節氣門位置傳感器2#端的信號）在加速踏板不同狀態時與接地之間的電壓，檢查結果應符合下表規定。如不符合則更換節氣門體總成。
4.開關觸電式節氣門位置傳感器
（1）結構原理
開關觸點式節氣門位置傳感器又稱為節氣門開關。它有兩副觸點，分別為怠速觸點（IDL）和大負荷觸點（PSW）。下圖中有一個和節氣門同軸的凸輪控制活動觸點（TL或E），使其隨節氣門的狀態將兩開關觸點分別開啟和閉合。當節氣門處于全關閉的位置時，怠速觸點IDL與活動觸點TL或E相連，ECU根據怠速這一信號判定發動機處于怠速工況，從而按怠速工況的要求控制發動機運行。當節氣門打開時，怠速觸點打開，ECU根據這一信號進行從怠速到小負荷的過渡工況的發動機運行控制；大負荷觸點在節氣門由全閉位置到中小開度范圍內一直處于斷開狀態。當節氣門打開至一定角度的位置時，大負荷觸點與活動觸點TL或E相連，向ECU送出發動機處于全負荷運轉工況的信號，ECU根據此信號進行全負荷加濃控制。

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霍爾式節氣門傳感器：霍爾式節氣門位置傳感器構造與工作原理電路

霍爾式節氣門位置傳感器結構
雙霍爾式線性節氣門位置傳感器廣泛用于三菱和豐田汽車上。
位于節氣門體的節氣門位置傳感器的功能是測量節氣門的位置，向發動機ECU輸出與節氣門軸轉角成正比的電壓信號。根據該傳感器輸出的電壓；發動機ECU控制節氣門控制伺服電機進行反饋控制。
非接觸式的霍爾傳感器包括一個固定在踏板軸上的永磁鐵、一個輸出電壓與磁通量成正比的線性霍爾集成電路，一個有效地將永磁鐵的磁通量轉入霍爾集成電路的定子。

霍爾式節氣門位置傳感器工作原理
這里以豐田車上的雙霍爾式線性節氣門位置傳感器為例介紹霍爾式線性節氣門位置傳感器工作原理。
當節氣門全閉時，即如圖2-19（a）所示，磁場方向向上，流入霍爾集成電路的磁通量最大，此時，節氣門位置傳感器電壓輸出最小。當節氣門全開時，如圖2-19（c）所示，磁場方向反向向下，流入霍爾集成電路的磁通量最大。此時，節氣門位置傳感器電壓輸出最大。當節氣門半開時，即如圖2-19（b）所示，磁通量為零。節氣門位置傳感器輸出電壓在中間值。節氣門位置傳感器通過兩個系統（主、副）輸出，這就提高了系統測量故障的準確性，增強了故障保護功能，確保了可靠性。

（汽車維修技術網

節氣門位置傳感器有兩個傳感器電路VrA和VrA2，各傳送一個信號。VrA用于檢測節氣門開度，VrA2用于檢測VrA的故障。傳感器信號電壓與節氣門開度成比例，在0V和5V之間變化，并且傳輸至混合動力車輛控制ECU的端子VrAs節氣門關閉時，傳感器輸出電壓降低；節氣門打開時，傳感器輸出電壓升高。混合動力車輛控制ECU根據這些信號來計算節氣門開度并響應駕駛員輸入來控制節氣門執行器。這些信號同時也用來計算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切斷控制。

混合動力車輛失效保護功能：
存儲這些DTC中的任何一個和與電子節氣門控制系統故障有關的其他DTC時，混合動力車輛控制ECU進入失效保護模式。在失效保護模式下，混合動力車輛控制ECU切斷流向節氣門執行器的電流，且節氣門在回位彈簧的作用下恢復到6.5°節氣門位置。混合動力車輛控制ECU停止發動機，可僅使用混合動力系統駕駛車輛。如果平穩而緩慢地踩下加速踏板，車輛會緩慢行駛。
失效保護模式一直運行，直至檢測到通過條件并且隨后電源開關置于OFF位置。

霍爾式節氣門位置傳感器連接電路
所示分別是豐田汽車和三菱汽車上的霍爾式節氣門位置傳感器與ECU的連接電路。

(出自 )

霍爾式節氣門傳感器：霍爾式節氣門位置傳感器的工作原理與檢測方法

結構原理

霍爾式節氣門位置傳感器結構

霍爾式節氣門位置傳感器控制電路及輸出特性

02

檢測方法

豐田卡羅拉(參數|圖片)1ZR-FE發動機采用的是霍爾式節氣門位置傳感器，其控制電路如圖所示。

豐田卡羅拉1ZR-FE發動機節氣門位置傳感器控制電路

霍爾式節氣門位置傳感器的檢測

項目1：檢查傳感器的工作電壓

具體方法：

連接ECU連接器，接通點火開關，用萬用表測量B25-5與B25-3之間的電壓，應為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［下圖（a）］。

項目2：檢查傳感器的信號電壓

具體方法：

連接故障診斷儀，接通點火開關，踩動加速踏板，并讀取節氣門位置傳感器數據，VTA1讀數應在0.5 ～ 4.9V之間連續變化，VTA2讀數應在2.1 ～ 5.0V之間連續變化。

項目3：檢查傳感器線束及連接器

具體方法：

拆下傳感器及ECU連接器［下圖（b）］，用萬用表測B25-5與B31-67、B25-6 與B31-115、B25-4 與B31-114、B25-3 與B31-91 之間的電阻，均應小于1Ω；

測量B25-5或B31-67與車身搭鐵、B25-6或B31-115與車身搭鐵、B25-4或B31-114與車身搭鐵、B25-3或B31-91與車身搭鐵之間的電阻，均應大于10kΩ。如果不符合要求，則維修或更換線束或連接器。

霍爾式節氣門傳感器：霍爾式節氣門位置傳感器的工作原理和檢測方法

工作原理:
(1)用于控制發動機節氣門開度的有節氣門控制電動機，電動機的動力經過了二級減速齒輪增加扭力后，用以克服節氣門回位彈簧的作用力開啟節氣門。在第二級減速齒輪上安裝了霍爾元件。當節氣門被節氣門電動機帶動開啟后。在殼體上的磁鐵與霍爾元件的位置就相對移動。從而產生霍爾電壓。
(2)電子節氣門體控制原理：發動機ECU控制流向節氣門控制電動機的電流大小與方向，使電動機轉動或維持轉動，通過減速齒輪打開或關閉節氣門。使節氣門的實際開啟角由節氣門位置傳感器檢測并反饋給發動機ECU。霍爾式節氣門位置傳感器將節氣門開度角轉換成電壓，，并送至發動機ECU作為節氣門開度信號(VTA)。當VTA電壓低于標準值時，其他裝置確定其處于怠速狀態。
霍爾元件節氣門位置傳感器主要由霍爾元件和可繞其轉動的磁鐵制成的霍爾IC構成。磁鐵安裝在節氣門軸的相同軸上．與節氣門一起轉動。

模擬式節氣門位置傳感器(TPS)是一個可變電阻(電位計)，它告訴電腦節氣門的位置，大多數節氣門位置傳感器包含與節氣門軸相聯的滑動觸點臂，該觸點臂在繞可動觸點的軸放置的電阻材料段上滑動。
節氣門位置傳感器是一個三線傳感器。其中一線從電腦的傳感器電源引來的5V電壓對傳感器電阻材料供電，另一線連接電阻材料的另一端為傳感器提供接地。第三根線連至傳感器的可動觸點，提供信號輸出至電腦，電阻材料上每點的電壓，由可動觸點探測，并與節氣門角度成正比。
這是一個重要的傳感器，因為電腦用它的信號來計算發動機負荷，點火時間，排氣再循環控制，怠速控制和像變速器換擋點那樣的其他參數。一個壞的節氣門體位置傳感器會引起加速滯后和怠速問題，以及駕駛性能問題和排放試驗失敗等。
幾乎所有轎車制造商生產的節氣門位置傳感器以相同方式運行，所以這個示波器初設定和試驗步驟應適合于大多數廠家和型號的三線節氣門位置傳感器，通常節氣門位置傳感器在節氣門關時產生約低于1伏的電壓信號，在油門全開時產生約低于5伏的電壓信號。
開關式節氣門位置傳感器是由兩個開關觸點構成一個旋轉開關，一個常閉觸點構成怠速開關，節氣門處在怠速位置是：它位于閉合狀態，將發動機控制電腦的怠速輸入信號端子接地搭鐵，發動機控制電腦接到這個信號后，即可使發動機進入怠速閉環控制，或者控制發動機在“倒拖”狀態時停止噴射燃油，另一個常開觸點節氣門開度達到全負荷狀態時，將發動機控制電腦的全負荷輸入信號端接地搭鐵。發動機控制電腦接到這個信號后，即可使發動機進入全負荷加濃控制狀態。
開關式節氣門位置傳感器的旋轉臂與節氣門軸相聯，并隨節氣門一起轉動，它是一個三線傳感器。
為了使噴油量滿足不同工況的要求，電子控制汽油噴射系統在節氣門體上裝有節氣門位置傳感器。它可以將節氣門的開度轉換成電信號輸送給ECU，作為ECU判定發動機運轉工況的依據。節氣門位置傳感器有開關量輸出型和線性可變電阻輸出型兩種。
1、開關量輸出型節氣門位置傳感器的檢測
（1）結構和電路
開關量輸出型節氣門位置傳感器又稱為節氣門開關。它有兩副觸點，分別為怠速觸點（IDL）和全負荷觸點（PSW）。由一個和節氣門同軸的凸輪控制兩開關觸點的開啟和閉合。當節氣門處于全關閉的位置時，怠速觸點IDL閉合，ECU根據怠速開關的閉合信號判定發動機處于怠速工況，從而按怠速工況的要求控制噴油量；當節氣門打開時，怠速觸點打開，ECU根據這一信號進行從怠速到小負荷的過渡工況的噴油控制；全負荷觸點在節氣門由全閉位置到中小開度范圍內一直處于開啟狀態，當節氣門打開至一定角度（豐田1G-EU車為55°）的位置時，全負荷觸點開始閉合，向ECU送出發動機處于全負荷運轉工況的信號，ECU根據此信號進行全負荷加濃控制。豐田1G-EU發動機電子控制系統用的開關量輸出型節氣門位置傳感器。
（2）開關量輸出型節氣門位置傳感器的檢查調整（豐田1S-E和2S-E）。
①就車檢查端子間的導通性
點火開關置于“OFF”位置，拔下節氣門位置傳感器連接器，在節氣門限位螺釘和限位桿之間插入適當厚度的厚薄規；用萬用表Ω檔在節氣門位置傳感器連接器上測量怠速觸點和全負荷觸點的導通情況。
當節氣門全閉時，怠速觸點IDL應導通；當節氣門全開或接近全開時，全負荷觸點PSW應導通；在其他開度下，兩觸點均應不導通。具體情況如表1所示。否則，應調整或更換節氣門位置傳感器。
2、線性可變電阻輸出型節氣門位置傳感器的檢測
（1）結構和電路
線性可變電阻型節氣門位置傳感器是一種線性電位計，電位計的滑動觸點由節氣門軸帶動。
在不同的節氣門開度下，電位計的電阻也不同，從而將節氣門開度轉變為電壓信號輸送給ECU。ECU通過節氣門位置傳感器，可以獲得表示節氣門由全閉到全開的所有開啟角度的、連續變化的電壓信號，以及節氣門開度的變化速率，從而更精確地判定發動機的運行工況。一般在這種節氣門位置傳感器中，也設有一怠速觸點IDL，以判定發動機的怠速工況。。
（2）線性可變電阻型節氣門位置傳感器的檢查調整（以皇冠3.0為例）
①怠速觸點導通性檢測點火開關置于“OFF”位置，拔去節氣門位置傳感器的導線連接器，用萬用表Ω檔在節氣門位置傳感器連接器上測量怠速觸點IDL的導通情況。當節氣門全閉時，IDL-E2端子間應導通（電阻為0）；當節氣門打開時，IDL-E2端子間應不導通（電阻為∞）。否則應更換節氣門位置傳感器。
②測量線性電位計的電阻
點火開關置于OFF位置，拔下節氣門位置傳感器的導線連接器，用萬用表的Ω檔測量線性電位計的電阻，該電阻應能隨節氣門開度增大而呈線性增大。
參考資料傳感器專家網