电控发动机4-5怠速控制系统

二、怠速控制系统的组成及控制原理
1.系统组成
（1）传感器
①节气门位置信号 ②转速信号 ③车速信号 ④起动开关信号 ⑤冷却液温度信号 ⑥ A/C开关信号 ⑦动力转向开关信号 ⑧发电机负荷信号 ⑨空挡位置开关信号 ⑩液力变矩器负荷信号
（2）ECU
（3）执行元件
怠速控制阀
1、冷却液温度信号 2、A/C开关信号 3、空挡位置开关信号 4、转速信号 5、节气门位置信号 6、车速信号 7、执行元件
信号 ⑦液力变矩器负
荷信号
发动机转速 传感器
小结：怠速控制原理
目标 转速
实际 转速
ECU
比
计算
较
控制
驱 动
级
怠 速 阀
怠速状 态判别
直 直流电动机 旁 直通电磁阀式 通 旋转电磁阀式 式 步进电机式
车速信号 节气门位置传感器
பைடு நூலகம்
基本原理：通过控制旁通空气通道面积，从而控制进气量
常见型式： 1.辅助空气阀式 2.直通电磁阀式
①双金属片式 （只调整快怠速，
②石蜡式
不受ECU控制。 已淘汰）
3.旋转电磁阀式
4.步进电机式
1.直通电磁阀式
1、5 弹簧 2、线圈 3、阀杆 4、控制阀
（1）构造：①磁化线圈
②阀 ③波纹管（消除阀门上下两侧压差对开启位置的影响）
2.控制原理
①起动开关信号 ②冷却液温度信号
ECU
③ A/C开关信号
目标
④动力转向开关信号 ⑤发电机负荷信号 ⑥空挡位置开关信号
转速
比
计算
较
控制
驱 动
级
怠 速 阀
实际
⑦液力变矩器负荷信号
转速
发动机转速传感器
怠速状 态判别
车速信号 节气门位置传感器
怠速控制程序：
（1）ECU根据节气门位置传感器和车速信号，判断发动机是否 处于怠速状态。
（2）工作原理 是一种占空比控制方式
AB
一个周期
占空比=
A ×100% A+B
占空比：一个脉冲周期里，线圈通电时间占整个周期的 时间之比
①线圈断电时，阀体上移，阀与 阀座间隙变大，通道面积增 大，进气量增加。
②线圈通电，产生磁场，阀体下 移，进气量减少。
③阀不断打开、关闭，占空比不 同，打开、关闭时间长短不 同，从而使阀动态地控制在一 个合适的打开位置。
第五节 怠速控制系统
一、概述
1.怠速：通常指发动机在无负荷（对外无功率输出）情况下，
输出动力仅仅用来维持自身运转的稳定运转状态。
2.设置怠速控制的必要性：
（1）怠速转速过高，会增加燃油消耗 （2）怠速转速过低，排放有害物增加 （3）冷车运转、电器负荷、空调、动力转向等工作时，会引
起怠速转速的变化。 （4）怠速时，节气门处于关闭状态，发动机摩擦力矩变化或
a）接蓄电池正极
b）接蓄电池负极
（3）控制内容
①起动初始位置确定：阀门处于全开状态（点火开关断开时，ECU的
M-REL端继续供电2S，主继电器保持接通状态， 待步进电机进入初始位置后断电。）
②起动控制：在起动期间或起动后，发动机转速达到规定值时（此值由
冷却水温确定），ECU开始控制步进电机，将阀门关小到由 冷却水温确定的阀门位置。
（3）控制内容 ①起动控制：起动信号接通，使控制阀完全打开 ②反馈控制：目标转速与实际转速比较，根据差值调整 ③发动机转速变化预控制：空调开关、空挡起动开关接通时，
占空比改变
④恒定载荷控制：当怠速触点断开或空调开关接通时，使控制
阀保持在一固定开度。
需要说明的是：快怠速（暖机）的转速是用其他空气阀控制的
（2）发动机怠速运转时，ECU根据各传感器的信号，控制直流电动机的正 反转和转动量，以改变节气门最小开度限制器的位置，从而控制节气门的最 小开度，实现对怠速进气量进行控制的目的。
直流电动机通电运转
减速齿轮减速增扭
丝杠旋转
调节节气门位置（开度） 调节进气量，实现怠速控制
传动轴直线运动
（二）旁通空气式
ｂ） 1 、 2— 线 圈 3— 爪 极 4．6—定子5—转子
（1）构造：①控制阀
②步进电机 ③传动机构（丝杠、阀轴）
（2）工 作 原 理
①步进电机工作原理
a）输入脉冲
b）工作过程
通一次电，电机转一下（一步一步前进）
原理如图： 当ECU控制使步进 电机
的线圈按1-2-3-4顺序依次搭 铁时，定子磁场瞬时针转动， 由于与转子磁场间的相互作用， 使转子随定子磁场同步转动。
2.旋转电磁阀式
（1）构造：①永久磁铁
②电枢（铁芯上绕有绕向相反的两个线圈L1、L2） ③旋转滑阀
（2）工作原理
① L1通电，电枢带动滑阀顺时针转，空气通道面积减小，怠速降低。 ② L2通电，电枢带动滑阀逆时针转，空气通道面积增大，怠速升高。 ③ L1、 L2的通电时间由占空比控制（滑阀偏转角度：90°范围） （补充：占空比50%—电枢停止转动；18%—滑阀关闭；82%—滑阀全开。）
④发动机转速变化预控制：当发动机负荷变化时，在转速出现变化
前，控制怠速阀开大或关小一个固定 （相关信号：空调开关、空挡起动开关、动力转向开关、电气负荷等）
⑤减速缓冲控制：减速时，怠速转速应稍提高。
3.步进电机式
ａ）
1、控制阀 2、前轴爪 3、后轴承 4、密封圈 5、丝杠机构 7、定子 6、线束连接器 8、转子
负荷变化，同时将引起转速变化。当ECU接收到这些开关信号时，在发 动机转速变化出现前，就控制步进电机转动，预先把怠速控制阀开大或 关小一个固定距离。
⑥电器负载增多时的怠速控制：
如使用的电器负载增大到一定程度时，蓄电池电压就会降低，为保 证电控系统正常的供电电压，ECU根据蓄电池电压调节怠速控制阀的开 度，提高发动机的怠速转速，以提高发电机的输出功率。
（3）控制内容
①起动控制：根据发动机当时情况，差ECU内的存储数据打开。
（相关信号：冷却液温度、发动机转速）
②暖机控制：根据水温控制块怠速；同时进行反馈控制。
（相关信号：冷却液温度、发动机转速）
③反馈控制：满足反馈控制条件（怠速），比较实际转速与目标转速。
（相关信号：转速、车速、节气门位置、空调开关、 动力转向开关、电气负荷等）
（2）发动发动机后在熄火。2～3s内在怠速控制阀附近应能听到内部发出 的“嗡嗡”响声；
（3）拆下控制阀线束连接器，测量B1与S1和S3、B2与S2和S4之间的电阻， 应为10～30Ω。
（4）拆下怠速电磁阀，将蓄电池正极接至B1和B2端子，负极按 顺序依次接通S1—S2—S3—S4端子时，随步进电动机的旋转， 控制阀应向外伸出，如图；若负极按反方向接通S4—S3—S2— S1端子，则控制阀应向内缩回。
空气中细小灰尘附着在节气门缝隙处等，都会引起转速 变化。 （5）怠速时，驾驶员脚已离开加速踏板，无法调节进气量。
结论：1.怠速转速应稳定在一个最佳转速，且能随负荷变化
2.必须加设怠速转速控制装置
3.怠速控制功用及内容
（1）功用：①自动维持发动机在目标转速下稳定运转。 ②实现发动机起动后的快速暖机过程。 ③增加负荷时，实现怠速提升。
⑦学习控制：
在发动机使用过程中，由于摩擦等原因会导致怠速控制阀的性能发 生改变，怠速控制阀的位置相同时，实际的转速与目标转速略有不同。 在此情况下，ECU利用反馈控制使转速回到目标转速，同时将步进电机
①起动开关信号 ②冷却液温度信
号 ③ A/C开关信号 ④动力转向开关
信号 ⑤发电机负荷信
号 ⑥空挡位置开关
同理，步进电动机的线圈 按相反的顺序通电时，转子则 随定子磁场同步反转。定子有 32个爪级，步进电动机每转一 步为1/32圈，工作范围为0～ 125个步进级。
②步进电动机型怠速控制阀
ECU控制各线圈的搭铁回路，通一次电转一步，以控制怠速控制阀的工作。
③控制阀的检修
（1）拆下控制阀线束连接器，点火开关置“ON”，不起动发动机，分别检 测B1和B2与搭铁间的电压，为蓄电池电压；
标转速（因发动机负荷等状况而异）相差超过一定值（如 20r/min）时，微机将通过步进电机控制怠速控制阀，增减 旁通空气量，使发动机的实际转速与目标转速相同。
125
A
A-B:起动后控制
B
B-C:暖机控制 C-D：反馈控制
级数
C
D
20冷却液温度℃ 80
⑤发动机转速变化预控制：
当空调开关、动力转向开关等接通或断开时，都会立即引起发动 机
整进气量。
三、怠速执行机构（怠速控制阀）
根据怠速控制系统控制进气量的对策、方式不同，执行机构 也大致分为两大类： 1.节气门直动式 2.旁通空气式
（一）节气门直动式
1.基本原理：通过控制怠速时节气门开启程度（全闭位 置），调节空气通路面积，控制进气量， 从而实现怠速控制。
2.基本组成：
（1）直流电动机 （2）减速齿轮机构 （3）丝杠机构 （4）传动轴等
（2）若为怠速工况， ECU根据起动开关信号、冷却液温度信号、 A/C开关信号、动力转向开关信号、发电机负荷信号、空挡 位置开关信号、液力变矩器负荷信号等，从存储器中查出 相应的目标转速。
（3）ECU根据曲轴位置传感器（转速信号）得到发动机实际转速。 （4）将实际转速与目标转速进行比较，根据差值计算控制量。 （5）ECU根据计算出的控制量，通过驱动机构驱动怠速执行器调
ａ）外形图
ｂ）结构图
1、节气门操纵臂 2、怠速控制器 3、节气门体 4、喷油器 5、燃油压力调节器 6、节气门 7、防转六角孔 8、弹簧 9、直流电动机 10、11、13 、齿轮 12、传动轴 14、丝杠
3.工作过程：
（1）当直流电动机通电转动时，经减速齿轮机构减速增扭后，再由丝杠机 构将其旋转运动转换为传动轴的直线运动。传动轴顶靠在节气门最小开度限 制器上。
（2）控制内容（具体内容随车型不同而有较大差异）： ①起动控制 ②暖机控制 ③反馈控制（保持转速稳定） ④负荷变化控制 ⑤减速控制
4.怠速控制的方法
怠速控制的实质：控制怠速时的进气量（混合气量） （1）节气门直动式
控制节气门全闭位置
（2）旁通空气式
控制节气门旁通通道中的空气流量
二者都是利用调节空气通路面积的方法来控制进气量
125
A
A-B:起动后控制
B
级数
20冷却液温度℃
例如：水温为 20℃时，当发 动机转速达到 500r/min，ECU 控制阀从全开 的A点到达B点 位置
③暖机控制：暖机时，根据冷却水温所确定位置，控制阀开始逐渐关小。
当水温达到80℃时，暖机控制结束。
④反馈控制：怠速运转时，如果发动机实际转速与微机存储器存储的目