سنسور دریچه گاز TPS

وظیفه – انواع – اجزا – عملکرد

سیستم‌های مدیریت الکترونیکی از تعدادی سنسور (حسگر) و عملگر تشکیل شده است. دانش کاربردی از اجزا تشکیل‌دهنده و ساختار این سنسورها و عملگرها می‌تواند منجر به‌سهولت و کیفیت در فرآیند عیب‌یابی شود.
یکی از سنسورهای مهم در سیستم مدیریت موتور، سنسور دریچه گاز (سنسور TPS) است. در این مقاله در مورد انواع، اجزا و عملکرد آن مطالبی ذکر می‌شود و در مقاله‌ای دیگر به علائم خرابی و روش عیب‌یابی آن پرداخته خواهد شد.

سنسور موقعیت دریچه گاز (Throttle Position Sensor)

یکی از اجزا مهم در سیستم موتورهای احتراق داخلی واحد دریچه گاز است. این واحد ابتدای مانیفولد هوا نصب می‌شود و هوای ورودی به موتور را کنترل می‌کند. شکل 1 دریچه گاز را نشان می‌دهد.

1- بدنه دریچه گاز 2- پروانه‌ای دریچه گاز 3- فنر برگردان 4- محل نصب سیم گاز 5- جهت حرکت اهرم دریچه گاز
شکل 1- نوعی دریچه گاز مکانیکی

هرچه پدال گاز بیشتر فشرده شود پروانه‌ای دریچه گاز بیشتر باز شده و در نتیجه هوای بیشتری می‌تواند به موتور برسد.
همانطور که از نام سنسور مشخص است با کمک این سنسور موقعیت دریچه گاز مشخص می‌شود. در واقع این سنسور می‌تواند تشخیص دهد چقدر (پروانه‌ای) دریچه گاز باز شده است.
اطلاعات میزان‌باز بودن دریچه گاز به ECM ( همان ECU موتور) ارسال شده و در کنار سایر اطلاعات، یونیت موتور میزان تایمینگ جرقه و سوخت را تعیین می‌کند.
محل نصب سنسور موقعیت دریچه گاز که به‌صورت مخفف TPS یا TP نیز معرفی می‌شود، روی بدنه دریچه گاز دقیقاً روبروی اهرم دریچه گاز متصل قرار می‌گیرد. (شکل 2)

1- اهرم دریچه گاز 2- سنسور TPS
شکل 2- موقعیت سنسور TPS روی دریچه گاز

انواع سنسور موقعیت دریچه گاز

به روش‌های مختلفی می‌توان سنسورهای دریچه گاز را مورد بررسی قرار داد. شکل 3 نمونه‌ای از این روش‌های بررسی را نشان می‌دهد.

شکل 3- انواع سنسور موقعیت دریچه گاز

همانطور که در شکل 3 مشاهده می‌شود به‌طورکلی این سنسور به دودسته تقسیم‌بندی می‌شوند. سنسورهای از نوع بدون تماس در سیستم‌های دریچه گاز برقی مورداستفاده قرار می‌گیرند و در یک مقاله مجزا مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
در این مقاله فقط سنسور دریچه گاز از نوع پتانسیومتری تشریح می‌شود.

سنسور TPSپتانسیومتری

همانطور که از اسم این سیستم مشخص است، با کمک پتانسیومتری داخلی میزان چرخش (انحراف) پروانه‌ای دریچه گاز تعیین می‌شود. شکل 4 این نوع سنسور را نشان می‌دهد.

شکل 4- دو نمونه سنسور TPS از نوع پتانسیومتری

عملکرد سنسور TPSسه پین

مدل 3 پین نوع بسیار ابتدایی‌تری است و ساختار آن مطابق شکل 5 است.

1- بدنه سنسور 2- سیم تغذیه 3- سیم سیگنال 4- سیم مرجع بدنه 5- مقاومت 6- لغزان
شکل 5- شماتیک داخلی سنسور TPS پتانسیومتری از نوع سه پین

مطابق شکل 5 یکی از سیم‌ها برق تغذیه (شماره 2) است که از نوع برق 5V است. این جریان برق به مقاومت داخل سنسور ارسال می‌شود. تیغه لغزان (شماره 6) متناسب با مقدار باز بودن پروانه‌ای دریچه گاز روی این مقاومت حرکت می‌کند. هر چه دهانه بازتر باشد این تیغه لغزان به پایه تغذیه نزدیک‌تر خواهد بود.
در حالت باز بودن کامل دریچه گاز (WOT=Wide Open Throttle) باتوجه‌به اینکه حداقل مقاومت در مسیر پایه سیگنال (شماره 3) قرار می‌گیرید میزان افت ولت نیز حداقل خواهد بود؛ بنابراین در حالت باز بودن کامل دریچه گاز ولتاژ خروجی (متناسب با نوع سنسور) بین 3.5 الی 4.7 ولت خواهد بود.
هرچه دریچه گاز کمتر باز باشد میزان ولتاژ خروجی از سیم سیگنال کمتر خواهد بود تا اینکه این میزان در حال بسته بودن کامل دریچه گاز یعنی دور درجا (Idle) بین 0.6 الی 0.9 ولت می‌شود. شکل 6 این دو حالت را نشان می‌دهد.

شکل 6- ولتاژ خروجی از پایه سیگنال سنسور دریچه گاز

منحنی تغییرات ولتاژ در این نوع سنسور مطابق شکل 7 است.

شکل 7- منحنی تغییرات ولتاژ در سنسور TPS

عملکرد سنسور TPSچهار پین

سنسورهای موقعیت دریچه گاز سه پین یا سه‌پایه نسل‌های قدیمی سنسور پتانسیومتری را تشکیل می‌دهند خودرو های جدیدتر از سنسورهای 4 پایه پتانسیومتری برای اطلاع‌رسانی وضعیت دریچه گاز استفاده می‌کنند. این سنسورها از دو تیغه لغزان (جاروبک) و یک مقاومت ثابت تشکیل شده است. شکل 8 نمونه‌ای از این جاروبک‌ها و مقاومت را نشان می‌دهد.

1- جاروبک دور آرام 2- جاروبک حداکثر 3- مقاومت ثابت
شکل 8- اجزا داخلی سنسور TPS از نوع 4 پایه

برای سهولت در تشریح عملکرد این سنسور ساختار آن به‌صورت شماتیک در شکل 9 نشان‌داده‌شده است.

1- ولتاژ تغذیه 2- خروجی جاروبک دریچه گاز 3- پلاتین دور آرام 4- اتصال بدنه
5- سیگنال میزان‌باز بودن دریچه گاز 6- سیگنال موقعیت دور آرام
شکل 9- شماتیک اجزا داخلی و ارتباط سنسور TPS با ECU موتور

همانطور که مشاهده می‌شود در این سنسور یک کنتاکت (پلاتین) مخصوص دور آرام اضافه شده است و سنسور دارای دو سیگنال ارسالی به ECM (PCM) است یکی سیگنال موقعیت دریچه (شماره 5) و دیگری سیگنال وضعیت دور درجا (شماره 6). عملکرد سیگنال موقعیت دریچه مانند سنسور TPS از نوع 3 پین است.
سیگنال وضعیت دور آرام هم به دلیل قطع بوده پلاتین دور آرام از طریق خود PCM تعیین می‌شود که متناسب با مقاومت مسیر داخل PCM بین 12 الی 5 ولت متغیر خواهد بود. شکل 10 این حالت را نشان می‌دهد.

رنگ قرمز: مسیر سیگنال عبوری برای موقعیت دریچه گاز
رنگ آبی: مسیر سیگنال وضعیت دور آرام
شکل 10- قرارگرفتن دریچه گاز در حالتی غیر از بسته بودن کامل (غیر از دور آرام)

اما هنگامی که جاروبک موقعیت دریچه در حالت دور آرام قرار می‌گیرد. زائده‌ای که روی آن قرار دارد پلاتین دور آرام را حرکت می‌دهد؛ بنابراین مسیر عبور جریان به‌صورت شکل 10 خواهد بود.

رنگ قرمز: مسیر سیگنال عبوری برای موقعیت دریچه گاز
رنگ آبی: مسیر سیگنال وضعیت دور آرام
شکل 11- قرارگرفتن دریچه گاز در حالت دور آرام

باتوجه‌به مطالب ذکر شده منحنی سیگنال این دو خروجی مانند شکل 11 خواهد بود.

1- سیگنال خروجی دریچه گاز 2- سیگنال وضعیت دور آرام
شکل 12- منحنی ولتاژهای خروجی سنسور TPS 4 پین

مشاهده می‌گردد منحنی سیگنال خروجی دریچه گاز دقیقاً مانند نوع سه پین است؛ اما سیگنال وضعیت دور آرام در حالت بسته بودن دریچه گاز صفر (اتصال بدنه) و در هر حالتی غیر از بسته بودن ولتاژ ثابت تعریف شده در PCM خواهد بود.
برای بررسی علائم خرابی و عیب یابی این سنسور به مقاله “عیب یابی سنسور دریچه گاز “مراجعه کنید