发动机电控系统结构原理与检修项目一：汽车发动机电控系统诊断与维修1.3.1

任务1

电子节气门控制系统检修怠速控制系统的认知可变气门控制系统检修任务2

任务3

可变进气管道控制系统检修任务4

进气增压控制系统检修任务5

情境描述一辆2016年款一汽大众迈腾B7轿车，发动机在冷、热怠速时都出现怠速抖动，此车主称已经清洁了进气管道，效果没有好转，故障依旧，还是怠速抖动。你的主管把这个检修任务分配给你，你能完成吗？情境提示造成汽车怠速抖动的原因很多，包括进气系统，节气门调节系统等，要进行发动机怠速抖动的故障排除，首先要对汽车怠速系统的控制及原理有较为深刻的认识，然后通过必要的检测手段对其进行检查和故障排除。本情境中，造成发动机怠速抖，与进气系统相关的故障通常是节气门积碳造成的，需要进行清洁。情境导入知识目标1.能描述发动机怠速系统的功用、类型、结构与工作原理；2.能描述怠速系统的功用；3.能描述怠速控制系统的组成。技能目标1.能够在实车上找出怠速控制系统各元件；2.能够利用根据维修手册正确拆装怠速控制系统；3.识别各种类型怠速控制阀的结构及优缺点。学习目标基本知识1.怠速控制系统的功用和组成所谓怠速，通常是指发动机在无负荷（对外无功率输出）的情况下的稳定运转状态。电控发动机怠速运转时，加速踏板完全松开，节气门接近关闭，进入气缸的空气量及喷油量很少，发动机输出功率仅能在无负荷下以最低转速空运行。此时，若发动机内摩擦增大、发动机负载发生变化（如空调等投入工作）则引起发动机怠速转速变化，导致发动机怠速不稳，甚至熄火。因此，在电控发动机上一般都装有怠速控制系统ISC（IdleSpeedControl）。怠速控制系统主要作用是稳定发动机的正常怠速，使发动机起动后能迅速暖机；在空调等负载投入工作时，自动调节发动机的怠速转速；还可根据自动变速器档位状况变化和动力转向开关接通情况引起发动机怠速时的负荷变化，自动调节发动机怠速转速，保证发动机在各种怠速条件下的稳定运转。汽车的标准怠速值（也称目标怠速或设定怠速）由ECU根据冷却液温度等信号确定。如果怠速转速过高，则增加发动机的燃油消耗量；若怠速转速过低，则会增加有害物的排放。现在大多数电子控制发动机上，都已设有不同型式的怠速转速控制装置，控制发动机以最佳的怠速转速运转。基本知识如表4-1-1所示为怠速控制系统各组成元件的功能。基本知识怠速进气量的控制方式因车型而有所不同。对于电控燃油喷射发动机，目前可分为以下两种类型：旁通空气式和节气门直动式进气系统，节气门直动式也叫做直接进气式进气系统。旁通空气式进气系统的特点是：控制节气门旁通空气流量。这种方式应用较普遍，如旋转滑阀式、步进电动机式和电磁阀式怠速空气控制阀都属于这一类。节气门直动式（直接进气式）：直接控制节气门位置。如图4-1-3所示，这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。2.怠速控制系统的控制方式和工作原理基本知识旁通空气式供气系统直供空气式进气系统图4-1-3怠速的两种控制方式基本知识旁通空气式的怠速控制机构主要有以下三种：1）旋转滑阀式怠速控制阀图4-1-4旋转滑阀式怠速控制阀的结构（1）旁通空气式的怠速控制机构图4-1-4为旋转滑阀式怠速控制阀的结构，旋转滑阀固装在电枢轴上，与电枢轴一起转动，用以控制流过旁通气道的空气量。永久磁铁固装在外壳上。电枢位于永久磁铁的磁场中，电枢铁芯上缠有两组绕向相反的电磁线圈L1和L2。电磁线圈L1和电磁线圈L2的两端与电刷集电环相连，经电刷引出与ECU相连接。基本知识基本知识图4-1-5旋转滑阀式怠速控制阀的电路连接图如图4-1-5所示，电枢轴上的电刷集电环，类似电动机换向器结构，它由三段滑片围合而成，其上各有一电刷与之接触。电磁线圈L1和L2的两端分别焊接在相应的滑片上。旋转滑阀的转动角被限制为90°。在实际运行时，ECU将检测到的怠速转速实际值（转速传感器输入信号）与编程储存的设定目标值相比较，并根据结果向电枢轴上两线圈交替输出电压，利用电磁线圈的电磁力与永久磁铁的磁力相互作用，使旋转滑阀开度改变，以改变空气旁通道中空气的通过量，直到实际怠速转速与设定目标转速相同为止。基本知识图4-1-6信号的占空比工作时，ECU根据发动机冷却液温度传感器和节气门位置传感器等输入的信号，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电磁线圈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通电时间与通电周期之比，如图4-1-6所示。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）至82％（旋转滑阀打开）之间。这种怠速控制阀通常用于早期的丰田、现代汽车上。基本知识2）步进电动机式怠速控制阀图4-1-7步进电动机怠速控制阀结构步进电动机是一种由ECU输出脉冲信号控制其转动方向和转动角度的电动机。步进电动机式怠速控制阀结构如图4-1-7所示。它是由转子、定子和丝杠机构及阀门等部件组成的。步进电动机是一种角度执行机构，当控制系统输入一定数量的控制脉冲后，步进电动机按指定的方向旋转一定的角度。由于其转动是非连续的，控制一步转动一个角度，因而称之为步进电动机。步进电动机中有几组电磁线圈，ECU通过控制相线中的通电顺序，实现其正反转控制。基本知识3）电磁阀式怠速控制阀图4-1-8电磁阀式怠速控制阀的控制电路占空比越大，线圈中的平均电流越大，线圈吸力越强，阀门升程高，开度大，旁通空气量大，怠速高；反之，怠速低。电磁阀式怠速控制阀的控制电路如图4-1-8所示，控制过程同步进电动机式和旋转滑阀式怠速控制系统基本一致，只是怠速阀的动作是由ECU的占空比信号控制。这种怠速控制阀通常用于日产汽车和福特汽车上。电磁阀式怠速控制阀安装在进气歧管上，利用来自ECU的占空比信号控制经过节气门旁通气道的进气量。当发动机怠速运转时，ECU根据各种传感器的信号，向电磁线圈通以占空比可调的脉冲信号。控制信号的占空比决定了线圈中平均电流的大小，而平均电流的大小又决定了电磁阀VSV的开度和发动机怠速的高低。基本知识图4-1-9大众汽车节气门控制组件（2）直接进气式怠速控制机构直接进气式怠速控制系统取消了旁通通道，通过调节节气门的开启角度（即调节空气通路的截面）来控制充气量，实现对怠速的控制。直接进气式怠速控制机构是直接通过对节气门最小开度的控制来控制怠速，实际上是“电子节气门”系统的功能之一，在大众车系中应用较多。直接进气式的怠速控制机构（节气门控制组件）主要由节气门电机、减速机构、应急弹簧等组成，如图4-1-9所示。怠速时ECU直接控制节气门直流电动机的正反转和转动量，直流电动机驱动减速齿轮机构精确地控制节气门的开度，达到控制怠速进气量和怠速的目的。节气门控制组件中的怠速节气门电位计检测怠速时节气门的开度，正常值为3～4∠°，怠速时打开空调约5～6∠°，并把信号送到ECU。ECU把节气门实际的开度与目标开度进行对比，当出现偏差时再通过节气门电机进行调节。节气门电位计检测非怠速时的节气门开度。基本知识（1）怠速控制系统控制过程怠速控制即怠速转速的控制，怠速时当发动机负荷变化和电器负荷变化时ECU调节发动机控制相应的怠速转速。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起动开关断开时，发动机负荷增大，转速降低。如果转速降低过多，可能导致发动机熄火。因此，在接通空调开关或动力转向开关之后，发动机ECU首先控制怠速控制机构使进气量增大，从而提高怠速转速，防止发动机运转不稳甚至熄火。在发动机怠速状态下，当空调开关或动力转向开关断开时，发动机负荷又会减小，转速升高，不仅油耗增大，而且产生起步前冲等问题。因此在空调开关或动力转向开关断开之后，ECU控制怠速控制阀使进气量减少，从而怠速转速降低，以免怠速转速过高。另外，当电器负荷增大（如夜间行车接通前照灯、按喇叭等）时，电气系统的供电电压降低。如果电源电压过低，则影响ECU正常工作和用电设备正常用电，因此在电源电压降低时，需要提高怠速转速，以便提高电源电压。3.怠速控制系统的控制过程及特性基本知识图4-1-10怠速转速控制过程怠速转速控制过程如图4-1-10所示。发动机ECU内部储存了不同温度不同情况下的目标怠速转速，ECU先根据节气门位置传感器信号和车速信号判断发动机是否处于怠速状态。当判定为怠速工况时，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值，将目标转速与曲轴位置传感器检测的发动机实际转速值进行比较，然后控制怠速控制机构，使发动机实际怠速转速接近目标转速。基本知识（2）怠速控制系统的控制特性

不同发动机怠速控制系统的控制原理基本相同，但特性会略有所不同。下文以步进电动机式怠速控制系统介绍其控制特性。1）初始位置确定为了改善发动机的再次起动性能，在点火开关断开时，ECU将控制怠速控制阀处于半开（或全开）状态，为再次起动做好准备。当点火开关由ON（接通）位置转到OFF（断开）位置的信号时，发动机ECU将利用备用电源输入端提供的电压控制主继电器线圈继续供电2s，使步进电动机的控制阀退回到初始位置，以便下次起动时具有较大的进气量。2）起动控制特性起动发动机时，由于怠速控制阀预先设定在半开（或全开）位置，因此进气量较大，发动机容易起动。一旦发动机起动，如果阀门仍保持在全开位置，怠速转速则会升得过高。在起动时或起动后，当发动机转速达到规定值（该值由冷却液温度确定）时，ECU则会控制步进电动机步进的步数，使控制阀阀门关小到确定的阀芯位置，使怠速转速稳定。例如发动机冷却液温度在起动时为20℃，当发动机转速达到500r／min时，ECU将控制步进电动机使阀门关小，防止转速过高。基本知识3）暖机控制特性在发动机起动后的暖机过程中，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。随着转速升高和发动机温度升高，控制阀阀门将逐渐关小，步进电动机步进的步数逐渐减少，当冷却液温度达到80℃时，暖机控制结束，步进电动机及其阀芯位置保持不变。4）反馈控制发动机起动后，当满足反馈控制条件（怠速触点闭合，车速低于2km／h，空调开关断开）时，ECU将根据发动机实际转速与存储器中预先设定的目标转速进行比较，如果发动机的实际转速低于目标转速，ECU控制节气门开度增大，使其转速升高并接近目标转速；反之，将使节气门开度变小，使其转速下降。5）发动机负荷变化时的预控制在发动机转速出现变化前，发动机ECU增加节气门开度，增大进气量，提高发动机的怠速转速，保持发动机怠速运转的稳定性；而当这些载荷去除以后，ECU便会减小节气门的开度，使发动机恢复加载前的转速。6）学习控制发动机ECU能够记忆发动机转速与占空比（或步进电动机步数）之间的关系并定期进行更新。发动机使用期间的磨损和其他变化会改变这种关系，尽管控制的占空比（或步进电动机步数）仍保持在某一值，然而发动机的怠速转速和使用初期数值已不一样。此时发动机ECU可在反馈控制的基础上，进行学习控制，将怠速转速调整到目标值。当目标怠速达到后，发动机ECU将其占空比（或步进电动机步数）存入备用的存储器中，在以后的怠速控制中作为这一工况下控制占空比（或步进电动机步数）的基准值。拓展知识基本设定是对发动机控制单元和节气门控制部件进行匹配。如果发动机控制单元被切断电源后，必须进行基本设定。1.基本设定基本设定时必须满足下列条件：（1）基本设定条件①冷却液温度不低于80℃；②测试时，散热风扇不允许转；③空调关闭；④其他用电设备关闭；⑤在故障储存中没有故障存在。拓展知识下文以大众汽车为例，介绍基本设定方法：（2）基本设定步骤a.连接故障诊断仪V.A.G1552或V.A.G1551或其他仪器（如KT600），点火开关ON。b.进入奥迪/大众发动机控制系统，选择04“基本设定”功能。屏幕显示（图4-1-14）：图4-1-14选择“04基本设定”拓展知识c.仪器提示需要输入组号（即“通道号”），如图4-1-15所示。组号根据车型不同而异，通常是001、060、098等。图4-1-15KT600显示界面要求输入组号拓展知识d.根据测试时的车型，输入“060”组号，仪器显示相应组号的数据流及“调校正常”。如图4-1-16所示。图4-1-16对应组号数据流和调校正常拓展知识a.设定（调校）过程中，电子节气门会动作。b.如果组号输入错误，仪器显示“功能未知或无法执行”等信息，需要重新输入正确组号。c.如果电子节气门出现故障，无法进行设定时，仪器显示“调校失败”或“设定错误”等信息。d.根据仪器提示退回主菜单，关闭诊断仪器。（3）提示：拓展知识（1）连接故障诊断仪V.A.G1552或V.A.G1551或其他仪器（如KT600），