发动机怠速控制阀是发动机怠速控制系统的执行器,发动机ECU通过控制怠速控制阀改变怠速辅助空气通道的进气量,实现发动机怠速控制。怠速控制阀有步进电动机式、转动电磁阀式和直动电磁阀式等不同的结构型式。 (1)步进电动机式怠速控制阀。 1)步进电动机式怠速控制阀的组成与工作原理。步进电动机式怠速控制阀主要由步进电动机、丝杆机构和空气阀等组成,如图4-39所示。步进电动机的转子与丝杆组成丝杆机构,当步进电动机转子在怠速控制信号的控制下转动时,丝杆作直线移动,通过阀杆带动空气阀上、下移动,使空气阀开启或关闭。 2)步进电动机的结构特点。步进电动机按步转动,其结构型式及工作方式与普通直流电动机相比有较大的差别。步进电动机的主要组成及内部电路如图4-40所示。
步进电动机的转子由永久磁铁构成,有8对磁极,其N极和S极在圆周上相间排列。
定子有A、B两个,每个定子由具有8对爪极的铁心和两组绕向相反的定子绕组组成。
当定子绕组通入转动控制脉冲时,A、B两定子各有一个绕组通电,两定子的铁心被磁化,形成16对(32个)磁极(图4-41)。当A或B定子中的两个绕组交换通断电状态时，该定子铁心磁化极性反向,使定子32个磁极的极性排列会向前或向后移动一格(1/32圈)。
3)步进电动机的工作原理。步进电动机转动前,转子的位置使其磁极与定子磁极异性相对应(图4-42a)。当定子A或B中换成另一个绕向相反的绕组通电时,定子的32个磁极极性排列发生改变,形成了与转子磁极同性相拆、异性相吸的磁力作用(图4-42b),使转子又转动至其N、S极与定子的异性磁极相对应的位置(图4-42c)。定子的4个绕组按S1、S2、S3、S4的顺序输入通电脉冲,就可使电动机按正方向逐步(1/32圈)转动。如果要使电动机反方向转动,则使4个绕组按S4、S3、S2、S1的顺序通电即可。
(2)开关电磁阀式怠速控制阀。
1)开关电磁阀式怠速控制阀的组成与原理。开关电磁阀式怠速控制阀的基本组成与工作原理与喷油器相似,所不同的是怠速控制阀控制的是空气通道。开关电磁阀式怠速控制阀的结构如图4-43所示。当电磁线圈通电时,电磁力使空气阀打开;当电磁线圈断电时,弹簧力又使阀迅速关闭。
2)开关电磁阀式怠速控制阀的工作方式。开关电磁阀有开关工作方式和占空比工作方式两种。
①开关工作方式:开关工作方式下,电磁阀线圈通电时空气阀打开,发动机在高息速下运转;电磁阀线圈断电时空气阀关闭,发动机在正常怠速下运转。因此,在开关工作方式下,发动机只有正常怠速和高怠速两种状态。
②占空比工作方式:占空比信号是一种信号的频率(周期)固定不变,脉宽可变的脉冲信号,如图4-44所示。控制器通过输出不同的占空比脉冲,就可控制阀的不同开关比率，实现不同的怠速控制。占空比可从0%~100%改变,因此,占空比工作方式可控制发动机从正常怠速到最高怠速之间的任一种怠速状态。
(3)旋转电磁阀式怠速控制阀。
1)旋转电磁阀式怠速控制阀的组成与工作原理。旋转电磁阀的组成一例如图4-45所示。控制信号输入电磁阀时,电磁阀转子转动一个角度,通过阀杆带动空气阀转动,以改变怠速辅助空气通道的截面积,实现发动机怠速的调整。
2)旋转式电磁阀的结构特点。旋转电磁阀的主要部件是带动阀转动的转子和定子。旋转式电磁阀有两种型式:一种是转子为永久磁铁,电磁线圈绕在定子上;另一种定子为水久磁铁,转子上绕有电磁线圈，通过电刷和滑片将电流引入电磁阀线圈。旋转电磁阀的两个电磁线圈匝数相同,对称布置,通电后其电磁力对转子的作用方向相反。
3)旋转式电磁阀的工作原理。转子为永久磁铁的旋转式电磁阀电路原理如图4-46所示。发动机ECU输出占空比信号,此控制信号通过VT1、VT2组成的驱动电路控制电磁阀线圈L1、L2的通断电。由于控制信号到VT1基极经反相器反相,因此,晶体管VT1集电极输出控制脉冲与VT2集电极输出的控制脉冲相位相反。
当控制信号占空比为50%时,一个信号周期中VT1、VT2的导通相位相反,但导通时间相同。L1、L2的通电时间各占一半,两线圈的平均电流相同,产生相同大小的电磁力,对转子的作用力互相抵消,所以这时的转子在原来的位置保持不动(图4-47a);当控制信号占空比大于50%时,L2通电时间大于L1,两线圈产生的磁场合力使转子逆时针转动(图4-47b);当控制信号占空比小于50%时,L1的通电时间大于L2,两线圈产生的磁场合力则使转子顺时针转动(图4-47c)。
控制器通过输出占空比不同的脉冲信号,即可实现对转动电磁阀的旋转角度及转动方向的控制。
定子是永久磁铁的旋转式电磁阀,则是在其转子铁心上绕有匝数相同、绕向相反的两个线圈,这种结构型式的旋转电磁阀,需要通过电刷和导电片将电流引入线圈,其工作原理与转子是永久磁铁的旋转电磁阀完全相同。
