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1、广 东 省 工 人 技 师 职 务 申 请论文题目评 审 论 文 门的结构原理及故障诊断 姓 名：曲长生 单 位：三菱商事（上海）有限公司 原技术工种名称：汽车修理技师 申报时间：2005年11月 广东省劳动和社会保障厅 ：摘要：在21世纪新能源开发和电控技术飞速发展的形势下，随着生产成本下降以及排放要求不断提高，电子节气门系统的普及使用将成为必然。电子节气门（ETV）系统对提高车辆动力性、经济性、安全性、乘坐舒适性，降低排放有重大意义。本文通过阐述格蓝迪MPV车电子节气门系统的基本结构、工作原理、控制策略和故障诊断，使读者对格蓝迪车及电子节气门技术有深入的理解。 关键词：格蓝迪 电子节气门
2、结构 原理 故障诊断 前言： 三菱格蓝迪GRANDIS，属于豪华型MPV车。该车采用了诸多的新技术，如电子节气门ETV、可变气门正时MIVEC、双MCC排气歧管、INVECS-II自动变速器、主动稳定控制系统ASC、CAN-BUS系统、电子时间和报警控制系统ETACS等等。本文结合一个实际发生的故障，重点介绍格蓝迪车电子节气门ETV的功用、结构、原理等理论知识，以及故障的检测方法与诊断思路等实际技能。旨在说明电子节气门具有机械式节气门不可比拟的优点，并且结构、原理，检测与诊断故障的思路等等都有所不同。论文内容：一、故障现象一辆行驶了26500km的格蓝迪MPV车怠速不稳（也称怠速游车），发动机
3、故障灯亮。车辆基本情况如下：二、故障分析怠速游车跟很多因素有关，其中包括：怠速控制系统；各气缸的压力不同；各气缸的火花能量不均匀；各气缸的混合气浓度不一致；或者各主要传感器的信号有误差等等。但此车的故障特点是只在怠速时转速不稳定，在中高速时运转很平稳。这基本上就排除了气缸压力、火花、混合气等的故障因素。可以说最大的可能发生在怠速系统及其传感器。格蓝迪MPV车的怠速系统没有以前常见的怠速调整阀之类的东西了，而采用的是电子节气门。那么电子节气门的车究竟是怎么调整怠速的呢？该技术又有什么功能与优点呢？看来先要系统地了解一下该技术的结构原理，这样判断故障时才能举一反三，触类旁通。三、格蓝迪MPV车电子
4、节气门系统的基本结构和工作原理1、 电子节气门系统的基本结构电子节气门系统的基本结构主要包括：1.1. 加速踏板位置传感器（APS）加速踏板位置传感器由两个无触点线性电位器传感器组成，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改变，电位器阻值也发生线性的变化，由此产生反应加速踏板下踏量大小和变化速率的电压信号输入ECU。1.2. 节气门位置传感器（TPS）和踏板位置传感器类似，节气门位置传感器也是由两个无触点线性电位器传感器组成，且由ECU提供相同的基准电压。当节气门位置发生变化时，电位器阻值也随之线性地改变，由此产生相应的电压信号输入ECU，该电压信号反映节气门开度大小和
5、变化速率。1.3. 节气门控制电机格蓝迪车的节气门控制电机选用步进电机，经过两级齿轮减速来调节节气门开度。直流电机精度高、反应灵敏、便于伺服控制。1.4. 控制单元（ECU）控制单元（ECU）是整个系统的核心，包括两部分：信息处理模块和电机驱动电路模块。信息处理模块接受来自加速踏板位置传感器的电压信号，经过处理后得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到电机驱动电路模块。电机驱动电路模块接受来自信息处理模块的信号，控制电机转动相应的角度，使节气门达到或保持相应的开度。电机驱动电路应保证电机能双向转动。 2 、电子节气门系统的工作原理电子节气门系统的工作原理如下：驾驶员操纵加速踏板，加速踏板
6、位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入的信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。然后再经过CAN总线和整车控制单元进行通讯，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、档位、节气门位置、空调能耗等等，由此计算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。控制直流
7、电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机转角的大小，电机方向则是由和节气门相连的复位弹簧控制的。电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，电机驱动力矩克服回位弹簧 5阻力矩，节气门开度增大；反之，当占空比减小时，电机输出转矩和节气门开度也随之减小。ECU对系统的功能进行监控，如果发现故障，将点亮系统故障指示灯，提示驾驶员系统有故障。同时电磁离合器被分离，节气门不再受电机控制。节气门在回位弹簧的作用下返回到一个小开度的位
8、置，使车辆慢速开到维修地点。四、格蓝迪车电子节气门系统的控制策略1、 基于发动机扭矩需求的节气门控制传统油门的节气门开度完全取决于驾驶员的操作意图。电子节气门系统的节气门开度并不完全由加速踏板位置决定，而是控制单元根据当前行驶状况下整车对发动机的全部扭矩需求，计算出节气门的最佳开度，从而控制电机驱动节气门到达相应的开度。因此，节气门的实际开度并不完全与驾驶员的操作意图一致。 控制单元根据整车扭矩需求获得所需的理论扭矩，而实际扭矩通过发动机转速、点火提前角和发动机负荷信号求得。在发动机扭矩调节过程中，控制单元首先将实际扭矩与理论扭矩进行对比，如果两者有偏差，发动机电控系统将通过适当的调节作用使实
9、际扭矩值和理论扭矩值一致。2、传感器冗余设计电子节气门系统采用2个踏板位置传感器信号和2个节气门位置传感器信号。从控制角度讲，使用一个传感器就可使系统正常运转，但冗余设计可使两个传感器相互检测，当一个传感器发生故障时能及时被识别，在很大程度上增加了系统的可靠性，保证行车的安全性。3 、可选的工作模式格蓝迪车可根据不同的行车需要选择不同的工作模式，通常有正常模式、动力模式和雪地模式三种，区别在于节气门对加速踏板的响应速度不同，在正常模式下，节气门对加速踏板的响应速度适合于大多数行驶工况。在动力模式下，节 6气门加快对加速踏板的响应速度，发动机能提供额外的动力。在附着较差的工况下（比如：雪地，雨天
10、）驾驶员可选择雪地模式驾驶车辆，此时节气门对加速踏板的响应降低，发动机输出的功率比正常情况下小，使车轮不易打滑，保持车辆稳定行驶。4、 海拔高度补偿在海拔较高的地区，大气压下降，空气稀薄，氧气含量下降，导致发动机输出动力下降。此时电子节气门系统可按照大气压强和海拔高度的函数关系对节气门开度进行补偿，保证发动机输出动力和加速踏板位置的关系保持稳定。5、控制功能扩展及其原理现代电子节气门则独立成一个系统，可实现多种控制功能，既提高行驶可靠性，又使结构简化，成本降低。主要有如下控制功能：5.1. 牵引力控制（ASR）牵引力控制系统又称驱动防滑系统。它的作用是当汽车加速时将滑移率控制在一定的范围内，从
11、而防止驱动轮快速滑动。它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。它通过减少节气门开度来降低发动机功率从而达到控制目的。原理如下：控制单元采集加速踏板的位置、车轮速度和方向盘转向角度等信号，通过计算求得滑移率，并产生相应的控制电压信号，通过数据总线把信号传送至控制单元，依据此信号，控制单元将减少节气门开度来调整混合气流量，以降低发动机功率。此时控制单元对节气门发出的控制信号将不受驾驶员驾驶意图的影响，这样就可以避免驾车者的误操作。5.2. 巡航控制（CCS）巡航控制系统又称为速度控制系统，它是一种减轻驾车者疲劳的装置。当驾驶员开启该系统时，车速将被固定下来，驾驶员不必长时间踩踏加速踏板。原
12、理如下：车速传感器将车速信号输入控制单元，控制单元根据行驶阻力的变化输出 7信号自动调节节气门开度，当汽车阻力增大（上坡）和车速降低时，控制节气门开度增大，反之减小，使行驶车速保持稳定。5.3. 怠速控制（ISC）电子节气门系统取消了怠速调节阀，而是直接由控制单元调节节气门开度来实现车辆的怠速控制。5.4. 减少换档冲击控制根据当前车速、节气门开度以及发动机转速等信号，控制单元选择合适的传动比，实现自动换档。五、格蓝迪车电子节气门ETV的学习功能及安全控制1、初始化Initialization当更换节气门阀体或ENG-A/T-ECU时，必须以下列操作方式进行初始化控制。STEP-1：将点火开关
13、至“ON”。STEP-2：1秒之后将点火开关至“OFF”。STEP-3：至少等待10秒。若更换节气门或Eng-A/T-ECU后未进行上述初始化控制，将会造成怠速不稳定。由于使用了EEPROM(Electrical Erasable Programmable ROM),即使拆下电瓶电极或ENG-A/T-ECU接头，学习记忆的数值仍保存于Eng-A/T-ECU中。2、怠速学习程序：2.1.目的：当更换ENG-A/T-ECU或初始化学习时，会因为MPI内的学习值不完全而造成怠速不稳定。2.2.学习步骤：STEP-1：起运发动机，暖车到水温80或更高。STEP-2：点火开关“LOCK（OFF）”，以停
14、止发动机。STEP-3：至少10秒后再起动发动机。STEP-4：10分钟后，依下列条件检查怠速是否正常。自动变速器选择杆：P若发动机水温80，则开动会影响发动机运转的装置，如风扇。备注：若怠速时熄火，检查节气门是否清洁，再由STEP-1做起。3、失效-安全控制（fail-safe）3.1.如果ENG-A/T-ECU或节气门控制器侦测到系统不正常的状态:-发动机警告灯亮起。 -限制节气门开度或最小可驾驶供油量来低发动机输出,或是节气门控制伺服继电器强迫停止对直流马达供电。3.2.紧急操作模式(Limp-home mode)-如果节气门控制系统完全失效,直流马达的弹簧强迫节气门开至下图位置。六、故
15、障诊断与排除1、诊断过程：1.1. 检查节气门位置传感器TPS：格蓝迪车的TPS采用非接触霍尔IC式，位于节气门阀体上。a 构造：节气门的组成包括了固定在轴上的永久磁铁,会根据磁通量密度输出电压的霍尔IC, 以及介于两者之间具有引导磁通量功能的定子。b 工作原理：节气门全闭时,通过霍尔IC的磁通量密度会保持在最小值,以得到最小的电压输出。节气门全开时,通过霍尔IC的磁通量密度会保持在最大值,以得到最大的电压输出。c特点：节气门位置传感器能经由主系统与次系统输出,如此能增进系统对侦测故障的准确性, 并加强失效安全的功能以确保可靠度。 传感器的导通性不能以万用表检查。d. 检查过程：油门踏板行程传感器APS的结构原理与TPS相同。经过测量，结果表明，这两个传感器正常。1.2. 故障判断:服务站维修人员用三菱专用检测仪MUT-III检查，数据显示栏显示怠速在650900rmin之间反复跳动。用检测仪清除原故障记录后，故障灯熄灭，但片刻后，故障灯重新点亮，怠速游车现象重复发生。就在操作人员准备拆检节气门体时，技术人员在对发动机系统进行认真分析后，要求清除空滤芯的灰尘，并清洗节气门。操作人员按此操作完毕后
