《汽车发动机》第八章 汽油机辅助控制系统

第八章汽油机辅助控制系统第一节怠速控制系统一、功能与组成

1.什么是怠速？

2.一般电控发动机怠速转速为多少？

3.怠速过高过低对发动机有何影响？

4.化油器的怠速系统有什么缺点？

怠速控制系统简介

第一节怠速控制系统

怠速控制的目的：在保证发动机排放要求且运转稳定的前提下，尽量使发动机的怠速转速保持最低，以降低怠速时的燃油消耗量。怠速控制的功能是：根据发动机工作温度和负载，由ECU自动控制怠速工况下的空气供给量，维持发动机以稳定怠速运转。第一节怠速控制系统二、组成怠速控制系统主要由传感器、ECU、和执行元件三部分组成。控制怠速进气量的基本类型有节气门直动式和旁通空气式。节气门直动式通过执行元件改变节气门的最小开度来控制怠速进气量。旁通空气式怠速控制系统中，设有旁通节气门的怠速空气道，由执行元件控制流经怠速空气道的空气量。旁通空气式怠速控制系统按执行元件不同分：步进电机型、旋转电磁阀型、占空比控制电磁阀型、开关型等。第一节怠速控制系统三、步进电动机怠速控制阀步进电机型怠速控制阀结构如图1所示。步进电机主要由转子和定子组成，丝杠机构将步进电机的旋转运动转变为阀杆的直线运动，使阀心作轴向移动，改变阀心与阀座之间的间隙，从而改变怠速空气道的流通截面，控制发动机怠速工况下的进气量。安装在节气门上。

工作原理：当ECU控制使步进电机的线圈按1-2-3-4顺序依次搭铁时，定子磁场顺时针转动，由于与转子磁场间的相互作用，使转子随定子磁场同步转动。同理，步进电动机的线圈按相反的顺序通电时，转子则随定子磁场同步反转。转子每转一步与定子错开一个爪极的位置，定子有32个爪级，所以步进电动机每转一步为1/32圈，步进电机的工作范围为0～125个步进级。第一节怠速控制系统步进电动机属于微型电动机的范围一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。

随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。

步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。步进电动机实物图第一节怠速控制系统反应式步进电动机（汽车）结构示意图

它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。

图1反应式步进电动机的结构示意图第一节怠速控制系统反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电（略）方式的基本原理。

1、单三拍通电方式的基本原理设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置（图2a）；接着B相通电（A、C两相不通电），转了便顺时针方向转过30°，它的齿和C、C′极对齐（图2c）。不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。

图2单三拍通电方式时转子的位置第一节怠速控制系统2、六拍通电方式的基本原理

设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐（图3a）。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A′极继续拉住齿1、3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。接着A相断电，B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐（图c），转子从图(b)的位置又转过了15°。其位置如图3d所示。这样，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。

a.A相通电b.A、B相通电c.B相通电d.B、C相通电

图3六拍通电时转子位置第一节怠速控制系统控制阀的检修

（1）在检修时应注意

1）不要用手推拉控制阀，以免损坏丝杠机构的螺纹。

2）不要将控制阀浸泡在任何清洗液中，以免步进电动机损坏。

3）安装时，检查密封圈好坏，并在密封圈上涂少量润滑油。（2）检修步进电动机型怠速控制阀的方法

1）拆下控制阀线束连接器，点火开关转至“

ON”但不起动发动机，在线束侧分别测量B1和B2与搭铁之间的电压，均应为蓄电池电压。

2）发动发动机后再熄火时，2～3s内在怠速控制阀附近应能听到内部发出的“嗡嗡”响声，否则应作进一步检查。

3）拆下控制阀线束连接器，在控制阀侧分别测量B1与S1和S3、B2与S2和S4之间的电阻，应为10～30Ω。

4）拆下怠速电磁阀，将蓄电池正极接至B1和B2端子，负极按顺序依次接通S1—S2—S3—S4端子时，随步进电动机的旋转，控制阀应向外伸出；蓄电池负极按反方向接通S4—S3—S2—S1端子，则控制阀应向内缩回。第一节怠速控制系统四、旋转电磁阀型怠速控制阀

ECU控制两个线圈的通电或断开，改变两个线圈产生的磁场强度，两线圈产生的磁场与永久磁铁形成的磁场相互作用，即可改变控制阀的位置，从而调节怠速空气口的开度，以实现怠速空气量的控制。双金属片制成的卷簧，主要起保护作用。当流过阀体冷却液腔的冷却液温度变化时，双金属片变形，带动挡块转动，从而改变阀轴转动的两个极限位置，以控制怠速控制阀的最大开度和最小开度。工作原理：ECU控制旋转电磁阀型怠速控制阀工作时，控制阀的开度是通过控制两个线圈的平均通电时间（占空比）来实现的。图4旋转电磁阀型怠速控制阀图5旋转电磁阀型怠速控制阀工作原理第二节进气控制系统目的：提高进气量，改善发动机动力性能。类型：动力阀控制系统、谐波进气增压系统（ACIS）、可变配气相位控制系统（VTEC）等多种。动力阀控制系统：是控制发动机进气道的空气流通截面大小，以适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。谐波进气增压系统：利用了进气管内的压力波与进气门的开启配合，当进气门开启时，使反射回来的压力波正好传到该气门附近，从而形成进气增压的效果，提高发动机的充气效率和功率。可变配气相位控制系统：根据发动机转速、负荷等参数变化来控制VTEC机构工作，改变驱动同一气缸两进气门工作的凸轮，以调整进气门的配气相位及升程，并实现单进气门工作和双进气门工作的切换。可变进气管系统影片第二节进气控制系统动力阀控制系统在进气量较小的低速、小负荷工况下，使进气道空气流通截面减小，可提高进气流速，从而提高充气效率，改善发动机的低速性能；在进气量较大的高速、大负荷工况下，适当增大进气道空气流通截面，可减少进气阻力，提高进气量，从而改善发动机的高速性能。控制方式：ECU→真空电磁阀→真空→膜片真空气室→动力阀

第二节进气控制系统谐波增压控制系统ACIS

低速时，进气控制阀关闭，压力波传播距离长，发动机低速性能好。高速时，进气控制阀打开，压力波传播距离短，发动机高速性能好。第二节进气控制系统第二节进气控制系统可变配气相位控制系统VTEC中凸轮升程最大，次凸轮升程最小。主凸轮的形状适合发动机低速时单气门工作的配气相位要求；中凸轮的形状适合发动机高速时双进气门工作的配气相位要求。第二节增压控制系统功能：根据发动机进气压力的大小，控制增压装置的工作，以达到控制进气压力，提高发动机动力性和经济性的目的。分类：根据增压装置使用的动力源不同，增压装置分废气涡轮增压和动力增压两种。目前多采用废气涡轮增压。第三节增压控制系统典型废气涡轮增压控制系统第四节排放控制系统1、汽油蒸汽排放(EVAP)控制系统功能：收集燃油箱和浮子室（化油器式汽油机）内蒸发的汽油蒸汽，并将汽油蒸汽导入气缸参加燃烧，从而防止汽油蒸汽直接排入大气而造成污染。同时，还必须根据发动机工况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸汽量。为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到