豐田卡羅拉汽車智能電子節氣門控制系統原理及檢測

劉漢森

（廣西交通技師學院，廣西 南寧 530001）

1 汽車智能電子節氣門的分類

目前，汽車智能電子節氣門一般由傳感器和執行器兩部分構成。按傳感器的工作原理不同，電子節氣門分為滑動電阻膜式和霍爾式兩種；執行器部分都是通過控制電機及減速齒輪機構驅動節氣門。滑動電阻膜式傳感器電子節氣門工作原理：當節氣門開度變化時傳感器的電阻產生變化，從而改變輸出信號，在大眾系列汽車上應用廣泛。霍爾式傳感器電子節氣門工作原理：當節氣門開度變化時改變傳感器內部磁感應強度，輸出與節氣門開度變化相適應的霍爾信號，在豐田系列汽車上廣泛使用。

2 豐田卡羅拉汽車智能電子節氣門控制系統

豐田卡羅拉汽車智能電子節氣門控制系統由加速踏板位置傳感器、節氣門體和電子控制單元ECM三部分組成，如圖1所示。

2.1 加速踏板位置傳感器

加速踏板位置傳感器安裝在油門踏板支架上，將踏板踩下的量 （角度）傳輸給電子控制單元ECM，如圖2所示。豐田1ZR發動機加速踏板位置傳感器有VPA（主）和 VPA2（副）2個傳感器，該傳感器為非接觸型，使用霍爾效應元件，產生的信號電壓VPA和VPA2在0～5 V之間變化，并與油門踏板工作角度成線性關系。VPA信號，傳輸實際油門踏板開度 （節氣門開度），用于控制發動機；VPA2信號，傳輸VPA電路的狀態信息，用于檢查油門踏板位置傳感器自身情況。ECM通過VPA和VPA2的信號監視實際油門踏板開度（節氣門開度），根據這些信號控制節氣門電機的工作狀態。

圖2 加速踏板位置傳感器結構原理

2.2 節氣門體

節氣門體包括節氣門、節氣門電機和節氣門位置傳感器等，如圖3所示。

節氣門位置傳感器安裝在節氣門體總成上，用于檢測節氣門開度。該傳感器也是非接觸型，使用霍爾效應元件，在極端的行駛條件下，也能產生精確的信號,節氣門位置傳感器電路原理如圖4所示。

節氣門位置傳感器有VTA1和VTA2兩個傳感器。VTA1用于檢測節氣門開度，VTA2用于檢測 VTA1的故障。傳感器信號電壓與節氣門開度成正比，在0～5 V之間變化。當節氣門關閉時，傳感器輸出電壓最低；當節氣門開啟時，傳感器輸出電壓升高，ECM根據這些信號計算節氣門開度，并響應駕駛員輸入來控制節氣門控制電機的動作。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。

節氣門控制電機采用了反應靈敏度高、耗能少的直流電動機，發動機ECM控制流向節氣門電機的電流大小和方向，使電機轉動或維持不動，并通過減速齒輪打開／關閉節氣門或維持節氣門固定開度。

圖3 節氣門體結構示意圖

圖4 節氣門位置傳感器電路原理

2.3 電子控制單元ECM

智能電子節氣門控制系統、發動機控制系統以及自動變速器控制系統共用一個電子控制單元ECM，在智能電子節氣門控制系統中，它接收加速踏板位置傳感器的信號VPA及VPA2，根據該信號控制節氣門驅動電機的轉動或維持，使節氣門打開／關閉或維持固定的開度，從而控制發動機的進氣量；當節氣門開度變化時，節氣門位置傳感器產生與其開度相適應的信號傳輸給ECM，ECM根據該信號及發動機其它信號，修正噴油量和點火提前角，保證發動機正常的工作狀態。

3 豐田卡羅拉汽車智能電子節氣門控制系統常見故障（表1） 及檢測

3.1 加速踏板位置傳感器的檢測

1）加速踏板位置傳感器有2個傳感器，每個傳感器3根導線，VCP2、VPA2和EPA2是一個傳感器，VCPA、VPA和EPA為另一個傳感器；VCP2、VCPA是傳感器的電源線，VPA2、VPA是傳感器的信號線，EPA2、EPA是傳感器的搭鐵線。加速踏板位置傳感器線束連接器的各根導線與ECM的連接關系如圖5所示。

表1 電子節氣門系統常見的故障及其原因

圖5 加速踏板位置傳感器線束連接器

圖6 加踏板位置傳感器的檢測

2）加速踏板位置傳感器電源線VCP2電壓的測量

傳感器電源線測量如圖6所示。斷開加速踏板位置傳感器線束連接器，點火開關旋至ON，用萬用表測量1號腳的直流電壓，其電壓值應為4.5～5.5 V。如果測得電壓值為0，斷開點火開關，斷開蓄電池負極和ECM連接器，用萬用表測量傳感器1號腳與ECM連接器VCP2腳 （圖5） 之間的電阻，電阻值無窮大為傳感器VCP2線路斷路。如果電阻值約等于0，則用萬用表測量傳感器1號腳與車身搭鐵之間的電阻，如果電阻值約等于0為1號線有短路故障，如果電阻值無窮大，則為ECM故障。

3）加速踏板位置傳感器搭鐵線EPA2的測量

學習化學若離開了實驗，就成了無源之水、無本之木、紙上談兵。作為教師要研究教材、研究實驗、設計好化學實驗，充分挖掘實驗在教學中的作用。在化學課堂教學中對實驗進行增趣、補充、對比、探究等多方面的拓展，甚至對靜態的習題進行動態的實驗拓展，以激發學生的學習興趣，啟發學生的思維，培養學生的探究能力、思維能力和創新能力，從而提升學生的化學學科素養。

點火開關旋至OFF，用萬用表測量2號腳與車身搭鐵之間的電阻，其電阻值約0，否則為加速踏板位置傳感器線束連接器2號腳與ECM連接器EPA2腳 （圖5）之間有斷路或ECM搭鐵不良。

4）加速踏板位置傳感器信號線VPA2信號電壓的測量

接好加速踏板位置傳感器線束連接器，用輔助線把3號線引出，點火開關旋至ON，用萬用表測量3號腳的直流電壓，隨加速踏板的變化其電壓值在0～5 V之間線性變化,踏板越高電壓越小，踏板越低電壓越大，否則為傳感器有故障。

5）加速踏板位置傳感器線束連接器4、5、6號腳是另外一個傳感器，其檢測方法與1、2、3號腳的檢測方法相同。

3.2 節門位置傳感器及節氣門控制電機的檢測

節門位置傳感器及節氣門電機共用一個線束連接器，有6個針腳，M+、M-為節氣門電機線，VC、E2分別為節氣門位置傳感器電源線和搭鐵線，VTA1、VTA2是節氣門位置傳感器2個信號線。連接器的各根導線與ECM的連接關系如圖7所示。

圖7 節門位置傳感器及節氣門控制電機線束連接器

1）節氣門控制電機的的測量（圖8）

2）節氣門位置傳感器電源線VC電壓的測量

點火開關旋至ON，用萬用表測量連接器5號腳的直流電壓，其電壓值應為4.5～5.5 V，否則為節氣門位置傳感器連接器與ECM之間有斷路、短路或ECM故障。

3）節氣門位置傳感器搭鐵線E2的測量

點火開關旋至OFF，用萬用表測量3號腳與車身搭鐵之間的電阻，其電阻值約0，否則為連接器與ECM之間有斷路或ECM搭鐵不良。

4）節氣門位置傳感器信號線VTA1及VTA2信號電壓的測量 （圖9）

圖8 節氣門控制電機的檢測

圖9 節氣門位置傳感器的檢測

接好線束連接器，用輔助線把4號線及6號線引出，點火開關旋至ON， 用萬用表分別測量4號線及6號線的直流電壓。隨著節氣門開度的變化，4號線 （VTA2）電壓在2.55～5 V之間線性變化，6號線 （VTA1）電壓在0.93～5 V之間線性變化，而且信號電壓均隨著節氣門開度的增大而升高，隨著節氣門開度的減小而降低。如果電壓值為0則是傳感器有故障，如果電壓值固定無變化或達不到最大值，為節氣門卡滯或電機不轉，需要檢查節氣門電機或清洗節氣門。

3.3 清洗節氣門 （圖10）

長時間使用的節氣門會有積炭、污垢、結膠，使節氣門卡滯、轉動不靈活、難回位，導致發動機怠速不穩、加速不良等現象。節氣門積炭、污垢、結膠是非電控系統的故障，用解碼器等診斷儀器無法讀出故障碼，但其數據流是不正常的，即輸出的信號與加速踏板的高低是不匹配的。可以用節氣門專用清洗劑對節氣門進行清洗，恢復節氣門的正常功能。定期清洗節氣門也是汽車維護保養的一項重要內容。

圖10 節氣門清洗前后的比較

3.4 清除故障碼

把檢修后的加速踏板位置傳感器和節氣門總成安裝良好，連接好所有的線束連接器，連接解碼器，起動發動機，讀取故障碼，然后清除故障碼，直至發動機怠速平穩，加速良好，而且無故障碼。