霍爾式節(jié)氣門位置傳感器：可調(diào)節(jié)輸出電壓的霍爾式節(jié)氣門位置傳感器
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權(quán)利要求說明書
說明書
幅圖
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）發(fā)明名稱
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可調(diào)節(jié)輸出電壓的霍爾式節(jié)氣門位置傳感器
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）摘要
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本實用新型提出了一種可調(diào)節(jié)輸出電
壓的霍爾式節(jié)氣門位置傳感器，包括殼體和
設(shè)置于殼體內(nèi)的軸套，所述軸套用于連接節(jié)
氣門體轉(zhuǎn)軸，與所述節(jié)氣門體轉(zhuǎn)軸同步旋
轉(zhuǎn)，所述軸套上固定設(shè)置一角度感應(yīng)磁體，
所述殼體內(nèi)還設(shè)置有霍爾元件，所述霍爾元
件感應(yīng)面背面的殼體上還設(shè)置有一永磁體，
所述永磁體可調(diào)節(jié)霍爾元件的磁場；所述永
磁體為徑向充磁的圓柱形永磁體，所述圓柱
形永磁體可轉(zhuǎn)動地軸向設(shè)置于殼體內(nèi)；本實
用新型的可調(diào)節(jié)輸出電壓的霍爾式節(jié)氣門位
霍爾式節(jié)氣門位置傳感器：詳解霍爾式／滑動電阻式／開關(guān)觸電式節(jié)氣門位置傳感器
1. 節(jié)氣門位置傳感器作用、分類與識別
（1）作用
節(jié)氣門位置傳感器，是汽車電子控制系統(tǒng)中最重要的傳感器之一，主要用于發(fā)動機電子燃油噴射系統(tǒng)和電控自動變速器系統(tǒng)。節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體上節(jié)氣門軸的一端，探測或監(jiān)測節(jié)氣門開度的大小和變化的快慢，并把位置信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡筝斎腚娍貑卧?。用于判別發(fā)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(jié)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(jié)氣門位置傳感器的類型
傳統(tǒng)的拉索控制式節(jié)氣門配備的節(jié)氣門位置傳感器，按總體結(jié)構(gòu)分為觸點開關(guān)式、滑動電阻式、怠速開關(guān)與滑動電阻整合的綜合式。新型的智能電子節(jié)氣門軸門控制系統(tǒng)所用的節(jié)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(fā)動機電控系統(tǒng)主要采用的節(jié)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(chǎn)天籟、通用凱越汽車采用雙滑動電阻器式。
2. 霍爾式節(jié)氣門位置傳感器
（1）結(jié)構(gòu)原理與安裝位置
2016 款豐田凱美瑞混合動力車型（發(fā)動機型號 6AR-FSE）采用了非接觸式雙霍爾元件式節(jié)氣門位置傳感器，其結(jié)構(gòu)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(jié)氣門軸上，并可以繞霍爾元件轉(zhuǎn)動。
霍爾式節(jié)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(dāng)節(jié)氣門開度變化時，磁鐵隨之轉(zhuǎn)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(huán)繞。霍爾集成電路將磁通量產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)換為電信號，并以節(jié)氣門位置信號的形式將其輸出至 ECM。
節(jié)氣門位置傳感器有兩個傳感器電路：VTA1 和 VTA2，各自發(fā)射一個信號。VTA1 用來檢測節(jié)氣門開度，VTA2 用來檢測 VTA1 的故障。傳感器信號電壓與節(jié)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(jié)氣門關(guān)閉時，傳感器輸出電壓降低；節(jié)氣門打開時，傳感器輸出電壓升高。ECM 根據(jù)這些信號計算節(jié)氣門開度，并控制節(jié)氣門執(zhí)行器來響應(yīng)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(jié)氣門位置傳感器電路如下圖所示。
節(jié)氣門位置傳感器集成在節(jié)氣門體總成 E16 內(nèi)。E16 有 6 個插腳。插腳 1 和 2 為節(jié)氣門執(zhí)行電動機控制端口。插腳 6 和 4 分別輸出節(jié)氣門位置信號 VTA1 和 VTA2 到發(fā)動機控制單元端口 E81（F）的 122#和 88#。插腳 5 是來自發(fā)動機控制單元 121#提供的 VCTA 5V 參考電壓；插腳 3 通過發(fā)動機控制單元 120# 接地。
（3）檢測
① 檢查傳感器供電：斷開節(jié)氣門體插接器 E16，用萬用表測量 E16/5 和 E16/3 之間的電壓，應(yīng)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(guān)，踩動加速踏板，并讀取節(jié)氣門位置傳感器數(shù)據(jù) VTA1 和 VTA2 讀數(shù)，數(shù)值應(yīng)符合下表。
③ 檢查傳感器線束及插接器：斷開節(jié)氣門體插接器 E16 和發(fā)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(yīng)符合表中所示，如不符合更換或檢查線束。
3. 滑動電阻式節(jié)氣門位置傳感器
（1）結(jié)構(gòu)
滑動電阻式節(jié)氣門位置傳感器，又稱線性輸出式節(jié)氣門位置傳感器、可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器、電位計式節(jié)氣門位置傳感器。目前雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器正被大量應(yīng)用到汽車中。
滑動電阻式節(jié)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(fā)動機 ECU 提供 5V 電壓，第三個針腳連接于滑動觸點。節(jié)氣門軸與觸點（或稱觸頭）聯(lián)動，節(jié)氣門轉(zhuǎn)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(jié)氣門位置信號轉(zhuǎn)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(jié)氣門位置傳感器。根據(jù)這個線性電壓值，ECU 可感知節(jié)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(jié)氣門位置傳感器電路如下圖所示。發(fā)動機控制模塊給節(jié)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(jié)氣門位置傳感器所提供的信號電壓隨節(jié)氣門開度的變化而變化。節(jié)氣門位置傳感器信號電壓在怠速運行時小于 0.5V。節(jié)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(jié)氣門全開（WOT）時節(jié)，氣門位置傳感器電壓應(yīng)增加到 4V 以上。
節(jié)氣門位置傳感器檢測如下：
① 關(guān)閉點火開關(guān)，斷開節(jié)氣門體總成上的線束接頭。
② 測量節(jié)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(guī)定范圍內(nèi)，則更換節(jié)氣門體總成。
③ 測量節(jié)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(nèi)檢測節(jié)氣門傳感器。電阻應(yīng)在 2.5～6.8kω間變動，并無任何高峰或低谷。如果電阻不在規(guī)定范圍內(nèi)或不穩(wěn)定，更換節(jié)氣門體總成。
④ 用 5V 電壓和接地對節(jié)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(nèi)檢測節(jié)氣門傳感器。電壓應(yīng)在 0.6~4.7V 間變動，并無任何高峰或低谷。如果電壓不在規(guī)定范圍內(nèi)或不穩(wěn)定，更換節(jié)氣門體總成。
（3）雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器
雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器中兩個傳感器一般組合安裝，當(dāng)一個傳感器發(fā)生故障時能及時被識別，增加了系統(tǒng)的可靠性。從兩個傳感器輸出信號的變化關(guān)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(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路如下圖所示。
節(jié)氣門軸上的雙軌道節(jié)氣門位置傳感器用來監(jiān)控節(jié)氣門準(zhǔn)確開度，節(jié)氣門位置傳感器（兩個電位計）的滑片與節(jié)氣門同軸。當(dāng)節(jié)氣門轉(zhuǎn)動時，電位計滑片同步轉(zhuǎn)動。當(dāng)加上 5V 工作電壓后，變化的電阻轉(zhuǎn)化為電壓輸出信號。電位計的輸出電壓隨節(jié)氣門的位置變化而改變，可使控制單元準(zhǔn)確知道節(jié)氣門的開度。由于兩個電位計是反相安裝，因此當(dāng)節(jié)氣門位置發(fā)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(chǎn)車系節(jié)氣門位置傳感器輸出特性。
日產(chǎn)天籟車系雙可變電阻式傳感器電路如下圖所示。
發(fā)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(jié)氣門位置信號分別送到發(fā)動機控制系統(tǒng)的 33# 端、36#端。
雙可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器的檢查（以日產(chǎn)天籟為例）如下：
打開點火開關(guān)，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(jié)氣門位置傳感器 1#端的信號）、34（節(jié)氣門位置傳感器 2#端的信號）在加速踏板不同狀態(tài)時與接地之間的電壓，檢查結(jié)果應(yīng)符合下表規(guī)定。如不符合則更換節(jié)氣門體總成。
4. 開關(guān)觸電式節(jié)氣門位置傳感器
（1）結(jié)構(gòu)原理
開關(guān)觸點式節(jié)氣門位置傳感器又稱為節(jié)氣門開關(guān)。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(jié)氣門同軸的凸輪控制活動觸點（TL 或 E），使其隨節(jié)氣門的狀態(tài)將兩開關(guān)觸點分別開啟和閉合。當(dāng)節(jié)氣門處于全關(guān)閉的位置時，怠速觸點 IDL 與活動觸點 TL 或 E 相連，ECU 根據(jù)怠速這一信號判定發(fā)動機處于怠速工況，從而按怠速工況的要求控制發(fā)動機運行。當(dāng)節(jié)氣門打開時，怠速觸點打開，ECU 根據(jù)這一信號進行從怠速到小負荷的過渡工況的發(fā)動機運行控制；大負荷觸點在節(jié)氣門由全閉位置到中小開度范圍內(nèi)一直處于斷開狀態(tài)。當(dāng)節(jié)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(fā)動機處于全負荷運轉(zhuǎn)工況的信號，ECU 根據(jù)此信號進行全負荷加濃控制。
霍爾式節(jié)氣門位置傳感器：霍爾式節(jié)氣門位置傳感器的工作原理與檢測方法
結(jié)構(gòu)原理
霍爾式節(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)
霍爾式節(jié)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(shù)|圖片)1ZR-FE發(fā)動機采用的是霍爾式節(jié)氣門位置傳感器，其控制電路如圖所示。
豐田卡羅拉1ZR-FE發(fā)動機節(jié)氣門位置傳感器控制電路
霍爾式節(jié)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(guān)，用萬用表測量B25-5與B25-3之間的電壓，應(yīng)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(guān)，踩動加速踏板，并讀取節(jié)氣門位置傳感器數(shù)據(jù)，VTA1讀數(shù)應(yīng)在0.5 ～ 4.9V之間連續(xù)變化，VTA2讀數(shù)應(yīng)在2.1 ～ 5.0V之間連續(xù)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(yīng)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(yīng)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(jié)氣門位置傳感器：霍爾式節(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)原理與檢測方法
霍爾式節(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)原理與安裝位置
2016款豐田凱美瑞混合動力車型（發(fā)動機型號6AR-FSE）采用了非接觸式雙霍爾元件式節(jié)氣門位置傳感器，其結(jié)構(gòu)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(jié)氣門軸上，并可以繞霍爾元件轉(zhuǎn)動。
霍爾式節(jié)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(dāng)節(jié)氣門開度變化時，磁鐵隨之轉(zhuǎn)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(huán)繞。霍爾集成電路將磁通量產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)換為電信號，并以節(jié)氣門位置信號的形式將其輸出至ECM。
節(jié)氣門位置傳感器有兩個傳感器電路：VTA1和VTA2，各自發(fā)射一個信號。VTA1用來檢測節(jié)氣門開度，VTA2用來檢測VTA1的故障。傳感器信號電壓與節(jié)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(jié)氣門關(guān)閉時，傳感器輸出電壓降低；節(jié)氣門打開時，傳感器輸出電壓升高。ECM根據(jù)這些信號計算節(jié)氣門開度，并控制節(jié)氣門執(zhí)行器來響應(yīng)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。
傳感器電路連接結(jié)構(gòu)
2016款豐田凱美瑞混合動力版節(jié)氣門位置傳感器電路如下圖所示。
節(jié)氣門位置傳感器集成在節(jié)氣門體總成E16內(nèi)。E16有6個插腳。插腳1和2為節(jié)氣門執(zhí)行電動機控制端口。插腳6和4分別輸出節(jié)氣門位置信號VTA1和VTA2到發(fā)動機控制單元端口E81（F）的122#和88#。插腳5是來自發(fā)動機控制單元121#提供的VCTA 5V 參考電壓；插腳3通過發(fā)動機控制單元120# 接地。
霍爾式節(jié)氣門位置傳感器的檢測
① 檢查傳感器供電。
點開節(jié)氣門體插接器E16，用萬用表測量E16/5 和E16/3之間的電壓，應(yīng)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(guān)，踩動加速踏板，并讀取節(jié)氣門位置傳感器數(shù)據(jù)VTA1和VTA2讀數(shù)，數(shù)值應(yīng)符合下表。
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傳感器輸出電壓標(biāo)準(zhǔn)值
③ 檢查傳感器線束及插接器。
斷開節(jié)氣門體插接器E16和發(fā)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(yīng)符合表中所示，如不符合更換或檢查線束。
線束檢查
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