汽车电控教案项目6 电控发动机怠速控制 简案 - 图文

教师姓名 授课日期 授课项目及 授课形式 讲授 授课班级 授课时数 年 月 日 项目6 电控发动机怠速控制 标任务名称 知识目1.学会怠速控制系统的作用、组成及怠速的定义。 教学标 2.熟悉旁通空气式怠速控制执行机构的类型、原理和组成等。 目3.掌握节气门直动式怠速控制执行机构的组成和作用等。 技能目1.学会检测怠速控制阀。 标 2.学会检测步进电机式怠速控制机构。 3.学会检测节气门怠速控制机构。 检测怠速控制阀。 检测节气门怠速控制机构。 借助于多媒体课件，讲授电控发动机怠速控制的内容。通过教师的示范和视频的示范讲授怠速控制系统的作用、组成及怠速的定义，重点讲解节气门直动式怠速控制执行机构，旁通空气式怠速控制执行机构的类型、原理和组成，通过检测怠速控制阀；步进电机式怠速控制机构；实训让学生直接地学习点火控制系统的构造与检修。 教学重点 教学难点 教学方法 教学手段 学时安排 1.怠速控制系统的作用、组成及怠速的定义约60分钟。 2.旁通空气式怠速控制执行机构的类型、原理和组成约160分钟。 3.节气门直动式怠速控制执行机构的组成和作用约80分钟。 4.检测怠速控制阀约160分钟。 5.检测步进电机式怠速控制机构约120分钟。 6.学会检测节气门怠速控制机构约160分钟。 教学条件 课外作业 检查方法 教学后记 多媒体课件、6台电控发动机实训设备。 检测节气门怠速控制机构。 1.随堂提问，计平时成绩。 2.拆装、检测完成质量评分，计平时成绩。 授课主要内容 【项目引入】 孔先生的驾龄不久，有次他无意中观察了发动机的怠速，怠速从新车时的800 r/min 变 成了950 r/min，孔先生害怕车辆存在问题，便把车开到维修店做检查。经维修人员检查，发现是怠速控制系统出现故障导致怠速发生变化。怠速控制系统是什么，它发生了什么故障使怠速发生了变化。下面我们就来学习下有关怠速控制系统的知识。 【知识目标】 1.学会怠速控制系统的作用、组成及怠速的定义。 2.熟悉旁通空气式怠速控制执行机构的类型、原理和组成等。 3.掌握节气门直动式怠速控制执行机构的组成和作用等。 任务一 电控发动机怠速控制系统的作用及组成 所谓发动机怠速是指能够维持发动机正常工作的最低转速。发动机怠速的高低，不但对耗油量影响较大，对发动机的排放污染、暖机时间和使用寿命等都有一定程度的影响。因此使发动机在各种工况下能自动调节其怠速具有十分重要的意义。 一般在以下几种情况下需要将发动机的怠速提高。这种模式我们称发动机的快怠速。 ① 发动机起动后，冷却液温度没有达到正常温度之前，需要自动提高发动机的怠速，以免发动机运转发抖、不稳或停转，同时缩短暖机时间。 ② 在发动机怠速运转使用空调时，由于发动机负荷增大，需要自动提高发动机怠速，以免发动机停转。 ③ 对动力转向伺服机构来说，在发动机低速转向行驶时，需自动提高发动机怠速，以免发动机转速过低造成熄火，并使转向轻便、可靠。 ④ 当发动机转速急剧降低到怠速时，需要不同程度地自动提高发动机怠速，以免急抬加速踏板时发动机停转，同时减少排放污染。 怠速控制就是ECU 根据传感器检测的发动机状态参数确定目标转速，计算出目标转速与实际转速的差值，确定控制量，驱动怠速控制装置，改变进气量，从而使实际转速接近目标转速。 在大多数情况下，怠速空气量取自空气流量计的后方。这部分空气已被计量并已在计算 喷油量时予以考虑。对于采用速度- 密度法来测定空气流量的机型，怠速空气量的影响也 已包括在MAP 的信息之中，所以也无需再对喷油量做出校正。对于少数机型，怠速空气量直接取自空气滤清器，而未经空气流量计进行计量，此时ECU 必须对喷油量做出补偿。 怠速控制的方式随车型会有所不同，对电控汽油喷射系统来说，目前可分为两种类型，一种是控制节气门旁通管路中的空气旁通量，又称旁通空气式怠速控制阀。另一种是没有怠速空气旁通道，直接控制节气门全关时的最小开度，称为节气门 直动式怠速控制阀，目前最为常见的是节气门直动式怠速控制。发动机怠速控制系统主要由ECU、执行器和各种传感器等组成。 ECU 在怠速控制系统的主要作用是根据各传感器输入的信号，奖发动机的实际转速与各传感器的信号所确定的目标转速进行比较。根据比较得出的差值，确定相当于目标转速的 控制量，驱动执行机构，使怠速保持在目标转速。 执行器的主要部件是怠速控制阀ISVC，它在怠速控制系统的主要作用是控制节气门的旁通空气通道。 怠速控制系统传感器的主要类型及相关作用见表 组件 转速传感器（Ne）信号 功能 检测发动机转速 节气门位置传感器 冷却液温度传感器 起动开关信号 空调信号（A/C）开关 车速传感器 空挡起动开关（P/N） 液力变矩器负荷信号 动力转向开关信号 发电机负荷信号 检测发动机的怠速状态 检测发动机冷却液温度 检测发动机的起动工况 检测空调的工作状态（ON 或OFF） 检测汽车行驶速度 检测换挡手柄位置 检测液力变矩器的负荷变化 检测动力转向装置的工作状态 检测发电机负荷的变化 怠速控制系统控制内容可分为发动机负荷变化控制和电器负荷控制。当发动机怠速负荷 增大时，ECU 控制怠速控制阀使进气量增大，从而使怠速转速提高，防止发动机运转不稳 或熄火；当发动机怠速负荷减小时，ECU 控制怠速控制阀使进气量减小，从而使怠速转速 降低。怠速时的喷油量由ECU 根据预先设定的怠速空燃比和实际充气量计算确定。 怠速控制系统的控制过程，主要有以下七个方面： ① 起动初始位置设定：关闭发动机后，怠速控制装置自动回到全开位置，以此改善发动机再起动性能。 ② 起动控制：起动后，ECU 控制怠速控制装置，将阀门调至冷却液温度确定的位置，以此防止发动机转速过高。 ③ 暖机控制：暖机时，怠速控制装置从起动后冷却液温度所确定的位置逐渐关闭；当冷却液温度超过70℃以后，发动机回到正常怠速。 ④ 反馈控制：若发动机实际转速与目标转速相差超过20 r/min，ECU 控制怠速装置增减空气量，使发动机实际转速尽可能与发动机目标转速接近，从而提高发动机转速的控制精度。 ⑤ 稳定控制：发动机负荷增大或减小（例如在空调开关处于ON 或OFF 状态时），发动机转速将减小或增大，ECU 控制怠速装置开大或关小，保持发动机怠速的稳定。 ⑥ 稳压控制：车载用电设备增多，电源电压就会下降。此时发动机怠速装置开大，提高怠速转速，使发电机提高输出功率，从而稳定电源电压。 ⑦ 学习控制：根据发动机实际状态的变化，ECU 控制并记忆怠速装置开度。 由于在控制中ECU 记忆了怠速装置的开度。在清洗或更换怠速装置、更换ECU和发动机后，怠速会不稳定或不正常。应按照维修手册进行重新设定。同时，应定期清洗怠速阀。 任务二 旁通空气式怠速控制执行机构 旁通空气式怠速控制执行机构的种类较多，一般可按结构分为平动电磁阀式、旋转电磁 阀式和步进电机式三种。其中平动电磁阀式又分为开关式和比例式两种控制方式。这些执行机构的结构不同，功能与控制方式也不同。 各种旁通空气式怠速控制执行机构的比较 种类 开关式平动电磁阀式 控制方式 机械式或电子式 功能 只提供低温时的附加空气量 提供全部怠速空气量，并具 备四种功能 提供全部怠速空气量，并具 说明 附加空气量只有开、关两种 状态 ECU 用PWM 信号控制空气量 大小，或者通过真空阀控制 ECU 用PWM 信号控制空气量 比例式平动电磁阀式 电子式 旋转电磁阀式 电子式 备四种功能 步进电机式 电子式 提供全部怠速空气量，并具 备四种功能 大小 ECU 通过控制旋转步数来控 制空气量的大小 一、平动电磁阀式怠速控制执行 平动电磁阀式怠速控制执行机构主要由一只比例电磁阀构成，其电磁线圈的驱动电流为ECU 送来占空比PWM信号。 平动电磁阀式怠速执行器由电磁线圈、阀轴、弹簧和阀等组成。当ECU 加大占空比PWM 信号的脉宽时，电磁力加大，阀轴上移而阀门开度加大，从而导致旁通空气量的加大与怠速的提高；当占空比PWM 信号脉宽减小时，旁通空气量减少而怠速下降。图中波纹管的作用是为了消除阀门上下两侧压差对开肩位置的影响，便于ECU 计算决定占空比PWM 信号，同时也减小了阀上的作用力。 占空比控制型电磁阀VSV 工作时，由ECU 确定控制脉冲信号的占空比，磁化线圈中平均电流的大小取决于占空比。占空比越大，磁化线圈中平均电流越大，磁场强度越大，阀门升程越大，旁通道开度也就越大。 这种执行机构的控制电路较简单。通过用晶体管放大电路将ECU 输出的占空比PWM信号放大到足以驱动电磁阀的程度即可。平动电磁式怠速控制执行机构的反应快，且控制信号又是微机处理十分方便的占空比PWM 信号，前面提到的怠速控制执行机构应有的四种功能，它都能实现。具体控制有以下几个方面： ① 起动时，使阀门处于全开位置，从而可以提供较大的空气量，易于起动。 ② 通常怠速情况下，阀门处于半开的中间位置，根据所需转速的变化上下移动。 ③ 在WOT 巡航工况， ECU 指令阀门处于全开位置。这样一旦节气门突然关闭，怠速执行器可以提供旁通空气供发动机作短暂过渡缓冲，发动机不至于失速；待发动机转速已降至某一低转速时，ECU 再命令执行器回到正常怠速位置，形成发动机制动。 二、旋转电磁阀式怠速控制执行机构 旋转电磁阀怠速控制阀安装在发动机进气总管上。旋转电磁阀式怠速控制方式是在发动机工作过程中，由ECU 将检测到的怠速转速实际值与其所储存的设定目标值相比较，随时通过旋转电磁阀校正怠速旁通空气道的流通截面积，使发动机的怠速转速实际值与其所储存的设定目标值相一致。 旋转电磁阀怠速控制阀主要由永久磁铁、旋转电磁阀、复位弹簧、电枢等组成。 ① 旋转电磁阀怠速控制阀的工作原理。 旋转电磁阀主要由永久性磁铁、电枢、旋转电磁阀、螺旋回位弹簧和电刷及电插等组成。旋转电磁阀固装在电动机的电枢轴上，与电枢轴一起转动，用于控制通过旁通空气道的空气量。 电枢位于永久性磁铁的磁场中，电枢铁芯上绕有绕向相反的电磁线圈L1和L2，当线圈 L1通电时，电枢带动滑阀顺时针方向旋转，旁通空气道的截面积增大；当线圈L2 通电时， 电枢带动滑阀逆时针方向旋转，使旁通空气道的截面积减小。线圈L1 和L2 的两端分别与电刷滑环相连，经电刷引出接向ECU。 接通点火开关，蓄电池的电压通过电刷“2”加到线圈L1 和L2 的公共端，但其搭铁回路受ECU 的控制。当晶体管VT1 导通时，线圈L2 通电，其电流方向为（+）B →电刷→滑环→ 线圈L2 →滑环、电刷→晶体管VT1 的集电极→发射极→搭铁→回到蓄电池的负极。电枢带动滑阀逆时针方向转动，使旁通空气道的截面积减小，发动机的转速降低。当晶体管VT2导通时，线圈L1 通电，电流方向为：（+）B →电刷→滑环→线圈L1 →滑环、电刷→晶体管VT2 的集电极→发射极→搭铁→回到蓄电池的负极。电枢带动滑阀顺时针方向转动，使旁通空气道的截面积增大，发动机转速升高。由控制电路可以看出，占空比信号与晶体管VT1 的基极之间接有反向器，因此两个电枢线圈不可能同时导通，总是交替地通过电流，又因两线圈绕向相反，故电枢上交替产生方向相反的电磁力矩。由于电磁力矩交变的频率较高（约250Hz），且电枢转动具有一定的惯性，所以旋转电磁阀将根据控制信号的占空比转动一定的角度而稳定。 ② 旋转电磁阀怠速控制阀的控制电路。 旋转电磁阀式的怠速控制原理电路。在ECU 的存储器中预存有不同的发动机水温所对应的占空比。占空比的大小，决定着滑阀的旋转方向和旋转角度。当占空比为50% 时，线圈L1 和L2 的平均通电时间相等，两者产生的电磁力矩大小相等，方向相反，电枢轴停止旋转。当占空比小于50% 时，线圈L1 的平均通电时间长，合成电磁力矩使电枢带动旋转电磁阀顺时针旋转，旁通空气道的流通面积增大，发动机怠速升高。反之，则发动机怠速降低。 在整个怠速范围内，ECU 根据冷却水温度等传感器输入的信号，确定发动机所处怠速工 况的占空比，对怠速转速进行控制。 ③ 检测旋转电磁阀怠速控制系统。 在整个怠速范围内ECU 通过占空比（0%～100%）控怠速转速。 将点火开关转至ON 挡，在线束侧测量电源端子（+）B 与搭铁之间的电压，应为9～14 V。 使发动机维持怠速运转，短接诊断座上的端子TE1与E1，发动机转速应保持在1000～1200 r/min，5s后转速下降约200r/min，如不符合要求，应检查ISC阀、ISC阀至ECU的线路和ECU。 检查怠速控制阀电阻：拔下怠速控制阀连接器，测量插座（+）B 和RSC、（+）B 和RSO间的电阻，温度为－10℃～50℃时，应为17.0 ～24.5 Ω ，温度为50℃～100℃时，应为21.5～28.5 Ω。 检查怠速控制阀是否工作：拆下怠速控制阀，将蓄电池正极接（+）B，负极接RSC时，怠速控制阀应关闭；负极接RSO 时，怠速控制阀应打开。 实训一 拆装检修怠速控制阀 【实训目标】 1.现场指认发动机怠速控制阀的名称和作用。 2.学会检测怠速控制阀。 【实训步骤】 检测怠速控制阀的步骤 1.用鲤鱼钳把3个卡箍松开，拔出2条水管1条气管，找到怠速控制阀的固定螺栓，用螺丝刀把螺栓取出。 2.取出螺栓后拿出怠速控制阀，清洁怠速控制阀总成，检测里面的滑阀有无卡滞，能否回位，检测端子间的电阻是否在规定范围内。 3.在连接位置打上密封胶后安装，最后检查是否安装正确。 三、步进电机式怠速控制执行机构 ECU根据TPS信号和车速信号判定发动机是否怠速，再根据冷却液温度信号、空调开关信号等确定目标转速，根据曲轴位置传感器信号检测发动机实际转速，比较实际转速与目标转速的差值，确定控制量，驱动步进电机，使实际转速接近目标转速。 1.步进电机的基本结构及工作原理 步进电机与怠速空气调节器的控制阀做成一体，装在节气门体上或单独的旁通气道上，调节流过节气门旁通气道的空气量。步进电机式怠速空气调节器的控制阀有125 种不同的开启位置，它还可用来调节发动机的快怠速，而不需要辅助空气阀。ECU 给电磁线圈提供