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内容會有一些差别。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—目标轉速；2—比較電路；3—控制量計算；4—驅動電路；5—怠速狀态判斷

（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态下的最佳穩定怠速參數（目标轉速）。

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，并與當前發動機狀态下的目标轉速進行比較，當發動機怠速出現波動，偏離了設定的目标轉速時，ECU輸出控制脈沖使怠速控制執行器動作，将發動機的怠速調節在設定的目标轉速範圍之内。

怠速穩定控制所需的傳感器信号有以下幾種：

◆ 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号。

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

◆ 發動機冷卻液溫傳感器，提供發動機溫度信号，ECU根據此信号選定目标轉速。

◆ 車速傳感器，提供汽車行駛速度信号，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，提供空調關斷信号，隻有在空調不使用時，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輸出控制信号，使怠速控制執行器動作，将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緻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号時，就輸出控制信号，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号：

◆ 空調開關，提供汽車空調是否使用信息。若開關接通，ECU将作出高怠速運轉控制，以使發動機有适當的功率輸出，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将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擋挂上運行擋位（D擋或R擋、3位、2位）信息。若挂入相應擋位，ECU将作出高怠速運轉控制，以避免自動變速器油泵因挂上運行擋後阻力增大而引起發動機轉速下降。

◆ 尾燈繼電器或後窗降霧繼電器等，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号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。啟動後，ECU根據發動機轉速及溫度信号，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号有以下兩個：

◆ 發動機轉速傳感器，提供發動機怠速工況下的轉速信号。

◆ 點火開關，提供發動機啟動信号和啟動後信号。

② 活性炭罐電磁閥工作時怠速控制閥的控制

在一些汽車上，怠速控制系統還根據活性炭罐控制閥的開啟情況來調整怠速通道的通氣量，以避免發動機怠速産生波動。除用于怠速工況判别的節氣門位置傳感器外，該穩定怠速控制所用到的傳感器信号有以下兩個：

◆ 發動機轉速傳感器提供發動機怠速工況下發動機轉速信号。

◆ 活性炭罐電磁閥，提供活性炭罐電磁閥開啟信号，當活性炭罐電磁閥通電時，ECU控制怠速控制閥的開度以穩定怠速。

③ 怠速偏離修正控制

怠速偏離修正控制即怠速控制系統的學習修正控制。當因發動機部件老化等外部原因使發動機的怠速偏離原設定值時，ECU控制怠速控制閥預置一個開度，将發動機的怠速修正到設定的值。

怠速控制系統部件的結構

（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—絲杆

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，并将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号時，通過驅動電路使電動機通電，并轉動與控制信号脈沖相應的轉角，經傳動機構的傳動後，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、絲杆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—閥杆；3—定子繞組；4—軸承；5—絲杆；6—轉子；7—空氣閥閥體

步進電動機的轉子與絲杆組成絲杆機構，當步進電動機轉子在怠速控制信号的控制下轉動時，絲杆作直線移動，通過閥杆帶動空氣閥上、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内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，将空氣閥移動至适當的位置。

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。在點火開關斷開後的這2s時間裡，步進電動機在ECU的控制下轉動，使空氣閥開啟至最大，為下次啟動做好準備。

（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後産生的電磁力吸引閥杆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—閥杆；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号經驅動電路（反相器及VT1、VT2）後，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号的占空比，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隻有開和關兩種狀态，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号，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輸出的控制信号隻有高電平和低電平兩種狀态，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隻有打開（高怠速）和關閉（正常怠速）兩種工作狀态。

案例分析

斯柯達明銳轎車怠速抖動

故障現象：

一輛斯柯達明銳2012款轎車，行駛8萬千米，發動機怠速時有輕微的不規則抖動現象。停車加油時，排氣管有突突聲。行駛過程中，急加速、超車比較費力。

故障排除：

用解碼儀讀取故障碼，無故障碼顯示。讀取數據流，也未發現有嚴重超差現象。以上考慮電控部分可能無故障，故障原因可能在油路上。

檢查油路，測量油路壓力，怠速時油壓為230kPa，急加速時為260kPa。将發動機熄火後，再觀察油壓表，顯示值為180kPa，完全符合燃油壓力規定值，說明油路也可能沒問題。檢查點火電路，對火花塞進行了清洗，并對點火線圈進行了檢查，也未發現異常。

由于該機怠速輕微抖動，加速不好，排氣管有突突聲，可能是有的缸工作不好。于是測量了氣缸壓力，四個缸壓力基本相同，各缸并無漏氣現象。根據發動機常規檢查法，懷疑高壓線可能有故障，更換了全部高壓線，上述故障現象全部排除。

提示：

怠速不良是發動機常見的一種故障，也就是怠速運轉時發動機發抖，轉速不穩，造成發動機怠速不良有很多原因，一般有：

①進氣系統漏氣，會導緻氣缸混合氣過稀，引起怠速不良，甚至熄火；

②空氣濾清器髒污堵塞；

③若個别缸不工作，或是空氣流量傳感器損壞，燃油壓力和汽缸壓力低；

④各缸噴油器噴油不均勻；

⑤點火提前角調整不當時，發動機也會工作不穩；

⑥配氣相位不準确也會造成怠速不良等。

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