怠速控制机构通常安装在节气门体上,其作用是自动控制发动机怠速;在发动机热机、有额外负荷(如开空调、动力转向起作用、自动变速器PN挡开关进入运行挡位、全车电器投入使用等)时,调节进气量,从而调节发动机转速和动力。怠速控制机构有两种控制形式怠速旁通道式(如图1-14(a)和节气门直动式(见图1-14(b)。
1.控制怠速旁通道式。
控制怠速旁通道式广泛采用步进电机式和旋转滑阀式怠速控制阀,它安装在节气门体上或进气总管上,控制节气门前后的怠速旁通道的开度大小来增减怠速进气量,以达到调整怠速的目的。怠速控制阀是由电子控制单元控制,能自动将怠速保持在设定的最佳转速。
(1)步进电机式怠速控制阀。步进电机式怠速控制阀是将步进电机与怠速控制阀做成体,由步进电机、旁通气阀阀芯、阀座以及把旋转运动变成直线运动的进给丝杆等组成,如图1-15所示。步进电机是一种非连续转动的转角控制执行机构,并且可根据控制信号实现正、反转。
如图1-16所示,步进电机的转子用永久磁铁制成,N极和S极在圆周上相间排列,形成八对磁极。定子有A、B两个,上下重叠,内绕A、B两组线圈。每个定子各有八对爪极,每对爪极之间的间距为一个爪极宽度,A、B两定子爪极相差一个爪极宽度,构成一体安装在外壳上,如图1-17所示。
相线绕组的控制电路见图1-18,A、B两个定子绕组分别由1、3相绕组和2、4相绕组组成,ECU通过晶体三极管控制各相绕组的搭铁,交替变换定子爪极极性,使步进电机转子产生步进式转动,如欲使步进电机正转,相线控制脉冲按1-2-3-4相序滞后90°相位角,使定子上的N极向右移动,则转子正转,如图1-19、图1-20所示。如欲使步进电机反转,相线控制脉冲按1-2-3-4相序依次超前90°相位角,定子上的N极向左移动,则转子反转。
转子的转动是为了使定子线圈电磁铁和转子永久磁铁的N极和S极互相吸引到最近距离。
当定子的爪极极性由于相线控制脉冲的变化而改变时,转子也随之转动,始终保持转子的N极与定子的S极对齐。转子转动1圈需32个步级,每一个步级转动1个爪的角度(即11.25°),步进电机的正常工作范围为0~125个步级。锥阀的直线行程为0.8mm,125步级锥阀总行程为10mm,旋转圈数为3.9圈,转速调节范围为300r/min。应该说明:它的实际工作范围多为50步级以内,这是为了不同的发动机排量系列化使用。
当步进电机转动时,进给丝杆作轴向移动。丝杆上固定着阀芯,丝杆上下移动时,带动阀芯关小或开大旁通气道。ECU通过控制步进电机的转动方向和转角,就可以控制丝杆的移动方向和移动距离,从而达到控制旁通气阀开度,调整怠速进气量的目的。
热机过程中,ECU控制步进电机转动,使怠速控制阀从刚起动时的最大开度逐渐减小。
当冷却液温度达到70℃时,暖机控制结束,怠速控制阀恢复到正常怠速开度。
2.节气门直动式怠速控制机构。
怠速转速的控制方式为节气门直动式,取消了节气门旁通道,由节气门控制组件对发动机的怠速进行综合控制。
节气门控制组件由怠速开关、怠速节气门位置传感器、怠速控制电机和节气门位置传感器等组成,如图1-23(a)所示。
节气门位置传感器和怠速节气门位置传感器都起着节气门位置传感器的作用。怠速控制电机起着控制怠速的作用,能适当开大或关小节气门开度。
怠速开关、怠速节气门位置传感器以及节气门位置传感器的功用是向电子控制单元提供节气门当前位置信息。在怠速范围内,电子控制单元根据这些信息以及转速信号、冷却液温度信号、额外负荷信号等,与规定值比较后,得到偏差修正量,调节喷油量和空气量的多少。空气量是由怠速控制电机(可正反转)经过两级降速后直接驱动节气门动作,完成快怠速和低怠速空气量的调节。节气门控制组件是智能化节气门体的原始雏形。
节气门位置传感器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电刷触点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子控制单元,在发动机工作转速范围内,向电子控制单元提供当时的节气门位置信号,作为电子控制单元判断发动机运转工况的依据。
怠速节气门位置传感器安装在节气门体内,与怠速控制电机连接在一起,可将节气门的开度、怠速控制电机的位置信号输送给电子控制单元,当怠速节气门位置传感器到达调节范围极限时,不再移动,节气门仍可继续开启。当怠速节气门位置传感器的信号中断时,节气门控制组件将利用应急弹簧进入应急状态工作,将节气门拉开到固定位置,使怠速转速升高。
怠速开关与节气门位置传感器一起安装在节气门轴上,向电子控制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,电子控制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,电子控制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子控制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。当怠速开关信号中断时,电子控制单元将把节气门位置传感器的信号与怠速节气门位置传感器的信号进行比较,根据两个电位计的相互位置来判别出节气门的怠速位置。
怠速控制电机在怠速调节范围内,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将其阻值变化转换为电信号输入电子控制单元,电子控制单元接收到该信号后,根据信号电压高低确定节气门的位置,再控制怠速控制电机,通过怠速控制电机微量调节节气门开度来调节发动机的怠速转速。大众车系节气门直动式怠速控制机构电路如图1-23(b)所示。
当怠速控制电机发生故障或电子控制单元对怠速电机的控制失灵时,应急弹簧将把节气门拉到一个特定的应急位置,使怠速处于应急状态运转,怠速转速将升高。
