汽車電控發(fā)動機(jī)怠速系統(tǒng)7剖析

第七章

怠速控制系統(tǒng)的測試、診斷與維修一任務(wù)引入二任務(wù)分析三相關(guān)知識四任務(wù)實施學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速的控制要求及控制方法；2.掌握怠速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理；3.掌握轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥、步進(jìn)電機(jī)式怠速控制閥的檢查方法；4.掌握大眾車系怠速控制系統(tǒng)的檢查方法。一任務(wù)引入怠速是發(fā)動機(jī)重要的運行工況之一，常見的故障現(xiàn)象有怠速不穩(wěn)、怠速過低、怠速過高、怠速時開空調(diào)熄火等，因此，診斷和排除怠速控制系統(tǒng)的故障是發(fā)動機(jī)故障診斷與排除的一項重要內(nèi)容。二任務(wù)分析發(fā)動機(jī)的怠速控制系統(tǒng)主要有旁通空氣控制式和節(jié)氣門直動式兩大類，如圖7-1所示，其中，旁通空氣控制式又分線性電磁閥式、轉(zhuǎn)閥式、步進(jìn)電動機(jī)式等類型。怠速控制系統(tǒng)的種類不同，故障檢測的方法也有所不同，在實際操作中，往往需要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，利用萬用表等工具，對相關(guān)的部件及電路進(jìn)行檢測，再由檢測的結(jié)果來判斷故障的位置。三相關(guān)知識1.對發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速的控制要求2.怠速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理對發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速的控制要求1)正常怠速或低怠速2)起動、暖機(jī)怠速3)高怠速

怠速是指發(fā)動機(jī)不向外輸出功率，燃料燃燒所作的功僅僅用于發(fā)動機(jī)的內(nèi)部摩擦和帶動相關(guān)的附屬設(shè)備，此時，節(jié)氣門往往處于關(guān)閉狀態(tài)，發(fā)動機(jī)只需要吸入極少量的空氣，噴油器也只需要噴入極少量的燃油，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速也維持較低。1)正常怠速或低怠速水溫正常，且空調(diào)、大燈等附屬設(shè)備關(guān)閉時，怠速一般應(yīng)為750～850r/min，稱為正常怠速或低怠速。2)起動、暖機(jī)怠速起動、暖機(jī)時，由于水溫較低、發(fā)動機(jī)內(nèi)部摩擦力較大，低怠速下容易造成運轉(zhuǎn)不穩(wěn)，且長時間低溫運行會增大發(fā)動機(jī)的磨損，因此，要求怠速適當(dāng)提（提高的幅度與當(dāng)時的水溫有關(guān)，水溫越低，提高的幅度越大），這樣，既利于運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，又利于快速暖機(jī)。3)高怠速打開空調(diào)、前照燈等附屬設(shè)備、動力轉(zhuǎn)向投入工作或自動變速器換上行駛擋位時，發(fā)動機(jī)的負(fù)載增大，轉(zhuǎn)速有下降的趨勢，此時要求怠速轉(zhuǎn)速自動提高，一般要求達(dá)到1000～1200r/min，稱為高怠速（或快怠速）。2.怠速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理1)旁通空氣式怠速控制系統(tǒng)1)旁通空氣式怠速控制系統(tǒng)(1)轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥(2)線性電磁閥式與開關(guān)電磁閥式怠速控制閥(3)步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥旁通空氣式怠速控制系統(tǒng)主要由怠速控制閥（ISCV）、發(fā)動機(jī)ECU以及各種傳感器等組成，如圖7-3所示，其中，怠速控制閥裝于繞過節(jié)氣門的旁通氣道，怠速時，節(jié)氣門完全關(guān)閉，所有空氣經(jīng)由該旁通氣道進(jìn)入發(fā)動機(jī)，ECU只要控制怠速控制閥的開度，即可控制旁通空氣量，從而達(dá)到控制怠速轉(zhuǎn)速的目的。起動、暖機(jī)時的怠速控制：起動時，怠速控制閥完全打開，旁通氣道的開度最大，流過旁通氣道的空氣量較大，從而確保發(fā)動機(jī)能夠順利起動，如圖7-4所示；起動后，隨著發(fā)動機(jī)水溫的逐步升高，怠速控制閥的開度逐步減小，水溫正常后達(dá)到正常怠速所需的開度位置。怠速反饋控制：如果怠速轉(zhuǎn)速偏離了設(shè)定值，ECU會通過調(diào)整怠速控制閥開度的方法來進(jìn)行修正。負(fù)荷調(diào)節(jié)控制：當(dāng)打開空調(diào)，或打開前大燈，或?qū)⒆兯贄U從N擋換至D擋或R擋時，發(fā)動機(jī)負(fù)載突然增大，轉(zhuǎn)速有下降的趨勢，此時，ECU會使怠速控制閥的開度適當(dāng)增大，以確保轉(zhuǎn)速不致下降。此外，當(dāng)節(jié)氣門由大開度突然完全關(guān)閉時，ECU也會瞬時打開怠速控制閥，以防發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速突然過低。(1)轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥有單線圈式和雙線圈式兩種，其中，單線圈式為新型，雙線圈式為舊型。單線圈轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥由電磁線圈，IC（集成電路）﹑永久磁鐵和轉(zhuǎn)閥組成，如圖7-5所示，其中轉(zhuǎn)閥的一端通空氣濾清器，另一端通節(jié)氣門后方。改變轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)角，即可以改變空氣通道的大小。發(fā)動機(jī)ECU向IC（集成電路）發(fā)送一定頻率的方波信號，再由IC控制電磁線圈的工作電流，ECU只要改變方波信號的占空比，即可改變轉(zhuǎn)閥的開度。占空比：方波信號的一個周期中，高電平所占的百分比。提示：如果發(fā)生電流中斷故障（例如電路斷路），轉(zhuǎn)閥會在永久磁鐵的作用下打開至某一固定開度，怠速轉(zhuǎn)速可達(dá)到1000～2000r/min。雙線圈轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥由兩個電磁線圈、永久磁鐵、雙金屬片和轉(zhuǎn)閥等組成，如圖7-6所示，其工作原理如圖7-7所示。兩個電磁線圈通電后所產(chǎn)生的磁場同極相對，共同對轉(zhuǎn)軸上的永久磁鐵產(chǎn)生作用力，線圈A的磁場使轉(zhuǎn)閥開度增大，線圈B的磁場使轉(zhuǎn)閥開度減小。當(dāng)兩個磁場強(qiáng)度相同時，轉(zhuǎn)閥處于中間位置；當(dāng)兩個磁場強(qiáng)度不同時，轉(zhuǎn)閥發(fā)生偏轉(zhuǎn)：如果線圈A的磁場大于線圈B的磁場，則轉(zhuǎn)閥開度增大；如果線圈A的磁場小于線圈B的磁場，則轉(zhuǎn)閥開度減小。轉(zhuǎn)閥的最終位置取決于兩個磁場強(qiáng)度與雙金屬片彈力的平衡狀態(tài)。發(fā)動機(jī)ECU通過控制兩個線圈通電的占空比來控制其工作電流，但兩個占空比信號的頻率相同、方向相反，因而占空比互補。例如：線圈A的占空比為60％時，線圈B的占空比則為40％，這樣，線圈A的工作電流就大于線圈B的工作電流，因而轉(zhuǎn)閥的開度增大，發(fā)動機(jī)的怠速隨之升高。提示：線圈A發(fā)生斷路時，怠速會過低或不穩(wěn)；線圈B發(fā)生斷路，怠速會過高。雙線圈轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥的控制電路如圖7-8所示，兩個線圈由電源電路同時供電，并分別由ECU的兩個三極管控制，其中一個三極管的基極電路設(shè)有反向器。(2)線性電磁閥式與開關(guān)電磁閥式怠速控制閥線性電磁閥式怠速控制閥：發(fā)動機(jī)ECU通過占空比來控制電磁線圈的工作電流，從而直接控制閥門的開度，如圖所示。開關(guān)電磁閥式怠速控制閥：電磁線圈只有通電和斷電兩種狀態(tài)，怠速控制閥也只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，如圖7-10所示。怠速控制閥打開時發(fā)動機(jī)的怠速只能提高100r/min左右。由于這兩種怠速控制閥對怠速的調(diào)節(jié)范圍有限，目前已經(jīng)很少使用。(3)步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥裝在節(jié)氣門體或進(jìn)氣室上，當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，其閥桿伸出或縮入，閥桿一端的閥門即可控制旁通氣道的開度，如圖7-11所示。閥門從全關(guān)到全開，步進(jìn)電動機(jī)可轉(zhuǎn)125步，閥門的開度也相應(yīng)有125級（豐田汽車）。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由永久磁鐵制成，定子則由兩個16極鐵芯構(gòu)成，每個鐵芯上繞有兩組線圈，兩個鐵芯共4組線圈（分別為C1、C2、C3、C4），每組線圈都由8個線圈組成，每個線圈都各自繞在一個鐵芯極上，這樣就形成了16對磁極（共32個磁極），如圖7-11（下）所示。線圈C1通電時，其磁場使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到C1磁極對應(yīng)的位置；線圈C2通電時，其磁場則使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到C2磁極對應(yīng)的位置，以此類推。如果發(fā)動機(jī)ECU按照C1-C2-C3-C4的順序給4組線圈通電，則轉(zhuǎn)子向順時針方向步步轉(zhuǎn)動，怠速閥步步打開；如果發(fā)動機(jī)ECU按照C4-C3-C2-C1的順序給4組線圈通電，則轉(zhuǎn)子向逆時針方向步步轉(zhuǎn)動，怠速閥則步步關(guān)閉。豐田汽車步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥的控制電路如圖7-12所示。該怠速控制閥具有如下的特定功能。起動位置設(shè)定：當(dāng)發(fā)動機(jī)停止運轉(zhuǎn)時，ECU將怠速控制閥置于完全打開位置，以確保發(fā)動機(jī)下一次能夠順利起動。主繼電器控制：點火開關(guān)斷開時，ECU會繼續(xù)維持主繼電器接通一段時間，以便步進(jìn)電動機(jī)完成起動位置設(shè)定。自學(xué)習(xí)記憶功能：發(fā)動機(jī)熄火后，ECU內(nèi)部會記憶達(dá)到規(guī)定怠速所需要的步數(shù)，以便下次起動后能夠迅速穩(wěn)定怠速。四任務(wù)實施1.實訓(xùn)目的2.設(shè)備準(zhǔn)備3.實訓(xùn)步驟4.實訓(xùn)要求1.實訓(xùn)目的①可以進(jìn)行各種怠速控制閥及其控制電路的檢查。2.設(shè)備準(zhǔn)備豐田8A發(fā)動機(jī)臺架一臺；萬用表，X431解碼儀3.實訓(xùn)步驟1)轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥的檢查2)步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥的檢查1)轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥的檢查(1)單線圈轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥（新型）的檢查（以豐田5A-FE發(fā)動機(jī)為例）(2)雙線圈轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥（舊型）的檢查（以豐田5A-FE發(fā)動機(jī)為例）(1)單線圈轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥（新型）的檢查（以豐田5A-FE發(fā)動機(jī)為例）①拔下怠速控制閥連接器，從節(jié)氣門體上拆下怠速控制閥；②重新連接怠速控制閥的連接器；③接通點火開關(guān)，檢查怠速控制閥的工作情況：正常情況為：怠速控制閥在0.5s內(nèi)，從半開到全關(guān)，再到全開，最后半開。如果怠速控制閥無動作，則用萬用表檢查：怠速控制閥與ECU之間的線路；ECU的電源電路；ECU的搭鐵電路。如都正常，則更換怠速控制閥；更換怠速控制閥后仍然無動作，則更換ECU。提示：由于該怠速控制閥內(nèi)部有一個IC電路，所以不能直接測量線圈的電阻。④檢查旁通氣道有無污物阻塞情況，如有，則進(jìn)行清潔。(2)雙線圈轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥（舊型）的檢查（以豐田5A-FE發(fā)動機(jī)為例）①拔下怠速控制閥連接器，從節(jié)氣門體上拆下怠速控制閥；②測量怠速控制閥兩個線圈的電阻：+B與ISC1之間、+B與ISC2之間的電阻值都應(yīng)該為17～24.5Ω。如不符合要求，則更換怠速控制閥。③用萬用表測怠速控制閥兩個線圈的搭鐵情況：測ISC1端子、ISC2端子與搭鐵之間的電阻，應(yīng)為無窮大。不符合要求，則更換怠速控制閥。④分別向怠速控制閥的+B端子與ISC1端子之間、+B端子與ISC2端子之間提供12V電壓（時間不超過1s），看怠速控制閥是否動作。如無動作，則更換怠速控制閥。⑤用萬用表檢查怠速控制閥連接器線束側(cè)ISC1端子、ISC2端子與ECU的線路連接情況，如有斷路，則查找斷點并進(jìn)行維修。⑥用萬用表測怠速控制閥連接器線束側(cè)ISC1端子、ISC2端子的搭鐵情況：測ISC1端子、ISC2端子與搭鐵之間的電阻，應(yīng)為無窮大。如不符合要求，則維修或更換線束。⑦檢查ECU的電源電路、搭鐵電路。⑧檢查旁通氣道有無污物阻塞情況，如有，則進(jìn)行清潔。如果以上情況都正常，但接上ECU后怠速控制閥仍然不工作，則更換ECU。2)步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥的檢查(1)基本檢查(2)檢查怠速控制閥的電阻(3)檢查怠速控制閥的運行(4)檢查怠速控制閥的供電電壓(1)基本檢查起動發(fā)動機(jī)，然后再關(guān)閉發(fā)動機(jī)，聽怠速控制閥是否有“咔嗒”聲（進(jìn)行起動位置設(shè)定時所發(fā)出的聲音）：有，則怠速控制閥及其控制電路基本正常；無，則怠速控制閥及其控制電路存在故障。(2)檢查怠速控制閥的電阻拔下怠速控制閥的連接器，用萬用表測步進(jìn)電動機(jī)4個線圈的電阻值：B1與S1之間、B1與S3之間、B2與S2之間、B2與S4之間（參見圖7-12）的電阻值均為10～30Ω（豐田汽車）。如果有一處不正常，則更換怠速控制閥。(3)檢查怠速控制閥的運行①從節(jié)氣門體上拆下怠速控制閥；②將蓄電池的正極接在怠速控制閥的B1端子和B2端子上（如圖7-18所示）；③按照S1——S2——S3——S4的順序?qū)⑿铍姵氐呢?fù)極與各個線圈的端子相連，怠速控制閥應(yīng)逐步伸出；按照S4——S3——S2——S1的順序?qū)⑿铍姵氐呢?fù)極與各個線圈的端子相連，怠速控制閥應(yīng)逐步縮入（如圖7-16所示）。如果不符合要求，則更換怠速控制閥。(4)檢查怠速控制閥的供電電壓將點火開關(guān)轉(zhuǎn)至“ON”位置，用萬用表測怠速控制閥連接器中B1端子和B2端子的對地電壓，應(yīng)為12V，否則檢查主繼電器與怠速控制閥連接器B1端子和B2端子之間的線路（參見圖7-12）。如果以上情況都正常，但怠速控制閥仍然不工作，則更換ECU。4.實訓(xùn)要求①注意安全防護(hù)措施，并養(yǎng)成使用發(fā)動機(jī)艙護(hù)罩、“三件套”的職業(yè)習(xí)慣；②操作要仔細(xì)、規(guī)范，避免造成設(shè)備損壞；③保持現(xiàn)場的清潔衛(wèi)生，堅持零件、工具、油水“三不落地”。小結(jié)正常怠速或低怠速一般為750～850r/min，起動、暖機(jī)時要求怠速適當(dāng)提高，隨著水溫的升高，要求轉(zhuǎn)速逐步向正常怠速或低怠速過渡。打開空調(diào)、大燈等附屬設(shè)備、動力轉(zhuǎn)向投入工作或自動變速器掛上行駛擋位時，要求怠速轉(zhuǎn)速自動提高，一般要求達(dá)到1000～1200r/min，稱為高怠速（或快怠速）發(fā)動機(jī)的怠速控制系統(tǒng)有旁通空氣控制式和節(jié)氣門直動式兩大類，旁通空氣控制式又有線性電磁閥式、轉(zhuǎn)閥式、步進(jìn)電動機(jī)式等多種類型。采用線性電磁閥式和轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥時，ECU一般通過占空比來控制怠速控制閥的開度；采用步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥時，ECU一般通過改變4個線圈的通電順序來改變怠速控制閥的開度。節(jié)氣門直動式怠速控制系統(tǒng)有“半電子節(jié)氣門”和“全電子節(jié)氣門”兩種。采用“半電子節(jié)氣門”時，節(jié)氣門的開度只有在怠速工況下才受發(fā)動機(jī)ECU的控制，非怠速工況則由駕駛員通過加速踏板人工控制?！叭娮庸?jié)氣門”的主要特點是：用節(jié)氣門控制電動機(jī)完全取代了節(jié)氣門拉索，但在加速踏板處需另設(shè)一個加速踏板位置傳感器。轉(zhuǎn)閥式怠速控制閥的檢查內(nèi)容主要包括：檢查旁通氣道有無污物阻塞情況、測線圈的電阻