2.4 節氣門位置傳感器

節氣門位置傳感器（TPS）用于發動機控制。發動機控制系統之所以要有節氣門開度信號，是為了下列用途：

1）用于清除溢流功能。發動機起動時，若完全踩下加速踏板，ECU將發出大量減油指令或徹底斷油指令，以清除溢出的燃油。

2）用來判斷發動機的工況處于怠速控制區、部分負荷區還是節氣門接近全開的加濃區（或催化轉化器的高溫保護區），即用來界定開環、閉環控制區。

3）用節氣門轉角變化率的大小作為加速、減速過程中修正噴油量的條件。它直接反映駕駛員的意圖，比其他負荷響應更快。

4）用于控制液力變矩器鎖止離合器的接合和分離。加速狀態時，鎖止離合器分離，變速器將最大轉矩傳送給驅動輪。當松開加速踏板時，鎖止離合器也是處于分離狀態，以利于發動機制動。

5）用于決定換檔時刻。如果節氣門全開，換檔點延時，允許發動機轉速提升，保障發動機輸出更大的功率，促進加速。如果節氣門幾乎沒有開啟，則以最低速度換檔。

6）可與MAF、MAP傳感器的信號對照互檢，提供后者發生損壞的信息，并代替后者與轉速配合，作為ECU控制噴油量的條件參數。

7）還用于點火正時修正、廢氣再循環控制、空調系統控制、燃油蒸發控制、車輛動態穩定性控制、巡航控制、牽引力控制等。如ECU判斷出節氣門處于完全關閉或完全開啟狀態，則空調壓縮機會被分離。

2.4.1 節氣門位置傳感器的類型及工作原理

節氣門位置傳感器安裝在節氣門體上，主要類型有以下幾種。

2.4.1.1 開關觸點式節氣門位置傳感器

開關觸點式節氣門位置傳感器內部有3個觸點：它們是怠速開關觸點IDL、全負荷開關觸點PSW和搭鐵的動觸點E，如圖2-32所示。發動機在怠速或突然減速時，怠速觸點閉合，ECU根據此信號對怠速時的混合氣進行控制，并修正點火提前角，切斷廢氣再循環系統。減速斷油時，暫時切斷供油。當節氣門開度超過一定角度時，全負荷觸點閉合，ECU據此信號加濃混合氣，提高發動機輸出功率。

發動機怠速運轉時，IDL觸點閉合，IDL信號電壓為0V，ECU以此信號控制發動機怠速時的運轉工況。加速時，IDL觸點斷開，其電壓變為5V。當全負荷時，PSW觸點閉合，PSW電壓為0V，ECU控制發動機在全負荷工況工作。開關式節氣門位置傳感器的數據見表2-10。

2.4.1.2 線性式節氣門位置傳感器

1.線性式節氣門位置傳感器結構原理

如圖2-33所示，它采用線性電位計，由節氣門軸帶動電位計的滑動觸點，在不同的節氣門開度下，接入回路的電阻不同。發動機怠速運轉時，怠速觸點閉合，IDL信號端子電壓為0，VTA信號端子與VC電源端子間電阻較大，傳感器信號電壓較低，在0.6～0.9V。ECU以IDL信號控制發動機怠速時的運轉工況。隨著節氣門開度的增加，電位計的滑動觸點在電阻膜上滑動，從而在該觸點上得到與節氣門開度成比例的線性電壓輸出，即VTA電壓信號，如圖2-34所示。節氣門開啟后，IDL觸點斷開，IDL信號電壓則為電源電壓（12V左右）。全負荷時，VTA信號電壓達到最大，約為3.5～4.7V。ECU根據全負荷時VTA信號進行空燃比修正、加濃修正和燃油切斷控制等。線性式節氣門位置傳感器在各種工況下的數據如表2-11所示。

開關觸點式節氣門位置傳感器只能檢測發動機的怠速和全負荷工況。當IDL觸點斷開，PSW觸點還未閉合時，發動機處于加速狀態，該傳感器無法輸出節氣門所在位置的準確信號。線性式節氣門位置傳感器的設計避免了開關式傳感器的弊端，利用電位計的變化可檢測出節氣門所在的準確位置。目前的線性節氣門位置傳感器已無IDL怠速觸點，或雖有怠速觸點但并不與發動機ECU相連接。這些型號用VTA信號探測怠速運行工況，如圖2-35所示。

2.電控節氣門中的同向雙信號線性節氣門位置傳感器

第一種：日系車上的雙信號正比例輸出的線性式節氣門位置傳感器。

在智能電控節氣門（ETCS-i）系統中，采用雙信號輸出型的節氣門位置傳感器，傳感器內部有兩個電位計、兩個滑動觸點，并有兩個信號VTA1和VTA2來提高可靠性，如圖2-36所示。

第二種：德系車上的反向雙信號線性式節氣門位置傳感器

如圖2-38所示，德系車將節氣門信號用作主要的負荷信號，采用具有兩個電阻片和兩個觸點臂的電位計。這兩個電位計的電壓變化情況通常是相反的，如圖2-39所示，這增加了使用安全性。

2.4.1.3 霍爾元件型節氣門位置傳感器

霍爾元件型節氣門位置傳感器由霍爾集成芯片（霍爾IC）和可繞其轉動的磁鐵構成。磁鐵與節氣門軸同軸，也就是和節氣門一起轉動。當節氣門開啟時，磁鐵也一同轉動，改變位置，見圖2-40。此時，霍爾IC探測磁鐵位置變化所造成的磁通量變化并產生霍爾電壓，從VTA1端子和VTA2端子輸出信號電壓。此傳感器不僅能精確地探測節氣門開啟程度，還采用了無接觸方式，簡化了構造，所以不易發生故障。而且，為了確保傳感器的可靠性，還由具有不同的輸出特性的兩個系統輸出信號，如圖2-41所示。

2.4.2 節氣門位置傳感器安裝調整的必要性和方法

對于有安裝螺釘槽孔和墊片的節氣門位置傳感器，需要進行安裝調整；對于圓孔螺釘槽孔的節氣門位置傳感器則不需要安裝調整，如圖2-42所示。

1.節氣門位置傳感器安裝調整的必要性

節氣門初始開度過小或節氣門由于污染堵塞，就需要調整節氣門的初始位置。節氣門體出廠時已經過調整，節氣門保持0°～3°的初始開度，以維持發動機對基本怠速轉速的要求。如果開度調整過小或使用一段時間后節氣門積炭污染物過多，將使基本空氣量減少，ECU便會通過調節怠速空氣通道來補充空氣量，從而使怠速控制閥開度增加。由于怠速時怠速控制閥開啟角度已經很大，當發動機怠速運轉時開空調或自動變速器起步，怠速控制閥將進一步開大，以維持怠速轉速的穩定。而此時的怠速控制閥開度已無法進一步開大，這樣便會出現空氣量不足，造成開空調發動機怠速和自動變速器起步時怠速轉速過低。

2.節氣門位置傳感器安裝調整的方法

1）不需調整的節氣門位置傳感器，每次打開點火開關，ECU會自動將其信號“歸零”，只要該傳感器信號電壓在0.2～1.25V之間，ECU即認為節氣門開度為0 °。基于此位置，節氣門開啟角度的變化，被以百分比表示。

2）安裝需調整的節氣門位置傳感器，調整時先要接上手持測試儀，將點火開關置于“ON”，安裝螺栓，直到節氣門開度滿足要求，再按規定力矩緊緊螺栓。

2.4.3 節氣門位置傳感器的檢測方法

以無怠速觸點的線性式節氣門位置傳感器為例。

1）第一步：用手持式測試儀讀取故障碼為：P0120或P021。

2）第二步：用手持式測試儀讀取節氣門開度的百分數。

3）第三步：針對節氣門位置傳感器的電阻、線束、插頭和ECU進行檢測。

2.4.4 節氣門位置傳感器的故障診斷及檢測

2.4.4.1 OBDⅡ系統設置節氣門位置傳感器故障碼的條件

1.節氣門位置傳感器信號電壓超出可能的范圍

在點火開關打開，OBDⅡ系統只需一個檢測行駛工況周期即可檢測到該故障，即傳感器信號電壓低于0.1V或高于4.9V。若故障發生，OBDⅡ系統設置故障碼P0120，ECU啟用失效保護模式，固定以0°開度代替現有傳感器的信號值。

故障碼P0120：節氣門/踏板位置傳感器/開關“A”電路。

與P0120相關的故障碼：

P0122：節氣門/踏板位置傳感器/開關“A”電路低。

P0123：節氣門/踏板位置傳感器/開關“A”的電路高。

P0124：節氣門/踏板位置傳感器/開關“A”電路間歇性。

引起的故障現象：

1）MIL（故障指示燈）點亮。

2）怠速或高速行駛時失火。

3）怠速質量差。

4）可能無怠速。

5）可能起動并停止。

引起故障的原因：

1）節氣門復位彈簧卡死。

2）MAP或TPS插接器腐蝕。

3）線束布線錯誤導致擦傷。

4）不良的TPS。

5）ECU錯誤。

2.節氣門傳感器信號與其他信號不一致

ECU可以根據進氣歧管絕對壓力（MAP）傳感器信號和轉速信號數值倒推出節氣門開度。當進氣歧管絕對壓力（MAP）讀數低于50kPa時，診斷檢查節氣門位置傳感器是否偏高；當進氣歧管絕對壓力（MAP）讀數高于70kPa時，診斷檢查節氣門位置傳感器是否偏低。如果此時算出的節氣門開度與節氣門位置傳感器信號指示的開度值相差甚遠，并且沒有節氣門位置傳感器電路及進氣歧管絕對壓力傳感器的故障信息記錄等，所檢測狀況持續10s以上，OBDⅡ系統只需一個檢測行駛工況周期即可檢測到該故障，設置故障碼P0121，見表2-12。

根據其他傳感器相關性設置的故障碼：

1）P0068：MAP/MAF-節氣門位置相關。

2）P0510：節氣門位置開關。

3）P060E：內部控制模塊節氣門位置性能。

4）P2073：進氣歧管絕對壓力/空氣流量-怠速時的節氣門位置相關。

5）P2074：進氣歧管絕對壓力/空氣流量-高負荷時的節氣門位置相關。

2.4.4.2 OBDⅡ系統設置與節氣門相關故障碼和數據流

1.讀取節氣門位置感知相關故障碼

（1）與非接觸式節氣門位置傳感器相關故障碼

P212A：節氣門位置傳感器/開關“G”電路。

P212B：節氣門位置傳感器/開關“G”的電路范圍/性能。

P212C：節氣門位置傳感器/開關“G”的電路低。

P212D：節氣門位置傳感器/開關“G”的電路高。

P212E：節氣門位置傳感器/開關“G”電路間歇性。

P212F：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“F”/“G”的電壓相關。

（2）與電控節氣門相關故障碼

在電控節氣門控制（ETC）系統中，加速踏板位置（APP）傳感器的作用是將加速踏板的位置以電信號的形式傳遞給節氣門控制模塊，作為節氣門執行器控制節氣門開度的參考依據。

P2130：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“F”電路。

P2131：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“F”的電路范圍/性能。

P2132：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“F”電路電壓低。

P2133：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“F”電路高。

P2134：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“F”的電路間歇性。

（3）加速踏板與節氣門位置信息對比設置的故障碼

電控節氣門控制（ETC）系統中加速踏板位置和節氣門位置是兩個關聯因子。踩下加速踏板時，向下推動加速踏板位置傳感器，該傳感器指示期望的節氣門開度，該傳感器將需求信號發送至ECU。作為響應，ECU將電壓發送到電動機以打開節氣門。內置在節氣門體中的兩個節氣門位置傳感器將節氣門開度轉換為電壓信號，并傳送給ECU。ECU監視加速踏板位置和節氣門位置兩個信號電壓的相關性。當兩個電壓一致時，系統運行正常。當它們偏離時，將設置故障碼P2135，指示系統中某處出現故障。該故障碼可能會附帶其他故障碼，以進一步識別問題。最重要的是，如果ECU失去對節氣門的控制，可能會造成危險。

P2135：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“A”/“B”的電壓相關。

P2136：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“A”/“C”的電壓相關。

P2137：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“B”/“C”的電壓相關。

P2138：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“D”/“E”的電壓相關。

P2139：節氣門/加速踏板位置傳感器/開關“D”/“F”的電壓相關。

2.讀取節氣門位置傳感器相關數據流

節氣門位置絕對值范圍：0%～100%。

TP：xxx.x %。顯示節氣門位置絕對值的百分比。

其他節氣門位置絕對值顯示：如果使用5.0V的參考電壓，則節氣門關閉位置的信號電壓為1.0V時，TP在關閉時應顯示（1.0/5.0）=20%節氣門位置，2.5V時為50%。空轉時的節氣門位置通常表示大于0%，并且節氣門全開時的位置通常表示小于100%。對于輸出與輸入電壓成比例的系統，TP絕對值為此時信號電壓比輸入參考電壓的百分比。對于輸出與輸入電壓成反比的系統，TP絕對值是100%減去信號電壓比輸入參考電壓的百分比。單個節氣門最多可具有3個節氣門位置傳感器A、B和C。雙節氣門系統最多可以有4個節氣門位置傳感器A、B、C和G。

節氣門位置相對（或學習）值范圍：從0%到100%；

TP_R：xxx.x%。顯示節氣門位置相對（或學習）值百分比。

其他節氣門位置相對（或學習）值顯示：如果使用5.0V的參考電壓，則節氣門關閉位置的信號電壓1.0V時，TP在關閉時應顯示（1.0-1.0）/5.0=0%節氣門位置，2.5V信號電壓時為（2.5-1.0）/5.0=30%。由于節氣門關閉偏移，節氣門全開通常會指示大大低于100%。對于輸出與輸入電壓成比例的系統，TP相對值為（信號電壓-1.0）/輸入參考電壓的百分比。對于輸出與輸入電壓成反比的系統，TP相對值是100% -（信號電壓-1.0）/輸入參考電壓的百分比。