汽车新技术课件—第十章 新增电控系统概要

1、单元二发动机电控系统构造与维修 第十章第十章 电控发动机的新增电子控制系统电控发动机的新增电子控制系统 本节介绍如下几个系统：本节介绍如下几个系统： ETCS-i（智能电子节气门控制系统）（智能电子节气门控制系统） VVT-i（智能可变气门正时）（智能可变气门正时） VVTL- i（智能可变气门正时和升程）（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

2、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（智能电子节气门控制系统（ ETCS-i ）ETCS-iETCS-i加速踏板加速踏板位置传感器位置传感器节气门体节气门体节气门节气门节气门马达节气门马达发动机发动机ECUECUETCS-i (智能电子节气门控制系统智能电子节气门控制系统)ETCS-i（智能电子节气门控制系统）（智能电子节气门控制系统）（1/1）节气门体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发动机 ECUECU 10.1.2 节气门体的结构

3、和工作过程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

4、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体的结构和工作原理 节气门控制马达节气门控制马达 节气门节气门 节气门位置传感器节气门位置传感器 节气门回位弹簧节气门回位弹簧 减速齿轮减速齿轮 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。 正常模式控制正常模式控制 这是一种基

5、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) (1) 正常式控制正常式控制，雪地模式控制和强动力式控制雪地模式控制和强动力式控制强动力模式强动力模式正常模式正常模式雪地模式雪地模式加速踏板踩压角度加速踏板踩压角度概念图概念图节气门开度节气门开

6、度 (2)(2)扭矩激活传动系控制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扭矩激活传动系控制车辆纵向力车辆纵向力G G：配有控制系统配有控制系统：未配有控制系统未配有控制系统时间时间恒定角度恒定角度节气门开度节气

7、门开度加速踏板踩压度加速踏板踩压度 (3)(3)其它控制其它控制 怠速控制怠速控制: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（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（车辆稳定性控制）的协调控制:这种控制是利用防滑控制

8、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)(4)失效保护失效保护 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

9、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

10、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。失效保护喷喷油油器器发动机发动机ECUECU点火器点火器加速踏板加速踏板位置传感器位置传感器打开打开回位弹簧回位弹簧节气门节气门控制马达控制马达节气门节气门关闭关闭节气门节气门位置传感器位置传感器加速踏板加速踏板节气门体节气门体 通常，气门正时（配气正时）是固定的。而通常，气门正时（配气正时）是固定的。而VVT-i VVT-i 系统利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

11、、改善燃料消耗率、和减少废气排放。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如图所示，该系统设计用于在曲轴角大约4040度范围内对进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）。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：气门正时的控制解释如下：10.2 可变进气相位可变进气相位VVT-iVVT-i 锁销锁销外壳外壳叶片叶片（安装在进气凸轮轴上）安装在进气凸轮轴上）进气凸轮轴进气凸轮轴VVT-i（智能可变气门正时）凸

12、轮轴凸轮轴位置传感器位置传感器VVT-i VVT-i 控制控制曲轴位置曲轴位置传感器传感器凸轮轴正时凸轮轴正时机油控制阀机油控制阀水温水温传感器传感器发动机发动机ECUECU节气门位置节气门位置传感器传感器空气流量计空气流量计曲轴位置曲轴位置传感器传感器空气流量计空气流量计节气门位置节气门位置传感器传感器水温传感器水温传感器凸轮轴位置凸轮轴位置传感器传感器车速信号车速信号空气流量计空气流量计发动机发动机ECUECU凸轮轴凸轮轴正时机油正时机油控制阀控制阀反馈反馈修正修正实际阀门正时实际阀门正时占空控制占空控制VVT-i（智能可变气门正时） 进气门开、关时刻：进气门开、关时刻： 发动机转速低时，

13、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：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)(1) 在低温在低温、低负荷低负荷、低速时，或者在低负荷时低速时，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。全负荷特性全负荷特性在高负低在高负低- -中速时中速时发动机负荷发动机负荷在低温、

14、低负荷、低速时，或者在低负荷时在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时发动机转速发动机转速在高负荷高速时在高负荷高速时在中负荷时在中负荷时：气门正时提前气门正时提前：气门正时延迟气门正时延迟全负荷特性全负荷特性在高负低在高负低- -中速时中速时发动机负荷发动机负荷在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时发动机转速发动机转速在高负荷高速时在高负荷高速时在中负荷时在中负荷时：气门正时提前气门正时提前：气门正时延迟气门正时延迟 (2) (2)在中等负荷在中等负荷 ，或者在，或者在高负荷低高负荷低- -中速时中速时 提前气门正时可增加气门重叠，以增加EGR使用和降低填

15、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。全负荷特性全负荷特性在高负低在高负低- -中速时中速时发动机负荷发动机负荷在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时在低温、低负荷、低速时，或者在低负荷时发动机转速发动机转速在高负荷高速时在高负荷高速时在中负荷时在中负荷时：气门正时提前气门正时提前：气门正时延迟气门正时延迟 (3) (3)在高负荷高速时在高负荷高速时 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，

16、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 奥迪奥迪A6发动机配气正时调节机构发动机配气正时调节机构凸轮轴调节阀凸轮轴调节阀N205液压缸液压缸排气凸轮轴排气凸轮轴进气凸轮轴进气凸轮轴 凸轮轴调整器凸轮轴调整器（与链条张紧器一体）（与链条张紧器一体） 功率调整功率调整: : 调整功率时，链条下部调整功率时，链条下部短，上部长，进气门延迟关短，上部长，进气门延迟关闭。闭。 进气管内气流速高，气进气管内气流速高，气缸充气量足。因此高转速时，缸充气量足。因此高转速时，功率大。功率大。排气凸轮轴排气凸轮轴进气凸轮轴进气凸轮轴凸轮轴调整器

17、凸轮轴调整器 扭矩调整扭矩调整: : 凸轮轴调整器向下拉长，于是链凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短，下部变长。条上部变短，下部变长。 因为排气凸轮轴被齿形带固定了，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。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，在这个位置时，在中、低转速，可获得大扭矩输出可获得大扭矩输出. .怠速时怠速时: :怠速时，进气门延迟关闭.扭矩调整扭矩调整: :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。功率调整功率调整: :

18、 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。控制油道控制油道B控制油道控制油道A回油油道回油油道机油压力机油压力链条张紧器链条张紧器液压控制阀液压控制阀进气门提前关闭:机油压力机油压力链条张紧器链条张紧器控制油道控制油道B回油油道回油油道控制油道控制油道A液压控制阀液压控制阀进气门延迟关闭:10.4 丰田丰田-VVT-i（智能可变气门正时）（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

19、是控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。制油压的。 10.4.1 VVT-i控制器控制器vVVT-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。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。v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。圆周方向旋转，从而连续不断地改变进气气门正时。v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。当发动机停止时，进气凸轮轴被调整（移动

20、）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，锁销便锁定控制器时，锁销便锁定VVT-i控制器控制器的作动机械部以防撞击产生噪声。的作动机械部以防撞击产生噪声。v参考参考: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。（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。锁销锁销叶片叶片（安装在进气凸轮轴上）安装在进气凸轮轴上）进气凸轮轴进气凸轮轴外壳外壳油压油压停止停止操

21、作操作锁销锁销 VVT-i控制器控制器 10.4.2 凸轮轴正时机油控制阀凸轮轴正时机油控制阀 凸轮轴正时机油控制阀是顺应于发动机凸轮轴正时机油控制阀是顺应于发动机ECU的占空控的占空控制而控制滑阀位置和分配用于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。度上。 弹簧弹簧油压油压回油口回油口回油口回油口滑阀滑阀提前侧提前侧（延迟侧）延迟侧）线圈线圈柱塞柱塞凸轮轴正时机油控制阀凸轮轴正时机油控制阀 10.4.3 VVT-i智能可变气门正时工作原理智能可变气

22、门正时工作原理 凸轮轴正时机油控制阀是根据发动机凸轮轴正时机油控制阀是根据发动机ECUECU输出的电流输出的电流量，来选择流向量，来选择流向VVT-iVVT-i控制器的通道。控制器的通道。VVT-iVVT-i控制器应用油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。位置。 发动机发动机ECUECU根据发动机转速、进气量、节气门位置根据发动机转速、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，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，发动机以便控制凸轮轴正时机油

23、控制阀此外，发动机ECUECU使用凸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。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。叶片叶片旋转方向旋转方向油压油压回油口回油口凸轮轴正时凸轮轴正时机油控制阀机油控制阀发动机发动机ECUECUVVT-iVVT-i控制控制1. 1. 提前提前 2. 延迟延迟 由发动机ECU

24、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。叶片叶片2.2.延迟延迟旋转方向旋转方向回油口回油口油压油压发动机发动机ECUECU 3. 保持保持 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。发动机发动机ECUECU3.3.保持保持油压油压 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门的升程，这就使在不影响燃油经济性和排放性能的前提下，

25、而实现得到高动力性。机油压力开关机油压力开关机油控制阀机油控制阀 ( (用于用于VVTL)VVTL) 凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器 节气门位置节气门位置 传感器传感器 车速信号车速信号 空气流量计空气流量计水温水温 传传感器感器 机油控制阀机油控制阀 ( (用于用于VVT)VVT)曲轴位置曲轴位置 传感器传感器 发动机发动机ECU ECU 10.5 VVTL-i（智能可变气门正时和升程）（智能可变气门正时和升程）高速用凸轮高速用凸轮低低- -中速用凸轮中速用凸轮 VVTL-I 装置的基本构造及运作和VVT-i系统相同。但，还采用了能转换两个不同升程量的凸轮装置，用于改变气门的升程量。至于凸

26、轮转换机构，发动机ECU依据水温传感器和曲轴位置传感器的传来信号，作为参数进行处理，并利用机油控制阀（用于VVTL）在两个凸轮之间进行转换控制。高速用凸轮高速用凸轮VVTL-iVVTL-i低速和低速和中速用凸轮中速用凸轮油压回路油压回路油压回路油压回路( (用于用于VVTL)VVTL)VVTLVVTLVVTVVT来自机油主孔来自机油主孔 燃油燃油滤清器滤清器机油压力开关机油压力开关凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器机油控制阀机油控制阀 ( (用于用于VVTL)VVTL)凸轮转换机构凸轮转换机构回油口回油口油压油压滑阀滑阀水温传感器水温传感器机油控制阀（用于机油控制阀（用于WTWT）曲轴位置传感器曲轴位置传感器1. 用于用于VVTL的机油控制阀的机油控制阀 VVTL-i VVTL-i 系统的构造部件和系统的构造部件和VVT-iVVT-i系统的接近相同。系统的接近相同。VVTL-iVVTL-i系统的特系统的特殊部件是用于殊部件是用于VVTLVVTL机油控制阀、凸轮轴和摇臂。机油控制阀、凸轮轴和摇臂。高速用凸轮高速用凸轮低低- -中速用凸轮中速用凸轮摇臂摇臂机油机油孔孔