丰田卡罗拉汽车智能电子节气门控制系统原理及检测

2019-04-17刘汉森

汽车电器 2019年3期

刘汉森

（广西交通技师学院，广西南宁 530001）

1 汽车智能电子节气门的分类

目前，汽车智能电子节气门一般由传感器和执行器两部分构成。按传感器的工作原理不同，电子节气门分为滑动电阻膜式和霍尔式两种；执行器部分都是通过控制电机及减速齿轮机构驱动节气门。滑动电阻膜式传感器电子节气门工作原理：当节气门开度变化时传感器的电阻产生变化，从而改变输出信号，在大众系列汽车上应用广泛。霍尔式传感器电子节气门工作原理：当节气门开度变化时改变传感器内部磁感应强度，输出与节气门开度变化相适应的霍尔信号，在丰田系列汽车上广泛使用。

2 丰田卡罗拉汽车智能电子节气门控制系统

丰田卡罗拉汽车智能电子节气门控制系统由加速踏板位置传感器、节气门体和电子控制单元ECM三部分组成，如图1所示。

2.1 加速踏板位置传感器

加速踏板位置传感器安装在油门踏板支架上，将踏板踩下的量（角度）传输给电子控制单元ECM，如图2所示。丰田1ZR发动机加速踏板位置传感器有VPA（主）和 VPA2（副）2个传感器，该传感器为非接触型，使用霍尔效应元件，产生的信号电压VPA和VPA2在0～5 V之间变化，并与油门踏板工作角度成线性关系。VPA信号，传输实际油门踏板开度（节气门开度），用于控制发动机；VPA2信号，传输VPA电路的状态信息，用于检查油门踏板位置传感器自身情况。ECM通过VPA和VPA2的信号监视实际油门踏板开度（节气门开度），根据这些信号控制节气门电机的工作状态。

图2 加速踏板位置传感器结构原理

2.2 节气门体

节气门体包括节气门、节气门电机和节气门位置传感器等，如图3所示。

节气门位置传感器安装在节气门体总成上，用于检测节气门开度。该传感器也是非接触型，使用霍尔效应元件，在极端的行驶条件下，也能产生精确的信号,节气门位置传感器电路原理如图4所示。

节气门位置传感器有VTA1和VTA2两个传感器。VTA1用于检测节气门开度，VTA2用于检测 VTA1的故障。传感器信号电压与节气门开度成正比，在0～5 V之间变化。当节气门关闭时，传感器输出电压最低；当节气门开启时，传感器输出电压升高，ECM根据这些信号计算节气门开度，并响应驾驶员输入来控制节气门控制电机的动作。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。

节气门控制电机采用了反应灵敏度高、耗能少的直流电动机，发动机ECM控制流向节气门电机的电流大小和方向，使电机转动或维持不动，并通过减速齿轮打开／关闭节气门或维持节气门固定开度。

图3 节气门体结构示意图

图4 节气门位置传感器电路原理

2.3 电子控制单元ECM

智能电子节气门控制系统、发动机控制系统以及自动变速器控制系统共用一个电子控制单元ECM，在智能电子节气门控制系统中，它接收加速踏板位置传感器的信号VPA及VPA2，根据该信号控制节气门驱动电机的转动或维持，使节气门打开／关闭或维持固定的开度，从而控制发动机的进气量；当节气门开度变化时，节气门位置传感器产生与其开度相适应的信号传输给ECM，ECM根据该信号及发动机其它信号，修正喷油量和点火提前角，保证发动机正常的工作状态。

3 丰田卡罗拉汽车智能电子节气门控制系统常见故障（表1）及检测

3.1 加速踏板位置传感器的检测

1）加速踏板位置传感器有2个传感器，每个传感器3根导线，VCP2、VPA2和EPA2是一个传感器，VCPA、VPA和EPA为另一个传感器；VCP2、VCPA是传感器的电源线，VPA2、VPA是传感器的信号线，EPA2、EPA是传感器的搭铁线。加速踏板位置传感器线束连接器的各根导线与ECM的连接关系如图5所示。

表1 电子节气门系统常见的故障及其原因

图5 加速踏板位置传感器线束连接器

图6 加踏板位置传感器的检测

2）加速踏板位置传感器电源线VCP2电压的测量

传感器电源线测量如图6所示。断开加速踏板位置传感器线束连接器，点火开关旋至ON，用万用表测量1号脚的直流电压，其电压值应为4.5～5.5 V。如果测得电压值为0，断开点火开关，断开蓄电池负极和ECM连接器，用万用表测量传感器1号脚与ECM连接器VCP2脚（图5）之间的电阻，电阻值无穷大为传感器VCP2线路断路。如果电阻值约等于0，则用万用表测量传感器1号脚与车身搭铁之间的电阻，如果电阻值约等于0为1号线有短路故障，如果电阻值无穷大，则为ECM故障。

3）加速踏板位置传感器搭铁线EPA2的测量

学习化学若离开了实验，就成了无源之水、无本之木、纸上谈兵。作为教师要研究教材、研究实验、设计好化学实验，充分挖掘实验在教学中的作用。在化学课堂教学中对实验进行增趣、补充、对比、探究等多方面的拓展，甚至对静态的习题进行动态的实验拓展，以激发学生的学习兴趣，启发学生的思维，培养学生的探究能力、思维能力和创新能力，从而提升学生的化学学科素养。

点火开关旋至OFF，用万用表测量2号脚与车身搭铁之间的电阻，其电阻值约0，否则为加速踏板位置传感器线束连接器2号脚与ECM连接器EPA2脚（图5）之间有断路或ECM搭铁不良。

4）加速踏板位置传感器信号线VPA2信号电压的测量

接好加速踏板位置传感器线束连接器，用辅助线把3号线引出，点火开关旋至ON，用万用表测量3号脚的直流电压，随加速踏板的变化其电压值在0～5 V之间线性变化,踏板越高电压越小，踏板越低电压越大，否则为传感器有故障。

5）加速踏板位置传感器线束连接器4、5、6号脚是另外一个传感器，其检测方法与1、2、3号脚的检测方法相同。

3.2 节门位置传感器及节气门控制电机的检测

节门位置传感器及节气门电机共用一个线束连接器，有6个针脚，M+、M-为节气门电机线，VC、E2分别为节气门位置传感器电源线和搭铁线，VTA1、VTA2是节气门位置传感器2个信号线。连接器的各根导线与ECM的连接关系如图7所示。

图7 节门位置传感器及节气门控制电机线束连接器

1）节气门控制电机的的测量（图8）

2）节气门位置传感器电源线VC电压的测量

点火开关旋至ON，用万用表测量连接器5号脚的直流电压，其电压值应为4.5～5.5 V，否则为节气门位置传感器连接器与ECM之间有断路、短路或ECM故障。

3）节气门位置传感器搭铁线E2的测量

点火开关旋至OFF，用万用表测量3号脚与车身搭铁之间的电阻，其电阻值约0，否则为连接器与ECM之间有断路或ECM搭铁不良。

4）节气门位置传感器信号线VTA1及VTA2信号电压的测量（图9）

图8 节气门控制电机的检测

图9 节气门位置传感器的检测

接好线束连接器，用辅助线把4号线及6号线引出，点火开关旋至ON，用万用表分别测量4号线及6号线的直流电压。随着节气门开度的变化，4号线（VTA2）电压在2.55～5 V之间线性变化，6号线（VTA1）电压在0.93～5 V之间线性变化，而且信号电压均随着节气门开度的增大而升高，随着节气门开度的减小而降低。如果电压值为0则是传感器有故障，如果电压值固定无变化或达不到最大值，为节气门卡滞或电机不转，需要检查节气门电机或清洗节气门。

3.3 清洗节气门（图10）

长时间使用的节气门会有积炭、污垢、结胶，使节气门卡滞、转动不灵活、难回位，导致发动机怠速不稳、加速不良等现象。节气门积炭、污垢、结胶是非电控系统的故障，用解码器等诊断仪器无法读出故障码，但其数据流是不正常的，即输出的信号与加速踏板的高低是不匹配的。可以用节气门专用清洗剂对节气门进行清洗，恢复节气门的正常功能。定期清洗节气门也是汽车维护保养的一项重要内容。