電子節(jié)氣門體結(jié)構(gòu)原理及失效模式分析

李蕓蕓， 張 淼， 劉志強(qiáng)， 高正麗， 沈 源， 王瑞平，2

（1.寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司，浙江 寧波 315336；2.浙江吉利動力總成有限公司，浙江 寧波 315800）

1 電子節(jié)氣門體結(jié)構(gòu)及工作原理

節(jié)氣門體是汽車發(fā)動機(jī)的重要組成部件，空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)都需經(jīng)過節(jié)氣門體，進(jìn)入空氣的量也是由節(jié)氣門體控制?？諝饬鹘?jīng)節(jié)氣門體、進(jìn)氣歧管后與汽油一起進(jìn)入缸內(nèi)燃燒。節(jié)氣門體分為傳統(tǒng)機(jī)械節(jié)氣門和電子節(jié)氣門體兩種，老式傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)一般使用的是機(jī)械節(jié)氣門，是通過拉索或者拉桿接油門踏板和節(jié)氣門連動板，通過駕駛員踩踏油門踏板直接拉動節(jié)氣門連動板，控制連動板的開啟程度來工作；電子節(jié)氣門體是通過踏板及電子節(jié)氣門體內(nèi)部的位置傳感器、電機(jī)和ECU來控制電子節(jié)氣門的開啟角度并反饋信號，從而精確控制進(jìn)氣量［1］。隨著科技的發(fā)展及人們對汽車的駕駛性要求越來越高，電子節(jié)氣門體逐漸取代機(jī)械節(jié)氣門體，目前市場上新型發(fā)動機(jī)都已經(jīng)在使用電子節(jié)氣門體。

電子節(jié)氣門體由殼體、電機(jī)、閥片、閥軸、位置傳感器、回位彈簧、傳動齒輪、扇形齒輪、密封圈、軸端蓋、軸承、蓋板等組成［2］，如圖1所示。電機(jī)、閥片、閥軸、傳動齒輪、扇形齒輪和位置傳感器都是保證電子節(jié)氣門能按目標(biāo)要求打開和關(guān)閉［3］；回位齒輪是保證電子節(jié)氣門體能順利返回以及在節(jié)氣門體失效時，ECU進(jìn)行失效保護(hù)，切斷電機(jī)電源后電子節(jié)氣門體能順利回到跛行位置，保證汽車能運(yùn)行至服務(wù)站；殼體、頂蓋、密封圈及軸端蓋能保證電子節(jié)氣門體內(nèi)部運(yùn)動件在一個封閉無塵無水的環(huán)境中工作，提高電子節(jié)氣門體的可靠性。

圖1 電子節(jié)氣門體結(jié)構(gòu)圖

電子節(jié)氣門體的作用主要是通過油門、ECU及電子節(jié)氣門體本體直接來控制進(jìn)入空氣的量從而間接控制噴油量來保證汽車按要求運(yùn)行。駕駛員通過路況判斷來控制油門踏板，油門踏板上的位置傳感器讀取油門踏板的踩踏程度反饋到ECU，ECU通過接收到的信號驅(qū)動電子節(jié)氣門體里的電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動后通過齒輪傳遞至閥軸［4］，控制閥軸上閥片打開，閥片的開度大小通過電子節(jié)氣門體內(nèi)部的位置傳感器發(fā)出兩路位置信號反饋給ECU進(jìn)行診斷開度位置是否正確，確定是否需要持續(xù)給予高頻電壓，繼續(xù)增加閥片開度。

2 電子節(jié)氣門體的特點(diǎn)

1）通過ECU及電子節(jié)氣門體上的位置傳感器可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)全范圍的最佳扭矩輸出［5］。

2）能精確地控制電子節(jié)氣門體閥板的開度，從而實(shí)現(xiàn)燃燒最優(yōu)化，使發(fā)動機(jī)的排放性能提高［5］。

3）車輛運(yùn)行可靠性、安全性提高，電子節(jié)氣門體里使用的位置傳感器可以輸出兩路位置信號，兩路信號都輸出正確才能保證電子節(jié)氣門體正常工作，其中一路出問題，電子節(jié)氣門體就會進(jìn)入失效保護(hù)模式，從而大大提高電子節(jié)氣門體的可靠性及安全性。

4）為考慮不同人群的需求，車輛會配置運(yùn)動模式和經(jīng)濟(jì)模式，這兩種模式也是依據(jù)電子節(jié)氣門體及ECU進(jìn)行控制。

5）可在各種惡劣環(huán)境中進(jìn)行補(bǔ)償使用。

3 電子節(jié)氣門體失效模式及失效原因

1）電子節(jié)氣門體卡滯［6］，卡滯可能發(fā)生的原因有兩種：①由于曲通回流的曲軸箱里的油氣混合物和進(jìn)氣系統(tǒng)里的污物，產(chǎn)生結(jié)膠物質(zhì)在電子節(jié)氣門體喉口位置堆積將閥片粘住或進(jìn)入閥軸間隙影響閥軸運(yùn)動導(dǎo)致閥軸卡滯；②由于電子節(jié)氣門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及ECU控制數(shù)據(jù)匹配未考慮特殊位置點(diǎn)導(dǎo)致閥片與喉口位置卡滯，如電子節(jié)氣門體閥片和喉口在極限狀態(tài)下有接觸的可能性，在標(biāo)定ECU數(shù)據(jù)時未考慮正常運(yùn)行過程中避開極限狀態(tài)，易導(dǎo)致在運(yùn)行過程中閥片與喉口刮擦導(dǎo)致卡滯用。

2）發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)，發(fā)動機(jī)怠速過高、過低或者忽高忽低都屬于發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)范疇［7，8］。導(dǎo)致怠速不穩(wěn)的原因有很多，總結(jié)有以下3點(diǎn)：①漏氣，電子節(jié)氣門體與進(jìn)氣歧管結(jié)合位置、進(jìn)氣歧管內(nèi)部以及進(jìn)氣歧管與缸蓋結(jié)合位置有漏氣導(dǎo)致電子節(jié)氣門體的開度不精確或持續(xù)變動使發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)；②進(jìn)氣歧管上接曲通系統(tǒng)上的PCV閥損壞或者接碳罐系統(tǒng)的碳罐損壞易導(dǎo)致混合氣過濃，使發(fā)動機(jī)怠速過高；③電子節(jié)氣門體進(jìn)氣通道積碳或者油泥等污物過多，影響通過通道的空氣進(jìn)入量，且超出節(jié)氣門體的自適應(yīng)調(diào)節(jié)范圍，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)。

3）發(fā)動機(jī)加速無力或發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中掉轉(zhuǎn)速，此問題一般為電子節(jié)氣門體閥板開度無法達(dá)到目標(biāo)開度，導(dǎo)致進(jìn)氣量不足，發(fā)動機(jī)無足夠的行駛動力，一般此故障都是內(nèi)部線路故障、電機(jī)故障導(dǎo)致。

4）電子節(jié)氣門體異響［9］，電子節(jié)氣門體由于中間傳動是齒輪傳動，靜態(tài)下晃動出現(xiàn)聲響屬正常，若在使用過程中出現(xiàn)非閥片打開、關(guān)閉的聲音屬于異響。由于傳動精度不高，傳動力較小，且一般都為塑料齒輪，一般異響發(fā)生在傳動機(jī)構(gòu)可能性較低，常見異響發(fā)生在電機(jī)位置，電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障導(dǎo)致異響。

5）故障燈亮，可通過售后檢測設(shè)備讀取車輛故障碼，確定故障形式［10］。常見的有位置傳感器信號不合理，此故障形式一般屬于線路故障或傳感器內(nèi)部故障；位置傳感器信號電路電壓過高或過低，此故障形式一般屬于線路短路或開路、ECU輸入信號不正確或傳感器本身有問題；電子節(jié)氣門體實(shí)際位置與目標(biāo)位置偏差超限，一般為通道污物過多或者傳感器本身問題；電子節(jié)氣門體開啟阻力過大［11］，一般屬于閥片卡滯或者結(jié)冰導(dǎo)致閥片無法開啟，嚴(yán)重時易損壞電機(jī)；電子節(jié)氣門體回位阻力過大，一般是回位彈簧失效；電子節(jié)氣門驅(qū)動級故障一般是電機(jī)失效導(dǎo)致，等等。

4 總結(jié)

1）電子節(jié)氣門體相比于機(jī)械節(jié)氣門體精度高、可靠性好。

2）電子節(jié)氣門體由各組成結(jié)構(gòu)精確控制其開度，保證各個工況的最優(yōu)進(jìn)氣量，從而保證燃燒充分。

3）分析電子節(jié)氣門體的故障模式及故障原因，為電子節(jié)氣門體失效提供分析思路。