任务三 节气门位置传感器、加速踏板传感器的结构及工作原理

学习目标

1.了解节气门位置传感器的功能

2.了解节气门位置传感器的结构及工作原理

3.了解节气门位置传感器的故障现象

4.了解节气门电机的工作原理

5.了解加速踏板传感器的结构及工作原理

课程准备

知识准备

电位计的工作原理

电位计是一种可调的电子元件，它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。结构上，它是在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点，当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。滑动变阻器（见图1-2-22）是电位计的一种应用。

图1-2-22 滑动变阻器

课前引入

车辆在加速或减速时，驾驶员会对加速踏板进行控制，发动机电子控制单元是怎样对驾驶员的动作进行反应的呢，加速踏板的位置是和节气门的开度联系的，节气门的开度越大，进入发动机的空气量就越多。那么电子控制单元是怎样控制节气门开度的，又是怎样检测节气门开度的呢？

本工作任务就是要解决以上的问题。

现在大多数车上都安装有电子节气门，电子节气门取消了原来的节气门拉索。驾驶员意愿通过加速踏板位置传感器传递给发动机ECU，发动机ECU综合车辆的其他信息，控制电子节气门电动机来控制节气门的开度，节气门位置传感器反馈节气门的位置信息以及电动机的位置信息。其控制流程如图1-2-23所示。

一、电子节气门（节气门位置传感器、节气门电动机）的结构及工作原理

1.电子节气门的功能

电子节气门取消了传统的节气门拉索，节气门的开度由ECU根据加速踏板的信号和其他的信号（如空调、助力转向、换档等信号），通过电子节气门内部的电动机来控制。取消了传统的怠速旁通道和怠速步进电动机，另外电子节气门上面还有节气门位置传感器，用来反馈节气门的开度。

图1-2-23 某车型电子节气门及加速踏板位置传感器的控制流程

2.节气门位置传感器结构和工作原理

节气门位置传感器（Throttle Position Sensor，TPS）安装在节气门体上，而节气门体安装在进气道上的进气总管的前端（见图1-2-24）。节气门总成由节气门体、驱动电动机和节气门位置传感器等构成。来自发动机ECU的指令使驱动电动机动作，通过传动机构使节气门板转动，保证发动机工作所需的节气门开度。

图1-2-24 节气门体的安装位置

节气门体构造如图1-2-25所示，是由节气门位置传感器、节气门电动机和减速机构等组成。

节气门位置传感器是一个具有线性输出的角度传感器，由两个电位计组成，电路原理如图1-2-26所示。每个电位计由碳膜电阻和滑动触臂构成。节气门两个电位计的滑动片都直接与节流阀门轴杆连接在一起。滑动触臂的转轴跟节气门轴连接在同一个轴线上。滑触电阻的两端加上5V的电压。当节气门转动时，滑动触臂跟着转动，同时在滑触电阻上移动，并且将触点的电位作为输出电压引出。电位计输出与节气门位置成比例的电压信号，其中一个电位计为一个正的信号而另一个为与此相反的信号。当某一个信号出问题时，发动机ECU还可以用另外一套信号来继续工作。

图1-2-25 节气门体构造

图1-2-26 节气门位置传感器及电动机电路

图1-2-27 节气门驱动齿轮及电动机电枢

节气门驱动电动机是一台微型直流电动机。节气门电动机供电是发动机电控单元提供占空比类型的电压控制。电动机的电枢如图1-2-27b所示。该电动机驱动一套特殊的齿轮减速机构及一根双向弹簧，当系统处于断电状态下，由该机构保证节气门阀片的开度维持在大于怠速位置，又不能过高的一个安全位置，保证车辆继续具有行驶能力，如果发动机电控系统进入该故障模式后，踩加速踏板时，电子节气门的阀板将不再动作。

3.怠速控制原理

当节气门电动机不被供电时，节气门的位置处于“初始”位置。此位置不是怠速位置，比怠速时空气量多，此时复位弹簧带着节气门返回到限位块位置；此位置可以获得车辆以低速行驶时所需的空气量。此位置如图1-2-28a所示。

图1-2-28 节气门初始位置和怠速位置的开度

发动机怠速时，发动机电子控制单元控制电子节气门转动，节气门由初始位置向减小开度的方向转动，处于怠速进气量位置，为发动机提供必需的空气量。

发动机电子控制单元一旦检测到某项故障时，如发现电子节气门位置信息与加速踏板位置信息不一致时，就会切断电子节气门的供电。

注意

不要尝试调节或者分解电子节气门。

4.节气门系统诊断原理

ECU通过检测两个节气门位置传感器的转角是否超过其信号输出的上限值或下限值，当输出信号超过其上下限值时，或者两个节气门位置传感器的输出信号不同步时，ECU就判定节气门位置传感器故障，发动机进入故障模式运转，发动机故障灯亮。节气门位置传感器输出信号是两组相反的电压，如图1-2-29所示。

图1-2-29 节气门位置传感器输出信号

在大众Polo轿车上出现一个节气门位置传感器发生故障，电子节气门系统使用另一个节气门位置传感器信号，对加速踏板响应不变，巡行控制和怠速控制等关闭，EPC（E-lectronic Power Control）灯点亮，故障存储器内有故障信息；当两个节气门位置传感器都发生故障而信号中断时，发动机在1500r/min左右运转，踩加速踏板无响应，EPC灯亮，故障存储器内有故障信息。当节气门驱动电动机出现故障时，车辆进入紧急运转模式，由弹簧将节气门打开一定角度，系统运行于高怠速状态，踩加速踏板无响应，EPC灯点亮，故障存储器内有故障。

5.由节气门故障引起的故障分析

由于节气门过脏、气缸及气门严重积炭会造成发动机ECU记忆空气流量计故障及氧传感器故障，这个故障在大众系列车系（捷达、桑塔纳和奥迪等）较多发生。

之所以这样，是因为节气门过脏后直接影响了进气通道的截面积，从而使进气量减少。为了稳定发动机怠速转速，电子控制单元只能将电动节气门开度调大，以满足发动机怠速工况下对空气量的需求。电子控制单元一方面接收来自空气流量计的进气量信号，另一方面通过节气门开度与发动机转速来判断空气流量计准确程度，当两个计算差值超过预设定值时，判断为流量计失准，便报空气流量计超值。当节气门严重污染时，节气门势必开得更大，但此时的实际进气量并未增加，故节气门位置传感器信号值会高于空气流量计信号值。而同时电子控制单元也会修正空气流量计差值，但随着时间的延续，当修正值超过电子控制单元预设定值时，将报流量计失准故障。因此，应适时清洁节气门体，以保证空气流量计的准确性。

在车辆发生此类故障后，不要急于更换空气流量计，应首先对进气道、节气门、气缸和气门进行免拆清洁，然后再用专用设备清除电子控制单元中的故障记忆（故障码和运行数据记录），并重新运行车辆进行初步设定，故障一般便可排除。

6.电子节气门控制的基本设定

更换发动机控制单元后，必须进行电子节气门系统传感器、执行器与发动机控制单元间的基本设定。

大众汽车节气门基本设定的步骤

①打开点火开关，不起动发动机；

②选择发动机系统；

③选择基本设定功能；

④输入基本设定通道号（见表1-2-1）

⑤观察数据流第4区，当显示“adp.ok”时，节气门基本设定便完成了。

表1-2-1 大众常见车型发动机节气门基本设定的通道号

对带自动变速器的车辆，更换发动机控制单元和加速踏板后，还应进行强制低档的基本设定。用VAS5051故障诊断仪进入基本设定063模式，踏下加速踏板到底，触动牵制低档开关，并保持3s以上，观察显示区见表1-2-2。

表1-2-2 基本设定063模块

注：1.Kick Down指加速踏板急踩到底模式。

2.评价一栏指实测值与理论值的比较结果。

如果基本设定过程中控制单元中断，节气门体存在故障，可能原因如下：

①节气门由于脏污，如积炭或节气门拉索调整错误等原因，不能达到怠速机械止点位置；

②蓄电池电压过低；

③节气门控制单元或其电路不良。

课程互动

1）请说出帕萨特汽车节气门的匹配步骤。

2）如果节气门电动机出现故障，车辆会出现什么情况？

故障案例

节气门故障案例

案例1：一辆宝来1.8T事故车修复后，怠速不稳、加速无力，用解码器检查，故障码是17967（节气门控制单元J338基本设定未完成）。用解码器进行基本设定时，始终不能完成设定，最后检查发现，由于事故车修理时线路接错，使得解码器诊断插座处的电压供给只有6.5V，电压过低。由于电压过低时，发动机控制单元不能正常工作，所以使得节气门基本设定无法完成。不完成节气门基本设定，发动机控制单元得不到节气门控制单元中传感器的正确位置参数，所以无法对发动机进行正确控制。将线路修好后，重新进行基本设定，故障排除。

案例2：一辆2006款一汽-大众公司生产的速腾轿车，采用1.8TBPL发动机，出现怠速不稳、加速无力的现象，同时EPC灯报警。

对其进行基本检查，节气门的转动平滑而无卡滞现象，空气流量计信号电压也正常，没有发现可疑之处。进而用VAS5051故障诊断仪进行检测，发现有两个故障码。①18042——加速踏板位置传感器G185信号太大；②18047——加速踏板位置传感器G79/G185信号不可靠。

故障诊断：根据故障码，推断发动机控制单元识别到至少加速踏板位置传感器有一个相关故障。于是检查加速踏板位置传感器G79和加速踏板位置传感器G185。用VAS5051故障诊断仪进入数据块062，在怠速状态下，未踩下加速踏板时两个传感器的位置分别为：加速踏板位置传感器G79为94%；加速踏板位置传感器G185为94%。从中发现，加速踏板位置传感器G185的数值为94%是不正常的。在怠速状态下，未踩下加速踏板时，加速踏板位置传感器G79的标准数值约为12%～97%，加速踏板位置传感器G185的标准数值约为4%～49%。

随后检查加速踏板位置传感器G79和加速踏板位置传感器G185的滑动电阻，能随踏板位置的变化而线性变化，说明加速踏板位置传感器G79、加速踏板位置传感器G185正常。

断开点火开关，取下蓄电池负极线，从控制单元上取下插接器。检查加速踏板位置传感器与控制单元间线路是否正常。检测线路之间的12对插接器插脚，各导线均无短路、断路现象。

拆开进气管，用手触摸节气门，急加速时节气门并没有打开动作。该型电子节气门内有1个直流电动机G186、2个并联的节气门位置传感器G187/G188，分别测量了它们的阻值均正常。测量节气门位置传感器的电压，传感器G187的分压向5V靠拢（节气门开得越大，电压越高）；传感器G188的分压由5V向0V靠拢（节气门开得越大，电压越小），电压值符合规定。进一步检测电子节气门控制电动机G186的电源供应，发现端电压虽为12V，但电动机却不动作。在该电源线上接入功率为8W的试灯试验，试灯不亮。如果将蓄电池电源直接引至电子节气门控制电动机G186，电动机却能正常工作，由此判定电子节气门的控制单元J220有故障。检查与发动机控制单元有关的元器件及导线，发现几个搭铁点均出现锈蚀现象，可能是洗车溅水后未进行处理所致，同时溅水有可能导致线路短路，烧坏控制单元相应电路。

故障排除：重新打磨发动机舱各处搭铁点，更换发动机控制单元并进行基本设定，重新试车，故障排除。

二、加速踏板位置传感器的结构及工作原理

1.加速踏板位置传感器安装位置

加速踏板位置传感器安装在驾驶员仪表下方，多数加速踏板传感器与踏板做成一体。其安装位置如图1-2-30所示。

图1-2-30 加速踏板位置传感器安装位置及内部构造

2.加速踏板位置传感器功能

加速踏板位置（司机意愿）是发动机控制单元的一个主要输入参数。当发动机不转且点火开关打开时，发动机控制单元根据加速踏板位置传感器的信息来控制节气门控制器，也就是说：当加速踏板踏下一半时，节气门也打开一半。当发动机运转（有负荷）时，那么发动机控制单元可不依靠加速踏板位置传感器来打开或关闭节气门。例如：尽管加速踏板只踏下一半，但节气门可能已完全打开了。这样就有一个优点：可避免截流损失。另外还能在一定负荷状态下减少有害物质排放，并降低油耗。

发动机所需扭矩由控制单元通过节气门开度及进气量、发动机转速等来确定。如果认为电子节气门（E-Gas）仅是由一或两个部件组成的，那是完全错误的。它包括了用于确定、调整及监控节气门位置的所有部件，如：节气门控制单元、加速踏板位置传感器、EPC警告灯、发动机控制单元等。

3.加速踏板位置传感器工作原理

加速踏板位置传感器内部采用阻尼结构，传感器内部有两个阻值不同的活动电位计式传感器。其结构和信号电压示意如图1-2-31所示。虽然两个传感器的阻值并不相同，但是两个传感器所输出的阻值存在一一对应的关系。传感器的信号指针同踏板同轴，当踩动加速踏板时，电位计指针便与踏板同轴旋转，同时随着电位计指针的滑动，信号端子便输出不同的电压信号。为了防止发电机电压波动引起信号失真，在ECU内部采用对比电路，将传感器所输出的信号电压和标准电压进行对比，ECU采用比值来判断踏板的动作幅度。

图1-2-31 加速踏板结构及信号电压示意图

注：APP1和APP2分别为加速踏板内两个传感器电压值。

ECU对比传感器1和传感器2所输入的信号，并同发动机转速、负荷等其他传感器来共同判断传感器所输出信号的真伪，当判断出两个传感器中的任何一个信号失真，ECU便控制发动机进入故障模式，采取限制性驾驶措施，将节气门开度维持在一定开度，使车辆能够开到特约服务站进行维修处理。

例如在大众Polo车上，当一个传感器发生故障，系统监测到还有一个节气门信号时，能进入怠速运转，但节气门要全开却很慢，系统还通过制动灯开关和制动踏板开关信号来判别怠速，巡行控制、怠速控制等关闭，EPC灯点亮，故障存储器内有故障信息。当两个传感器都发生故障，发动机在1500r/min左右运行时，踩加速踏板无反应，EPC灯亮，故障存储器内有故障信息。

4.电子节气门和加速踏板传感器数据

图1-2-32为某车型在怠速时，电子节气门和加速踏板传感器的数据，图中显示了踏板位置传感器1和2的电压值、踏板的位置、节气门电位计1和2的电压以及节气门电动机的控制信号。这些数据可以很好的帮助维修人员了解传感器的工作情况。

图1-2-32 电子节气门和油门踏板传感器数据

课程互动

1）加速踏板位置传感器如果出现故障，车辆会出现什么情况？

2）加速踏板位置传感器如果出现故障，EPC灯是否会点亮？

故障案例

加速踏板位置传感器故障案例

故障现象：一辆2006年1.6L高尔夫轿车，EPC灯报警，发动机怠速转速保持在1100r/min，踩节气门时发动机转速无变化。

故障检修：用VAS5051故障诊断仪进行检测，发现有两个故障码：①18042，加速踏板位置传感器2-G185信号太强。②18047，节气门/加速踏板位置传感器/开关C电路范围/性能。根据故障码，推断发动机控制单元识别到至少在加速踏板位置传感器有一个相关故障。接着检查加速踏板位置传感器1-G79和加速踏板位置传感器2-G185。

在怠速状态下，未踩下加速踏板时两传感器的加速踏板位置分别为：加速踏板位置传感器1-G79为94%；加速踏板位置传感器2-G185为94%。怠速状态下，加速踏板位置传感器G185的数值为94%是不正常的（正常情况下，传感器G79的数值约为传感器2-G185数值的2倍）。

高尔夫轿车采用电子节气门，由加速踏板位置传感器1-G79和加速踏板位置传感器2-G185向发动机控制单元提供踏板位置信号，提高节气门操纵系统的传输效率及准确性。另外，当发动机运转时，控制单元可以不依靠加速踏板位置传感器直接控制节气门，避免节流损失。检查加速踏板位置传感器1-G79和加速踏板位置传感器2-G185的滑动电阻，能随踏板位置的变化而线性变化，说明加速踏板位置传感器1-G79、加速踏板位置传感器2-G185正常，即电子节气门正常。

断开点火开关，取下蓄电池负极线，从控制单元上取下插头。根据电路图检查加速踏板位置传感器与控制单元间线路是否正常。检测插头插脚到发动机电子控制单元的各导线均无短路、断路现象。拆开控制单元J220进行检查，发现集成块已经烧坏。

为什么会出现这种情况呢？检查与发动机控制单元有关的元器件及导线，发现几个搭铁点均出现锈蚀现象，应为洗车溅水后未进行处理所致。重新打磨发动机舱各处搭铁点，更换发动机控制单元并进行匹配，重新试车，故障排除。

三、发动机电子节气门控制系统警告灯

发动机电子节气门控制系统警告灯（EPC）监控电子节气门系统与节气门控制单元各传感器的工作状况。

打开点火开关，警告灯持续亮3s，对系统进行自检，如果没有发现故障，警告灯熄灭；当系统出现故障时，警告灯闪烁，同时，发动机控制单元记录故障信息。若警告灯出现故障，对发动机的正常运转没有影响。图1-2-33所示为某车型仪表盘上的EPC灯。

图1-2-33 EPC（发动机管理系统）故障灯