发动机怠速控制系统分析

郭小兰

摘 要： 文章从怠速控制系统的原理出发，介绍了怠速控制系统的作用、组成与控制内容，以及步进电动机式怠速控制阀相关特性。

关键词： 怠速控制系统 步进电机 发动机ECU

发动机怠速工况是指发动机运行中节气门开度最小、汽车处于空挡、发动机只带附件而维持最低转速的稳定工况。怠速转速过高，会增加燃油消耗量。因此，怠速转速应尽可能低。但考虑到减少有害物的排放，怠速转速又不能过低。通常发动机输出动力时，其转速是由驾驶员通过加速踏板控制节气门开度调节进气量的方法实现的。但在怠速时，驾驶员的脚已离开加速踏板，驾驶员要对进气量进行适时调节已不可行，为此在大多数电控汽油喷射发动机上都设有不同类型的怠速转速控制装置[1]。

怠速控制（ISC）是通过调节空气通道面积以控制进气流量的方法实现的。用电子控制器ECU控制怠速调节执行器可实现多项怠速控制功能，达到现代汽车发动机高性能的要求。现代汽车发动机怠速控制系统主要控制的功能有：稳定怠速控制、快速暖机控制和高怠速控制[2]。

1.怠速控制系统的组成与控制内容

怠速控制系统主要由各种传感器、电控单元ECU和怠速控制执行机构等组成，如图1所示。

在发动机ECU的存储器中储存有发动机各种状态下的最佳稳定怠速参数和相应的控制程序。工作中，ECU根据与怠速控制系统相关的各传感器和开关提供的反映发动机温度、发动机转速、节气门开度、空调开关位置、自动变速器挡位等电信号，进行目标转速选定、怠速判断、转速比较与计算，然后由驱动电路发出信号，控制怠速控制执行机构动作，将发动机怠速控制在目标范围之内。

2.步进电动机式怠速控制阀

步进电机式执行机构是目前应用最多的一种怠速控制装置。它主要由一只微型步進电机（由永久磁铁构成的转子、激磁线圈构成的定子组成）、螺旋送进（把旋转运动变成直线运动）机构和空气阀等组成，如图2所示。它利用步进转换控制使转子可正转也可反转，从而使阀芯上下运动以达到调节空气量[3]。

步进电动机式怠速控制阀与发动机ECU连接，其控制线路如图3所示。适用于不同冷却液温度和空调器各种运行状况的目标怠速信息都储存在ECU的存储器中，ECU根据节气门开启角度和车速信号判定发动机处于怠速工况时，按一定顺序使VT～VT晶体管依次导通，分别向怠速步进电动机4个绕组线圈供电，驱动步进电动机旋转，调节旁通空气通道的开度，从而调节旁通空气量，使发动机转速达到目标怠速。主继电器控制电路的作用是当点火开关切断时，使ECU继续通电2s，以便使ECU完成启动初始位置的设定。在点火开关断开后的这段时间里，步进电动机在ECU的控制下转动，使空气阀开启至最大，为下次启动做好准备。其主要控制功能有：启动设定、启动控制、暖机（快怠速）控制、反馈控制、发动机转速变化估计控制、电负荷怠速提高控制等。

3.结语

怠速控制根据相应传感器采集的发动机工况信号，通过对比、计算确定工况转速，并从ECU中调取工况对应的数据值或控制信号控制执行器工作，使发动机始终在最佳怠速状态稳定运转，避免因外界因素的变化造成怠速转速的波动。

参考文献：

[1]张建忠.汽车发动机的怠速控制[J].汽车工程师，2012.10.

[2]司景萍，高志鹰.汽车电器及电子控制技术[M].北京大学出版社，2012.

[3]王宇.浅析汽车怠速控制系统的检测和维修[J].中国新技术新产品，2013.09.