二次空气喷射系统按照结构和工作原理可分为空气泵型和吸气器型两种结构类型。带轮松动或二次空气喷射系统有故障，会导致二次喷射系统不能正常工作，最终导致废气成分升高或燃油消耗过量。⑤如果二次空气喷射系统中的软管有烧坏的迹象，这表明单向阀有泄漏，使排气进入该系统。应使用故障诊断仪检查与二次空气喷射系统有关的所有故障代码。在对系统进行进一步诊断之前，应查明这些代码的原因。......
2023-08-23
汽车发动机电控原理与维修中的电子节气门控制系统结构与检修
【摘要】：电子节气门控制系统的功能节气门的作用是控制进入发动机的空气量，决定发动机的运行工况。电子节气门控制系统的结构及工作原理电子节气门控制系统结构的组成如图4.38 所示。同时电磁离合器分离，节气门不再受电动机控制。电子节气门控制系统的检修1）基本检查①检查节气门的运动是否平滑，有无卡涩现象。若阻值不符合要求，则更换节气门位置传感器。
节气门的作用是控制进入发动机的空气量，决定发动机的运行工况。电子节气门控制系统（ETCS）是一种柔性控制系统，取消了传统节气门和油门间的拉索或杠杆机构，在电子控制单元的控制下，通过节气门体上的电动机驱动节气门，可实现节气门开度的快速精确控制，使发动机在最适宜的状态下工作，从而提高汽车的动力性、安全性及舒适性以及降低排放污染。ETCS 被广泛应用在发动机怠速控制、巡航控制、牵引力控制及车辆稳定性控制等汽车动力控制系统中。一汽大众奥迪A6、上海大众帕萨特B5 1.8T 及上海通用和广州本田等公司生产的部分高级轿车上都配置了ETCS。
（2）电子节气门控制系统的结构及工作原理
电子节气门控制系统结构的组成如图4.38 所示。由节气门体、加速踏板、加速踏板位置传感器、节气门位置传感器、节气门控制电动机和节气门电子控制单元（绝大多数和发动机ECU 集成为一体）等组成。
图4.38 电子节气门控制系统结构
驾驶员操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生电压信号输入节气门控制单元，控制单元先对信号进行滤波，然后根据当前的工作状况、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，计算对发动机转矩的基本需求，得到相应的节气门转角基本期望值。再经过CAN 总线与整车控制单元进行通信，获取其他工况信息及各传感器信号，如发动机转速、挡位、节气门位置等，由此计算整车需要的全部转矩，并对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门最佳开度，并把相应的电信号发送到驱动电路模块，驱动控制电动机使节气门达到最佳开度位置。节气门位置传感器则把节气门开度信号反馈给节气门控制单元形成闭环控制。
1）加速踏板位置传感器
加速踏板位置传感器主要由两个霍尔元件和两个磁铁组成的两个霍尔传感器组成，如图4.39 所示。两个霍尔传感器在同一基准电压下工作，基准电压由ECU 提供。随着加速踏板位置的变化，传感器阻值也发生线性变化，由此产生反映加速踏板的变化量和在0～5 V 变化的电压信号输送给ECU，如图4.40 所示。
图4.39 霍尔式加速踏板位置传感器
图4.40 霍尔式加速踏板位置传感器电路图与输出信号
2）节气门位置传感器
与加速踏板位置传感器相似，节气门位置传感器也是由2 个霍尔元件IC 与2 个磁铁构成的两个霍尔传感器组成，如图4.41 所示，也由ECU 提供相同的基准电压。当节气门位置变化时，传感器阻值也随之发生线性变化，并产生相应的电压信号输入ECU，该电压信号反映节气门开度的大小和变化速率，两霍尔传感器共电源线、共搭铁线，用4 根线，如图4.42 所示。
图4.41 霍尔式节气门位置传感器
图4.42 霍尔式节气门位置传感器电路图与输出信号
3）节气门控制电动机
节气门控制电动机一般选用步进电动机或直流电动机，经过两级齿轮减速来调节节气门开度，早期主要使用步进电动机，步进电机精度较高、能耗低、位置保持特性较好，但其高速性能较差，不能满足节气门的动态响应性能的要求，因此，现在多采用直流电动机，直流电动机精度高、反应灵敏、便于伺服控制，如图4.43 所示。
图4.43 节气门控制电机
控制直流电动机采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高、效率高、功率密度高、可靠性高。控制单元通过调节脉宽调制信号的占空比来控制直流电动机转角的大小，电动机方向是由和节气门相连的复位弹簧控制的。电动机输出转矩和脉宽调制信号的占空比成正比。当占空比一定，电动机输出转矩与回位弹簧阻力矩保持平衡时，节气门开度不变；当占空比增大时，电动机驱动力矩克服回位弹簧阻力矩，节气门开度增大；反之，当占空比减小时，电动机输出转矩和节气门开度也随之减小。
4）控制单元
控制单元是整个系统的核心，包括信息处理模块和电动机驱动电路模块。
信息处理模块接收来自加速踏板位置传感器的电压信号，经过处理得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到电动机驱动电路模块。
电动机驱动电路模块接收来自信息处理模块的信号，控制电动机转动相应的角度，使节气门保持相应的开度。电动机驱动电路应保证电动机能双向转动。
ECU 对系统的功能进行监控，若发现故障，故障指示灯点亮，提示驾驶员系统有故障。同时电磁离合器分离，节气门不再受电动机控制。节气门在回位弹簧的作用下保持一个小开度的位置，使车辆能慢速开到维修地点。
（3）电子节气门控制系统的检修
1）基本检查
①检查节气门的运动是否平滑，有无卡涩现象。
②检查节气门电动机能否运转。
a.打开点火开关。
b.转动加速踏板位置传感器拉杆，检查是否有电动机动作响声，同时不应有摩擦声。
③检查加速踏板位置传感器。
a.将丰田手持式检测仪表连接到仪表台左下角的DLC3检测头上。
b.检查“CHECK ENGINE”警告灯不应点亮。
c.转动加速踏板位置传感器拉杆至全开位置，检查“CURRENT DATA（当前数据）”菜单下的节气门开度数值是否符合标准，标准节气门开度为60%以上。若没有丰田手持式检测仪，则可测量ECU 接头的“VAP”和“E2”端子间的电压，标准电压值为3.2～4.8 V。
④检查发动机怠速。
a.启动发动机，检查“CHECK ENGINE”警告灯不应点亮。
b.使发动机暖机至正常工作温度。
c.空调A/C 开关处于关闭状态（变速器处于空挡），检查发动机怠速，标准怠速值为（700±50）r/min。
2）检查节气门控制电动机
①拆下节气门控制电动机接头。
②测量节气门电动机电阻，即接头1 号（M+）和2 号（M-）端子间电阻，其标准电阻值为0.3～100 Ω（20 ℃时）。若阻值不符合要求，则更换节气门电动机（连电磁离合器）。用欧姆表测量离合器电阻，即接头3 号（CL-）和4 号（CL+）端子间电阻，离合器标准电阻值为4.2～5.2 Ω（20 ℃时）。若阻值不符合要求，则更换节气门电动机（连电磁离合器）。
3）检查节气门位置传感器
①拆下节气门位置传感器接头。
②用欧姆表测量“VC”和“E”端子间电阻，标准电阻值为1.25～2.35 kΩ（20 ℃时）。若阻值不符合要求，则更换节气门位置传感器。
4）检查加速踏板位置传感器
①拆下加速踏板位置传感器接头。
②用欧姆表测量“VC”和“E”端子间电阻，标准电阻值为1.64～3.28 kΩ（20 ℃）。若阻值不符合要求，则更换加速踏板位置传感器。
5）故障码的读取与清除
若发动机ECU 确认ETCS 系统有故障，ECU 即切断节气门电动机和电磁离合器的电源供应，进入失效保护状态。同时，组合仪表上的多元信息屏将显示“CHECK ENGINE”信息。此时，可由以下方法读取故障码。
①打开点火开关。
②用跨接线跨接DLC3之13 号（TC）和4 号（CG）端子。
③由多元信息屏上读取故障码，若出现“EFI…·89”，则表明ETCS 有故障。更详细的故障码应由组合仪表上的“ECT SNOW”指示灯（非一般国家规格）或“ETCS”指示灯（一般国家规格）闪烁读取。
故障码清除，取下EFI 保险丝即可。
丰田车系ETCS 故障代码表，见表4.3。
表4.3 丰田车系ETCS 故障代码表
注：若多元信息屏出现“EFI…·19”（加速踏板位置传感器线路）或“ER…·41”（节气门位置传感器线路），同样会使ECU 切断节气门电动机和电磁离合器的电源供应，进入失效保护状态，应检修相应元件及线路。
6）清洗、初始化电子节气门
①清洗电子节气门。采用电子节气门的汽车，一般不设置发动机故障指示灯（MIL），电子节气门指示灯取代了发动机故障指示灯的功能。电子节气门指示灯（ETC）点亮，则表明电子节气门系统有故障，例如，怠速抖动或偶尔熄火，制动时汽车出现“后坐”现象， 转向沉重，故障码显示CAN 通信失败和空调系统进入失效保护状态等。此时应当查询发动机的故障码，一般需要清洗节气门。
将电气节气门体拆下来，使用专门用的电子节气门清洁剂，将内部的节气门和进气道表面附着的灰尘和积炭等去除，并清除阀体背面的灰尘。清洗时，重点清洗节气门体腔、节气门及节气门轴等部位，直至没有污物为止。清洗后反复扳动节气门操纵机构，检查节气门开关是否自如。另外，还应清洗进气管道与节气门体的接合面，清洗前拆下密封胶圈，以防被腐蚀。
②电子节气门初始化。电子节气门经清洗后，一定要做节气门的基本设定，让ECU 读取节气门的最大开度及关闭位置等信息。保证整个系统运行良好。
a.电子节气门总成在下列情况下需要进行初始化：清洗、更换或修复电子节气门总成；蓄电池断电；更换了发动机电控单元；对发动机电控单元进行编程或编码。
b.电子节气门总成初始化的一般条件为：点火开关打开，发动机关闭；蓄电池电压超过10 V；加速踏板不动；车辆静止（无车速信号）；水温为5～100 ℃；进气温度高于5 ℃。
丰田系列发动机电子节气门总成的初始化方法如下：
a.将点火开关置于“ON”位置并保持30 s（注意：在此过程中不得踩踏加速踏板）；
b.断开点火开关15 s（发动机电控单元在EEPROM 中记录节气门初始化参数），然后拔下点火开关钥匙（注意：在断开点火开关15 s 时间内不能重新接通点火开关）。
帕萨特B5 轿车发动机电子节气门初始化的具体操作过程如下：
a.连接电脑解码器，打开点火开关；
b.选择“发动机系统”，按“Q”键确认；
c.选择“基本调整功能”，按“Q+”键确认；
d.输入组号“098”，按“Q”键确认。
按下“Q”键后，电子节气门初始化开始进行，节气门控制器运行到最大、最小开度及中间开度等几个位置。ECU 在存储器内记下多个节气门角度，随后节气门短时间保持在启动位置，然后关闭。
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