新型汽车传感器与故障检测-大众直喷发动机EPC电子节气门系统

在电子节气门系统中，节气门不是通过加速踏板的拉索来控制的。节气门与加速踏板之间无机械式连接装置。加速踏板位置由两个加速踏板位置传感器传递给发动机ECU。这两个传感器与加速踏板一体，是可变电阻，且包在一个壳体内。加速踏板位置（驾驶人意愿）是发动机ECU的一个主要输入参数。节气门是由节气门控制单元内的一个电动机（即节气门控制器）来控制的，在整个转速及负荷范围内均有效。节气门由节气门控制单元根据发动机ECU指令来控制。当发动机不运转且点火开关打开时，发动机ECU根据加速踏板位置传感器的信息来控制节气门开度，也就是说，当加速踏板踩下一半时，节气门也打开一半；当发动机运转（有负荷）时，发动机ECU可能不依靠加速踏板位置传感器来打开或关闭节气门，也就是说，尽管加速踏板踩下一半，但节气门已完全打开。这样可以避免节流损失，另外还能在一定负荷状态下减少有害物质的排放并降低油耗。发动机所需转矩由发动机ECU通过节气门开度及进气压力确定。如果认为电子节气门(E-gas)仅是由一个或两个部件组成的，那么是完全错误的，因为它包括用于确定、调整及监控节气门位置的所有部件，如节气门控制单元、加速踏板位置传感器、EPC警告灯、发动机ECU等。

电子节气门体安装在空气流量计和发动机之间的进气管上，用来改变进气通道截面积，从而控制进气量和发动机运行工况。国产大众发动机都采用了电子控制节气门系统（以下简称电控节气门系统），该系统及其结构如图5-11所示。驾驶人踩下加速踏板，加速踏板位置传感器将加速踏板的位置信息转换为电信号，并传递给发动机ECU，ECU实时地将驾驶人输入的信号传递给节气门执行器（电动机），使节气门执行器将节气门转动到相应的角度。ECU可以独立于加速踏板的位置，调整节气门的位置。电控节气门系统的优点是利用该系统，发动机可以根据各种不同的需求（如驾驶人输入的信号、废气排放、燃油消耗以及安全性等）确定节气门的位置。

图5-11 国产大众发动机用电子节气门控制系统及其结构

（1）霍尔式加速踏板位置传感器的优点 浮动式传感器无摩擦，使用寿命长；整体式传感器不需要进行强制低速档基本设定。当车辆未进行加速时，薄金属盘位于传感器的最初位置，此时传感器内无相对运动，传感器信号电压最低；当踩下加速踏板时，在踏板机构元件的作用下，薄金属盘发生移动，切割磁场，传感器产生较大电压，薄金属盘的移动位置越大，感应输出的电压越高。国产大众新型电控节气门系统加速踏板位置传感器的结构及电压变化如图5-12所示。

（2）霍尔式加速踏板位置传感器失效影响

1）一个或两个传感器失效后，系统会有故障记忆，同时仪表上的EPC故障警告灯也会点亮。车辆的一些便捷功能，如定速巡航功能或发动机制动辅助控制功能，也将会失效。

2）一个传感器信号失真或中断，如果另一个传感器处于怠速工况，则发动机进入怠速工况；如果另一个传感器处于负荷工况，则发动机转速缓慢上升。

3）若两个传感器同时出现故障，则发动机高怠速（1500r/min）/怠速运转。

图5-12 国产大众新型电控节气门系统加速踏板位置传感器的结构及电压变化

电控节气门系统的最大优点是可以实现发动机全范围的最佳转矩输出。，该系统具有牵引力控制、巡航控制等多种功能，提高了车辆动力性、经济性、操纵稳定性、排放控制和乘坐舒适性，保证了车辆的最佳动力性和燃油经济性。

1.电子节气门控制策略

(1)基于发动机转矩需求的节气门控制 电子节气门的开度并不是完全由加速踏板位置决定的，而是发动机ECU根据当前行驶状况下，整车对发动机的全部转矩需求，计算出节气门的最佳开度，从而控制电动机驱动节气门达到相应的开度。因此，节气门的实际开度并不完全与驾驶人的操作意图一致。ECU根据整车对转矩的需求计算出所需的理论转矩，而实际转矩则是通过发动机转速、点火提前角和发动机负荷信号求得。在发动机转矩的调节过程中，ECU首先将实际转矩与理论转矩进行对比，如果两者有偏差，则发动机电控系统将通过适当的调节作用，使实际转矩值和理论转矩值一致。

(2)传感器冗余设计电控节气门系统采用两个加速踏板位置传感器和两个节气门位置传感器，传感器两两反接，以实现阻值的反向变化，即两个传感器阻值变化量之和为零。对两个传感器施以相同的电压，两者输出的电压信号也相应地进行反向变化，且其和始终等于供电电压。该设计可使两个传感器相互检测，当一个传感器发生故障时，能及时地被识别，在很大程度上增加了系统的可靠性，保证了行车的安全性。

(3)可选工作模式驾驶人可根据不同的行车需要，通过模式开关选择不同的工作模式。工作模式通常有正常模式、动力模式和雪地模式3种，区别在于节气门对加速踏板响应速度的大小。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；动力模式下，节气门对加速踏板的响应速度增大，发动机能提供额外的动力：雪地、雨天等路面附着情况较差的工况下，驾驶人可选择雪地模式驾驶车辆，此时节气门对加速踏板的响应速度减小，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，导致发动机的输出动力下降。此时电控节气门系统可按照大气压与海拔的函数关系，对节气门开度进行补偿，使发动机的输出动力和加速踏板位置的关系保持稳定。

（5）控制功能的扩展及其原理 现代电子节气门则独立成一个系统，具有多种控制功能，既提高了行驶可靠性，又使结构简化，成本降低。电控节气门系统的主要控制功能有牵引力控制（ASR）、巡航控制（CCS）、怠速控制（ISC）、减少换档冲击控制等。

2.大众奥迪、高尔夫A61.4 TSI电控节气门系统

加速踏板位置传感器由两霍尔式传感器G79和G185组成，其作用是将驾驶人意图输送给发动机ECU。由此产生反映加速踏板的位移和变化速率的电压信号输入ECU反映汽车的工作状况。节气门控制部件由节气门驱动装置G186、节气门位置传感器G187和G188组成。节气门驱动装置G186是一个伺服电动机，由发动机ECU控制，端子3和端子5之间的阻值约为2.0Ω。G187和G188是两个线性可变电阻式节气门位置传感器，该传感器将节气门的位置信号传送给发动机ECU，这两个角度传感器是相互独立的电路。电子节气门加速踏板位置传感器及EPC警告灯的连接电路分别如图5-13、图5-14及图5-15所示。

节气门驱动装置的直流电动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冲宽度调制信号的占空比来控制直流电动机转角的大小。节气门由节气门驱动装置根据发动机ECU的指令来控制，当发动机不运转，且点火开关打开时，发动机ECU根据加速踏板位置传感器输出的信息来控制节气门控制器。也就是说，当加速踏板踩下一半时，节气门驱动装置以同样的尺度打开节气门，即节气门也打开一半。当发动机运转时（有负荷），发动机ECU可独立于加速踏板位置传感器来打开或关闭节气门，这样，即使加速踏板只踩下一半，但节气门则可能完全打开了。该电控节气门系统的优点是避免节气门的节流损失，明显地改善了有害物质的排放，降低了油耗。

组合仪表上的电子功率控制（Electronic Power Control，EPC）警告灯，也就是电控节气门系统（E-gas）警告灯。当发动机运转时，如果电控节气门系统发生故障，则EPC警告灯点亮，同时发动机ECU的故障存储器会记录该故障。

电控节气门系统是通过ECU来调整节气门的，因此电控节气门系统可以设置各种功能来改善车辆行驶的安全性和舒适性，其中最常见的就是ASR（牵引力控制系统）和速度控制系统（巡航控制）。

驾驶人操纵加速踏板，加速踏板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人意图，计算出对发动机转矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值；再经过CAN总线和整车控制单元进行通信，获取其他工况信息以及各种传感器信号，如发动机转速、变速器档位、节气门位置、空调能耗等；由此计算出整车所需求的全部转矩，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值，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电动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。

图5-13 电子节气门的控制电路图

G40—霍尔传感器 G186—电控节气门操纵机构的节气门驱动装置 G187—电控节气门操纵机构的节气门驱动装置角度传感器1 G188—电控节气门操纵机构的节气门驱动装置角度传感器2 G520—进气温度传感器3 G583—进气管压力传感器3 J338—节气门控制单元 J519—中央电器控制单元 J623—发动机控制单元（安装在排水槽内中部）T3d—3芯D插头连接 T6x—6芯X插头连接 T60—60芯插头连接 220—搭铁连接（传感器搭铁，在发动机导线束中） D101—连接1（在发动机室导线束中）(www.xing528.com)

sw—黑色 rt—红色 br—棕色 bl—蓝色 vi—紫色 gn—绿色 ge—黄色

图5-14 加速踏板位置传感器的电路图

G39—氧传感器 G79—加速踏板位置传感器 G185—加速踏板位置传感器2 J519—中央电器控制单元 J623—发动机ECU（安装在排水槽内中部） T6h—6芯插头连接 T6w—6芯插头连接（安装在发动机室内后部） T94—94芯插头连接 Z19—氧传感器加热 E30—连接（87a，在发动机导线束中）

ws—白色 sw—黑色 rt—红色 br—棕色 bl—蓝色 gn—绿色 gr—灰色 ge—黄色

图5-15 EPC警告灯的连接电路图

J119—多功能显示器 J285—仪表板控制单元 J519—中央电器控制单元 J533—数据总线诊断接口（安装在左侧脚部空间内，中控台附近） K83—废气警告灯 K132—EPC故障信号灯 T16—16芯插头连接 T20—20芯插头连接 T32—32芯插头连接 T52c—52芯插头连接 B383—连接1（驱动系统高速CAN总线，安装在主导线束中） B390—连接1（驱动系统低速CAN总线，安装在主导线束中） B397—主导线束中的连接1（舒适/便捷功能CAN总线，高速） B398—主导线束中的连接2（舒适/便捷功能CAN总线，高速） B406—主导线束中的连接1（舒适/便捷功能CAN总线，低速） B407—主导线束中的连接2（舒适/便捷功能CAN总线，低速） ∗—诊断接口

ws—白色 sw—黑色 br—褐色 gn—绿色 vi—紫色 gn—绿色 ge—黄色 or—橘黄色

3.EPC警告灯功能的检查

打开点火开关，EPC警告灯应点亮，起动发动机后，如果故障存储器中没有关于电控节气门系统的故障，则EPC警告灯将熄灭，否则应进行检查（可利用VAS 5052引导功能对EPC警告灯进行检查）。

1）如果开始时EPC警告灯不亮，则应检查从发动机ECU到EPC警告灯的连接导线。

检查方法：关闭点火开关，接上检测盒VAG 1598/31，但不接发动机ECU，用VAG 1594连接检测盒上的插孔1和EPC警告灯的搭铁端，打开点火开关，EPC警告灯应点亮；如果EPC警告灯不亮，则检查组合仪表板内EPC警告灯是否烧坏，或按连接电路图检查EPC警告灯供电情况；如果EPC警告灯和供电都正常，则按连接电路图排除发动机ECU到EPC警告灯之间的连接导线的短路或断路处；如果连接导线无故障，则应更换发动机ECU。

2）如果EPC警告灯亮的时间超过3s，或EPC警告灯一直亮，则应检查连接导线是否搭铁短路。

检查方法：起动发动机并怠速运转，如果EPC警告灯不熄灭，则读取故障码；如果无故障码，则关闭点火开关，接上检测盒VAG 1598/31，但不接发动机ECU，检查VAG 1598/31和EPC警告灯搭铁端与组合仪表板端子间的导线连接是否搭铁短路。规定值应为无穷大，如果未达到规定值，则按电路图排除发动机ECU到EPC警告灯之间的连接导线搭铁短路处；如果连接导线无故障，则应更换发动机ECU。

4.节气门位置传感器G187和G188的检查

将VAS 5052连接到诊断座上，起动发动机，输入发动机ECU，选择功能“读测量数据块”，显示区1显示节气门位置传感器1G187的开度百分比，规定值为3%～93%；显示区2显示节气门位置传感器2 G188的开度百分比，规定值为3%～97%；显示区3显示加速踏板位置传感器1G79的开度百分比，规定值为12%～97%；显示区4显示加速踏板位置传感器2 G185的开度百分比，规定值为4%～49%。怠速时，显示区1至显示区3的相应值为8%～18%，显示区4的相应值为3%～13%。缓慢地将加速踏板踩到底，显示区1节气门位置传感器1 G187的开度百分比值应均匀升高，变化范围为3%～93%，而显示区2节气门位置传感器2 G188的开度百分比值应均匀降低。如果显示值达不到上述要求，则应检查节气门控制部件的供电情况及连接导线，尤其要注意插头是否松动或锈蚀。如果供电情况及导线连接正常，则更换节气门控制部件。

5.节气门控制部件供电和连接导线的检查

拔下节气门控制部件插头，打开点火开关，用万用表测量插头T6x/2与T6x/6、T6x/2与搭铁之间的电压值，应约为5V，T6x/3（正）与T6x/5（负）之间的电压值应约为12V。若达不到上述要求，则按照电路图检查节气门控制部件插头6个端子至发动机ECU相应端子之间的连接导线是否断路，然后检查导线相互之间是否导通（导线最大阻值为1.5Ω）。

6.发动机ECU同节气门控制部件

J338匹配即指当电源供应中断、更换了节气门控制部件或更换了发动机ECU时，发动机ECU必须与节气门控制部件进行匹配（即自适应或自学习基本设定：01-04-060断电或更换控制单元和节气门后，必须执行）。通过匹配，发动机ECU学习了节气门在不同位置时的特性参数，并将这些参数存人发动机ECU。节气门位置由两个节气门位置传感器来反馈。匹配的条件为故障存储器中没有故障存储，蓄电池电压至少应为12.7V，冷却液温度在10～95℃之间，进气温度在10～90℃之间，发动机不运转，点火开关打开，不踩加速踏板。进行匹配时，将VAS 5052连接到诊断座上，打开点火开关，保持6s以上，进入发动机ECU，选择功能“基本设置”。不要操纵加速踏板，且发动机ECU识别出“学习需要”时，匹配过程会自动完成（匹配过程是否完成是看不出来的）。当存储的节气门位置传感器电压值与实测值在某一误差范围内不一致时，才能识别出“学习需要”。

7.加速踏板位置传感器G79和G185

加速踏板连接导线有6根，分别为两个霍尔传感器G185和G79的信号线，连接至发动机ECU，检查时将VAS 5052连接到诊断座上，起动发动机，进入发动机ECU，选择功能“读测量数据块”。缓慢地将加速踏板踩到底，同时注意显示区3和4的百分比值，都应均匀升高，并且显示区3中的显示值应总是显示区4的2倍。如果显示值没有达到此要求，则继续进行下一步检查。拆下杂物箱，拔下加速踏板位置传感器插头。打开点火开关，测量插头端子T6h/l和T6h/5之间电压约为5V、T6h/2和T6h/3约为5V。按电路图检查加速踏板位置传感器捅头各端子至发动机ECU线束端子之间的导线是否断路，然后检查导线相互之间是否导通。打开点火开关，松开加速踏板位置传感器G79，正常电压值为0.9～1.2V，完全踩下时的电压值不小于4V;打开点火开关，松开加速踏板位置传感器G185，正常电压值为0.4～1.OV，完全踩下时的电压值不小于3.6V。如果连接导线无故障，则应更换加速踏板位置传感器。

8.强制降档自适应

如果更换了加速踏板位置传感器或发动机ECU，对于安装自动变速器的汽车，必须进行强制降档自适应操作。将VAS 5052连接到诊断座上，起动发动机，进入发动机电控系统，选择功能“基本设置”。显示区1显示加速踏板位置传感器1G79的开度百分比，规定值为79%～94%：显示区2显示加速踏板位置传感器2G185的开度百分比，规定值为79%～94%：显示区3显示加速踏板位置，应显示“Kick down”：显示区4显示白适应状态，可能显示“ADPi.o.”“ERROR”“ADPlauft”等。自适应完成应显示“ADPi.o.”，表示要求“操纵强制降档功能”。应立即踩下加速踏板，一直踩过强制降档作用点，并保持该状态至少2s。注意在强制降档作用点自适应过程中，VAS 5052屏幕上会显“Kick down ADPlauft”，完成自适应后会显示“Kickdown ADPi.o.”。