发电机综合控制系统.ppt

1、怠速控制系统, 一、怠速控制的作用 二、怠速控制的分类 三、怠速控制的原理 四、怠速控制系统部件的结构,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？ 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。,一、怠速控制的作用,怠速控制(ISC) ISCIdle speed Control 怠速控制就是怠速转速的控制。 根据发动机工作温度和负载，由ECU自动控制怠速

2、工况下的空气供给量，维持发动机以稳定怠速运转。,一、怠速控制的作用,二、怠速控制的分类,1 、按进气量调节方式分： （1）节气门直动式控制节气门最小开度； （2）旁通气道式控制节气门旁通通路中空气流量。,2 、按怠速控制阀的结构与工作方式分： （1）步进电机式以步进电机为动力控制节气门； （2）开度电磁阀式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，有直动式和转阀式两种； （3）开关电磁阀式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，但只有开、关两种状态。,二、怠速控制的分类,三、怠速控制的原理,1、原理,三、怠速控制的原理：,1、原理,三、怠速控制的原理：,ECU根据

3、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、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传来的实际转速进行比较，计算出转速差，最后通过怠速控制阀的动作（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。 怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。,1、原理,三、怠速控制的原理：,2、高怠速运行控制 （1）负载增大时的怠速控制 当汽车上使用的电器增多时，将引起电源系供电电压降低，同时发动机的负荷也要增大。为保证ECU的+B端有正常的供电电压，需要相应地增加进气量，提高发动机

4、的怠速转速。,三、怠速控制的原理：,2、高怠速运行控制 （2）发动机转速变化的预测控制 发动机处于怠速工况时，空调开关、空档起动开关 等接通或断开时，都会引起发动机怠速负荷变化，产生较 大的怠速转速波动。 为了减小负荷变化对怠速转速的影响，ECU在收到 以上开关量信号、发动机转速变化出现前，就控制怠速控 制阀预先把阀门开大或关小一个固定的距离。,三、怠速控制的原理：,3、其它怠速控制 （1）起动初始位置设定 为了改善发动机的再次起动性能，在点火开关断开时，ECU将控制怠速控制阀处于全开状态，为再次起动作好准备。 当ECU内部主继电器控制电路接收到点火开关OFF位置信号时，ECU将利用备用电源输

5、入端提供的电压控制主继电器线圈继续供电2秒，使步进电机的怠速控制阀退回到初始位置，以便下次起动时具有较大的进气量。,三、怠速控制的原理：,（2）起动中控制 由于发动机起动前，ECU已把怠速控制阀的初始位置 设定在最大开度位置，因此发动机起动后，若怠速控制阀 仍保持全开，则会引起发动机转速过高。 为避免出现这种情况，在起动过程中，当发动机转速 达到由冷却液温度确定的对应转速时，ECU控制怠速控 阀，逐渐将阀门关小到与冷却液温度对应的开度。,三、怠速控制的原理：,（3） 暖机控制 暖机过程中，ECU控制怠速控制阀从起动后的开度逐 渐关小，当冷却液温度达到70时，暖机控制结束，怠速 控制阀达到正常怠

6、速开度。,三、怠速控制的原理：,（4） 学习控制 ECU通过控制怠速控制阀的位置，调整发动机的怠速转速。 由于发动机在使用过程中其性能会发生变化，因此这时怠速控制阀的位置虽然没有变化，但实际的怠速转速也会偏离初始值。出现这种情况时，ECU除了用反馈控制使怠速转速仍达到目标值外，还将此时步进电机转过的步数储存在备用存储器中，供以后的怠速控制用。,三、怠速控制的原理：, 反馈控制 当发动机处于怠速工况运转时，如果发动机的实际 转速与ECU存储器中所存放的目标转速差超过规定值（如 20r/min），则ECU即控制怠速控制阀增减旁通空气量， 使发动机实际转速与目标转速差小于规定值。 目标转速与发动机怠

7、速工况时的负荷有关，对应空档 起动开关是否接通、 是否使用空调、用电器增加等不同 情况，都有确定的目标转速。,四、怠速控制系统部件结构,1、节气门直动式 （1）结构：直流电动机、减速齿轮、丝杆等组成。,优点：结构简单、工作稳定性好，缺点：采用了齿轮减速机构后执行速度慢、动态响应性差。,1、节气门直动式怠速控制器,组成：直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等,大众车节气门直动式怠速控制器,（2）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。 发动机怠速时，ECU根据各传感器的信

8、号，控制直流电机的正反转及转动量，使丝杆作直线移动，带动节气门在小开度范围内摆动，从而改变进气量，达到调整怠速转速的目的。,四、怠速控制系统部件结构,1）步进电机式怠速控制阀：,（1）结构：步进电机、螺旋机构、阀芯、阀座等。 步进电机：由永磁转子、定子绕组等组成。用于产生驱动力矩。 螺旋机构：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。,2、 旁通空气控制机构 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。,2) 旁通空气

9、控制机构 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(step motor type) 步进电机式怠速控制机构的结构和工作原理,步进电机的内部结构 1线圈A；2线圈B； 3爪极；4定子B；5转子；6定子A,定子由A、B两组构成，每一级均带有16个齿有铁心，且交错装配，每个铁心上绕有2个定子线圈，且方向相反。 转子上制有8对永磁磁极，其N、S极相间排列于转子圆周上，以构成该电机的主磁场。,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

10、制机构工作原理,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0125个步进级。,a）输入脉冲 b）工作过程,定子绕组通电时产生磁场，与转子的永久磁铁形成的磁场在同性相斥、异性相吸的原理作用下，使转子转动。,步进电机式怠速控制机构的控制电路,丰田车步进电机型怠速控制阀,下图中的步进电机转子每转一步一般为1/32圈。步进电机的工作范围为0125个步进

11、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、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过程：,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

12、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

13、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）结构：由永久磁铁、电枢、旋转滑阀等组成。,丰田车旋转电磁阀型ISCV,3、旋转电磁阀型

14、怠速控制阀,旋转电磁阀型怠速控制阀结构,占空比：脉冲信号的通电时间与通电周期的比值。,旋转电磁阀型怠速控制阀工作原理,由于旋转滑阀式怠速控制阀的转角范围限定在90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 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。 占空比指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。,旋转电磁阀型怠速控制阀工作原理,当占空比为50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； 当占空比小于50时，线圈L1的通电时间大于线圈L2的通电时间，滑阀逆时针旋转，旁通气道被关小； 当占空比大于50时，线圈L2的通电时间大于线圈L2的通电时间，

15、滑阀顺时针旋转，旁通气道被打开。 奥迪100型轿车在控制信号的占空比减小到18左右时，旋转滑阀完全关闭；占空比增大到82左右时，旋转滑阀完全开启。,旋转电磁阀型怠速控制阀工作原理,3）、电磁式怠速控制阀：,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,占空比控制型电磁阀工作时，由ECU确定控制脉冲信号的占空比，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。,（1）占空比型电磁式怠速控制阀：,结构：,（

16、1）占空比控制电磁阀型怠速控制阀,丰田车占空比控制电磁阀型ISCV,2）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信号控制。,（1）占空比型电磁式怠速控制阀：,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。,（1）占空比型电磁式怠速控制阀：,2）工作原理：,3）控制电路：,ECU通过V-ISC端子来控制怠速电磁阀（VSV）的搭铁电路。,（2）开关型电磁式怠速控制阀：,1）结构：,（2） 开关型怠速控制阀,丰田车开关型ISCV,2）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发动机暖机过