發(fā)動機電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修項目一：汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)診斷與維修1.3.2

12任務(wù)1

電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)檢修怠速控制系統(tǒng)的認(rèn)知可變氣門控制系統(tǒng)檢修任務(wù)2

任務(wù)3

可變進氣管道控制系統(tǒng)檢修任務(wù)4

進氣增壓控制系統(tǒng)檢修任務(wù)5

3情境描述一輛2016年款一汽大眾邁騰B7轎車，行駛里程80000km。據(jù)用戶反映，冷車時發(fā)動機抖動，有時抖動嚴(yán)重并伴隨發(fā)動機熄火的現(xiàn)象，行駛中感覺車輛加速無力。你的主管把這個檢測任務(wù)分配給你，你能完成嗎？情境提示該車裝有電子節(jié)氣門，冷車時發(fā)動機抖動可能是因為電子節(jié)氣門故障所致。因此要對本故障進行檢測，可以先對電子節(jié)氣門進行故障診斷。要完成這個任務(wù)，你首先必須對電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)有完整的認(rèn)知，才能進行下一步的工作。本情境中，根據(jù)故障現(xiàn)象，應(yīng)先檢查控制模塊是否記憶故障代碼，如沒有故障代碼，說明故障出在機械部分，應(yīng)清潔節(jié)氣門體，并檢查節(jié)氣門電機是否發(fā)生卡滯等故障，同時應(yīng)進行節(jié)氣門基本設(shè)定。情境導(dǎo)入4知識目標(biāo)1.能描述電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；2.能描述電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的控制原理；3.能夠描述電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)常見故障及其檢測方法。技能目標(biāo)1.能夠識別電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的元件；2.能夠運用儀器對電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)進行檢測和故障排除。學(xué)習(xí)目標(biāo)5基本知識1.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的功用在傳統(tǒng)機械連接式節(jié)氣門的汽車中，節(jié)氣門的開度完全取決于加速踏板的位置（即駕駛員的操作意圖），從動力性和經(jīng)濟性角度來看，發(fā)動機并非總是完全處于最佳運行工況，而且駕駛員的誤操作會給汽車安全性帶來隱患。因此，目前大部分汽車中取消了傳統(tǒng)的機械連接式節(jié)氣門，取而代之的是電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)通過電子控制單元控制節(jié)氣門快速精確地定位。它的優(yōu)點在于可以根據(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，保證車輛最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性，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。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)直接將節(jié)氣門行程轉(zhuǎn)換為電信號來控制供油量以及閥體開度。在采用電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的汽車中，節(jié)氣門不再通過加速踏板的拉索來控制，加速踏板與節(jié)氣門之間無機械式連接裝置，它們之間是通過電氣線路相連的。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)還省下了如下部件：怠速空氣控制閥、快怠速閥、緩沖筒膜片和單向閥、巡航控制動作器等。6基本知識電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)由帶加速踏板位置傳感器G79/G185的加速踏板模塊、節(jié)氣門控制模塊J338、發(fā)動機控制單元J220（ECU）和電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的故障指示燈K132等部件組成，電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的組成如右圖所示。2.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的組成下面以大眾車系為例，介紹電子節(jié)氣門系統(tǒng)的組成。加速踏板模塊內(nèi)部由兩個加速踏板傳感器組成，兩個傳感器都是滑動觸點電位計，安裝在同一根軸上，傳感器2中串聯(lián)了一個電阻，如右圖所示。（1）加速踏板模塊7基本知識兩個傳感器在同一數(shù)值的基準(zhǔn)電壓下工作，基準(zhǔn)電壓由ECU提供，如圖4-2-3所示。隨著加速踏板位置的改變，電位計阻值也發(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輸入ECU，如圖4-2-4所示。采用兩個傳感器信號的作用是監(jiān)測并確保信號的正確性，出于安全考慮，每個傳感器都有單獨的電源、信號線和接地線。

圖4-2-4加速踏板傳感器信號圖4-2-3加速踏板傳感器G79、G1858基本知識當(dāng)一個傳感器失效，電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)監(jiān)測到只有一個加速踏板信號時，啟動怠速運轉(zhuǎn)模式很慢，同時系統(tǒng)還通過制動燈開關(guān)和制動踏板開關(guān)信號來判別怠速狀態(tài)。此時舒適系統(tǒng)被關(guān)閉（如關(guān)閉巡航、發(fā)動機制動調(diào)節(jié)等功能），EPC燈（電子功率控制故障指示燈）點亮，故障存儲器內(nèi)存儲有故障。當(dāng)2個傳感器都失效，發(fā)動機在1500r/min左右運行，踩加速踏板時發(fā)動機無反應(yīng)，同樣EPC燈點亮，故障存儲器內(nèi)存儲有故障。9基本知識節(jié)氣門控制模塊J338由兩個節(jié)氣門角度位置傳感器G187、G188和節(jié)氣門定位電機G186等部件組成，如圖4-2-5所示。圖4-2-5節(jié)氣門控制模塊（2）節(jié)氣門控制模塊10基本知識兩個節(jié)氣門角度傳感器向發(fā)動機控制單元提供節(jié)氣門位置信號。與加速踏板位置傳感器類似，兩個傳感器都是滑動觸點電位計，安裝在同一根軸上，由ECU提供數(shù)值相同的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)節(jié)氣門位置發(fā)生變化時，角度傳感器內(nèi)的電位計阻值也隨之線性地改變，由此產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號輸入ECU，該電壓信號反映節(jié)氣門開度大小和變化速率。圖4-2-6節(jié)氣門角度傳感器兩個傳感器的信號曲線是相反的，如圖4-2-6所示。信號在測量數(shù)據(jù)塊中是以百分比來表示的。傳感器兩兩反接，實現(xiàn)阻值的反向變化，即兩個傳感器阻值變化量之和為零。對兩個傳感器施加相同的電壓，兩者輸出的電壓信號也相應(yīng)反向變化，且其和始終等于供電電壓。11基本知識裝用兩個傳感器是為了精確和備用。當(dāng)一個傳感器失效，系統(tǒng)使用另一個傳感器信號，對加速踏板響應(yīng)不變，巡航功能關(guān)閉，EPC故障指示燈點亮，故障存儲器存儲故障代碼。當(dāng)2個信號同時中斷，發(fā)動機轉(zhuǎn)速維持在1500r/min左右運行，踩加速踏板時發(fā)動機無反應(yīng)，EPC故障指示燈點亮，故障存儲器存儲故障代碼。節(jié)氣門定位電機一般選用直流電動機，經(jīng)過兩級齒輪減速來調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度，如圖4-2-7所示。節(jié)氣門可在怠速和節(jié)氣門全開之間無級地定位調(diào)節(jié)。早期以使用步進電動機為主，步進電動機精度較高、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)氣門較高的動態(tài)響應(yīng)性能的要求，所以現(xiàn)在比較多地采用直流電動機，直流電動機精度高、反應(yīng)靈敏、便于伺服控制。節(jié)氣門定位電動機根據(jù)發(fā)動機控制單元發(fā)出的命令控制節(jié)氣門開度。當(dāng)節(jié)氣門定位電動機出現(xiàn)故障，彈簧回位系統(tǒng)把節(jié)氣門設(shè)置在緊急運行位置，車輛只能在高怠速狀態(tài)下行駛并且功能受到限制。電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的EPC故障指示燈點亮，舒適系統(tǒng)功能被關(guān)閉。圖4-2-7節(jié)氣門控制模塊控制圖12基本知識節(jié)氣門控制模塊電路如圖4-2-8所示。圖4-2-8節(jié)氣門控制模塊電路13基本知識發(fā)動機控制單元（ECU）是整個系統(tǒng)的核心，包括兩部分：功能處理器和監(jiān)視處理器，如圖4-2-9所示。圖4-2-9發(fā)動機控制單元J220（3）發(fā)動機控制單元14基本知識功能處理器又由信息處理模塊和電動機驅(qū)動電路模塊組成。信息處理模塊接收來自加速踏板位置傳感器的電壓信號，經(jīng)過處理后得到節(jié)氣門的最佳開度，并把相應(yīng)的電壓信號發(fā)送到電動機驅(qū)動電路模塊，如圖4-2-10所示。電動機驅(qū)動電路模塊接收來自信息處理模塊的信號，控制電動機轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，使節(jié)氣門達到或保持相應(yīng)的開度。電動機驅(qū)動電路應(yīng)保證電動機能雙向轉(zhuǎn)動。監(jiān)視處理器連續(xù)地對功能處理器的功能進行監(jiān)控，同時，也檢查功能處理器的輸出信號并與其計算的結(jié)果進行比較。功能處理器和監(jiān)視處理器通過查詢/應(yīng)答功能來相互進行檢查。如果發(fā)現(xiàn)故障，兩個處理器能夠影響相互獨立的節(jié)氣門控制單元，停止點火和噴油來關(guān)閉發(fā)動機。圖4-2-10發(fā)動機控制單元控制圖15基本知識監(jiān)視處理器可以查詢功能處理器，例如查詢發(fā)動機轉(zhuǎn)速或點火提前角，然后它檢查回答是否正確。如果回答不正確，則在監(jiān)視處理器的故障計數(shù)器中輸入一次故障數(shù)。在累計了5個錯誤的回答后，發(fā)動機會被關(guān)閉。監(jiān)視處理器可以在半秒內(nèi)探測到5個錯誤的回答。為了監(jiān)控監(jiān)視處理器，功能處理器故意給出一個錯誤的應(yīng)答。如果監(jiān)視處理器識別出該錯誤應(yīng)答，則該錯誤應(yīng)答就會被記錄在錯誤計數(shù)器中并反饋給功能處理器。如果監(jiān)視處理器沒有識別出該錯誤的應(yīng)答，則功能處理器中錯誤計數(shù)器的故障數(shù)被增加1次。在監(jiān)視處理器沒有識別出5個錯誤的應(yīng)答后，發(fā)動機則被關(guān)閉。功能處理器沒有作出應(yīng)答或應(yīng)答的時間點不正確，在這種情況下，發(fā)動機立即停止運轉(zhuǎn)。16基本知識電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)如圖右所示。（1）電子節(jié)氣門系統(tǒng)控制原理概述3.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作原理17基本知識駕駛員操縱加速踏板，加速踏板位置傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號輸入發(fā)動機控制單元，發(fā)動機控制單元首先對輸入的信號進行濾波，以消除環(huán)境噪聲的影響，然后根據(jù)當(dāng)前的工作模式、踏板移動量和變化率解析駕駛員意圖，計算出對發(fā)動機扭矩的基本需求，得到相應(yīng)的節(jié)氣門轉(zhuǎn)角的基本期望值。再經(jīng)過數(shù)據(jù)總線和整車控制單元進行數(shù)據(jù)通訊，獲取其他工況信息以及各種傳感器信號，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、檔位、節(jié)氣門位置、空調(diào)能耗等等，由此計算出整車所需求的全部扭矩。發(fā)動機控制單元通過對節(jié)氣門轉(zhuǎn)角期望值進行補償，得到節(jié)氣門的最佳開度，并把相應(yīng)的電壓信號發(fā)送到驅(qū)動電路模塊，驅(qū)動控制電動機使節(jié)氣門達到最佳的開度角度。節(jié)氣門角度傳感器則把節(jié)氣門的開度信號反饋給發(fā)動機控制單元，形成閉環(huán)的位置控制。節(jié)氣門定位電動機內(nèi)的直流電動機采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，其特點是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。發(fā)動機控制單元通過調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號的占空比來控制直流電動機轉(zhuǎn)角的大小。電動機輸出轉(zhuǎn)矩和脈寬調(diào)制信號的占空比成正比。當(dāng)占空比一定，電動機輸出轉(zhuǎn)矩與回位彈簧阻力矩保持平衡時，節(jié)氣門開度不變；當(dāng)占空比增大時，電動機驅(qū)動力矩克服回位彈簧阻力矩，節(jié)氣門開度增大；反之，當(dāng)占空比減小時，電動機輸出轉(zhuǎn)矩和節(jié)氣門開度也隨之減小。發(fā)動機控制單元對系統(tǒng)的功能進行監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)故障，將點亮系統(tǒng)故障指示燈，提示駕駛員系統(tǒng)有故障。氣門在回位彈簧的作用下返回到一個小開度的位置，使車輛慢速開到維修地點。18基本知識1）怠速時怠速時電子節(jié)氣門系統(tǒng)控制過程圖（2）電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制過程19基本知識20基本知識2）加速時

加速時電子節(jié)氣門系統(tǒng)控制過程圖21基本知識22基本知識傳統(tǒng)車輛的節(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，而是發(fā)動機控制單元根據(jù)當(dāng)前行駛狀況下整車對發(fā)動機的全部扭矩需求，計算出節(jié)氣門的最佳開度，從而控制電機驅(qū)動節(jié)氣門到達相應(yīng)的開度。因此，節(jié)氣門的實際開度并不完全與駕駛員的操作意圖一致。發(fā)動機控制單元根據(jù)整車扭矩需求獲得所需的理論扭矩，而實際扭矩通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速、點火提前角和發(fā)動機負(fù)荷信號求得。在發(fā)動機扭矩調(diào)節(jié)過程中，發(fā)動機控制單元首先將實際扭矩與理論扭矩進行對比，如果兩者有偏差，發(fā)動機控制單元將通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)作用使實際扭矩值和理論扭矩值一致。1）基于發(fā)動機扭矩需求的節(jié)氣門控制（3）電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制特性23基本知識電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)采用2個加速踏板位置傳感器和2個節(jié)氣門角度位置傳感器。從控制角度講，使用一個傳感器就可使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，但冗余設(shè)計可使兩個傳感器相互檢測，當(dāng)一個傳感器發(fā)生故障時能及時被識別，在很大程度上增加了系統(tǒng)的可靠性，保證行車的安全性。2）傳感器冗余設(shè)計駕駛員可根據(jù)行車需要通過模式開關(guān)選擇不同的工作模式，通常有正常模式、動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；在動力模式下，節(jié)氣門加快對加速踏板的響應(yīng)速度，發(fā)動機能提供額外的動力；在附著較差的工況下（如，雪地，雨天）駕駛員可選擇雪地模式駕駛車輛，此時節(jié)氣門對加速踏板的響應(yīng)降低，發(fā)動機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。3）可選的工作模式在海拔較高的地區(qū)，大氣壓下降，空氣稀薄，氧氣含量下降，導(dǎo)致發(fā)動機輸出動力下降。此時電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)可按照大氣壓強和海拔高度的函數(shù)關(guān)系對節(jié)氣門開度進行補償，保證發(fā)動機輸出動力和加速踏板位置的關(guān)系保持穩(wěn)定。4）海拔高度補償24基本知識早期的電子節(jié)氣門功能比較簡單，在形式上采用一個機械式的主節(jié)氣門串聯(lián)一個電控的輔助節(jié)氣門，往往只能實現(xiàn)某一單一的功能?，F(xiàn)代電子節(jié)氣門則獨立成一個系統(tǒng)，可實現(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：

牽引力控制牽引力控制系統(tǒng)又稱驅(qū)動防滑系統(tǒng)。它的作用是當(dāng)汽車加速時將滑移率控制在一定的范圍內(nèi)，從而防止驅(qū)動輪快速滑動。通過減少節(jié)氣門開度來降低發(fā)動機功率從而達到控制目的。巡航控制巡航控制系統(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，車速將被固定下來，駕駛員不必長時間踩踏加速踏板。怠速控制電子節(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)氣門開度來實現(xiàn)車輛的怠速控制。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)動機轉(zhuǎn)速等信號，自動變速器控制單元選擇合適的傳動比，實現(xiàn)自動換檔。5）控制功能擴展25拓展知識電子控制燃油噴射的發(fā)動機，在進行維修、保養(yǎng)操作如清洗節(jié)氣門后，會出現(xiàn)怠速不良的故障現(xiàn)象，如怠速偏高、怠速偏低、游車等，這主要是發(fā)動機控制單元ECU的怠速控制程序出現(xiàn)差錯引起的，需要對發(fā)動機控制單元的程序作怠速的初始化設(shè)置，才能恢復(fù)怠速功能。電控發(fā)動機進行以下操作后，需要進行怠速設(shè)定：（1）清洗節(jié)氣門；（2）更換節(jié)氣門傳感器元件；（3）斷開節(jié)氣門電子元件接線；（4）更換節(jié)氣門體總成；（5）更換發(fā)動機ECU；（6）更換發(fā)動機總成；（7）蓄電池斷電；（8）發(fā)動機電控單元儲存有需要節(jié)氣門設(shè)定的故障碼。1.怠速初始化/怠速設(shè)定怠速設(shè)定的方法有人工設(shè)定與儀器設(shè)定兩種方式，有的車型使用人工設(shè)定方法，而有的車型需要使用廠家專用診斷儀設(shè)定。26拓展知識人工設(shè)定指不用診斷儀操作的設(shè)定方法，各車型的怠速人工設(shè)定方法各不相同，以下列舉日產(chǎn)車的怠速設(shè)定方法：（1）加速踏板釋放位置學(xué)習(xí)“加速踏板釋放位置學(xué)習(xí)”操作通過監(jiān)測加速踏板位置傳感器輸出信號，學(xué)習(xí)加速踏板完全釋放時的位置。在每次斷開加速踏板位置傳感器或ECM的線束接頭后，必須進行此操作，操作步驟：1）確認(rèn)加速踏板完全釋放；2）將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON位置，等待至少2秒；3）將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到OFF位置，等待至少10秒；4）將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON位置，等待至少2秒；5）將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到OFF位置，等待至少10秒。2.人工設(shè)定27拓展知識“節(jié)氣門關(guān)閉位置學(xué)習(xí)”操作通過監(jiān)測節(jié)氣門位置傳感器輸出信號，學(xué)習(xí)節(jié)氣門完全關(guān)閉時的位置。在每次斷開電子節(jié)氣門控制執(zhí)行器或ECM的線束接頭后，必須進行此操作：1）確認(rèn)加速踏板完全釋放；2）將點火開關(guān)轉(zhuǎn)至ON位置；3）將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到OFF位置，等待至少10秒；此時通過節(jié)氣門的動作聲音來確認(rèn)節(jié)氣門設(shè)定。（2）節(jié)氣門關(guān)閉位置學(xué)習(xí)28拓展知識“怠速空氣量學(xué)習(xí)”操作，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在規(guī)定范圍內(nèi)的怠速進氣量，在發(fā)生了下列情況后，必須進行此操作：1）每次更換電子節(jié)氣門控制執(zhí)行器或ECM后。2）怠速或點火正時在規(guī)定范圍以外時。進行“怠速空氣量學(xué)習(xí)”前，確認(rèn)滿足下列所有條件，即使是瞬間，如果有任何一個條件不滿足，學(xué)習(xí)操作將被取消：a.蓄電池電壓：大于12.9V（怠速時）b.PNP開關(guān)：ONc.電器負(fù)載開關(guān)：OFF（空調(diào)、前大燈、后窗除霧器）d.方向盤：中間位置（正直向前位置）e.車速：停止f.變速箱：已預(yù)熱g.發(fā)動機冷卻液溫度：70°C-100°C（3）怠速空氣量學(xué)習(xí)29拓展知識1）進行"加速踏板釋放位置學(xué)習(xí)"的操作。2）進行"節(jié)氣門關(guān)閉位置學(xué)習(xí)"的操作。3）起動發(fā)動機暖機至正常工作溫度。4）檢查并確認(rèn)在“準(zhǔn)備工作”的所有項目都正常。5）關(guān)閉點火開關(guān)，等待至少10秒。6）確定加速踏板完全釋放，將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON位置，等待3秒。7）在5秒內(nèi)迅速重復(fù)以下操作5次：a.完全踩下加速踏板。b.完全釋放加速踏板。8）等待7秒，完全踩下加速踏板，并保持20秒，直到MIL停止閃爍并點亮。9）MIL燈點亮后3秒之內(nèi)，完全釋放加速踏板。10）起動發(fā)動機，使其怠速運轉(zhuǎn)一段時間。11）怠速運轉(zhuǎn)20秒以上