怠速的控制系统与检修.doc

怠速的控制系统与检修一摘要所谓怠速，通常指的是发动机在没有负荷也就是无对外功率输出的情况下稳定运转的状态。发动机怠速转速过高会增加燃油的消耗量，特别是在交通密度大的市区中行驶时大约30%的燃油消耗是在怠速阶段，因此，为了提高燃油的经济性，理论上来说怠速应尽可能的低，可过低的怠速转速会造成CH的增加导致环境的污染。所以通过实验测得发动机的怠速在750r/min左右时为最佳。另外，还应考虑在所有怠速条件下：如冷车运转与电器负荷，空调装置，自动变速器，动力转向等伺服机构的接入等情况，它们都得通过发动机的带动。这样将会引起怠速转速的变化，使发动机转速不稳，甚至引起熄火现象。另外，汽车发动机工作时，其转速是由驾驶员通过加速踏板改变节气门的位置，调节充气量来实现的，但是在怠速时，驾驶员的脚已经离开了加速踏板，如再要对充气量来控制已无能为力了。因此为了使怠速转速稳定在目标转速上，在现代汽车电控发动机上，都装有不同型式的怠速控制装置。二、关键词：怠速控制诊断三、正文发动机怠速控制系统的工作原理（如图一）所示： 图一 发动机怠速转速控制的实质是对怠速充气量的控制。而怠速时喷油量的控制是与充气是量相匹配的原则进行增减，以达到合适的空燃比。发动机怠速控制系统一般分为三大部分：传感器，执行器和ECU。传感器（检测发动机转速）节气门位置传感器（检测发动机处于怠速状态），水温传感器（检测发动机冷却液温度），启动开关信号（检测发动机正在启动中），空调开关（检测空调的工作状态），车速传感器（检测车速）,空档启动开关（检测换档手柄位置），液力变矩器负荷情况（检测变矩器负荷的变化），动力转向开关（检测动力转向工作状态），发电机负荷信号（检测发电机负荷的变化）。 执行器主要有：1、附加空气滑阀式；2、步进电机式；3、平动电磁阀；4、旋转电磁阀式；5、真空电磁阀式。尽管不尽相同，但原理是一致的，都是属于旁通空气式，是在节气门的旁通空气道内设置一个阀门，通过阀门的开度来改变进气量，阀门开度越大，旁通空气通道截面越大，空气的流量也就越大，则怠速转速提高；反之，则怠速转速降低。一般地怠速执行器具有四个功能：1、根据发动机负荷和其它一些条件（如空调开关）提供适当的空气量来控制怠速。2、在急减速时作电子阻尼器起缓冲作用，防止发动机失速，防止进气管压力过低导致转速过低引起排放恶化。3、启动时提供所需的全部空气量便于容易起动。4、防止发动机续走，即在炽热时发动机不能熄火的现象，用关闭全部空气通道的办法来强制熄火。ECU则是根据从各传感器输送来的信号，把发动机的实际转速与各传感器输入的信号所决定的目标转速进行比较。根据比较得出的差值，确定目标转速的控制量，然后输出 一个电压信号，去驱动怠速控制系统的执行机构，使怠速转速保持在目标转速上。现代汽车怠速控制一般采用发动机转速反馈的形式。但这又存在一个问题，即在驾驶员控制加速踏板的行驶过程中，如果进行怠速反馈控制就会和控制加速踏板引起的空气量调节发生冲突。因此必须要有节气门关闭信号与车速信号等来检测怠速状态，也只有在这种状态下才可实施反馈控制。此外，怠速控制还可以把过去用各种装置所实现的功能集中，如发动机冷却液温度过低时，可以得用提高目标转速的方法提高怠速转速，因而可以废除空气阀的设置。当空调压缩机工作时，可利用提高目标转速的方法实现高怠速运转，从而可以省去相应的节气门控制装置，怠速控制的内容随车型的不同有较大差异。一般都包括：启动后控制，暖机控制，负荷变化的控制，减速时的控制等。这在后面讲福特蒙迪欧的控制原理中再作具体的讲解了。 1 旋转电磁阀式怠速控制原理如图二所示： 旋转电磁阀主要由电枢、线圈、回位弹簧、调节限位块等组成，电枢部分从结构上看像一只直流电机但是电枢端部设立了一些挡块，致使电枢只能在0度90度的转角范围内转动。定子用永久磁铁作成磁场，在电枢上有两组绕向相反的绕组组成，通电时，滑片类似于直流电机的换向器，由于只限于90度转角内，滑片实际上只与某一电刷一直接触。旁通空气量的大小控制是进电枢上两组绕向相反的线圈经过通电产生的转矩决定的。当L1与弹簧的转矩之和大于L2的转矩时电枢将逆时针转动，即加大旁通空气量，反之则减小旁通空气量。在整个怠速范围内，微机根据水温等传感器的输入信号，确定发动机所需的占空比，将输入的PWM信号直接接到两晶体管VT1上，由于采用了一只反相器，这样两晶体管的基极信号就总是成相位相反的两个PWM信号了，两者交替导通。就这样通过输入的PWM信号脉宽大小来控制电枢的正反转，也就实现了旁通气道进气量的大小控制。 2 占空比电磁阀式怠速控制系统原理如图三所示： 该阀由电磁线圈、阀、阀体等组成。工作时每隔100ms（0.1s）线圈接通、断开一次，所以流过怠速控制阀的空气量是由线圈的接通与断开时间的比值，也就是占空比决定的。在一个周期内线圈通电时间越大，阀门开度就越大，ECU通过空调开关，空档启动开关，动力转向等信号的输入，来改变控制脉冲信号的占空比控制电磁阀的开度，改变阀与阀体之间的间隙，调节流过旁通通道的空气量。由于该阀控制的空气调节量较少，因此在暖机的期间快怠速由辅助空气阀控制。 3 开关控制型真空电磁阀式怠速控制原理如图四所示： 开关型怠速控制阀的结构与原理跟占空比型的差不多，也是由电磁线圈，阀与阀体等组成。发动机怠速运转时ECU控制电磁阀将阀门打开，使转速升高到100r/min左右，它也是ECU根据各种传感器的输入信号控制真空电磁阀的开与闭来控制旁通空气量，保证发动机怠速运转稳定。真空电磁阀由断开变为接通必须要在以下条件下： 1）、发动机启动和刚启动后。 2）、节气门位置传感器怠速触点闭合，发动机的转速达到预定转速以下时。 3）、怠速触点闭合，从P档或N档换到其他档位后几秒钟以内。 4）、尾灯继电器接通后。 5）、后窗去雾灯开关接通。此时真空电磁阀打开，流过旁通空气通道的空气量增大，使发动机怠速保持稳定。那么真空电磁阀由接通变为断开同样需要在下列条件下：1）、发动机启动后，怠速转速已经超过预定转速。2）、怠速触点闭合，空调离合器分离，发动机转速超过预定值。3）、怠速触点闭合，从P档或N档换到其他档位一段时间后，发动机转速超过预定值。4）、尾灯继电器断开后。5）、后窗去雾灯开关断开后。此时真空电磁阀关闭，流过旁通空气通道的空气量减少，使发动机怠速保持稳定，这种怠速控制代也同样需要空气阀控制快怠速。 福特蒙迪欧的怠速控制原理采用的是步进电机的控制形式。该执行器由永久磁铁构成的转子，励磁线圈构成的定子，丝杆及阀门等组成，它利用步进转换控制，使转子正转或者反转，带动丝杆旋转使阀芯上下运动，以达到调节旁通空气截面积的目的。ECU进行怠速控制时，首先ECU根据节气门全关信号、车速信号、来判断发动机是否处于怠速状态；根据水温传感器、空调、动力转向以及自动变速器等符合情况，按照存储器存储的参考数据，确定相应的目标转速，一般情况下发动机采用转速反馈形式，使发动机的实际转速与目标转速进行比较，根据比较得出的差值，确定相应的目标转速控制量，去驱动步进电机工作。步进电机控制原理为如六所示： 步进电机的转子上装有8对永久磁极，N、S极相间排列在转子的圆周上，为电机的主磁场，定子有A、B两个定子组成，每个定子有两个带有16个上下交错装配的爪极铁心，A、B定子内绕有两组绕向相反的线圈。转子的转动通过4组线圈的通电顺序来实现，当线圈通电时，定子被激磁，定子和转子磁极间同性相斥，异性相吸。ECU依一定顺序，使三极管VT1VT4适时导通，分别给各自的定子线圈供电，就可以使转子旋转，由丝杆将前端的阀门移动从而改变旁通空气量，达到怠速控制的目的。步进电机工作时，旋转一周需要32步，大约需要1/4s，其转动工作范围为0125步（约四圈）。步进电机式怠速执行器一个很大的优点是控制精度高，可以精确到每一步，且微机也容易记忆当前阀门的位置。福特蒙迪欧还采用了自动校正的方式，即每次开启点火开关时，ECU均会指令怠速执行器先落座至全关或全开状态，将此作为控制的校准点，然后再启动需要的移动的步数。这样即可以时时校正系统的基准点，还可为启动提供准确的空气量，但有一点要注意：就是发动机在启动时不能踏加速踏板，否则会造成空燃比失调而难以启动。还有一点也应了解，由于步进电机是按步进方式依次控制的，所以它的反应速度受到了限制。步进电机式怠速控制的内容主要有以下几项（以蒙迪欧为例）。1、初始位置的设定：为发改善发动机再启动时的启动性能，在点火开关关闭后ECU将控制怠速控制阀全开，也就是工作125步，便于为下次启动做好准备。2、启动控制：发动机启动时，由于怠速控制阀预先设定在了全开的位置，所以在启动期间，流过怠速控制阀的旁通空气量最大，有利于发动机启动，发动机在启动后，当发动机转速达到规定值时（由冷却液温度确定）。ECU开始控制怠速控制阀，将阀门关小到适当的开度位置。如蒙迪欧2.0当启动时冷却液温度为20度，则发动机转速达到550r/min时，ECU将怠速控制阀从全开位置A点关小至B点位置，如图七所示： 3、暖机控制：在暖机过程中，怠速控制阀从启动后根据冷却液温度所确定的开度位置开始逐渐关闭阀门，当冷却液温度达到71度时，暖机控制也就是快怠速结束，参见图七。4、 反馈控制在怠速运转过程中，如果发动机的实际转速与ECU存储器中存放的目标转速相差超过20r/min时ECU将控制怠速阀相应增减旁通空气量，使发动机实际转速与目标转速相同，参见图七。 5、发动机转速变化的预控制： 当空调开关、空挡启动开关等接通或断开时，都会引起发动机负荷的迅速变化，为了避免此时发动机怠速的不稳，在发动机转速出现变化前，ECU将控制怠速控制阀开大或关小到一个固定值。6、电器负载增大时的怠速控制： 当汽车上使用的电器增多时，将会引起电源电压的降低，这时就需要相应增加旁通空气量提高发动机的怠速转速，使发动机提供足够的电压给用电设备，保证正常使用。7、学习控制： ECU是通过步进电机的正反转的步数决定怠速控制阀的位置来调整发动机的怠速的，发动机在整个使用过程中性能会发生变化，虽然步进电机控制的阀门位置不变，但是怠速转速会和初始值有一定的偏差，所以ECU用反馈控制的方法输出信号，使发动机转速仍要达到目标值。此时ECU将步进电机转过的步数存于存储器，以便在以后的怠速控制中使用。 蒙迪欧怠速过低的诊断一、故障现象：发动机无论是热车或冷车起动时，都发现怠速低于标准值，有时还会有起动困难、起动后易熄火的现象。二、故障诊断与排除：我厂接到该车后，据车主反映此故障在早两天就已发现，并且在关闭空调和用电设备的情况下依然存在。首先我 分析了此故障的原理，怠速过低是由于进入气缸 内的可燃混合气过少或充气量不足燃烧不完全造成。这就涉及到了每个系统都有可能引发此现象，我先从基本的检测入手，也就是能够观察到感觉到的进气系统检查。空气供给系中如果有漏气的地方或堵塞会导致进气量的减少，燃油与空气的混合比失调，导致燃烧不完全，发动机转速下降。我检查了各真空软管发现均无泄漏的地方，滤清器也是干净的，也就是进气系统应该没问题。接着进行点火系统的检查，发动机的故障有50%都是发生在点火系，因此在查此系统中要多注意些，该车采用的是无分电器电子点火系统，首先拨出火花塞观察，如果火花塞积碳过多，就相当于并联了一个电阻，会导致点火能量的降低，最终发动机转速会降低。但检查火花塞后发现并无过多积碳，只是有点黑，间隙是1.0mm，符合规定值0.81.0mm，再检查点火线圈及高压线，但该车的行驶里程数只有50000公里，这离一般的更换期80000公里相差还很远，所以点火线圈与高压线是没问题的。把火花塞清理后装好故障依旧，因此便怀疑油压是否过低，因为福特车有很多此类故障都是由于油压低而造成，过低的油压会使燃油的减少，混合气过稀，导致怠速低于正常转速。该车采用的是无回油管燃油供给系统，所以油压比有回油管的油压要高些。检查发现燃油压力为370KPa符合规定值350420KPa，保持油压也在250KPa以上，也正常。接着清洗了喷油器，喷油器堵塞也会造成混合气过稀，但检查时发现六个喷油器的喷油量相同，喷油脉宽也一样，说明油路系统也无故障，那问题应该出在了电子控制单元上了。这里又可分为两种情况：（1） ECU接下来 到错误的传感器信号（如水温传感器、氧传感器、进气压力传感器、节气门位置传感器等）而导致喷油脉宽变小，使发动机转速低于正常怠速转速。（2） 怠速控制阀本身的故障。（3） ECU损坏。由于在以前的维修经验中，怠速控制阀出的故障率也比较多，因此先检查怠速控制阀的好坏。根据步进电机怠速控制的工作电路，先用万用表检测定子线圈上的每一个电阻是否符合规定。测量得到每一组线圈的电阻是46欧姆，与标准值3560欧姆比较是符合规定的，那么线圈是好的，为了排除问题，顺便清洗了阀座孔，观察发现无堵脏现象。为了进一步确定它是好的，用导线索将端子B1、B2、连接电池的正极，然后依次将S1、S2、S3、S4与蓄电池负极连接，观察到阀心逐渐向外伸出，接着再依次将S4、S3、S2、S1与蓄电池负极连接，发现阀心逐渐收缩，根据这些现象，可以断定怠速控制阀的工作情况是完好的。把怠速控制阀回发动机，起动发动机发现故障依旧存在。那么问题估计应该是传感器的故障了，首先检查了冷却液温度传感器，该车采用的是负温度系数的水温传感器，测得电阻值分别为：20时电阻为12.5千欧，60时电阻为2.4千欧姆，80时为1.26千欧姆，都符合规定值。水温传感器是好的，接着对进气压力传感器检测，该车采用的是压敏电阻式压力传感器。该传感器有三条线和ECU连接，分别是电源线5V电压、搭铁线和MAP信号线，接着检查测量歧管压力传感器C端子与A端子之间的电压为5V，符合规定值。接着检查信号端子电压，接通点火开关，未起动发动机时，B端子与A端子的电压为4.5V，当怠速运转时，B端子电压为2.8V，加速踏板慢慢加速时，B端子电压在逐渐升高，由此说明进气歧管压力传感器是好的。那么便怀疑节气门位置传感器可能有损坏，于是对节气门位置传感器进行检测，该车采用的是开关型节气门位置传感器，根据此故障现象，有可能是怠速触点有烧蚀而接触不良，因此首先便对怠速触点的电阻值进行了检查，如图八所示： 将节气门全关闭，发现 IDLE2间的电阻为1千欧姆，与规定值小于10欧姆不符合，再测它的输出电压为0.4V，远低于规定值，拆开观察确实有烧蚀的痕迹。根据传感器的工作原理可知，怠速触点通的是12V的电压，在段开的瞬间会感应一个高电压，由于频繁的开与闭，在表面就会有烧蚀的现象，导致接触不 良，因此ECU便收到一个错误的信号，控制喷油器减少喷油量，致使怠速转速过低。问题找到，解决起来就容易了，更换了一个原厂的节气门位置传感器，起动发动机，故障排除。引发此类故障的原因大致有以下几点：1、 点火系工作不良。2、 空气供给装置部分有漏气部位。3、 供油压力过低。4、 喷油器工作不良。5、 废气再循环装置工作不良。6、 怠速空气通道堵塞。7、 怠速控制阀或旁通空气阀工作不良。8、 进气压力力传感器信号不正确。9、 氧传感器信号错误。10、水温传感器信号错误。 蒙迪欧怠速过高的诊断与此排除一、 故障现象：发动机冷车时能以正常快怠速运转，但热车后仍保持快怠速，导致怠速过高。二、故障诊断与排除：我厂接到该车后，据车主反映在一个是星期前就发现并去了几家修理厂都未解决，故障依旧，即使是关闭车上所有的用电设备的情况下怠速也不会降低。听了车主的情况后我觉得没有必要从简单的燃油系与点火系开始查了，因为这些修理店肯定做过了，为了缩短维修时间，主要是从电路控制方面下手。1、 故障分析：按照正常的理论讲，由于有怠速控制阀的控制不应有多余的气体进去，即使有那么怠速控制阀根据目标转速也要减小怠速通道的进气量来达到稳定的目标转速。那么为什么还会怠速过高呢，我根据该车的技术情况系统判断可能有下列两种情况：（1） 在ECU控制下，开大怠速控制阀通道，增加进气量，有目的提高怠速转速，或是控制阀正常数据发生变化而进气量增大，造成有控制下怠速过高。（2） ECU失控状态或根本不在怠速控制状态下，也会造成怠速过高，如果ECU控制信号不良，导致怠速控制阀不工作或开量大太造成怠速过高。如果怠速控制阀脏、卡、坏等原因不能正常工作，也会使怠速过高，因为怠速控制阀会停留在较大的位置。2、 故障检测与排除： 根据上述故障可能引起的原因，我从故障率最高的因素入手，该车采用的是进气歧管压力传感器的发动机，首先我检查真空度，发现压力值为39千帕，规定值为（4752千帕）确实低于正常值，由此便可知进气量较大而导致发动机怠速过高，这个进气量过多，我估计无非就是内漏或外漏造成的。内漏定是一个节气门位置的调整不当，造成关闭不严而漏气，还有一个就是怠速控制阀的故障，怠速螺钉调节不当开度过大而导致漏气。那么外漏主要是各真空软管脱漏或泄漏，此原因应该不存在，现在主要是检查内漏，先看节气门的关闭情况，没有发现问题，那么多余的空气应该是从怠速旁通气道进去的了。所以把重点也放在怠速控制上了。 据车主反映关闭车上所有的设备故障依旧存在，因此可以断定空调等需要提高怠速的可能性就不大了，接着对水温传感器作了检查，符合规定值。说明水温传感器是完好的。那么问题应该出在怠速控制阀上了，此车采用的是步进电机式的怠速控制阀，只有一条怠速旁通气道。我估计是怠速控制阀工作不良导致旁通气道进气量增多。先检查定子绕组的电阻，用万用表检测定子线圈上的每个电阻是符合规定，测量得到每一组线圈的电阻值都为46欧姆，与标准值3560欧姆比较符合规定的。接着又进一步检查它的电磁阀工作是否正常。如图九所示： 取下怠速控制阀，发现并没有脏、堵的现象，根据其工作原理，用导线将端子B1、B2连接蓄电池正极，然后依次将S1S2S3S4与蓄电池的负极连接，观察