汽車新技術(shù)課件—第十章新增電控系統(tǒng)第一頁，共49頁。

第十章電控發(fā)動機的新增電子控制系統(tǒng)

本節(jié)介紹如下幾個系統(tǒng)：

·ETCS-i（智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)）

·VVT-i（智能可變氣門正時）

·VVTL-i（智能可變氣門正時和升程）第二頁，共49頁。10.1.1概述

ETCS-i(智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng))是一種使用計算機控制節(jié)氣門開度的系統(tǒng)。常規(guī)節(jié)氣門的開啟與關(guān)閉是由從加速踏板到節(jié)氣門的一根油門拉索來控制。在這個系統(tǒng)里，油門拉索已被廢除﹐而是根據(jù)加速踏板的踩壓量的大小﹐發(fā)動機ECU使用節(jié)氣門控制馬達來控制節(jié)氣門的開啟角度以達到最佳角度值。此外，加速踏板的踩壓量是由加速踏板位置傳感器所檢測。節(jié)氣門的開啟角度是由節(jié)氣門位置傳感器所檢測。10.1智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)（ETCS-i）第三頁，共49頁。ETCS-i加速踏板

位置傳感器節(jié)氣門體節(jié)氣門節(jié)氣門馬達發(fā)動機ECUETCS-i(智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng))

第四頁，共49頁。ETCS-i（智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)）（1/1）節(jié)氣門體節(jié)氣門節(jié)氣門位置加速踏板位置傳感器節(jié)氣門控制

馬達各種信號發(fā)動機ECU第五頁，共49頁。10.1.2節(jié)氣門體的結(jié)構(gòu)和工作過程

如圖所示,節(jié)氣門體包括節(jié)氣門﹑檢測節(jié)氣門開度狀態(tài)的節(jié)氣門位置傳感器﹑打開或關(guān)閉節(jié)氣門的節(jié)氣門控制馬達﹑使節(jié)氣門返回固定位置的回位彈簧。節(jié)氣門控制馬達采用了反應(yīng)靈敏度高﹑耗能少的直流馬達。發(fā)動機ECU控制流向節(jié)氣門控制馬達的電流量的大小和方向，使馬達轉(zhuǎn)動或維持，和通過減速齒輪打開或關(guān)閉節(jié)氣門，節(jié)氣門的實際開啟角由節(jié)氣門位置傳感器檢測并反饋給發(fā)動機ECU。當沒有電流流向馬達時，節(jié)氣門回位彈簧使節(jié)氣門開啟到一個固定位置(大約7°)，但是，在怠速期間的節(jié)氣門的開度反而要關(guān)閉到小于這個固定位置。提示:

★當發(fā)動機ECU檢測到有故障發(fā)生時，他將點亮組合儀表上的故障指示燈并同時切斷馬達電源。但是由于節(jié)流門保持開啟角度為7°，所以車輛仍能被開到一個安全的地方。

★初始型號在節(jié)氣門和節(jié)氣門控制馬達之間使用電磁離合器，該離合器能使馬達連接和斷開。第六頁，共49頁。節(jié)氣門體的結(jié)構(gòu)和工作原理

節(jié)氣門控制馬達

節(jié)氣門節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門回位彈簧減速齒輪第七頁，共49頁。

根據(jù)加速踏板的踩壓量的大小，ETCS-i系統(tǒng)將控制節(jié)氣門的開啟角度達到最佳角度。有正常模式控制,雪地模式控制和強動力模式控制。在一般情況下基本上使用正常模式控制，但是控制開關(guān)可切換到雪地模式控制或強動力模式控制。

★正常模式控制這是一種基本的控制模式，用于容易保持平衡的操作和平穩(wěn)駕駛。

★雪地模式控制與正常模式控制相比，這種控制模式使節(jié)氣門維持在一個較小的開啟角度，以防止在較滑的路面上行駛時，車輛打滑，例如下雪天的路面上。

★強動力模式控制

在這種模式控制中，節(jié)氣門的開啟角度要比正常模式大的多。因此，這種模式可提供增強與加速踏板的直接反應(yīng)性，與正常模式不能相比的強勁動力。強動力模式控制只限于某些車型。第八頁，共49頁。(1)正常式控制，雪地模式控制和強動力式控制強動力模式正常模式雪地模式加速踏板踩壓角度概念圖節(jié)氣門開度第九頁，共49頁。

(2)扭矩激活傳動系控制這種控制能使節(jié)氣門開啟角度小于或者大于加速器踏板的踩壓角度，來達到平穩(wěn)的加速。如圖所示，當加速踏板保持在一定的踩壓位置時，對于未配有扭矩激活傳動系控制系統(tǒng)的車輛，節(jié)氣門的開啟度變化和加速踏板的踩壓度接近同步，在較短的期間內(nèi)，車輛得到的縱向力G會迅速的升高而后又逐漸下降。與這種情況相比較，配有扭矩激活傳動系控制系統(tǒng)的車輛，節(jié)氣門逐漸開啟，以便于車輛的縱向力G的逐漸上升，從而得到平穩(wěn)加速。第十頁，共49頁。扭矩激活傳動系控制車輛縱向力G：配有控制系統(tǒng)：未配有控制系統(tǒng)時間恒定角度節(jié)氣門開度加速踏板踩壓度第十一頁，共49頁。

(3)其它控制怠速控制:

這種控制使節(jié)氣門處于關(guān)閉一端時也能以保持在理想的怠速。換檔減震動控制:這種控制是為了減少自動變速器變速換檔時的震動，它借助于ECT（電子控制傳動裝置）的控制，減小了節(jié)氣門的開啟角度同時也降低了發(fā)動機的扭矩。

TRAC（牽引力控制）的節(jié)氣門控制:如果車輪出現(xiàn)過度打滑現(xiàn)象，作為TRAC系統(tǒng)的一部分，來自防滑控制ECU的請求信號將會關(guān)閉節(jié)氣門以至于及減小功率，來提高車輛平穩(wěn)性和獲得驅(qū)動力。

VSC（車輛穩(wěn)定性控制）的協(xié)調(diào)控制:這種控制是利用防滑控制ECU的綜合控制來控制節(jié)氣門的開啟角度以達到最大效率地利用VSC系統(tǒng)控制效果。巡航控制:在常規(guī)的巡航控制中，巡航控制ECU是通過巡航控制執(zhí)行器和拉索來實施節(jié)氣門的開啟和關(guān)閉，但是配有ETCS-i，或在發(fā)動機ECU里內(nèi)含著巡航控制ECU，可通過節(jié)氣門控制馬達來直接控制節(jié)氣門的開啟角度，執(zhí)行巡航控制運作。第十二頁，共49頁。

(4)失效保護

★

如果發(fā)動機ECU檢測到ETCS-i出現(xiàn)故障，它將打開組合儀表中的故障指示燈以通報駕駛員。

★

加速踏板位置傳感器包含有主系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩個系統(tǒng)的傳感器電路。如果其中一個出現(xiàn)故障，發(fā)動機ECU能夠檢測到由于兩個傳感器電路之間的信號出現(xiàn)差別而產(chǎn)生的反常電壓。發(fā)動機ECU就轉(zhuǎn)換到跛行模式（故障慢行模式）。在跛行模式（故障慢行模式）控制中，使用剩余的一條線路來計算加速踏板的開啟角度并且車輛是在節(jié)氣門開啟角度大于正常值的有限條件下行駛。此外，如果兩個電路都出現(xiàn)故障，則發(fā)動機ECU將節(jié)氣門置于怠速狀態(tài)。在這個時候，車輛只能在怠速范圍內(nèi)運行

★

節(jié)氣門位置傳感器也包括主系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩個系統(tǒng)的傳感器電路。如果其中一個出現(xiàn)故障，發(fā)動機ECU能夠檢測到兩個傳感器電路中有一個的反常電壓，發(fā)動機ECU就切斷節(jié)氣門控制馬達的電流，然后轉(zhuǎn)換到跛行模式（故障慢行模式）。這時，由回位彈簧開啟到固定的節(jié)氣門開啟度，并且噴射量和噴射時間是由加速踏板信號的來控制。雖然發(fā)動機的輸出功率受到很大限制，但是車輛仍能行駛。

★

當發(fā)動機ECU檢測到節(jié)氣門控制馬達系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，所采用的控制方法和節(jié)氣門位置傳感器出現(xiàn)故障時采用的控制方法相同。第十三頁，共49頁。失效保護噴油器發(fā)動機ECU點火器加速踏板

位置傳感器打開回位彈簧節(jié)氣門

控制馬達節(jié)氣門關(guān)閉節(jié)氣門

位置傳感器加速踏板節(jié)氣門體第十四頁，共49頁。

通常，氣門正時（配氣正時）是固定的。而VVT-i系統(tǒng)利用油壓來調(diào)整進氣凸輪軸轉(zhuǎn)角氣門正時進行優(yōu)化。從而提高功率輸出、改善燃料消耗率、和減少廢氣排放。如圖所示，該系統(tǒng)設(shè)計用于在曲軸角大約40度范圍內(nèi)對進氣凸輪軸進行變動，從而對氣門正時進行控制，以獲得最適合發(fā)動機狀態(tài)氣門正時（根據(jù)來自傳感器的信號）。氣門正時的控制解釋如下：10.2可變進氣相位第十五頁，共49頁。VVT-i

鎖銷外殼葉片

（安裝在進氣凸輪軸上）進氣凸輪軸第十六頁，共49頁。VVT-i（智能可變氣門正時）凸輪軸

位置傳感器VVT-i控制曲軸位置

傳感器凸輪軸正時

機油控制閥水溫

傳感器發(fā)動機ECU節(jié)氣門位置

傳感器空氣流量計第十七頁，共49頁。曲軸位置

傳感器空氣流量計節(jié)氣門位置

傳感器水溫傳感器凸輪軸位置

傳感器車速信號空氣流量計發(fā)動機ECU凸輪軸

正時機油

控制閥反饋修正實際閥門正時占空控制VVT-i（智能可變氣門正時）第十八頁，共49頁。進氣門開、關(guān)時刻：發(fā)動機轉(zhuǎn)速低時，進氣管內(nèi)混合氣隨活塞運動，活塞運動慢。進氣門應(yīng)提前關(guān)閉，以避免混合氣回流進氣管。發(fā)動機低速時，進氣凸輪軸相位應(yīng)提前調(diào)整?？勺冞M氣相位第十九頁，共49頁。進氣門開、關(guān)時刻：發(fā)動機轉(zhuǎn)速高時，進氣管內(nèi)氣流快，活塞在向上運動過程中，混合氣應(yīng)可繼續(xù)涌入氣缸，為增加混合氣量，進氣門延遲關(guān)閉。發(fā)動機高速時，進氣凸輪軸相位應(yīng)延遲調(diào)整。第二十頁，共49頁。(1)

在低溫、低負荷、低速時，或者在低負荷時延遲氣門正時可減少氣門重疊，以減少排出的廢氣逆吹入進氣側(cè)，從而達到穩(wěn)定怠速、提高燃料消耗率和啟動性能。第二十一頁，共49頁。全負荷特性在高負低-中速時發(fā)動機負荷在低溫、低負荷、低速時，或者在低負荷時發(fā)動機轉(zhuǎn)速在高負荷高速時在中負荷時：氣門正時提前：氣門正時延遲第二十二頁，共49頁。全負荷特性在高負低-中速時發(fā)動機負荷在低溫、低負荷、低速時，或者在低負荷時發(fā)動機轉(zhuǎn)速在高負荷高速時在中負荷時：氣門正時提前：氣門正時延遲(2)在中等負荷，或者在高負荷低-中速時

提前氣門正時可增加氣門重疊，以增加EGR使用和降低填充損失，從而改善了排放控制和燃料消耗率。此外，同時提前進氣門的關(guān)閉時間可減少進氣被逆吹回進氣側(cè)，改善了容積效率。第二十三頁，共49頁。全負荷特性在高負低-中速時發(fā)動機負荷在低溫、低負荷、低速時，或者在低負荷時發(fā)動機轉(zhuǎn)速在高負荷高速時在中負荷時：氣門正時提前：氣門正時延遲(3)在高負荷高速時提前氣門正時可增加氣門重疊，以增加EGR使用和降低填充損失，從而改善了排放控制和燃料消耗率。此外，同時提前進氣門的關(guān)閉時間可減少進氣被逆吹回進氣側(cè)，改善了容積效率。此外，使用凸輪軸位置傳感器的反饋控制被用于將實際進氣的氣門正時維持在目標氣門正時里。第二十四頁，共49頁。排氣凸輪軸進氣凸輪軸10.3奧迪A6發(fā)動機配氣正時調(diào)節(jié)機構(gòu)第二十五頁，共49頁。凸輪軸調(diào)節(jié)閥N205液壓缸排氣凸輪軸進氣凸輪軸

凸輪軸調(diào)整器（與鏈條張緊器一體）第二十六頁，共49頁。

功率調(diào)整:

調(diào)整功率時，鏈條下部短，上部長，進氣門延遲關(guān)閉。進氣管內(nèi)氣流速高，氣缸充氣量足。因此高轉(zhuǎn)速時，功率大。排氣凸輪軸進氣凸輪軸凸輪軸調(diào)整器第二十七頁，共49頁。

扭矩調(diào)整:凸輪軸調(diào)整器向下拉長，于是鏈條上部變短，下部變長。因為排氣凸輪軸被齒形帶固定了，此時排氣凸輪軸不能被轉(zhuǎn)動，進氣凸輪軸被轉(zhuǎn)一個角度，進氣門提前關(guān)閉。在這個位置時，在中、低轉(zhuǎn)速，可獲得大扭矩輸出.第二十八頁，共49頁。怠速時:怠速時，進氣門延遲關(guān)閉.扭矩調(diào)整:轉(zhuǎn)速在1000rpm以上時，進氣門提前關(guān)閉。左側(cè)凸輪軸調(diào)整器向下，右側(cè)調(diào)整器向上運動。功率調(diào)整:

轉(zhuǎn)速在3700rpm以上時，左側(cè)凸輪軸調(diào)整器向上，右側(cè)調(diào)整器向下運動，進氣門延遲關(guān)閉。第二十九頁，共49頁?？刂朴偷繠控制油道A回油油道機油壓力鏈條張緊器液壓控制閥進氣門提前關(guān)閉:第三十頁，共49頁。機油壓力鏈條張緊器控制油道B回油油道控制油道A液壓控制閥進氣門延遲關(guān)閉:第三十一頁，共49頁。10.4豐田-VVT-i（智能可變氣門正時）

VVT-i系統(tǒng)的構(gòu)造部件包含著可通過調(diào)整進氣凸輪軸轉(zhuǎn)角氣門正時的VVT-i控制器和一個控制油壓的凸輪軸正時機油控制閥。凸輪軸正時機油控制閥是控制油壓的。

10.4.1VVT-i控制器VVT-i控制器由一個由定時鏈條驅(qū)動的外殼和固定在凸輪軸上葉片組成。由來自進氣凸輪軸提前或者延遲側(cè)的通道轉(zhuǎn)送的油壓使得VVT-i控制器的葉片沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，從而連續(xù)不斷地改變進氣氣門正時。當發(fā)動機停止時，進氣凸輪軸被調(diào)整（移動）到最大延遲狀態(tài)以維持啟動性能。在發(fā)動機啟動后，油壓并未立即傳到VVT-i控制器時，鎖銷便鎖定VVT-i控制器的作動機械部以防撞擊產(chǎn)生噪聲。參考:除了以上所述外，還有一種類型是活塞在外齒輪（相當于機殼）和內(nèi)齒輪（直接附在凸輪軸連接）的螺旋齒條之間作軸向運動以改變齒輪軸狀態(tài)。第三十二頁，共49頁。鎖銷葉片

（安裝在進氣凸輪軸上）進氣凸輪軸外殼油壓停止操作鎖銷

VVT-i控制器第三十三頁，共49頁。

10.4.2凸輪軸正時機油控制閥

凸輪軸正時機油控制閥是順應(yīng)于發(fā)動機ECU的占空控制而控制滑閥位置和分配用于VVT-i控制器流到提前側(cè)或延遲側(cè)的油壓。發(fā)動機停止時，進氣氣門正時是在最大延遲角度上。第三十四頁，共49頁。彈簧油壓回油口回油口滑閥提前側(cè)（延遲側(cè)）線圈柱塞凸輪軸正時機油控制閥第三十五頁，共49頁。

10.4.3VVT-i智能可變氣門正時工作原理凸輪軸正時機油控制閥是根據(jù)發(fā)動機ECU輸出的電流量，來選擇流向VVT-i控制器的通道。VVT-i控制器應(yīng)用油壓使進氣凸輪軸旋轉(zhuǎn)到提前，延遲或保持氣門正時所該當位置。發(fā)動機ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣量、節(jié)氣門位置和冷卻液溫度來計算出各種運行條件下的最佳氣門正時，以便控制凸輪軸正時機油控制閥此外，發(fā)動機ECU使用凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器傳出的信號用來計算實際氣門正時，并進行反饋控制以達到閥的目標氣門正時。第三十六頁，共49頁。(1)提前由發(fā)動機ECU所控制的凸輪軸正時機油控制閥的所放置的位置，如圖所示的說明狀態(tài)時，油壓作用于氣門正時提前側(cè)的葉片室，使進氣凸輪軸向氣門正時的提前方向旋轉(zhuǎn)。葉片旋轉(zhuǎn)方向油壓回油口凸輪軸正時

機油控制閥發(fā)動機ECUVVT-i控制1.提前第三十七頁，共49頁。2.延遲由發(fā)動機ECU所控制的凸輪軸正時機油控制閥的所放置的位置，如圖所示的說明狀態(tài)時，油壓作用于氣門正時延遲側(cè)的葉片室，使進氣凸輪軸向氣門正時的延遲方向旋轉(zhuǎn)。葉片2.延遲旋轉(zhuǎn)方向回油口油壓發(fā)動機ECU第三十八頁，共49頁。3.保持發(fā)動機ECU根據(jù)具體的運作參數(shù)進行處理，并計算出目標氣門正時角度，當達到目標氣門正時以后，凸輪軸正時機油控閥通過關(guān)閉油道來保持油壓，如圖中所示的說明狀態(tài)，是保持現(xiàn)在的氣門正時的狀態(tài)。發(fā)動機ECU3.保持油壓第三十九頁，共49頁。VVTL-i系統(tǒng)以WT-i系統(tǒng)為基礎(chǔ)并應(yīng)用了凸輪轉(zhuǎn)換機構(gòu)來改變進氣和排氣氣門的升程，這就使在不影響燃油經(jīng)濟性和排放性能的前提下，而實現(xiàn)得到高動力性。機油壓力開關(guān)機油控制閥

(用于VVTL)

凸輪軸位置傳感器節(jié)氣門位置

傳感器車速信號空氣流量計水溫傳感器機油控制閥

(用于VVT)曲軸位置

傳感器

發(fā)動機ECU10.5VVTL-i（智能可變氣門正時和升程）第四十頁，共49頁。高速用凸輪低-中速用凸輪VVTL-I裝置的基本構(gòu)造及運作和VVT-i系統(tǒng)相同。但，還采用了能轉(zhuǎn)換兩個不同升程量的凸輪裝置，用于改變氣門的升程量。至于凸輪轉(zhuǎn)換機構(gòu)，發(fā)動機ECU依據(jù)水溫傳感器和曲軸位置傳感器的傳來信號，作為參數(shù)進行處理，并利用機油控制閥（用于VVTL）在兩個凸輪之間進行轉(zhuǎn)換控制。第四十一頁，共49頁。高速用凸輪VVTL-i低速和中速用凸輪第四十二頁，共49頁。油壓回路油壓回路

(用于VVTL)VVTLVVT來自機油主孔

燃油濾清器第四十三頁，共49頁。機油壓力開關(guān)凸輪軸位置傳感器機油控制閥(用于VVTL)凸輪轉(zhuǎn)換機構(gòu)回油口油壓滑閥水溫傳感器機油控制閥（用于WT）曲軸位置傳感器1.用于VVTL的機油控制閥VVTL-i系統(tǒng)的構(gòu)造部件和VVT-i系統(tǒng)的接近相同。VVTL-i系統(tǒng)的特殊部件是用于VV