霍尔式节气门传感器：详细解说汽车发动机技术节气门位置传感器

描述
1.节气门位置传感器作用、分类与识别
（1）作用
节气门位置传感器，是汽车电子控制系统中最重要的传感器之一，主要用于发动机电子燃油喷射系统和电控自动变速器系统。节气门位置传感器安装在节气门体上节气门轴的一端，探测或监测节气门开度的大小和变化的快慢，并把位置信号转变为电信号后输入电控单元。用于判别发动机的各种工况，从而控制不同的喷油量和点火正时。在装备电子控制自动变速器的汽车上，节气门位置传感器信号是变速器换挡和变矩器锁止时的主要信号。
（2）节气门位置传感器的类型
传统的拉索控制式节气门配备的节气门位置传感器，按总体结构分为触点开关式、滑动电阻式、怠速开关与滑动电阻整合的综合式。新型的智能电子节气门轴门控制系统所用的节气门位置传感器，常见的有双滑动电阻式和线性双霍尔式两种。
目前发动机电控系统主要采用的节气门位置传感器有霍尔元件式和双滑动电阻器式。丰田凯美瑞、卡罗拉等采用了霍尔元件式；日产天籁、通用凯越汽车采用双滑动电阻器式。
2.霍尔式节气门位置传感器
（1）结构原理与安装位置
2016款丰田凯美瑞混合动力车型（发动机型号6AR-FSE）采用了非接触式双霍尔元件式节气门位置传感器，其结构如下图所示。它主要由霍尔元件和磁铁组成，其中磁铁安装在节气门轴上，并可以绕霍尔元件转动。

霍尔式节气门位置传感器的控制电路及信号输出的特性如上图所示。当节气门开度变化时，磁铁随之转动，从而改变了与霍尔元件之间的相对位置，霍尔集成电路由磁轭环绕。霍尔集成电路将磁通量产生的变化转换为电信号，并以节气门位置信号的形式将其输出至ECM。
节气门位置传感器有两个传感器电路：VTA1和VTA2，各自发射一个信号。VTA1用来检测节气门开度，VTA2用来检测VTA1的故障。传感器信号电压与节气门开度成比例，在0~5V之间变化，并且传送到ECM端子VTA1和VTA2。
节气门关闭时，传感器输出电压降低；节气门打开时，传感器输出电压升高。ECM根据这些信号计算节气门开度，并控制节气门执行器来响应驾驶员输入。这些信号同时也用来计算空燃比修正值、功率提升修正值和燃油切断控制。
（2）电路连接
2016款丰田凯美瑞混合动力版节气门位置传感器电路如下图所示。
节气门位置传感器集成在节气门体总成E16内。E16有6个插脚。插脚1和2为节气门执行电动机控制端口。插脚6和4分别输出节气门位置信号VTA1和VTA2到发动机控制单元端口E81（F）的122#和88#。插脚5是来自发动机控制单元121#提供的VCTA 5V 参考电压；插脚3通过发动机控制单元120# 接地。
（3）检测
① 检查传感器供电：断开节气门体插接器E16，用万用表测量E16/5 和E16/3之间的电压，应为4.5~5.5V。否则，检查ECU电源电路。如果ECU电源电路正常，则更换ECU。
② 检查传感器的信号电压：连接故障诊断仪，接通点火开关，踩动加速踏板，并读取节气门位置传感器数据VTA1和VTA2读数，数值应符合下表。
③ 检查传感器线束及插接器：断开节气门体插接器E16和发动机控制单元ECM插接器E81，按照下表所示检查插接器之间或插接器与车身接地之间的电阻值。电阻值应符合表中所示，如不符合更换或检查线束。
3.滑动电阻式节气门位置传感器
（1）结构
滑动电阻式节气门位置传感器，又称线性输出式节气门位置传感器、可变电阻式节气门位置传感器、电位计式节气门位置传感器。目前双可变电阻式节气门位置传感器正被大量应用到汽车中。
滑动电阻式节气门位置传感器为三线式传感器，其中两个针脚处于电阻的两端，并作为电源端子和搭铁端子由发动机ECU提供5V电压，第三个针脚连接于滑动触点。节气门轴与触点（或称触头）联动，节气门转动时，滑动触点可在电阻上移动，引起滑动触点电位的变化，利用电阻的变化将节气门位置信号转换成电压值，如下图所示。因为这个电压呈线性变化，所以也称为线性输出式节气门位置传感器。根据这个线性电压值，ECU可感知节气门的开度，使ECU进行喷油量修正。
（2）传感器检测
2013款别克凯越车系节气门位置传感器电路如下图所示。发动机控制模块给节气门位置传感器提供5V参考电压电路，并向低参考电压电路提供接地。节气门位置传感器所提供的信号电压随节气门开度的变化而变化。节气门位置传感器信号电压在怠速运行时小于0.5V。节气门位置传感器电压在怠速运行时一般接近0V，但可能高达0.5V。在节气门全开（WOT）时节，气门位置传感器电压应增加到4V以上。
节气门位置传感器检测如下：
① 关闭点火开关，断开节气门体总成上的线束接头。
② 测量节气门位置传感器5V参考端子2#和低压参考端子1#之间的电阻是否在5.0 ~5.3kω 间。如果电阻不在规定范围内，则更换节气门体总成。
③ 测量节气门体总成器信号端子3#与低压参考端字1#之间的电阻。在全范围内检测节气门传感器。电阻应在2.5～6.8kω间变动，并无任何高峰或低谷。如果电阻不在规定范围内或不稳定，更换节气门体总成。
④ 用5V电压和接地对节气门传感器的适用端端子进行连接，检测信号端子与低压参考端子间的电压。在全范围内检测节气门传感器。电压应在0.6~4.7V间变动，并无任何高峰或低谷。如果电压不在规定范围内或不稳定，更换节气门体总成。
（3）双可变电阻式节气门位置传感器
双可变电阻式节气门位置传感器中两个传感器一般组合安装，当一个传感器发生故障时能及时被识别，增加了系统的可靠性。从两个传感器输出信号的变化关系来看，有反相式、同相式两种。同相式又可分为同斜率线性变化和不同斜率线性变化两种。
BOSCH公司双可变电阻式节气门位置传感器结构及内部电路如下图所示。
节气门轴上的双轨道节气门位置传感器用来监控节气门准确开度，节气门位置传感器（两个电位计）的滑片与节气门同轴。当节气门转动时，电位计滑片同步转动。当加上5V工作电压后，变化的电阻转化为电压输出信号。电位计的输出电压随节气门的位置变化而改变，可使控制单元准确知道节气门的开度。由于两个电位计是反相安装，因此当节气门位置发生变化时，两路信号电压均线性变化，其中一个增加，同时另一个减小。下图是日产车系节气门位置传感器输出特性。
日产天籁车系双可变电阻式传感器电路如下图所示。
发动机控制单元ECM通过72#端子向传感器1#端子提供5V参考电压；传感器4#端子通过电控单元36#端接地。传感器2#端和3#端输出TPS1和TPS2节气门位置信号分别送到发动机控制系统的33# 端、36#端。
双可变电阻式节气门位置传感器的检查（以日产天籁为例）如下：
打开点火开关，将换挡杆换到D挡（A/T）或1挡（M/T），使用万用表电压挡分别检查ECM的端口33（节气门位置传感器1#端的信号）、34（节气门位置传感器2#端的信号）在加速踏板不同状态时与接地之间的电压，检查结果应符合下表规定。如不符合则更换节气门体总成。
4.开关触电式节气门位置传感器
（1）结构原理
开关触点式节气门位置传感器又称为节气门开关。它有两副触点，分别为怠速触点（IDL）和大负荷触点（PSW）。下图中有一个和节气门同轴的凸轮控制活动触点（TL或E），使其随节气门的状态将两开关触点分别开启和闭合。当节气门处于全关闭的位置时，怠速触点IDL与活动触点TL或E相连，ECU根据怠速这一信号判定发动机处于怠速工况，从而按怠速工况的要求控制发动机运行。当节气门打开时，怠速触点打开，ECU根据这一信号进行从怠速到小负荷的过渡工况的发动机运行控制；大负荷触点在节气门由全闭位置到中小开度范围内一直处于断开状态。当节气门打开至一定角度的位置时，大负荷触点与活动触点TL或E相连，向ECU送出发动机处于全负荷运转工况的信号，ECU根据此信号进行全负荷加浓控制。

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霍尔式节气门传感器：霍尔式节气门位置传感器构造与工作原理电路

霍尔式节气门位置传感器结构
双霍尔式线性节气门位置传感器广泛用于三菱和丰田汽车上。
位于节气门体的节气门位置传感器的功能是测量节气门的位置，向发动机ECU输出与节气门轴转角成正比的电压信号。根据该传感器输出的电压；发动机ECU控制节气门控制伺服电机进行反馈控制。
非接触式的霍尔传感器包括一个固定在踏板轴上的永磁铁、一个输出电压与磁通量成正比的线性霍尔集成电路，一个有效地将永磁铁的磁通量转入霍尔集成电路的定子。

霍尔式节气门位置传感器工作原理
这里以丰田车上的双霍尔式线性节气门位置传感器为例介绍霍尔式线性节气门位置传感器工作原理。
当节气门全闭时，即如图2-19（a）所示，磁场方向向上，流入霍尔集成电路的磁通量最大，此时，节气门位置传感器电压输出最小。当节气门全开时，如图2-19（c）所示，磁场方向反向向下，流入霍尔集成电路的磁通量最大。此时，节气门位置传感器电压输出最大。当节气门半开时，即如图2-19（b）所示，磁通量为零。节气门位置传感器输出电压在中间值。节气门位置传感器通过两个系统（主、副）输出，这就提高了系统测量故障的准确性，增强了故障保护功能，确保了可靠性。

（汽车维修技术网

节气门位置传感器有两个传感器电路VrA和VrA2，各传送一个信号。VrA用于检测节气门开度，VrA2用于检测VrA的故障。传感器信号电压与节气门开度成比例，在0V和5V之间变化，并且传输至混合动力车辆控制ECU的端子VrAs节气门关闭时，传感器输出电压降低；节气门打开时，传感器输出电压升高。混合动力车辆控制ECU根据这些信号来计算节气门开度并响应驾驶员输入来控制节气门执行器。这些信号同时也用来计算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切断控制。

混合动力车辆失效保护功能：
存储这些DTC中的任何一个和与电子节气门控制系统故障有关的其他DTC时，混合动力车辆控制ECU进入失效保护模式。在失效保护模式下，混合动力车辆控制ECU切断流向节气门执行器的电流，且节气门在回位弹簧的作用下恢复到6.5°节气门位置。混合动力车辆控制ECU停止发动机，可仅使用混合动力系统驾驶车辆。如果平稳而缓慢地踩下加速踏板，车辆会缓慢行驶。
失效保护模式一直运行，直至检测到通过条件并且随后电源开关置于OFF位置。

霍尔式节气门位置传感器连接电路
所示分别是丰田汽车和三菱汽车上的霍尔式节气门位置传感器与ECU的连接电路。

(出自 )

霍尔式节气门传感器：霍尔式节气门位置传感器的工作原理与检测方法

结构原理

霍尔式节气门位置传感器结构

霍尔式节气门位置传感器控制电路及输出特性

02

检测方法

丰田卡罗拉(参数|图片)1ZR-FE发动机采用的是霍尔式节气门位置传感器，其控制电路如图所示。

丰田卡罗拉1ZR-FE发动机节气门位置传感器控制电路

霍尔式节气门位置传感器的检测

项目1：检查传感器的工作电压

具体方法：

连接ECU连接器，接通点火开关，用万用表测量B25-5与B25-3之间的电压，应为4.5 ～5.5V，否则，检查ECU电源电路，如果ECU电源电路正常，则更换ECU［下图（a）］。

项目2：检查传感器的信号电压

具体方法：

连接故障诊断仪，接通点火开关，踩动加速踏板，并读取节气门位置传感器数据，VTA1读数应在0.5 ～ 4.9V之间连续变化，VTA2读数应在2.1 ～ 5.0V之间连续变化。

项目3：检查传感器线束及连接器

具体方法：

拆下传感器及ECU连接器［下图（b）］，用万用表测B25-5与B31-67、B25-6 与B31-115、B25-4 与B31-114、B25-3 与B31-91 之间的电阻，均应小于1Ω；

测量B25-5或B31-67与车身搭铁、B25-6或B31-115与车身搭铁、B25-4或B31-114与车身搭铁、B25-3或B31-91与车身搭铁之间的电阻，均应大于10kΩ。如果不符合要求，则维修或更换线束或连接器。

霍尔式节气门传感器：霍尔式节气门位置传感器的工作原理和检测方法

工作原理:
(1)用于控制发动机节气门开度的有节气门控制电动机，电动机的动力经过了二级减速齿轮增加扭力后，用以克服节气门回位弹簧的作用力开启节气门。在第二级减速齿轮上安装了霍尔元件。当节气门被节气门电动机带动开启后。在壳体上的磁铁与霍尔元件的位置就相对移动。从而产生霍尔电压。
(2)电子节气门体控制原理：发动机ECU控制流向节气门控制电动机的电流大小与方向，使电动机转动或维持转动，通过减速齿轮打开或关闭节气门。使节气门的实际开启角由节气门位置传感器检测并反馈给发动机ECU。霍尔式节气门位置传感器将节气门开度角转换成电压，，并送至发动机ECU作为节气门开度信号(VTA)。当VTA电压低于标准值时，其他装置确定其处于怠速状态。
霍尔元件节气门位置传感器主要由霍尔元件和可绕其转动的磁铁制成的霍尔IC构成。磁铁安装在节气门轴的相同轴上．与节气门一起转动。

模拟式节气门位置传感器(TPS)是一个可变电阻(电位计)，它告诉电脑节气门的位置，大多数节气门位置传感器包含与节气门轴相联的滑动触点臂，该触点臂在绕可动触点的轴放置的电阻材料段上滑动。
节气门位置传感器是一个三线传感器。其中一线从电脑的传感器电源引来的5V电压对传感器电阻材料供电，另一线连接电阻材料的另一端为传感器提供接地。第三根线连至传感器的可动触点，提供信号输出至电脑，电阻材料上每点的电压，由可动触点探测，并与节气门角度成正比。
这是一个重要的传感器，因为电脑用它的信号来计算发动机负荷，点火时间，排气再循环控制，怠速控制和像变速器换挡点那样的其他参数。一个坏的节气门体位置传感器会引起加速滞后和怠速问题，以及驾驶性能问题和排放试验失败等。
几乎所有轿车制造商生产的节气门位置传感器以相同方式运行，所以这个示波器初设定和试验步骤应适合于大多数厂家和型号的三线节气门位置传感器，通常节气门位置传感器在节气门关时产生约低于1伏的电压信号，在油门全开时产生约低于5伏的电压信号。
开关式节气门位置传感器是由两个开关触点构成一个旋转开关，一个常闭触点构成怠速开关，节气门处在怠速位置是：它位于闭合状态，将发动机控制电脑的怠速输入信号端子接地搭铁，发动机控制电脑接到这个信号后，即可使发动机进入怠速闭环控制，或者控制发动机在“倒拖”状态时停止喷射燃油，另一个常开触点节气门开度达到全负荷状态时，将发动机控制电脑的全负荷输入信号端接地搭铁。发动机控制电脑接到这个信号后，即可使发动机进入全负荷加浓控制状态。
开关式节气门位置传感器的旋转臂与节气门轴相联，并随节气门一起转动，它是一个三线传感器。
为了使喷油量满足不同工况的要求，电子控制汽油喷射系统在节气门体上装有节气门位置传感器。它可以将节气门的开度转换成电信号输送给ECU，作为ECU判定发动机运转工况的依据。节气门位置传感器有开关量输出型和线性可变电阻输出型两种。
1、开关量输出型节气门位置传感器的检测
（1）结构和电路
开关量输出型节气门位置传感器又称为节气门开关。它有两副触点，分别为怠速触点（IDL）和全负荷触点（PSW）。由一个和节气门同轴的凸轮控制两开关触点的开启和闭合。当节气门处于全关闭的位置时，怠速触点IDL闭合，ECU根据怠速开关的闭合信号判定发动机处于怠速工况，从而按怠速工况的要求控制喷油量；当节气门打开时，怠速触点打开，ECU根据这一信号进行从怠速到小负荷的过渡工况的喷油控制；全负荷触点在节气门由全闭位置到中小开度范围内一直处于开启状态，当节气门打开至一定角度（丰田1G-EU车为55°）的位置时，全负荷触点开始闭合，向ECU送出发动机处于全负荷运转工况的信号，ECU根据此信号进行全负荷加浓控制。丰田1G-EU发动机电子控制系统用的开关量输出型节气门位置传感器。
（2）开关量输出型节气门位置传感器的检查调整（丰田1S-E和2S-E）。
①就车检查端子间的导通性
点火开关置于“OFF”位置，拔下节气门位置传感器连接器，在节气门限位螺钉和限位杆之间插入适当厚度的厚薄规；用万用表Ω档在节气门位置传感器连接器上测量怠速触点和全负荷触点的导通情况。
当节气门全闭时，怠速触点IDL应导通；当节气门全开或接近全开时，全负荷触点PSW应导通；在其他开度下，两触点均应不导通。具体情况如表1所示。否则，应调整或更换节气门位置传感器。
2、线性可变电阻输出型节气门位置传感器的检测
（1）结构和电路
线性可变电阻型节气门位置传感器是一种线性电位计，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，电位计的电阻也不同，从而将节气门开度转变为电压信号输送给ECU。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。一般在这种节气门位置传感器中，也设有一怠速触点IDL，以判定发动机的怠速工况。。
（2）线性可变电阻型节气门位置传感器的检查调整（以皇冠3.0为例）
①怠速触点导通性检测点火开关置于“OFF”位置，拔去节气门位置传感器的导线连接器，用万用表Ω档在节气门位置传感器连接器上测量怠速触点IDL的导通情况。当节气门全闭时，IDL-E2端子间应导通（电阻为0）；当节气门打开时，IDL-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测量线性电位计的电阻
点火开关置于OFF位置，拔下节气门位置传感器的导线连接器，用万用表的Ω档测量线性电位计的电阻，该电阻应能随节气门开度增大而呈线性增大。
参考资料传感器专家网