怠速控制系統(tǒng)原理

根據(jù)車系的不同，怠速控制系統(tǒng)的組成和具體控制內(nèi)容可能會(huì)有一些差異。典型怠速控制系統(tǒng)的組成和控制原理如下圖所示。

怠速控制系統(tǒng)的組成及控制原理

1-目標(biāo)速度2-比較電路；3-控制量計(jì)算；4-驅(qū)動(dòng)電路；5-判斷閑置狀態(tài)

(1)怠速穩(wěn)定控制

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速穩(wěn)定控制實(shí)際上是轉(zhuǎn)速反饋控制。微機(jī)存儲器中存儲著發(fā)動(dòng)機(jī)在不同狀態(tài)下最穩(wěn)定的怠速參數(shù)(目標(biāo)轉(zhuǎn)速)。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于空閑狀態(tài)時(shí)，怠速控制系統(tǒng)會(huì)不斷監(jiān)視發(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)怠速波動(dòng)偏離設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，ECU輸出控制脈沖將創(chuàng)建怠速控制執(zhí)行器動(dòng)作，并將發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速調(diào)整到設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。

控制怠速穩(wěn)定性所需的傳感器信號如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器在怠速條件下提供發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號。

用節(jié)氣位置傳感器提供節(jié)氣關(guān)閉信號是ECU判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于怠速狀態(tài)的基本信號。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度傳感器提供ECU選擇目標(biāo)速度的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信號。

汽車速度傳感器，提供汽車行駛速度信號，速度小于2km/h，油門關(guān)閉時(shí)ECU

判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工作狀態(tài)，進(jìn)入怠速控制程序。

空調(diào)開關(guān)，提供空調(diào)阻塞信號，只有空調(diào)不使用時(shí)，ECU才會(huì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)速度反饋怠速穩(wěn)定控制。

(2)高速怠速駕駛控制

發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷高速怠速控制

雖然處于節(jié)氣門關(guān)閉的位置(發(fā)動(dòng)機(jī)在空閑狀態(tài)下工作)，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一定負(fù)載以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，ECU輸出控制信號允許怠速控制執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)，并將發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速提高到特定值。(威廉莎士比亞、泰普、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī))例如，在使用汽車空調(diào)、蓄電池?fù)p耗等情況下，怠速控制系統(tǒng)通過高速怠速運(yùn)行，使發(fā)動(dòng)機(jī)以高怠速運(yùn)行。確保發(fā)動(dòng)機(jī)怠速條件下的空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行，并及時(shí)為蓄電池供電。

速度變化可預(yù)測的高速怠速控制

為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)附加裝置的阻力力矩突然增大，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下降或熄火，ECU在接收附加裝置阻力力矩增加的相關(guān)電信號時(shí)輸出控制信號，通過怠速控制執(zhí)行器提前調(diào)節(jié)怠速流入氣量。

怠速控制系統(tǒng)高速怠速操作控制除了利用發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、速度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度傳感器等獲取發(fā)動(dòng)機(jī)速度、怠速條件和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信息外，還使用以下開關(guān)信號：

空調(diào)開關(guān)，提供是否使用汽車空調(diào)的信息。開關(guān)打開后，ECU將進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)控制，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)具有適當(dāng)?shù)墓β瘦敵?，并使空調(diào)壓縮機(jī)正常運(yùn)行。

蓄電池電壓提供了蓄電池是電量不足還是蓄電池負(fù)載高的信息。如果電力損失或負(fù)載高，ECU將進(jìn)行高速怠速操作控制，以便發(fā)電機(jī)在怠速狀態(tài)下給蓄電池充電。

自動(dòng)變速器擋圈開關(guān)提供自動(dòng)變速器是否在N或P齒輪上懸掛工作齒輪(D或R齒輪、3位、2位)。安裝相應(yīng)齒輪后，ECU將進(jìn)行高速空轉(zhuǎn)控制，以防止自動(dòng)變速器泵切斷運(yùn)行齒輪后阻力增大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。

為尾燈繼電器或后窗霧狀繼電器等怠速控制系統(tǒng)提供電負(fù)荷增加信，ECU根據(jù)這些電設(shè)備繼電器連接信號做出電負(fù)荷增加判斷，并進(jìn)行高速怠速控制，以防止發(fā)電機(jī)負(fù)荷增加導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)速度下降。

(3)其他怠速控制

啟動(dòng)時(shí)閑置調(diào)節(jié)閥的控制

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，ECU將怠速控制閥調(diào)整到最大位置，以便于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。啟動(dòng)后，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和溫度信號，逐漸減少怠速控制閥的開啟度。啟動(dòng)時(shí)用于怠速控制閥控制的傳感器和開關(guān)信號有兩種：

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器提供發(fā)動(dòng)機(jī)怠速條件下的轉(zhuǎn)速信號。

提供發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號和啟動(dòng)后信號的點(diǎn)火開關(guān)。

活性炭罐電磁閥運(yùn)行過程中怠速控制閥的控制。

在一些汽車中，怠速控制系統(tǒng)根據(jù)活動(dòng)彈筒控制閥的開合情況調(diào)整怠速通道的通氣量，防止發(fā)動(dòng)機(jī)怠速波動(dòng)。除了用于確定怠速條件的節(jié)氣位置傳感器外，用于控制這種穩(wěn)定怠速的傳感器信號還有以下兩種。

發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速條件下提供發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號。

主動(dòng)彈筒電磁閥提供主動(dòng)彈筒電磁閥打開信號，主動(dòng)彈筒電磁閥打開后，ECU控制怠速控制閥的打開度，穩(wěn)定怠速。

怠速偏差修正控制

怠速偏差修正控制，即怠速控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)修正控制。如果發(fā)動(dòng)機(jī)部件老化等外部原因?qū)е掳l(fā)動(dòng)機(jī)怠速偏離原始設(shè)定值，ECU控制怠速控制閥將控制預(yù)設(shè)打開度，將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速修改為設(shè)定值。

怠速控制系統(tǒng)組件的結(jié)構(gòu)

(1)節(jié)氣門直接運(yùn)動(dòng)怠速控制執(zhí)行器

如下圖所示，安裝在單點(diǎn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門主體上的節(jié)氣門直接怠速控制執(zhí)行器由以下兩部分組成：

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節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制執(zhí)行器

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1—節(jié)氣門操縱臂；2—節(jié)氣門體；3—怠速控制執(zhí)行器；4—噴油器；5—壓力調(diào)節(jié)器；6—節(jié)氣門；7—防轉(zhuǎn)動(dòng)六角孔；8—彈簧；9—電動(dòng)機(jī)；10，11，13—減速齒輪；12—傳動(dòng)軸；14—絲桿

① 直流電動(dòng)機(jī)。怠速控制執(zhí)行器的動(dòng)力部分，由ECU通過驅(qū)動(dòng)電路控制其轉(zhuǎn)動(dòng)。

② 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)整控制信號時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)電路使電動(dòng)機(jī)通電，并轉(zhuǎn)動(dòng)與控制信號脈沖相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，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。

（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制閥

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（下圖）。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制閥

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1—空氣閥閥座；2—閥桿；3—定子繞組；4—軸承；5—絲桿；6—轉(zhuǎn)子；7—空氣閥閥體

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)子在怠速控制信號的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲桿作直線移動(dòng)，通過閥桿帶動(dòng)空氣閥上、下移動(dòng)，使空氣閥開啟或關(guān)閉。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制閥的典型控制電路如下圖所示。

當(dāng)需要調(diào)整怠速時(shí)，怠速控制系統(tǒng)通過ECU內(nèi)部的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使步進(jìn)電動(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)，將空氣閥移動(dòng)至適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

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完成啟動(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，為下次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

（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

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通過控制電磁閥線圈的電流實(shí)現(xiàn)。電磁閥電流消失，閥在彈簧力的作用下回位（關(guān)閉）。

直動(dòng)電磁閥式怠速控制閥

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1—閥；2—閥桿；3—線圈；4—彈簧；5—?dú)んw；6—消除負(fù)壓用的波紋管

（4）轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥式怠速控制閥

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。下圖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。

轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥式怠速控制閥

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1—電路插接器；2—?dú)んw；3—定子（永久磁鐵）；4—轉(zhuǎn)子；5—附加空氣通道；6—旋轉(zhuǎn)閥

電路原理轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥式怠速控制閥的控制電路如下圖所示。

ECU中微機(jī)輸出的怠速控制占空比信號經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路（反相器及VT1、VT2）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)通過改變控制信號的占空比，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。

（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)，即電磁線圈通電時(shí)，閥被打開，電磁線圈斷電時(shí)，閥就關(guān)閉。開關(guān)電磁閥式怠速控制閥的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

開關(guān)電磁閥式怠速控制閥

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1—電磁線圈；2—接線端子；3—閥；4—來自空氣濾清器；5—至進(jìn)氣管

① 占空比控制方式

ECU輸出的是頻率固定、但占空比變化的怠速控制信號，通過調(diào)整電磁閥的開閉比率實(shí)現(xiàn)怠速的控制。開關(guān)電磁閥式怠速控制閥占空比控制方式的控制電路如下圖所示。

② 開關(guān)控制方式

ECU輸出的控制信號只有高電平和低電平兩種狀態(tài)，控制電磁閥的通電或斷電。因此，開關(guān)控制方式的電磁閥式怠速控制閥只有打開（高怠速）和關(guān)閉（正常怠速）兩種工作狀態(tài)。

案例分析

斯柯達(dá)明銳轎車怠速抖動(dòng)

故障現(xiàn)象：

一輛斯柯達(dá)明銳2012款轎車，行駛8萬千米，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)有輕微的不規(guī)則抖動(dòng)現(xiàn)象。停車加油時(shí)，排氣管有突突聲。行駛過程中，急加速、超車比較費(fèi)力。

故障排除：

用解碼儀讀取故障碼，無故障碼顯示。讀取數(shù)據(jù)流，也未發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重超差現(xiàn)象。以上考慮電控部分可能無故障，故障原因可能在油路上。

檢查油路，測量油路壓力，怠速時(shí)油壓為230kPa，急加速時(shí)為260kPa。將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，再觀察油壓表，顯示值為180kPa，完全符合燃油壓力規(guī)定值，說明油路也可能沒問題。檢查點(diǎn)火電路，對火花塞進(jìn)行了清洗，并對點(diǎn)火線圈進(jìn)行了檢查，也未發(fā)現(xiàn)異常。

由于該機(jī)怠速輕微抖動(dòng)，加速不好，排氣管有突突聲，可能是有的缸工作不好。于是測量了氣缸壓力，四個(gè)缸壓力基本相同，各缸并無漏氣現(xiàn)象。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)檢查法，懷疑高壓線可能有故障，更換了全部高壓線，上述故障現(xiàn)象全部排除。

提示：

怠速不良是發(fā)動(dòng)機(jī)常見的一種故障，也就是怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)抖，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良有很多原因，一般有：

①進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣，會(huì)導(dǎo)致氣缸混合氣過稀，引起怠速不良，甚至熄火；

②空氣濾清器臟污堵塞；

③若個(gè)別缸不工作，或是空氣流量傳感器損壞，燃油壓力和汽缸壓力低；

④各缸噴油器噴油不均勻；

⑤點(diǎn)火提前角調(diào)整不當(dāng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)工作不穩(wěn)；

⑥配氣相位不準(zhǔn)確也會(huì)造成怠速不良等。