汽车电喷发动机节气门：作用、组成及失效保护

电子节气门能够根据驾驶人的需求以及整车不同的行驶状况确定节气门的最佳开度，保证车辆获得最佳的动力性和燃油经济性，并具有牵引力控制、巡航控制等控制功能，提高安全性和乘坐舒适性。采用电子节气门控制系统可避免传统节气门在时间上滞后现象的发生，而对节气门开度控制精度提高，将会改善发动机的燃油经济性能及排放性能。

电子节气门系统由两个加速踏板位置传感器、怠速开关和节气门全开开关、两个节气门位置传感器、节气门开度控制电动机、EPC故障灯、制动踏板开关、制动灯开关、手动变速器的离合器踏板开关等组成。

1.加速踏板位置传感器

电子节气门系统有两个加速踏板位置传感器，属于霍尔式传感器，分别将加速踏板的移动量和移动速度转换成电信号输送给发动机控制单元。以大众车系为例，分由两个电位器传感器G79、G185组成，其中一个传感器电阻值呈线性增加，另一个传感器电阻值呈线性下降；由此产生的电压信号输送给发动机控制单元，以反映加速踏板踩下的程度和速率的变化，用于处理信息和控制节气门，见图3-38。当EPC系统出现故障时，EPC故障灯进行报警。

控制系统根据两个信号来确定踏板位置，见图3-39。两个信号值正好相反，形成对比。在同一基准电压下工作，基准电压由控制单元提供。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，并输入控制单元。两个电位器传感器反接，实现阻值的反向变化，即两个传感器阻值变化量之和为零。控制单元对两个传感器施加相同的电压，两者输出的电压信号也相应反向变化，且其和始终等于控制单元输入的信号电压（5V）。当EPC系统出现故障时，EPC故障灯进行报警。

图3-38 电子节气门系统

图3-39 加速踏板位置传感器

另外，加速踏板总成还设置了一个怠速开关以及一个节气门全开开关。这两个开关分别对应于驾驶人的最小与最大输入意图。采用加速踏板总成的第二个目的就是让驾驶人仍然能够体验到被替换掉的机械式钢索和弹簧所产生的“脚感”。

2.加速踏板位置传感器进入失效保护

1）一个加速踏板位置传感器（电位计）信号失真或中断，如果另一个传感器处于怠速位置，则发动机进入怠速工况。

2）如果是负荷工况，系统会自动进入紧急操作状态，则发动机转速上升缓慢，最高车速限制在120km/h。

3）若两个传感器同时出现故障，则发动机只有高怠速。

3.节气门位置传感器G187、G188

节气门位置传感器有两个，同样属于可变电阻式传感器，负责向系统反馈节气门位置信号。其中一路电子节气门电阻值呈线性增加，另一路电子节气门电阻值呈线性下降。由此产生的电压信号（节气门的位置信息）输送给发动机控制单元，以反映节气门开度和开启速率的变化，用于处理信息和控制节气门，能够将节气门的位置信息反馈给控制单元，形成闭环控制。这样，当控制单元把指令传给调节电动机后，电动机就能够根据传感器反馈的信息正确地让节气门阀片转动定位。装两个传感器是为了精确和备用。

4.节气门位置传感器进入失效保护

1）当一个传感器坏时，系统使用另一个传感器信号，对加速踏板响应不变，但会出现加速无力、换档冲击、巡航系统关闭、EPC故障灯亮、存储故障码。

2）当两个信号中断，发动机在1500r/min左右运行，踩加速踏板无反应。EPC故障灯亮，有故障码存储。

注意：节气门位置传感器、怠速空气阀与节气门体为一体式结构，当节气门位置传感器或者怠速控制阀出现故障时，应当更换节气门体总成。(www.xing528.com)

5.节气门控制电动机

图3-40 节气门控制电动机

节气门控制电动机根据车型不同分为直流电动机式和步进电动机式两种，见图3-40。电动机接受系统命令，控制节气门开度。电动机内部有两个方向相反的磁场，并采用脉宽调制技术控制其中一个磁场相对于另一个磁场的大小。通过增大脉冲持续时间的百分比来增加调节电动机的转动角度，也就是说，脉冲持续的时间越长，调节电动机让节气门阀片转动的角度就越大。控制电动机能够让节气门阀片在1°～80°的范围内转动，以得到期望的节气门开度。在典型的电子节气门控制系统中，电动机根据控制单元的指令调节节气门阀片的偏转角度，对于节气门阀片的大部分转动位置，其定位精度一般都在±0.5°的范围内。当发动机怠速空转时，阀片的转角精确度甚至能控制在±0.1°的范围内。出现故障后，进入紧急运行模式，由弹簧将节气门打开到一定角度，系统运行高怠速，踩加速踏板没反应。EPC故障灯亮，存储故障码。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。早期以使用步进电动机为主，步进电动机精度较高、能耗低、位置保持特性较好，但其高速性能较差，不能满足节气门较高的动态响应性能的要求，所以现在比较多地采用直流电动机，直流电动机精度高、反应灵敏、便于伺服控制，适合急加速的快速反应。

作为一种安全保险措施，节气门阀片采用弹簧装置支撑，这样，一旦电子节气门控制系统出现故障的时候，节气门阀片能够在弹簧的作用下回到怠速空转时的位置，即在回位弹簧的作用下将开启8°左右。

为适应牵引力控制系统的发动机控制的要求，在驱动轮由TCS施加制动时，电动机自动减小节气门开度，以免损坏变速器。

电子节气门通过在换档期间对节气门的开度进行控制，优化了自动变速器在换档时的振动，提高了操作平顺性。简化了巡航控制系统，取消了巡航执行机构，直接由节气门控制电动机进行巡航控制。

6.驾驶性能优化功能

使用电子节气门的车辆，在驾驶人突放松加速踏板后，为了使乘员不会感到一种突然的制动，驾驶性能优化功能开始作用，控制发动机转矩使其平缓下降，以提高车辆的驾驶性能。在这种功能作用期间，如果发动机控制单元收到离合器开关由0变为1的信号（即表示驾驶人踩下了离合器），则该功能中止。因为踩下离合器后，发动机与变速器的连接脱开，此时发动机转速下降的制动效应已经不会作用在车身上了，发动机控制单元就不再故意控制节气门开度的下降速度，即控制发动机转矩的下降速率，发动机转速也就正常下降，不会产生明显冲击。踏板开关信号反馈离合器踏板位置，踏板踩下，负载变化功能关闭。系统不对其进行监控，故无故障码存储，也无替代值。如果在踩下离合器之前，已经因为脚放在离合器踏板上并施加了一定的力使得离合器开关信号由0变为1了，同时车辆也以超过2.5km/h的车速行驶了超过5s，那么此时如果突然放松加速踏板并同时踩下离合器踏板，就会出现发动机转速上冲的情况。发动机转速上冲的多少取决于突放松加速踏板前的节气门开度以及离合器踏板踩下的时机，节气门开度越大，踩下离合器踏板的时刻与放松加速踏板的时刻越接近，则转速上冲会越高。档位越高，上冲转速也越高。

7.制动踏板开关和制动灯开关

制动踏板开关信号反馈制动踏板位置信号，控制单元收到踏板信号后，关闭巡航。如制动踏板传感器损坏，由怠速信号替代。

图3-41 EPC故障灯

8.EPC故障灯

EPC故障灯（图3-41）提示信号，监控电子加速踏板系统与节气门控制单元各传感器的工作状况。系统正常时打开点火开关3s自检后熄灭。当系统出现故障时，故障灯闪烁，提示驾驶人系统有故障。同时，电磁离合器被分离，节气门不再受电动机控制。发动机控制单元记录故障信息。此时节气门在回位弹簧的作用下将开启8°左右，发动机转速在3000r/min以下，发动机抖动严重，加速踏板控制失效。为“跛行回家”模式。若故障灯出现故障，发动机工作不受影响。EPC故障灯亮后，发动机转速最高达到3000r/min，动力明显不足。

9.电子节气门控制系统的优点

电子节气门系统能改善发动机的排放性能。例如，在汽车减速的时候，驾驶人的脚脱离加速踏板而去踩制动踏板，同时也就关掉了节气门阀片，此时发动机继续转动则会造成很高的进气歧管真空度，这种高的真空度将会导致供油方面的故障。通过加速踏板总成和步进电动机之间设置一个控制软件，可以实现发动机的HC和NO_x的排放量减少15%左右。

点火开关打开后，不要手动转动节气门，一定要使用诊断仪驱动节气门进行开启测试。