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电子节气门工作原理_电子节气门的优缺点详解

2018年05月09日 15:24 网络整理 作者: 用户评论(0

  本文首先介绍了电子节气门的基本结构,其次介绍了电子节气门各构件的组成和工作原理,最后阐述了电子节气门的优缺点,具体的跟随小编一起来了解一下。

  电子节气门简介

  电子节气门(electronicthrottle)是汽车发动机的重要控制部件。由发动机、转速传感器、节气门等构成,采用电子节气门控制系统,可以使节气门开度得到精确控制。

  电子节气门的基本结构

  电子节气门体主要应用在配备有车身稳定控制系统ESP和牵引力控制系统TCS装置的车辆上。

  (1)主要结构:节气门位置传感器TP;加速踏板位置传感器APP;节气门作动器;节气门作动器控制模块。

  (2)功能和工作过程。它具有普通节气门的基本功能,其作用是打开进气歧管在总管上的通道,不同工况打开不同的开度,一般轿车的节气门都是由脚踏板带动的油门拉线控制。但这种拉线控制的节气门在急加速等特殊工况时有进气迟滞现象,也就是说在急加速等特殊工况时,节气门的开度信号通过节所气门位置传感器已送出,但实际进入气缸的空气并没有及时跟进,而且节气门处在气流扰动下并不是很平稳,因此空气量并不稳定,加速不理想和不稳定。而电子节气门可根据节气门位置信号,PCM直接驱动直流电动机快速作响应,及时地将节气门打开所需的开度,而且电子节气门在自身减速机构的自锁作用下,不会因为气流的扰动而波动,以保证发动机的进气量和转速的稳定。

  电子节气门工作原理_电子节气门的优缺点详解

  电子节气门各构件的组成和工作原理

  电子节气门总成主要包括节气门、电动步进电机(节气门上)、双节气门位置传感器、齿轮和一个弹簧。其中电动步进电机由来自PCM的负载循环信号控制。一个同心的弹簧控制节气门,当节气门打开到接近关闭的位置,如果步进电机电源丢失,弹簧将关闭节气门到限位位置。当节气门完全关闭的时候,弹簧也将尽力打开节气门。节气门开启是利用节气门上的直流电机通过减速机构来自动实现的。

  (1)节气门位置传感器TP。

  节气门体总成内设有两个节气门位置传感器。一个用于向PCM 发送实际的节气门开度,而另一个则用于检测控制传感器的异常,以确保传感器的可靠性;节气门体的树脂盒内装入了两对电位计;节气门体内的两对电刷根据节气门的移动量来接触可变电阻器,触点上变化的电压信号被发送到PCM。

  (2)加速踏板位置传感器APP。

  APP用于监视加速踏板的开度,当加速踏板被踩下时,电阻改变,从而导致电压变化。此传感器将改变的电压值发送到PCM;一个电位计用于向PCM发送驾驶员所操纵的加速踏板行程,而另一个则用于监视传感器值是否正常,以确保传感器的可靠性;两个传感器具有不同的可变电阻范围;传感器支架上设置有限位器,其设计意图是,如果连杆转动超过一定量时,则加速器拉线连杆将撞击到限位器上。

  (3)节气门作动器。

  在不向电机提供电源时,节气门在节气门体内的缺省弹簧力的作用下,从其全闭位置稍微开启一点;当向电机供给电源时,电机将通过中间齿轮,实现节气门的开启和关闭;开启和关闭节气门的力矩采用负荷控制;当断定驾驶员要求快速加速时,施加到电机的电流量将增大,从而加大转动力矩,以迅速做出反应;当力矩水平达到能够满足目标节气门开度的水平时,负荷率即受到控制,以保持节气门的位置;在关闭方向上,当使负荷系数小于被保持的恒定值时,节气门即在节气门回位弹簧力的作用下回位;当需要快速减速时,如驾驶员突然松开加速踏板时,电机的极性将被反转,以完全关闭节气门。

  (4)电子节气门体的工作原理。

  凡是使用了TCS(牵引力控制系统)或ESP(车辆稳定控制系统)技术的车型,在TCS作动时除了对驱动轮施加制动外,还通过电子节气门对节气门开度进行控制。所以必须要安装电子节气门控制系统ETCS。加速踏板位置传感器将驾驶员需要加速或减速的信息传给电子节气门控制单元,控制单元依据该信息计算出最佳节气门的开度,加速踏板位置传感器的信息对节气门开度不断进行修正,使节气门开度符合驾驶员所需要的理想开度。电子节气门控制单元还和发动机控制单元、自动变速器控制单元进行通讯以便对喷油次数、换挡点、变速器主油压等进行精确控制。通过ETCS,PCM能够以电子信号的方式,接收到驾驶员操纵加速踏板行程的数据,根据这些数据计算驾驶员所要求的扭矩,然后,再根据计算扭矩对节气门的开启和关闭进行控制。电子节气门系统,取消节气门拉索,由传感器向发动机提供加速踏板位置信号,提高节气门操纵系统的传输效率及准确性。

  电子节气门工作原理_电子节气门的优缺点详解

  电子节气门的优缺点

  优点

  (1) 电子节气门控制系统的最大优点是可以实现发动机全范围的最佳扭矩的输出。

  (2) 精确控制节气门开度。 首先由ECU 对各种工况信息和传感器信号做出判断并处理,接着计算出最佳的节气门开度,再由驱动电机控制节气门达到相应的油门开启角度。

  (3) 改善了发动机的排放性能。 ETC 系统在各种情况下对空燃比进行精确控制,使燃烧更加充分,同时也降低了废气的产生;在怠速状态下,节气门保持在一个极小开启角度来稳定燃烧,提高了燃油经济性,排放也得到进一步控制。

  (4) 具有更高的车辆行驶可靠性。 电子节气门控制系统采用传感器冗余设计,从控制角度讲,使用一个传感器就可使系统正常运转,但冗余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被识别, 在很大程度上增加了系统的可靠性,保证行车的安全性。

  (5) 可选择不同的工作模式。 驾驶员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,通常有正常模式、动力模式和雪地模式三种,区别在于节气门对加速踏板的响应速度不同。

  (6) 可获得海拔高度补偿。 在海拔较高的地区,大气压下降,空气稀薄,氧气含量下降,导致发动机输出动力下降。 此时,电子节气门控制系统可按照大气压强和海拔高度的函数关系对节气门开度进行补偿,保证发动机输出动力和油门踏板位置的关系保持稳定。

  缺点

  (1) 汽车在起步时会产生油门迟滞。 汽车起步时需要提供浓混合气,而ECU 会根据当前的车速、节气门开度等进行分析,从燃油经济性和排放合理的角度考虑,会限制节气门的打开幅度,同时限制喷油系统进行浓混合气供油,其实就是ECU 通过限制发动机瞬时输出功率,这就限制了汽车起步时要求较浓混合气 的工况实现。 目前,大部分厂家通过电子油门加速器来缓解油门迟滞,但这种装置并不能提高发动机性能,改变动力输出及扭矩等,仅是一个信号的放大器,并且油耗也会随着加速器的加速而增加。

  (2) 非线性影响 ETC 控制系统存在各种非线性影响,除了弹簧非线性、粘滑摩擦及齿隙非线性等影响外,同时受到进气流产生的非线性阻尼力以及进气气流的不稳定扰流阻矩的影响,导致常规PID 控制不能精确地设定反馈的增益,影响控制的精确性。

  (3) 成本高。 ETC 系统采用了智能型传感器、快速响应的执行器、高性能控制单元及冗余设计,使成本大幅度上升,目前ETC 系统只装配在高档轿车上。

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( 发表人:陈翠 )

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