汽车电控教案项目6 电控发动机怠速控制 简案 - 图文

脉冲信号，当电机转子顺转或逆转时，阀芯轴向移动，改变阀芯与阀座之间的间隙。间隙小，进气量少，怠速低；反之，间隙大，则怠速高。 步进电机式空气调节器主要由阀芯、阀轴、阀座、转子、定子线圈、壳体等组成。 永磁转子内壁制有螺纹，它由多对永久磁铁组成，N 极和S 极沿圆周相向排列。定子铁心上绕有线圈，每组线圈的绕线方向相反。定子线圈被多对导磁性好的爪极包围，通电后产生磁极（N、S）。电流方向可变，极性也可变，从而使转子正转和反转。 阀芯固定在阀轴的一端，阀轴另一端的螺纹旋入步进电机转子。转子只能转动，不能轴 移。当转子转动时，通过螺纹连接带动阀轴转动，但由于阀轴受导向槽的限制，不能转动， 所以当转子旋转时，阀随阀轴一起做轴向移动，从而改变阀芯与阀座之间的间隙，即可控制空气量的多少。 不同汽车公司所采用的步进电机式怠速控制装置，在结构型式上略有差异，但其基本工作原理相同。步进电机的转子是用永久磁铁制成16 个磁极。定子是由两个带有16 齿的铁 心交错地装配在一起，每个铁心上有两组线圈，两组线圈的绕线方向相反。N 极和S 极在 圆周上相间排列，共有八对磁极。定子内绕有两组线圈，线圈由导磁材料制成的爪极包围。 每个定子各有八对爪极，每对爪极（N 极与S 极）之间的间距为一个爪的宽度。两定子爪极相差一个爪的位差，组成一体安装在外壳上。 电机的旋转方向可以通过改变4 个线圈的通电顺序来实现。当步进电机的励磁从①到②向右错开时，定子线圈电磁铁和转子永久磁铁的N 极和S极相互吸引到最近距离，而同极相互排斥，所以转子按 ③ 转动1/32 转（约11°），这样交替改变通电的线圈和电流的方向，即可从 ③ 转到 ④ 再到 ①，循环进行。转子转一周约用1/4 s。步进电机的工作范围为125 步，锥阀总行程10 mm，旋转圈数为3.9 圈，转速调节范围为300 r/min。 2.步进电机怠速控制阀的控制电路 步进电机式怠速控制的电路：当发动机怠速负荷变化时，在怠速转速变化之前，ECU 将按照一定顺序，控制驱动电路中的三极管VTl、VT2 、VT3 、VT4 适时导通，分别接通步进电机定子绕组电流，使电机转子旋转，带动控制阀的阀心移动，从而调节进气量，使发动机怠速转速达到目标转速。 3.步进电机式怠速控制系统的控制过程 ECU对怠速控制装置的控制内容因发动机而异。步进电机的正常范围为0～125个步级。对于步进电机式怠速控制装置，其控制内容主要有以下几方面： ①起动初始位置设定。为了保证怠速控制阀在发动机再起动时处于全开位置，在发动机点火开关关闭后， ECU 的M—REL 端子继续向主继电器供电，使它继续保持接通状态。 此时，ECU将控制步进电机转动使怠速控制阀全部打开，或控制在上一次起动时的位置，为下次起动作好准备，最后主继电器才会断电。 ②起动后控制。 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 控制步进电机转动，使怠速控制阀逐渐关小到与冷却液温度对应的开度。 ③暖机控制。 暖机过程中，ECU 控制步进电机转动，使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。 ④ 反馈控制。 当发动机处于怠速工况运转时，若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20 r/min），则ECU 控制步进电机转动，通过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，对空挡起动开关是否接通、是否使用空调、用电器增加等不同情况，都有规定的目标转速。 ⑤发动机转速变化的预控制。 发动机处于怠速工况时，空调开关、空挡起动开关等接通或断开，都会即时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，就控制步进电机转动，预先把怠速控制阀开大或关小一个固定的距离。 ⑥学习控制。 ECU通过控制步进电机的转动，从而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数值。出现上述情况时，ECU 除了用反馈控制装置使怠速转速达到目标值外，还可将此时步进电机转过的步数储存在备用储存器中，供以后的怠速控制用。 实训二 检测步进电机式怠速控制系统 【实训目标】 1.现场指认发动机步进电机式怠速控制机构的名称和作用。 2.学会检测步进电机式怠速控制机构。 【实训步骤】 Step1：在车上检查怠速控制阀 当发动机熄火时，怠速控制阀会“咔嗒”一声，如果不响，应检查ISC 阀和ECU。 Step2：检查ISC 阀的电阻 检测B1-S1 ，B1-S3 ，B2-S2 和B2-S4 四个线圈电阻，都应是10～ 30 Ω，若电阻值不对，应更换ISC 阀。B1 、B2：公共端子；S1 、S2 、S3 、S4：步进电动机第1 组至第4 组线圈端子。 Step3：检查ISC 阀的工作情况 1.在端子B1 、B2 上接入蓄电池正极，然后依次将S1 、S2 、S3 、S4 接负极（搭铁）， ISC 阀应逐步关闭。 2.在端子B1 、B2 上接入蓄电池正极，然后依次将S1 、S2 、S3 、S4 接负极（搭铁）， ISC 阀应逐步开启。若按上述检查时阀不能关闭或打开，则应更换ISC 阀。 3.诊断仪检测ISC 阀步级数。丰田车步进电机式怠速控制执行机构步级数量为0～125，0表示怠速控制阀全部伸出，怠速空气旁通道全部关闭；125 表示怠速控制阀全部收回，怠速空气旁通道全部开启。测试某辆工作状况良好的皇冠3.0 发动机数据如下： 冷车时，ISC = 55（步级数），热车后ISC=52 ，接通空调A/C 开关，ISC = 63 ，切断空调A/C 开关，恢复到ISC = 52。 四、脉冲电磁阀式怠速控制阀 脉冲电磁阀式怠速控制阀主要由活动铁芯、电磁线圈、阀杆、固定铁芯、复位弹簧、阀芯、阀座等组成。 电磁线圈接通电流时会产生电磁吸力。当电磁线圈产生的电磁吸力超过复位弹簧的弹力时，活动铁心在电磁吸力的作用下就会向固定铁心方向移动，使阀心离开阀座将旁通空气道打开。当电磁线圈断电时，活动铁心与阀心在复位弹簧的作用下左移复位，将旁通空气道关闭。旁通空气道的开启与关闭时间由发动机ECU 发出的占空比信号控制，如图6-25 所示。占空比Rc 是指在一个信号周期T 内，高电平ton 所占的比率，toff 为低电平所占的时间。 发动机工作时，ECU 根据怠速转速高低，向脉冲电磁阀发出频率相同而占空比不同的控制脉冲信号，通过改变阀心开启与关闭的时间来调节旁通进气量。占空比在18%～82%之间的范围内变化。当怠速转速过低时，ECU 将减小占空比，使电磁阀线圈通电时间长，断点时间缩短；阀门开启时间增长，旁通进气量增多，怠速转速将升高，防止发动机熄火；当怠速转速过高时，ECU 将减小占空比，使电磁线圈通电时间缩短，断点时间增长，阀门开启时间缩短，旁通进气量减小，怠速转速将降低。 任务3 节气门直动式怠速控制执行机构 节气门直动式怠速控制执行机构控制节气门的开启程度，以调节怠速时的空气流量，来实现怠速的控制。如桑塔纳时代超人，节气门直动式怠速控制执行机构与节气门体做成一体。 一、节气门直动式怠速控制 节气门直动式怠速执行器主要由直流电动机、减速齿轮、丝杆等部件组成。执行器的输出是传动轴的前后运动，它与节气门操纵臂的全闭限位器相接触，决定了节气门的最小开度。当微机控制直流电动机通电时，电动机产生旋转力矩，通过减速齿轮减速时，增大了旋转力矩，然后又通过丝杆转动变为传动轴的前后直线运动，从而通过传动轴的运动，使节气门最小开度随之变化，达到调节节气门处的空气通道面积，来实现怠速的控制。 这种节气门直动式怠速控制执行机构具有较强的工作能力，控制稳定性好，但反应速度 一般。同时，整个执行器的外形尺寸也较大，在安装时受到一定限制，其主要应用在大众、 奥迪等欧洲车系中。 二、节气门直动式怠速控制系统的组成及功用 节气门控制组件是由怠速开关、怠速节气门位置传感器、节气门位置传感器和怠速控制电机等组成。 ①节气门位置传感器与节气门轴相连，与驾驶员操纵的加速踏板联动。 通过安装在节气门轴一端的滑臂在电位计电阻上滑动，将节气门开度转换为电信号输送给ECU，在发动机工作转速范围内，向ECU 提供当时的节气门位置信号，作为ECU 判断发动 机运转工况的依据。 ②怠速节气门位置传感器主要是反应怠速时节气门的开度。它安装在节气门体内，与怠速控制电机连接在一起，可将节气门的开度、怠速控制电机的位置信号输送给ECU，当怠速节气门位置传感器到达调节范围极限时，电位计不再移动，节气门仍可继续开启，当怠速节气门位置传感器的信号中断时，节气门控制组件将利用弹簧进入应急状态工作，将节气门拉开到固定位置，使怠速转速升高。 ③ 怠速开关与节气门主驱动轴相连，给发动机ECU 提供怠速状态信息。当节气门关闭时，怠速开关触点闭合，ECU 判断发动机处于怠速状态，从而按怠速工况要求控制喷油量；当节气门打开时，怠速开关触点断开， ECU 根据这一信号控制从怠速到小负荷的过渡工况的喷油量。怠速开关信号还可作为ECU 判断是否进行怠速自动控制和急减速断油控制的依据。 ④ 怠速控制电机在怠速调速范围内，通过齿轮传动机构来操纵节气门，使其开度增大或减小。当发动机怠速工作时，怠速气门位置传感器将其阻值变化转换为电信号输入ECU，ECU 接受到该信号后，根据信号电压高低确定节气门的位置，再控制怠速控制电机，通过怠速控制电机微量调节节气门开度来调节发动机的怠速转速。 当怠速控制电机发生故障或ECU 对怠速电机的控制失灵时，应急弹簧将把节气门拉开 到固定位置，使怠速转速升高。 实训三 检修节气门怠速控制系统的故障 【实训目标】 1.现场指认发动机节气门怠速控制机构的名称和作用。 2.学会检测节气门怠速控制机构。 【实训步骤】 Step1：机械故障检查 目测积碳、电机轴承磨损、齿轮断齿、驱动机构卡滞等。 Step2：供电检测 电源线：拔下连接器，测量插头4 脚与搭铁之间的电压，应为5.0±0.5 V。 搭铁线：拔下连接器，测量插头7 脚与搭铁之间的电阻，应小于1.5 Ω。 Step3：检测怠速开关 拔下连接器，测量插座3 脚与7 脚之间的电阻，松开加速踏板，节气门全闭时应小于1 Ω；缓慢踩下加速踏板，节气门打开时应为无穷大。 Step4：检测怠速节气门位置传感器 使用万用表检测：插好连接器，发动机正常怠速，测量8 脚与搭铁之间的信号电压，应为2.8～3.6 V。电机驱动器检测：装上电机驱动器，打开驱动器电源，节气门转臂转至起始位置；按“ － ”键，转向最小位置；按“+”键，转向增大位置。 Step5：检测怠速直流电机 拔下连接器，测量插座1 脚与2 脚的电阻，应为3～200 Ω。 Step6：设定系统怠速 清洗节气门体、更换节气门体或更换ECU 后，应进行怠速基本设定。基本设定时间5～10 s，期间不能拆装任何电控元件及导线，不能踩加速踏板。 三、怠速控制过程及电路当发动机负荷增大，需要发动机快怠速运转，目标转速高于实际转速时，ECU 将控制怠速控制阀（增大比例电磁阀式怠速控制阀的占空比，或增加步进电机步进的步数）增大旁通进气量来实现快怠速；反之，当发动机负荷减小，目标转速低于实际转速时，ECU 将控制怠速控制阀减小旁通进气量来调节怠速的转速。 四、怠速控制执行机构（美国通用公司步进电机型） 通用汽车公司的步进电机型怠速控制阀（IAC）结构与电路。在节气门全关位置（怠速状态）下，发动机控制电脑ECM 根据电源电压、水温信号、发动机负载信号（空气流量计／进气压力传感器、空调开关信号、动力转向开关信号、驻车／空挡开关信号）、发动机转速信号和车速信号，输出控制命令控制怠速控制阀（IAC）的动作，改变怠速空气旁通道开启截面，从而改变控制怠速转速，针阀离开底座可以增加怠速进气量，提高怠速转速，针阀靠近底座可以减少怠速进气量，降低怠速转速。 怠速控制阀通过涡轮机构，将带有24 个磁极的转子的旋转运动转变为锥形阀的直线运 动，其调节范围为0～255 步级，怠速空气旁通道全关为0 ，怠速空气旁通道全开为255。 发动机每次关闭时，动力控制模块ECU（不但控制发动机，而且控制自动变速器的换挡）均向IAC 发出步级指令，按校准步骤，让针阀移动到底座（伸出），然后离开底座（缩 回）至上一次起动时的位置，这为重新起动发动机时，建立了一个正确的工作参数。 在检修IAC 阀时，不要用手推或拉动针阀，否则可能损坏涡轮螺杆的螺纹；也不要将控制阀浸没在任何清洗液中，因为控制阀是个微型电机，浸在清洗液中可能会损坏；针阀及阀座锥面上有亮点是正常的，并不是接触不密封；要注意检查O 形圈，安装时涂一点机油；更换新IAC 阀要注意型号，新阀尖到安装法兰座距离应不大于28 mm，否则可轻轻压回；拆过电源线或ECU 插头，在装回后，点火开关先“ON”5 秒，再“0FF”5 秒，再起动发动机，以便使ECU 恢复怠速控制记忆。 【要点回顾】 1.怠速控制的方式目前可分为两种类型，一种是旁通空气式；另一种节气门直动式。其中节气门直动式控制目前最为常见。 2.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。 3.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，把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。 4.怠速控制系统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旁通空气通道。 5.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。 6.旁通空气式怠速控制执行机构按结构分为平动电磁阀式、旋转电磁阀式和步进电机式。 7.旋转电磁阀怠速控制阀，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。 8.步进电机式空气调节器主要由阀芯、阀轴、阀座、转子、定子线圈、壳体等组成。 9.怠速节气门位置传感器主要是反应怠速时节气门的开度。它安装在节气门体内，与怠速控制电机连接在一起，可将节气门的开度、怠速控制电机的位置信号输送给ECU。 学后测评 一、填空题 1.旁通空气式怠速控制执行机构的种类较多，一般按结构分为 、 和 几种。 2.平动电磁阀式怠速控制执行机构主要由 ，其电磁线圈的驱动电流为 。 3.步进电机式空气调节器主要由 、 、 、 、 、 等组成。 4.ECU 对怠速控制装置的控制内容因发动机而异。对于步进电机式怠速控制装置，其 控制内容主要有 、 、 、 、 、 。 5.脉冲电磁阀式怠速控制阀主要由 、 、 、 、 、 等组成。 6.旋转电磁阀式怠速控制方式是： 在发动机工作过程中，由 将检测到的 实际值与其 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 。 7.节气门控制组件是由 、 、 和 等组成。 8.怠速节气门位置传感器主要是反应 。它安装在节气门体内，与 连接在一起，可将 输送给ECU。 9.怠速控制方式目前可分为两种类型：一种是 ，另一种是 。其中 控制目前最为常见。 10.怠速控制系统控制内容可分为 和 。 11.平动电磁阀式怠速执行器由 、 、 和 等 组成。 二、判断题 12.旋转电磁阀怠速控制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 及电插等所组成。 （ ） 13.旋转电磁阀怠速控制阀，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。 （ ） 14.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，把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。 （ ） 15.发动机怠速控制系统主要由发动机ECU、执行器和各种传感器等组成。 （ ） 16.怠速控制系统执行器的主要部件是怠速控制阀ISVC 主要作用是检测节气门旁通空气 流通量。（ ）