電子節(jié)氣門(mén)體結(jié)構(gòu)原理及失效模式分析

李蕓蕓， 張 淼， 劉志強(qiáng)， 高正麗， 沈 源， 王瑞平，2

（1.寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司，浙江 寧波 315336；2.浙江吉利動(dòng)力總成有限公司，浙江 寧波 315800）

1 電子節(jié)氣門(mén)體結(jié)構(gòu)及工作原理

節(jié)氣門(mén)體是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部件，空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)都需經(jīng)過(guò)節(jié)氣門(mén)體，進(jìn)入空氣的量也是由節(jié)氣門(mén)體控制。空氣流經(jīng)節(jié)氣門(mén)體、進(jìn)氣歧管后與汽油一起進(jìn)入缸內(nèi)燃燒。節(jié)氣門(mén)體分為傳統(tǒng)機(jī)械節(jié)氣門(mén)和電子節(jié)氣門(mén)體兩種，老式傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)一般使用的是機(jī)械節(jié)氣門(mén)，是通過(guò)拉索或者拉桿接油門(mén)踏板和節(jié)氣門(mén)連動(dòng)板，通過(guò)駕駛員踩踏油門(mén)踏板直接拉動(dòng)節(jié)氣門(mén)連動(dòng)板，控制連動(dòng)板的開(kāi)啟程度來(lái)工作；電子節(jié)氣門(mén)體是通過(guò)踏板及電子節(jié)氣門(mén)體內(nèi)部的位置傳感器、電機(jī)和ECU來(lái)控制電子節(jié)氣門(mén)的開(kāi)啟角度并反饋信號(hào)，從而精確控制進(jìn)氣量［1］。隨著科技的發(fā)展及人們對(duì)汽車(chē)的駕駛性要求越來(lái)越高，電子節(jié)氣門(mén)體逐漸取代機(jī)械節(jié)氣門(mén)體，目前市場(chǎng)上新型發(fā)動(dòng)機(jī)都已經(jīng)在使用電子節(jié)氣門(mén)體。

電子節(jié)氣門(mén)體由殼體、電機(jī)、閥片、閥軸、位置傳感器、回位彈簧、傳動(dòng)齒輪、扇形齒輪、密封圈、軸端蓋、軸承、蓋板等組成［2］，如圖1所示。電機(jī)、閥片、閥軸、傳動(dòng)齒輪、扇形齒輪和位置傳感器都是保證電子節(jié)氣門(mén)能按目標(biāo)要求打開(kāi)和關(guān)閉［3］；回位齒輪是保證電子節(jié)氣門(mén)體能順利返回以及在節(jié)氣門(mén)體失效時(shí)，ECU進(jìn)行失效保護(hù)，切斷電機(jī)電源后電子節(jié)氣門(mén)體能順利回到跛行位置，保證汽車(chē)能運(yùn)行至服務(wù)站；殼體、頂蓋、密封圈及軸端蓋能保證電子節(jié)氣門(mén)體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)件在一個(gè)封閉無(wú)塵無(wú)水的環(huán)境中工作，提高電子節(jié)氣門(mén)體的可靠性。

圖1 電子節(jié)氣門(mén)體結(jié)構(gòu)圖

電子節(jié)氣門(mén)體的作用主要是通過(guò)油門(mén)、ECU及電子節(jié)氣門(mén)體本體直接來(lái)控制進(jìn)入空氣的量從而間接控制噴油量來(lái)保證汽車(chē)按要求運(yùn)行。駕駛員通過(guò)路況判斷來(lái)控制油門(mén)踏板，油門(mén)踏板上的位置傳感器讀取油門(mén)踏板的踩踏程度反饋到ECU，ECU通過(guò)接收到的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電子節(jié)氣門(mén)體里的電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)后通過(guò)齒輪傳遞至閥軸［4］，控制閥軸上閥片打開(kāi)，閥片的開(kāi)度大小通過(guò)電子節(jié)氣門(mén)體內(nèi)部的位置傳感器發(fā)出兩路位置信號(hào)反饋給ECU進(jìn)行診斷開(kāi)度位置是否正確，確定是否需要持續(xù)給予高頻電壓，繼續(xù)增加閥片開(kāi)度。

2 電子節(jié)氣門(mén)體的特點(diǎn)

1）通過(guò)ECU及電子節(jié)氣門(mén)體上的位置傳感器可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)全范圍的最佳扭矩輸出［5］。

2）能精確地控制電子節(jié)氣門(mén)體閥板的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)燃燒最優(yōu)化，使發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能提高［5］。

3）車(chē)輛運(yùn)行可靠性、安全性提高，電子節(jié)氣門(mén)體里使用的位置傳感器可以輸出兩路位置信號(hào)，兩路信號(hào)都輸出正確才能保證電子節(jié)氣門(mén)體正常工作，其中一路出問(wèn)題，電子節(jié)氣門(mén)體就會(huì)進(jìn)入失效保護(hù)模式，從而大大提高電子節(jié)氣門(mén)體的可靠性及安全性。

4）為考慮不同人群的需求，車(chē)輛會(huì)配置運(yùn)動(dòng)模式和經(jīng)濟(jì)模式，這兩種模式也是依據(jù)電子節(jié)氣門(mén)體及ECU進(jìn)行控制。

5）可在各種惡劣環(huán)境中進(jìn)行補(bǔ)償使用。

3 電子節(jié)氣門(mén)體失效模式及失效原因

1）電子節(jié)氣門(mén)體卡滯［6］，卡滯可能發(fā)生的原因有兩種：①由于曲通回流的曲軸箱里的油氣混合物和進(jìn)氣系統(tǒng)里的污物，產(chǎn)生結(jié)膠物質(zhì)在電子節(jié)氣門(mén)體喉口位置堆積將閥片粘住或進(jìn)入閥軸間隙影響閥軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致閥軸卡滯；②由于電子節(jié)氣門(mén)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及ECU控制數(shù)據(jù)匹配未考慮特殊位置點(diǎn)導(dǎo)致閥片與喉口位置卡滯，如電子節(jié)氣門(mén)體閥片和喉口在極限狀態(tài)下有接觸的可能性，在標(biāo)定ECU數(shù)據(jù)時(shí)未考慮正常運(yùn)行過(guò)程中避開(kāi)極限狀態(tài)，易導(dǎo)致在運(yùn)行過(guò)程中閥片與喉口刮擦導(dǎo)致卡滯用。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速過(guò)高、過(guò)低或者忽高忽低都屬于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)范疇［7，8］。導(dǎo)致怠速不穩(wěn)的原因有很多，總結(jié)有以下3點(diǎn)：①漏氣，電子節(jié)氣門(mén)體與進(jìn)氣歧管結(jié)合位置、進(jìn)氣歧管內(nèi)部以及進(jìn)氣歧管與缸蓋結(jié)合位置有漏氣導(dǎo)致電子節(jié)氣門(mén)體的開(kāi)度不精確或持續(xù)變動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)；②進(jìn)氣歧管上接曲通系統(tǒng)上的PCV閥損壞或者接碳罐系統(tǒng)的碳罐損壞易導(dǎo)致混合氣過(guò)濃，使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速過(guò)高；③電子節(jié)氣門(mén)體進(jìn)氣通道積碳或者油泥等污物過(guò)多，影響通過(guò)通道的空氣進(jìn)入量，且超出節(jié)氣門(mén)體的自適應(yīng)調(diào)節(jié)范圍，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)加速無(wú)力或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中掉轉(zhuǎn)速，此問(wèn)題一般為電子節(jié)氣門(mén)體閥板開(kāi)度無(wú)法達(dá)到目標(biāo)開(kāi)度，導(dǎo)致進(jìn)氣量不足，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)足夠的行駛動(dòng)力，一般此故障都是內(nèi)部線路故障、電機(jī)故障導(dǎo)致。

4）電子節(jié)氣門(mén)體異響［9］，電子節(jié)氣門(mén)體由于中間傳動(dòng)是齒輪傳動(dòng)，靜態(tài)下晃動(dòng)出現(xiàn)聲響屬正常，若在使用過(guò)程中出現(xiàn)非閥片打開(kāi)、關(guān)閉的聲音屬于異響。由于傳動(dòng)精度不高，傳動(dòng)力較小，且一般都為塑料齒輪，一般異響發(fā)生在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可能性較低，常見(jiàn)異響發(fā)生在電機(jī)位置，電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障導(dǎo)致異響。

5）故障燈亮，可通過(guò)售后檢測(cè)設(shè)備讀取車(chē)輛故障碼，確定故障形式［10］。常見(jiàn)的有位置傳感器信號(hào)不合理，此故障形式一般屬于線路故障或傳感器內(nèi)部故障；位置傳感器信號(hào)電路電壓過(guò)高或過(guò)低，此故障形式一般屬于線路短路或開(kāi)路、ECU輸入信號(hào)不正確或傳感器本身有問(wèn)題；電子節(jié)氣門(mén)體實(shí)際位置與目標(biāo)位置偏差超限，一般為通道污物過(guò)多或者傳感器本身問(wèn)題；電子節(jié)氣門(mén)體開(kāi)啟阻力過(guò)大［11］，一般屬于閥片卡滯或者結(jié)冰導(dǎo)致閥片無(wú)法開(kāi)啟，嚴(yán)重時(shí)易損壞電機(jī)；電子節(jié)氣門(mén)體回位阻力過(guò)大，一般是回位彈簧失效；電子節(jié)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)級(jí)故障一般是電機(jī)失效導(dǎo)致，等等。

4 總結(jié)

1）電子節(jié)氣門(mén)體相比于機(jī)械節(jié)氣門(mén)體精度高、可靠性好。

2）電子節(jié)氣門(mén)體由各組成結(jié)構(gòu)精確控制其開(kāi)度，保證各個(gè)工況的最優(yōu)進(jìn)氣量，從而保證燃燒充分。

3）分析電子節(jié)氣門(mén)體的故障模式及故障原因，為電子節(jié)氣門(mén)體失效提供分析思路。