汽車電子之位置傳感器(下)

2節(jié)氣門位置傳感器

    1．節(jié)氣門位置傳感器的功用

 各型汽車的節(jié)氣門位置傳感器(Throttle Position Sensor，TPS)都安裝在節(jié)氣門體上節(jié)氣門軸的一端上，其功用是將節(jié)氣門開度(即發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷)大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后輸入ECU，ECU根據(jù)節(jié)氣門位置信號(hào)判別發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，如怠速工況、部分負(fù)荷工況、大負(fù)荷工況等，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況對(duì)混合氣濃度的需求來控制噴油時(shí)間。在裝備有電子控制自動(dòng)變速器的汽車上，TPS信號(hào)除輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU之外，還要輸入變速器電子控制單元(ECT。ECU)，作為確定變速器換檔時(shí)機(jī)和變矩器鎖止時(shí)機(jī)的主要信號(hào)之一。

2．節(jié)氣門位置傳感器的類型

節(jié)氣門位置傳感器按總體結(jié)構(gòu)分為觸點(diǎn)開關(guān)式、可變電阻式、觸點(diǎn)與可變電阻組合式三種。桑塔納2000GLi型轎車采用的有觸點(diǎn)開關(guān)式和可變電阻式兩種，夏利2000型、捷達(dá)AT和GTX型、桑塔納2000GSi型、紅旗cA7220E型轎車和切諾基吉普車采用可變電阻式。按節(jié)氣門位置傳感器輸出信號(hào)的類型可分為線性(量)輸出型和開關(guān)(量)輸出型兩類。 

3．觸點(diǎn)開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器

(1)觸點(diǎn)開關(guān)式TPS結(jié)構(gòu)特點(diǎn)  觸點(diǎn)開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器(TPS)主要由節(jié)氣門軸、大負(fù)荷觸點(diǎn)[又稱為功率觸點(diǎn)(PSW)]、凸輪、怠速觸點(diǎn)(IDL)和接線插座組成。凸輪隨節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)氣門軸隨油門開度大小而轉(zhuǎn)動(dòng)。

(2)觸點(diǎn)開關(guān)式TPS輸出特性觸點(diǎn)開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器的輸出特性如圖2-34所示。當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)，怠速觸點(diǎn)閉合、功率觸點(diǎn)(PSW)斷開，怠速觸點(diǎn)輸出端子輸出的信號(hào)為低電平“0”，功率觸點(diǎn)(PSW)輸出端子輸出的信號(hào)為高電平“l”。ECU接收到TPS輸入的這兩個(gè)信號(hào)時(shí)，如果車速傳感器輸入ECU的信號(hào)表示車速為零，那么ECU判定發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)，并控制噴油器增加噴油量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定而不致熄火。如果此時(shí)車速傳感器輸入ECU的信號(hào)表示車速不為零，那么ECU判定發(fā)動(dòng)機(jī)處于減速狀態(tài)，并控制噴油器停止噴油，以降低排放和提高經(jīng)濟(jì)性。

當(dāng)節(jié)氣門開度增大時(shí)，凸輪隨節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動(dòng)并將怠速觸點(diǎn)頂開，功率觸點(diǎn)(PSW)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，IDL端子輸出高電平“1”，PSW端子輸出也為高電平“1”。ECU接收到兩個(gè)高電平信號(hào)時(shí)，便可判定發(fā)動(dòng)機(jī)處于部分負(fù)荷狀態(tài)，此時(shí)ECU根據(jù)空氣流量傳感器信號(hào)和曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算確定噴油量，主要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性能。

當(dāng)節(jié)氣門接近全部開啟(80％以上負(fù)荷)時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)使功率觸點(diǎn)(PSW)閉合，PSW端子輸出低電平“0”，IDL端子保持?jǐn)嚅_而輸出為高電平“1”。ECU接收到這兩個(gè)信號(hào)時(shí)，便可判定發(fā)動(dòng)機(jī)處于大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，從而控制噴油器增加噴油量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出足夠的動(dòng)力，故將大負(fù)荷觸點(diǎn)稱為功率觸點(diǎn)。

當(dāng)節(jié)氣門全開時(shí)，ECU將控制系統(tǒng)進(jìn)人開環(huán)控制模式，此時(shí)不采用氧傳感器信號(hào)。如果此時(shí)汽車空調(diào)器在工作，那么ECU將中斷空調(diào)器主繼電器信號(hào)約15s，以便切斷空調(diào)器電磁離合器線圈電流，使空調(diào)壓縮機(jī)停止工作，增大發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，提高汽車的動(dòng)力性。

4．組合式節(jié)氣門位置傳感器

    (1)組合式TPS結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 

豐田轎車采用的組合式節(jié)氣門位置傳感器如圖2-35a所示，其原理電路如圖2-35b所示。它主要由可變電阻及其滑動(dòng)觸點(diǎn)、節(jié)氣門軸、怠速觸點(diǎn)、殼體組成。可變電阻為鍍膜電阻，制作在傳感器底板上，可變電阻的滑臂隨節(jié)氣門軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，滑臂與輸出端子VTA連接。

(2)組合式TPS輸出特性組合式TPS輸出特性如圖2-36所示。當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉或開度小于1．2。時(shí)，怠速觸點(diǎn)閉合，其輸出端IDL輸出低電平(0V)；當(dāng)節(jié)氣門開度大于1．2。時(shí)，怠速觸點(diǎn)斷開，輸出端IDL輸出高電平(5V)。當(dāng)節(jié)氣門開度變化時(shí)，可變電阻的滑臂便隨節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動(dòng)，滑臂上的觸點(diǎn)便在鍍膜電阻上滑動(dòng)，傳感器的輸出端子VTA與E，之間的信號(hào)電壓隨之發(fā)生變化，如圖2-35所示，節(jié)氣門開度越大，輸出電壓越高。傳感器輸出的線性信號(hào)經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后再輸入ECU。

 5．磁感應(yīng)式節(jié)氣門位置傳感器

Philips公司出產(chǎn)的KMZ43T是一種由鎳鐵導(dǎo)磁合金薄膜制成的磁阻元件，其內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的單臂電橋，兩橋之間的相對(duì)機(jī)械角度為45。。

當(dāng)磁場在X-Y的坐標(biāo)平面旋轉(zhuǎn)時(shí)，在該平面會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)相互獨(dú)立的輸出信號(hào)，分別用函數(shù)+sin(2a)和+COS(2a)表示，a表示傳感器和場域位置之間的相對(duì)角度。KMZ43T不像KMz4l需要在100kA／m產(chǎn)生的高飽和磁場內(nèi)工作，它可以在低磁場強(qiáng)度條件下高精度進(jìn)行角度測(cè)量。

 此外，該傳感器可在直流到1MHz之間的任意頻率內(nèi)工作。

 KMZ43T的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-37所示。該芯片采用S08封裝，其引腳說明見表2-6。