淺談2005款三菱格藍(lán)迪MPV車電子節(jié)氣門的結(jié)構(gòu)原理及故障診斷概要

1、廣 東 省 工 人 技 師 職 務(wù) 申 請論文題目評 審 論 文 門的結(jié)構(gòu)原理及故障診斷 姓 名：曲長生 單 位：三菱商事（上海）有限公司 原技術(shù)工種名稱：汽車修理技師 申報(bào)時(shí)間：2005年11月 廣東省勞動(dòng)和社會(huì)保障廳 ：摘要：在21世紀(jì)新能源開發(fā)和電控技術(shù)飛速發(fā)展的形勢下，隨著生產(chǎn)成本下降以及排放要求不斷提高，電子節(jié)氣門系統(tǒng)的普及使用將成為必然。電子節(jié)氣門（ETV）系統(tǒng)對提高車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、乘坐舒適性，降低排放有重大意義。本文通過闡述格藍(lán)迪MPV車電子節(jié)氣門系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、控制策略和故障診斷，使讀者對格藍(lán)迪車及電子節(jié)氣門技術(shù)有深入的理解。 關(guān)鍵詞：格藍(lán)迪 電子節(jié)氣門

2、結(jié)構(gòu) 原理 故障診斷 前言： 三菱格藍(lán)迪GRANDIS，屬于豪華型MPV車。該車采用了諸多的新技術(shù)，如電子節(jié)氣門ETV、可變氣門正時(shí)MIVEC、雙MCC排氣歧管、INVECS-II自動(dòng)變速器、主動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)ASC、CAN-BUS系統(tǒng)、電子時(shí)間和報(bào)警控制系統(tǒng)ETACS等等。本文結(jié)合一個(gè)實(shí)際發(fā)生的故障，重點(diǎn)介紹格藍(lán)迪車電子節(jié)氣門ETV的功用、結(jié)構(gòu)、原理等理論知識(shí)，以及故障的檢測方法與診斷思路等實(shí)際技能。旨在說明電子節(jié)氣門具有機(jī)械式節(jié)氣門不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)、原理，檢測與診斷故障的思路等等都有所不同。論文內(nèi)容：一、故障現(xiàn)象一輛行駛了26500km的格藍(lán)迪MPV車怠速不穩(wěn)（也稱怠速游車），發(fā)動(dòng)機(jī)

3、故障燈亮。車輛基本情況如下：二、故障分析怠速游車跟很多因素有關(guān)，其中包括：怠速控制系統(tǒng)；各氣缸的壓力不同；各氣缸的火花能量不均勻；各氣缸的混合氣濃度不一致；或者各主要傳感器的信號(hào)有誤差等等。但此車的故障特點(diǎn)是只在怠速時(shí)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，在中高速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)很平穩(wěn)。這基本上就排除了氣缸壓力、火花、混合氣等的故障因素?？梢哉f最大的可能發(fā)生在怠速系統(tǒng)及其傳感器。格藍(lán)迪MPV車的怠速系統(tǒng)沒有以前常見的怠速調(diào)整閥之類的東西了，而采用的是電子節(jié)氣門。那么電子節(jié)氣門的車究竟是怎么調(diào)整怠速的呢？該技術(shù)又有什么功能與優(yōu)點(diǎn)呢？看來先要系統(tǒng)地了解一下該技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理，這樣判斷故障時(shí)才能舉一反三，觸類旁通。三、格藍(lán)迪MPV車電子

4、節(jié)氣門系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1、 電子節(jié)氣門系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)電子節(jié)氣門系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要包括：1.1. 加速踏板位置傳感器（APS）加速踏板位置傳感器由兩個(gè)無觸點(diǎn)線性電位器傳感器組成，在同一基準(zhǔn)電壓下工作，基準(zhǔn)電壓由ECU提供。隨著加速踏板位置的改變，電位器阻值也發(fā)生線性的變化，由此產(chǎn)生反應(yīng)加速踏板下踏量大小和變化速率的電壓信號(hào)輸入ECU。1.2. 節(jié)氣門位置傳感器（TPS）和踏板位置傳感器類似，節(jié)氣門位置傳感器也是由兩個(gè)無觸點(diǎn)線性電位器傳感器組成，且由ECU提供相同的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)節(jié)氣門位置發(fā)生變化時(shí)，電位器阻值也隨之線性地改變，由此產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)輸入ECU，該電壓信號(hào)反映節(jié)氣門開度大小和

5、變化速率。1.3. 節(jié)氣門控制電機(jī)格藍(lán)迪車的節(jié)氣門控制電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)過兩級(jí)齒輪減速來調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度。直流電機(jī)精度高、反應(yīng)靈敏、便于伺服控制。1.4. 控制單元（ECU）控制單元（ECU）是整個(gè)系統(tǒng)的核心，包括兩部分：信息處理模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊。信息處理模塊接受來自加速踏板位置傳感器的電壓信號(hào)，經(jīng)過處理后得到節(jié)氣門的最佳開度，并把相應(yīng)的電壓信號(hào)發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊接受來自信息處理模塊的信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，使節(jié)氣門達(dá)到或保持相應(yīng)的開度。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)保證電機(jī)能雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。 2 、電子節(jié)氣門系統(tǒng)的工作原理電子節(jié)氣門系統(tǒng)的工作原理如下：駕駛員操縱加速踏板，加速踏板

6、位置傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)輸入節(jié)氣門控制單元，控制單元首先對輸入的信號(hào)進(jìn)行濾波，以消除環(huán)境噪聲的影響，然后根據(jù)當(dāng)前的工作模式、踏板移動(dòng)量和變化率解析駕駛員意圖，計(jì)算出對發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的基本需求，得到相應(yīng)的節(jié)氣門轉(zhuǎn)角的基本期望值。然后再經(jīng)過CAN總線和整車控制單元進(jìn)行通訊，獲取其他工況信息以及各種傳感器信號(hào)如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、檔位、節(jié)氣門位置、空調(diào)能耗等等，由此計(jì)算出整車所需求的全部扭矩，通過對節(jié)氣門轉(zhuǎn)角期望值進(jìn)行補(bǔ)償，得到節(jié)氣門的最佳開度，并把相應(yīng)的電壓信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)電路模塊，驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)使節(jié)氣門達(dá)到最佳的開度位置。節(jié)氣門位置傳感器則把節(jié)氣門的開度信號(hào)反饋給節(jié)氣門控制單元，形成閉環(huán)的位置控制?？刂浦绷?/p>

7、電機(jī)采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高?？刂茊卧ㄟ^調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)角的大小，電機(jī)方向則是由和節(jié)氣門相連的復(fù)位彈簧控制的。電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比成正比。當(dāng)占空比一定，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與回位彈簧阻力矩保持平衡時(shí)，節(jié)氣門開度不變；當(dāng)占空比增大時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩克服回位彈簧 5阻力矩，節(jié)氣門開度增大；反之，當(dāng)占空比減小時(shí)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和節(jié)氣門開度也隨之減小。ECU對系統(tǒng)的功能進(jìn)行監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)故障，將點(diǎn)亮系統(tǒng)故障指示燈，提示駕駛員系統(tǒng)有故障。同時(shí)電磁離合器被分離，節(jié)氣門不再受電機(jī)控制。節(jié)氣門在回位彈簧的作用下返回到一個(gè)小開度的位

8、置，使車輛慢速開到維修地點(diǎn)。四、格藍(lán)迪車電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制策略1、 基于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩需求的節(jié)氣門控制傳統(tǒng)油門的節(jié)氣門開度完全取決于駕駛員的操作意圖。電子節(jié)氣門系統(tǒng)的節(jié)氣門開度并不完全由加速踏板位置決定，而是控制單元根據(jù)當(dāng)前行駛狀況下整車對發(fā)動(dòng)機(jī)的全部扭矩需求，計(jì)算出節(jié)氣門的最佳開度，從而控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門到達(dá)相應(yīng)的開度。因此，節(jié)氣門的實(shí)際開度并不完全與駕駛員的操作意圖一致。 控制單元根據(jù)整車扭矩需求獲得所需的理論扭矩，而實(shí)際扭矩通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火提前角和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信號(hào)求得。在發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩調(diào)節(jié)過程中，控制單元首先將實(shí)際扭矩與理論扭矩進(jìn)行對比，如果兩者有偏差，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)將通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)作用使實(shí)

9、際扭矩值和理論扭矩值一致。2、傳感器冗余設(shè)計(jì)電子節(jié)氣門系統(tǒng)采用2個(gè)踏板位置傳感器信號(hào)和2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)。從控制角度講，使用一個(gè)傳感器就可使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但冗余設(shè)計(jì)可使兩個(gè)傳感器相互檢測，當(dāng)一個(gè)傳感器發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)被識(shí)別，在很大程度上增加了系統(tǒng)的可靠性，保證行車的安全性。3 、可選的工作模式格藍(lán)迪車可根據(jù)不同的行車需要選擇不同的工作模式，通常有正常模式、動(dòng)力模式和雪地模式三種，區(qū)別在于節(jié)氣門對加速踏板的響應(yīng)速度不同，在正常模式下，節(jié)氣門對加速踏板的響應(yīng)速度適合于大多數(shù)行駛工況。在動(dòng)力模式下，節(jié) 6氣門加快對加速踏板的響應(yīng)速度，發(fā)動(dòng)機(jī)能提供額外的動(dòng)力。在附著較差的工況下（比如：雪地，雨天

10、）駕駛員可選擇雪地模式駕駛車輛，此時(shí)節(jié)氣門對加速踏板的響應(yīng)降低，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率比正常情況下小，使車輪不易打滑，保持車輛穩(wěn)定行駛。4、 海拔高度補(bǔ)償在海拔較高的地區(qū)，大氣壓下降，空氣稀薄，氧氣含量下降，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力下降。此時(shí)電子節(jié)氣門系統(tǒng)可按照大氣壓強(qiáng)和海拔高度的函數(shù)關(guān)系對節(jié)氣門開度進(jìn)行補(bǔ)償，保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力和加速踏板位置的關(guān)系保持穩(wěn)定。5、控制功能擴(kuò)展及其原理現(xiàn)代電子節(jié)氣門則獨(dú)立成一個(gè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多種控制功能，既提高行駛可靠性，又使結(jié)構(gòu)簡化，成本降低。主要有如下控制功能：5.1. 牽引力控制（ASR）牽引力控制系統(tǒng)又稱驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)。它的作用是當(dāng)汽車加速時(shí)將滑移率控制在一定的范圍內(nèi)，從

11、而防止驅(qū)動(dòng)輪快速滑動(dòng)。它的功能一是提高牽引力；二是保持汽車的行駛穩(wěn)定。它通過減少節(jié)氣門開度來降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率從而達(dá)到控制目的。原理如下：控制單元采集加速踏板的位置、車輪速度和方向盤轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)，通過計(jì)算求得滑移率，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制電壓信號(hào)，通過數(shù)據(jù)總線把信號(hào)傳送至控制單元，依據(jù)此信號(hào)，控制單元將減少節(jié)氣門開度來調(diào)整混合氣流量，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。此時(shí)控制單元對節(jié)氣門發(fā)出的控制信號(hào)將不受駕駛員駕駛意圖的影響，這樣就可以避免駕車者的誤操作。5.2. 巡航控制（CCS）巡航控制系統(tǒng)又稱為速度控制系統(tǒng)，它是一種減輕駕車者疲勞的裝置。當(dāng)駕駛員開啟該系統(tǒng)時(shí)，車速將被固定下來，駕駛員不必長時(shí)間踩踏加速踏板。原

12、理如下：車速傳感器將車速信號(hào)輸入控制單元，控制單元根據(jù)行駛阻力的變化輸出 7信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度，當(dāng)汽車阻力增大（上坡）和車速降低時(shí)，控制節(jié)氣門開度增大，反之減小，使行駛車速保持穩(wěn)定。5.3. 怠速控制（ISC）電子節(jié)氣門系統(tǒng)取消了怠速調(diào)節(jié)閥，而是直接由控制單元調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度來實(shí)現(xiàn)車輛的怠速控制。5.4. 減少換檔沖擊控制根據(jù)當(dāng)前車速、節(jié)氣門開度以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)，控制單元選擇合適的傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔。五、格藍(lán)迪車電子節(jié)氣門ETV的學(xué)習(xí)功能及安全控制1、初始化Initialization當(dāng)更換節(jié)氣門閥體或ENG-A/T-ECU時(shí)，必須以下列操作方式進(jìn)行初始化控制。STEP-1：將點(diǎn)火開關(guān)

13、至“ON”。STEP-2：1秒之后將點(diǎn)火開關(guān)至“OFF”。STEP-3：至少等待10秒。若更換節(jié)氣門或Eng-A/T-ECU后未進(jìn)行上述初始化控制，將會(huì)造成怠速不穩(wěn)定。由于使用了EEPROM(Electrical Erasable Programmable ROM),即使拆下電瓶電極或ENG-A/T-ECU接頭，學(xué)習(xí)記憶的數(shù)值仍保存于Eng-A/T-ECU中。2、怠速學(xué)習(xí)程序：2.1.目的：當(dāng)更換ENG-A/T-ECU或初始化學(xué)習(xí)時(shí)，會(huì)因?yàn)镸PI內(nèi)的學(xué)習(xí)值不完全而造成怠速不穩(wěn)定。2.2.學(xué)習(xí)步驟：STEP-1：起運(yùn)發(fā)動(dòng)機(jī)，暖車到水溫80或更高。STEP-2：點(diǎn)火開關(guān)“LOCK（OFF）”，以停

14、止發(fā)動(dòng)機(jī)。STEP-3：至少10秒后再起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。STEP-4：10分鐘后，依下列條件檢查怠速是否正常。自動(dòng)變速器選擇桿：P若發(fā)動(dòng)機(jī)水溫80，則開動(dòng)會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，如風(fēng)扇。備注：若怠速時(shí)熄火，檢查節(jié)氣門是否清潔，再由STEP-1做起。3、失效-安全控制（fail-safe）3.1.如果ENG-A/T-ECU或節(jié)氣門控制器偵測到系統(tǒng)不正常的狀態(tài):-發(fā)動(dòng)機(jī)警告燈亮起。 -限制節(jié)氣門開度或最小可駕駛供油量來低發(fā)動(dòng)機(jī)輸出,或是節(jié)氣門控制伺服繼電器強(qiáng)迫停止對直流馬達(dá)供電。3.2.緊急操作模式(Limp-home mode)-如果節(jié)氣門控制系統(tǒng)完全失效,直流馬達(dá)的彈簧強(qiáng)迫節(jié)氣門開至下圖位置。六、故

15、障診斷與排除1、診斷過程：1.1. 檢查節(jié)氣門位置傳感器TPS：格藍(lán)迪車的TPS采用非接觸霍爾IC式，位于節(jié)氣門閥體上。a 構(gòu)造：節(jié)氣門的組成包括了固定在軸上的永久磁鐵,會(huì)根據(jù)磁通量密度輸出電壓的霍爾IC, 以及介于兩者之間具有引導(dǎo)磁通量功能的定子。b 工作原理：節(jié)氣門全閉時(shí),通過霍爾IC的磁通量密度會(huì)保持在最小值,以得到最小的電壓輸出。節(jié)氣門全開時(shí),通過霍爾IC的磁通量密度會(huì)保持在最大值,以得到最大的電壓輸出。c特點(diǎn)：節(jié)氣門位置傳感器能經(jīng)由主系統(tǒng)與次系統(tǒng)輸出,如此能增進(jìn)系統(tǒng)對偵測故障的準(zhǔn)確性, 并加強(qiáng)失效安全的功能以確保可靠度。 傳感器的導(dǎo)通性不能以萬用表檢查。d. 檢查過程：油門踏板行程傳

16、感器APS的結(jié)構(gòu)原理與TPS相同。經(jīng)過測量，結(jié)果表明，這兩個(gè)傳感器正常。1.2. 故障判斷:服務(wù)站維修人員用三菱專用檢測儀MUT-III檢查，數(shù)據(jù)顯示欄顯示怠速在650900rmin之間反復(fù)跳動(dòng)。用檢測儀清除原故障記錄后，故障燈熄滅，但片刻后，故障燈重新點(diǎn)亮，怠速游車現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生。就在操作人員準(zhǔn)備拆檢節(jié)氣門體時(shí)，技術(shù)人員在對發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真分析后，要求清除空濾芯的灰塵，并清洗節(jié)氣門。操作人員按此操作完畢后，并進(jìn)行了節(jié)氣門初始化。試車結(jié)果顯示：故障排除，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速正常。2、故障分析：格藍(lán)迪車的電子節(jié)氣門ETV系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦根據(jù)傳感器信息，控制直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門開度大小。如果發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣

17、系統(tǒng)臟污，灰塵和油污將會(huì)導(dǎo)致節(jié)氣門卡滯、運(yùn)動(dòng)不靈活，電腦就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入混合氣配適學(xué)習(xí)程序，即按原存于電腦中混合比曲線進(jìn)行不斷調(diào)整，使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。而節(jié)氣門臟污、卡滯，對調(diào)節(jié)指令反應(yīng)不靈敏，使得這種“學(xué)習(xí)”一直在進(jìn)行中，節(jié)氣門反復(fù)變動(dòng)的結(jié)果就是怠速不穩(wěn)，自診斷系統(tǒng)同時(shí)記錄超出標(biāo)準(zhǔn)值的現(xiàn)象，并診斷為故障，使故障燈點(diǎn)亮。顯然這與傳感器無關(guān)，更換傳感器也就無效。一般裝有電子油門的轎車常會(huì)出現(xiàn)這類故障，特別是在我國，道路灰塵大，而電腦反映又極其靈敏，所以故障幾率較化油器車輛高，嚴(yán)重時(shí)造成動(dòng)力下降、加速遲滯，診斷排除此類故障不要急于換件，應(yīng)主動(dòng)問訊（行駛路況、氣候條件），從察看外觀人手，如空濾器及管路積灰程

18、度、節(jié)氣門積垢油污程度再確定修理思路。結(jié)束語：雖然電子節(jié)氣門的優(yōu)點(diǎn)在于能根據(jù)駕駛員的需求愿望以及整車各種行駛狀況確定節(jié)氣門的最佳開度，保證車輛最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，并具有牽引力控制、巡航控制等控制功能， 提高安全性和乘坐舒適性。但電子節(jié)氣門的車輛對空氣潔凈度要求較高，所以對于空氣質(zhì)量較差的地區(qū)，電子油門的故障發(fā)生較多。本故障車經(jīng)常行駛在粵北山區(qū)，路況較差，灰塵較多。由于灰塵進(jìn)入氣道，在節(jié)氣門周圍積垢，造成進(jìn)氣不足?，F(xiàn)象是怠速不穩(wěn)定，排放超標(biāo)，急減速熄火等現(xiàn)象，但中高速運(yùn)行正常，根據(jù)這一情況，應(yīng)對這些地區(qū)的車輛進(jìn)行勤清潔空濾和縮短空濾更換里程。致謝：在論文寫作期間，得到了華南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉仲國教授的指導(dǎo)，以及廣東省職業(yè)技術(shù)鑒定指導(dǎo)中心肖超勝所長、楊均忠科長、楊鑫老師的幫助，在此深表謝意。參考資料：1、 Grandis workshop manual Mitsubishi Motor Corporation, Japan , 20052、 林平 汽車電