1 6节气门位置传感器故障检修

,发动机电控系统识别,主讲人：张忠伟,延时符,汽车发动机电控系统检修课程项目一燃油供给不良故障检修任务六节气门位置传感器故障检修,主要内容Primarycoverage,一、学习目标,1.能根据故障现象制定正确的维修计划;2.能正确选择诊断设备对节气门位置传感器引起的故障进行诊断;3.能使用万用表、故障诊断仪对节气门位置传感器的电路进行检测;4.能正确记录、分析各种检测结果并确定故障原因和故障部位;5.能按照正确操作程序进行节气门位置传感器的更换;6.能正确检查节气门位置传感器故障的修复质量;7.能够自主检修节气门位置传感器引起的故障。,二、情景描述,故障现象：一辆桑塔纳2000GSI轿车发动机在怠速运转时，机体抖动较大，且排气管有较明显的突突声；急加速时,进气管有回火声；车辆在行驶中,负荷稍微加大,则车辆便会出现前冲和后撞的不舒适感。诊断与排除：用解码仪检测为节气位置传感器故障。更换节气门体故障排除。分析：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：发动机易熄火或起动困难、怠速不稳，偏高或偏低、车辆起步发冲，发动机加速不良、游车等。,三、相关知识,一、气门位置传感器概述视频-2-15节气门位置传节气门位置传感器检测节气门的开度和开关的速率，并把该信号转变为电压信号送给发动机的控制电脑，作为控制喷油脉冲宽度、点火正时、怠速转速、尾气排放的主要修正信号，同时也是空气流量传感器或进气歧管压力传感器的辅助信号。,动画-节气门控制组件,三、相关知识,二、节气门位置传感器的类型节气门位置传感器有触点开关式(开关式)、线性可变电阻式(电位计式)、触点与可变电阻组合式(综合式)和霍尔式四种。1.触点开关式触点开关式节气门位置传感器有两副触点，分别为怠速触点（IDL）和全负荷触点（PSW）。其结构如图1-68a所示，接线图如图1-68b所示。触点开关式节气门位置传感器主要由节气门轴、大负荷触点（又称为功率触点，PSW)、凸轮、怠速触点(IDL)和接线插座组成。凸轮随节气门轴转动，节气门轴随节气门开度大小而转动。,A结构图b接线图图1-68触点开关式节气门位置传感器的结构与接线图1-连接器2-动触点3-全负荷触点4-怠速触点5-控制臂6-节气门轴7-凸轮8-槽,三、相关知识,触点开关式节气门位置传感器的输出特性如图1-68所示。当节气门关闭时，怠速触点闭合、功率触点(PSW)断开，怠速触点输出端子输出的信号为低电平“0”，功率触点(PSW)输出端子输出的信号为高电平“l”。ECU接收到TPS输入的这两个信号时，如果车速传感器输入ECU的信号表示车速为零，那么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。如果此时车速传感器输入ECU的信号表示车速不为零，那么ECU判定发动机处于减速状态，并控制喷油器停止喷油，以降低排放和提高经济性。当节气门接近全部开启(80以上负荷)时，凸轮转动使功率触点(PSW)闭合，PSW端子输出低电平“0”，IDL端子保持断开而输出为高电平“1”。ECU接收到这两个信号时，便可判定发动机处于大负荷运行状态，从而控制喷油器增加喷油量，保证发动机输出足够的动力，故将大负荷触点称为功率触点。当节气门全开时，ECU将控制系统进入开环控制模式，此时不采用氧传感器信号。如果此时汽车空调器在工作，那么ECU将中断空调器主继电器信号约15s，以便切断空调器电磁离合器线圈电流，使空调压缩机停止工作，增大发动机输出功率，提高汽车的动力性。,图1-68输出特性,三、相关知识,2.线性可变电阻式视频-2-16节气门位置传线性可变电阻式节气门位置传感器是一种线性电位计式的。其实物图和接线图如图1-69所示，电位计的滑动触点由节气门轴带动。在不同的节气门开度下，电位计的电阻不同，从而将节气门开度转变为电压信号输送至ECU，传感器输出特性如图1-70所示。ECU通过节气门位置传感器，可以获得表示节气门由全闭到全开的所有开启角度的、连续变化的电压信号，以及节气门开度的变化速率，从而更精确地判定发动机的运行工况。,图1-69博世线性输出型节气门位置传感器外形和工作原理,图1-70线性型节气门位置传感器输出特性,三、相关知识,3.触点与可变电阻组合式这种传感器是在上述两种传感器的基础上综合而来的。触点与可变电阻组合式节气门传感器的结构图如图1-72a所示，传感器与ECU的连接线路图如1-72b所示，输出特性如图1-73所示。它有两个与节气门轴联动的可动触点。一个与节气门轴同轴的触点称为怠速触点IDL，它在怠速处于闭合状态，输出低电平信号，其他工况下则输出高电平信号；另一个触点在可变电阻器上滑动，它与VTA端子相连，是电位计的可调端。当节气门开度变化时，VTA端输出连续变化的电压信号。此传感器在节气门开度较大时，空气流量变化很小，故其测量精度有限。设置怠速触点，不但可以精确地确定怠速工况，而且还可以用怠速时的可变电压值对反映节气门开度的电压值进行修正，以提高控制精度，因而具备了触点开关式和线性可变电阻式两者的优点。,三、相关知识,a触点与可变电阻组合式节气门传感器的结构b传感器与ECU的连接线路图图1-71触点与可变电阻组合式传感器结构与接线图,图1-72触点与可变电阻组合式节气门传感器输出特性1-怠速触点信号2-节气门开度输出特性,三、相关知识,桑塔纳2000GSi节气门组件(J338)结构如图1-73所示。节气门电位计(G69)和节气门定位计(G88)这两个部件起着节气门位置传感器的作用。因为怠速电机(V60)起着控制怠速的作用，能适当开大或关小节气门，所以该发动机没有怠速控制阀。怠速开关(F60)用来向发动机ECU提供怠速位置信号，当怠速开关闭合时，由节气门定位器来决定怠速时节气门的开度。,图1-73桑塔纳时代超人节气门体的结构1-节气门电位计（G69）2-应急弹簧3-怠速电机（V60）4-节气门定位计（G88）5-怠速触点（F60）6-节气门7-节气门控制组件,三、相关知识,节气门控制组件与电控单元的电路如图1-74所示。端子1、端子2接怠速电机V60,端子1连接电脑端子66，端子2连接电脑59脚。端子3连接怠速触点F60，与电脑端子69相连。端子4连接电脑端子62，为节气门位置传感器和怠速位置传感器的电源线，端子5为节气门电位计信号线，连接电脑端子75，端子7为传感器搭铁线，端子8为怠速电位计信号线。节气门电位计G69直接与节气门轴相连接，当驾驶人踩动加速踏板时，节气门轴转动，节气门电位计轴也同时转动，使其电阻发生变化，这个信号传至ECU以告知节气门打开的位置。同时，节气门定位计G88将怠速范围内节气门控制器的位置情况告知ECU。怠速触点F60用以向ECU提供怠速位置信号。怠速电机V60来决定怠速时节气门的开度。所以桑塔纳2000GSI发动机没有怠速控制阀。,图1-74节气门组件与电脑连接电路,三、相关知识,4.霍尔式霍尔式节气门位置传感器由霍尔元件和可绕其转动的磁铁构成，如图1-75所示。磁铁安装在与节气门轴相连的轴上，和节气门一起转动。当节气门开启时，磁铁也同时转动，通过霍尔元件的磁通量发生变化，霍尔元件输出电压信号发生变化，以此作为节气门开度信号。霍尔式节气门位置传感器电路和工作特性如图1-76所示。该传感器采用双信号输出，提高了传感器的可靠性。霍尔式节气门位置传感器采用无接触方式，结构简单，检测精确，不易发生故障。,图1-75霍尔式节气门位置传感器的结构,A电路原理图(b输出特性图1-76霍尔式节气门位置传感器电路和工作特性,三、相关知识,该节气门位置传感器有两个传感器电路，其电路图如图1-77所示。打开点火开关或发动机运行时，传感器通过VTA1和VTA两个端子向发动机ECU发出信号，信号电压在05V之间变化，其变化幅度与节气门开度成比例。节气门关闭时，输出电压降低，节气门打开时输出电压升高，发动机ECU根据这些信号计算其开度，来控制节气门执行器。节气门位置传感器端子5为5V供电线，接发动机ECU的端子B67；节气门位置传感器端子为搭铁线，接发动机ECU的端子B91；节气门位置传感器端子6为VTA信号，用来检测节气门开度，接发动机ECU的端子B115；节气门位置传感器端子4为VTA2信号，用来检测VTA1故障，接发动机ECU的端子B114。,图1-77霍尔式节气门位置传感器电路图,三、相关知识,三、电子节气门1.电子节气门概述节气门的作用是控制发动机的进气流量，决定发动机的运行工况。驾驶人通过操作加速踏板来操纵节气门开度。加速踏板和节气门的连接方式有两种：刚性连接和柔性连接，如图1-78所示。传统节气采用刚性连接，即通过拉杆或拉索传动连接加速踏板和节气门的机械连接方式，因此节气门开度完全取决于加速踏板的位置，即驾驶人的操作意图，但从动力性和经济性角度来看，发动机并不总是完全处于最佳运行工况，而且驾驶人的误操作也给安全性带来隐患。在混合动力车中，由于发动机和电池组成多能源动力系统，刚性连接方式不能实现各动力源之间的能量分配管理，因此，它必将被柔性连接方式所取代。柔性连接方式取消了传统的机械连接，通过电控单元控制节气门快速精确地定位，因此又称为电子节气门。它的优点在于能根据驾驶人的需求愿望以及整车各种行驶状况确定节气门的最佳开度，保证车辆最佳的动力性和燃油经济性，并具有牵引力控制、巡航控制等控制功能，提高安全性和乘坐舒适性。,a刚性连接b柔性连接图1-78加速踏板与节气门的连接方式,三、相关知识,2.大众电子节气门系统的基本结构(1)加速踏板位置传感器加速踏板位置传感器由踏板机构、滑动片、踏板位置传感器1-G79和踏板位置传感器2-G185组成。如图1-79所示。G79和G185为两个无触点线性电位器传感器组成，在同一基准电压下工作，基准电压由ECU提供。随着加速踏板位置的改变，电位器阻值也发生线性的变化，如图1-80所示。由此产生反应加速踏板下踏量大小和变化速率的电压信号输入ECU。,图1-79加速踏板位置传感器结构图1-80电阻器阻值随加速踏板的位移线性变化,三、相关知识,(2)节气门位置传感器与加速踏板位置传感器类似，节气门位置传感器也是由两个无触点线性电位器传感器组成(G187和G188)，且由ECU提供相同的基准电压。当节气门位置发生变化时，电位器阻值也随之线性地改变，由此产生相应的电压信号输入ECU，该电压信号反映节气门开度大小和变化速率。节气门位置传感器电路如图1-81所示。,图1-81节气门位置传感器工作原理,三、相关知识,(3)节气门控制电机节气门控制电机一般选用步进电机或直流电机，经过两级齿轮减速来调节节气门开度。如图1-82所示。早期以使用步进电机为主，步进电机精度较高、能耗低、位置保持特性较好，但其高速性能较差，不能满足节气门较高的动态响应性能的要求，因此现在比较多地采用直流电机，直流电机精度高、反应灵敏、便于伺服控制。大众万腾2012款节气门控制单元的电路如图1-83所示。,b节气门控制单元的组成图1-82节气门控制单元的结构及其原理,a节气门控制单元,三、相关知识,图1-83大众万腾2012款节气门控制单元的电路G79-油门踏板位置传感器G185-油门踏板位置传感器2G186-节气门驱动电机G187-节气门位置传感器1G188-节气门位置传感器2J623-发动机控制单元,三、相关知识,(4)控制单元(ECU)控制单元是整个系统的核心，包括信息处理模块和电机驱动电路模块两部分。信息处理模块接受来自加速踏板位置传感器的电压信号，经过处理后得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到电机驱动电路模块。电机驱动电路模块接受来自信息处理模块的信号，控制电机转动相应的角度，使节气门达到或保持相应的开度。电机驱动电路应保证电机能双向转动。,三、相关知识,2.丰田电子节气门系统的基本结构丰田电子节气门系统主要由加速踏板传感器、节气门位置传感器、节气门控制电机和控制单元（EMC）组成。(1)加速踏板传感器加速踏板(APP)传感器安装在加速踏板支架上，由两个无触点线性电位器传感器组成，如图1-84a所示。在同一基准电压下工作。随着加速踏板位置的改变，电位器阻值也发生线性变化，由此产生反应加速踏板踏量大小和变化率的电压信号输入EMC，如图1-84b所示。霍尔式节气门位置传感器有两个传感器电路VPA(主)和VPA2(副)，其中加速踏板位置传感器端子1、端子4为供电端子，分别连接发动机ECU连接器的端子A58、端子A57；传感器端子6为VPA信号输出，连接发动机ECU连接器的端子A55；传感器端子3为VPA2信号输出，连接发动机ECU连接器的端子A56；VPA和VPA2上的电压根据加速踏板开度的比例在05V间变化。VPA的信号显示了实际加速踏板开度，用于控制发动机；VPA2的信号发送VPA是路的工作状态，用来检查加速踏板传感器自身情况。当加速踏板位置传感器出现故障时，如查两个传感器电路中任何一个传感器电路发生故障，ECU将检测到输入信号电压异常，发动机ECU进入失效保护状态，即进入应急模式，这时ECU使用有效是电路计算油门踏板开度，从而车辆得以继续行驶，如果两个电阻都有故障，发动机ECU则认为油门踏板完全松开。在这种情况下，节气门将保持关闭，发动机处于怠速状态。,三、相关知识,结构图,b电路原理图c传感器特性图图1-84丰田霍尔式加速踏板位置传感器,三、相关知识,(2)节气门位置传感器节气门位置传感器的结构与工作原理见前述。,三、相关知识,(2)节气门位置传感器节气门位置传感器的结构与工作原理见前述。(3)节气门控制电机节气门控制电机采用是直流电动机，经过两级齿轮减速来调节节气门开度。直流电机精度高、反应灵敏、便于伺服控制，如图1-83所示。(4)控制单元控制单元是整个系统的核心，包括两部分：信息处理模块和电机驱动电路模块。信息处理模块接受来自加速踏板位置传感器的电压信号，经过处理得到节气门是最佳开度，并把相应的电压信号送到电动机驱动电路模块。电机驱动电路模块接受来自信息处理模块的信号，控制电动机转动相应的角度，使节气门达到或保持相应的开度。电动机驱动电路应保证电动机能转动。,图1-83节气门控制电动机电路图,三、相关知识,二、电子节气门系统的工作原理电子节气门系统的工作原理如下：驾驶人操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入的信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶人意图，计算出对发动机转矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。然后再经过CAN总线和整车控制单元进行通信，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、档位、节气门位置、空调能耗等，由此计算出整车所需求的全部转矩，通过对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。节气门驱动电机一般为步进电机或直流电机，两者的控制方式也有所不同。驱动步进电机常采用H桥电路结构，控制单元通过发出的脉冲个数、频率和方向控制电平对步进电机进行控制。电平的高低控制步进电机转动的方向，脉冲个数控制电机转动的角度，即发出一个脉冲信号，步进电机就转动一个步进角，脉冲频率控制电机转速，转速与脉冲频率成正比。因此，通过对上述三个参数的调节可以实现电机精确定位与调速。,三、相关知识,控制直流电机采用脉冲宽度调制(PWM)技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。控制单元通过调节脉宽调制信号的占空比来控制直流电机转角的大小，电机方向则是由和节气门相连的复位弹簧控制的。电机输出转矩和脉宽调制信号的占空比成正比。当占空比一定，电机输出转矩与回位弹簧阻力矩保持平衡时，节气门开度不变;当占空比增大时，电机驱动转矩克服回位弹簧阻力矩，节气门开度增大；反之，当占空比减小时，电机输出转矩和节气门开度也随之减小。ECU对系统的功能进行监控，如果发现故障，将点亮系统故障指示灯，提示驾驶人系统有故障。同时电磁离合器被分离，节气门不再受电机控制。节气门在回位弹簧的作用下返回到一个小开度的位置，使车辆慢速开到维修地点。,四、任务实施,一、线性输出型节气门位置传感器的检测线性输出型节气门位置传感器的电路，如图1-86所示。1.节气门位置传感器电阻检查点火开关置于OFF，拔下节气门位置传感器的导线插接器，用万用表档测量信号端子与搭铁端子之间的电阻，该电阻应随节气门开度增大而呈线性增大;电源端子与搭铁之间的电阻不随节气门开度变化，如图1-87所示。,图1-86富康轿车节气门位置传感器电路,图1-87线性节气门位置传感器电阻检测,四、任务实施,2.节气门位置传感器电压检查插好节气门位置传感器的导线插接器，当点火开关置于ON时，用万用表电压档检测节气门位置传感器连接器上端子1、端子2和端子3三个端子处与蓄电池负极之间的电压，根据电路连接图判断电源端子，信号端子和搭铁端子，如无电压应根据节气门位置传感器的电路查找故障。3.线路检查关闭点火开关，拆下蓄电池负极线，拆下电脑的连接器，再拆下节气门位置传感器的插接器，用万用表测量节气门一侧和电脑一侧连接器对应端子之间是否导通，如果不导通应更换电线。一般电线阻值小于0.5。4.更换节气门位置传感器如果检查电阻正常，电压正常，线路正常，但是数据流不正常，考虑更换节气门位置传感器。如果更换节气门组件，必须要做基本设定。,四、任务实施,二、综合式节气门位置传感器的检修以丰田皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机采用综合式节气门位置传感器的检修。1.怠速触点导通性检测点火开关置于OFF，拔去节气门位置传感器的导线插接器，用万用表电阻档在节气门位置传感器插接器上测量怠速触点IDL的导通情况。当节气门全闭时，IDL与E2端子间应导通(电阻为0)；当节气门打开时，IDL与E2端子间应不导通(电阻为)。否则应更换节气门位置传感器。2.节气门位置传感器电阻检查点火开关置于OFF，拔下节气门位置传感器的导线插接器，用万用表电阻档测量VTA与E2端子之间的电阻，该电阻应随节气门开度增大而呈线性增大;在节气门限位螺钉和限位杆之间插入适当厚度的塞尺，用万用表电阻档测量此传感器插接器上各端子间的电阻，如图1-88所示。,图1-88节气门位置传感器电阻的检测,四、任务实施,3.电压检查插好节气门位置传感器的导线连接器，当点火开关置于ON位置时，发动机ECU连接器上IDL，VC，UTA三个端子处应有电压，用万用表电压档检测IDL-E2，UC-E2，VTA-E2间的电压，如无电压应根据节气门位置传感器的电路查找故障。4.节气门位置传感器的调整拧松节气门位置传感器的两个固定螺钉，在节气门限位螺钉和限位杆之间插入0.50mm塞尺，同时用万用表电阻档测量IDL与E2的导通情况。逆时针转动节气门位置传感器，使怠速触点断开，然后按顺时针方向慢慢转动节气门位置传感器，直至怠速触点闭合为止(万用表有读数显示)，拧紧节气门位置传感器的两个固定螺钉。再先后用0.45mm和0.55mm的塞尺插入节气门限位螺钉和限位杆之间，测量怠速触点IDL和E2之间的导通情况。当塞尺为0.45mm时，IDL和E2端子间应导通;当塞尺为0.55mm时，IDL和E2端子间应不导通。否则，应重新调整节气门位置传感器。,四、任务实施,三、节气门控制组件供电电压的测量测量桑塔纳2000GSI节气门控制组件供电电压即是测量节气门定位电位计和节气门电位计的电源电压，节气门组件电路见图1-74。测量方法如图1-89所示。桑塔纳2000节气门控制组件的检测见表1-4。,图1-89节气门控制组件连接器1-怠速电机2-怠速电机3-怠速开关信号线4-节气门位置传感器5-节气门位置传感器信号线6-空脚7-节气门位置传感器搭铁线8-怠速节气门位置传感器信号线,四、任务实施,表1-4桑塔纳2000节气门控制组件的检测,四、任务实施,四、电子节气门传感器检修电子节气门常见故障有原因有节气门无法打开、节气门开度不足和怠速低或高。节气门无法打开的故障原因有加速踏板位置传感器、节气门电机、ECU、电源和线路等故障。节气门开度不足障原因有节气门发卡、加速踏板位置传感器、节气门位置传感器、和安全模式等故障。怠速低或高的故障原因有节气门发卡、初始化或怠速基本设定等故障。1.大众电子节气门传感器检修方法1)连接专业用诊断仪，起动发动机，进入读取数据流功能，输入数据号062，读取数据，具体见表1-5。2)慢慢将加速踏板踩到底，观察显示区1和2的百分比。显示区1的百分比应均匀