电子节气门控制系统英文缩写为ETC( Electronic Throttle Control System),它主要由以下部件组成: ①加速踏板位置传感器(APP); ②节气门电机(双向直流电机); ③节气门位置传感器(TPS); ④ECM。 APP安装在加速踏板总成的顶部,节气门电机和TPS位于电子节气门体总成中,如图8-1所示。APP将加速踏板位置信息传送给ECM,ECM结合当前发动机的工况计算出最佳的节气门开度,并与TPS检测的当前节气门位置进行对比,然后向节气门电机发出指令,控制节气门电机工作,将节气门调整到合适的开度。为了保证电子节气门控制系统正常工作节气门电机和节气门转轴之间有减速机构和负载弹簧,如图8-2。
加速踏板位置传感器:
APP用于检测加速踏板位置,并将其转化为电压信号传送给ECM,ECM以此来识别驾驶员的加速操作信息。APP有电位计式和非接触式两种,它们都采用冗余设计,即每个APP总成中有两个位置传感器。
1.电位计式电位计式APP中有两个线性输出的电位计,分别用APP1和APP2表示。每个电位计都是由ECM提供独立的5V参考电压、接地及信号输出电路。因此,APP总成有6个端子,如图8-3所示。当踩下加速踏板时,电位计滑臂随之移动,从而改变检测电路中的电阻值,检测电路的输出电压也随之改变。APP向ECM提供与踏板位移量成比例的信号电压,且APP1的信号电压约为APP2的两倍,如图8-4所示。例如,APP1在静止位置时的信号电压约为0.7V,在踏板完全踩下时信号电压约为4.5V,而APP2在静止位置时的信号电压约为0.36V,在踏板完全踩下时信号电压约为2.2V。
2.非接触式非接触式APP通常采用霍尔元件制成,其中包含霍尔元件和线性放大电路。由霍尔电压的计算公式:
节气门位置传感器:
1.类型TPS有电位计式和非接触式两种类型。电位计式TPS结构简单,成本较低,广泛应用在汽车发动机上。但是,电位计式TPS容易出现磨损、断路等故障。因此,有些发动机采用了非接触式TPs,它能够有效避免因TPS磨损而导致的发动机性能不良。
(1)电位计式TPS安装在节气门转轴一端,如图8-6所示。当节气门翻板转动时,节气门开度发生变化,TPS的状态也随之变化,并将节气门开度信息转换成电压信号发送给ECM。ECM根据TPS信号判断发动机的工况(如怠速工况、部分负荷工况、大负荷工况、加速工况、减速工况等),并根据不同工况控制燃油喷射、点火正时、怠速、碳罐清洗流量等。
电子节气门体的TPS也采用冗余设计,其内部有两个具有线性输出特性的转角电位计,如图8-7所示。两个电位计共用5V参考电压端子和参考接地端子,每个电位计有自己独立的信号端子,分别为TPS1和TPS2。两个电位计滑臂与节气门同轴安装,当节气门翻板转动时,电位计滑臂随之转动,从而改变检测电路中的电阻值,输出信号电压也随之改变,且与节气门开度成一定比例,如图8-8所示。TPS1的信号电压随着节气门开度的增大而上升,TPS2的信号电压随着节气门开度的增大而减小,且TPS1与TPS2的电压值相加约为5V。例如怠速时,TPS1的信号电压约为0.5V,TPS2的信号电压约为4.5V;
节气门全开时,TPS1的信号电压约为4.5V,TPS2的信号电压约为0.5V。
(2)非接触式非接触式TPS有霍尔型、磁阻型和电感应型等。迈锐宝使用的非接触式TPS为电感应型,它有3个端子,分别为5V参考电压、参考接地和信号端子。电感应型TPS由转子和定子组成,转子是金属导体,定子包括1个励磁线圈、3个感应线圈、模块及电子电路。电感应型TPS的结构如图8-9所示。
如图8-10所示,励磁线圈的输入电流为振荡电流,产生变化的磁场,从而使转子导体产生涡流,这时转子也产生磁场。三个感应线圈在励磁线圈磁场和转子涡流磁场的作用下产生感应电动势,转子的位置影响感应电动势的大小。三个感应线圈输出的信号经内部模块处理后,以数据信号的形式传输给发动机ECM。
2.作用节气门位置传感器的作用非常重要,它是ECM计算点火时刻和喷油控制的主要传感器之一。其功能如下:
(1)输入功能ECM随时监测TPS信号,获知发动机负荷信息,同时根据进气歧管绝对压力、发动机转速、冷却液温度和氧传感器信号等控制混合气浓度和点火正时。
(2)清除溢油起动发动机时,燃油喷射系统向发动机供给较浓的混合气,以便顺利起动。如果多次起动未成功,那么积存在气缸内的燃油蒸气就会浸湿火花塞,使发动机起动更加困难。火花塞被燃油蒸气浸湿的现象称为“溢油”。
如果在起动过程中节气门完全打开,ECM会大大减少供油或完全关闭喷油器,以帮助清除气缸内的燃油蒸气,使火花塞干燥,从而保证火花塞能正常跳火。这通常被称为“清除溢油”。ECM执行“清除溢油”程序需要同时满足3个条件:发动机转速较低(通常低于300r/min);节气门全开(或开度大于80%);点火开关位于起动位置。因此,起动发动机时,踩下加速踏板,不但没有必要,而且可能进入“清除溢油”程序,导致发动机无法起动。
(3)锁止离合器的控制在配置自动变速器的车辆上,ECM会将TPS信号通过串行数据总线分享给自动变速器控制模块(TCM),如果TCM检查到突然加速,它会释放液力变矩器中的锁止离合器,充分利变矩器的增扭功能,增加变速器的输入扭矩,以帮助变速器实现大的扭矩输出。
(4)诊断其他传感器TPS、MAF、MAP都可以反应发动机负荷信息,因此,TPS信号与其他传感器的信号对比可以快速诊断MAP和MAF。例如,如果TPS显示为节气门全开,MAF和MAP也应该表明现在发动机处于大负荷,否则,ECM将会生成关于TPS、MAF和MAP相关的故障码。
(5)AT换挡点选择节气门开度信息是自动变速器的重要换挡参数。如果节气门开度很大,表明车辆需要的驱动力比较大,因此,TCM延迟换挡,变速器在低速挡位工作,以获得比较大的扭矩输出使车辆获得更大的驱动力。如果节气门开度很小,换挡点将会出现在设计的最小车速上,以获得良好的燃油经济性。
(6)设定怠速如果TPS信号显示怠速,ECM将会通过怠速空气控制和点火控制来保持设定的怠速转速。如果TPS信号显示节气门离开怠速,燃油供给系统和点火系统将执行加速。如果节气门翻板卡住,怠速将不会正常。
(7)空调控制TPS信号用于牵引力控制和空调压缩机控制,如果ECM检测到节气门位置处于或向全开位置打开,空调压缩机离合器则不会结合,以满足车辆的牵引力需求。
(8)备用策略如果ECM检查到MAF或MAP失效,将会用TPS做备份。ECM利用发动机转速和节门位置计算点火正时和燃油需求,发动机可以继续运行,保证车辆能够行使至服务站。
节气门电机:
节气门电机是一台微型双向直流电机,通过A、B两个端子与ECM相连接。ECM根据APP信号判断驾驶员的意图,随后计算相应的节气门响应量(节气门开度),然后通过向节气门电机提供占空比电压,以实现节气门开度调整。
当节气门电机断电时,其内部的齿轮减速机构和双向弹簧使节气门翻板保持一个特定的开度,这个开度大于怠速状态的开度,此时节气门翻板所在的位置通常称为静止位置。当A、B两个端子之间的等效电压差值(代数差值)变化时,节气门电机转动,并带动节气门翻板转动;当电机的扭矩与节气门体内部弹簧扭矩平衡时,节气门电机停止转动,且保持位置不变,从而使节气门翻板也保持位置不变,实现节气门开度控制。
