电控辅助控制系统(怠速控制)

1、 怠速控制系统怠速控制系统 什么是怠速工况？什么是怠速工况？ 怠速工况指发动机对外无功率输出的稳定运转工况。此时节气门开度最小，汽车处于空档，发动机只带动附件维持最低稳定转速。 为什么要控制怠速工况？为什么要控制怠速工况？ 发动机怠速运转时间约占30%，怠速转速的高低影响油耗、排放、运转的稳定性等。在保证发动机排放要求且运转稳定的前提下，应尽量使发动机的怠速转速保持最低，以降低怠速时的燃油消耗量。 怠速控制怠速控制(ISC) ISCIdle speed Control 怠速控制就是怠速控制就是怠速转速怠速转速的控制。的控制。 根据发动机根据发动机工作温度工作温度和和负载负载，由，由ECUECU

2、自动控制自动控制怠速工况下的空气供给量，维持发动机以稳定怠速怠速工况下的空气供给量，维持发动机以稳定怠速运转。运转。 2 2 、按怠速控制阀的结构与工作方式分：、按怠速控制阀的结构与工作方式分： （1 1）步进电机式）步进电机式以步进电机为动力控制节气门；以步进电机为动力控制节气门； （2 2）开度电磁阀式）开度电磁阀式以电磁线圈产生的磁力为动力控制以电磁线圈产生的磁力为动力控制节气门旁通通路中空气流量，有节气门旁通通路中空气流量，有直动式和转阀式直动式和转阀式两种；两种； （3 3）开关电磁阀式）开关电磁阀式以电磁线圈产生的磁力为动力控制以电磁线圈产生的磁力为动力控制节气门旁通通路中空气流量

3、，但只有节气门旁通通路中空气流量，但只有开、关开、关两种状态。两种状态。1、原理 ECU根据节气门位置传感器、车速传感器输出的信号判断根据节气门位置传感器、车速传感器输出的信号判断发动机是否处于怠速状态，然后根据冷却液温度、空调开关、发动机是否处于怠速状态，然后根据冷却液温度、空调开关、动力转向开关等传感信号，在存储器中查出该工况下的目标动力转向开关等传感信号，在存储器中查出该工况下的目标转速（即能稳定运转的怠速转速），再与发动机转速传感器转速（即能稳定运转的怠速转速），再与发动机转速传感器传来的实际转速进行比较，计算出转速差，最后通过怠速控传来的实际转速进行比较，计算出转速差，最后通过怠速控

4、制阀的动作（调节进气量）来提高或降低发动机的转速，使制阀的动作（调节进气量）来提高或降低发动机的转速，使发动机稳定运转。发动机稳定运转。 怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。 1 1、节气门直动式、节气门直动式 （1 1）结构：）结构：直流电动机、减速齿轮、丝杆等组成。直流电动机、减速齿轮、丝杆等组成。 优点：优点：结构简单、工作稳定性好，结构简单、工作稳定性好，缺点缺点：采用了齿轮减速机构后执行：采用了齿轮减速机构后执行速度慢、动态响应性差。速度慢、动态响应性差。 组成：组成：直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等直流电动机、

5、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等 （2）节气门直动式工作原理）节气门直动式工作原理 当直流电动机通电（正向或反向）转动时，驱动减速齿轮当直流电动机通电（正向或反向）转动时，驱动减速齿轮转动，从而带动丝杆向前或向后移动。转动，从而带动丝杆向前或向后移动。 在节气门开度最小（怠速）时，丝杆与节气门操纵臂接触。在节气门开度最小（怠速）时，丝杆与节气门操纵臂接触。 发动机怠速时，发动机怠速时，ECU根据各传感器的信号，控制直流电机根据各传感器的信号，控制直流电机的正反转及转动量，使丝杆作直线移动，带动节气门在小开的正反转及转动量，使丝杆作直线移动，带动节气门在小开度范围内摆动，从而改变进气量，达到调整

6、怠速转速的目的。度范围内摆动，从而改变进气量，达到调整怠速转速的目的。 （1）结构：）结构：步进电机、螺旋机构、阀芯、阀座等。步进电机、螺旋机构、阀芯、阀座等。 步进电机：步进电机：由永磁转子、定子绕组等组成。用于产生驱动由永磁转子、定子绕组等组成。用于产生驱动力矩。力矩。 螺旋机构：螺旋机构：由螺杆（丝杆）和螺母组成。由螺杆（丝杆）和螺母组成。 螺母与步进电机转子制成一体，螺杆的一端制有螺纹，另螺母与步进电机转子制成一体，螺杆的一端制有螺纹，另一端固定有阀心，螺杆与阀体之间为滑动花键连接，只能作一端固定有阀心，螺杆与阀体之间为滑动花键连接，只能作轴向移动，不能作旋转运动。轴向移动，不能作旋转

7、运动。 类型：类型：步进电机式怠速控制机构；旋转电磁阀式怠速控制机步进电机式怠速控制机构；旋转电磁阀式怠速控制机构；占空比型电磁阀怠速控制机构；真空电磁阀怠速控制机构。构；占空比型电磁阀怠速控制机构；真空电磁阀怠速控制机构。2) 2) 旁通空气控制机构旁通空气控制机构 类型：类型：步进电机式怠速控制机构；旋转电磁阀式怠速控制机构；占空比型电磁阀怠速控制机构；真空电磁阀怠速控制机构步进电机式怠速控制机构步进电机式怠速控制机构(step motor type) 步进电机式怠速控制机构的结构和工作原理步进电机式怠速控制机构的结构和工作原理 步进电机的内部结构步进电机的内部结构 1线圈线圈A；2线圈线

8、圈B； 3爪极；爪极；4定子定子B；5转子；转子；6定子定子A 定子由定子由A、B两组构成，每一两组构成，每一级均带有级均带有16个齿个齿有铁心，且交错有铁心，且交错装配，每个铁心装配，每个铁心上绕有上绕有2个定子个定子线圈，且方向相线圈，且方向相反。反。 转子上制有转子上制有8对永磁磁极，其对永磁磁极，其N、S极相间排列极相间排列于转子圆周上，于转子圆周上，以构成该电机的以构成该电机的主磁场。主磁场。 转子一周分为32个步级进行，每个步级转动一个爪的角度，即11.25(一般步进电动机为2到125个步级)。步进电机式怠速控制机构工作原理步进电机式怠速控制机构工作原理工作原理如图，当ECU控制使

9、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。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0125个步进级。l下图中的步进电机转子每转一步一般为下图中的步进电机转子每转一步一般为1/32圈。步进电机圈。步进电机的工作范围为的工作范围为0125个步进级。个步进级。步进电动机型怠速控制阀电路（日本丰田皇冠3.0轿车）如图所示。主继电器触点闭合后，蓄电池电源经主继电器到达怠速控制阀的B1和B2端子、ECU的B和B1端子，B1端子向步进电动机的1

10、、3相两个线圈供电，B2端子向2、4相两个线圈供电。4个线圈的分别通过端子S1、S2、S3和S4与ECU端子ISC1、ISC2、ISC3和ISC4相连，ECU控制各线圈的搭铁回路，以控制怠速控制阀的工作。 步进电机式怠速控制机构的控制电路步进电机式怠速控制机构的控制电路 当步进电机的转子转动时，螺母将带动丝杆作轴向运动，使阀芯开大或关小阀门的开度。 ECU通过控制步进电机的转动方向和转动角度来控制丝杆的移动方向和移动距离，从而达到控制阀门开度，调整怠速转速之目的。 步进电机式怠速控制阀的控制过程 初始值设定 为了改变发动机再启动时的启动性能，在发动机 点火开关关闭后，ECU将控制怠速控制阀全部

11、打开，为下次启动做好准备。B. 暖机控制 启动后，ECU控制将怠速控制阀关小到当时冷却水温相应的最佳怠速转速值。当水温达70时，暖机控制结束。C. 反馈控制 在怠速运转过程中，如果此时由于某种原因使发动机转速与目标转速相差超过20r/min，ECU会对怠速控制阀相应增减旁通空气量，使发动机转速与目标转速相同。D. 怠速转速变化预控制 负荷变化时，为了防止发动机转速变化，ECU控制怠速空气阀提前开大或关小一定的值。其他控制 由于负荷等引起电源电压降低时，ECU会自动控制提高发动机转速，保证系统正常供电。F.学习控制 随着机件的磨损等，ECU原来控制步进电动机的步进数已达不到原来的控制效果，此时发

12、动机会通过发动机转速的反馈控制，使其达到原来的目标值。这种控制方式又称为怠速控制的学习控制功能。2) 旋转电磁阀式怠速控制机构 (a) 结构 (b) 位置图 (c) 工作原理 旋转电磁阀怠速控制机构1阀；2双金属带；3冷却水腔；4阀体；5线圈；6永久磁铁；7线圈L2；8轴；9旁通口；10固销；11挡块；12杆（1 1）结构：）结构：由永久磁铁、电枢、旋转滑阀等组成。 旋转电磁阀型怠速控制阀结构%100 BAA占空比 由于旋转滑阀式怠速控制阀的转角范围限定在由于旋转滑阀式怠速控制阀的转角范围限定在90以以 内，所以电枢的旋转角度必须很小才能满足旁通进气量控内，所以电枢的旋转角度必须很小才能满足旁

13、通进气量控 制精度的要求，因此采用了控制占空比的方法来控制电枢制精度的要求，因此采用了控制占空比的方法来控制电枢 的顺转或逆转。的顺转或逆转。 占空比占空比指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。 当占空比为当占空比为50时，两个三极管的导通时间相等，正、时，两个三极管的导通时间相等，正、反向旋转力矩抵消，滑阀不转动；反向旋转力矩抵消，滑阀不转动； 当占空比小于当占空比小于50时，线圈时，线圈L1的通电时间大于线圈的通电时间大于线圈L2的的通电时间，滑阀逆时针旋转，旁通气道被关小；通电时间，滑阀逆时针旋转，旁通气道被关小； 当占空比大于当占空比大于50时，线圈时

14、，线圈L2的通电时间大于线圈的通电时间大于线圈L2的的通电时间，滑阀顺时针旋转，旁通气道被打开。通电时间，滑阀顺时针旋转，旁通气道被打开。 奥迪奥迪100型轿车在控制信号的占空比减小到型轿车在控制信号的占空比减小到18左右时，左右时，旋转滑阀完全关闭；占空比增大到旋转滑阀完全关闭；占空比增大到82左右时，旋转滑阀左右时，旋转滑阀完全开启。完全开启。 电磁式怠速控制阀是利用通电线圈产生的电 磁力来控制阀门的开度。 根据控制信号的不同，可分为两类： （1）占空比型； （2）开关型：(1) 占空比型电磁阀怠速控制机构占空比型电磁阀怠速控制机构 占空比控制型电磁阀工作时，由ECU确定控制脉冲信号的占空

15、比，磁化线圈中平均电流的大小取决于占空比。 占空比越大，磁化线圈中平均电流越大，磁场强度越大，阀门升程越大，旁通道开度越大。 结构：结构： 2 2）工作原理：）工作原理： 电磁线圈通电产生电磁吸力。 当线圈产生的电磁吸力超过复位弹簧弹力时，阀轴带动阀芯向上移动，打开旁通气道。 当电磁线圈断电时，阀轴及阀芯在弹力作用下复位，将旁通气道关闭。 旁通气道开启与关闭时间由发动机发出的占空比旁通气道开启与关闭时间由发动机发出的占空比信号控制。信号控制。 发动机工作时，当ECU检测到发动机怠速转速低于 目标转速时，自动提高控制信号的占空比，使线圈的通 电时间变长，阀门开度增大，旁通气量增大，使怠速转 速提高到目标值。 反之，当发动机怠速转速高于目标转速时，ECU自 动降低占空比，使线圈通电时间缩短，阀门开度变小， 旁通气量变小，最终使怠速转速降低到目标值。 3 3）控制电路：）控制电路： 1 1）结构：）结构： 2 2）工作原理：）工作原理： ECU向怠速控制阀输出的控制信号为开关信号。 发动机怠速运转时，ECU只对阀内线圈通电或断电 两种状态进行控制，电磁线圈通电时，控制阀开启，线 圈断电时，控制阀关闭。 占空比型和开关型电磁式怠速控制阀控制的旁通空 气量较少，需要设置辅助装置来控制