电子节气门体结构原理及失效模式分析

2020-03-14李芸芸刘志强高正丽王瑞平

汽车电器 2020年1期

李芸芸，张淼，刘志强，高正丽，沈源，王瑞平，2

（1.宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波 315336；2.浙江吉利动力总成有限公司，浙江宁波 315800）

1 电子节气门体结构及工作原理

节气门体是汽车发动机的重要组成部件，空气进入发动机都需经过节气门体，进入空气的量也是由节气门体控制。空气流经节气门体、进气歧管后与汽油一起进入缸内燃烧。节气门体分为传统机械节气门和电子节气门体两种，老式传统发动机一般使用的是机械节气门，是通过拉索或者拉杆接油门踏板和节气门连动板，通过驾驶员踩踏油门踏板直接拉动节气门连动板，控制连动板的开启程度来工作；电子节气门体是通过踏板及电子节气门体内部的位置传感器、电机和ECU来控制电子节气门的开启角度并反馈信号，从而精确控制进气量［1］。随着科技的发展及人们对汽车的驾驶性要求越来越高，电子节气门体逐渐取代机械节气门体，目前市场上新型发动机都已经在使用电子节气门体。

电子节气门体由壳体、电机、阀片、阀轴、位置传感器、回位弹簧、传动齿轮、扇形齿轮、密封圈、轴端盖、轴承、盖板等组成［2］，如图1所示。电机、阀片、阀轴、传动齿轮、扇形齿轮和位置传感器都是保证电子节气门能按目标要求打开和关闭［3］；回位齿轮是保证电子节气门体能顺利返回以及在节气门体失效时，ECU进行失效保护，切断电机电源后电子节气门体能顺利回到跛行位置，保证汽车能运行至服务站；壳体、顶盖、密封圈及轴端盖能保证电子节气门体内部运动件在一个封闭无尘无水的环境中工作，提高电子节气门体的可靠性。

图1 电子节气门体结构图

电子节气门体的作用主要是通过油门、ECU及电子节气门体本体直接来控制进入空气的量从而间接控制喷油量来保证汽车按要求运行。驾驶员通过路况判断来控制油门踏板，油门踏板上的位置传感器读取油门踏板的踩踏程度反馈到ECU，ECU通过接收到的信号驱动电子节气门体里的电机，电机驱动后通过齿轮传递至阀轴［4］，控制阀轴上阀片打开，阀片的开度大小通过电子节气门体内部的位置传感器发出两路位置信号反馈给ECU进行诊断开度位置是否正确，确定是否需要持续给予高频电压，继续增加阀片开度。

2 电子节气门体的特点

1）通过ECU及电子节气门体上的位置传感器可以实现发动机全范围的最佳扭矩输出［5］。

2）能精确地控制电子节气门体阀板的开度，从而实现燃烧最优化，使发动机的排放性能提高［5］。

3）车辆运行可靠性、安全性提高，电子节气门体里使用的位置传感器可以输出两路位置信号，两路信号都输出正确才能保证电子节气门体正常工作，其中一路出问题，电子节气门体就会进入失效保护模式，从而大大提高电子节气门体的可靠性及安全性。

4）为考虑不同人群的需求，车辆会配置运动模式和经济模式，这两种模式也是依据电子节气门体及ECU进行控制。

5）可在各种恶劣环境中进行补偿使用。

3 电子节气门体失效模式及失效原因

1）电子节气门体卡滞［6］，卡滞可能发生的原因有两种：①由于曲通回流的曲轴箱里的油气混合物和进气系统里的污物，产生结胶物质在电子节气门体喉口位置堆积将阀片粘住或进入阀轴间隙影响阀轴运动导致阀轴卡滞；②由于电子节气门体结构设计及ECU控制数据匹配未考虑特殊位置点导致阀片与喉口位置卡滞，如电子节气门体阀片和喉口在极限状态下有接触的可能性，在标定ECU数据时未考虑正常运行过程中避开极限状态，易导致在运行过程中阀片与喉口刮擦导致卡滞用。

2）发动机怠速不稳，发动机怠速过高、过低或者忽高忽低都属于发动机怠速不稳范畴［7，8］。导致怠速不稳的原因有很多，总结有以下3点：①漏气，电子节气门体与进气歧管结合位置、进气歧管内部以及进气歧管与缸盖结合位置有漏气导致电子节气门体的开度不精确或持续变动使发动机怠速不稳；②进气歧管上接曲通系统上的PCV阀损坏或者接碳罐系统的碳罐损坏易导致混合气过浓，使发动机怠速过高；③电子节气门体进气通道积碳或者油泥等污物过多，影响通过通道的空气进入量，且超出节气门体的自适应调节范围，导致发动机怠速不稳。

3）发动机加速无力或发动机运行过程中掉转速，此问题一般为电子节气门体阀板开度无法达到目标开度，导致进气量不足，发动机无足够的行驶动力，一般此故障都是内部线路故障、电机故障导致。

4）电子节气门体异响［9］，电子节气门体由于中间传动是齿轮传动，静态下晃动出现声响属正常，若在使用过程中出现非阀片打开、关闭的声音属于异响。由于传动精度不高，传动力较小，且一般都为塑料齿轮，一般异响发生在传动机构可能性较低，常见异响发生在电机位置，电机内部出现故障导致异响。

5）故障灯亮，可通过售后检测设备读取车辆故障码，确定故障形式［10］。常见的有位置传感器信号不合理，此故障形式一般属于线路故障或传感器内部故障；位置传感器信号电路电压过高或过低，此故障形式一般属于线路短路或开路、ECU输入信号不正确或传感器本身有问题；电子节气门体实际位置与目标位置偏差超限，一般为通道污物过多或者传感器本身问题；电子节气门体开启阻力过大［11］，一般属于阀片卡滞或者结冰导致阀片无法开启，严重时易损坏电机；电子节气门体回位阻力过大，一般是回位弹簧失效；电子节气门驱动级故障一般是电机失效导致，等等。