模塊三 怠速控制

汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)3.1概述3.1.1怠速控制的作用及實質(zhì)3.1.2怠速控制的組成和控制原理3.2怠速控制的類型和控制過程模塊3怠速控制系統(tǒng)3.1.1、怠速控制的作用及實質(zhì)

所謂怠速，是指發(fā)動機在無負荷情況下的穩(wěn)定定運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

怠速控制裝置的作用：就是由ECU自動維持發(fā)動機怠速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

怠速控制機構(gòu)通過對怠速空氣量的控制來控制發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速。當發(fā)動機怠速負荷增大時，ECU控制怠速控制閥使進氣量增大，從而使怠速轉(zhuǎn)速提高，防止發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)或熄火；當發(fā)動機怠速負荷減小時，ECU控制怠速控制閥使進氣量減少，從而使怠速轉(zhuǎn)速降低，以免怠速轉(zhuǎn)速過高。怠速時的噴油量則由ECU根據(jù)預(yù)先設(shè)定的怠速空燃比和實際充氣量計算確定。怠速控制的實質(zhì)是控制怠速時的進氣量。3.1.2、怠速控制系統(tǒng)的組成和控制原理1.怠速控制系統(tǒng)的組成：如圖，主要由傳感器、ECU、和執(zhí)行元件三部分組成。下一頁

圖3-1怠速控制的組成和控制過程2、怠速控制原理

怠速轉(zhuǎn)速的控制過程如下：ECU首先根據(jù)怠速觸點IDL信號和車速信號，判斷發(fā)動機是否處于怠速狀態(tài)。判定為怠速工況時，再根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度傳感器信號、空調(diào)開關(guān)、動力轉(zhuǎn)向開關(guān)等信號，從存儲器存儲的怠速轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)中查詢相應(yīng)的目標轉(zhuǎn)速，然后將目標轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器檢測的發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速進行比較。當發(fā)動機負荷增大，需要發(fā)動機快怠速運轉(zhuǎn)，目標轉(zhuǎn)速高于實際轉(zhuǎn)速時，ECU將控制怠速控制閥（增大比例電磁閥式怠速控制閥的占空比，或增加步進電機步進的步數(shù)）增大旁通進氣量來實現(xiàn)快怠速；反之，當發(fā)動機負荷減少，目標轉(zhuǎn)速低于實際轉(zhuǎn)速時，ECU將控制怠速控制閥減少旁通進氣量來調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。1、節(jié)氣門2、進氣管3、節(jié)氣門操縱臂4、執(zhí)行元件5、怠速空氣道A）節(jié)氣門直動式b）旁通空氣式怠速控制也就是對怠速工況下的進氣量進行控制?？刂苹绢愋陀校号酝諝馐胶凸?jié)氣門直動式。如右圖3.2.1、旁通空氣式3.2.2節(jié)氣門直動式3.2怠速控制的類型和控制過程1.石蠟式附加空氣滑閥2.旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制機構(gòu)3.步進電動機式怠速控制執(zhí)行機構(gòu)4、旋轉(zhuǎn)電磁閥型怠速控制機構(gòu)3.2.1、旁通空氣式1.石蠟式附加空氣滑閥

石蠟式附加空氣滑閥根據(jù)發(fā)動機的冷卻水溫度控制空氣旁通截面積。控制力來自恒溫石蠟的熱脹冷縮，而熱脹冷縮隨周圍溫度而變化。其結(jié)構(gòu)原理如圖3－4所示。發(fā)動機冷卻水溫度較低時，恒溫石蠟收縮，提動閥在外彈簧8的作用下打開。隨著溫度的升高，恒溫石蠟膨脹，推動連接桿使提動閥慢慢關(guān)閉，發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下降。當暖車后，提動閥將完全關(guān)閉其空氣通道，發(fā)動機恢復(fù)至正常怠速。2.旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制機構(gòu)結(jié)構(gòu)：它主要由永久磁鐵、電樞、旋轉(zhuǎn)滑閥、電刷及引線組成。旋轉(zhuǎn)滑閥固裝在電樞軸上，與電樞軸一起轉(zhuǎn)動，用來控制流過旁通氣道的空氣量。永久磁鐵固裝在外殼上，其間形成磁場。電樞鐵芯上纏有兩組繞向相反的電磁線圈L1和L2，當線圈L1通電時，電樞帶動旋轉(zhuǎn)滑閥順時針偏轉(zhuǎn)，旁通氣道截面關(guān)小；當線圈L2通電時，旋轉(zhuǎn)滑閥逆時針偏轉(zhuǎn)，旁通氣道截面開大。下一頁2.旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制機構(gòu)工作原理：線圈L1與ECU內(nèi)部的三極管V2連接，脈沖控制信號直接加到V2的基極，線圈L2與ECU內(nèi)部的三極管V1連接，脈沖控制信號經(jīng)過反向器將高低電平反向后加到三極管V1的基極上。因此，當脈沖信號的高電平到來時，三極管V1截止、V2導(dǎo)通，線圈L1通電、L2斷電；反之，當脈沖信號的低電平到來時，三極管V2截止、V1導(dǎo)通，線圈L2通電、L1斷電。這樣，兩個電樞繞組總是交替地通過電流，又因為兩線圈繞向相反，致使電樞上交替產(chǎn)生方向相反的電磁力矩。圖3－6旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置電路連接圖下一頁2.旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制機構(gòu)控制原理：占空比RC是指在一個信號周期T內(nèi)，高電平時間ton所占的比率，如圖3-7所示，tof為低電平所占時間。當占空比等于50％時，如圖3-7a)所示，線圈L1、L2的平均通電時間相等，產(chǎn)生的電磁力矩互相抵消，電樞軸與滑閥將保持在某一位置不動。當占空比小于50％時，如圖3-7b)所示，L2的通電時間長，L1的通電時間短，兩者合成的電磁力矩使電樞帶動旋轉(zhuǎn)滑閥逆時針偏轉(zhuǎn)，使旁通氣道開啟面積加大，旁通進氣量增多，發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速將升高。當占空比大于50％時，如圖3-7c)所示，L1的通電時間長，L2的通電時間短，兩者合成的電磁力矩使電樞帶動旋轉(zhuǎn)滑閥順時針偏轉(zhuǎn)，使旁通氣道開啟面積減小，旁通進氣量減少，發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速將降低。圖3－7占空比示意圖a)占空比等于50%；

b)占空比小于50%c）占空比大于50%（1）結(jié)構(gòu)：步進電機與怠速控制閥做成一體，裝在進氣歧管內(nèi)。執(zhí)行機構(gòu)是由永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子、激磁線圈構(gòu)成的定子和把旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動的進給絲桿及閥門等組成。它利用步進轉(zhuǎn)換控制，使轉(zhuǎn)子可順時針也可逆時針旋轉(zhuǎn)，從而使閥芯上下運動（軸向移動）改變閥與閥座之間的間隙以達到調(diào)節(jié)旁通空氣道截面的目的，從而調(diào)節(jié)流過節(jié)氣門旁通空氣道的空氣量。步進電動機的結(jié)構(gòu)如圖ｂ所示，主要由用永久磁鐵制成有16個（8對）磁極的轉(zhuǎn)子和兩個定子鐵心組成。

圖3-8步進電機型怠速控制閥1－閥座2－閥軸3－定子線圈4－軸承5－進給絲桿6－轉(zhuǎn)子7－閥芯8－旁通空氣進口

圖3-9定子結(jié)構(gòu)3.步進電動機式怠速控制執(zhí)行機構(gòu)下一頁定子爪極的位置步進電機的轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成，N極和S極在圓周上相間排列，共有8對磁極，定子由A、B兩個定子組成，其內(nèi)繞有A、B兩組線圈，線圈由導(dǎo)磁材料制成的爪極包圍。（如圖3-9所示）每個定子各由8對爪極，每對爪極（N極與S極）之間的間距為1個爪的寬度，A、B兩定子爪極相差1個爪的差位，構(gòu)成一體安裝在外殼上。如圖3-10所示圖3-10定子爪極的位置下一頁圖3-11相線繞組的控制電路相線繞組的控制電路ECU通過控制定子相線繞組的電壓脈沖，交替變換定子爪極極性，使步進電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進式轉(zhuǎn)動。A、B兩定子繞組分別由1、3相繞組和2、4相繞組構(gòu)成，由ECU晶體三極管控制各相繞組的搭鐵，如圖3-11所示。（2）工作原理步進電動機的工作原理工作原理如圖，當ECU控制使步進電機的線圈按1-2-3-4順序依次搭鐵時，定子磁場瞬時針轉(zhuǎn)動，由于與轉(zhuǎn)子磁場間的相互作用，使轉(zhuǎn)子隨定子磁場同步轉(zhuǎn)動。同理，步進電動機的線圈按相反的順序通電時，轉(zhuǎn)子則隨定子磁場同步反轉(zhuǎn)。定子有32個爪級，步進電動機每轉(zhuǎn)一步為1/32圈，工作范圍為0～125個步進級。a）輸入脈沖b）工作過程下一頁（3）步進電動機型怠速控制閥電路微機按照一定的順序，控制驅(qū)動電路中的三極管VT1-VT4適時導(dǎo)通，分別向步進電機四個線圈（定子線圈）供電，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)旁通空氣道的開度，從而調(diào)節(jié)旁通空氣量，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到所要求的目標轉(zhuǎn)速。下一頁

1）起動初始位置的確定

2）起動控制；

3）暖機控制

4）反饋控制

5）發(fā)動機負荷變化的預(yù)控制

6）學(xué)習(xí)控制（4）控制項目(1)控制閥的結(jié)構(gòu)與工作原理(2)控制閥的控制內(nèi)容4、旋轉(zhuǎn)電磁閥型怠速控制機構(gòu)(1)控制閥的結(jié)構(gòu)與工作原理

結(jié)構(gòu)如左圖，閥安裝在閥軸的中部，與帶有永久磁鐵的軸一同轉(zhuǎn)動，改變旁通空氣道的截面，從而控制流過旁通氣道的空氣量。圓柱形永久磁鐵裝在閥軸的末端，當永久磁鐵的磁場與線圈L1和線圈L2產(chǎn)生的電磁場相互作用時，使圓柱形永久磁鐵產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。其磁場工作原理如圖3-16所示。結(jié)構(gòu)圖位置涂原理圖下一頁磁場工作原理：線圈L1和線圈L2及其鐵芯裝在圓柱形永久磁鐵對應(yīng)的圓周位置上。當ECU給線圈L1和L2通電時，線圈鐵芯產(chǎn)生電磁場，面向圓柱形永久磁鐵的一端均為電磁場的N極（如圖3－16所示）。在磁場的作用下，圓柱形永久磁鐵和軸一起旋轉(zhuǎn)。ECU可通過控制線圈產(chǎn)生的磁場強度改變軸的轉(zhuǎn)角?？刂圃砣鐖D3-17所示。圖3-16磁場工作原理圖下一頁

控制原理：ECU根據(jù)有關(guān)信號計算出發(fā)動機所處工況的占空比，輸出相應(yīng)的控制信號，驅(qū)動功率Tr1和Tr2，使L1和L2線圈通電。線圈通電時產(chǎn)生的磁場與圓柱形永久磁鐵的磁場相互作用，使閥軸偏轉(zhuǎn)。

ECU以一固定周期使線圈接通或斷開。由于占空比控制信號和三極管Tr1基極之間接有反向器，故三極管Tr1和Tr2集電極輸出相位相反圖3-17控制電路的工作原理圖3-18工作原理圖下一頁圖3-19工作原理圖當占空比為50％時，L1和L2線圈的平均通電時間相等，產(chǎn)生的磁場強度相同，與永久磁鐵產(chǎn)生的磁場作用相抵消，閥軸停止轉(zhuǎn)動，當占空比超過50％時，線圈L2的磁場強度超過L1的磁場強度。永久磁鐵將轉(zhuǎn)過一定角度，使旁通口打開下一頁圖3-20旋轉(zhuǎn)電磁閥型怠速控制原理電路起動控制暖機控制反饋控制發(fā)動機負荷變化時的預(yù)控制學(xué)習(xí)控制（2）控制閥的控制內(nèi)容節(jié)氣門直動式怠速控制執(zhí)行機構(gòu)通過控制節(jié)氣門的開啟程度，調(diào)節(jié)空氣通路的截面以調(diào)節(jié)怠速時的空氣流量，從而實現(xiàn)怠速控制。結(jié)構(gòu)如圖，主要由直流電動機、減速齒輪機構(gòu)、絲杠機構(gòu)和傳動軸等組成。3.2.2、節(jié)氣門直動式怠速控制器ａ）外形圖ｂ）結(jié)構(gòu)圖1、節(jié)氣門操縱臂2、怠速控制器3、節(jié)氣門體4、噴油器5、燃油壓力調(diào)節(jié)器6、節(jié)