電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作原理

1/1電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作原理上海大眾斯柯達(dá)明銳轎車的電子節(jié)氣門的故障檢修

目錄

相應(yīng)的節(jié)氣門位置，一方面通過(guò)控制節(jié)氣門體上的執(zhí)行電機(jī)控制節(jié)氣門轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，另一方面控制點(diǎn)火和噴射，使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控控制更多精準(zhǔn)和有效。

圖1明銳轎車電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)工作原理

圖2明銳轎車電子節(jié)氣門實(shí)物圖

2電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作原理

大眾車系電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)主要由加速踏板模塊、節(jié)氣門控制模塊(J338)、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU(J22O)、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)故障指示燈(K132)、制動(dòng)燈開關(guān)(F)、制動(dòng)踏板開關(guān)(F47)及離合器踏板開關(guān)(F36)等部分組成，如其按原理如圖3所示。

2．1加速踏板模塊

加速踏板模塊由2個(gè)加速踏板位置傳感器(G79與G185)組成，如圖2所示。2個(gè)傳感器都是滑動(dòng)觸點(diǎn)電位計(jì)，安裝在同一根軸上，G185中串聯(lián)了一個(gè)電阻(圖5)。2個(gè)加速踏板位置傳感器的基準(zhǔn)工作電壓均由ECU提供。隨著加速踏板位置的變化，電位計(jì)阻值也發(fā)生線性變化，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。2個(gè)加速踏板位置傳感器的信號(hào)值是倍數(shù)關(guān)系。如表1所列。采用2個(gè)加速踏板位置傳感器信號(hào)的作用是監(jiān)測(cè)并確保信號(hào)的正確性。出于安全考慮，每個(gè)加速踏板位置傳感器都有單獨(dú)的電源、信號(hào)線和搭鐵線。

當(dāng)一個(gè)加速踏板位置傳感器失效，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到還有一個(gè)加速踏板位置傳感器信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)模式，節(jié)氣門要全開很慢；系統(tǒng)還通過(guò)制動(dòng)燈開關(guān)和制動(dòng)踏板開關(guān)信號(hào)來(lái)判別怠速。此時(shí)舒適系統(tǒng)被關(guān)閉，如關(guān)閉巡行、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)調(diào)節(jié)等功能，EPC故障指示燈點(diǎn)亮，故障存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)有故障代碼。當(dāng)2個(gè)加速踏板位

置傳感器都失效時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在l500r／min左右運(yùn)行，踩加速踏板無(wú)反應(yīng)。同樣EPC故障指示燈點(diǎn)亮，故障存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)有故障代碼。

圖3電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)基本原理圖4加速踏板模塊

圖5加速踏板模塊控制電路圖6加速踏板位置傳感器特性

表1發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流顯示數(shù)據(jù)值

2．2節(jié)氣門控制模塊

節(jié)氣門控制模塊主要由2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器(G187、G188)和節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)(G186)等組成(圖7)，圖8為節(jié)氣門控制模塊結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的節(jié)氣門位置信號(hào)是由2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器提供的。與加速踏板位置傳感器類似的是，這2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器也是滑動(dòng)觸點(diǎn)電位計(jì)，安裝在同一根軸上，由ECU提供相同的基準(zhǔn)工作電壓。當(dāng)節(jié)氣門位置發(fā)生變化時(shí)，電位計(jì)阻值也隨之線性地變化，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)

圖7節(jié)氣門控制模塊電路

氣門開度大小和變化速率。2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器的信號(hào)曲線是相反的，信號(hào)在控制數(shù)據(jù)塊中是以百分比來(lái)表示的，如表1所列。2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器反向連接，

實(shí)現(xiàn)阻值的反向變化，即2個(gè)節(jié)氣門位置傳節(jié)氣門位置傳感器。

感器阻值變化量之和為零。對(duì)2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器施加相同的電壓，兩者輸出的電壓信號(hào)也相應(yīng)反向變化，且其和始終等于供電電壓。裝用2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器是為了精確和備用。

當(dāng)一個(gè)節(jié)氣門位置傳感器失效，系統(tǒng)使用另一個(gè)節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)，對(duì)加速踏板位置的響應(yīng)不變，但巡行等功能關(guān)閉。EPC故障指示燈點(diǎn)亮，故障存儲(chǔ)器儲(chǔ)存故障代碼。當(dāng)2個(gè)節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)均中斷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在1500r／min左右運(yùn)行，踩加速踏板時(shí)無(wú)變化。EPC故障指示燈點(diǎn)亮，故障存儲(chǔ)器儲(chǔ)存故障代碼。

節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)一般選用直流電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)2級(jí)齒輪減速來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度。節(jié)氣門可在全關(guān)與全開之間無(wú)級(jí)地定位。早期以使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為主，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)精度較高、能耗低、位置保持特性較好，但其高速性能較差，不能滿足節(jié)氣門較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求，所以現(xiàn)在比較多地采用直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)精度高、反應(yīng)靈敏、便于伺服控制。節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出的指令控制節(jié)氣門開度。當(dāng)節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)上沒(méi)有電壓時(shí)，彈簧復(fù)位系統(tǒng)把節(jié)氣門設(shè)置在緊急運(yùn)行位置，車輛只能在高怠速狀態(tài)下行駛并且功能受到限制。此時(shí)，EPC故障指示燈點(diǎn)亮，舒適系統(tǒng)功能被關(guān)閉。圖8為節(jié)氣門控制模塊控制原理。

圖8節(jié)氣門控制模塊結(jié)構(gòu)

圖9節(jié)氣門位置傳感器

2．3發(fā)動(dòng)機(jī)ECU

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU(J220)是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分。如圖10所示，在駕駛?cè)瞬倏v加速踏板時(shí)，加速踏板位置傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU首先對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行濾波，以消除環(huán)境？聲的影響，然后根據(jù)當(dāng)

圖10發(fā)動(dòng)機(jī)ECU原理圖

駕駛?cè)艘鈭D，計(jì)算出對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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，再經(jīng)過(guò)CAN總線和整車控制單元進(jìn)行通訊，獲取其他工況信息及各種傳感器信號(hào)，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、擋位、節(jié)氣門位置、空調(diào)能耗等，由此計(jì)算出整車所需求的全部轉(zhuǎn)矩，通過(guò)對(duì)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)送到節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊，驅(qū)動(dòng)控制節(jié)氣門定

位電動(dòng)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)反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，形成閉環(huán)的位置控制。

節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)(下稱電動(dòng)機(jī))的控制采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高、效率高和可靠性高等。ECU通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)ECU執(zhí)行元件離合器踏板開關(guān)(R36)制動(dòng)燈開關(guān)((F47)踏板開關(guān)（F48）和來(lái)自自動(dòng)變速器、制動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、巡行控制系統(tǒng)及其他系統(tǒng)的附加信號(hào)。而診斷連接器制信號(hào)的占空比來(lái)控制節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角的大小。節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)的方向則是由與節(jié)氣門相連的復(fù)位彈簧控制的。節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比成正比。

當(dāng)占空比一定，節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與復(fù)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)，節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩克服復(fù)位彈簧阻力矩，使節(jié)氣門開度增大；反之，當(dāng)占空比減小時(shí)，節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和節(jié)氣門開度也隨之減小。

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)EPC系統(tǒng)的功能進(jìn)行監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)故障，將點(diǎn)亮EPC故障指示燈，提示駕駛?cè)薊PC系統(tǒng)有故障。同時(shí)，電磁離合器被分離，節(jié)氣門不再受節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)控制。節(jié)氣門在復(fù)位彈簧的作用下返回到一個(gè)小開度的位置，使車輛能低速行駛到維修點(diǎn)，讓維修人員對(duì)其檢查維修。

2．2電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的控制過(guò)程

(1)怠速時(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU可從加速踏板位置傳感器的信號(hào)電壓上識(shí)別出加速踏板沒(méi)有被踩下，怠速控制過(guò)程開始(圖11a)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU激活節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)，通過(guò)節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)來(lái)定位節(jié)氣門，并根據(jù)實(shí)際怠速值與規(guī)定怠速值的偏差來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度(圖11b)。節(jié)氣門位置傳感器將當(dāng)前節(jié)氣門的位置信號(hào)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU(圖11c)。

(2)加速時(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU可從加

圖11怠速時(shí)電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)控制過(guò)程

速踏板位置傳感器的信號(hào)電壓識(shí)別加速踏板被踩下的程度。使用該信息，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU計(jì)算出駕駛?cè)说妮斎氩⑼ㄟ^(guò)節(jié)氣門定位電動(dòng)機(jī)來(lái)激活、定位節(jié)氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU同時(shí)控制點(diǎn)火正時(shí)、噴油時(shí)間及必要時(shí)的增壓壓力。節(jié)氣門位置傳感器確定節(jié)氣門位置并傳遞相應(yīng)的信號(hào)到發(fā)動(dòng)機(jī)EC。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU在計(jì)算必要的節(jié)氣門開度時(shí)允許附加的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩需求因素包括：自動(dòng)變速器、巡行控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)及制動(dòng)系統(tǒng)等。當(dāng)需要一定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，即使加速踏板的位置沒(méi)有被改變，仍然可以調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度。

4電子節(jié)氣門的檢修

4．1節(jié)氣門控制部件供電和導(dǎo)線的檢查

1)拔下節(jié)氣門控制部件插頭(如圖所示)，打開點(diǎn)火開關(guān)，用萬(wàn)用表測(cè)量插頭端子2和搭鐵之間、端子2和6之間的電壓值，應(yīng)約為5V。

田12節(jié)氣門控制部件插頭

2)若達(dá)不到上述要求，按照電路圖檢查節(jié)氣門控制部件插頭6個(gè)端子至ECU相應(yīng)端子之間的導(dǎo)線是否斷路，然后檢查導(dǎo)線之間是否導(dǎo)通。

4．2加速踏板位置傳感器的檢查

1)將V．A．G1551或V．A．G1552連接到診斷座上，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，按01選擇發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)。按0到8鍵，選擇功能“讀測(cè)量數(shù)據(jù)塊”，按Q鍵確認(rèn)。

2)輸入0、6和2，選擇顯示組062，按Q鍵確認(rèn)，顯示屏上顯示

圖13故障診斷儀數(shù)據(jù)顯示

3)慢慢將加速踏板踩到底，觀察顯示．區(qū)3和4的百分比值，應(yīng)均勻升高，并且顯

示區(qū)3中的顯示值總是顯示區(qū)4的2倍。如果顯示值沒(méi)有達(dá)到此要求，則繼續(xù)進(jìn)行下述檢查。

器儀表4)拆下駕駛員側(cè)雜物箱，拔下加速踏板位置傳感器插頭(如圖14所示)。打開點(diǎn)火開關(guān)，測(cè)量插頭端子1和搭鐵之間、端子1和5之間、端子2和搭鐵之間、端子2和3之間的電壓值，均應(yīng)為5V。

圈14加速踏板位置傳感器插頭

5)檢查加速踏板位置傳感器各端子至ECU線束端子之間的導(dǎo)線是否斷路，然后檢查導(dǎo)線之間是否導(dǎo)通。如果導(dǎo)線無(wú)故障，則更換傳感器。

5故障案例分析

5．1故障現(xiàn)象

一輛明銳1.6L手動(dòng)轎車，行駛里程2萬(wàn)km。該車怠速轉(zhuǎn)速只有500r／min左右，且發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重抖動(dòng)。

5．2故障診斷

該車已經(jīng)行駛了2萬(wàn)km，按照經(jīng)驗(yàn)，如果電子節(jié)氣門表面附著的灰塵和積碳很多，就會(huì)造成節(jié)氣門開度相對(duì)減小，從而減少進(jìn)氣量，導(dǎo)致怠速過(guò)低的現(xiàn)象。一般發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在300～500r／min范圍內(nèi)時(shí)抖動(dòng)非常厲害。將電子節(jié)氣門拆下清洗，清洗后裝車實(shí)驗(yàn)，結(jié)果又出現(xiàn)怠速過(guò)高的故障現(xiàn)象，發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)運(yùn)行了一段時(shí)間，但怠速始終在15O0r／min左右。用發(fā)動(dòng)機(jī)電腦檢測(cè)儀讀取故障碼，輸出為正常碼。讀取發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流，水溫為90℃，因此可以排除冷車提速的可能性。再

往下檢查，發(fā)現(xiàn)在怠速狀態(tài)下加速踏板位置傳感器的輸出電壓比規(guī)范值大了很多。

5．3故障排除

從車主處得知，該車因怠速過(guò)低曾調(diào)整過(guò)加速踏板位置傳感器。于是，將加速踏板位置傳感器調(diào)整恢復(fù)到規(guī)范狀態(tài)，但不管怎么調(diào)整，怠速轉(zhuǎn)速始終為

1lOOr／min，不能回到正常狀態(tài)(650—750r／min)?？紤]到現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦有學(xué)習(xí)和記憶功能，遂斷開發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦的地線(蓄電