汽车新技术课件―第十章 新增电控系统

单元二发动机电控系统构造与维修第十章电控发动机的新增电子控制系统本节介绍如下几个系统：·ETCS-i（智能电子节气门控制系统）·VVT-i（智能可变气门正时）·VVTL-i（智能可变气门正时和升程）10.1.1概述ETCS-i(智能电子节气门控制系统)是一种使用计算机控制节气门开度的系统。常规节气门的开启与关闭是由从加速踏板到节气门的一根油门拉索来控制。在这个系统里，油门拉索已被废除﹐而是根据加速踏板的踩压量的大小﹐发动机ECU使用节气门控制马达来控制节气门的开启角度以达到最佳角度值。此外，加速踏板的踩压量是由加速踏板位置传感器所检测。节气门的开启角度是由节气门位置传感器所检测。10.1智能电子节气门控制系统（ETCS-i）ETCS-i加速踏板位置传感器节气门体节气门节气门马达发动机ECUETCS-i(智能电子节气门控制系统)ETCS-i（智能电子节气门控制系统）（1/1）节气门体节气门节气门位置加速踏板位置传感器节气门控制马达各种信号发动机ECU10.1.2节气门体的结构和工作过程如图所示,节气门体包括节气门﹑检测节气门开度状态的节气门位置传感器﹑打开或关闭节气门的节气门控制马达﹑使节气门返回固定位置的回位弹簧。节气门控制马达采用了反应灵敏度高﹑耗能少的直流马达。发动机ECU控制流向节气门控制马达的电流量的大小和方向，使马达转动或维持，和通过减速齿轮打开或关闭节气门，节气门的实际开启角由节气门位置传感器检测并反馈给发动机ECU。当没有电流流向马达时，节气门回位弹簧使节气门开启到一个固定位置(大约7°)，但是，在怠速期间的节气门的开度反而要关闭到小于这个固定位置。提示:★当发动机ECU检测到有故障发生时，他将点亮组合仪表上的故障指示灯并同时切断马达电源。但是由于节流门保持开启角度为7°，所以车辆仍能被开到一个安全的地方。★初始型号在节气门和节气门控制马达之间使用电磁离合器，该离合器能使马达连接和断开。节气门体的结构和工作原理节气门控制马达节气门节气门位置传感器节气门回位弹簧减速齿轮根据加速踏板的踩压量的大小，ETCS-i系统将控制节气门的开启角度达到最佳角度。有正常模式控制,雪地模式控制和强动力模式控制。在一般情况下基本上使用正常模式控制，但是控制开关可切换到雪地模式控制或强动力模式控制。★正常模式控制这是一种基本的控制模式，用于容易保持平衡的操作和平稳驾驶。★雪地模式控制与正常模式控制相比，这种控制模式使节气门维持在一个较小的开启角度，以防止在较滑的路面上行驶时，车辆打滑，例如下雪天的路面上。★强动力模式控制在这种模式控制中，节气门的开启角度要比正常模式大的多。因此，这种模式可提供增强与加速踏板的直接反应性，与正常模式不能相比的强劲动力。强动力模式控制只限于某些车型。(1)正常式控制，雪地模式控制和强动力式控制强动力模式正常模式雪地模式加速踏板踩压角度概念图节气门开度(2)扭矩激活传动系控制这种控制能使节气门开启角度小于或者大于加速器踏板的踩压角度，来达到平稳的加速。如图所示，当加速踏板保持在一定的踩压位置时，对于未配有扭矩激活传动系控制系统的车辆，节气门的开启度变化和加速踏板的踩压度接近同步，在较短的期间内，车辆得到的纵向力G会迅速的升高而后又逐渐下降。与这种情况相比较，配有扭矩激活传动系控制系统的车辆，节气门逐渐开启，以便于车辆的纵向力G的逐渐上升，从而得到平稳加速。扭矩激活传动系控制车辆纵向力G：配有控制系统：未配有控制系统时间恒定角度节气门开度加速踏板踩压度(3)其它控制怠速控制:这种控制使节气门处于关闭一端时也能以保持在理想的怠速。换档减震动控制:这种控制是为了减少自动变速器变速换档时的震动，它借助于ECT（电子控制传动装置）的控制，减小了节气门的开启角度同时也降低了发动机的扭矩。TRAC（牵引力控制）的节气门控制:如果车轮出现过度打滑现象，作为TRAC系统的一部分，来自防滑控制ECU的请求信号将会关闭节气门以至于及减小功率，来提高车辆平稳性和获得驱动力。VSC（车辆稳定性控制）的协调控制:这种控制是利用防滑控制ECU的综合控制来控制节气门的开启角度以达到最大效率地利用VSC系统控制效果。巡航控制:在常规的巡航控制中，巡航控制ECU是通过巡航控制执行器和拉索来实施节气门的开启和关闭，但是配有ETCS-i，或在发动机ECU里内含着巡航控制ECU，可通过节气门控制马达来直接控制节气门的开启角度，执行巡航控制运作。(4)失效保护★如果发动机ECU检测到ETCS-i出现故障，它将打开组合仪表中的故障指示灯以通报驾驶员。★加速踏板位置传感器包含有主系统和辅助系统两个系统的传感器电路。如果其中一个出现故障，发动机ECU能够检测到由于两个传感器电路之间的信号出现差别而产生的反常电压。发动机ECU就转换到跛行模式（故障慢行模式）。在跛行模式（故障慢行模式）控制中，使用剩余的一条线路来计算加速踏板的开启角度并且车辆是在节气门开启角度大于正常值的有限条件下行驶。此外，如果两个电路都出现故障，则发动机ECU将节气门置于怠速状态。在这个时候，车辆只能在怠速范围内运行★节气门位置传感器也包括主系统和辅助系统两个系统的传感器电路。如果其中一个出现故障，发动机ECU能够检测到两个传感器电路中有一个的反常电压，发动机ECU就切断节气门控制马达的电流，然后转换到跛行模式（故障慢行模式）。这时，由回位弹簧开启到固定的节气门开启度，并且喷射量和喷射时间是由加速踏板信号的来控制。虽然发动机的输出功率受到很大限制，但是车辆仍能行驶。★当发动机ECU检测到节气门控制马达系统出现故障时，所采用的控制方法和节气门位置传感器出现故障时采用的控制方法相同。失效保护喷油器发动机ECU点火器加速踏板位置传感器打开回位弹簧节气门控制马达节气门关闭节气门位置传感器加速踏板节气门体通常，气门正时（配气正时）是固定的。而VVT-i系统利用油压来调整进气凸轮轴转角气门正时进行优化。从而提高功率输出、改善燃料消耗率、和减少废气排放。如图所示，该系统设计用于在曲轴角大约40度范围内对进气凸轮轴进行变动，从而对气门正时进行控制，以获得最适合发动机状态气门正时（根据来自传感器的信号）。气门正时的控制解释如下：10.2可变进气相位VVT-i锁销外壳叶片（安装在进气凸轮轴上）进气凸轮轴VVT-i（智能可变气门正时）凸轮轴位置传感器VVT-i控制曲轴位置传感器凸轮轴正时机油控制阀水温传感器发动机ECU节气门位置传感器空气流量计曲轴位置传感器空气流量计节气门位置传感器水温传感器凸轮轴位置传感器车速信号空气流量计发动机ECU凸轮轴正时机油控制阀反馈修正实际阀门正时占空控制VVT-i（智能可变气门正时）进气门开、关时刻：发动机转速低时，进气管内混合气随活塞运动，活塞运动慢。进气门应提前关闭，以避免混合气回流进气管。发动机低速时，进气凸轮轴相位应提前调整。可变进气相位进气门开、关时刻：发动机转速高时，进气管内气流快，活塞在向上运动过程中，混合气应可继续涌入气缸，为增加混合气量，进气门延迟关闭。发动机高速时，进气凸轮轴相位应延迟调整。(1)在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时延迟气门正时可减少气门重叠，以减少排出的废气逆吹入进气侧，从而达到稳定怠速、提高燃料消耗率和启动性能。全负荷特性在高负低-中速时发动机负荷在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时发动机转速在高负荷高速时在中负荷时：气门正时提前：气门正时延迟全负荷特性在高负低-中速时发动机负荷在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时发动机转速在高负荷高速时在中负荷时：气门正时提前：气门正时延迟(2)在中等负荷，或者在高负荷低-中速时提前气门正时可增加气门重叠，以增加EGR使用和降低填充损失，从而改善了排放控制和燃料消耗率。此外，同时提前进气门的关闭时间可减少进气被逆吹回进气侧，改善了容积效率。全负荷特性在高负低-中速时发动机负荷在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时发动机转速在高负荷高速时在中负荷时：气门正时提前：气门正时延迟(3)在高负荷高速时提前气门正时可增加气门重叠，以增加EGR使用和降低填充损失，从而改善了排放控制和燃料消耗率。此外，同时提前进气门的关闭时间可减少进气被逆吹回进气侧，改善了容积效率。此外，使用凸轮轴位置传感器的反馈控制被用于将实际进气的气门正时维持在目标气门正时里。排气凸轮轴进气凸轮轴10.3奥迪A6发动机配气正时调节机构凸轮轴调节阀N205液压缸排气凸轮轴进气凸轮轴凸轮轴调整器（与链条张紧器一体）功率调整:调整功率时，链条下部短，上部长，进气门延迟关闭。进气管内气流速高，气缸充气量足。因此高转速时，功率大。排气凸轮轴进气凸轮轴凸轮轴调整器扭矩调整:凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短，下部变长。因为排气凸轮轴被齿形带固定了，此时排气凸轮轴不能被转动，进气凸轮轴被转一个角度，进气门提前关闭。在这个位置时，在中、低转速，可获得大扭矩输出.怠速时:怠速时，进气门延迟关闭.扭矩调整:转速在1000rpm以上时，进气门提前关闭。左侧凸轮轴调整器向下，右侧调整器向上运动。功率调整:转速在3700rpm以上时，左侧凸轮轴调整器向上，右侧调整器向下运动，进气门延迟关闭。控制油道B控制油道A回油油道机油压力链条张紧器液压控制阀进气门提前关闭:机油压力链条张紧器控制油道B回油油道控制油道A液压控制阀进气门延迟关闭:10.4丰田-VVT-i（智能可变气门正时）VVT-i系统的构造部件包含着可通过调整进气凸轮轴转角气门正时的VVT-i控制器和一个控制油压的凸轮轴正时机油控制阀。凸轮轴正时机油控制阀是控制油压的。10.4.1VVT-i控制器VVT-i控制器由一个由定时链条驱动的外壳和固定在凸轮轴上叶片组成。由来自进气凸轮轴提前或者延迟侧的通道转送的油压使得VVT-i控制器的叶片沿圆周方向旋转，从而连续不断地改变进气气门正时。当发动机停止时，进气凸轮轴被调整（移动）到最大延迟状态以维持启动性能。在发动机启动后，油压并未立即传到VVT-i控制器时，锁销便锁定VVT-i控制器的作动机械部以防撞击产生噪声。参考:除了以上所述外，还有一种类型是活塞在外齿轮（相当于机壳）和内齿轮（直接附在凸轮轴连接）的螺旋齿条之间作轴向运动以改变齿轮轴状态。锁销叶片（安装在进气凸轮轴上）进气凸轮轴外壳油压停止操作锁销VVT-i控制器10.4.2凸轮轴正时机油控制阀凸轮轴正时机油控制阀是顺应于发动机ECU的占空控制而控制滑阀位置和分配用于VVT-i控制器流到提前侧或延迟侧的油压。发动机停止时，进气气门正时是在最大延迟角度上。弹簧油压回油口回油口滑阀提前侧（延迟侧）线圈柱塞凸轮轴正时机油控制阀10.4.3VVT-i智能可变气门正时工作原理凸轮轴正时机油控制阀是根据发动机ECU输出的电流量，来选择流向VVT-i控制器的通道。VVT-i控制器应用油压使进气凸轮轴旋转到提前，延迟或保持气门正时所该当位置。发动机ECU根据发动机转速、进气量、节气门位置和冷却液温度来计算出各种运行条件下的最佳气门正时，以便控制凸轮轴正时机油控制阀此外，发动机ECU使用凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器传出的信号用来计算实际气门正时，并进行反馈控制以达到阀的目标气门正时。(1)提前由发动机ECU所控制的凸轮轴正时机油控制阀的所放置的位置，如图所示的说明状态时，油压作用于气门正时提前侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的提前方向旋转。叶片旋转方向油压回油口凸轮轴正时机油控制阀发动机ECUVVT-i控制1.提前2.延迟由发动机ECU所控制的凸轮轴正时机油控制阀的所放置的位置，如图所示的说明状态时，油压作用于气门正时延迟侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的延迟方向旋转。叶片2.延迟旋转方向回油口油压发动机ECU3.保持发动机ECU根据具体的运作参数进行处理，并计算出目标气门正时角度，当达到目标气门正时以后，凸轮轴正时机油控阀通过关闭油道来保持油压，如图中所示的说明状态，是保持现在的气门正时的状态。发动机ECU3.保持油压VVTL-i系统以WT-i系统为基础并应用了凸轮转换机构来改变进气和排气气