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1、第6章 怠速控制,第一节 概述 第二节 旁通气道式怠速控制执行机构的分类 第三节 辅助空气阀 第四节 电磁阀式怠速控制执行机构 第五节 旋转滑阀式怠速控制执行机构,第6章 怠速控制,第六节 步进电机式怠速控制执行机构 第七节 节气门直动式怠速控制系统 第八节 怠速控制系统故障,第一节 概述,所谓怠速控制(ISC = Idle Speed Control )，通常是指发动机在无负荷(对外无功率输出)情况下的稳定运转状态，即发动机在实试台上，且外界阻力恒定的情况。实际中不可能对外无功率输出，所以怠速是指发动机维持自身机构(曲柄连柄机构和配气机构)克服阻力运动、维持自身系统(五大系统中的润滑系统、冷
2、却系统和允电系统)的运转和维持发动机各系统的输出能力，不只满足发动机本身的需要，也要满足整车其他系统的使用要求的转速。从这个角度看，控制系统为维持这个怠速值，不同情况、相同的怠速转速输出的扭矩不同，输出的功率随之不同。以上这段新怠速概念相对以前的怠速概念有很大改变。,下一页,返回,第一节 概述,怠速转速过高，会增加燃油消耗量。汽车在交通密度大的道路上行驶时，约有30%的燃油消耗在怠速阶段，因此怠速转速应尽可能降低。但考虑到减少有害物的排放，怠速转速又不能过低。另外，还应考虑所有怠速使用条件下，如冷车运转与电器负荷、空调装置、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况，它们都会引起怠速转速变化，使
3、发动机运转不稳甚至引起熄火现象。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,现在(2007年)市面上大多数早期车或新款低档车，发动机输出功率时，其转速是由驾驶员通过加速踏板的拉索拉动节气门轴旋转、改变节气门的位置、调节充气量来实现的。但在怠速时，驾驶员的脚已离开加速踏板，为此在电子控制发动机上，都设有怠速转速控制装置，对发动机进气量进行跟踪阻力变化调节。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,现在(2007年)中高档车配备电控发动机，其功率输出完全由电脑控制的电子节气门控制。在怠速时，驾驶员的脚已离开加速踏板，电脑通过油门踏板位置传感器识别为怠速，发动机的控制系统根据怠速转速变化情况，对发动机进气量进
4、行跟踪阻力变化调节。怠速转速控制的实质是对怠速时进气量的控制。怠速时喷油量不用另外单独控制，只要根据此时空气流量数据匹配这个工况下的空燃比的喷油量即可，这样不改变混合气的空燃比，可以避免影响其他发动机指标。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,一、怠速控制的内容怠速控制的内容，随车型的不同而有较大差异。一般电脑对怠速进行控制的内容包括:1.启动控制为了改善发动机的再启动性能，在上次发动机点火开关关断(OFF)后，电脑控制怠速控制机构回位或机械弹簧拉动怠速控制机构在全开位置，这样保证在下一次启动期间，经过怠速控制机构的旁通空气量最大，发动机能易克服阻力启动。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,
5、实车操作观察启动工况:点火开关打到启动挡，怠速控制机构在怠速范围的最大开度，启动后的最大进气量使转速很高，所以打起动机时刚着火时发动机噪声很大。因发动机在不同温度和机械阻力环境中，运转阻力不同，启动后最大进气量支持的转速不同。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,2.启动后控制在发动机启动后，若怠速控制机构仍保持在全开状态，怠速转速会升得过高。所以在启动期间或启动后，发动机转速达到规定值(此值由冷却水温度确定)时，电脑开始控制怠速控制机构，将阀门关小到由冷却水温确定的阀门。实车操作观察启动后控制:假设启动最高升至1 800 r/min，启动后发动机立即由1 800 r/ min降到当时水温决定
6、的冷车高怠速转速开始点，这里假设为1 600 r/min。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,3.暖机过程控制在暖机时，随着水温升高，发动机自身的运转阻力变小，根据冷却水温所确定的位置，怠速控制机构开始逐渐关闭。当冷却水温度达到正常温度时(不同车系的研发人员规定的这个值不同，丰田车系认为水温到70后，大众车系认为水温到80后)，暖机控制结束。实车操作观察:发动机转速由1 600 r/min下降。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,4. 速反馈控制在怠速运转时，如果发动机的实际转速与电脑存储器存储的目标转速相差超过一定值时，电脑将通过控制怠速控制机构，增减怠速空气量，使发动机的实际转速与目标
7、转速相同。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,实车操作观察:随着水温慢慢升高，丰田车系的怠速控制机构控制的进气量逐渐减少，发动机转速下降，至正常温度70时，由暖机过程控制转入目标转速反馈控制(热车目标转速750850 r/min )。到达目标转速后的怠速控制机构变化不再根据水温变化继续关小怠速控制机构，而是在此怠速控制机构位置上微调。微调的方向根据发动机转速偏离目标转速情况而定。由于设计允许偏离转速较小怠速控制机构就开始对应控制，所以观察者在发动机转速表上几乎看不到转速变化，但在检测仪的数据流中可以注意到发动机转速的变化情况。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,5.负荷变化的控制发动机在怠
8、速运转时，如变速器挂挡和摘挡、空调电磁离合器的接通或断开、转动方向盘都将使发动机的负荷立刻发生变化。为了避免发动机怠速时转速波动或熄火，在发动机转速出现变化前，电脑控制怠速控制机构开大或关小一个固定距离。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,开大灯、启动冷却风扇和鼓风机等用电器，用电负载增大，蓄电池端电压会降低。为了保证电脑常电端子和点火开关供电端子具有正常的供电电压，需要控制怠速控制机构，相应地增加空气量，提高发动机怠速转速，提高发电机的输出功率。实车操作观察:以上负荷在作怠速检查时要一项功能一项功能地测试，负荷启动后见数据流中发动机转速或电瓶电压读数下降后，发动机伴随点火提前角增大，同时怠
9、速进气量增加。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,6.学习控制电脑通过怠速控制机构的伸缩，确定怠速控制机构的位置，达到调整发动机怠速转速的目的。但由于发动机在整个使用期间，其性能会发生变化，如怠速控制机构阀口变脏、发动机大修、更换过发动机等都会影响发动机在同样怠速控制机构开度下的发动机转速。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,如果怠速控制机构的位置不跟随改变，怠速转速会变得和初设的数值不同。为防止这种情况发生，电脑利用反馈控制的方法，使发动机转速达到目标值。与此同时，电脑将怠速控制机构的开度存储在存储器中，在以后的怠速控制中使用。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,实车操作观察:学习控制
10、也叫自适应控制。电脑将怠速控制机构的开度存储在存储器中，在以后的怠速控制中使用时，当发动机性能变化(动力性因故障变坏或大修后变好)，怠速控制机构性能变化(变脏或脏后清洗)，如果仅靠电脑根据发动机目标转速自学习，有时自学习时间长，在这段时间内怠速不正常。例如:直动式节气门在使用2万3万km时变脏，电脑会在稍脏时，根据目标转速开大节气门(此时节气门为怠速控制机构)保证怠速稳定。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,但节气门脏到一定程度时，电脑的自学习功能会超限，在故障码中会提示怠速自适值超限。洗完节气门后，由于电脑内存储的自适应值不会立刻随目标转速发生改变，所以会造成怠速一段时间居高不下，这是正常
11、现象。如果再给电脑怠速一段时间会重新自适应，怠速会自然稳定。有些车系为了快速自适应设计了基本设定程序，由检测仪直接控制怠速控制机构找到怠速执行机构开度的最小位置和最大位置，从而快速计算出怠速稳定点，找到自适应值。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,7.减速控制节气门被打开时，发动机的动力所需要的进气量全由节气门主气道提供，怠速旁通气道此时已无关紧要。但是为了防止松加速踏板熄火，电喷发动机在设计时已经考虑到应该在加速工况下开大怠速旁通气道，防止发生减速不稳而熄火的现象。怠速控制机构的旁通气道的打开量值比正常怠速时的开度还要大些。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,松加速踏板过程是减速过程，发
12、动机从加速工况突然进入怠速工况，节气门完全关闭，怠速触点闭合。虽然车速不会马上降下来，但发动机转速在迅速下降。如果加速时怠速旁通气道全关，松加速踏板后节气门也全关，没有空气进入发动机气缸，即使有油有火，发动机此时也不会工作。当发动机转速一直下降到目标转速时，控制单元才控制怠速控制机构来调节怠速进气量，但已为时过晚。由于控制滞后，转速会一直下降到目标转速以下，使发动机抖动以至熄火。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,若在加速工况，怠速控制机构仍保持在标准怠速的开度位置，由于减速惯性的作用，也同样会下降至低于目标转速，造成发动机抖动不稳。为了使松加速踏板时，转速不至于下滑到目标转速，应首先开大怠
13、速控制机构进气量，让转速下滑到怠速工况时有一个缓冲过程，先下滑到目标转速以上(如1 200 r/min )，然后再进入正常怠速控制，这样才能保证发动机的稳定。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,实车操作观察:在数据流中观察，在加速的非怠速工况，怠速控制机构的开度比怠速稳定时稍增大，但怠速控制机构的开度和启动位置及启动后位置相比要小。以上怠速控制功能并不是下面要讲的怠速控制机构都有。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,二、怠速控制的两种基本类型(重点)怠速进气量的控制对策、方式随车型而有所不同。对电控燃油喷射发动来讲，目前怠速控制可分为两种基本类型:1.控制节气门旁的旁通空气道的空气流量这种
14、控制方式现在有被淘汰的趋势。它包括四种控制方式:(1)温度控制机械装置控制高怠速，有石蜡式和双金属片式(不能怠速提升)，不能独立完成怠速稳定和怠速提升;(2)电磁阀控制怠速;,下一页,返回,上一页,第一节 概述,(3)旋转滑阀式控制怠速;(4)步进电机式控制怠速。温度控制机械装置控制高怠速、电磁阀控制怠速稳定和怠速提升已趋于淘汰。旋转滑阀式和步进电机式控制怠速在国内较多。图6-1所示为步进电机式怠速控制。发动机怠速时，节气门处于全关闭的位置，怠速运转所需要的空气经怠速空气旁通气道进入进气总管，在旁通气道中安装了能改变通道截面积的怠速空气调整螺钉，通过旋进或旋出怠速调整螺钉，调整发动机怠速转速。
15、,下一页,返回,上一页,第一节 概述,怠速工况时，如果怠速螺钉调的进气量过大或过小，会导致怠速控制机构的开度初始位置被调至过大或过小，都将影响怠速控制机构的关小或开大的范围，从而易产生故障。如果怠速螺钉调的进气量过大，怠速控制机构在目标转速反馈作用下，进气量自动会关小。发生进一步多进气的情况时，怠速控制机构不能再关闭减少进气量，所以易造成怠速转速过高。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,如果怠速螺钉调得进气量过小，怠速控制机构在目标转速反馈作用下，怠速控制机构控制的进气量会开大，发生堵塞等进气少或有负荷需要多进气的情况时，怠速控制机构不能再开大增加进气量，所以易造成有负荷时，怠速转速下降，抖
16、动以至熄火。所以怠速工况下的怠速螺钉是值得重视的，不可盲目调节怠速螺钉，应该有一个清晰适中的调量。其目的是让怠速阀在怠速工况有一个较宽的自由调量，使怠速控制机构能攻能守。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,2.直接控制节气门位置的节气门直动式节气门直动式又分为两种类型:(1)“怠速电机”仅控制怠速的空气流量。图6 -2所示为带节气门拉索的节气门直动式怠速控制机构，也称半电子节气门。(2)“节气门全程电机”控制所有工况的空气流量。这种节气门也叫电子节气门。图6-3所示为节气门直动式怠速控制和全程控制机构。,下一页,返回,上一页,第一节 概述,两种类型都是通过调节空气通路截面的方法，来控制空气流量的。旁通空气道式是2000年以前车型上最常见的一种，现在节气门直动式越来越多。可以想象不久以后，旁通空气道的空气流量调节会被电子节气门取代。如图6 -2所示带拉索的节气门直动式怠速控制，电脑通过控制永磁可逆电机，只在角度1这个范围内控制怠速，角度2仍然由与油门踏板相连的节气门拉索控制，例如捷达和红旗等。,下一页,返回,
