项目四 汽油发动机怠速控制系统检修

项目四汽油发动机怠速控制系统检修

一、项目情境引入

一辆轿车发动机怠速时，发动机转H速不稳（发动机转速忽高忽低）该如何解决呢？

如果要想解决电控发动机怠速不稳的故障，应了解发动机电控系统、空气供给系统的结构和原理，怠速控制系统的组成和功用，燃油供给系统和点火控制系统的结构和原理，能进行相关传感器、执行器的拆装、检测等专业知识。

本项目重点学习怠速控制系统，只有掌握了上述的汽车专业知识，才具备解决发动机怠速不稳故障的能力。二、相关知识

当发动机怠速运转时，由于空调压缩机、动力转向助力泵、发电机等负载的变化会引起怠速转速发生波动，怠速控制阀（ISCV）的功用就是通过调节发动机怠速时的进气量来调节怠速转速，保证在负荷发生变化时发动机运转的稳定性。（一）怠速控制系统的分类

发动机怠速进气量控制系统有两种基本类型，即节气门直接控制式和节气门旁通空气道控制式。

前者是直接操纵节气门来调节进气量，简称节气门直动式；后者是通过控制节气门旁通空气道的开度来调节进气量，简称旁通空气式，控制原理如图4-1所示。图4-1怠速的两种控制方式1—执行元件2—加速踏板金属丝3—节气门操作臂4—节气门

桑塔纳2000GLi、别克世纪型轿车和切诺基吉普车采用旁通空气式，桑塔纳200GSi、3000型、捷达AT、GTX型轿车采用节气门直动式。（二）怠速控制装置的结构及工作原理

对于节气门直接控制式怠速控制系统应用的是节气门直动式怠速控制装置，现代轿车通常采用旁通空气道怠速控制系统，应用的是步进电机式怠速控制装置、旋转滑阀式怠速控制装置，以及占空比控制电磁阀型怠速控制装置。

下面介绍几种怠速控制装置的结构及工作原理。1．节气门直动式怠速控制装置

节气门直动式怠速控制系统取消了旁通空气道，而是通过控制节气门的开启角度，调节空气通路的截面来控制充气量，实现对怠速的控制。

节气门直动式怠速控制装置主要由节气门位置传感器G69、怠速节气门位置传感器G88、怠速开关F60和执行器（怠速直流电动机）V60，以及一套齿轮驱动机构等组成，图4-2（a）（已拆去节气门体上的塑料盖板）所示为节气门直动式怠速控制装置的结构图，图4-2（b）为其内部线路图。

节气门位置传感器G69和怠速节气门位置传感器G88均为线性电位器，怠速开关为触点开关。图4-2节气门控制组件J338的结构与电路连接关系1—怠速开关2—整体式怠速调节3—节气门位置传感器4—怠速直流电动机5—应急弹簧6—怠速节气门位置传感器（1）节气门位置传感器G69

节气门位置传感器G69直接连接在节气门轴上，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电控单元，在发动机工作转速范围内，向电控单元提供当时的节气门位置信号，作为电控单元判断发动机运转工况的依据。（2）怠速节气门位置传感器G88

怠速节气门位置传感器

G88

安装在节气门体内，与怠速控制电动机连接在一起，可将节气门的开度、怠速控制电动机的位置信号输送给电控单元，当怠速节气门位置传感器到达调节范围极限时，传感器

G88

不再移动，节气门仍可继续开启。（3）怠速开关F60

怠速开关F60与节气门位置传感器

G69

一起安装在节气门轴上，向电控单元提供怠速状态信息。

当节气门关闭时，怠速开关触点闭合，电控单元判定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，电控单元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电控单元判断是否进行怠速自动控制和急减速断油控制的依据。（4）怠速控制电动机V60

怠速控制电动机V60在怠速调节范围内，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，怠速节气门位置传感器

G88

将其阻值变化转换为电信号输入电控单元J220，电控单元J220接收到该信号后，根据信号电压高低确定节气门的位置，再控制怠速控制电动机V60，通过怠速电动机V60微量调节节气门开度来调节发动机的怠速转速。2．步进电动机控制式怠速控制装置

目前，相当一部分汽车都采用步进电动机来控制发动机的怠速转速，如奥迪200、通用、赛欧、奇瑞、切诺基及凌志LS400等。

如图4-3所示为步进电动机式怠速空气控制阀（IACV）的结构图，步进电动机式怠速空气控制阀安装在发动机进气总管内，发动机ECU根据各种传感器的信号在怠速空气控制阀接头各端子上加电压（端子见图4-4）。

从而使电动机转子顺转或反转，使阀心作轴向移动，改变阀心与阀座之间的间隙，就可调节流过旁通空气道的空气量。

间隙小，进气量少，怠速低；间隙大，进气量多，怠速高。图4-3步进电动机式怠速空气控制阀的结构1—阀心2—阀座3—阀轴4—电磁线圈5—轴承6—进给丝杠7—转子8—空气

图4-4怠速空气控制阀端子分布图图4-5步进电动机式怠速控制系统的组成1—空气2—节气门3—至汽缸4—空气流量传感器

3．旋转滑阀式怠速控制装置

旋转滑阀式怠速控制系统的构造如图4-6所示。

图4-7所示为广州本田奥德赛的怠速阀实物图，此外桑塔纳2000、夏利2000、富康1.6A以及丰田佳美等轿车都用这种怠速控制阀。图4-6旁通空气式怠速控制阀结构图

1—电枢2—永久磁铁3—外壳4—电接头

5、6—空气7—旋转滑阀8—空气旁通道

图4-7广州本田奥德赛的旋转滑阀式怠速阀1—空气进口2—空气出口3—密封圈4—冷却液管

旋转滑阀式怠速控制装置主要由永久磁铁、旁通空气道、旋转滑阀和复位弹簧等组成。

其中旋转滑阀固装在电枢轴上，与电枢轴一起转动，用以控制通过旁通空气道的空气量；永久磁铁固装在外壳上，形成永磁磁场；复位弹簧的作用是在发动机熄火后使怠速阀旁通空气道完全打开；电枢铁心上绕有两组绕向相反的电磁线圈

L1

和

L2（见图

4-8）。

当给线圈通电时，就会产生磁场从而使电枢轴带动旋转滑阀转动，控制通过旁通空气道的空气量。

电磁线圈L1和L2由发动机ECU通过晶体管V1和V2控制，V1和V2由同一信号进行反向控制，即V2导通时，V1截止；V2截止时，V1导通。图4-8旋转滑阀式怠速空气控制阀的电路连接图1—电刷2—滑片

由这两组线圈的导通时间的比例关系来决定电枢所受的转矩和偏转角度。

电枢受到的转矩有如下3个。 T1——线圈L1产生的转矩，逆时针方向，大小与电流有关。 T2——线圈L2产生的转矩，顺时针方向，大小与电流有关。 T3——复位弹簧产生的转矩，逆时针方向，大小与转角有关。

工作时，发动机控制模块根据发动机冷却液温度传感器（ECT）和节气门位置传感器（TPS）等输入的信号，确定发动机所处怠速工况的混合气浓度，并输出占空比信号控制L1或L2的通电时间。

占空比是指发动机控制模块控制信号在一个周期内的通电时间与通电周期之比，如图4-9所示。若不计复位弹簧的扭矩，则：图4-9信号的占空比

当占空比为50%时，L1和L2平均通电时间相等，T1

=

T2，电枢停止转动。

当占空比大于50%时，线圈L2的平均通电时间长，T2＞T1，电枢带动旋转滑阀顺时针偏转，旁通空气道截面减小，怠速降低。

当占空比小于50%时，线圈L1的平均通电时间长，T1＞T2，电枢带动旋转滑阀逆时针偏转，旁通空气道截面减小，怠速降低。

旋转滑阀根据控制脉冲信号的占空比偏转，占空比的范围约为18%（旋转滑阀关闭）～82%（旋转滑阀打开）之间。滑阀的偏转角度限定在90°内。4．占空比控制电磁阀型怠速控制装置

占空比控制电磁阀型怠速控制装置的结构如图4-10所示，主要由控制阀、阀杆、线圈和弹簧等组成。

控制阀与阀杆制成一体，当线圈通电时，线圈产生的电磁力将阀杆吸起，使控制阀打开。图4-10占空比控制电磁阀型怠速控制装置的结构1—控制阀2—阀杆3—线圈4、5—弹簧

图4-11所示为占空比控制电磁阀型怠速控制装置的电路图。

怠速控制装置的开度取决于线圈产生电磁力的大小，与旋转滑阀式怠速控制装置相同，ECU通过控制输入线圈脉冲信号的占空比来控制磁场强度，以调节控制装置的开度，从而实现怠速空气量的控制，这种怠速控制装置在日产车和福特车上都被应用。（三）发动机怠速控制过程

怠速控制就是怠速转速的控制。

配置怠速控制系统后，发动机的怠速转速在汽车使用期内，不会因发动机老化、汽缸积碳、火花塞间隙和温度等变化而发生变化。1．怠速控制系统的组成

设有旁通空气道的怠速控制系统的组成如图4-12所示，由各种传感器、信号控制开关、电子控制单元ECU、怠速控制阀和节气门旁通空气道等组成。

桑塔纳2000GSi、3000型、捷达AT、GXT和红旗CA7220E型轿车采用节气门直接控制方式，无须设置旁通空气道。图4-11占空比控制电磁阀型怠速控制装置电路图图4-12旁通空气式怠速控制系统组成

①车速传感器提供车速信号，节气门位置传感器提供怠速触点开闭信号，这两个信号用来判定发动机是否处于怠速状态。发动机怠速时，节气门关闭，节气门位置传感器的怠速触点IDL闭合，传感器输出端子IDL输出低电平信号。

因此，当IDL端子输出低电平信号时，如果车速为零，就说明发动机处于怠速状态；如果车速不为零，则说明发动机处于减速状态。

②冷却液温度传感器用于修正怠速转速。在ECU内部，存储有不同水温对应的最佳怠速转速，如图4-13所示。在冷车启动后的暖机过程中，ECU根据发动机温度信号，通过控制怠速控制阀的开度来控制相应的快怠速转速，并随发动机温度升高逐渐降低怠速转速。当冷却液温度达到正常工作温度时，怠速转速恢复正常怠速转速。图4-13不同温度下的怠速转速

③空调开关信号、动力转向开关信号、空挡启动开关信号和电源系统电压信号等向ECU提供发动机负荷变化的状态信息。在ECU内部，存储有不同负荷状况下对应的最佳怠速转速。2．怠速转速控制过程

怠速控制的实质是控制发动机怠速时的进气量。

怠速时的喷油量则由ECU根据预先试验设定的怠速空燃比和实际进气量计算确定。

怠速控制内容主要是发动机负荷变化控制和电器负荷变化控制。

怠速控制系统控制怠速转速的方法如下。

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，从而使怠速转速降低，以免怠速转速过高。

在发动机怠速状态下，当空调开关、动力转向开关等接通或空挡启动开关断开时，发动机负荷增大，转速降低。

如果转速降低过多，发动机就可能熄火，会给车辆使用带来不便。

因此，在接通空调开关或动力转向开关之前，需要先将怠速转速提高，防止发动机熄火。图4-14怠速转速控制过程车型发动机型号怠速转速（r/min）备注桑塔纳2000GSiAFE800±50出厂标准桑塔纳2000GSi桑塔纳3000AJR800±30出厂标准捷达AT、GTXAHP840±40出厂标准红旗CA7220ECA488-3850±30出厂标准奥迪200V6型2.6L750±70出厂标准表4-1 各型汽车燃油喷射式发动机的怠速转速3．怠速控制系统的控制特性

采用步进电机式怠速控制阀的怠速控制电路如图4-15所示。

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VT1、VT2、VT3、VT4适时导通，分别接通步进电动机定子绕组电流，使电动机转子旋转，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。图4-15步进电动机式怠速控制阀控制电路（1）初始位置确定

为了改善发动机的再次启动性能，在点火开关断开时，ECU将控制怠速控制阀处于全开状态，为再次启动做好准备。（2）启动控制特性

启动发动机时，由于怠速控制阀预先设定在全开位置，因此进气量较大，发动机容易启动。

一旦发动机被启动，如果阀门保持在全开位置，怠速转速就会升得过高。

所以在启动时或启动后，当发动机转速达到规定值（该值由冷却液温度信号确定）时，ECU就会控制步进电动机步进的步数，使控制阀阀门关小到由冷却液温度信号确定的阀心位置，使怠速转速稳定。

如发动机冷却液温度在启动时为20℃，当发动机转速达到500r/min时，ECU将控制步进电动机从全开位置A点（125步）步进到达B点（70步）位置，使阀门关小，防止转速过高，如图4-16所示。图4-16步进电动机式怠速控制阀的启动与暖机控制特性（3）暖机控制特性

在发动机启动后的暖机过程中，ECU将根据冷却液温度传感器信号确定步进电动机步进的位置。

随着转速和发动机温度的升高，控制阀阀门将逐渐关小，步进电动机步进的步数逐渐减少，如图4-16（b）所示。

当冷却液温度达到70℃时，暖机控制结束，步进电动机及其阀心位置保持不变。三、项目实施（一）实施要求

丰田5A、AJR发动机台架；汽车（二）实施步骤1．怠速控制系统的就车检测

怠速控制系统的就车检测方法有3种，可酌情选用。

（1）发动机怠速运转状况检测

在冷车状态下启动发动机后，暖机过程开始时，发动机的怠速转速应能达到规定的快怠速转速（通常为1500r/min）；在发动机达到正常工作温度后，怠速转速应能恢复正常（通常为750r/min）。

如果冷车启动后怠速不能按上述规律变化，则怠速控制系统有故障。

发动机达到正常工作温度后，在打开空调开关时，发动机怠速转速应能上升到900r/min左右。

若打开空调开关后发动机转速下降，则怠速控制系统有故障。（2）怠速控制阀的工作状况检查

对于旋转电磁阀式怠速控制装置，可在发动机怠速运转中拔下怠速控制阀线束插接器，观察发动机的转速是否有变化。

如此时发动机转速有变化，则怠速控制阀工作正常。

对于步进电动机式怠速控制阀，可在发动机熄火后的一瞬间倾听怠速控制阀是否有“嗡嗡”的工作声音（此时步进电动机应工作，直到怠速控制阀完全开启，以利于发动机再启动）。

如怠速控制阀发出“嗡嗡”声，则怠速控制阀良好。

为了检查步进电动机式怠速控制阀的工作状况，也可以在发动机启动前拔下怠速控制阀线束插接器，待发动机启动后再插上，观察发动机转速是否有变化。

如果此时发动机转速发生变化，则怠速控制阀工作正常；否则，怠速控制阀或控制电路有故障。（3）ECU控制电压的检测

对于旋转电磁阀式怠速控制装置，应拔下怠速控制阀线束插接器，用万用表电压挡测量其端子电压。

如果在发动机运转过程中，怠速控制阀线束插接器端子有脉冲电压输出，则ECU和怠速控制系统线路无故障。

若无脉冲电压输出，可打开空调开关后再测试。

若仍无脉冲电压输出，则怠速控制系统不工作，应检查ECU与怠速控制阀之间的线路（是否有接触不良或断路故障）；如怠速控制系统的线路无故障，则ECU有故障，应更换ECU。2．步进电动机式怠速控制阀的检测

对于步进电动机式怠速控制阀，将点火开关置于“ON”位置，然后测量ECU的端子ICS1、ICS2、ICS3、ICS4与端子E1间的电压值（应为9～14V），如无电压，则ECU有故障。（1）怠速控制阀线圈电阻的检测

拆下怠速控制阀，用万用表电阻挡测量怠速控制阀线圈的电阻值。

旋转电磁阀式怠速控制装置只有一组线圈，其电阻值为10～15Ω；步进电动机式怠速控制阀通常有2～4组线圈，各组线圈的电阻值为10～30Ω。

如线圈电阻值不在上述范围内，应更换怠速控制阀。（2）步进电动机的动作检查

将蓄电池电源以一定顺序输送给步进电动机各线圈，就可使步进电动机转动。

各种步进电动机的线圈形式和接线端的布置形式都不同。

这里以皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机怠速控制阀步进电动机为例说明其检查方法，如图4-17所示。图4-17步进电动机的动作检查接线图

首先，将步进电动机插接器端子B1和B2与蓄电池正极相连，然后将端子S1、S2、S3、S4依次（S1-S2-S3-S4）与蓄电池负极相接，此时步进电动机应转动，阀心向外伸出；若将端子S1、S2、S3、S4按相反的顺序（S4-S3-S2-S1）与蓄电池负极相接，步进电动机应朝相反方向转动，阀心向内缩入。3．旋转滑阀型怠速控制装置的检修

（1）启动发动机，当发动机达到正常工作温度、变速器处于空挡位置时，使发动机维持怠速运转，打开空调，观察发动机转速表，发动机转速应升高至1000～1200r/min。若不符合上述要求，应进一步检查怠速执行机构、控制线路和ECU。

（2）拆下怠速控制装置的线束插头，将点火开关置“ON”位置，不启动发动机，分别检测电源端子与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压，否则说明怠速控制执行机构电源线路存在故障。

（3）拆开怠速控制装置的线束插接器，在控制装置侧分别测量中间端子（+B）与两侧端子（ISC1和ISC2）的电阻，应为18.8～22.8，否则应更换怠速控制装置。

（4）怠速控制装置工作情况检查。拆下怠速控制装置，按图4-18所示方法对其进行工作情况检查。当将端子B+、ISCC分别与蓄电池的正极、负极相连时，控制装置应旋转至全开位置；当将端子B+、ISCO分别与蓄电池的正极、负极相连时，控制装置应旋转至全关位置。如果控制装置不能正常开启和关闭，则更换怠速控制装置。

图4-18旋转滑阀式怠速控制装置工作情况检查4．占空比控制电磁阀型怠速控制装置的检修

占空比控制电磁阀型怠速控制装置可按下述方法和步骤对其进行检修。

（1）启动发动机，使发动机怠速运转，按下怠速控制装置的线束插接器，观察发动机转速是否发生变化。若发动机转速发生变化，则说明怠速控制装置工作性能良好，否则检查怠速控制装置、控制线路和ECU。

（2）拆下怠速控制装置的线束插接器，将点火开关置于“ON”位置，不启动发动机，分别检测电源端子与搭铁间的电压，应为蓄电池电压，否则说明怠速控制装置电源电路有故障。

（3）拆下怠速控制装置上的两端子线束插接器，在怠速控制装置侧测量两端子之间的电阻，正常应为10～15，否则应更换怠速控制装置。

（4）拆下怠速控制装置，用导线将怠速控制装置的两个端子分别与蓄电池的正极和负极相连时，应能听到电磁阀工作的“咔嗒”声，否则，更换怠速控制装置。5．节气门直动式怠速控制装置的检修（1）外观检查

节气门体在长时间使用后，在进气通道和节气门之间有可能形成积炭，而造成节气门卡滞、怠速不稳等现象。

此外，节气门体在经受长期剧烈的振动后，有可能出现如怠速直流电动机轴承磨损、塑料齿轮断齿、阀门驱动机构卡滞、驱动机构盖板破裂等故障，出现这类故障时都无法修复，只能更换新的节气门体总成。

在对节气门体检查时，可先目测有无以上故障发生。（2）部件检测 1）怠速开关的检修

怠速开关的检测项目、检测方法和检修标准见表4-2。

如果检测结果不符合检修标准，则应更换节气门控制组件。检测项目检测条件检测部位标准值电源电压拔下节气门控制组件8端子插头，接通点火开关节气门控制组件插头3端子与7端子≥9.0V怠速触点电阻断开点火开关，节气门关闭电控单元ECU插头67与69号插孔＜1.5Ω怠速触点电阻断开点火开关，节气门开启电控单元ECU插头67与69号插孔导线有无断路断开点火开关，拔下节气门控制组件插接器插头和电控单元插接器插头控制组件插头3端子、ECU插头69号插孔＜1.5Ω控制组件插头7端子、ECU插头67号插孔＜1.5Ω导线有无短路断开点火开关，拔下节气门控制组件插接器插头和电控单元插接器插头控制组件插头3端子、ECU插头67号插孔＞1MΩ控制组件插头7端子、ECU插头69号插孔＞1MΩ表4-2 桑塔纳2000Gsi型轿车怠速开关检修标准

①电源电压检测。拔下节气门控制组件 8端子插头，用万用表检测3端子与7端子

之间怠速开关的电源电压，接通点火开

关时，电源电压至少应为9.0V。

②怠速触点电阻检测。将数字式万用表的两只表笔用导线连接到电控单元的67与69号插孔上，检查怠速开关的电阻值。当节气门关闭时，怠速触点的接触电阻应当小于1.5。然后慢慢打开节气门，电阻值应为无穷大。

如电阻值不符合上述规定，拔下节气门控制组件上的8端子插头，检测各导线有无短路或断路故障。

③导线有无断路检测。用万用表电阻挡检测导线有无断路故障时，两只表笔分别连接控制组件插头上的3端子与电控单元插接器插孔69、控制组件插头上的7端子与电控单元插接器插孔67，导线电阻应当小于1.5。如果电阻值为无穷大，说明该导线断路，应予检修。

④导线有无短路检测。检测导线有无短路故障时，两只表笔分别连接控制组件插头上的3端子与电控单元插接器插孔67或控制组件插头上端子7与电控单元插接器插孔69，电阻值应为无穷大。如阻值为零，说明导线断路，应予检修。

在上述检测中，如怠速触点接触电阻不正常而导线良好，说明怠速触点接触不良，应予更换节气门控制组件。 2）怠速节气门位置传感器和节气门位置传感器的检修

怠速节气门位置传感器和节气门位置传感器的检测项目、检测方法和检修标准见表

4-3。

如检测结果不符合检修标准，则应更换节气门控制组件。检测项目检测条件检测部位标准值G88与G69电源电压拔下节气门控制组件8端子插头，接通点火开关节气门控制组件插头4端子与7端子≥4.5VF60电源电压拔下节气门控制组件8端子插头，接通点火开关节气门控制组件插头3端子与7端子≥9.0V导线有无断路断开点火开关，拔下节气门控制组件J338插接器插头和电控单元J220插接器插头控制组件插头1端子、ECU插头66号插孔＜1.5Ω控制组件插头2端子、ECU插头59号插孔＜1.5Ω控制组件插头3端子、ECU插头69号插孔＜1.5Ω控制组件插头4端子、ECU插头62号插孔＜1.5Ω控制组件插头5端子、ECU插头75号插孔＜1.5Ω控制组件插头7端子、ECU插头67号插孔＜1.5Ω控制组件插头8端子、ECU插头74号插孔＜1.5Ω导线有无短路断