節(jié)氣門位置傳感器失效對發(fā)動機性能影響的試驗研究

王光正

摘 要： 汽車傳感器是發(fā)動機計算機控制系統(tǒng)的輸入裝置，作為其不可或缺的元器件，發(fā)揮著越來越重要的作用。它把汽車運行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況等進行實時、準確、迅速的測量，轉(zhuǎn)化成電信號輸給發(fā)動機控制系統(tǒng)計算機，控制發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài)，提供最佳工作性能。

發(fā)動機不同傳感器在失效情形下對發(fā)動機或整車的性能會帶來不同程度的影響，本文重點研究發(fā)動機節(jié)氣門位置傳感器失效對發(fā)動機動力性能帶來的影響，為發(fā)動機動力性能方面的故障診斷、傳感器性能研究等方面提供理論指導和數(shù)據(jù)參考。

關鍵詞：節(jié)氣門位置傳感器 失效 動力性能

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）04-0283-01

一直以來，人們?yōu)榱俗非笃嚨膭恿Α踩碍h(huán)保性，不斷地在汽車上運用各種新技術、新材料、新工藝。以傳感器作為關鍵裝置的各類電控技術被廣泛地運用于提高汽車的各種性能。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵部件，它對汽車各系統(tǒng)正常工作及發(fā)動機性能起到非常重要的作用。

一、發(fā)動機控制系統(tǒng)概述

發(fā)動機電子控制系統(tǒng)由傳感器、電控單元、執(zhí)行器及相應的線束組成。傳感器收集發(fā)動機運行的各種信號參數(shù)傳給電控單元，電控單元經(jīng)過運算、分析和處理后發(fā)出控制指令給各執(zhí)行器，執(zhí)行器進行相應的動作控制發(fā)動機的工作。

發(fā)動機控制單元（ECU）通過對絕對壓力傳感器、空氣流量計及節(jié)氣門位置傳感器的信號計量空氣流量，根據(jù)發(fā)動機的進氣量和轉(zhuǎn)速計算出基本噴油持續(xù)時間，同時利用其他各種傳感器檢測發(fā)動機冷卻水溫度、進氣溫度等與發(fā)動機工況有關的參數(shù)，再通過計算后對基本噴油持續(xù)時間進行修正，從而確定最佳噴油持續(xù)時間，達到精確控制噴油量的目的，從而控制發(fā)動機的工作。

二、節(jié)氣門位置傳感器的作用及工作原理

節(jié)氣門位置傳感器用來檢測節(jié)氣門的開度，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鹘o發(fā)動機ECU（電控單元），作為ECU判斷發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀況和決定噴油量的主要依據(jù)。常見的有開關型、線型可變電阻型、霍爾效應式等，豐田1ZR—FE發(fā)動機采用霍爾效應式。該節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體總成上，使用霍爾效應元件，能在極端的行駛條件下，例如高速以及極低車速下，也能生成精確的信號。節(jié)氣門位置傳感器內(nèi)部結構如圖1所示。

節(jié)氣門位置傳感器有兩個傳感器電路VTA1和VTA2，各傳送一個信號。VTA1用來檢測節(jié)氣門開度，VTA2用來檢測VTA1的故障，這也是冗余設計。傳感器信號電壓與節(jié)氣門開度成比例，在0V和5V之間變化，并且傳送至ECU的VTA端子。當節(jié)氣門關閉時，傳感器輸出電壓降低，當節(jié)氣門開啟時，傳感器輸出電壓升高。ECU根據(jù)這些信號來計算節(jié)氣門開度并響應駕駛員輸入來控制節(jié)氣門執(zhí)行器。這些信號同時也用來計算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切斷控制。

當節(jié)氣門位置傳感器出現(xiàn)故障后，電腦為了保證車輛可以行駛到修理廠或維修站，啟動失效保護功能，若該傳感器失效則進入失效保護狀態(tài)，電腦采用開度失效保護值為16%，表示開度角度為6度。發(fā)動機不受駕駛員控制，根據(jù)電腦內(nèi)存控制發(fā)動機按一定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。保護發(fā)動機可以在不正常情況下工作。

三、節(jié)氣門位置傳感器失效對發(fā)動機動力性能影響試驗驗證

試驗所用車輛為豐田凱美瑞轎車、行駛里程80000Km、手動檔轎車，汽車技術條件正常。主要試驗設備為BOSCH汽車電腦故障診斷儀FSA740、賽霸4000型底盤測功機。發(fā)動機分別在怠速、2000r/min中小負荷（空擋）運行過程中，觸發(fā)節(jié)氣門位置傳感器斷路故障，發(fā)動機進入失效控制模式運行；測試節(jié)氣門傳感器失效情形下發(fā)動機運行數(shù)據(jù)和底盤輸出功率的變化。

試驗過程：汽車熱車后，發(fā)動機分別在怠速運行一段時間，隨后在2000r/min時觸發(fā)節(jié)氣門位置傳感器斷路故障，使用故障診斷儀監(jiān)測到的發(fā)動機數(shù)據(jù)流如圖2所示。通過數(shù)據(jù)流動態(tài)圖可以觀察到，發(fā)動機運行過程中，隨著節(jié)氣門位置變化，其他主要指數(shù)數(shù)據(jù)都隨之動態(tài)變化，當節(jié)氣門信號發(fā)生斷路時，其信號線突然躍升數(shù)倍并處于一恒定值不變，系統(tǒng)啟動失效控制模式。

節(jié)氣門位置傳感器用來檢測節(jié)氣門的開度，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鹘oECU，作為ECU判斷發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀況和決定噴油量的主要依據(jù)。當節(jié)氣門位置傳感器出現(xiàn)故障后，電腦為了保證車輛可以行駛到修理廠或維修站，啟動失效保護功能，若該傳感器失效則進入失效保護狀態(tài)，電腦采用開度失效保護值為16%，表示開度角度為6度。發(fā)動機不受駕駛員控制，節(jié)氣門維持一定的機械開度，根據(jù)電腦內(nèi)存程序控制發(fā)動機按一定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。

節(jié)氣門位置傳感器失效后（節(jié)氣門體整體失效），在底盤測功機上進行底盤測功試驗時，發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速只能達到3000r/min，車速達到35km/h，無法測出底盤功率輸出曲線。當單獨的節(jié)氣門傳感器輸出信號失效后，測得的汽車底盤輸出功率如圖3所示。

綜合分析：綜合數(shù)據(jù)流和底盤功率輸出等方面的試驗數(shù)據(jù)分析，節(jié)氣門體上集怠速、電子油門、節(jié)氣門位置、驅(qū)動防滑等綜合控制功能為一體，整體失效會對汽車正常運行造成很大困難。當只是節(jié)氣門位置傳感器失效時，會造成怠速或無負荷情況下轉(zhuǎn)速稍微上升，發(fā)動機處于高怠速狀態(tài)，加速反應遲緩，啟動稍微有抖動、功率急劇下降直至熄火等現(xiàn)象，最大扭矩只能達到原來的30%左右，最大功率只達到13%左右。在實際運用過程中，當汽車出現(xiàn)啟動困難，怠速過高，加速無力（加速過程中伴隨轉(zhuǎn)速無法提升）等故障現(xiàn)象時，可主要檢測節(jié)氣門位置傳感器故障性能是否正常，并可通過測試發(fā)動機運行數(shù)據(jù)流查看。

參考文獻

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