發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制系統(tǒng)教程課件

1、第11章 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容怠速控制系統(tǒng)的作用、類型發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理11.1 概 述11.1.1 怠速控制系統(tǒng)的作用1怠速控制應(yīng)用概況 發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況下，節(jié)氣門關(guān)閉，從節(jié)氣門縫隙和怠速旁空氣通道進(jìn)入的空氣，與相應(yīng)的汽油配制而成的混合氣燃燒所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩僅用于克服發(fā)動(dòng)機(jī)本身的磨擦和壓縮阻力矩，及由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的附加裝置阻力矩，以使發(fā)動(dòng)機(jī)維持在低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 早期的汽油噴射式采用了溫控輔助空氣閥來(lái)控制怠速時(shí)輔助怠速空氣通道的空氣流量，用以實(shí)現(xiàn)冷起動(dòng)后的低溫怠速穩(wěn)定和快速暖機(jī)控制(圖11-1)。11.1.1 怠速控制系統(tǒng)的作用11.1.1 怠速控制系統(tǒng)的作用 常見的

2、輔助空氣閥有：雙金屬型、石蠟型。 在低溫下，輔助空氣閥打開，一部分空氣經(jīng)輔助怠速空氣通道進(jìn)入氣缸，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫怠速工況下有較大的供氣量，發(fā)動(dòng)機(jī)可在較高的怠速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)快速暖機(jī)過(guò)程。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的上升，輔助空氣閥慢慢關(guān)閉，使發(fā)動(dòng)機(jī)在正常的怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)。這種溫控輔助空氣閥其控制功能有限，不能滿足現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用全過(guò)程的怠速控制要求。隨后出現(xiàn)的由微機(jī)控制怠速控制閥的怠速控制系統(tǒng)具有多項(xiàng)控制功能，可使發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速控制能適應(yīng)電控發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)一步提高的要求?，F(xiàn)代汽車電子怠速控制系統(tǒng)一般都覆蓋了溫控輔助空氣閥的功能，因此溫控式的輔助空氣閥在現(xiàn)代電控發(fā)動(dòng)機(jī)上已很少使用。11.1.1 怠速控制系統(tǒng)的作

3、用汽車怠速控制系統(tǒng)主要有如下功能： 穩(wěn)定怠速控制 快速暖機(jī)控制 高怠速控制 其它控制11.1.1 怠速控制系統(tǒng)的作用2怠速控制系統(tǒng)的作用 穩(wěn)定怠速控制：怠速控制系統(tǒng)以設(shè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為怠速控制目標(biāo)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏離目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，電子控制器便輸出怠速調(diào)整信號(hào)，通過(guò)怠速控制執(zhí)行器將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速調(diào)整到設(shè)定的目標(biāo)范圍之內(nèi)。設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速是發(fā)動(dòng)機(jī)各種狀態(tài)下的能保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最理想怠速，因此電子怠速穩(wěn)定控制可使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種狀態(tài)下都可在最佳的穩(wěn)定怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)。 快速暖機(jī)控制：在冷機(jī)起動(dòng)后，怠速控制系統(tǒng)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在較高的怠速下穩(wěn)定運(yùn)行，并可加速發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)過(guò)程。 11.1.1 怠速控制系統(tǒng)的作用 高怠速控制：在

4、怠速工況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，為保持發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)或使發(fā)動(dòng)機(jī)向外能輸出一定的功率，電子控制器輸出控制信號(hào)，通過(guò)執(zhí)行器將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整至設(shè)定的高怠速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 其它控制：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電子怠速控制系統(tǒng)使怠速輔助空氣通道自動(dòng)開啟至最大，以使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)容易。在活性炭罐控制閥、廢氣再循環(huán)控制閥等工作時(shí)，調(diào)整怠速控制閥以穩(wěn)定怠速。因發(fā)動(dòng)機(jī)部件磨損、老化等原因而使發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速偏離正常范圍時(shí)，電子怠速控制系統(tǒng)能自動(dòng)將怠速修正到正常值。11.1.2 怠速控制系統(tǒng)的分類按進(jìn)氣量的調(diào)節(jié)方式分 節(jié)氣門直動(dòng)式 旁通空氣式按怠速控制閥的結(jié)構(gòu)原理分 步進(jìn)電機(jī)式 開度電磁閥式 開關(guān)電磁閥式按空氣閥的控制方式分 直接控制

5、式 間接控制式11.1.2 怠速控制系統(tǒng)的分類 節(jié)氣門直動(dòng)式：電子控制器通過(guò)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接操縱節(jié)氣門，以節(jié)氣門開度的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)怠速的控制(圖1l-2a)。 特點(diǎn)：工作可靠性好，控制位置的穩(wěn)定性也良好。但動(dòng)態(tài)響應(yīng)性較差，執(zhí)行機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜且體積較大。 旁通空氣式。電子控制器通過(guò)怠速控制閥改變怠速輔助空氣通道的空氣流量來(lái)實(shí)現(xiàn)怠速的控制(圖11-2b)。這種控制方式動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且尺寸較小，目前較為常見。 11.1.2 怠速控制系統(tǒng)的分類11.1.2 怠速控制系統(tǒng)的分類2按怠速控制閥的結(jié)構(gòu)原理分 步進(jìn)電機(jī)式。以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，電子控制器通過(guò)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣閥的開啟和關(guān)閉。 開度

6、電磁閥式。以電磁閥通電產(chǎn)生的電磁力來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣閥的開度。根據(jù)空氣閥的運(yùn)動(dòng)方式不同，開關(guān)電磁閥又可分為直動(dòng)式和轉(zhuǎn)動(dòng)式兩種。 開關(guān)電磁閥式。電磁閥部分與開度電磁閥并無(wú)大的差別，主要的不同點(diǎn)是其工作方式。開關(guān)式電磁閥只有打開和關(guān)閉兩種狀態(tài)，工作時(shí)閥以一定的頻率開閉，通過(guò)閥的開閉比來(lái)控制怠速空氣流量。3按空氣閥的控制方式分 直接控制式。由電磁閥或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)空氣閥。實(shí)現(xiàn)怠速空氣量的控制。 間接控制式。通常是由電磁閥控制膜片式輔助空氣閥的氣壓，再由空氣閥的動(dòng)作來(lái)改變怠速空氣通道的截面積。間接控制的怠速控制閥結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，目前使用相對(duì)較少。11.2發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理11.2.1 怠速控制系

7、統(tǒng)原理 不同的車系，怠速控制系統(tǒng)的構(gòu)成與具體控制內(nèi)容會(huì)有一些差別。典型怠速控制系統(tǒng)的組成及控制原理如圖11-3所示。11.2.1 怠速控制系統(tǒng)原理 1怠速穩(wěn)定控制 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速穩(wěn)定控制實(shí)際上是一種轉(zhuǎn)速反饋控制。在微機(jī)存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)有發(fā)動(dòng)機(jī)在不同狀態(tài)下的最佳穩(wěn)定怠速參數(shù)(目標(biāo)轉(zhuǎn)速)。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況時(shí)，怠速控制系統(tǒng)不斷地監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并與當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)下的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速出現(xiàn)波動(dòng)，偏離了設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，ECU輸出控制脈沖使怠速控制執(zhí)行器動(dòng)作，將發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速調(diào)節(jié)在設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)。11.2.1 怠速控制系統(tǒng)原理 怠速穩(wěn)定控制所需的傳感器信號(hào)有以下幾種。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感

8、器，提供發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。 節(jié)氣門位置傳感器，提供節(jié)氣門關(guān)閉信號(hào)，是ECU判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于怠速工況的基本信號(hào)。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫傳感器，提供發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信號(hào)，ECU根據(jù)此信號(hào)選定目標(biāo)轉(zhuǎn)速。 車速傳感器，提供汽車行駛速度信號(hào)，當(dāng)車速低于2kmh，且節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)，ECU作出“發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況”的判斷，進(jìn)入怠速控制程序。 空調(diào)開關(guān)，提供空調(diào)關(guān)斷信號(hào)，只有在空調(diào)不使用時(shí)，ECU才進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋式怠速穩(wěn)定控制。11.2.1 怠速控制系統(tǒng)原理2高怠速運(yùn)行控制 (1) 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷高怠速控制 在節(jié)氣門處于關(guān)閉位置(發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況)，但需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一定的負(fù)荷以較高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU

9、輸出控制信號(hào)，使怠速控制執(zhí)行器動(dòng)作，將發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速調(diào)高至某一值。比如，在使用汽車空調(diào)、蓄電池虧電等情況下，怠速控制系統(tǒng)通過(guò)高怠速運(yùn)行控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)較高的怠速下運(yùn)行，以保證在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下的空調(diào)系統(tǒng)正常工作和及時(shí)向蓄電池補(bǔ)充電能。 (2) 轉(zhuǎn)速變化預(yù)見性高怠速控制 在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況時(shí)，為避免發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的附加裝置的阻力矩突然增大而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下降甚至熄火，ECU在接收到附加裝置阻力矩增大的有關(guān)電信號(hào)時(shí)，就輸出控制信號(hào)，通過(guò)怠速控制執(zhí)行器預(yù)先調(diào)大怠速進(jìn)氣量。 11.2.1 怠速控制系統(tǒng)原理怠速控制系統(tǒng)高怠速運(yùn)轉(zhuǎn)控制除了利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感

10、器等得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、怠速工況及發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信息外，還用到如下的開關(guān)信號(hào)。 空調(diào)開關(guān)，提供汽車空調(diào)是否使用信息。若開關(guān)接通，ECU將作出高怠速運(yùn)轉(zhuǎn)控制，以使發(fā)動(dòng)機(jī)有適當(dāng)?shù)墓β瘦敵?，帶?dòng)空調(diào)壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 蓄電池電壓，提供蓄電池是否虧電或蓄電池負(fù)荷是否很高的信息。若虧電或負(fù)荷很高，ECU將作出高怠速運(yùn)轉(zhuǎn)控制，以便在怠速工況下使發(fā)電機(jī)能向蓄電池充電。 自動(dòng)變速器檔位開關(guān)，提供自動(dòng)變速器是否從N檔或P檔掛上運(yùn)行檔位(D檔或R檔、3位、2位)信息。若掛入相應(yīng)檔位，ECU將作出高怠速運(yùn)轉(zhuǎn)控制，以避免自動(dòng)變速器油泵因掛上運(yùn)行檔后阻力增大而引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。 尾燈繼電器或后窗降霧繼電器等，向怠速控制系統(tǒng)提供

11、電器負(fù)荷增大信號(hào)，ECU根據(jù)這些用電設(shè)備繼電器接通信號(hào)作出電器負(fù)荷增大判斷，并進(jìn)行高怠速控制，以避免發(fā)電機(jī)負(fù)荷增大而引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。11.2.1 怠速控制系統(tǒng)原理3其它怠速控制 起動(dòng)時(shí)怠速控制閥的控制 活性炭罐電磁閥工作時(shí)怠速控制閥的控制 怠速偏離修正控制11.2.1 怠速控制系統(tǒng)原理 (1) 起動(dòng)時(shí)怠速控制閥的控制 在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，ECU控制怠速控制閥至開度最大位置，以使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)容易。起動(dòng)后，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及溫度信號(hào)，逐漸減少怠速控制閥的開度。起動(dòng)時(shí)怠速控制閥控制所用到的傳感器及開關(guān)信號(hào)有以下兩個(gè)。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，提供發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下的轉(zhuǎn)速信號(hào)。 點(diǎn)火開關(guān)，提供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)

12、和起動(dòng)后信號(hào)。11.2.1 怠速控制系統(tǒng)原理(2) 活性炭罐電磁閥工作時(shí)怠速控制閥的控制 在一些汽車上，怠速控制系統(tǒng)還根據(jù)活性炭罐控制閥的開啟情況來(lái)調(diào)整怠速通道的通氣量，以避免發(fā)動(dòng)機(jī)怠速產(chǎn)生波動(dòng)。除用于怠速工況判別的節(jié)氣門位置傳感器外，該穩(wěn)定怠速控制所用到的傳感器信號(hào)有以下兩個(gè)。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，提供發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。 活性炭罐電磁閥，提供活性炭罐電磁閥開啟信號(hào)，當(dāng)活性炭罐電磁閥通電時(shí)，ECU控制怠速控制閥的開度以穩(wěn)定怠速。(3) 怠速偏離修正控制 怠速偏離修正控制即怠速控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)修正控制。當(dāng)因發(fā)動(dòng)機(jī)部件老化等外部原因使發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速偏離原設(shè)定值時(shí)，ECU控制怠速控制閥預(yù)置

13、一個(gè)開度，將發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速修正到設(shè)定的值。11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制執(zhí)行器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制閥直動(dòng)電磁閥式怠速控制閥轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥式怠速控制閥開關(guān)電磁閥式怠速控制閥11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu) 1節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制執(zhí)行器 一種安裝于單點(diǎn)噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門體上的節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制執(zhí)行器如圖11-4所示。由兩部分組成： 直流電動(dòng)機(jī)。怠速控制執(zhí)行器的動(dòng)力部分，由ECU通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制其轉(zhuǎn)動(dòng)。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。起增矩減速的作用，并將電動(dòng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣?jié)氣門操縱臂限位片的直線運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)ECU輸出怠速調(diào)整控制信號(hào)時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使電動(dòng)機(jī)通電，并轉(zhuǎn)動(dòng)與控制信號(hào)脈沖相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，

14、經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)后，使節(jié)氣門操縱臂限位片移動(dòng)，從而改變了怠速時(shí)節(jié)氣門的開度。11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制閥 (1) 結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制閥主要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、絲桿機(jī)構(gòu)和空氣閥等組成(圖11-5)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與絲桿組成絲桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在怠速控制信號(hào)的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲桿作直線移動(dòng)，通過(guò)閥桿帶動(dòng)空氣閥上、下移動(dòng)，使空氣閥開啟或關(guān)閉。11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu) (2) 電路原理 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制閥的典型控制電路如圖11-6所示。 當(dāng)需要調(diào)整怠速時(shí)，怠速控制系統(tǒng)通過(guò)ECU內(nèi)部的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使步進(jìn)電

15、動(dòng)機(jī)的4個(gè)繞組依次通電，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將空氣閥調(diào)移動(dòng)至適當(dāng)?shù)奈恢谩?主繼電器控制電路的作用是當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)關(guān)斷時(shí)，使ECU繼續(xù)通電2s，以便使ECU完成起動(dòng)初始位置的設(shè)定。在點(diǎn)火開關(guān)斷開后的這2s時(shí)間里，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在ECU的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，使空氣閥開啟至最大，為下次起動(dòng)作好準(zhǔn)備。11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)3直動(dòng)電磁閥式怠速控制閥 直動(dòng)電磁閥式怠速控制閥如圖11-7所示。 直動(dòng)電磁閥式怠速控制閥的電磁線圈通電后產(chǎn)生的電磁力吸引閥桿克服彈簧力作軸向移動(dòng)，直至電磁力與彈簧力相平衡。這種怠速控制閥的開度通常是由ECU通過(guò)控制電磁閥線圈的電流實(shí)現(xiàn)。電磁閥電流消失

16、，閥在彈簧力的作用下回位(關(guān)閉)。11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu) 4轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥式怠速控制閥 (1) 結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥式怠速控制閥有兩種形式，一種是轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，電磁線圈在定子上；另一種是定子為永久磁鐵，電磁線圈繞在轉(zhuǎn)子中。圖11-8所示的是定子為永久磁鐵，轉(zhuǎn)子中繞有兩組繞組的轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥式怠速控制閥。11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu) (2) 電路原理 轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥式怠速控制閥的控制電路如圖11-10所示。 ECU中微機(jī)輸出的怠速控制占空比信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路(反相器及V1、V2)后，輸出同頻反相的電磁閥控制脈沖ISC1、ISC2。轉(zhuǎn)子的兩個(gè)繞組中，其中一個(gè)通電使閥打開，另一個(gè)通電使閥關(guān)閉。當(dāng)需要調(diào)整怠速時(shí)，微機(jī)通過(guò)改變控制信號(hào)的占空比，使兩個(gè)繞組的通電時(shí)間發(fā)生變化，從而使閥的開啟程度發(fā)生改變。11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)11.2.2 怠速控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)5開關(guān)電磁閥式怠速控制閥 開關(guān)電磁閥式怠速控制閥只有開和關(guān)兩種狀態(tài)，即電磁線圈