豐田卡羅拉汽車智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)原理及檢測(cè)

劉漢森

（廣西交通技師學(xué)院，廣西 南寧 530001）

1 汽車智能電子節(jié)氣門的分類

目前，汽車智能電子節(jié)氣門一般由傳感器和執(zhí)行器兩部分構(gòu)成。按傳感器的工作原理不同，電子節(jié)氣門分為滑動(dòng)電阻膜式和霍爾式兩種；執(zhí)行器部分都是通過(guò)控制電機(jī)及減速齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門?；瑒?dòng)電阻膜式傳感器電子節(jié)氣門工作原理：當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度變化時(shí)傳感器的電阻產(chǎn)生變化，從而改變輸出信號(hào)，在大眾系列汽車上應(yīng)用廣泛?；魻柺絺鞲衅麟娮庸?jié)氣門工作原理：當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度變化時(shí)改變傳感器內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出與節(jié)氣門開(kāi)度變化相適應(yīng)的霍爾信號(hào)，在豐田系列汽車上廣泛使用。

2 豐田卡羅拉汽車智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)

豐田卡羅拉汽車智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)由加速踏板位置傳感器、節(jié)氣門體和電子控制單元ECM三部分組成，如圖1所示。

2.1 加速踏板位置傳感器

加速踏板位置傳感器安裝在油門踏板支架上，將踏板踩下的量 （角度）傳輸給電子控制單元ECM，如圖2所示。豐田1ZR發(fā)動(dòng)機(jī)加速踏板位置傳感器有VPA（主）和 VPA2（副）2個(gè)傳感器，該傳感器為非接觸型，使用霍爾效應(yīng)元件，產(chǎn)生的信號(hào)電壓VPA和VPA2在0～5 V之間變化，并與油門踏板工作角度成線性關(guān)系。VPA信號(hào)，傳輸實(shí)際油門踏板開(kāi)度 （節(jié)氣門開(kāi)度），用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)；VPA2信號(hào)，傳輸VPA電路的狀態(tài)信息，用于檢查油門踏板位置傳感器自身情況。ECM通過(guò)VPA和VPA2的信號(hào)監(jiān)視實(shí)際油門踏板開(kāi)度（節(jié)氣門開(kāi)度），根據(jù)這些信號(hào)控制節(jié)氣門電機(jī)的工作狀態(tài)。

圖2 加速踏板位置傳感器結(jié)構(gòu)原理

2.2 節(jié)氣門體

節(jié)氣門體包括節(jié)氣門、節(jié)氣門電機(jī)和節(jié)氣門位置傳感器等，如圖3所示。

節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體總成上，用于檢測(cè)節(jié)氣門開(kāi)度。該傳感器也是非接觸型，使用霍爾效應(yīng)元件，在極端的行駛條件下，也能產(chǎn)生精確的信號(hào),節(jié)氣門位置傳感器電路原理如圖4所示。

節(jié)氣門位置傳感器有VTA1和VTA2兩個(gè)傳感器。VTA1用于檢測(cè)節(jié)氣門開(kāi)度，VTA2用于檢測(cè) VTA1的故障。傳感器信號(hào)電壓與節(jié)氣門開(kāi)度成正比，在0～5 V之間變化。當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)，傳感器輸出電壓最低；當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)啟時(shí)，傳感器輸出電壓升高，ECM根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算節(jié)氣門開(kāi)度，并響應(yīng)駕駛員輸入來(lái)控制節(jié)氣門控制電機(jī)的動(dòng)作。這些信號(hào)同時(shí)也用來(lái)計(jì)算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切斷控制。

節(jié)氣門控制電機(jī)采用了反應(yīng)靈敏度高、耗能少的直流電動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECM控制流向節(jié)氣門電機(jī)的電流大小和方向，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或維持不動(dòng)，并通過(guò)減速齒輪打開(kāi)／關(guān)閉節(jié)氣門或維持節(jié)氣門固定開(kāi)度。

圖3 節(jié)氣門體結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 節(jié)氣門位置傳感器電路原理

2.3 電子控制單元ECM

智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)以及自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)共用一個(gè)電子控制單元ECM，在智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中，它接收加速踏板位置傳感器的信號(hào)VPA及VPA2，根據(jù)該信號(hào)控制節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)或維持，使節(jié)氣門打開(kāi)／關(guān)閉或維持固定的開(kāi)度，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量；當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度變化時(shí)，節(jié)氣門位置傳感器產(chǎn)生與其開(kāi)度相適應(yīng)的信號(hào)傳輸給ECM，ECM根據(jù)該信號(hào)及發(fā)動(dòng)機(jī)其它信號(hào)，修正噴油量和點(diǎn)火提前角，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作狀態(tài)。

3 豐田卡羅拉汽車智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障（表1） 及檢測(cè)

3.1 加速踏板位置傳感器的檢測(cè)

1）加速踏板位置傳感器有2個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器3根導(dǎo)線，VCP2、VPA2和EPA2是一個(gè)傳感器，VCPA、VPA和EPA為另一個(gè)傳感器；VCP2、VCPA是傳感器的電源線，VPA2、VPA是傳感器的信號(hào)線，EPA2、EPA是傳感器的搭鐵線。加速踏板位置傳感器線束連接器的各根導(dǎo)線與ECM的連接關(guān)系如圖5所示。

表1 電子節(jié)氣門系統(tǒng)常見(jiàn)的故障及其原因

圖5 加速踏板位置傳感器線束連接器

圖6 加踏板位置傳感器的檢測(cè)

2）加速踏板位置傳感器電源線VCP2電壓的測(cè)量

傳感器電源線測(cè)量如圖6所示。斷開(kāi)加速踏板位置傳感器線束連接器，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)旋至ON，用萬(wàn)用表測(cè)量1號(hào)腳的直流電壓，其電壓值應(yīng)為4.5～5.5 V。如果測(cè)得電壓值為0，斷開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)蓄電池負(fù)極和ECM連接器，用萬(wàn)用表測(cè)量傳感器1號(hào)腳與ECM連接器VCP2腳 （圖5） 之間的電阻，電阻值無(wú)窮大為傳感器VCP2線路斷路。如果電阻值約等于0，則用萬(wàn)用表測(cè)量傳感器1號(hào)腳與車身搭鐵之間的電阻，如果電阻值約等于0為1號(hào)線有短路故障，如果電阻值無(wú)窮大，則為ECM故障。

3）加速踏板位置傳感器搭鐵線EPA2的測(cè)量

學(xué)習(xí)化學(xué)若離開(kāi)了實(shí)驗(yàn)，就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木、紙上談兵。作為教師要研究教材、研究實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)好化學(xué)實(shí)驗(yàn)，充分挖掘?qū)嶒?yàn)在教學(xué)中的作用。在化學(xué)課堂教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行增趣、補(bǔ)充、對(duì)比、探究等多方面的拓展，甚至對(duì)靜態(tài)的習(xí)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)拓展，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、思維能力和創(chuàng)新能力，從而提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)旋至OFF，用萬(wàn)用表測(cè)量2號(hào)腳與車身搭鐵之間的電阻，其電阻值約0，否則為加速踏板位置傳感器線束連接器2號(hào)腳與ECM連接器EPA2腳 （圖5）之間有斷路或ECM搭鐵不良。

4）加速踏板位置傳感器信號(hào)線VPA2信號(hào)電壓的測(cè)量

接好加速踏板位置傳感器線束連接器，用輔助線把3號(hào)線引出，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)旋至ON，用萬(wàn)用表測(cè)量3號(hào)腳的直流電壓，隨加速踏板的變化其電壓值在0～5 V之間線性變化,踏板越高電壓越小，踏板越低電壓越大，否則為傳感器有故障。

5）加速踏板位置傳感器線束連接器4、5、6號(hào)腳是另外一個(gè)傳感器，其檢測(cè)方法與1、2、3號(hào)腳的檢測(cè)方法相同。

3.2 節(jié)門位置傳感器及節(jié)氣門控制電機(jī)的檢測(cè)

節(jié)門位置傳感器及節(jié)氣門電機(jī)共用一個(gè)線束連接器，有6個(gè)針腳，M+、M-為節(jié)氣門電機(jī)線，VC、E2分別為節(jié)氣門位置傳感器電源線和搭鐵線，VTA1、VTA2是節(jié)氣門位置傳感器2個(gè)信號(hào)線。連接器的各根導(dǎo)線與ECM的連接關(guān)系如圖7所示。

圖7 節(jié)門位置傳感器及節(jié)氣門控制電機(jī)線束連接器

1）節(jié)氣門控制電機(jī)的的測(cè)量（圖8）

2）節(jié)氣門位置傳感器電源線VC電壓的測(cè)量

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)旋至ON，用萬(wàn)用表測(cè)量連接器5號(hào)腳的直流電壓，其電壓值應(yīng)為4.5～5.5 V，否則為節(jié)氣門位置傳感器連接器與ECM之間有斷路、短路或ECM故障。

3）節(jié)氣門位置傳感器搭鐵線E2的測(cè)量

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)旋至OFF，用萬(wàn)用表測(cè)量3號(hào)腳與車身搭鐵之間的電阻，其電阻值約0，否則為連接器與ECM之間有斷路或ECM搭鐵不良。

4）節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)線VTA1及VTA2信號(hào)電壓的測(cè)量 （圖9）

圖8 節(jié)氣門控制電機(jī)的檢測(cè)

圖9 節(jié)氣門位置傳感器的檢測(cè)

接好線束連接器，用輔助線把4號(hào)線及6號(hào)線引出，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)旋至ON， 用萬(wàn)用表分別測(cè)量4號(hào)線及6號(hào)線的直流電壓。隨著節(jié)氣門開(kāi)度的變化，4號(hào)線 （VTA2）電壓在2.55～5 V之間線性變化，6號(hào)線 （VTA1）電壓在0.93～5 V之間線性變化，而且信號(hào)電壓均隨著節(jié)氣門開(kāi)度的增大而升高，隨著節(jié)氣門開(kāi)度的減小而降低。如果電壓值為0則是傳感器有故障，如果電壓值固定無(wú)變化或達(dá)不到最大值，為節(jié)氣門卡滯或電機(jī)不轉(zhuǎn)，需要檢查節(jié)氣門電機(jī)或清洗節(jié)氣門。

3.3 清洗節(jié)氣門 （圖10）

長(zhǎng)時(shí)間使用的節(jié)氣門會(huì)有積炭、污垢、結(jié)膠，使節(jié)氣門卡滯、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、難回位，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)、加速不良等現(xiàn)象。節(jié)氣門積炭、污垢、結(jié)膠是非電控系統(tǒng)的故障，用解碼器等診斷儀器無(wú)法讀出故障碼，但其數(shù)據(jù)流是不正常的，即輸出的信號(hào)與加速踏板的高低是不匹配的。可以用節(jié)氣門專用清洗劑對(duì)節(jié)氣門進(jìn)行清洗，恢復(fù)節(jié)氣門的正常功能。定期清洗節(jié)氣門也是汽車維護(hù)保養(yǎng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

圖10 節(jié)氣門清洗前后的比較

3.4 清除故障碼

把檢修后的加速踏板位置傳感器和節(jié)氣門總成安裝良好，連接好所有的線束連接器，連接解碼器，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，讀取故障碼，然后清除故障碼，直至發(fā)動(dòng)機(jī)怠速平穩(wěn)，加速良好，而且無(wú)故障碼。