模块三 怠速控制

汽车发动机电控系统汽车发动机电控系统3.1概述3.1.1怠速控制的作用及实质3.1.2怠速控制的组成和控制原理3.2怠速控制的类型和控制过程模块3怠速控制系统3.1.1、怠速控制的作用及实质

所谓怠速，是指发动机在无负荷情况下的稳定定运转状态。

怠速控制装置的作用：就是由ECU自动维持发动机怠速稳定运转。

怠速控制机构通过对怠速空气量的控制来控制发动机的怠速转速。当发动机怠速负荷增大时，ECU控制怠速控制阀使进气量增大，从而使怠速转速提高，防止发动机运转不稳或熄火；当发动机怠速负荷减小时，ECU控制怠速控制阀使进气量减少，从而使怠速转速降低，以免怠速转速过高。怠速时的喷油量则由ECU根据预先设定的怠速空燃比和实际充气量计算确定。怠速控制的实质是控制怠速时的进气量。3.1.2、怠速控制系统的组成和控制原理1.怠速控制系统的组成：如图，主要由传感器、ECU、和执行元件三部分组成。下一页

图3-1怠速控制的组成和控制过程2、怠速控制原理

怠速转速的控制过程如下：ECU首先根据怠速触点IDL信号和车速信号，判断发动机是否处于怠速状态。判定为怠速工况时，再根据发动机冷却液温度传感器信号、空调开关、动力转向开关等信号，从存储器存储的怠速转速数据中查询相应的目标转速，然后将目标转速与曲轴位置传感器检测的发动机实际转速进行比较。当发动机负荷增大，需要发动机快怠速运转，目标转速高于实际转速时，ECU将控制怠速控制阀（增大比例电磁阀式怠速控制阀的占空比，或增加步进电机步进的步数）增大旁通进气量来实现快怠速；反之，当发动机负荷减少，目标转速低于实际转速时，ECU将控制怠速控制阀减少旁通进气量来调节怠速转速。1、节气门2、进气管3、节气门操纵臂4、执行元件5、怠速空气道A）节气门直动式b）旁通空气式怠速控制也就是对怠速工况下的进气量进行控制。控制基本类型有：旁通空气式和节气门直动式。如右图3.2.1、旁通空气式3.2.2节气门直动式3.2怠速控制的类型和控制过程1.石蜡式附加空气滑阀2.旋转滑阀式怠速控制机构3.步进电动机式怠速控制执行机构4、旋转电磁阀型怠速控制机构3.2.1、旁通空气式1.石蜡式附加空气滑阀

石蜡式附加空气滑阀根据发动机的冷却水温度控制空气旁通截面积。控制力来自恒温石蜡的热胀冷缩，而热胀冷缩随周围温度而变化。其结构原理如图3－4所示。发动机冷却水温度较低时，恒温石蜡收缩，提动阀在外弹簧8的作用下打开。随着温度的升高，恒温石蜡膨胀，推动连接杆使提动阀慢慢关闭，发动机怠速运转转速下降。当暖车后，提动阀将完全关闭其空气通道，发动机恢复至正常怠速。2.旋转滑阀式怠速控制机构结构：它主要由永久磁铁、电枢、旋转滑阀、电刷及引线组成。旋转滑阀固装在电枢轴上，与电枢轴一起转动，用来控制流过旁通气道的空气量。永久磁铁固装在外壳上，其间形成磁场。电枢铁芯上缠有两组绕向相反的电磁线圈L1和L2，当线圈L1通电时，电枢带动旋转滑阀顺时针偏转，旁通气道截面关小；当线圈L2通电时，旋转滑阀逆时针偏转，旁通气道截面开大。下一页2.旋转滑阀式怠速控制机构工作原理：线圈L1与ECU内部的三极管V2连接，脉冲控制信号直接加到V2的基极，线圈L2与ECU内部的三极管V1连接，脉冲控制信号经过反向器将高低电平反向后加到三极管V1的基极上。因此，当脉冲信号的高电平到来时，三极管V1截止、V2导通，线圈L1通电、L2断电；反之，当脉冲信号的低电平到来时，三极管V2截止、V1导通，线圈L2通电、L1断电。这样，两个电枢绕组总是交替地通过电流，又因为两线圈绕向相反，致使电枢上交替产生方向相反的电磁力矩。图3－6旋转滑阀式怠速控制装置电路连接图下一页2.旋转滑阀式怠速控制机构控制原理：占空比RC是指在一个信号周期T内，高电平时间ton所占的比率，如图3-7所示，tof为低电平所占时间。当占空比等于50％时，如图3-7a)所示，线圈L1、L2的平均通电时间相等，产生的电磁力矩互相抵消，电枢轴与滑阀将保持在某一位置不动。当占空比小于50％时，如图3-7b)所示，L2的通电时间长，L1的通电时间短，两者合成的电磁力矩使电枢带动旋转滑阀逆时针偏转，使旁通气道开启面积加大，旁通进气量增多，发动机的怠速转速将升高。当占空比大于50％时，如图3-7c)所示，L1的通电时间长，L2的通电时间短，两者合成的电磁力矩使电枢带动旋转滑阀顺时针偏转，使旁通气道开启面积减小，旁通进气量减少，发动机的怠速转速将降低。图3－7占空比示意图a)占空比等于50%；

b)占空比小于50%c）占空比大于50%（1）结构：步进电机与怠速控制阀做成一体，装在进气歧管内。执行机构是由永久磁铁构成的转子、激磁线圈构成的定子和把旋转运动变成直线运动的进给丝杆及阀门等组成。它利用步进转换控制，使转子可顺时针也可逆时针旋转，从而使阀芯上下运动（轴向移动）改变阀与阀座之间的间隙以达到调节旁通空气道截面的目的，从而调节流过节气门旁通空气道的空气量。步进电动机的结构如图ｂ所示，主要由用永久磁铁制成有16个（8对）磁极的转子和两个定子铁心组成。

图3-8步进电机型怠速控制阀1－阀座2－阀轴3－定子线圈4－轴承5－进给丝杆6－转子7－阀芯8－旁通空气进口

图3-9定子结构3.步进电动机式怠速控制执行机构下一页定子爪极的位置步进电机的转子由永久磁铁构成，N极和S极在圆周上相间排列，共有8对磁极，定子由A、B两个定子组成，其内绕有A、B两组线圈，线圈由导磁材料制成的爪极包围。（如图3-9所示）每个定子各由8对爪极，每对爪极（N极与S极）之间的间距为1个爪的宽度，A、B两定子爪极相差1个爪的差位，构成一体安装在外壳上。如图3-10所示图3-10定子爪极的位置下一页图3-11相线绕组的控制电路相线绕组的控制电路ECU通过控制定子相线绕组的电压脉冲，交替变换定子爪极极性，使步进电机转子产生步进式转动。A、B两定子绕组分别由1、3相绕组和2、4相绕组构成，由ECU晶体三极管控制各相绕组的搭铁，如图3-11所示。（2）工作原理步进电动机的工作原理工作原理如图，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。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。a）输入脉冲b）工作过程下一页（3）步进电动机型怠速控制阀电路微机按照一定的顺序，控制驱动电路中的三极管VT1-VT4适时导通，分别向步进电机四个线圈（定子线圈）供电，驱动步进电机转子旋转，调节旁通空气道的开度，从而调节旁通空气量，使发动机转速达到所要求的目标转速。下一页

1）起动初始位置的确定

2）起动控制；

3）暖机控制

4）反馈控制

5）发动机负荷变化的预控制

6）学习控制（4）控制项目(1)控制阀的结构与工作原理(2)控制阀的控制内容4、旋转电磁阀型怠速控制机构(1)控制阀的结构与工作原理

结构如左图，阀安装在阀轴的中部，与带有永久磁铁的轴一同转动，改变旁通空气道的截面，从而控制流过旁通气道的空气量。圆柱形永久磁铁装在阀轴的末端，当永久磁铁的磁场与线圈L1和线圈L2产生的电磁场相互作用时，使圆柱形永久磁铁产生偏转。其磁场工作原理如图3-16所示。结构图位置涂原理图下一页磁场工作原理：线圈L1和线圈L2及其铁芯装在圆柱形永久磁铁对应的圆周位置上。当ECU给线圈L1和L2通电时，线圈铁芯产生电磁场，面向圆柱形永久磁铁的一端均为电磁场的N极（如图3－16所示）。在磁场的作用下，圆柱形永久磁铁和轴一起旋转。ECU可通过控制线圈产生的磁场强度改变轴的转角。控制原理如图3-17所示。图3-16磁场工作原理图下一页

控制原理：ECU根据有关信号计算出发动机所处工况的占空比，输出相应的控制信号，驱动功率Tr1和Tr2，使L1和L2线圈通电。线圈通电时产生的磁场与圆柱形永久磁铁的磁场相互作用，使阀轴偏转。

ECU以一固定周期使线圈接通或断开。由于占空比控制信号和三极管Tr1基极之间接有反向器，故三极管Tr1和Tr2集电极输出相位相反图3-17控制电路的工作原理图3-18工作原理图下一页图3-19工作原理图当占空比为50％时，L1和L2线圈的平均通电时间相等，产生的磁场强度相同，与永久磁铁产生的磁场作用相抵消，阀轴停止转动，当占空比超过50％时，线圈L2的磁场强度超过L1的磁场强度。永久磁铁将转过一定角度，使旁通口打开下一页图3-20旋转电磁阀型怠速控制原理电路起动控制暖机控制反馈控制发动机负荷变化时的预控制学习控制（2）控制阀的控制内容节气门直动式怠速控制执行机构通过控制节气门的开启程度，调节空气通路的截面以调节怠速时的空气流量，从而实现怠速控制。结构如图，主要由直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等组成。3.2.2、节气门直动式怠速控制器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