第1课 怠速控制

车辆电子控制技术讲授内容：第四章发动机辅助控制（第1课）《车辆电子控制技术》课件01二月2023201二月2023本章内容安排第四章发动机辅助控制本章主要内容：分析怠速（ISC），污染控制，废气再循环（ExhaustGasRecirculation，EGR），活性碳罐蒸发，进气增压，稀薄燃烧、GDI、ACIS和故障自诊断等控制系统的原理、结构与过程分析，以及安全保险功能和后备系统等功能子系统的基本和控制方法。第1课发动机怠速控制第2课发动机排放控制第3课发动机进气控制第4课汽油机缸内直喷技术301二月2023一、怠速控制的要求与指标二、节气门旁通式控制三、节气门直动式控制本节课的主要内容第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制401二月20231.为何要进行怠速控制汽车在交通密度大的城市道路上行驶时，约有30%的燃油消耗在怠速工况，且怠速工况发动机排放污染程度相当高。

发动机冷车运转，空调、电器负荷，自动变速器，动力转向伺服和主动悬架机构等耗能系统的介入，都会引起怠速转速变化，使发动机运转不稳甚至引起熄火现象，导致排放污染和燃油消耗增加。2.怠速工况控制应满足的基本要求：动力平衡；较低的燃油消耗；良好的排放特性；快速平稳的过渡特性。一、怠速控制的要求与指标第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制501二月20233.控制指标①稳定性：怠速实际转速的波动值不能超过某一设定值，不能使驾驶员有异常的感觉。②抗干扰性：外界条件突变(空调、动力转向、节气门变化等)时，发动机不能熄火或失速，发动机能恢复怠速稳定(例如空调不使用时，怠速在800r／min工作，使用空调后怠速可在850r／min稳定工作)。③过渡性能：从怠速到驱动挡和驱动挡到怠速都能平滑过渡。④排放性能：HC，CO排放物不超过法规的限值。⑤水温特性：冷却水的温度决定基本目标怠速的转速值。一、怠速控制的要求与指标第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制601二月20234.怠速控制系统应具备的功能在所有怠速工况下发动机保持目标怠速转速值。当负荷突变时能补偿负荷的变化。防止失速。将燃油消耗量降到最低。学习功能：能自动补偿发动机由于老化或制造上造成的差异。节气门全闭减速时，增加额外的空气，以减少有害排放物。改善汽车低速驾驶性能。避免系统在其自振频率附近发生震荡。怠速控制通常用转速作为反馈信号进行闭环控制，当节气门关闭或汽车的行驶速度低于设定值(例如6km／h)时，都按怠速进行控制。一、怠速控制的要求与指标第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制701二月20235.控制基本原理怠速转速控制：怠速进气量控制。目标转速与发动机实际转速进行比较，确定两转速间的差值，并经执行机构改变进入发动机的空气量，使实际转速达到目标转速。点火提前角对发动机转速的变化影响较快，但可变化的范围较小。怠速稳定性是通过点火提前角修正来完成的。当负载突变时通过喷油量和进气量共同改变来实现怠速控制。一、怠速控制的要求与指标第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制801二月20236.怠速控制方式节气门旁通式控制节气门直动式控制一、怠速控制的要求与指标节气门旁通式控制节气门直动式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制901二月2023（一）步进电机控制1.组成：由步进电机驱动的怠速控制阀、传感器及ECU组成。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1001二月20232.工作过程发动机怠速运行时，ECU首先根据发动机的“怠速”信号、车速信号进行工况确认，然后再根据冷却液温度传感器、空调、动力转向机构及自动变速器等机构的工作状态，依据CPU的ROM存储器中的脉谱数据，确定目标转速。一般正常情况下，多采用发动机怠速反馈控制方式，即：将发动机实际转速与目标转速进行比较，根据比较得出的差值，确定相应于目标转速的控制量（步长）并向步进电机发出驱动指令。二、节气门旁通式控制步进电机式怠速控制系统第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1101二月20233.步进电机的结构主要由永久磁铁构成的转子、激磁线圈构成的定子和能把旋转运动变成直线运动的进给丝杆机构及阀门等组成。步进电机和怠速控制阀做成一体，装在进气总管内。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1201二月20234.步进电机控制电路ECU按“相”序使功率管VT1－VT4依次导通，分别给步进电机定子线圈供电，驱动步进电机转子按照特定步长旋转，带动怠速调整装置的阀门轴向移动，改变阀门开启程度进而改变怠速旁通通道的流通截面，调节旁通空气流量，即可调节怠速转速。二、节气门旁通式控制步进电机控制电路第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1301二月20235.步进电机式怠速控制系统的主要控制内容（1）起动初始位置确定为改善发动机起动性能，发动机起动时，怠速控制阀预设在全开位置（相当于步进电机125步位置），此时，经过怠速控制阀的旁通空气量最大，发动机容易起动。为达此目的，当点火开关断开时，主继电器由ECU的M－REL端继续供电2秒钟，保持接通状态，待步进电机进入起动初始位置后才断电。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1401二月2023（2）起动控制发动机起动后怠速转速迅速升高，当转速达到规定临界值（此值由冷却冷却液温度度确定）后，ECU开始根据冷却冷却液温度度来控制怠速机构阀门位置。起动时冷却冷却液温度如为20℃，当发动机转速达到500r/min时，ECU将控制怠速控制阀从全开位置（125步）的A点到达B点位置。二、节气门旁通式控制起动控制特性第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1501二月2023（3）暖机控制暖机时系统根据冷却液的温度来确定步进电机的运动步数，随着温度上升，怠速控制阀开始逐渐关闭。当冷却液温度达到70℃时，暖机控制过程结束。二、节气门旁通式控制暖机控制特性第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1601二月2023（4）反馈控制如果发动机怠速运转的实际转速与ROM存储器中的相应目标值相差超过一定值（如20r/min）时，ECU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逐渐收敛于目标转速。（5）发动机负荷变化预控制发动机怠速运转时如空档起动开关、空调开关接通或断开，都将使发动机的负荷立刻发生变化。为了避免发动机怠速时转速波动或熄火，在发动机转速出现变化前，ECU使控制怠速控制阀事先开大或关小一个固定数值。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1701二月2023（6）电器负载增多时的怠速控制在怠速运转时，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。为了保证向ECU和点火开关提供正常的供电电压，需控制步进电机，相应地增加旁通道空气量，以提高发动机的怠速转速，提高发电机的输出功率。（7）学习控制由于发动机寿命期间其性能会发生变化，虽然步进电机控制阀门的位置未变，但怠速转速会与初设的数值略有不同。因此利用ECU反馈控制，可使发动机转速回归到目标值（学习过程），此时，ECU还可将步进电机的步进“步数”（学习结果）同时存储在ROM存储器中，以便在怠速控制过程中出现相同“点”时直接调用。显见，具有反馈和自学习功能步进电机控制系统控制精度高，灵敏性好，可靠性好及自适应能力强，故在现代汽车怠速控制系统中得到广泛应用。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1801二月2023（二）电磁阀控制1.控制原理相比而言，旋转滑阀式怠速控制系统主要由电磁控制的旋转滑阀式怠速调整装置、传感器及ECU组成。其控制原理大同小异。ECU根据传感器的输出信号来判断发动机的怠速运行状况，进而控制怠速旋转滑阀的动作，使发动机保持在最佳怠速转速。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制1901二月20232.旋转滑阀式怠速调整装置的结构主要由永久磁铁、电枢、旋转滑阀、螺旋回转弹簧及电刷等组成。滑阀固装在电枢轴上，与电枢轴一起转动，用以向电磁线圈L1和L2提供磁场电流。永久磁铁固定在外壳上，其间形成磁埸。电枢位于永久磁埸中，电枢的铁芯上绕有两组反相的电磁线圈。线圈L1通电时，电枢带动滑阀顺时针偏转；线圈L2通电时，电枢带动滑阀则逆时针偏转。二、节气门旁通式控制旋转滑阀式怠速调整装置第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2001二月20233.控制过程ECU首先根据各传感器的输入信号采用占空比控制方式控制线圈L1和L2导通与截止，进而控制电枢轴（滑阀）的偏转角，以此改变旁通的空气量，调整发动机的怠速转速。占空比的调整范围约为18％（旋转滑阀关闭）至82％（旋转滑阀打开）之间。滑阀的偏转角度限定在90°内。二、节气门旁通式控制旋转滑阀式怠速调整装置基本原理第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2101二月20234.控制策略（1）起动控制在发动机起动时，ECU根据发动机运行情况，从ROM存储器中取出相应的设定数据，以此控制电磁滑阀的偏转角，调整旁通的空气量。（2）暧机控制在发动机起动后，ECU根据冷却液温度，控制发动机在暖机过程中调整怠速转速。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2201二月2023（3）反馈控制发动机起动后，当满足反馈控制条件（怠速触点闭合，车速低于2km/h、空调开关断开）时，ECU将根据发动机实际转速与存储器中预先设定的目标转进行比较。如果发动机的实际转速低于目标转速，ECU控制怠速控制阀将阀门开大；反之，如果发动机的实际转速高于目标转速时，将阀门关小。（4）发动机负荷变化时的预控制在发动机怠速运转时，若空档起动开关接通或某种负载较大电器立即工作，会使发动机的负荷改变。此时，为避免由此引起的转速波动或熄火，在发动机转速出现变化前，ECU控制怠速控制阀开大或关小一定角度。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2301二月2023（5）学习控制同理，ECU亦可用反馈控制的方法，进行学习修正，将怠速转速调整到目标值。当目标怠速达到后，ECU将相应的占空比值存入备用的存储器中，以便在今后的怠速控制中作为相同工况控制点的占空比的基准值。二、节气门旁通式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2401二月20231.结构组成：直流电动机、减速齿轮、丝杠等部件。当ECU控制直流电机的通电时，电磁力矩通过减速齿轮被增大。再通过丝杠机构将角位移转换为传动轴的直线运动。通过传动轴的旋入或旋转出，调节节气门全闭限制位置，达到调节节气门处空气流通截面，进而实现怠速转速控制。三、节气门直动式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2501二月2023三、节气门直动式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2601二月2023三、节气门直动式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2701二月20232.控制原理ECU主要根据发动机冷却冷却液温度度对发动机的怠速转速进行反馈控制，根据怠速的转速差控制发动机怠速调节执行机构的动作，通过改变节气门的开度（转角），实现对发动机的怠速转速的控制。三、节气门直动式控制第1课发动机怠速控制第四章发动机辅助控制2801二月20233.控制策略发动机的怠速转速主要取决于发动机的冷却冷却液温度度。自动变速汽车的发动机怠速转速（曲线1）较手动档或空档的的怠速转速低（曲线2），以便降低挂上前进档时汽车的爬行倾向；当空调工作时（曲线3），则保持较高的怠速转速，防止空调压缩机启动或停机时引起怠速不稳的现