第1課 怠速控制

車輛電子控制技術(shù)講授內(nèi)容：第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制（第1課）《車輛電子控制技術(shù)》課件01二月2023201二月2023本章內(nèi)容安排第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制本章主要內(nèi)容：分析怠速（ISC），污染控制，廢氣再循環(huán)（ExhaustGasRecirculation，EGR），活性碳罐蒸發(fā)，進(jìn)氣增壓，稀薄燃燒、GDI、ACIS和故障自診斷等控制系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)與過程分析，以及安全保險(xiǎn)功能和后備系統(tǒng)等功能子系統(tǒng)的基本和控制方法。第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第2課發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制第3課發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣控制第4課汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)301二月2023一、怠速控制的要求與指標(biāo)二、節(jié)氣門旁通式控制三、節(jié)氣門直動(dòng)式控制本節(jié)課的主要內(nèi)容第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制401二月20231.為何要進(jìn)行怠速控制汽車在交通密度大的城市道路上行駛時(shí)，約有30%的燃油消耗在怠速工況，且怠速工況發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染程度相當(dāng)高。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷車運(yùn)轉(zhuǎn)，空調(diào)、電器負(fù)荷，自動(dòng)變速器，動(dòng)力轉(zhuǎn)向伺服和主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)等耗能系統(tǒng)的介入，都會(huì)引起怠速轉(zhuǎn)速變化，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至引起熄火現(xiàn)象，導(dǎo)致排放污染和燃油消耗增加。2.怠速工況控制應(yīng)滿足的基本要求：動(dòng)力平衡；較低的燃油消耗；良好的排放特性；快速平穩(wěn)的過渡特性。一、怠速控制的要求與指標(biāo)第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制501二月20233.控制指標(biāo)①穩(wěn)定性：怠速實(shí)際轉(zhuǎn)速的波動(dòng)值不能超過某一設(shè)定值，不能使駕駛員有異常的感覺。②抗干擾性：外界條件突變(空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、節(jié)氣門變化等)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不能熄火或失速，發(fā)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)怠速穩(wěn)定(例如空調(diào)不使用時(shí)，怠速在800r／min工作，使用空調(diào)后怠速可在850r／min穩(wěn)定工作)。③過渡性能：從怠速到驅(qū)動(dòng)擋和驅(qū)動(dòng)擋到怠速都能平滑過渡。④排放性能：HC，CO排放物不超過法規(guī)的限值。⑤水溫特性：冷卻水的溫度決定基本目標(biāo)怠速的轉(zhuǎn)速值。一、怠速控制的要求與指標(biāo)第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制601二月20234.怠速控制系統(tǒng)應(yīng)具備的功能在所有怠速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)保持目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速值。當(dāng)負(fù)荷突變時(shí)能補(bǔ)償負(fù)荷的變化。防止失速。將燃油消耗量降到最低。學(xué)習(xí)功能：能自動(dòng)補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)由于老化或制造上造成的差異。節(jié)氣門全閉減速時(shí)，增加額外的空氣，以減少有害排放物。改善汽車低速駕駛性能。避免系統(tǒng)在其自振頻率附近發(fā)生震蕩。怠速控制通常用轉(zhuǎn)速作為反饋信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制，當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉或汽車的行駛速度低于設(shè)定值(例如6km／h)時(shí)，都按怠速進(jìn)行控制。一、怠速控制的要求與指標(biāo)第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制701二月20235.控制基本原理怠速轉(zhuǎn)速控制：怠速進(jìn)氣量控制。目標(biāo)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，確定兩轉(zhuǎn)速間的差值，并經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量，使實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化影響較快，但可變化的范圍較小。怠速穩(wěn)定性是通過點(diǎn)火提前角修正來完成的。當(dāng)負(fù)載突變時(shí)通過噴油量和進(jìn)氣量共同改變來實(shí)現(xiàn)怠速控制。一、怠速控制的要求與指標(biāo)第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制801二月20236.怠速控制方式節(jié)氣門旁通式控制節(jié)氣門直動(dòng)式控制一、怠速控制的要求與指標(biāo)節(jié)氣門旁通式控制節(jié)氣門直動(dòng)式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制901二月2023（一）步進(jìn)電機(jī)控制1.組成：由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的怠速控制閥、傳感器及ECU組成。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1001二月20232.工作過程發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)，ECU首先根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的“怠速”信號(hào)、車速信號(hào)進(jìn)行工況確認(rèn)，然后再根據(jù)冷卻液溫度傳感器、空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及自動(dòng)變速器等機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，依據(jù)CPU的ROM存儲(chǔ)器中的脈譜數(shù)據(jù)，確定目標(biāo)轉(zhuǎn)速。一般正常情況下，多采用發(fā)動(dòng)機(jī)怠速反饋控制方式，即：將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，根據(jù)比較得出的差值，確定相應(yīng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的控制量（步長(zhǎng)）并向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令。二、節(jié)氣門旁通式控制步進(jìn)電機(jī)式怠速控制系統(tǒng)第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1101二月20233.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子、激磁線圈構(gòu)成的定子和能把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給絲桿機(jī)構(gòu)及閥門等組成。步進(jìn)電機(jī)和怠速控制閥做成一體，裝在進(jìn)氣總管內(nèi)。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1201二月20234.步進(jìn)電機(jī)控制電路ECU按“相”序使功率管VT1－VT4依次導(dǎo)通，分別給步進(jìn)電機(jī)定子線圈供電，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子按照特定步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)怠速調(diào)整裝置的閥門軸向移動(dòng)，改變閥門開啟程度進(jìn)而改變怠速旁通通道的流通截面，調(diào)節(jié)旁通空氣流量，即可調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。二、節(jié)氣門旁通式控制步進(jìn)電機(jī)控制電路第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1301二月20235.步進(jìn)電機(jī)式怠速控制系統(tǒng)的主要控制內(nèi)容（1）起動(dòng)初始位置確定為改善發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，怠速控制閥預(yù)設(shè)在全開位置（相當(dāng)于步進(jìn)電機(jī)125步位置），此時(shí)，經(jīng)過怠速控制閥的旁通空氣量最大，發(fā)動(dòng)機(jī)容易起動(dòng)。為達(dá)此目的，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)斷開時(shí)，主繼電器由ECU的M－REL端繼續(xù)供電2秒鐘，保持接通狀態(tài)，待步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入起動(dòng)初始位置后才斷電。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1401二月2023（2）起動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后怠速轉(zhuǎn)速迅速升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定臨界值（此值由冷卻冷卻液溫度度確定）后，ECU開始根據(jù)冷卻冷卻液溫度度來控制怠速機(jī)構(gòu)閥門位置。起動(dòng)時(shí)冷卻冷卻液溫度如為20℃，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到500r/min時(shí)，ECU將控制怠速控制閥從全開位置（125步）的A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)位置。二、節(jié)氣門旁通式控制起動(dòng)控制特性第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1501二月2023（3）暖機(jī)控制暖機(jī)時(shí)系統(tǒng)根據(jù)冷卻液的溫度來確定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)步數(shù)，隨著溫度上升，怠速控制閥開始逐漸關(guān)閉。當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到70℃時(shí)，暖機(jī)控制過程結(jié)束。二、節(jié)氣門旁通式控制暖機(jī)控制特性第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1601二月2023（4）反饋控制如果發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與ROM存儲(chǔ)器中的相應(yīng)目標(biāo)值相差超過一定值（如20r/min）時(shí)，ECU將通過步進(jìn)電機(jī)控制怠速控制閥增減旁通空氣量，使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速逐漸收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速。（5）發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化預(yù)控制發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)如空檔起動(dòng)開關(guān)、空調(diào)開關(guān)接通或斷開，都將使發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷立刻發(fā)生變化。為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)或熄火，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化前，ECU使控制怠速控制閥事先開大或關(guān)小一個(gè)固定數(shù)值。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1701二月2023（6）電器負(fù)載增多時(shí)的怠速控制在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如使用的電器負(fù)載增大到一定程度時(shí)，蓄電池電壓就會(huì)降低。為了保證向ECU和點(diǎn)火開關(guān)提供正常的供電電壓，需控制步進(jìn)電機(jī)，相應(yīng)地增加旁通道空氣量，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速，提高發(fā)電機(jī)的輸出功率。（7）學(xué)習(xí)控制由于發(fā)動(dòng)機(jī)壽命期間其性能會(huì)發(fā)生變化，雖然步進(jìn)電機(jī)控制閥門的位置未變，但怠速轉(zhuǎn)速會(huì)與初設(shè)的數(shù)值略有不同。因此利用ECU反饋控制，可使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回歸到目標(biāo)值（學(xué)習(xí)過程），此時(shí)，ECU還可將步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)“步數(shù)”（學(xué)習(xí)結(jié)果）同時(shí)存儲(chǔ)在ROM存儲(chǔ)器中，以便在怠速控制過程中出現(xiàn)相同“點(diǎn)”時(shí)直接調(diào)用。顯見，具有反饋和自學(xué)習(xí)功能步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)控制精度高，靈敏性好，可靠性好及自適應(yīng)能力強(qiáng)，故在現(xiàn)代汽車怠速控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1801二月2023（二）電磁閥控制1.控制原理相比而言，旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制系統(tǒng)主要由電磁控制的旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速調(diào)整裝置、傳感器及ECU組成。其控制原理大同小異。ECU根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速運(yùn)行狀況，進(jìn)而控制怠速旋轉(zhuǎn)滑閥的動(dòng)作，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最佳怠速轉(zhuǎn)速。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制1901二月20232.旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)主要由永久磁鐵、電樞、旋轉(zhuǎn)滑閥、螺旋回轉(zhuǎn)彈簧及電刷等組成。滑閥固裝在電樞軸上，與電樞軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，用以向電磁線圈L1和L2提供磁場(chǎng)電流。永久磁鐵固定在外殼上，其間形成磁埸。電樞位于永久磁埸中，電樞的鐵芯上繞有兩組反相的電磁線圈。線圈L1通電時(shí)，電樞帶動(dòng)滑閥順時(shí)針偏轉(zhuǎn)；線圈L2通電時(shí)，電樞帶動(dòng)滑閥則逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)。二、節(jié)氣門旁通式控制旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速調(diào)整裝置第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2001二月20233.控制過程ECU首先根據(jù)各傳感器的輸入信號(hào)采用占空比控制方式控制線圈L1和L2導(dǎo)通與截止，進(jìn)而控制電樞軸（滑閥）的偏轉(zhuǎn)角，以此改變旁通的空氣量，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速。占空比的調(diào)整范圍約為18％（旋轉(zhuǎn)滑閥關(guān)閉）至82％（旋轉(zhuǎn)滑閥打開）之間?；y的偏轉(zhuǎn)角度限定在90°內(nèi)。二、節(jié)氣門旁通式控制旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速調(diào)整裝置基本原理第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2101二月20234.控制策略（1）起動(dòng)控制在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，從ROM存儲(chǔ)器中取出相應(yīng)的設(shè)定數(shù)據(jù)，以此控制電磁滑閥的偏轉(zhuǎn)角，調(diào)整旁通的空氣量。（2）曖機(jī)控制在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，ECU根據(jù)冷卻液溫度，控制發(fā)動(dòng)機(jī)在暖機(jī)過程中調(diào)整怠速轉(zhuǎn)速。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2201二月2023（3）反饋控制發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，當(dāng)滿足反饋控制條件（怠速觸點(diǎn)閉合，車速低于2km/h、空調(diào)開關(guān)斷開）時(shí)，ECU將根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與存儲(chǔ)器中預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)進(jìn)行比較。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，ECU控制怠速控制閥將閥門開大；反之，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，將閥門關(guān)小。（4）發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化時(shí)的預(yù)控制在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若空檔起動(dòng)開關(guān)接通或某種負(fù)載較大電器立即工作，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷改變。此時(shí)，為避免由此引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)或熄火，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化前，ECU控制怠速控制閥開大或關(guān)小一定角度。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2301二月2023（5）學(xué)習(xí)控制同理，ECU亦可用反饋控制的方法，進(jìn)行學(xué)習(xí)修正，將怠速轉(zhuǎn)速調(diào)整到目標(biāo)值。當(dāng)目標(biāo)怠速達(dá)到后，ECU將相應(yīng)的占空比值存入備用的存儲(chǔ)器中，以便在今后的怠速控制中作為相同工況控制點(diǎn)的占空比的基準(zhǔn)值。二、節(jié)氣門旁通式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2401二月20231.結(jié)構(gòu)組成：直流電動(dòng)機(jī)、減速齒輪、絲杠等部件。當(dāng)ECU控制直流電機(jī)的通電時(shí)，電磁力矩通過減速齒輪被增大。再通過絲杠機(jī)構(gòu)將角位移轉(zhuǎn)換為傳動(dòng)軸的直線運(yùn)動(dòng)。通過傳動(dòng)軸的旋入或旋轉(zhuǎn)出，調(diào)節(jié)節(jié)氣門全閉限制位置，達(dá)到調(diào)節(jié)節(jié)氣門處空氣流通截面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)怠速轉(zhuǎn)速控制。三、節(jié)氣門直動(dòng)式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2501二月2023三、節(jié)氣門直動(dòng)式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2601二月2023三、節(jié)氣門直動(dòng)式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2701二月20232.控制原理ECU主要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻冷卻液溫度度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制，根據(jù)怠速的轉(zhuǎn)速差控制發(fā)動(dòng)機(jī)怠速調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，通過改變節(jié)氣門的開度（轉(zhuǎn)角），實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速的控制。三、節(jié)氣門直動(dòng)式控制第1課發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四章發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制2801二月20233.控制策略發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻冷卻液溫度度。自動(dòng)變速汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速（曲線1）較手動(dòng)檔或空檔的的怠速轉(zhuǎn)速低（曲線2），以便降低掛上前進(jìn)檔時(shí)汽車的爬行傾向；當(dāng)空調(diào)工作時(shí)（曲線3），則保持較高的怠速轉(zhuǎn)速，防止空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)引起怠速不穩(wěn)的現(xiàn)