【维修】汽车电子节气门的原理与检测方法

汽车保养与维修2018-05-14 10:14:12

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节气门直动式节气门位置传感器


a) 实物图

b) 结构示意图图2-13节气门直动式怠速控制系统怠速节气门位置传感器 2-应急弹簧 3-怠速电机 4-节气门位置传感器 5-怠速稳定装置 6-怠速开关

以上几种节气门体都安装有怠速旁通气道,从而实现怠速控制,而节气门直动式怠速控制系统取消了旁通通道,而是通过控制节气门的开启角度,调节空气通道的截面来控制进气量,实现对怠速的控制,这种控制广泛的应用在大众车系。


1.系统的组成和工作原理


图2-14节气门体电路图RP1节气门位置传感器 RP2怠速节气门位置传感器 S 怠速开关 M怠速直流电动机


节气门直动式怠速控制系统主要由节气门位置传感器、怠速节气门位置传感器,怠速开关和执行器(怠速直流电动机)以及一套齿轮驱动机构组成(见图2-13),


图2-14为其内部线路图。节气门位置传感器和怠速节气门位置传感器都是由一个双轨形碳膜电阻和在其上滑动的触点组成。另外在节气门体上有一个双齿轮,它是由同轴的一个大齿轮和一个小齿轮组成。与怠速直流电动机同轴的小齿轮与双齿轮中的大齿轮啮合,扇行齿轮与节气门同轴并与双齿轮中的大齿轮啮合。当驾驶员踩加速踏板时,怠速开关断开,发动机ECU根据节气门位置传感器的输入信号判断发动机的运行工况,并进行喷油和点火的控制。当驾驶员不踩加速踏板时,节气门在回位弹簧的作用下关闭,怠速开关闭合。发动机ECU收到怠速开关闭合的信号,得知发动机处于怠速运行状态,并根据怠速节气门位置传感器的信号和曲轴位置传感器的信号来控制直流电动机的动作,经过小齿轮、双齿轮和扇形齿轮將电动机的转速传递到节气门,使其打开相应的角度,使怠速转速达到最佳值。


(1)节气门位置传感器


节气门位置传感器装在节气门体内,与节气门轴直接相连。它是一种电位计式的传感器,其输出的电压与节气门的开度成反比,该电压信号输送给发动机ECU,发动机ECU根据该信号的大小和变化的速率,判断出发动机运行的各种工况,并进行各种工况下的喷油量、点火正时的控制。如果发动机ECU没有收到节气门位置传感器的信号,将根据发动机转速和空气流量信号计算出一个替代值。


(2)怠速节气门位置传感器


图2-15怠速节气门位置传感器

怠速节气门位置传感器(见图2-15)装在节气门体内,也是一种电位计式传感器,其输出电压的变化仅受怠速直流电机的控制。当发动机在怠速工况下运行时,怠速节气门位置传感器将其阻值的变化转换成电压信号,发动机ECU根据该电压值确定节气门的位置,通过微量调节节气门开度来调节发动机怠速转速。当发动机实际转速低于标准转速时,电机轴通过齿轮机构将节气门打开一个微小的角度,增加发动机进气量,使发动机转速增加,逐渐逼近标准转速;当发动机实际转速高于标准转速时,电机轴通过齿轮机构将节气门关闭一个微小的角度,减少发动机进气量,使发动机转速降低,逐渐逼近标准转速。


(3)怠速开关


怠速开关(见图2-16)装在节气门体内,与节气门主驱动轴直接相连。它是触点式开关,仅当节气门主驱动机构复位时,该触点开关才闭合,通知发动机控制模块发动机进入怠速工况。发动机ECU根据该信号及发动机的负荷来调整怠速供油量和发动机转速;当节气门打开时,怠速触点开关断开,发动机ECU根据这一信号进行从怠速到小负荷的过渡工况的喷油控制。怠速开关的信号还可以作为发动机控制模块判断是否进行怠速自动控制和急减速断油控制的信号。

图2-16怠速开关


(4)怠速直流电动机

图2-17怠速直流电动机

怠速直流电动机如图2-17所示。当发动机怠速运行时,或因发动机冷却液温度低、空调运转、动力转向的加入等原因使发动机负荷增大时,为使发动机怠速稳定,怠速直流电动机经一套齿轮机构推动节气门,加大其开度来增加发动机的进气量,提高发动机的转速;相反,在发动机怠速下减载时,在怠速直流电机的作用下,使节气门的开度减小,以避免发动机超速,从而保证保证发动机在怠速工况下运行稳定。


2.系统的检测


(1)机械检查


节气门体在长时间使用后,在进气通道和节气门之间有可能形成积碳,而造成节气门卡滞,造成怠速不稳等现象。此外节气门体在经受长期剧烈的振动后,有可能出现如怠速直流电动机轴承磨损、塑料齿轮断齿、阀门驱动机构卡滞、驱动机构盖板破裂等,出现这类故障都无法修复,只能更换新的节气门体总成。所以在对节气门体检查时,可采用目测有无以上故障发生的方式进行。


(2)部件测试

①节气门体供电检测

节气门体接头有8只端子,各端子的功能如表2-3所示。1、2端子直接接直流电动机,5、8端子分别接节气门位置传感器和怠速节气门位置传感器的滑动触点,他们的输出信号都不超过5V电压(接头端子的排列如图2-18a所示),且信号电压与节气门开度成反比。端子3输出怠速开关信号,端子4、7向节气门体提供5V电压,其中端子7通过发动机ECU接地。

将点火开关置于 “ON”位置,按如图2-18b所示方法用万用表进行测量:测量端子4与端子7之间的电压应为5.0±0.5V。若测量值与上述要求不符,将点火开关置于“OFF“档,拔下ECU接头用万用表进行线路检测。端子4与ECU接头端子41、端子7与ECU接头端子35之间的导线阻值小于1.5欧;端子4与端子7间的电阻应为无穷大。若测得结果与上述要求不符,按电路图查找故障并排除。

表2-3节气门体接头各端子功能

端子号

连接点

功能

端子号

连接点

功能

1

30(电控单元—侧)

怠速升速控制

2

25

怠速降速控制

3

18(电控单元—侧)

怠速开关

4

41(电控单元—侧)

传感器供电(5V)

5

40(电控单元一侧)

节气门位置传感器信号

6

7

35(电控单元—侧)

传感器接地

8

28(电控单元—侧)

怠速节气门传感器信号


a)节气门体接头各端子分布

b) 节气门体供电检测

图2-18节气门体接头端子的分布和供电检测


②怠速开关检测

将点火开关置于“OFF”档,拆下节气门体接头。用万用表检测节气门全闭时端子3与7间阻值应小于1Ω;缓慢踩下加速踏板,端子3与7之间阻值应为无穷大。否则更换节气门体。


③怠速控制装置检测

将探针插入节气门体接头端子8引线内(见图2-19),起动发动机,进入怠速运行。在冷却液温度达到80℃以上时,万用表测量探针检测点与蓄电池负极之间电压应在2.8~3.6V。



图2-19怠速节气门位置传感器的检测

④直流电动机检测

把点火开关置于关闭位置,拔下节气门体接头,用万用表测量节气门体接头端子1与端子2之间的阻值应为3~200Ω。若不符合要求,更换节气门体总成。


⑤节气门位置传感器检测

打开点火开关,将万用表表笔插入节气门体插座第5端子引线内(见图2-20),缓慢踩下加速踏板从关闭到全开,万用表电压读数应随着节气门开度的增大而缓慢下降。反之,随节气门的逐渐关闭,万用表电压读数应逐渐上升,其信号变化曲线如图2-21所示,否则应进行供电和线路检查。

图2-20节气门位置传感器的检测

图2-21节气门位置传感器信号变化的曲线


七、电子节气门中的节气门位置和加速踏板位置传感器


1.工作原理

电子式节气门的实物如图2-22所示,是一种比较新的技术,国产大众奥迪A6AWL、APS与ATX发动机、宝来AUM发动机及波罗BCC 发动机中采用了电子油门控制系统。

图2-22电子油门的实物图

电子油门与节气门直动式比较有以下优点,电子油门系统中,当驾驶员踏下加速踏板时,加速踏板位置传感器首先接收驾驶员的加速信息,并将此加速信息首先传到发动机ECU,发动机ECU根据油门踏板传感器的信号加浓混合气后在将节气门打开,这样可以提高发动机的加速性能;而节气门直动式当驾驶员踏下油门踏板时,由拉索先将节气门打开,使进气量增大,再由空气流量计检测进气量的变化,根据流量计的变化来适当加浓混合气,所以直动式的发动机加速性能相对电子油门的发动机差。


下面以奥迪A6 ATX发动机的电子油门进行讲解,其电子油门与发动机ECU之间的电路连接如图2-23所示,电子油门系统包括用于确定、调整及监控节气门位置的所有部件。它主要由加速踏板、加速踏板位置传感器、发动机ECU、数据总线、EPC指示灯和节气门控制部件(执行机构)等组成。

图2-23奥迪A6APS与ATX电子油门控制系统电路图J338-节气门控制部件


J220_发动机ECUG186-节气门驱动装置 G187-节气门驱动角度装置传感器1 G188-节气门驱动角度装置传感器2


加速踏板位置传感器的安装位置如图2-24所示,由两个加速踏板位置传感器G79和G185来检测并通知发动机控制单元。这两个传感器是一个可变电阻,装在一个壳体内,并与加速踏板构成一体,但各自独立。加速踏板位置(驾驶员意愿)是发动机控制单元的一个主要输入参数。

图2-24加速踏板位置传感器安装位置


节气门控制部件壳体内包括节气门驱动装置G186,节气门驱动节气门传感器G187和G188。节气门驱动装置G186是一个伺服电动机,该电动机由发动机控制单元控制,按与一弹簧力相反方向打开节气门。节气门位置传感器G187和G188是个电位计(可变电阻),它将节气门的位置信号传送给发动机控制单元,这两个角节气门传感器是相互独立的。


节气门由节气门控制部件内的节气门驱动装置(电动机)根据发动机控机运转时,如电子油门发生故障,组合仪表将接通EPC警报灯,同时发动机控制单元的故障存储器会纪录该故障。制单元的指令来控制。


当发动机不转且点火开关打开时,发动机控制单元根据加速踏板位置传感器的信息来控制节气门控制器。也就是说,当加速踏板踏下一半时,节气门驱动装置以同样的尺度打开节气门,则节气门也打开一半。当发动机运转时(有负荷),发动机控制单元可独立于加速踏板位置传感器来打开或关闭节气门。这样,即使加速踏板只踏下一半,但节气门可能完全打开了,其优点是可避免节气门上节流损失。此外,在一定负荷状态下涉及有害物质的排放和油耗值将明显改善。


在组合仪表上有一个EPC(Electronic Power Control)灯。在发动机运转时,如电子油门发生故障,组合仪表将接通EPC警报灯,同时发动机ECU的故障存储器会记录该故障。


2.电子节气门的检测(以奥迪ATX发动机为例讲解)


(1)节气门自适应


在打开点火开关且不起动发动机时,通过自适应,发动机ECU“学习”节气门各不同的位置,这些位置参数即可存入发动机ECU。节气门位置由2个节气门驱动装置来反馈,拆装或更换节气门控制单元J-338或发动机ECU,或发动机控制单元供电中断时,必须进行自适应,节气门控制单元的自适应如下:


打开点火开关6S以上,但不操纵起动机和加速踏板。且发动机控制单元识别出“学习需要”时,自适应自动完成(自适应的完成是看不出来的)。当存储的角度传感器电压值与实际测得的值在某一公差范围内容不一致时,才能识别出“学习需要”。


在打开点火开关时,通过学习基本设定(功能04)在显示组60中来完成。检查节气门控制单元自适应的要求,故障存储器内无故障码。发动机不转且点火开关打开、不踏下油门踏板、冷却液温度高于5℃但低于100℃、进气温度低于100℃、发动机控制单元供电电压高于11V。其检查步骤如下:


连接VAG1551,选择“01发动机电控系统”。进行上述操作时应打开点火开关。屏幕显示:

快速数据传输 帮助

选择功能× ××

按0和4键选择“基本设定”,按Q键确认输入。屏幕显示:

基本设定 Q

输入显示组号× ××

按0,6,和0,选择显示组60;按Q确认输入。按Q键后,节气门控制器先被无电流接通。在该状态,节气门通过一位于节气门控制单元内的弹簧进入应急运行位置。2个节气门传感器的应急运行位置值被存入发动机的控制单元,然后在某一值时节气门被打开,如果达到该值,节气门控制单元又被无电流接通,这时在一定的时间内,弹簧应将节气门关闭到先前自适应应急的运行位置(弹簧检测),随后节气门又被节气门控制单元关闭。节气门控制单元内节气门位置传感器的传送的值被存入发动机控制单元内。在车行驶过程中,如果发动机控制单元无电源接通了节气门控制单元,则怠速升高且不稳。发动机加速时非常的缓慢,屏幕显示:

基本设定60 →

1 2 3 4

在显示区3和4中检查显示值是否与节气门控制单元规定值相符。表2-4为60组的显示组的说明。


表2-4 60显示组的说明

显示组60:

节气门控制单元自适应

显示区

1

2

3

4

显示屏

××%

××%

表示

节气门角度(位置传感器1)

节气门角度(位置传感器2)

自适应步进计数器

自适应状态

工作范围

0%~100%

0%~100%

0~8

ADP Lauft

ADP ERROR

ADP iO

规定值

3~93%

97~3%

8

ADP iO

说明



在自适应过程中,自适应计数应从0升到8(也可能超过个数值)


如果控制自适应中断,可以是因为节气门不能完全的关闭(如脏污),蓄电池电压低、节气控制单元或导线损坏,在自适应过程中,起动了发动机或踏动了加速踏板或节气壳体卡得过紧(检查螺栓连接)。


按→键结束发动机的基本设定,屏幕显示(功能选择):

快速数据传输 帮助

选择功能××

(2)节气门位置传感器的检查


在节气门控制单元内节气门益传感器G187和G188向发动机控制单元传递节气门位置信号。

①关闭点火开关,连接VAG1551,选择01发动机电控制单元进行上述操作时,应打开点火开关,屏幕显示:

快数据传输 帮助

选择功能 × ×

②按08键选择“读取测量数据块”,按Q键确认输入,屏幕显示:

读取测量数据块 Q

输入显示组号 × ×

③按0、6和2键,选择显示组号“062”,按Q键确认。屏幕显示:

读取测量数据块 062

1 2 3 4

检查电子节气门位置传感器电压是否与规定的值相符,发动机将节气门位置传感器的电压值换算成百分比(5V为基数),并显示该百分比(5V相当于百分之百),电子油门的电压规定值如表2-5:

表2-5 62显示组的说明

显示组062:

电子节气门位置和加速踏板位置传感器电压值

显示区

1

2

3

4

显示屏

××%

××%

××%

××%

表示

节气门位置(位置传感器1)

节气门位置(位置传感器2)

油门踏板位置传感器1

油门踏板位置传感器2

工作范围

0%~100%

0%~100%

0%~100%

0%~100%

规定值

3~93%(怠速值8~18%)

97~3%(怠速值:80~90%)

12~97%

4~49%

④注意显示区1和2的显示,慢慢将油门踏板踩到底,显示区1和百分比值应均匀的升高,公差范围3~93%并未完全面使用,显示区2的百分比值应均匀下降,公差围97~3%也未完全使用,显示区1显示值升高,而显示区2显示值会降低,其原因在于节气门位置传感器的可逆转性。也就是说节气门位置传感器1的分电压向5V靠拢(节气门开得越大,电压越高;百分比值也升高);节气门位置传感器2从5V向0V靠拢(节气门开得越大,电压越低;百分比值下降)。


⑤如果显示值没有达到规定的要求,检查节气门控制单元的供电和节气门控制单元导线,尤其是注意插头,是否松动或锈蚀,如果没有问题,则检查油门踏板位置传感器。


(3)节气门控制单元供电的检查


拔下节气门控制单元插头,打开点火开关,将万用表(电压档)接到插头下列端子2和接地及端子2和6之间,测量其电压值,图2-25所示,其电压值应均为5V,如果达到规定值,检查信号线和节气门控制器控制线功能,如果未达到规定值,检查从发动机控制单元到节气门控制单元的导线连接。

图2-25节气门控制单元接头

(4)节气门控制单元导线连接的检查

从节气门控制单元上拔下插头,针检测盒V.A.G1598/31接到发动机控制线束上,不接发动机控制单元,检查导线是否对正极/负极短路及断路,如需要,排除线路断路或短路故障。如果导线无故障,则更换节气门控制单元。


(5)加速踏板位置传感器的检查


①连接 VAG1551,选择“01发动机电控制单元”,进行上述操作时应打开点火开关。屏幕显示:

快速数据传输 帮助

选择功能××

②按0和8键选择“读取测量数据块”,按Q键确认输入。屏幕显示:

读取测量数据块 Q

输入显示组号×××

③按0,6和键选择显示组62,按Q键确认输入。屏幕显示:

读取测量数据块62 →

1 2 3 4

④检查节气门位置和加速踏板位置传感器电压显示值是否与规定值相符。发动机控制单元将角度传感器电压值换自成百分比(以5V为基数)并显示该百分比值(5V相当于100%)。节气门位置和加速踏板位置传感器的数据规定值如表2-6所示。


表2-6 电子油门电位计的数据规定值

显示组062:

节气门位置和加速踏板位置传感器

显示区

1

2

3

4

显示屏

××%

××%

××%

××%

表示

节气门角度(角度传感器1)

节气门角度(角度传感器2)

油门踏板位置传感器1

油门踏板位置传感器2

工作范围

0%~100%

0%~100%

0%~100%

0%~100%

规定值

3~93%

97~3%

12~97%(怠速值8~18%)

4~49%(怠速值3~13%)

⑤注意显示区3和4的显示,慢慢将油门踏板踩到底,显示区的百分比值应均匀的升高。公差范围12~97%并未完全正确使用。显示区4的百分比值也同样应均匀的升高,公差范围4-49%也未完全作用。并且显示区3中的显示值总应是显示区4的显示值的2倍。


⑥如果显示值没有完全达到规定要求,检查加速踏板位置传感器的供电(步骤7~步骤9)和加速踏板位置传感器导线连接是否正常(步骤10)。


⑦拆下司机一侧杂物箱,拔下加速踏板位置传感器插头(见图2-26)。


图2-26加速踏板位置传感器插头

⑧打开点火开关,用万用表测量油门踏板位置传感器插头端子1与接地、端子1与5、端子2与接地及端子2与3之间的电压均为5V。


⑨如果达到规定值,检查信号线,如果未达到规定值,检查从发动机控制单元到加速踏板位置传感器的导线连接。


⑩将检测盒VAG1598/31接到发动控制单元线束上,不受发动机控制,检查导线插头各端子所连接的导线是否断路或对地/正极短路。如需要,排除导线断路或短路故障。如果导线无故障,更换加速踏板位置传感器。


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