文|小彭的灿烂笔记

编辑|小彭的灿烂笔记

前言

节气门位置传感器是现代汽车发动机中的关键部件，向发动机控制单元(ECU)提供关于节气门位置的重要信息。节气门位置传感器、其功能、类型、工作原理、应用和挑战。TPS在保持发动机 性能、优化燃油效率和减少排放方面起着至关重要的作用。随着汽车技术的不断进步，TPS仍然是追求提高汽车性能和环境可持续性的关键因素。

节气门位置传感器(TPS)是大多数现代内燃机中使用的电子燃油喷射系统的重要组成部分。它监测节流板的位置，并将该信息传递给发动机控制单元(ECU)。ECU使用TPS数据来计算合适的空气燃料混合物、点火正时和发动机负荷，确保在各种驾驶条件下发动机的最佳性能。节气门位置传感器主要有两种类型:电位式和非接触式。

现代汽车发动机的关键部件，向发动机提供信息，节气门位置传感器究竟有何作用？

基本介绍

电位TPS由一个电阻元件和一个连接到节气门轴的刮水器臂组成，当节流板打开或关闭时，刮水器臂沿着电阻元件移动，改变电阻并产生与节流位置成比例的电压信号。该模拟电压然后被发送到ECU进行处理。非接触式TPS，也称为霍尔效应TPS，利用霍尔效应原理来测量节气门位置。它由一个固定在节气门轴上的磁铁和一个霍尔效应传感器组成。

当磁铁随节气门轴旋转时，它产生一个磁场，被霍尔效应传感器检测到，产生一个输出电压信号。与电位型TPS相比，非接触型TPS提供了更高的可靠性和耐用性，因为没有与节气门轴直接接触的机械部件。TPS的工作原理是将节气门的机械运动转换成电子控制单元能够识别的电信号。

当节流板旋转时，电位TPS上的刮水器臂沿着电阻轨迹移动，改变电压输出，节气门关闭时，电阻最大，导致低电压信号。随着节气门打开，电阻减小，导致电压信号成比例上升。电子控制单元解释该电压信号以确定节气门位置并相应地调整发动机参数。在非接触式TPS中，旋转磁体产生变化的磁场，霍尔效应传感器可检测到该磁场。

这将产生一个对应于节气门位置的输出电压信号，当节流板打开时，霍尔效应传感器检测到的磁场强度发生变化，电子控制单元处理该信号以控制发动机功能。节气门位置传感器存在于各种内燃机中，包括汽车、摩托车、船和其他车辆。它们是电子燃油喷射系统和电子节气门控制系统的重要部件，能够精确控制发动机性能和排放。

节气门位置传感器的结合给现代汽车系统带来了许多好处，节气门位置传感器通过提供准确的节气门位置数据，使电子控制单元能够针对不同的驾驶条件优化空气燃料混合和点火正时，从而有助于提高发动机性能。通过精确控制空燃比，TPS有助于提高燃油效率，从而降低油耗和排放。

空气-燃料混合物的精确控制允许更好的燃烧和有害排放物的减少，有助于环境保护和符合排放标准。尽管节气门位置传感器提供了显著的优势，但它们也面临一些挑战和限制。TPS校准对于精确的节气门位置读数至关重要。不正确的校准会导致数据不准确，影响发动机性能和效率。TPS的机械组件会随着时间的推移而磨损，从而导致潜在的可靠性问题。

主要功能

在其功能的核心，节气门位置传感器负责检测节流板的位置，当驾驶员踩下油门踏板时，节流板打开或关闭，调节进入发动机进气歧管的空气量。安装在节气门体上或连接到节气门轴上的节气门位置传感器精确跟踪节气门片的运动，并将其转换为电信号，通常是电压或电阻值。该信号然后被发送到ECU，ECU使用该数据对发动机参数进行实时调整。

TPS的关键功能之一是帮助ECU确定发动机负荷，通过将节气门位置与发动机转速(RPM)和进气歧管压力(MAP)等其他发动机参数相关联，ECU可以精确计算发动机上的负载。发动机负荷数据对于确定所需的燃油喷射持续时间、点火正时和其他性能相关方面至关重要。这些信息使电子控制单元能够优化空气燃料混合物。

在配有电子节气门控制系统(ETC)的现代车辆中，TPS有助于促进驾驶员油门踏板输入和发动机节气门运动之间的通信。在传统的油门系统中，油门踏板通过一根电缆机械连接到油门板上。然而，在ETC系统中，节气门由ECU根据TPS数据进行电子控制。这项技术提供了更高的精度和响应能力，增强了整体驾驶体验和安全性。

TPS的另一个重要方面是它在发动机诊断中的作用，电子控制单元持续监测TPS信号，并将其与其他发动机传感器读数进行比较。TPS数据中的任何差异或异常都会触发故障诊断码(DTC)并点亮仪表板上的“检查发动机”灯。这有助于机械师识别与节气门系统或其他发动机部件相关的潜在问题，以便及时维护和修理。

产品种类

电位式节气门位置传感器是汽车应用中最早和最常见的类型之一，它的工作原理是可变电阻。该传感器由一个电阻元件和一个连接在节气门轴上的刮水器臂组成。随着节流板的移动，刮水器臂沿着阻力轨道滑动，导致阻力发生变化。TPS将这种变化的电阻转换成与节气门位置相对应的模拟电压信号。电子控制单元解释该电压信号，以计算相应的发动机参数。

磨损:随着时间的推移，刮水器臂和电阻元件之间的机械接触会导致磨损，影响传感器的精度和可靠性。对污染的敏感性:电阻走线对灰尘、碎片或油的污染很敏感，可能会影响传感器的性能。非接触式节气门位置传感器，也称为霍尔效应TPS，克服了电位传感器的一些局限性。这种类型的TPS采用霍尔效应原理来检测节流板的位置，而无需直接的机械接触。

非接触式包括一个固定在节气门轴上的旋转磁铁和一个安装在磁铁路径附近的霍尔效应传感器。当节流板打开或关闭时，磁铁的运动会产生变化的磁场，霍尔效应传感器会检测到该磁场。传感器将这种磁场变化转化为代表节气门位置的输出电压信号。由于组件之间没有物理接触，非接触式热防护系统比电位式热防护系统具有更高的耐用性和更长的使用寿命。

感应式节气门位置传感器由一个线圈和一个连接在节气门轴上的铁磁芯组成，随着节流板的移动，线圈内铁芯的位置发生变化，从而改变线圈的电感。电感的这种变化导致代表节气门位置的输出电压信号变化。与非接触式热防护系统类似，感应式热防护系统涉及更复杂的电子元件，这会增加生产成本。

主要用途

油门位置传感器的主要应用之一是燃油喷射控制，TPS提供了节气门位置的实时数据，允许ECU计算发动机的进气量，进而计算所需的燃油量。基于TPS信号，电子控制单元调整喷油器的开启持续时间，以根据发动机的工作条件输送适量的燃油。这种对燃油喷射的精确控制确保了最佳的燃烧和发动机性能，从而提高了燃油效率并减少了排放。

TPS在发动机怠速控制中也起着关键作用，怠速时，节气门几乎关闭，调节发动机的进气量，保持稳定平稳的怠速。TPS向ECU提供关于节气门位置的连续反馈，然后ECU可以相应地调节节气门开度。通过密切监控TPS数据，电子控制单元确保发动机保持稳定的怠速，防止失速，并提供从怠速到行驶的无缝转换。

发动机负载确定是节气门位置传感器的另一个重要应用，通过将节气门位置与发动机转速(RPM)和进气歧管压力(MAP)等其他发动机参数相关联，电子控制单元可以精确计算发动机的负载。发动机负荷数据对于确定合适的空气燃料混合物、点火正时和其他性能相关参数至关重要。该信息允许ECU在各种驾驶条件下优化发动机性能，从轻巡航到完全加速。

电子节气门控制(ETC)系统，也称为线控系统，在现代车辆中已经变得越来越普遍，在ETC系统中，TPS在促进驾驶员加速踏板输入和发动机节流板运动之间的通信方面起着核心作用。ETC系统依靠来自TPS的电子信号来电子控制节气门，而不是传统的机械连接。这项技术提供了更高的精度和响应能力，从而提高了驾驶性能和安全性。

结语

节气门位置传感器对现代车辆的排放控制起着重要作用，通过准确检测节气门的位置，TPS使电子控制单元能够调整空燃比和点火正时，以获得最佳燃烧效率。适当的空气-燃料混合物控制会减少未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的排放。随着排放法规变得越来越严格，TPS将继续帮助车辆达到环保标准，并有助于净化空气。

节气门位置传感器在发动机诊断中起着至关重要的作用，电子控制单元持续监测TPS信号，并将其与其他发动机传感器读数进行比较。TPS数据中的任何差异或异常都会触发故障诊断码(DTC)并点亮仪表板上的“检查发动机”灯。该功能有助于机械师识别与节气门系统或其他发动机部件相关的潜在问题，便于及时维护和修理。

参考文献

【1】《机械原理与机械零件》 屈国华、康介铎、黄文灿、何元庚 高等教育出版 2011年

【2】《机械零部件设计》 张金美 机械工业出版社 2019年6月

【3】《机械零件常识》黄文 机械工业出版社 2019年4月