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第四章汽油机辅助控制系统第一节怠速控制系统一、怠速控制系统概述●怠速控制的功能●怠速控制系统的组成●怠速控制的原理●怠速控制的方法一、怠速控制系统概述●什么是怠速工况？怠速工况指发动机对外无功率输出的稳定运转工况。此时节气门开度最小，汽车处于空档，发动机只带动附件维持最低稳定转速。一、怠速控制系统概述●为什么要控制怠速工况？发动机怠速运转时间约占30%，怠速转速的高低影响油耗、排放、运转的稳定性等。在保证发动机排放要求且运转稳定的前提下，应尽量使发动机的怠速转速保持最低，以降低怠速时的燃油消耗量。1、怠速控制的功能：怠速控制就是怠速转速的控制。根据发动机工作温度和负载，由ECU自动控制怠速工况下的空气供给量，维持发动机以稳定怠速运转。2、怠速控制系统的组成：3、怠速控制的原理：3、怠速控制的原理：ECU根据节气门位置传感器、车速传感器输出的信号判断发动机是否处于怠速状态，然后根据冷却液温度、空调开关、动力转向开关等传感信号，在存储器中查出该工况下的目标转速（即能稳定运转的怠速转速），再与发动机转速传感器传来的实际转速进行比较，计算出转速差，最后通过怠速控制阀的动作（调节进气量）来提高或降低发动机的转速，使发动机稳定运转。怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。4、怠速控制进气量的方法：（1）节气门直动式——控制节气门最小开度；（2）旁通气道式——控制节气门旁通通路中空气流量。二、节气门直动式怠速控制机构1、结构：由直流电动机、减速齿轮、丝杆等组成。二、节气门直动式怠速控制机构2、工作原理：当直流电动机通电（正向或反向）转动时，驱动减速齿轮转动，从而带动丝杆向前或向后移动。在节气门开度最小（怠速）时，丝杆与节气门操纵臂接触。发动机怠速时，ECU根据各传感器的信号，控制直流电机的正反转及转动量，使丝杆作直线移动，带动节气门在小开度范围内摆动，从而改变进气量，达到调整怠速转速的目的。三、旁通气道式怠速控制阀ISCV形式多种，结构各异，常见的有：●步进电机式●旋转滑阀式●电磁式1、步进电机式怠速控制阀：（1）结构：步进电机、螺旋机构、阀芯、阀座等。步进电机：由永磁转子、定子绕组等组成。用于产生驱动力矩。螺旋机构：由螺杆（丝杆）和螺母组成。螺母与步进电机转子制成一体，螺杆的一端制有螺纹，另一端固定有阀心，螺杆与阀体之间为滑动花键连接，只能作轴向移动，不能作旋转运动。1、步进电机式怠速控制阀：（2）工作原理：当步进电机的转子转动时，螺母将带动丝杆作轴向运动，使阀芯开大或关小阀门的开度。ECU通过控制步进电机的转动方向和转动角度来控制丝杆的移动方向和移动距离，从而达到控制阀门开度，调整怠速转速之目的。1、步进电机式怠速控制阀：（3）步进原理：◆步进电机转子和定子的结构：1、步进电机式怠速控制阀：转子由永久磁铁制成，共有8对磁极，N、S相间排列。定子由上、下两部分（定子A、定子B）组成，有两相独立的绕组。定子的每一部分也有8对磁极，成爪形，上下两部分相间地组合到一起。定子的磁极布置为NNSSNNSS……。定子绕组通电时产生磁场，与转子的永久磁铁形成的磁场在同性相斥、异性相吸的原理作用下，使转子转动。1、步进电机式怠速控制阀：（4）控制电路：丰田皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机怠速控制阀控制电路1、步进电机式怠速控制阀：EFI主继电器向步进电机的B1和B2端子供给蓄电池电压。微电脑通过其ISC1、ISC2、ISC3和ISC4端子控制步进电机内4个线圈的搭铁电路。微电脑按一定顺序控制ISC1、ISC2、ISC3、ISC4端子轮流搭铁，使步进电机顺时针或逆时针旋转，从而带动阀门向前或向后移动，开大或关小节气门旁通气道，控制发动机怠速。1、步进电机式怠速控制阀：（5）怠速控制的内容：①起动初始位置设定为了改善发动机的再次起动性能，在点火开关断开时，ECU将控制怠速控制阀处于全开状态，为再次起动作好准备。当ECU内部主继电器控制电路接收到点火开关OFF位置信号时，ECU将利用备用电源输入端提供的电压控制主继电器线圈继续供电2秒，使步进电机的怠速控制阀退回到初始位置，以便下次起动时具有较大的进气量。1、步进电机式怠速控制阀：②起动中控制由于发动机起动前，ECU已把怠速控制阀的初始位置设定在最大开度位置，因此发动机起动后，若怠速控制阀仍保持全开，则会引起发动机转速过高。为避免出现这种情况，在起动过程中，当发动机转速达到由冷却液温度确定的对应转速时，ECU控制怠速控制阀，逐渐将阀门关小到与冷却液温度对应的开度。1、步进电机式怠速控制阀：③暖机控制暖机过程中，ECU控制怠速控制阀从起动后的开度逐渐关小，当冷却液温度达到70℃时，暖机控制结束，怠速控制阀达到正常怠速开度。1、步进电机式怠速控制阀：④反馈控制当发动机处于怠速工况运转时，如果发动机的实际转速与ECU存储器中所存放的目标转速差超过规定值（如20r/min），则ECU即控制怠速控制阀增减旁通空气量，使发动机实际转速与目标转速差小于规定值。目标转速与发动机怠速工况时的负荷有关，对应空档起动开关是否接通、是否使用空调、用电器增加等不同情况，都有确定的目标转速。1、步进电机式怠速控制阀：⑤发动机转速变化的预测控制发动机处于怠速工况时，空调开关、空档起动开关等接通或断开时，都会引起发动机怠速负荷变化，产生较大的怠速转速波动。为了减小负荷变化对怠速转速的影响，ECU在收到以上开关量信号、发动机转速变化出现前，就控制怠速控制阀预先把阀门开大或关小一个固定的距离。1、步进电机式怠速控制阀：⑥电器负载增大时的怠速控制当汽车上使用的电器增多时，将引起电源系供电电压降低，同时发动机的负荷也要增大。为保证ECU的+B端有正常的供电电压，需要相应地增加进气量，提高发动机的怠速转速。1、步进电机式怠速控制阀：⑦学习控制ECU通过控制怠速控制阀的位置，调整发动机的怠速转速。由于发动机在使用过程中其性能会发生变化，因此这时怠速控制阀的位置虽然没有变化，但实际的怠速转速也会偏离初始值。出现这种情况时，ECU除了用反馈控制使怠速转速仍达到目标值外，还将此时步进电机转过的步数储存在备用存储器中，供以后的怠速控制用。1、步进电机式怠速控制阀：（6）检修：★车上检查。当发动机熄火时，怠速控制阀会发出“咔嗒”的声响，使阀门开度退到最大位置。如果不响，应检查怠速控制阀。★检测定子绕组电阻。拔下步进电机的导线插接器，用万用表欧姆档测量怠速控制阀4组绕组（B1-S1、B1-S3、B2-S2、B2-S4）的电阻值（10-30Ω）。若电阻值不符合规定，则更换之。1、步进电机式怠速控制阀：★车下检查（检查步进电机工作情况）①从节气门体上拆下怠速控制阀。②在怠速控制阀插接器的B1和B2端子上接蓄电池正极，而后依次将S1、S2、S3、S4端子搭铁，此时阀门应逐渐关闭。若不能关闭，则应更换怠速控制阀。③把怠速控制阀插接器的B1和B2端子上接蓄电池正极，而后依次将S4、S3、S2、S1端子搭铁，此时阀门应逐渐开启。若不能开启，则应更换怠速控制阀。④诊断仪检测ISCV步级数。1、步进电机式怠速控制阀：★车下检查（检查步进电机工作情况）1、步进电机式怠速控制阀：★检查步进电机工作电压。将怠速控制阀安装到节气门体上，插好连接器插头。当点火开关在“ON”位置时，检测ECU的端子ISC1、ISC2、ISC3、ISC4与E1之间（或检测怠速控制阀连接器端子S1、S2、S3、S4与搭铁之间）应有9-12V电压。如无电压，再检查电源电压和主继电器是否正常。2、旋转滑阀式怠速控制阀：（1）结构：由永久磁铁、电枢、旋转滑阀等组成。2、旋转滑阀式怠速控制阀：（2）工作原理：2、旋转滑阀式怠速控制阀：线圈L1与ECU内部的三极管VT1连接，脉冲控制信号经过反向器加到VT1的基极；线圈L2与ECU内部的三极管VT2连接，脉冲控制信号直接加到VT2的基极。当脉冲信号的高电平到来时，VT1截止，VT2导通，L1断电，L2通电，电枢顺时针转动；反之，当脉冲信号的低电平到来时，VT1导通，VT2截止，L1通电，L2断电，电枢逆时针转动，从而实现旁通空气量大小的控制。2、旋转滑阀式怠速控制阀：由于旋转滑阀式怠速控制阀的转角范围限定在900以内，所以电枢的旋转角度必须很小才能满足旁通进气量控制精度的要求，因此采用了控制占空比的方法来控制电枢的顺转或逆转。占空比——指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。2、旋转滑阀式怠速控制阀：当占空比为50％时，两个三极管的导通时间相等，正、反向旋转力矩抵消，滑阀不转动；当占空比小于50％时，线圈L1的通电时间大于线圈L2的通电时间，滑阀逆时针旋转，旁通气道被关小；当占空比大于50％时，线圈L2的通电时间大于线圈L2的通电时间，滑阀顺时针旋转，旁通气道被打开。奥迪100型轿车在控制信号的占空比减小到18％左右时，旋转滑阀完全关闭；占空比增大到82％左右时，旋转滑阀完全开启。2、旋转滑阀式怠速控制阀：（3）控制电路：（丰田2TZ-FE发动机）EFI主继电器向旋转电磁阀提供蓄电池电压。ECU通过ISC1、ISC2端子控制旋转电磁阀内两个电磁线圈的搭铁电路。2、旋转滑阀式怠速控制阀：（4）控制内容：①起动控制在发动机起动时，ECU根据发动机运行条件，在存储器中取出预存的数据，控制怠速控制阀的开度。②暖机控制在发动机起动后，ECU根据冷却液的温度，控制发动机在暖机过程中怠速转速的变化。2、旋转滑阀式怠速控制阀：③反馈控制发动机起动后，ECU将根据发动机实际转速与ECU存储器中的目标转速进行比较。如果实际转速低于目标转速时，ECU将控制怠速控制阀将阀门打开；如果实际转速高于目标转速时，则将阀门关小。目标转速随发动机工况而定。2、旋转滑阀式怠速控制阀：④发动机转速变化预测控制当空档起动开关、尾灯继电器等接通或关断时，将会使发动机负荷改变，为避免由此引起的发动机转速的波动，在发动机转速变化之前，ECU控制怠速控制阀开大或关小一定的角度。2、旋转滑阀式怠速控制阀：⑤学习控制由于发动机在整个使用过程中性能将发生变化，虽然占空比相同，但发动机的怠速转速将和使用初期的数值不同。ECU用反馈控制的方法输出怠速控制信号，将性能变化后的发动机怠速转速调整到目标怠速值。当怠速值达到目标怠速后，ECU将此时的占空比存入备用存储器中，在以后的怠速控制中作为这一工况下占空比的基准值。2、旋转滑阀式怠速控制阀：（5）检修：★车上检查。当发动机熄火时，怠速控制阀会发出“咔嗒”的声响，使阀门开度退到最大位置。如果不响，应检查怠速控制阀。★检测电枢绕组电阻。拔下怠速控制阀连接器插头，用万用表欧姆档测量电枢绕组（+B-ISC1、+B-ISC2）的电阻值。其标准值为18.8-28.8Ω，若电阻值不符合规定，则更换之。2、旋转滑阀式怠速控制阀：★检查ISCV工作情况。在正常水温、发动机正常运转及变速器位于空档位置时，将检查连接器中TE1与E1端子短接，标准是发动机以转速1100～1200r/min运转5s后，转速会降低200r/min如不符合要求，应检查ISCV、ISCV至ECU的线路和ECU。★检查工作电压。点火开关置“ON”但不起动发动机，在线束侧测量+B与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压。3、电磁式怠速控制阀：电磁式怠速控制阀是利用通电线圈产生的电磁力来控制阀门的开度。根据控制信号的不同，可分为两类：●占空比型；●开关型：3、占空比型电磁式怠速控制阀：（1）结构：3、占空比型电磁式怠速控制阀：（2）工作原理：电磁线圈通电产生电磁吸力。当线圈产生的电磁吸力超过复位弹簧弹力时，阀轴带动阀芯向上移动，打开旁通气道。当电磁线圈断电时，阀轴及阀芯在弹力作用下复位，将旁通气道关闭。旁通气道开启与关闭时间由发动机发出的占空比信号控制。3、占空比型电磁式怠速控制阀：发动机工作时，当ECU检测到发动机怠速转速低于目标转速时，自动提高控制信号的占空比，使线圈的通电时间变长，阀门开度增大，旁通气量增大，使怠速转速提高到目标值。反之，当发动机怠速转速高于目标转速时，ECU自动降低占空比，使线圈通电时间缩短，阀门开