发动机怠速控制系统综述

1、发动机怠速控制系统 本章主要内容 n 怠速控制系统的作用、类型 n 发动机怠速控制系统的结构与工作原理 11.1 概 述 11.1.1 怠速控制系统的作用 1怠速控制应用概况 发动机在怠速工况下，节气门关闭，从节气 门缝隙和怠速旁空气通道进入的空气，与相应的 汽油配制而成的混合气燃烧所产生的转矩仅用于 克服发动机本身的磨擦和压缩阻力矩，及由发动 机驱动的附加装置阻力矩，以使发动机维持在低 转速下稳定运转。 早期的汽油喷射式采用了温控辅助空气阀来 控制怠速时辅助怠速空气通道的空气流量，用以 实现冷起动后的低温怠速稳定和快速暖机控制( 图11-1)。 11.1.1 怠速控制系统的作用 11.1.1 怠速控制系统的作用 常见的辅助空气阀有：双金属型、石蜡型。 在低温下，辅助空气阀打开，一部分空气经 辅助怠速空气通道进入气缸，使发动机在低温怠 速工况下有较大的供气量，发动机可在较高的怠 速下稳定运转，实现快速暖机过程。随着发动机 温度的上升，辅助空气阀慢慢关闭，使发动机在 正常的怠速下运转。这种温控辅助空气阀其控制 功能有限，不能满足现代汽车发动机使用全过程 的怠速控制要求。随后出现的由微机控

2、制怠速控 制阀的怠速控制系统具有多项控制功能，可使发 动机的怠速控制能适应电控发动机性能进一步提 高的要求。现代汽车电子怠速控制系统一般都覆 盖了温控辅助空气阀的功能，因此温控式的辅助 空气阀在现代电控发动机上已很少使用。 11.1.1 怠速控制系统的作用 汽车怠速控制系统主要有如下功能： 稳定怠速控制 快速暖机控制 高怠速控制 其它控制 11.1.1 怠速控制系统的作用 2怠速控制系统的作用 稳定怠速控制：怠速控制系统以设定的发动 机转速为怠速控制目标，当发动机的转速偏离目 标转速时，电子控制器便输出怠速调整信号，通 过怠速控制执行器将发动机怠速调整到设定的目 标范围之内。设定的目标转速是发动机各种状态 下的能保持稳定运转的最理想怠速，因此电子怠 速稳定控制可使发动机在各种状态下都可在最佳 的稳定怠速下运转。 快速暖机控制：在冷机起动后，怠速控制系 统可以使发动机在较高的怠速下稳定运行，并可 加速发动机的暖机过程。 11.1.1 怠速控制系统的作用 高怠速控制：在怠速工况下，当发动机负荷 增加时，为保持发动机的稳定运转或使发动机向 外能输出一定的功率，电子控制器输出控制信号 ，通过执

3、行器将发动机调整至设定的高怠速下稳 定运转。 其它控制：当发动机起动时，电子怠速控制 系统使怠速辅助空气通道自动开启至最大，以使 发动机起动容易。在活性炭罐控制阀、废气再循 环控制阀等工作时，调整怠速控制阀以稳定怠速 。因发动机部件磨损、老化等原因而使发动机的 怠速偏离正常范围时，电子怠速控制系统能自动 将怠速修正到正常值。 11.1.2 怠速控制系统的分类 按进气量的调节方式分 节气门直动式 旁通空气式 按怠速控制阀的结构原理分 步进电机式 开度电磁阀式 开关电磁阀式 按空气阀的控制方式分 直接控制式 间接控制式 11.1.2 怠速控制系统的分类 节气门直动式：电子控制器通过控制执行机 构直接操纵节气门，以节气门开度的改变来实现 怠速的控制(图1l-2a)。 特点：工作可靠性好，控制位置的稳定性也 良好。但动态响应性较差，执行机构较为复杂且 体积较大。 旁通空气式。电子控制器通过怠速控制阀改 变怠速辅助空气通道的空气流量来实现怠速的控 制(图11-2b)。这种控制方式动态响应好，结构 简单且尺寸较小，目前较为常见。 11.1.2 怠速控制系统的分类 11.1.2 怠速控制系统的分类

4、2按怠速控制阀的结构原理分 步进电机式。以步进电动机为动力，电 子控制器通过控制步进电动机的转动来驱动空气 阀的开启和关闭。 开度电磁阀式。以电磁阀通电产生的电 磁力来驱动空气阀的开度。根据空气阀的运动方 式不同，开关电磁阀又可分为直动式和转动式两 种。 开关电磁阀式。电磁阀部分与开度电磁 阀并无大的差别，主要的不同点是其工作方式。 开关式电磁阀只有打开和关闭两种状态，工作时 阀以一定的频率开闭，通过阀的开闭比来控制怠 速空气流量。 3按空气阀的控制方式分 直接控制式。由电磁阀或步进电动 机直接驱动空气阀。实现怠速空气量的控 制。 间接控制式。通常是由电磁阀控制 膜片式辅助空气阀的气压，再由空气阀的 动作来改变怠速空气通道的截面积。间接 控制的怠速控制阀结构比较复杂，目前使 用相对较少。 11.2 发动机怠速控制系统的结构与原理 11.2.1 怠速控制系统原理 不同的车系，怠速控制系统的构成与具体控 制内容会有一些差别。典型怠速控制系统的组成 及控制原理如图11-3所示。 11.2.1 怠速控制系统原理 1怠速稳定控制 发动机怠速稳定控制实际上是一种转速反馈 控制。在微机存储器中，存储

5、有发动机在不同状 态下的最佳稳定怠速参数(目标转速)。 当发动机处于怠速工况时，怠速控制系统不 断地监测发动机的转速，并与当前发动机状态下 的目标转速进行比较，当发动机怠速出现波动， 偏离了设定的目标转速时，ECU输出控制脉冲使 怠速控制执行器动作，将发动机的怠速调节在设 定的目标转速范围之内。 11.2.1 怠速控制系统原理 怠速稳定控制所需的传感器信号有以下几种。 发动机转速传感器，提供发动机在怠速工况下的 发动机转速信号。 节气门位置传感器，提供节气门关闭信号，是 ECU判断发动机是否处于怠速工况的基本信号。 发动机冷却液温传感器，提供发动机温度信号， ECU根据此信号选定目标转速。 车速传感器，提供汽车行驶速度信号，当车速低 于2kmh，且节气门关闭时，ECU作出“发动机处于怠速 工况”的判断，进入怠速控制程序。 空调开关，提供空调关断信号，只有在空调不使 用时，ECU才进入发动机转速反馈式怠速稳定控制。 11.2.1 怠速控制系统原理 2高怠速运行控制 (1) 发动机负荷高怠速控制 在节气门处于关闭位置(发动机在怠速工况)，但需 要发动机带动一定的负荷以较高的转速下运转时，E

6、CU输 出控制信号，使怠速控制执行器动作，将发动机的怠速 调高至某一值。比如，在使用汽车空调、蓄电池亏电等 情况下，怠速控制系统通过高怠速运行控制，使发动机 在一个较高的怠速下运行，以保证在发动机怠速工况下 的空调系统正常工作和及时向蓄电池补充电能。 (2) 转速变化预见性高怠速控制 在发动机怠速工况时，为避免发动机驱动的附加装 置的阻力矩突然增大而导致发动机怠速下降甚至熄火， ECU在接收到附加装置阻力矩增大的有关电信号时，就输 出控制信号，通过怠速控制执行器预先调大怠速进气量 。 11.2.1 怠速控制系统原理 怠速控制系统高怠速运转控制除了利用发动机 转速传感器、节气门位置传感器、车速传感器 、发动机冷却液温度传感器等得到发动机转速 、怠速工况及发动机温度信息外，还用到如下 的开关信号。 空调开关，提供汽车空调是否使用信 息。若开关接通，ECU将作出高怠速运转控制 ，以使发动机有适当的功率输出，带动空调压 缩机正常运转。 蓄电池电压，提供蓄电池是否亏电或 蓄电池负荷是否很高的信息。若亏电或负荷很 高，ECU将作出高怠速运转控制，以便在怠速 工况下使发电机能向蓄电池充电。 自动变速

7、器档位开关，提供自动变 速器是否从N档或P档挂上运行档位(D档或R 档、3位、2位)信息。若挂入相应档位， ECU将作出高怠速运转控制，以避免自动变 速器油泵因挂上运行档后阻力增大而引起 发动机转速下降。 尾灯继电器或后窗降雾继电器等， 向怠速控制系统提供电器负荷增大信号， ECU根据这些用电设备继电器接通信号作出 电器负荷增大判断，并进行高怠速控制， 以避免发电机负荷增大而引起发动机转速 下降。 11.2.1 怠速控制系统原理 3其它怠速控制 起动时怠速控制阀的控制 活性炭罐电磁阀工作时怠速控制阀的控制 怠速偏离修正控制 11.2.1 怠速控制系统原理 (1) 起动时怠速控制阀的控制 在发动机起动时，ECU控制怠速控制阀至开 度最大位置，以使发动机起动容易。起动后， ECU根据发动机转速及温度信号，逐渐减少怠速 控制阀的开度。起动时怠速控制阀控制所用到的 传感器及开关信号有以下两个。 发动机转速传感器，提供发动机怠速工 况下的转速信号。 点火开关，提供发动机起动信号和起动 后信号。 11.2.1 怠速控制系统原理 (2) 活性炭罐电磁阀工作时怠速控制阀的控制 在一些汽车上，怠速控制系

8、统还根据活性炭罐控制阀的开 启情况来调整怠速通道的通气量，以避免发动机怠速产生波动 。除用于怠速工况判别的节气门位置传感器外，该稳定怠速控 制所用到的传感器信号有以下两个。 发动机转速传感器提供发动机怠速工况下发动机转速信号 。 活性炭罐电磁阀，提供活性炭罐电磁阀开启信号，当活性 炭罐电磁阀通电时，ECU控制怠速控制阀的开度以稳定怠速。 (3) 怠速偏离修正控制 怠速偏离修正控制即怠速控制系统的学习修正控制。当因 发动机部件老化等外部原因使发动机的怠速偏离原设定值时， ECU控制怠速控制阀预置一个开度，将发动机的怠速修正到设定 的值。 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 节气门直动式怠速控制执行器 步进电动机式怠速控制阀 直动电磁阀式怠速控制阀 转动电磁阀式怠速控制阀 开关电磁阀式怠速控制阀 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 1节气门直动式怠速控制执行器 一种安装于单点喷射式发动机节气门体上的 节气门直动式怠速控制执行器如图11-4所示。 由两部分组成： 直流电动机。怠速控制执行器的动力部 分，由ECU通过驱动电路控制其转动。 传动机构。起增矩减速的作用，并将电 动的旋转运动变为

9、节气门操纵臂限位片的直线运 动。 当ECU输出怠速调整控制信号时，通过驱动 电路使电动机通电，并转动与控制信号脉冲相应 的转角，经传动机构的传动后，使节气门操纵臂 限位片移动，从而改变了怠速时节气门的开度。 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 2步进电动机式怠速控制阀 (1) 结构 步进电动机式怠速控制 阀主要由步进电动机、丝杆 机构和空气阀等组成(图11- 5)。 步进电动机的转子与丝 杆组成丝杆机构，当步进电 动机转子在怠速控制信号的 控制下转动时，丝杆作直线 移动，通过阀杆带动空气阀 上、下移动，使空气阀开启 或关闭。 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 (2) 电路原理 步进电动机式怠速控制阀的典型控制电路如 图11-6所示。 当需要调整怠速时，怠速控制系统通过ECU 内部的步进电动机驱动电路使步进电动机的4个 绕组依次通电，使步进电动机转动，将空气阀调 移动至适当的位置。 主继电器控制电路的作用是当点火开关关断 时，使ECU继续通电2s，以便使ECU完成起动初始 位置的设定。在点火开关断开后的这2s时间里， 步进电动机在ECU的控制下转动，使空气阀开启 至最大，为下次起动作好准备。 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 3直动电磁阀式怠速控制阀 直动电磁阀式怠速控制阀如 图11-7所示。 直动电磁阀式怠速控制阀的 电磁线圈通电后产生的电磁力吸 引阀杆克服弹簧力作轴向移动， 直至电磁力与弹簧力相平衡。这 种怠速控制阀的开度通常是由ECU 通过控制电磁阀线圈的电流实现 。电磁阀电流消失，阀在弹簧力 的作用下回位(关闭)。 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 4转动电磁阀式怠速控制阀 (1) 结构 转动电磁阀式怠速控制阀 有两种形式，一种是转子为永 久磁铁，电磁线圈在定子上； 另一种是定子为永久磁铁，电 磁线圈绕在转子中。图11-8所 示的是定子为永久磁铁，转子 中绕有两组绕组的转动电磁阀 式怠速控制阀。 11.2.2 怠速控制系统部件的结构 (2) 电路原理 转动电磁阀式怠速控制阀的控制电路如 图11-10所示。 ECU中微机输出的怠速控

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