6.2怠速阀控制课件

怠速阀控制主讲教师：吕世林《汽车单片机应用技术》汽车智能技术专业教学资源库1、了解汽油机怠速控制系统的作用及其分类；2、了解汽油机怠速控制系统的组成；3、了解各种旁通空气式怠速执行机构的区别及特点。知识目标1、掌握步进电机式怠速控制机构的基本结构和工作原理；2、熟悉步进电机式怠速控制执行机构的检测方法；3、能够设计步机电机怠速控制系统。能力目标学习目标任务初步训练步进电机式怠速电控阀的检修。强化训练设计步进电机怠速控制系统。学习任务任务相关知识1、怠速控制阀的种类2、步进电机式怠速控制阀的结构3、步进电机式怠速控制阀的工作原理4、步进电机式怠速控制阀的控制内容任务相关知识（1）怠速控制阀的种类电控发动机怠速运转时，油门踏板完全松开，油门接近关闭，进入气缸的空气量及喷油量均很少，发动机输出功率仅能在无负荷下以最低转速空运行。此时，若发动机内磨擦增大或减小、发动机负载发生变化，如空调等投入工作则会引起发动机怠速转速变化，导致发动机怠速不稳，甚至熄火。因此，在电控发动机上一般都装有怠速控制系统ISC，其主要作用是稳定发动机的正常怠速，使发动机起动后能迅速暖机，在空调等负载投入工作时，自动调节发动机的怠速转速，还可根据自动变速器是否在空档、动力转向开关接通情况引起发动机怠速时的负荷变化，自动调节发动机怠速转速，保证发动机在各种怠速条件下的稳定运转。怠速控制的主要内容有：起动后控制、暖机过程控制、负荷变化控制、减速控制等。怠速控制系统是电控发动机的一个子系统，主要由传感器、ECU及执行机构组成。怠速控制均采用发动机转速反馈法的闭环控制方式，即发动机转速传感器将发动机的实际转速和目标转速进行比较，根据比较的差值确定使发动机达到目标值的控制量，并通过执行机构对发动机怠速转速进行校正。车速传感器信号和节气门位置传感器信号用于判断发动机是否处于怠速工况。当节气门处于怠速位置，车速低于2KM/h时，ECU便确认发动机处于怠速工况，并启动怠速控制系统实施怠速控制。冷却液温度传感器信号、空调压缩机接通信号、自动变速器档位信号、蓄电池电压等信号用来确定发动机怠速时的目标转速。不同怠速条件下的目标转速值已预先存储在ECU的存储器中。发动机转速信号作为怠速控制系统反馈信号，用来计算控制量的大小。ECU一般不单独设置，是由燃油喷射系统、点火系统等共用一个，这使系统简单化、提高控制精度。执行机构的作用是调节发动机进气量，实现怠速控制。按进气量调节方式不同，一般可分为两种类型：一是改变旁通空气道截面积的旁通空气式；二是直接改变节气门开度的节气门直动式。怠速控制阀位于节气门体上，怠速工况下，节气门几乎全部关闭，由怠速控制阀控制发动机的怠速时的进气量怠速控制阀的种类：可分为电磁阀式、旋转阀式、步进电机式和机械式。而各种怠速控制阀因为原理和结构的不同，也可分为很多种。任务相关知识

1）电磁阀式怠速控制阀实现上就是一个电磁线圈，ECU通过占空比的方式控制线圈的电流，控制阀的开度。早期见过一种有三个线圈控制的怠速控制阀，相当于是三个怠速控制阀。ECU打开一个或两个或三个来实现怠速的控制。2）旋转阀式怠速控制阀电机驱动的怠速控制阀（应用于富康汽车）1-插头2-壳体3-永久磁铁4-转子5-空气通道7-旋转阀任务相关知识两个电磁线圈式怠速控制阀多应用于丰田发动机，ECU控制两个线圈的通电或断开，改变两个线圈产生的磁场强度，两线圈产生的磁场与永久磁铁形成的磁场相互作用，即可改变控制阀的位置，从而调节怠速空气口的开度，以实现怠速空气量的控制。双金属片制成的卷簧，主要起保护作用。当流过阀体冷却液腔的冷却液温度变化时，双金属片变形，带动挡块转动，从而改变阀轴转动的两个极限位置，以控制怠速控制阀的最大开度和最小开度。ECU控制旋转电磁阀型怠速控制阀工作时，控制阀的开度是通过控制两个线圈的平均通电时间（占空比）来实现对怠速的控制。电机驱动的怠速控制阀控制线路原理图任务相关知识3）机械式怠速控制阀机械式怠控制阀不是由电脑来控制，而是由水温来控制。主要是利用石蜡的原理（类同于节温器），在低温下打开以提高发动机的怠速，而随着温度的升高，阀芯关小，稳定怠速。这种怠速控制阀还设有怠速调整螺钉以调节怠速的高低。4）步进电机式怠速控制阀步进电机式怠速控制执行机构损坏后将造成无怠速，怠速不稳，怠速过高等故障。一般与节气门体并联安装，如下图所示。步进电机式怠速控制阀任务相关知识（2）步进电机式怠速控制阀的结构1）控制阀的结构1、控制阀2、前轴爪3、后轴承4、密封圈5、丝杠机构6、线束连接器7、定子8、转子步进电动机型怠速控制阀的结构如图所示，步进电机主要由转子和定子组成，丝杠机构将步进电机的旋转运动转变为直线运动，使阀心作轴向移动,改变阀心与阀座之间的间隙。安装在节气门上。任务相关知识1、2—线圈3—爪极4、6—定子5—转子步进电动机的结构如图所示，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2）步进电动机的结构任务相关知识（3）步进电机式怠速控制阀的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。输入脉冲工作过程任务相关知识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、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。步进电动机型怠速控制阀电路任务相关知识（4）怠速控制阀的控制内容1、起动初始位置的设定：关闭点火开关发动机熄火后，电子控制单元ECU的M-REL端子向主继电器延续供电2～3s，ECU控制步进电机ISCV全部打开，以利于下次起动。2、起动控制：起动时，ISCV全开，起动顺利。起动后，ECU根据水温的高低控制步进电机，调节控制阀的开度。3、暖机控制：又称为快怠速控制。暖机时，ECU根据水温的高低控制怠速控制阀的开度。随着水温上升，怠速控制阀开度逐渐减小。4、怠速稳定控制：ECU将接受道的转速信号与确定的目标转速进行比较，其差值超过一定值时，ECU通过步进电机控制怠速控制阀以调节空气进气量。又称为反馈控制。5、怠速提速控制：在怠速时，出现以下情况，ECU控制步进电机将怠速提升。①开空调；②转方向盘（带动力转向的车）；③电器负荷增大（如开大灯，风窗加热器，尾灯等）；④挂前进档（自动变速器汽车）。初步训练初步训练步进电机式怠速电控阀的检修任务分析查阅维修手册。根据步进电机式怠速电控阀的检修流程执行检修任务。初步训练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；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。如图所示。S1-S2-S3-S4顺序S4-S3-S2-S1顺序强化训练强化训练设计步进电机怠速控制系统。主要任务：驱动信号占空比与电机输出力矩成正比。电机的输出力矩与回位弹簧力矩平衡时，与节气门轴相连的开度传感器将节气门开度信号反馈给电控单元，构成闭环位置控制系统.节气门开度不仅由加速踏板控制，而且也要由其它控制系统控制,最终按照发动机的扭矩需求精确调节节气门开度，实现基于扭矩需求的发动机控制。强化训练任务分析如下左图是控制系统的主程序逻辑框图，主程序是一个在发动机工作过程中不断循环运行着的程序，它将发动机的运转划分为多种典型的工况，分别进行编程控制，显然工况的划分越合理、判断的实时性越强，控制效果就越好。当然，针对不同工况所采用的控制策略如何，也是决定控制结果的重要方面。发动机的典型运转工况划分为如下：启动模式(含启动拖转、启动等)、暖机模式、怠速闭环模式、瞬态工况模式(含加速、减速与燃油停供等)、空燃比闭环模式、全节气门工况模式.对发动机的运转工况做出准确及时的判断之后，在不同的工况处理程序中，根据中断程序采集到的发动机相关运转参数，采用不同的算法，得到适合当时工况的最佳喷油脉宽、点火提前角，以及怠速进气量，从而控制发动机的正常运转。控制软件总体上分为初始化部分和工作循环部分，其整体流程如右图所示，初始化部分主要用于完成常量和变量的初始化；定时器T2中断的初始化；高速输出口输出PWM初始化和串行口收、发数据初始化。控制软件的工作循环部分包括信号的采集，传感器故障判断，电子节气门角度和踏板角度计算，根据控制算法计算控制量和串行通信等。。强化训练控制系统的主程序逻辑框图整体流程图训练习题1、怠速控制的主要内容有：

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。2、怠速控制常采用的方式是什么？3、怠速控制阀控制发动机的怠速时的进气量怠速控制阀的种类：可分为

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