發動機怠速控制系統組成結構與原理

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怠速控制系統部件的組成結構

（1）節氣門直動式怠速控制執行器

一種安裝于單點噴射式發動機節氣門體上的節氣門直動式怠速控制執行器，如下圖所示，它由以下兩部分組成。

節氣門直動式怠速控制執行器

1—節氣門操縱臂；2—節氣門體；3—怠速控制執行器；4—噴油器；5—壓力調節器；6—節氣門；7—防轉動六角孔；8—彈簧；9—電動機；10，11，13—減速齒輪；12—傳動軸；14—絲桿

① 直流電動機。

怠速控制執行器的動力部分，由ECU通過驅動電路控制其轉動。

② 傳動機構。

起增矩減速的作用，并將電動的旋轉運動變為節氣門操縱臂限位片的直線運動。

當ECU輸出怠速調整控制信號時，通過驅動電路使電動機通電，并轉動與控制信號脈沖相應的轉角，經傳動機構的傳動后，使節氣門操縱臂限位片移動，從而改變了怠速時節氣門的開度。

（2）步進電動機式怠速控制閥

步進電動機式怠速控制閥主要由步進電動機、絲桿機構和空氣閥等組成（下圖）。

步進電動機式怠速控制閥

1—空氣閥閥座；2—閥桿；3—定子繞組；4—軸承；5—絲桿；6—轉子；7—空氣閥閥體

步進電動機的轉子與絲桿組成絲桿機構，當步進電動機轉子在怠速控制信號的控制下轉動時，絲桿作直線移動，通過閥桿帶動空氣閥上、下移動，使空氣閥開啟或關閉。

步進電動機式怠速控制閥的典型控制電路如下圖所示。

當需要調整怠速時，怠速控制系統通過ECU內部的步進電動機驅動電路使步進電動機的4個繞組依次通電，使步進電動機轉動，將空氣閥移動至適當的位置。

主繼電器控制電路的作用是當點火開關關斷時，使ECU繼續通電2s，以便使ECU完成啟動初始位置的設定。在點火開關斷開后的這2s時間里，步進電動機在ECU的控制下轉動，使空氣閥開啟至最大，為下次啟動進行準備。

（3）直動電磁閥式怠速控制閥直動電磁閥式怠速控制閥

直動電磁閥式怠速控制閥的電磁線圈通電后產生的電磁力吸引閥桿克服彈簧力作軸向移動，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現。電磁閥電流消失，閥在彈簧力的作用下回位（關閉）。

直動電磁閥式怠速控制閥

1—閥；2—閥桿；3—線圈；4—彈簧；5—殼體；6—消除負壓用的波紋管

（4）轉動電磁閥式怠速控制閥

轉動電磁閥式怠速控制閥有兩種形式，一種是轉子為永久磁鐵，電磁線圈在定子上；另一種是定子為永久磁鐵，電磁線圈繞在轉子中。下圖所示的是定子為永久磁鐵、轉子中繞有兩組繞組的轉動電磁閥式怠速控制閥。

轉動電磁閥式怠速控制閥

1—電路插接器；2—殼體；3—定子（永久磁鐵）；4—轉子；5—附加空氣通道；6—旋轉閥

電路原理轉動電磁閥式怠速控制閥的控制電路如下圖所示。

ECU中微機輸出的怠速控制占空比信號經驅動電路（反相器及VT1、VT2）后，輸出同頻反相的電磁閥控制脈沖ISC1、ISC2。轉子的兩個繞組中，其中一個通電使閥打開，另一個通電使閥關閉。當需要調整怠速時，微機通過改變控制信號的占空比，使兩個繞組的通電時間發生變化，從而使閥的開啟程度發生改變。

（5）開關電磁閥式怠速控制閥

開關電磁閥式怠速控制閥只有開和關兩種狀態，即電磁線圈通電時，閥被打開，電磁線圈斷電時，閥就關閉。開關電磁閥式怠速控制閥的結構如下圖所示。

開關電磁閥式怠速控制閥

1—電磁線圈；2—接線端子；3—閥；4—來自空氣濾清器；5—至進氣管

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，通過調整電磁閥的開閉比率實現怠速的控制。開關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，控制電磁閥的通電或斷電。因此，開關控制方式的電磁閥式怠速控制閥只有打開（高怠速）和關閉（正常怠速）兩種工作狀態。

發動機怠速控制系統原理

不同的車系，怠速控制系統的構成與具體控制內容會有一些差別。典型怠速控制系統的組成及控制原理如下圖所示。

怠速控制系統的組成與控制原理

1—目標轉速；2—比較電路；3—控制量計算；4—驅動電路；5—怠速狀態判斷

（1）怠速穩定控制

發動機怠速穩定控制實際上是一種轉速反饋控制。在微機存儲器中，存儲有發動機在不同狀態下的最佳穩定怠速參數（目標轉速）。

當發動機處于怠速工況時，怠速控制系統不斷地監測發動機的轉速，并與當前發動機狀態下的目標轉速進行比較，當發動機怠速出現波動，偏離了設定的目標轉速時，ECU輸出控制脈沖使怠速控制執行器動作，將發動機的怠速調節在設定的目標轉速范圍之內。

怠速穩定控制所需的傳感器信號有以下幾種：

◆發動機轉速傳感器，提供發動機在怠速工況下的發動機轉速信號。

◆節氣門位置傳感器，提供節氣門關閉信號，是ECU判斷發動機是否處于怠速工況的基本信號。

◆發動機冷卻液溫傳感器，提供發動機溫度信號，ECU根據此信號選定目標轉速。

◆車速傳感器，提供汽車行駛速度信號，當車速低于2km/h，且節氣門關閉，ECU

作出“發動機處于怠速工況”的判斷，進入怠速控制程序。

◆空調開關，提供空調關斷信號，只有在空調不使用時，ECU才進入發動機轉速反饋式怠速穩定控制。

（2）高怠速運行控制

① 發動機負荷高怠速控制

在節氣門處于關閉位置（發動機在怠速工況），但需要發動機帶動一定的負荷以較高的轉速下運轉時，ECU輸出控制信號，使怠速控制執行器動作，將發動機的怠速調高至某一值。比如，在使用汽車空調、蓄電池虧電等情況下，怠速控制系統通過高怠速運行控制，使發動機在一個較高的怠速下運行，以保證在發動機怠速工況下的空調系統正常工作和及時向蓄電池補充電能。

② 轉速變化預見性高怠速控制

在發動機怠速工況時，為避免發動機驅動的附加裝置的阻力矩突然增大而導致發動機怠速下降甚至熄火，ECU在接收到附加裝置阻力矩增大的有關電信號時，就輸出控制信號，通過怠速控制執行器預先調大怠速進氣量。

怠速控制系統高怠速運轉控制除了利用發動機轉速傳感器、節氣門位置傳感器、車速傳感器、發動機冷卻液溫度傳感器等得到發動機轉速、怠速工況及發動機溫度信息外，還用到如下的開關信號：

◆ 空調開關，提供汽車空調是否使用信息。若開關接通，ECU將作出高怠速運轉控制，以使發動機有適當的功率輸出，帶動空調壓縮機正常運轉。

◆蓄電池電壓，提供蓄電池是否虧電或蓄電池負荷是否很高的信息。若虧電或負荷很高，ECU將作出高怠速運轉控制，以便在怠速工況下使發電機能向蓄電池充電。

◆自動變速器擋位開關，提供自動變速器是否從N擋或P擋掛上運行擋位（D擋或R擋、3位、2位）信息。若掛入相應擋位，ECU將作出高怠速運轉控制，以避免自動變速器油泵因掛上運行擋后阻力增大而引起發動機轉速下降。

◆尾燈繼電器或后窗降霧繼電器等，向怠速控制系統提供電器負荷增大信，ECU根據這些用電設備繼電器接通信號作出電器負荷增大判斷，并進行高怠速控制，以避免發電機負荷增大而引起發動機轉速下降。

（3）其他怠速控制

① 啟動時怠速控制閥的控制

在發動機啟動時，ECU控制怠速控制閥至開度最大位置，以使發動機啟動容易。啟動后，ECU根據發動機轉速及溫度信號，逐漸減少怠速控制閥的開度。啟動時怠速控制閥控制所用到的傳感器及開關信號有以下兩個：

◆發動機轉速傳感器，提供發動機怠速工況下的轉速信號。

◆點火開關，提供發動機啟動信號和啟動后信號。