第4章 汽油机辅助控制系统,4.1 怠速控制系统及其故障诊断 4.2 排放控制系统及其故障检修 4.3 进气控制系统及其故障检测 4.4 故障自诊断与失效保护、备用系统,4.1 怠速控制系统及其故障诊断,4.1.1 怠速控制系统的组成与控制原理 1.怠速控制系统组成 在化油器式发动机中，设有专门的怠速装置保证怠速的稳定，并可进行怠速调整(手动机械式)。在电控燃油喷射式发动机中，设有发动机怠速控制系统，它能根据发动机时速时负荷变化情况，如冷起动后的暖机、空调开机、动力转向开关接通、自动变速器切换到行进位等，自动调节发动机怠速转速，使发动机处在最佳的怠速状态(既保证怠速转速的稳定，又尽可能降低燃油消耗和排放污染)。配置怠速控制系统后，发动机的怠速转速在汽车使用期内，不会因发动机的老化、气缸积碳、火花塞间隙和温度等变化而发生改变。,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,电控汽油喷射发动机的怠速控制方式可分为两类:一类是控制节气门关闭位置的节气门直动式，另一类是控制节气门旁通气道空气道的旁通空气式。控制原理如图4.1所示。别克世纪(Century型轿车和切诺基吉普车采用旁通空气式控制方式。 旁通空气式怠速控制系统的组成如图4.2所示，由各种传感器、信号控制开关、电子控制器、怠速控制阀和节气门旁通空气道等组成。 车速传感器提供车速信号，节气门位置传感器提供怠速触点开闭信号，这两个信号用来判断发动机是否处于怠速状态。发动机怠速时，节气门关闭，节气门位置传感器的怠速触点IDL闭合，传感器输出端子IDL输出低电平信号。因此，当IDL端子输出低电平信号时，如果车速为零，说明发动机处于怠速状态;如果车速不为零，则说明发动机处于减速状态。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,冷却液温度信号用于修正怠速转速。在ECU内部，存储有不同水温对应的最佳怠速转速，如图4.3所示。在冷车起动后的暖机过程中，ECU根据发动机温度信号，通过控制怠速控制阀的开度来控制相应的快怠速转速，并随发动机温度升高逐渐降低怠速转速。当冷却液温度达到正常工作温度时，怠速转速恢复正常怠速转速。 空调开关、动力转向开关、空挡起动开关信号和电源信号等向ECU提供发动机负荷变化的状态信息。在ECU内部，存储有不同负荷状态下对应的最佳怠速转速。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,2.怠速控制原理 怠速控制内容一般包括起动后控制、冷车快怠速控制、发动机负荷变化控制、电器负荷变化控制及减速控制等。怠速控制的实质是控制怠速时的充气量(进气量)。当发动机怠速负荷增大时，ECU控制怠速控制阀使进气量增大，从而使怠速转速提高，防止发动机运转不稳或熄火;当发动机怠速负荷减小时，ECU控制怠速控制阀使进气量减少，从而使怠速转速降低，以免怠速转速过高。怠速时的喷油量则由ECU根据预先设定的怠速空燃比和实际充气量计算确定。,下一页,返回,上一页,4.1 怠速控制系统及其故障诊,4.1.2 怠速控制过程 在发动机怠速状态下，当空调开关、动力转向开关等接通或空挡起动开关断开时，发动机负荷就会增大，转速就会降低。如果转速降低过多，发动机就可能熄火，给车辆使用带来不便。因此，在接通空调开关或动力转向开关之前，需要先将怠速转速提高，防止发动机熄火。当空调开关或动力转向开关断开时，发动机负荷又会减小，转速就会升高，不仅油耗增大，而且会给汽车驾驶带来一定困难(如起步前冲、容易导致汽车追尾等)。因此在断开空调开关或动力转向开关之后，需要将怠速转速降低，防止怠速过高。另外，当电器负荷增大(如夜间行车接通前照灯、按喇叭等)时，电器系统的供电电压就会降低，如果电压过低，就会影响电控系统正常工作和用电设备正常用电，因此在电压降低时，需要提高怠速转速，以便提高电压。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,怠速转速控制过程如图4.4所示。ECU首先根据节气门位置传感器提供的怠速触点IDL信号和车速信号，判断发动机是否处于怠速状态。当判断为怠速工况时，再根据发动机冷却液温度传感器信号、空调开关及动力转向开关信号，从存储器存储的怠速转速数据中查询该工况下的日标转速(即能稳定运转的怠速转速)，然后将日标转速与曲轴位置传感器检测的发动机实际转速进行比较。 当发动机负荷增大，需要发动机快怠速运转，日标转速高于实际转速时，ECU将控制怠速控制阀(增大比例电磁阀式怠速控制阀的占空比，或增加步进电机的步数)，增大旁通进气量来实现快怠速。反之，当发动机负荷减少，目标转速低于实际转速时，ECU将控制怠速控制阀，减小旁通进气量来调节怠速转速。例如，当接通空调(发动机负荷增大)时，需要发动机快怠速运转(目标转速，决怠速转速)。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,ECU就使怠速控制阀的阀门开大，增大旁通进气量。当旁通进气量增大时，因为怠速空燃比已由实验确定为一定值(一般为12:1)，所以ECU将控制喷油器增大喷油量，发动机转速随之提高到快怠速转速运转。 国产汽车电控发动机的怠速转速如表4-1所示。当接通空调或动力转向泵时，其快怠速转速为9501 050 r/min。快怠速时，转速升高200 r/min左右。 同理，当断开空调(发动机负荷减小)，需要降低发动机转速，即日标转速低于实际转速时，ECU将使怠速控制阀的阀门关小，减少旁通进气量进行调节。 需要特别说明的是，电控发动机的怠速转速在出厂时已经精确设定与调整了，使用中一般不会发生变化，无须进行调整。如出现怠速不稳、怠速忽高忽低或怠速熄火等现象，必须首先检测怠速控制系统工作是否正常;然后再按使用手册规定的方法进行调整。,下一页,返回,上一页,4.1 怠速控制系统及其故障诊,4.1.3 怠速控制电路 采用步进电机式怠速控制阀的怠速控制电路如图4.5所示。当发动机怠速负荷变化时，在怠速转速变化之前，ECU将按照一定顺序，控制驱动电路中的三极管VT1、VT2、VT3、VT4适时导通，分别接通步进电机定子绕组电流，使电机转子旋转，带动控制阀的阀芯移动，从而调节进气量，使发动机怠速转速达到日标转速。 1.初始位置的确定 为了改善发动机的再次起动性能，在点火开关断开时，ECU将控制怠速控制阀处于全开状态，为再次起动做好准备。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,当ECU内部主继电器控制电路接收到点火开关拨到OFF位置的信号时，ECU将利用备用电源输人端(Batt端子)电压控制主继电器(燃油喷射继电器)线圈继续供电2s，使步进电机的控制阀退回到初始位置，以便下次起动时具有较大的进气量。 2.起动控制 起动发动机时，由于怠速控制阀预先设定在全开位置，因此进气量较大，发动机容易起动。一旦发动机被起动，如果阀门保持在全开位置，怠速转速就会升得过高。所以在起动时或起动后，当发动机转速达到规定值(该值由冷却液温度确定)时，ECU就会控制步进电机步进的步数，使怠速控制阀阀门关小到由冷却液温度确定的阀芯位置，使怠速转速稳定。如发动机冷却液温度在起动时为20 :，当发动机转速达到500 r/min时，ECU将控制步进电机从全开位置A点(125步)步进到B点(70步)，如图4.6 (a)所示，使阀门关小，防止转速过高。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,3.暖机控制 在发动机起动后的暖机过程中，ECU将根据冷却液温度传感器信号确定步进电机步进的位置。随着转速升高和发动机温度升高，怠速控制阀阀门将逐渐关小，步进电机步进的步数逐渐减小，如图4.6 (b)所示。当冷却液温度达到70时，暖机控制结束，步进电机及其阀芯位置保持不变。 4.1.4 怠速控制系统的故障诊断与维修 1.永磁转子步进电机式怠速控制阀的检修 各型汽车用永磁转子步进电机式怠速控制阀的检修方法基本相同，现以丰田轿车怠速控制阀的检修方法为例进行说明。 (1)车上检测。当发动机熄火时，怠速控制阀会发出“咔哒”的响声，使阀门开度推到最大位置。如果不响，应检查步进电机式怠速控制阀和电子控制器ECU。,下一页,返回,上一页,4.1 怠速控制系统及其故障诊,(2)检查定子绕组。拔下步进电机的导线插接器，用万用表欧姆挡检测插座上定子绕组电阻值，应符合规定值。永磁转子步进电机式怠速控制阀有2组或4组线圈，各组线圈标准阻值为30 60 ，如果阻值不符合要求，则应更换怠速控制阀。 丰田轿车用永磁转子步进电机定子绕组有4组线圈，其阻值为40 。奥迪Audi200型轿车用永磁转子步进电机定子绕组有2组线圈，其阻值为4560 。 (3)检查步进电机工作情况。车下检查永磁转子步进电机式怠速控制阀的 步骤如下: 按正确步骤从节气门体上拆下怠速控制阀。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,如图4.7 (a)所示，在怠速控制阀插接器的B1和B2端子上接蓄电池的正极，而后依次将S1、S2、S3、S4 端子搭铁(接负极)，此时阀门应逐渐关闭。若不能关闭，则应更换怠速控制阀。 如图4.7 (b)所示，把怠速控制阀插接器的B1和B2端子接蓄电池的正极，而后依次将S1、S2、S3、S4端子搭铁(接负极)，此时阀门应逐渐开启。若不能开启，则应更换怠速控制阀。 检查完毕后，再向节气门体上装怠速控制阀时，应使用新的0形圈。 检查步进电机工作电压。将怠速控制阀安装到节气门体上，插好连接器插头。当点火开关接通时，检测ECU的端子“IS1”“IS2”“IS3”“IS4”与“E1”之间(或检测怠速控制阀连接器端子“S4”“S3”“S2”“S1”与搭铁之间)应有912 V的脉冲电压。若无电压，再检查电瓶和主继电器是否正常。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,2.永磁磁极步进电机式怠速控制阀的维修 (1)车上检测。当发动机熄火时，怠速控制阀会发出“咔哒”的响声，使阀门开度推到最大位置。如果不响，应检查怠速控制阀和电子控制器ECU。 (2)检查电枢绕组电阻。断开点火开关，拔下怠速控制阀连接器插头，用万用表欧姆挡检查插座上电枢绕组电阻值应符合规定。永磁磁极步进电机式怠速控制阀一般有2组线圈，各组线圈标准阻值为10 15 ，如果阻值不符合规定，则应更换怠速控制阀。 奥迪100型轿车用永磁磁极步进电机电枢绕组的阻值为13 。 (3)检查步进电机的工作情况。车下检查永磁磁极步进电机式怠速控制阀的步骤如下: 按正确步骤从节气门体上拆下怠速控制阀。,下一页,返回,上一页,4.1 怠速控制系统及其故障诊,用导线将端子2连接蓄电池正极，然后依次将端子1, 3与蓄电池负极连接，阀芯应当顺时针或逆时针转动。如阀芯不能转动，说明步进电机失效，应予更换新品。 当发动机工作时，如怠速转速忽高忽低，说明换向器与电刷接触不良; 如怠速转速偏低，说明顺转线圈L:断路或其连接的换向片与电刷接触不良;如怠速转速偏高，说明逆转线圈L、断路或其连接的换向片与电刷接触不良。 3.脉冲电磁阀式怠速控制阀的检修 (1)车上检查。当发动机怠速运转时，用手触摸怠速控制阀应当有明显的振动感。如无振动感或怠速转速过高过低，说明怠速控制阀失效，应予更换新品。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,(2)检查电磁线圈电阻。断开点火开关，拔下怠速控制阀连接器插头，用万用表欧姆挡检测插座上两个端子之间的线圈电阻值应符合规定。脉冲电磁阀式怠速控制阀只有1组线圈，线圈电阻值为10 15 ，如果阻值不符合规定，应予更换新品。 (3)检查怠速控制阀的工作情况。车下检查脉冲电磁阀式怠速控制阀的步骤如下: 按正确步骤从节气门体上拆下怠速控制阀。 用导线将其中一个端子连接蓄电池正极，另一个与蓄电池负极相连，阀芯应当移动。如阀芯不能移动，说明怠速控制阀失效，应予更换新品。 当断开一根导线时，阀芯应当迅速复位，如阀芯卜滞或不能迅速复位，说明怠速控制阀故障或复位弹簧失效，应予更换新品。,上一页,下一页,返回,4.1 怠速控制系统及其故障诊,4.怠速控制系统的故障诊断方法 怠速控制系统常