毕业论文-丰田卡罗拉电子节气门系统故障检修

1、摘要浙江工业大学博士学位论文PAGE 1PAGE 17毕业论文说明书课题名称： 丰田卡罗拉电子节气门系统故障检修 学生姓名 学 号 二级学院（系） 专 业 班 级 指导教师 卡罗拉电子节气门系统故障检修摘 要 传统发动机节气门开度是通过油门踏板到节气门之间的钢丝拉线来控制节气门开度，而电子节气门控制系统（Electronic Throttle Control 简称ETC）是发动机电子控制单元（ECU）采集加速踏板位置传感器信号和节气门位置传感器，控制节气门电机旋转，使节气门打开或关闭，提高了汽车的加速性和环保性能等，该系统有故障时，真正元器件损坏可能较小，主要应检查相关线路和清洗节气门体。关键

2、词：电子节气门；结构；工作原理；故障码；故障检修目录目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc376949057 摘 要 PAGEREF _Toc376949057 h I HYPERLINK l _Toc376949058 第1章 绪论 PAGEREF _Toc376949058 h 2 HYPERLINK l _Toc376949059 1.1 引言 PAGEREF _Toc376949059 h 2 HYPERLINK l _Toc376949060 1.2电子节气门系统的功用及发展趋势 PAGEREF _Toc376949060 h 2 HYPERLINK

3、 l _Toc376949061 1.2.1 电子节气门系统的功用 PAGEREF _Toc376949061 h 2 HYPERLINK l _Toc376949062 1.2.2电子节气门系统的发展趋势 PAGEREF _Toc376949062 h 2 HYPERLINK l _Toc376949063 第2章 卡罗拉电子节气门系统组成和工作原理 PAGEREF _Toc376949063 h 4 HYPERLINK l _Toc376949064 2.1 卡罗拉电子节气门的组成 PAGEREF _Toc376949064 h 4 HYPERLINK l _Toc376949065 2.

4、2 卡罗拉电子节气门的工作原理 PAGEREF _Toc376949065 h 5 HYPERLINK l _Toc376949066 第3章 卡罗拉电子节气门系统的故障检修 PAGEREF _Toc376949066 h 7 HYPERLINK l _Toc376949067 3.1电子节气门系统故障码 PAGEREF _Toc376949067 h 7 HYPERLINK l _Toc376949069 3.1.1节气门体部分故障码 PAGEREF _Toc376949069 h 8 HYPERLINK l _Toc376949070 3.2.1油门踏板位置传感器部分故障码 PAGEREF

5、 _Toc376949070 h 10 HYPERLINK l _Toc376949071 第4章 电子节气门故障检修案例 PAGEREF _Toc376949071 h 13 HYPERLINK l _Toc376949072 4.1 检修案例一 PAGEREF _Toc376949072 h 13 HYPERLINK l _Toc376949073 4.2检修案例二 PAGEREF _Toc376949073 h 13 HYPERLINK l _Toc376949074 4.3检修案例三 PAGEREF _Toc376949074 h 14 HYPERLINK l _Toc37694907

6、5 第5章 结 论 PAGEREF _Toc376949075 h 15 HYPERLINK l _Toc376949076 参 考 文 献 PAGEREF _Toc376949076 h 16 HYPERLINK l _Toc376949077 致谢 PAGEREF _Toc376949077 h 17第1章 绪论1.1 引言节气门是汽车发动机的重要控制部件。为了提高汽车行驶的动力性、平稳性及经济性，并减少排放污染，世界各大汽车制造商推出了各种控制特性良好的电子节气门及其相应的电子控制系统，组成电子节气门控制系统（ETCS）。采用电子节气门控制系统，使节气门开度得到精确控制，不但可以提高燃油

7、经济性，减少排放，同时，系统响应迅速，可获得满意的操控性能；另一方面，可实现怠速控制、巡航控制和车辆稳定控制等的集成，简化了控制系统结构。1.2电子节气门系统的功用及发展趋势 1.2.1 电子节气门系统的功用节气门的作用是控制发动机的进气流量，决定发动机的运行工况。驾驶员通过操作加速踏板来操纵节气门开度。加速踏板和节气门的连接方式有2种：刚性连接和柔性连接。传统做法采用刚性连接，通过拉杆或拉索传动机械连接加速踏板和节气门，通过驾驶员脚踩加速踏板的行程来控制节气门开度，改变节气门进气通道的截面积，调节发动机的充气量，达到改变发动机输出功率的目的。 1.2.2电子节气门系统的发展趋势 (1) 向集

8、成化和综合控制方向发展。集成化和综合控制不仅是电子节气门控制系统的发展方向，也是将来汽车电子控制系统的发展方向。它有助于简化电子节气门控制系统，降低制造成本，增强各系统间的信息交流。 目前，ETC 已经向集成化和集中控制方向发展，如将怠速控制、巡航控制、减小换档冲击控制、节气门回位控制及车辆稳定性控制等多种功能集成;或者是将制动防抱死控制系统、牵引力控制系统及驱动防滑控制系统综合在一起进行制动控制。(2) 结合多种控制方法进行综合控制。采取多种控制策略相结合，可以提高ETC 的控制精度及反应速度。 目前的发展方向是从线性控制发展到非线性控制，从单一模式控制发展到多模式控制以及从传统的PID控制

9、发展到采用PID 与现代控制理论相结合的控制。 由于传统PID 控制受到参数整定方法繁杂的困扰，参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差。 因此，多模态控制、神经网络控制及滑模变结构控制等方法被引入到电子节气门控制中。 滑模变结构控制有良好的鲁棒性和很强的非线性，该方法与系统的参数和扰动无关，也体现了今后电子节气门控制方式的发展方向。 神经网络控制方法与PID 控制相结合，可以提高电子节气门控制系统的自适应能力。 但这些理论自身还有待完善和进一步的发展，因此需要更深入的研究才能将这些综合控制策略成熟的应用到电子节气门控制系统中。 (3) 车载网络、总线技术在汽车电子节气门控制系统的应

10、用。随着ETC 等电控系统在汽车上越来越多的应用，各种传感器和电子控制单元急剧增多，造成了整车控制电路复杂、车辆上导线的数量增加。 此外，各个系统的信息资源要能够共享。 这些都对汽车的综合布线和信息共享提出了更高要求。 现在国际上普遍采用的车载网络技术是CAN 总线控制器局域网，它能够满足汽车上电子系统数据传输安全可靠、数据共享及系统集成等需要，并且大大降低了布线的复杂度，提高了汽车电子系统的运行可靠性。 所以，CAN 总线技术在汽车电子节气门控制系统上的应用也将是一个重要趋势。 第2章 卡罗拉电子节气门系统组成和工作原理2.1 卡罗拉电子节气门的组成 图2-1 卡罗拉电子节气门系统组成丰田汽

11、车在03款之前使用的是有拉线的电子节气门，它包括：发动机ECU(ECM)、节气门拉线、加速踏板位置传感器、节气门控制电机、节气门位置传感器以及电磁离合器。而03款之后丰田的电子节气门取消了节气门拉线和电磁离合器，结构组成如图2-1所示。图2-2 节气门位置传感器组成就构图 节气门位置传感器是最重要的一个部件，它由节气门、节气门控制电机、减速齿轮、霍尔ICS等组成。节气门位置传感器也叫TPS，从本质上讲，该传感器完全可以等同于一个可变电位器，通过中心滑臂的上下移动而使输出信号电压的幅度发生变化。从信号特征来看，节气门位置传感器的信号是连续变化的。不管是机械式还是电子式节气门位置传感器，油门的开度

12、均传递出一个信息，即反映驾驶者加速或者减速的操作要求，这种要求，不同的控制单元将依据控制功能的不同而作出不同的解读和响应：对发动机控制单元而言，它的控制体现在发动机功率变化上，是通过燃油喷射量的增减和点火时间的调整而实现的。对自动变速器控制单元而言，它的控制体现在换档时刻和油压的动态调节上，是通过控制换档电磁阀和油压调节电磁阀的激发过程而实现的。结构组成如图2-2所示。2.2 卡罗拉电子节气门的工作原理卡罗拉G16轿车装备是丰田1ZR-FE发动机，该发动机采用双VVT、独立点火、霍尔式无接触电子节气门系统等技术。电子节气门是一种利用电子控制单元(ECU)控制节气门开度的系统，由发动机电子控制单

13、元（ECU）通过节气门控制电机控制节气门的开启。该系统由加速踏板位置传感器、发动机电子控制单元（ECU）和节气门体（包括节气门、节气门控制电机、节气门位置传感器、节气门回位弹簧）等部件构成。 电子节气门系统的工作原理如下：驾驶员操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入的信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。然后再经过CAN总线和整车控制单元进行通讯，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、档位、节气门位置、空调能耗等等，

14、由此计算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。 节气门驱动电机一般为步进电机或直流电机，两者的控制方式也有所不同。驱动步进电机常采用H桥电路结构，控制单元通过发出的脉冲个数、频率和方向控制电平对步进电机进行控制。电平的高低控制步进电机转动的方向，脉冲个数控制电机转动的角度，即发出一个脉冲信号，步进电机就转动一个步进角，脉冲频率控制电机转速，转速与脉冲频率成正比。因此，通过对上述三个参数的调节可以实现电

15、机精确定位与调速。 控制直流电机采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。控制单元通过调节脉宽调制信号的占空比来控制直流电机转角的大小，电机方向则是由和节气门相连的复位弹簧控制的。电机输出转矩和脉宽调制信号的占空比成正比。当占空比一定，电机输出转矩与回位弹簧阻力矩保持平衡时，节气门开度不变；当占空比增大时，电机驱动力矩克服回位弹簧阻力矩，节气门开度增大；反之，当占空比减小时，电机输出转矩和节气门开度也随之减小。 ECU对系统的功能进行监控，如果发现故障，将点亮系统故障指示灯，提示驾驶员系统有故障。同时电磁离合器被分离，节气门不再受电机控制。节气门在回位弹簧的

16、作用下返回到一个小开度的位置，使车辆慢速开到维修地点。第3章 卡罗拉电子节气门系统的故障检修 3.1电子节气门系统故障码 如图3-1和图3-2所示，加速踏板的踩压量由霍尔式加速踏板位置传感器转换成电信号输入发动机电子控制单元（ECU），发动机电子控制单元（ECU）控制流向节气门控制电机的电流量的大小和方向，使电机转动或维持，并通过减速齿轮打开或关闭节气门，节气门控制电机采用灵敏度高、耗能少的直流电机。节气门的实际开启角度由霍尔式节气门位置传感器检测并反馈给发动机电子控制单元（ECU）。当没有电流流向控制电机时，节气门回位弹簧使节气门开启到一个固定位置（大约6），在怠速时则关闭到小于这个位置。当

17、发动机电子控制单元（ECU）检测单有故障发生时，将点亮组合仪表上的故障指示灯，同时切断控制电机的电源，此时发动机转速保持在1700r/min左右。 3-1节气门体控制电路图节气门体检测数据流 VC传感器电源（4.5V5V） VTA1节气门位置传感器信号输出电压。（0.5V4.8V) VTA2节气门位置传感器信号输出电压。(2.1V5.0V） 节气门全闭 节气门位置(VTA1)用百分数表示为10%20% 节气门位置2(VTA2)用电压表示为2.13.1V 节气门全开 节气门位置(VTA1)用百分数表示为64%96% 节气门位置2(VTA2)用电压表示为4.55.0V 安全保护角度7。 节气门位置

18、(VTA1)用百分数表示为10%24%图3-2 油门踏板位置传感器电路图 电子节气门故障码出现后，又不能消除时，不要盲目地更换电子节气门体。应按照故障码的提示仔细检查相关的线束和清洗节气门体才能解决，真正器件损坏的概率较低。 3.1.1节气门体部分故障码 节气门体部分故障码为：P0122、P0123、P0222、P0223。 （1）故障码名称： P0122：节气门/踏板位置传感器/开关“A”电路低输入； P0123：节气门/踏板位置传感器/开关“A”电路高输入； P0222：节气门/踏板位置传感器/开关“B”电路低输入； P0223：节气门/踏板位置传感器/开关“B”电路高输入； （2）故障码

19、解释： 这类故障码为ETC节气门位置传感器信号线路VTA1、VTA2低电压或搭铁、高电压或开路。此故障多为此路线束中某点搭铁、短路或开路引起。 例如：VTA2断路时，会报P0223故障码 VTA2搭铁时，会报P0222故障码 VC断路时相当于VTA两路信号同时与低电压短路，会同时报P0123、P0223、P2135故障码。EAT断路时相当于VTA两路信号同时与高电压短路，会同时报P0123、P0223、P2135故障码。 （1）故障码名称： P2135：节气门/踏板位置传感器/开关“A”/“B”电压相关性。 （2）故障码解释： 两个节气门位置传感器信号之间的差异或误差是否超过相应限值并持续一定

20、时间后故障报出。两个节气门位置传感器信号电压值的和应为5V。此故障可能由以下几种原因引起；两个VTA传感器信号线接触不良导致。某路VTA传感器信号线短路或断路导致。VC或ETA线路断路导致。节气门位置传感器的信号某路受到干扰使得两个节气门位置传感器的信号电压值的和不为5V也会报此故障码。节气门位置传感器信号线应远离大电流的发电机电源线和点火线圈初级线以及尽量避免干扰。也有可能是由于节气门位置传感器本身故障。 3.1.2节气门执行器电机驱动部分故障码 节气门执行器电机驱动部分故障码为：P2102、P2103。 （1）故障码名称： P2102：节气门执行器电机控制电路低电位 P2103：节气门执行

21、器电机控制电路高电位 （2）故障码解释： 此故障码为ETC执行器电机线路故障。平时出现此故障多为线束或接插件虚接断路等问题引起。由于节气门不能正常打开，直接影响发动机的起动和车辆行驶。 3.1.3节气门执行器电机控制电路范围/性能故障码 节气门执行器电机控制电路范围/性能故障码为：P2118 当设置了该DTC或与节气门电控系统故障有关的其他DTC时，ECU进入失效保护模式。在失效保护模式下，ECU切断通往节气门执行器的电流，并且节气门被回位弹簧拉回到开度六度。然后，ECU根据油门踏板开度，通过控制燃油喷射（间歇性燃油切断）和点火正时以调整发动机输出，以确保车辆维持最低车速，如果油门踏板被轻轻踩

22、下，汽车会缓慢行驶。3.1.3故障诊断与排除（1）电压检测如图1所示，关闭点火开关，断开节气门体连接器，打开点火开关ON档，用万用表电压档测量线束连接器端子的3#和5#电压，标准应在4.55.5V，否则说明有故障，应检查修复。电阻检测 关闭点火开关，断开节气门体连接器，测量玄子1#与2#之间的电阻，在20是阻值 大约在0.3100器端子3#、4#、5#、6#和ECU连接器B-91#、B-114#、B-67#、B-115#之间的阻值均应在0.5以下，并且4根线对车身接地无短路，相互间无短路，否侧应检查修复。3.2.1油门踏板位置传感器部分故障码 油门踏板位置传感器部分故障码：P2122、P212

23、3、P2127、P2128 （1）故障码名称：P2122:节气门/踏板位置传感器/开关“D”电压低输入；P2123:节气门/踏板位置传感器/开关“D”电压高输入；P2127:节气门/踏板位置传感器/开关“E”电压低输入；P2128:节气门/踏板位置传感器/开关“E”电压高输入； （2）故障码解释： 这类故障码为油门位置传感器信号线路VPA1、VPA2低电压或搭铁、高电压或开路。此故障多为该路线束中某点搭铁、短路或开路引起。例如：VPA2 断路或相应油路踏板位置传感器处的VCP2断路时，会报P2122故障码。VPA2 与高电压短路或相应油路踏板位置传感器处的EPA2断路时，会报P2123故障码。

24、VPA 断路或相应油路踏板位置传感器处的VCPA断路时，会报P2127故障码。VPA 与高电压短路或相应油路踏板位置传感器处的EPA断路时，会报P2128故障码。3.2.2节气门节气门/踏板位置传感器/开关“D”/“E”电压相关性故障码：P2138（1）故障码名称： P2138 ：节气门/踏板位置传感器/开关“D”/“E”电压相关性。（2）故障码解释： 两个油门踏板位置传感器信号之间的差异或误差是否超过相应的限值并持续一定时间后故障报出。两个油门踏板位置传感器的信号电压值的和应为5V。 3.2.3系统功能诊断故障码 系统功能诊断故障码：P0121、P2121（1）故障码名称：P0121：节气门

25、/踏板位置传感器/开关“A”电路范围/性能故障P2121: 节气门/踏板位置传感器/开关“D”电路范围/性能故障(2)故障码解释：P0121：节气门/踏板位置传感器/开关“A”电路范围/性能故障当设置了该DTC或与节气门电控系统故障有关的其他DTC时，ECU进入失效保护模式。在失效保护模式下，ECU切断通往节气门执行器电机的电流，并且节气门被回位弹簧拉回到6位置。然后，ECU根据油门踏板开度，通过控制然后喷射（间歇性燃油切断）和点火正时以调整发动机输出，如果油门踏板被轻轻踩下，汽车会缓慢行驶。P2121: 节气门/踏板位置传感器/开关“D”电路范围/性能故障油门踏板位置传感器有两个传感器电路（

26、主或副），如果任何一个传感器电路发生故障，ECU将检测到两个传感器之间的异常信号电压差，并切换到应急模式。在应急模式下，使用有效电路计算油门踏板开度，从而车辆得以继续行驶。如果两个电路都有故障，ECU将认为油门踏板开度为全关。在这种情况下，如同发动机处于怠速状态下，节气门将保持关闭。3.2.4故障诊断与排除检测电压 如图2所示，关闭点火开关，断开加速踏板位置传感器连接器，打开点火开关ON档，用万用表电压档测量线束连接器端子的1#与2#，4#与5#电压，标准应在4.55.5V，否侧说明有故障，应检查修复。 （2）检测电阻 关闭点火开关，断开加速踏板位置传感器连接器，拆下蓄电池负极，断开ECU的连

27、接器，分别测量加速踏板位置传感器线束连接器端子1#、2#、3#、4#、5#、6#和ECU连接器端子A58#、A60#、A56#、A57#、A59#、A55#之间的阻值均应为0.5以下，并且6根线对车身接地无短路，相互之间无短路，否则应检查修复。 排除ETC系统故障码的故障时应注意仔细检查节气门位置传感器的连接器的可靠性（ETC的连接器插针易氧化注意清理），油门位置传感器的线束到电脑之间有两个中间过渡连接器，经常发生接触不良的情况，也常常会被忽略。 电子节气门常见故障及原因：节气门无法打开：加速踏板位置传感器、节气门电机、ECM、电源及线路。节气门开度不足：节气门发卡、加速踏板位置传感器、节气门

28、位置传感器、安全模式。怠速低或高：节气门发卡、初始化或怠速学习设定。第4章 电子节气门故障检修案例4.1 检修案例一 1.故障现象： 一辆07款丰田卡罗拉GL轿车，启动发动机，怠速转速升高至3200rpm。此时踩下、松开油门踏板，发动机不能加速，转速一直保持在3000rpm至4500rpm高转速，并伴随有明显抖动，故障指示灯点亮。 2.故障检查： 根据故障现象，发动机怠速转速过高、不能加速、有明显抖动，且故障指示灯点亮。说明发动机进气控制系统出现，使得油门踏板不再控制进气量。使用智能诊断仪读取故障代码DTC：P0123、P0223、P2135，根据故障代码对节气门进行初步检查，未发现有安装、连

29、接、堵塞、脏污和损坏等现象，初步怀疑电子节气门电路故障，需要进行进一步检查。 3.故障分析与诊断： 使用只能诊断仪检测输出DTC：P0123、P0223、P2135，分别代表节气门位置传感器“A”电路高输入、节气门位置传感器“B”电路高输入、节气门位置传感器“A/B”电压相关性故障，说明1、1号节气门位置传感器均发生故障。检查其信号电压，在松开和踩下加速踏板时，VTA1、VTA2信号电压均为4.9V不变。 根据DTC和数据，得出故障的有几种可能：VC断路或对地短路、VTA1、VTA2断路或短路、E2断路、节气门位置传感器损坏和ECU损坏故障。4.2检修案例二 1、故障现象： 一辆丰田卡罗拉轿车

30、，行驶里程5万km。该车怠速转速只有500r/min左右，且发动机严重抖动。 2、故障诊断： 该车已经行驶了5万km，按照经验，如果电子节气门表面附着的灰尘和积碳很多，就会造成节气门开度相对减小，从而减少进气量，导致怠速过低的现象。一般发动机转速在300500r/min范围内时抖动非常厉害。将电子节气门拆下清洗，清洗后装车试验，结果又出现怠速过高的故障现象，发动机已经运行了一段时间，但怠速始终在1500r/min左右。将发动机电脑检测仪读取故障码，输出为正常码。读取发动机数据流，水温为90，因此可以排除除冷车提速的可能性。再往下检查，发现在怠速状态下加速踏板位置传感器的输出电压比标准值大了很多

31、。从车主处得知，该车因怠速过低曾调整过加速踏板位置传感器。于是，将加速踏板位置传感器调整恢复到标准状态，但不管怎么调整，怠速转速始终为1100r/min，不能回到正常状态（650750r/min)。考虑到现代汽车发动机控制电脑有学习和记忆功能，遂断开发动机控制电脑的地线（蓄电池负极），清除发动机控制电脑内的记忆，然后重新起动发动机，并让发动机在各种工况下运行。经过一段时间的学习，带素质终于恢复到正常状态，故障排除。4.3检修案例三 1、故障现象： 一辆卡罗拉轿车，行驶里程3万km。该车在行驶过程中突然出现发动机警告灯点亮，且加不起油的现象。 2、故障诊断： 用发动机电脑检测仪读取故障码为“P1128节气门马达闭门故障”。清除故障码后再进行路试，故障现象依旧。 检查蓄电池电压为12.3V，正常充电电压为13.7V，正常；检查进气歧管，无漏气现象。读取发动机电脑数据流，在点火开关打开、发动机不运转的状态下，完全踩下加速踏板，节气门开度为56%（标准值为64%98%），1号加速踏板位置传感器输出电压为4.4V（标准值为3.04.6V），2号加