آنچه درباره سنسور دریچه گاز (TPS) باید بدانیم

سنسور دریچه گاز (TPS - Throttle Position Sensor) که مخفف عبارت Throttle Position Sensor به معنی سنسور موقعیت دریچه گاز است، یک جزء الکترونیکی حیاتی در سیستم مدیریت موتور (ECU) خودروهای انژکتوری است. این سنسور از نوع پتانسیومتر یا اثرهال (Hall Effect) است و وظیفه اصلی آن اندازه‌گیری دقیق زاویه باز شدن پروانه دریچه گاز است. این اطلاعات به کامپیوتر خودرو (ECU) کمک می‌کند تا تشخیص دهد که راننده چه مقدار از پدال گاز را فشار داده و به چه میزان شتاب نیاز دارد. ECU بر اساس این سیگنال، میزان سوخت تزریقی و زمان‌بندی جرقه را برای مطابقت با نیازهای راننده تنظیم می‌کند.

تاریخچه سنسور موقعیت دریچه گاز

حسگر موقعیت دریچه گاز برای اولین بار با ظهور سیستم‌های انژکتوری الکترونیکی به بازار آمد؛ قبل از آن، خودروهای کاربراتوری فاقد این سنسور بودند و کنترل سوخت ساده‌تر و مکانیکی‌تر انجام می‌شد.

اوایل دهه ۱۹۸۰، با گسترش استانداردهای کاهش آلایندگی و نیاز به دقت بالاتر در کنترل‌ موتور، خودروها به تدریج به این سنسور مجهز شدند.

با پیشرفت خودروهای هوشمند و خودروهای برقی، نقش TPS حتی حیاتی‌تر شده و امروزه در تمامی موتورها (چه بنزینی، چه دیزلی و حتی برخی مدل‌های هیبرید و الکتریکی) وجود دارد.

 اهمیت

سنسور TPS به دلایل متعدد برای عملکرد، کارایی و واکنش موتور اهمیت بالایی دارد:

• تنظیم ترکیب سوخت و هوا: مهم‌ترین وظیفه آن، فراهم کردن ورودی اصلی برای ECU جهت تنظیم دقیق نسبت سوخت به هوا (Air-Fuel Ratio). اگر دریچه گاز کمی باز باشد، ECU سوخت کمتری تزریق می‌کند و اگر کاملاً باز باشد، سوخت بیشتری برای حداکثر قدرت تزریق می‌کند.

• کنترل زمان‌بندی جرقه: میزان باز بودن دریچه گاز به ECU می‌گوید که موتور تحت چه باری قرار دارد. این اطلاعات برای تعیین زمان‌بندی بهینه جرقه (پیش‌انداختن یا تأخیر در جرقه) ضروری است.

• تغییر حالت کارکرد موتور: TPS به ECU کمک می‌کند تا حالت‌های مختلف رانندگی را تشخیص دهد، از جمله:

  • دور آرام (Idle): دریچه کاملاً بسته (۰ درصد).

  • شتاب‌گیری (Acceleration): باز شدن سریع دریچه.

  • ترمز موتور (Deceleration): بسته شدن ناگهانی دریچه (قطع پاشش سوخت).

• عملکرد گیربکس اتوماتیک: در خودروهای اتوماتیک، سیگنال TPS برای کنترل زمان و فشار تعویض دنده‌ها به گیربکس نیز ارسال می‌شود.

• کاهش آلایندگی: دقت TPS در تنظیم سوخت، به کاهش آلاینده‌های خروجی از اگزوز کمک می‌کند.

ساختار و اجزا

سنسور TPS معمولاً یک قطعه پلاستیکی کوچک است که از اجزای زیر تشکیل شده است:

• پتانسیومتر یا عنصر اثرهال (Potentiometer/Hall Effect Element): بخش اصلی سنسور.

  • نوع پتانسیومتر: شامل یک صفحه مقاومتی ثابت و یک جاروبک (Wiper) متحرک است که با چرخش محور دریچه گاز، روی صفحه مقاومتی حرکت کرده و باعث تغییر ولتاژ سیگنال می‌شود.

  • نوع اثرهال: از یک آهنربا و یک حسگر اثر هال استفاده می‌کند. چرخش محور، موقعیت آهنربا را تغییر داده و سیگنال ولتاژ خروجی را تغییر می‌دهد.

• محور محرک (Actuator Shaft): یک محور کوچک که مستقیماً به محور پروانه دریچه گاز متصل می‌شود و با آن می‌چرخد.

• کانکتور الکتریکی (Electrical Connector): یک سوکت که سنسور را به سیم‌کشی خودرو و ECU متصل می‌کند. معمولاً دارای سه سیم است: تغذیه (۵ ولت)، اتصال به بدنه (Ground) و سیگنال خروجی.

• بدنه سنسور (Sensor Housing): بدنه پلاستیکی که اجزای داخلی را محافظت می‌کند و روی دریچه گاز نصب می‌شود.

نحوه عملکرد

عملکرد سنسور TPS بر پایه تغییر مقاومت یا میدان مغناطیسی با چرخش محور است:

1. ورود نیروی مکانیکی: راننده پدال گاز را فشار می‌دهد. این عمل باعث چرخش پروانه دریچه گاز می‌شود.

2. چرخش محور سنسور: محور سنسور TPS که به محور پروانه دریچه گاز متصل است، همراه با آن می‌چرخد.

3. تغییر ولتاژ سیگنال:

   • در نوع پتانسیومتر: چرخش محور باعث حرکت جاروبک روی صفحه مقاومتی می‌شود. این حرکت، ولتاژ سیگنال خروجی را از حدود ۰.۵ ولت (در حالت بسته) تا حدود ۴.۵ ولت (در حالت کاملاً باز) به صورت خطی تغییر می‌دهد.

4. ارسال سیگنال به ECU: سیگنال ولتاژ متغیر تولید شده، به صورت آنی به ECU ارسال می‌شود.

5. محاسبه توسط ECU: ECU با دریافت این ولتاژ، زاویه دقیق باز شدن دریچه گاز و به تبع آن، بار مورد نیاز موتور را تشخیص می‌دهد.

6. تنظیم سوخت و جرقه: بر اساس اطلاعات TPS، ECU دستورات لازم را برای پاشش انژکتورها، زمان‌بندی جرقه و در صورت لزوم، تنظیمات گیربکس اتوماتیک صادر می‌کند.

ارتباط با سایر اجزا: سنسور TPS ارتباط مستقیم با ECU (کامپیوتر خودرو)، استپر موتور (در خودروهای غیربرقی) و سیستم تزریق سوخت (انژکتورها) دارد.

انواع

سنسورهای TPS به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• سنسورهای پتانسیومتری (Potentiometer TPS):

  • رایج‌ترین نوع.

  • عملکرد آن‌ها بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی با حرکت جاروبک است.

  • مزیت آن‌ها سادگی و قیمت پایین‌تر است.

  • عیب آن‌ها این است که قطعات متحرک داخلی آن ممکن است به مرور زمان دچار سایش شوند و سیگنال‌های "ناپایدار" یا "نویزدار" تولید کنند.

• سنسورهای اثرهال/القایی (Hall Effect/Inductive TPS):

  • در خودروهای مدرن‌تر استفاده می‌شوند.

  • عملکرد آن‌ها بر اساس تغییر میدان مغناطیسی (بدون تماس فیزیکی مستقیم) است.

  • مزیت اصلی آن‌ها عدم وجود قطعات سایشی است که باعث می‌شود طول عمر بسیار بیشتری داشته باشند و سیگنال‌های دقیق‌تر و پایدارتری تولید کنند.

نشانه‌های فرسودگی و خرابی

خرابی سنسور TPS به دلیل نقش حیاتی آن در مدیریت موتور، علائم مشهودی ایجاد می‌کند:

• لرزش موتور در حالت درجا : اگر سیگنال TPS در حالت بسته بودن دریچه گاز ناپایدار باشد، ECU نمی‌تواند دور آرام را به درستی تنظیم کند.

• تأخیر در شتاب‌گیری یا شتاب‌گیری ناگهانی: در هنگام فشار دادن پدال گاز، ممکن است موتور با تأخیر پاسخ دهد یا به صورت ناگهانی شتاب بگیرد، زیرا ECU سیگنال دقیقی از موقعیت دریچه گاز دریافت نمی‌کند.

• مشکل در تعویض دنده (خودروهای اتوماتیک): اگر سیگنال TPS نویزدار باشد، گیربکس اتوماتیک ممکن است به صورت ناهماهنگ و با تأخیر دنده عوض کند.

• افزایش مصرف سوخت و آلایندگی: در صورت ارسال سیگنال اشتباه (مثلاً بازتر از حد واقعی)، ECU سوخت اضافی تزریق می‌کند.

• خاموش شدن ناگهانی موتور: در هنگام توقف یا ترمزگیری، اگر ECU سیگنال صفر درصد را تشخیص ندهد، ممکن است موتور خاموش شود.

• روشن شدن چراغ چک موتور : ECU می‌تواند سیگنال‌های خارج از محدوده یا نویزدار TPS را تشخیص داده و با ثبت خطا چراغ چک را روشن کند.

• مشکل در کروز کنترل: در خودروهای دارای کروز کنترل، خرابی TPS می‌تواند باعث از کار افتادن این سیستم شود.

روش‌های تعمیر و نگهداری

سنسور TPS یک قطعه الکترونیکی حساس است و در صورت خرابی داخلی، قابل تعمیر نیست، اما می‌توان با اقدامات زیر از عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل کرد:

• بازرسی اتصالات: اطمینان حاصل کنید که کانکتور الکتریکی TPS تمیز، خشک و محکم متصل شده است.

• تمیزکاری دریچه گاز: از آنجایی که سنسور TPS به محور دریچه گاز متصل است، کثیفی و رسوبات کربنی روی پروانه دریچه گاز می‌تواند حرکت محور را مختل کرده و روی دقت سنسور تأثیر بگذارد. تمیزکاری دوره‌ای دریچه گاز توصیه می‌شود.

• بررسی ولتاژ خروجی: مکانیک می‌تواند با استفاده از یک ولت‌متر یا دستگاه دیاگ، ولتاژ خروجی سنسور را در زوایای مختلف دریچه گاز بررسی کند. این ولتاژ باید یک تغییر خطی و بدون پرش داشته باشد.

• تنظیم مجدد: پس از تمیزکاری یا تعویض سنسور TPS، در برخی خودروها نیاز است که ECU برای "آموختن" مقادیر جدید (به خصوص ولتاژ نقطه صفر) تنظیم مجدد شود.

• تعویض در صورت خرابی: در صورت وجود خرابی داخلی یا تولید سیگنال‌های نویزدار، سنسور TPS باید با یک نمونه جدید و با کیفیت جایگزین شود.

فناوری‌های نوین

با ظهور سیستم‌های کنترل الکترونیکی دریچه گاز، نقش TPS نیز تغییر کرده است:

• دریچه گاز برقی: در این سیستم‌ها، کابل گاز حذف شده و دریچه گاز توسط یک موتور الکتریکی کوچک کنترل می‌شود. خود دریچه گاز برقی معمولاً دارای دو سنسور TPS داخلی (برای اطمینان بیشتر) است که سیگنال‌های یکدیگر را تأیید می‌کنند. این سیستم باعث دقت بالاتر، پاسخ سریع‌تر و امکان پیاده‌سازی کروز کنترل و کنترل کشش می‌شود.

• سنسورهای افزونگی: استفاده از سنسورهای دوقلو که به طور همزمان موقعیت دریچه گاز را اندازه‌گیری می‌کنند. این افزونگی برای ایمنی بسیار حیاتی است، زیرا در صورت خرابی یکی از سنسورها، ECU می‌تواند از اطلاعات دیگری استفاده کند.

تصویر پیشنهادی: تصویری از یک دریچه گاز برقی که سنسورهای دوقلو TPS آن قابل مشاهده است.

سوالات متداول

• وظیفه سنسور TPS چیست؟

  • اندازه‌گیری زاویه باز شدن پروانه دریچه گاز و ارسال این اطلاعات به ECU.

• شایع‌ترین نشانه خرابی سنسور TPS چیست؟

  • لرزش موتور، تأخیر در شتاب‌گیری و روشن شدن چراغ چک موتور.

• چگونه می‌توان TPS را تست کرد؟

  • با استفاده از ولت‌متر یا دستگاه دیاگ، باید خطی بودن تغییر ولتاژ از حالت بسته تا کاملاً باز بررسی شود.

• آیا می‌توان سنسور TPS را تعمیر کرد؟

  • معمولاً خیر. در صورت خرابی داخلی باید تعویض شود.

• چرا پس از تعویض TPS باید ECU ریست شود؟

  • برای اینکه ECU مقدار ولتاژ صفر درصد (دریچه بسته) سنسور جدید را به درستی یاد بگیرد.

جمع‌بندی

سنسور دریچه گاز، یک پتانسیومتر یا حسگر کوچک است که به عنوان رابط اصلی بین راننده و ECU موتور عمل می‌کند. این سنسور با گزارش لحظه‌ای موقعیت پدال گاز، به هوش موتور کمک می‌کند تا ترکیب سوخت و هوا را به دقت تنظیم کند. این تنظیم دقیق، نه تنها برای تولید حداکثر قدرت و شتاب حیاتی است، بلکه به حفظ راندمان سوخت و کاهش آلایندگی نیز کمک می‌کند. شناخت علائم خرابی و حفظ تمیزی دریچه گاز، از مهم‌ترین اقدامات برای تضمین عملکرد صحیح این جزء کلیدی در سیستم مدیریت موتور است.