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1、授课教师： 课程名称： 汽车发动机 电控系统 汽车发动机电控系统 3.1 概述 3.1.1怠速控制的作用及实质 3.1.2怠速控制的组成和控制原理 3.2 怠速控制的类型和控制过程 模块3 怠速控制系统 3.1.1、怠速控制的作用及实质 所谓怠速，是指发动机在无负荷情况下的稳定定运转状态 。 怠速控制装置的作用：就是由ECU自动维持发动机怠速稳定 运转。 怠速控制机构通过对怠速空气量的控制来控制发动机的 怠速转速。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少 ，从而使怠速转速
2、降低，以免怠速转速过高。怠速时的喷油量 则由ECU根据预先设定的怠速空燃比和实际充气量计算确定。 怠速控制的实质是控制怠速时的进气量。 3.1.2、怠速控制系统的组成和控制原理 1.怠速控制系统的组成： 如图，主要由传感器、 ECU、和执行元件三部分组 成。 下一页 图3-1 怠速控制的组成和控制过程 2、怠速控制原理 怠速转速的控制过程如下：ECU首先根据怠速触点 IDL信号和车速信号，判断发动机是否处于怠速状态。判 定为怠速工况时，再根据发动机冷却液温度传感器信号 、空调开关、动力转向开关等信号，从存储器存储的怠 速转速数据中查询相应的目标转速，然后将目标转速与 曲轴位置传感器检测的发动机
3、实际转速进行比较。 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 发动机负荷减少，目标转速低于实际转速时，ECU将控 制怠速控制阀减少旁通进气量来调节怠速转速。 1、节气门 2、进气管 3、节气门操纵臂 4、执行元件5、怠速空气道 A）节气门直动式 b）旁通空气式 怠速控制也就是对 怠速工况下的进气量 进行控制。 控制基本类型有： 旁通空气式和节气门 直动式。如右图 3.2.1、旁通空气式 3.2.2 节气门直动式 3.2 怠速控制的类型和控制过程
4、 1.石蜡式附加空气滑阀 2.旋转滑阀式怠速控制机构 3.步进电动机式怠速控制执行机构 4、旋转电磁阀型怠速控制机构 3.2.1、旁通空气式 1.石蜡式附加空气滑阀 石蜡式附加空气滑阀根据 发动机的冷却水温度控制 空气旁通截面积。控制力 来自恒温石蜡的热胀冷缩 ，而热胀冷缩随周围温度 而变化。其结构原理如图3 4所示。 发动机冷却水温度较低时 ，恒温石蜡收缩，提动阀 在外弹簧8的作用下打开。 随着温度的升高，恒温石 蜡膨胀，推动连接杆使提 动阀慢慢关闭，发动机怠 速运转转速下降。当暖车 后，提动阀将完全关闭其 空气通道，发动机恢复至 正常怠速。 2.旋转滑阀式怠速控制机构 结构：它主要由永久磁
5、铁、电枢、 旋转滑阀、电刷及引线组成。旋转 滑阀固装在电枢轴上，与电枢轴一 起转动，用来控制流过旁通气道的 空气量。永久磁铁固装在外壳上， 其间形成磁场。电枢铁芯上缠有两 组绕向相反的电磁线圈L1和L2，当 线圈L1通电时，电枢带动旋转滑阀 顺时针偏转，旁通气道截面关小； 当线圈L2通电时，旋转滑阀逆时针 偏转，旁通气道截面开大。 下一页 2.旋转滑阀式怠速控制机构 工作原理：线圈L1与ECU内部的 三极管V2连接，脉冲控制信号直 接加到V2的基极，线圈L2与 ECU内部的三极管V1连接，脉 冲控制信号经过反向器将高低电 平反向后加到三极管V1的基极 上。因此，当脉冲信号的高电平 到来时，三极
6、管V1截止、V2导 通，线圈L1通电、L2断电；反 之，当脉冲信号的低电平到来时 ，三极管V2截止、V1导通，线 圈L2通电、L1断电。这样，两 个电枢绕组总是交替地通过电流 ，又因为两线圈绕向相反，致使 电枢上交替产生方向相反的电磁 力矩。 图36 旋转滑阀式怠速控制装置电路连接图 下一页 2.旋转滑阀式怠速控制机构 控制原理：占空比RC 是指在一个信号周期T 内，高电平时间ton所占的比率，如图3-7所 示，tof为低电平所占时间。 当占空比等于50时，如图3-7a)所示，线圈 L1 、L2的平均通电时间相等，产生的电磁力 矩互相抵消，电枢轴与滑阀将保持在某一位 置不动。 当占空比小于50
7、时，如图3-7b)所示，L2 的通电时间长，L1的通电时间短，两者合成 的电磁力矩使电枢带动旋转滑阀逆时针偏转 ，使旁通气道开启面积加大，旁通进气量增 多，发动机的怠速转速将升高。 当占空比大于50时，如图3-7c)所示，L1 的通电时间长，L2的通电时间短，两者合成 的电磁力矩使电枢带动旋转滑阀顺时针偏转 ，使旁通气道开启面积减小，旁通进气量减 少，发动机的怠速转速将降低。 图37 占空比示意图 a)占空比等于50% ； b) 占空比小于50% c）占空比大于50% （1）结 构： 步进电机与怠速控制阀做成一 体，装在进气歧管内。执行机 构是由永久磁铁构成的转子、 激磁线圈构成的定子和把旋转
8、 运动变成直线运动的进给丝杆 及阀门等组成。它利用步进转 换控制，使转子可顺时针也可 逆时针旋转，从而使阀芯上下 运动（轴向移动）改变阀与阀 座之间的间隙以达到调节旁通 空气道截面的目的，从而调节 流过节气门旁通空气道的空气 量。 步进电动机的结构如图所示 ，主要由用永久磁铁制成有16 个（8对）磁极的转子和两个 定子铁心组成 。 图3-8 步进电机型怠速控制阀 1阀座 2阀轴 3定子线圈 4轴承 5 进给丝杆 6转子 7阀芯 8旁通空 气进口 图3-9 定子结构 3.步进电动机式怠速控制执行机构 下一页 定子爪极的位置 步进电机的转子由永久磁铁构成，N极 和S极在圆周上相间排列，共有8对磁极
9、 ，定子由A、B两个定子组成，其内绕有 A、B两组线圈，线圈由导磁材料制成的 爪极包围。（如图3-9所示）每个定子各 由8对爪极，每对爪极（N极与S极）之 间的间距为1个爪的宽度，A、B两定子 爪极相差1个爪的差位，构成一体安装 在外壳上。如图3-10所示 图3-10 定子爪极的位置 下一页 图3-11 相线绕组的控制电路 相线绕组的控制电路 ECU通过控制定子相线绕组的电压脉冲 ，交替变换定子爪极极性，使步进电机 转子产生步进式转动。A、B两定子绕 组分别由1、3相绕组和2、4相绕组构成 ，由ECU晶体三极管控制各相绕组的搭 铁，如图3-11所示。 （2）工 作 原 理 步进电动机的工作原理
10、工作 原理如图，当ECU控制使步进 电机的线圈按1-2-3-4顺序依次 搭铁时，定子磁场瞬时针转动 ，由于与转子磁场间的相互作 用，使转子随定子磁场同步转 动。同理，步进电动机的线圈 按相反的顺序通电时，转子则 随定子磁场同步反转。定子有 32个爪级，步进电动机每转一 步为1/32圈，工作范围为0 125个步进级。 a）输入脉冲 b）工作过程 下一页 （3）步进电动机型怠速控制阀电路 微机按照一定的顺序，控制驱动电路中的三极管VT1-VT4适时导 通，分别向步进电机四个线圈（定子线圈）供电，驱动步进电机 转子旋转，调节旁通空气道的开度，从而调节旁通空气量，使发 动机转速达到所要求的目标转速。
11、下一页 1）起动初始位置的确定 2）起动控制； 3）暖机控制 4）反馈控制 5）发动机负荷变化的预控制 6）学习控制 （4）控制项目 (1)控制阀的结构与工作原理 (2)控制阀的控制内容 4、旋转电磁阀型怠速控制机构 (1)控制阀的结构与工作原理 结构如左图，阀安装在阀轴的中部，与带有永久磁铁的轴 一同转动，改变旁通空气道的截面，从而控制流过旁通气道 的空气量。 圆柱形永久磁铁装在阀轴的末端，当永久磁铁的磁场与线 圈L1和线圈L2产生的电磁场相互作用时，使圆柱形永久磁铁 产生偏转。其磁场工作原理如图3-16所示。 结构图 位置涂 原理图 下一页 磁场工作原理： 线圈L1和线圈L2及其铁芯装在
12、圆柱形永久磁铁对应的圆周位置 上。当ECU给线圈L1和L2通电 时，线圈铁芯产生电磁场，面向 圆柱形永久磁铁的一端均为电磁 场的N极（如图316所示）。 在磁场的作用下，圆柱形永久磁 铁和轴一起旋转。ECU可通过 控制线圈产生的磁场强度改变轴 的转角。控制原理如图3-17所示。 图3-16 磁场工作原理图 下一页 控制原理：ECU根据有关信 号计算出发动机所处工况的占空 比，输出相应的控制信号，驱动 功率Tr1和Tr2，使L1和L2线圈通 电。线圈通电时产生的磁场与圆 柱形永久磁铁的磁场相互作用， 使阀轴偏转。 ECU以一固定周期使线圈接 通或断开。由于占空比控制信号 和三极管Tr1基极之间接
13、有反向器 ，故三极管Tr1和Tr2集电极输出 相位相反 图3-17 控制电路的工作原理 图3-18 工作原理图 下一页 图3-19 工作原理图 当占空比为50时，L1 和L2线圈的平均通电时 间相等，产生的磁场强 度相同，与永久磁铁产 生的磁场作用相抵消， 阀轴停止转动，当占空 比超过50时，线圈L2 的磁场强度超过L1的磁 场强度。永久磁铁将转 过一定角度，使旁通口 打开 下一页 图3-20 旋转电磁阀型怠速控制原理电路 起动控制 暖机控制 反馈控制 发动机负荷变化时的预控制 学习控制 （2）控制阀的控制内容 节气门直动式怠速控制执行机构通过控制节气门的开启程度，调节 空气通路的截面以调节怠
14、速时的空气流量，从而实现怠速控制。结构 如图，主要由直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等组 成。 3.2.2、节气门直动式怠速控制器 ）外形图 ）结构图 1、节气门操纵臂 2、怠速控制器 3、节气门体 4、喷油器 5、燃油压力调节器 6、节气门 7、防转六角孔 8、弹簧 9、直流电动机 10、11、13 、齿轮 12、传动轴 14、丝杠 下一页 当直流电动机通电转动时，经减速 齿轮机构减速增扭后，再由丝杠机构将 其旋转运动转换为传动轴的直线运动。 传动轴顶靠在节气门最小开度限制器上 ，发动机怠速运转时，ECU根据各传感 器的信号，控制直流电动机的正反转和 转动量，以改变节气门最小开度限制器 的位置，从而控制节气门的最小开度， 实现对怠速进气量进行控制的目的。 原理：
