發動機怠速控制系統分析

郭小蘭

摘 要： 文章從怠速控制系統的原理出發，介紹了怠速控制系統的作用、組成與控制內容，以及步進電動機式怠速控制閥相關特性。

關鍵詞： 怠速控制系統 步進電機 發動機ECU

發動機怠速工況是指發動機運行中節氣門開度最小、汽車處于空擋、發動機只帶附件而維持最低轉速的穩定工況。怠速轉速過高，會增加燃油消耗量。因此，怠速轉速應盡可能低。但考慮到減少有害物的排放，怠速轉速又不能過低。通常發動機輸出動力時，其轉速是由駕駛員通過加速踏板控制節氣門開度調節進氣量的方法實現的。但在怠速時，駕駛員的腳已離開加速踏板，駕駛員要對進氣量進行適時調節已不可行，為此在大多數電控汽油噴射發動機上都設有不同類型的怠速轉速控制裝置[1]。

怠速控制（ISC）是通過調節空氣通道面積以控制進氣流量的方法實現的。用電子控制器ECU控制怠速調節執行器可實現多項怠速控制功能，達到現代汽車發動機高性能的要求。現代汽車發動機怠速控制系統主要控制的功能有：穩定怠速控制、快速暖機控制和高怠速控制[2]。

1.怠速控制系統的組成與控制內容

怠速控制系統主要由各種傳感器、電控單元ECU和怠速控制執行機構等組成，如圖1所示。

在發動機ECU的存儲器中儲存有發動機各種狀態下的最佳穩定怠速參數和相應的控制程序。工作中，ECU根據與怠速控制系統相關的各傳感器和開關提供的反映發動機溫度、發動機轉速、節氣門開度、空調開關位置、自動變速器擋位等電信號，進行目標轉速選定、怠速判斷、轉速比較與計算，然后由驅動電路發出信號，控制怠速控制執行機構動作，將發動機怠速控制在目標范圍之內。

2.步進電動機式怠速控制閥

步進電機式執行機構是目前應用最多的一種怠速控制裝置。它主要由一只微型步進電機（由永久磁鐵構成的轉子、激磁線圈構成的定子組成）、螺旋送進（把旋轉運動變成直線運動）機構和空氣閥等組成，如圖2所示。它利用步進轉換控制使轉子可正轉也可反轉，從而使閥芯上下運動以達到調節空氣量[3]。

步進電動機式怠速控制閥與發動機ECU連接，其控制線路如圖3所示。適用于不同冷卻液溫度和空調器各種運行狀況的目標怠速信息都儲存在ECU的存儲器中，ECU根據節氣門開啟角度和車速信號判定發動機處于怠速工況時，按一定順序使VT～VT晶體管依次導通，分別向怠速步進電動機4個繞組線圈供電，驅動步進電動機旋轉，調節旁通空氣通道的開度，從而調節旁通空氣量，使發動機轉速達到目標怠速。主繼電器控制電路的作用是當點火開關切斷時，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段時間里，步進電動機在ECU的控制下轉動，使空氣閥開啟至最大，為下次啟動做好準備。其主要控制功能有：啟動設定、啟動控制、暖機（快怠速）控制、反饋控制、發動機轉速變化估計控制、電負荷怠速提高控制等。

3.結語

怠速控制根據相應傳感器采集的發動機工況信號，通過對比、計算確定工況轉速，并從ECU中調取工況對應的數據值或控制信號控制執行器工作，使發動機始終在最佳怠速狀態穩定運轉，避免因外界因素的變化造成怠速轉速的波動。

參考文獻：

[1]張建忠.汽車發動機的怠速控制[J].汽車工程師，2012.10.

[2]司景萍，高志鷹.汽車電器及電子控制技術[M].北京大學出版社，2012.

[3]王宇.淺析汽車怠速控制系統的檢測和維修[J].中國新技術新產品，2013.09.