节气门位置传感器失效对发动机性能影响的试验研究

王光正

摘 要： 汽车传感器是发动机计算机控制系统的输入装置，作为其不可或缺的元器件，发挥着越来越重要的作用。它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等进行实时、准确、迅速的测量，转化成电信号输给发动机控制系统计算机，控制发动机处于最佳工作状态，提供最佳工作性能。

发动机不同传感器在失效情形下对发动机或整车的性能会带来不同程度的影响，本文重点研究发动机节气门位置传感器失效对发动机动力性能带来的影响，为发动机动力性能方面的故障诊断、传感器性能研究等方面提供理论指导和数据参考。

关键词：节气门位置传感器 失效 动力性能

中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）04-0283-01

一直以来，人们为了追求汽车的动力、安全及环保性，不断地在汽车上运用各种新技术、新材料、新工艺。以传感器作为关键装置的各类电控技术被广泛地运用于提高汽车的各种性能。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，它对汽车各系统正常工作及发动机性能起到非常重要的作用。

一、发动机控制系统概述

发动机电子控制系统由传感器、电控单元、执行器及相应的线束组成。传感器收集发动机运行的各种信号参数传给电控单元，电控单元经过运算、分析和处理后发出控制指令给各执行器，执行器进行相应的动作控制发动机的工作。

发动机控制单元（ECU）通过对绝对压力传感器、空气流量计及节气门位置传感器的信号计量空气流量，根据发动机的进气量和转速计算出基本喷油持续时间，同时利用其他各种传感器检测发动机冷却水温度、进气温度等与发动机工况有关的参数，再通过计算后对基本喷油持续时间进行修正，从而确定最佳喷油持续时间，达到精确控制喷油量的目的，从而控制发动机的工作。

二、节气门位置传感器的作用及工作原理

节气门位置传感器用来检测节气门的开度，并把它转变为电信号传给发动机ECU（电控单元），作为ECU判断发动机运转状况和决定喷油量的主要依据。常见的有开关型、线型可变电阻型、霍尔效应式等，丰田1ZR—FE发动机采用霍尔效应式。该节气门位置传感器安装在节气门体总成上，使用霍尔效应元件，能在极端的行驶条件下，例如高速以及极低车速下，也能生成精确的信号。节气门位置传感器内部结构如图1所示。

节气门位置传感器有两个传感器电路VTA1和VTA2，各传送一个信号。VTA1用来检测节气门开度，VTA2用来检测VTA1的故障，这也是冗余设计。传感器信号电压与节气门开度成比例，在0V和5V之间变化，并且传送至ECU的VTA端子。当节气门关闭时，传感器输出电压降低，当节气门开启时，传感器输出电压升高。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。

当节气门位置传感器出现故障后，电脑为了保证车辆可以行驶到修理厂或维修站，启动失效保护功能，若该传感器失效则进入失效保护状态，电脑采用开度失效保护值为16%，表示开度角度为6度。发动机不受驾驶员控制，根据电脑内存控制发动机按一定转速运转。保护发动机可以在不正常情况下工作。

三、节气门位置传感器失效对发动机动力性能影响试验验证

试验所用车辆为丰田凯美瑞轿车、行驶里程80000Km、手动档轿车，汽车技术条件正常。主要试验设备为BOSCH汽车电脑故障诊断仪FSA740、赛霸4000型底盘测功机。发动机分别在怠速、2000r/min中小负荷（空挡）运行过程中，触发节气门位置传感器断路故障，发动机进入失效控制模式运行；测试节气门传感器失效情形下发动机运行数据和底盘输出功率的变化。

试验过程：汽车热车后，发动机分别在怠速运行一段时间，随后在2000r/min时触发节气门位置传感器断路故障，使用故障诊断仪监测到的发动机数据流如图2所示。通过数据流动态图可以观察到，发动机运行过程中，随着节气门位置变化，其他主要指数数据都随之动态变化，当节气门信号发生断路时，其信号线突然跃升数倍并处于一恒定值不变，系统启动失效控制模式。

节气门位置传感器用来检测节气门的开度，并把它转变为电信号传给ECU，作为ECU判断发动机运转状况和决定喷油量的主要依据。当节气门位置传感器出现故障后，电脑为了保证车辆可以行驶到修理厂或维修站，启动失效保护功能，若该传感器失效则进入失效保护状态，电脑采用开度失效保护值为16%，表示开度角度为6度。发动机不受驾驶员控制，节气门维持一定的机械开度，根据电脑内存程序控制发动机按一定转速运转。

节气门位置传感器失效后（节气门体整体失效），在底盘测功机上进行底盘测功试验时，发动机最高转速只能达到3000r/min，车速达到35km/h，无法测出底盘功率输出曲线。当单独的节气门传感器输出信号失效后，测得的汽车底盘输出功率如图3所示。

综合分析：综合数据流和底盘功率输出等方面的试验数据分析，节气门体上集怠速、电子油门、节气门位置、驱动防滑等综合控制功能为一体，整体失效会对汽车正常运行造成很大困难。当只是节气门位置传感器失效时，会造成怠速或无负荷情况下转速稍微上升，发动机处于高怠速状态，加速反应迟缓，启动稍微有抖动、功率急剧下降直至熄火等现象，最大扭矩只能达到原来的30%左右，最大功率只达到13%左右。在实际运用过程中，当汽车出现启动困难，怠速过高，加速无力（加速过程中伴随转速无法提升）等故障现象时，可主要检测节气门位置传感器故障性能是否正常，并可通过测试发动机运行数据流查看。

参考文献

[1]丰田汽车公司.COROLLA修理手册[Z].1ZR—FE系列，1994

[2]冯崇毅，鲁植雄，何丹娅.汽车电子控制技术[M].北京：人民交通出版社，2005：184-220.

[3]龚文资.电控汽油发动机传感器故障的综合分析与检修[J].小型内燃机与摩托车，2012，44（04）：91-96.