5-1-怠速控制系统解析

模块5-1怠速控制电控发动机怠速运转时，油门踏板完全松开，油门接近关闭，进入气缸的空气量及喷油量均很少，发动机输出功率仅能在无负荷下以最低转速空运行。此时，若发动机内磨擦增大或减小、发动机负载发生变化，如空调等投入工作则会引起发动机怠速转速变化，导致发动机怠速不稳，甚至熄火。因此，在电控发动机上一般都装有怠速控制系统ISC其主要作用是稳定发动机的正常怠速，使发动机起动后能迅速暖机，在空调等负载投入工作时，自动调节发动机的怠速转速，还可根据自动变速器是否在空档、动力转向开关接通情况引起发动机怠速时的负荷变化，自动调节发动机怠速转速，保证发动机在各种怠速条件下的稳定运转怠速控制的主要内容有：起动后控制、暖机过程控制、负荷变化控制、减速控制等怠速控制系统是电控发动机的一个子系统，主要由传感器、ECU及执行机构组成图为怠速控制系统基本组成及原理怠速控制均采用发动机转速反馈法的闭环控制方式，即发动机转速传感器将发动机的实际转速和目标转速进行比较，根据比较的差值确定使发动机达到目标值的控制量，并通过执行机构对发动机怠速转速进行校正车速传感器信号和节气门位置传感器信号用于判断发动机是否处于怠速工况。当节气门处于怠速位置，车速低于2KM/h时，ECU便确认发动机处于怠速工况，并启动怠速控制系统实施怠速控制冷却液温度传感器信号、空调压缩机接通信号、自动变速器档位信号、蓄电池电压等信号用来确定发动机怠速时的目标转速。不同怠速条件下的目标转速值已预先存储在ECU的存储器中。发动机转速信号作为怠速控制系统反馈信号，用来计算控制量的大小ECU一般不单独设置，是由燃油喷射系统、点火系统等共用一个，这使系统简单化、提高控制精度执行机构的作用是调节发动机进气量，实现怠速控制。按进气量调节方式不同，一般可分为两种类型：一是改变旁通空气道截面积的旁通空气式图a二是直接改变节气门开度的节气门直动式图b一、旁通空气式怠速控制系统旁通空气式怠速控制系统，在节气门旁通空气道内设立一个阀门。阀门开大，旁通空气道流通截面增大，空气流量增大，怠速转速提高；反之，怠速转速降低旁通空气式怠速控制系统按阀门工作原理可分为：步进电机式、旋转电磁阀式和真空控制旁通空气阀式三种早期生产的汽车常采用旋转电磁阀式或真空控制旁通空气阀式，近年来步进电机式得到了广泛应用步进电机式怠速控制系统步进电机式怠速控制系统（如图）步进电机式怠速控制阀步进电机式怠速控制阀把步进电机和怠速控制阀制成一体，步进电机的转子7由具有16个磁极的永久磁铁制成。沿圆周呈N、S交错排列。步进电机有2个定子，呈上、下两层叠放在一起，每个定子铁心上也有16个齿和绕向相反的两个线圈。2个定子铁心上的齿也沿圆周交错排列（如图）丝杆进给机构5由转子驱动、阀轴2与丝杆边成一体，阀轴下端装有阀8步进电机定子绕组控制电路（如图）当ECU控制定子上的4个线圈按1、2、3、4的正序通电时，定子上形成的磁极与转子磁极间，同性相斥，异性相吸，在磁力的作用下，转子转动。并通过丝杆进给机构带动阀及阀轴移动，使阀远离阀座直到与定子上的异性磁极相对应的位置。此时。阀门大开。线圈依次通电1次，转子转动一步，即转过1/32圈当ECU控制4个线圈按4、3、2、1的逆序通电时，转子按相反的方向旋转，阀门关小。阀门从全关到全开或从全开到全关，其升程为10mm，转子需转动125步，即阀具有125种不同开启位置，故可对进气量进行精确调节怠速控制过程图为步进电机式怠速控制电路的控制过程步进电机式控制过程为：在ECU的ROM中，存有与冷却水温度、空调工作状态等相对应的目标怠速转速，当ECU根据节气门位置传感器和车速信号判断发动机已处于怠速工况时，按一定顺序输出的控制脉冲使三极管V1-V4依次导通，使怠速步机电机的4个线圈通电。驱动步进电机转过相应的步数，调节适当的旁通空气量，将怠速转速控制在目标转速稳定运转步进电机式控制项目主要有：起动初始位置的设定步进电机断电后，不具备自动回位功能，因此，在点火开关断开后，为使发动机能再次顺利起动，ECU在点火开关关闭后，通过内部主继电器控制电路、输出端“M-REL”继续向主继电器供电约2s，使主继电器继续保持接通状态，向控制系统继续供电，在怠速控制阀全开，完成起动初始位置的设定后，主继电器才断电起动控制发动机起动时，怠速控制阀预先设定在全开位置，在起动期间流经怠速控制阀的旁通空气量最大，发动机起动容易。但发动机起动后，若怠速阀仍保持全开，转速会升的过高，因此，在起动期间或起动后，当转速达到规定值（该值由冷却水温确定）时，ECU开始控制怠速阀，将阀门关小到由冷却水温确定的开度位置暖机快怠速控制在暖机快怠速控制过程中，，ECU根据冷却水温度的变化逐渐控制步进电机关小阀门，一般当冷却水温达到70度时，暖机快怠速控制结束反馈控制在正常怠速运转中，ECU根据发动机工况，如：空档起动开关、空调开关、动力转向开关等是否接通，来确定目标怠速转速。如果实际转速与目标怠速转速相差超过20r/min，ECU就控制步进电机转动相应的步数，增、减旁通空气量，使发动机实际运转与目标怠速转速保持一致发动机负荷变化的预控制当空档起动开关、空调开关等接通或断开时，均使发动机负荷立即发生变化。为避免此时发动机熄火或怠速转速波动，在怠速转速出现变化之前，ECU就将怠速阀门开大或关小一个固定的行程，使发动机目标怠速转速下稳定运行电器负载增大时的怠速控制当使用的电器负载增大到一定程度时，将引起电源系统供电电压降低，蓄电池过多放电。此时ECU就控制步进电机转动步数，以增大阀门开度，提高发动机怠速转速，使发电机的充电能力提高学习控制ECU通过步进电机正、反转的步数来控制怠速阀的位置，达到调节怠速转速的目的。但由于发动机在整个使用期间，其使用性能会发生某些变化，虽然步进电机控制阀门的位置未变，怠速转速也会与初设的数值不同。此时，ECU用反馈控制方式输出信号，使怠速转速达到目标值，同时，ECU将此时步进电机转过的步数存入备用存储器中，可在今后的怠速控制中使用安装位置、类型工作原理检测方法故障诊断功用、组成工作原理、类型检测方法控制策略旋转磁阀式怠速控制系统旋转电磁阀旋转电磁阀主要由:永磁直流电动机和旋转阀组成图旋转阀2固定装在电枢轴1的一端，并置于旁通空气道内，电枢轴的另一端装有盘状回位弹簧5，电枢轴4位于永久磁铁3中，电枢铁心上绕有两组方向相反的线圈L1和L2如图工作原理：线圈L1通电时，电枢轴顺时针转动；线圈L2通电时，电枢轴逆时针转动。V2的基极装有反向器Q，因此，在ECU输出同一占空比信号时，V1与V2的输出正好相反在旋转电磁阀式怠速控制系统中，ECU是根据控制脉冲信号的占空比来控制两线圈的相对通电时间，来控制电磁阀的开度占空比--是指一个脉冲循环周期内，电磁线圈通电时间所占的比值占空比控制原理如下：ECU根据各传感器的输入信号，采用占空比控制方式控制线圈L1和L2的导通与截止，进而控制电枢轴的偏转角度，改变旁通空气量，调整发动机的怠速当占空比为50%时，线圈L1和L2通电时间相等，电磁力互相抵消，电枢轴则不发生偏转当占空比大于50%时，线圈L1通电时间相对较长，产生的电磁力较大，电枢轴顺时针偏转，空气旁通道开大怠速提高占空比越大，线圈L1通电时间相对越长，电流越大，电磁力越强，电磁阀的偏转角度越大，怠速转速越高怠速控制过程ECU输出占空比不同的脉冲信号，使电磁阀转动而改变阀的开度，实现怠速控制。阀从全闭到全开，控制信号的占空比在0-100%之间变化。怠速控制主要项目有：起动控制在发动机起动时，ECU根据发动机的运转条件，从存储器中取出控制数据，输出某一占空比较大的脉冲信号，使旋转电磁阀偏转，控制阀打开到所需的开度暖机快怠速控制发动机起动后，ECU根据冷却水温度的升高逐渐减小控制脉冲的占空比，以减小阀门的开度。当冷却水温度升至正常工作温度时，ECU控制发动机在正常怠速下稳定运转反馈控制ECU不断地接收发动机的转速信号，并与存储器中怠速目标转速相比较，当实际转速偏离目标转速时，便改变控制脉冲的占空比，使旋转电磁阀开度增大或减小，将怠速控制在目标转速稳定运行ECU进行怠速反馈的条件是：节气门位置传感器必须输入怠速信号，车速传感器输出车速低于2km/h的信号，空调开关断开发动机负荷变化的预控制在空档起动开关，尾灯继电器或雾灯继电器等接通或断开时，会使发动机的负荷改变，为了避免由此引起的转速波动，ECU在转速出现变化以前，就控制电磁阀开大或关小一定角度学习控制旋转电磁阀式怠速控制系统是根据ECU输出的占空比信号来控制阀门的开度，实现怠速控制的因发动机在整个使用过程中性能会发生变化，虽然ECU输出的占空比信号相同，但怠速转速与使用初期的设定值有所不同。ECU可用反馈控制法，输出怠速控制信号，将发动机性能发生变化后的怠速转速调整到目标怠速值，ECU将此时的占空比参数存入备用存储器中，作为以后该状态下控制占空比的标准数据真空控制旁通空气阀式怠速控制系统此怠速控制系统主要由：旁通空气阀、真空控制阀、ECU、各种传感器等组成图为真空控制旁通空气阀式怠速控制系统旁通空气阀即AAC或ACV阀，其作用是通过控制旁通空气道的流通截面，来改变怠速时旁通空气道的空气流量，改变发动机的怠速转速旁通空气阀是一个由负压推动的膜片阀，膜片下方与大气相通，膜片上方通过管路与真空控制阀（VCM）负压室相通。通过控制AAC或ACV膜片上方的真空度，可使膜片上下运动，带动阀门运动，改变旁通空气阀的开度，控制旁通空气道的流通截面膜片上方的真空度越大，膜片越被吸向上方。阀门的开度越小，旁通空气道流过的空气量越小反之，当膜片室的真空度减小时，在膜片弹簧的作用下，膜片下移，阀门开度增大，旁通空气道中流过的空气量增多真空控制阀的作用是：控制通往旁通空气阀膜片上方的真空度。真空控制阀由ECU根据水温等传感器信号控制。它主要由定压阀和电磁阀两部分组成图真空控制阀的结构定压阀在图中的左半部，它是一个靠压力差来控制的膜片阀。膜片左侧与大气相通，膜片右侧与进气歧管相通，因此，被称为负压室。当膜片右侧负压室真空度在-16kPa以下时，在左右侧弹簧的作用下，膜片阀开启；当负压室的真空达到-16kPa以上时，膜片阀关闭。无论发动机进气管真空度如何变化，负压室的压力可始终保持在-16kPa，以提供真空控制阀所需恒定的真空源电磁阀有两个A和B，它们分别用来控制旁通空气阀（AAC或ACV）和废气再循环阀（EGR）电磁阀A的作用就是根据ECU的信号控制通往AAC或ACV阀膜片上方的真空度。当电磁阀的线圈通电时，电磁阀A的阀门开启并接通大气通道，使通往AAC阀的真空度相应减小；电磁阀线圈断电时，电磁阀A的阀门关闭，此时通往AAC阀的真空度增大电磁阀的动作由ECU输出脉冲电压的占空比控制。当脉冲电压为高电位时，电磁线圈通电，电磁阀A打开，大气经打开的阀门、管道通向AAC阀。占空比越大，线圈通电时间越长，进入的空气量越多，加在AAC阀膜片上方的真空度越低，AAC阀的开度越大，旁通空气量越多控制系统可根据冷却水温度、空调开关、自动变速器开关及汽车运行工况等，对占空比进行随时修正，保证发动机在怠速工况下的平稳运行二、节气门直动式怠速控制系统节气门直动式怠速控制系统是通过直接控制节气门开启程度，调节节气门处空气流通截面，达到控制进气量，实现怠速控制的目的目前，节气门直动式怠速控制系统，常用在单点电控汽油喷射系统中节气门直动式怠速控制系统主要由：直流电动机、减速齿轮、丝杆等组成图为动力阀控制装置怠速执行机构的传动轴与节气门操纵臂全闭限制器相接触，当ECU控制直流电动机通电时，电磁力矩通过减速齿轮被增大，再通过丝杆机构将角位移转换为传动轴的直线运动。通过传动轴的旋入旋出，调节节气门全闭限制器位置，达到调节节气开度，控制空气流通截面，实现怠速转速控制的目的节气门直动式怠速控制系统，由于采用了减速机构使动态响应性较差，同时怠速执行机构体积也