汽车电控发动机构造与维修第七章 怠速控制系统的测试 、诊断与维修一 任务引入 二 任务分析 三 相关知识 四 任务实施学习目标： 1.了解发动机怠速转速的控制要求及控制方法 ； 2.掌握怠速控制系统的结构与工作原理； 3.掌握转阀式怠速控制阀、步进电机式怠速控 制阀的检查方法； 4.掌握大众车系怠速控制系统的检查方法。一 任务引入怠速是发动机重要的运行工况之一，常见 的故障现象有怠速不稳、怠速过低、怠速过高 、怠速时开空调熄火等，因此，诊断和排除怠 速控制系统的故障是发动机故障诊断与排除的 一项重要内容。二 任务分析发动机的怠速控制系统主要有旁通空 气控制式和节气门直动式两大类，如图7- 1所示，其中，旁通空气控制式又分线性电 磁阀式、转阀式、步进电动机式等类型。怠速控制系统的种类不同，故障检测 的方法也有所不同，在实际操作中，往往 需要根据其结构特点，利用万用表等工具 ，对相关的部件及电路进行检测，再由检 测的结果来判断故障的位置。三 相关知识 1.对发动机怠速转速的控制 要求 2.怠速控制系统的结构与工 作原理 对发动机怠速转速的控制要求1)正常怠速或低怠速 2)起动、暖机怠速 3)高怠速怠速是指发动机不向外输出功率，燃 料燃烧所作的功仅仅用于发动机的内部摩 擦和带动相关的附属设备，此时，节气门 往往处于关闭状态，发动机只需要吸入极 少量的空气，喷油器也只需要喷入极少量 的燃油，相应的转速也维持较低。1)正常怠速或低怠速水温正常，且空调、大灯等附属设备 关闭时，怠速一般应为750850r/min， 称为正常怠速或低怠速。2)起动、暖机怠速起动、暖机时，由于水温较低、发动机内部 摩擦力较大，低怠速下容易造成运转不稳，且 长时间低温运行会增大发动机的磨损，因此， 要求怠速适当提（提高的幅度与当时的水温有 关，水温越低，提高的幅度越大），这样，既 利于运转平稳，又利于快速暖机。3)高怠速打开空调、前照灯等附属设备、动力转 向投入工作或自动变速器换上行驶挡位时， 发动机的负载增大，转速有下降的趋势，此 时要求怠速转速自动提高，一般要求达到 10001200r/min，称为高怠速（或快怠 速）。 2.怠速控制系统的结构与工作原 理 1)旁通空气式怠速控制系统1)旁通空气式怠速控制系统(1)转阀式怠速控制阀 (2)线性电磁阀式与开关电磁阀式怠速控制阀 (3)步进电动机式怠速控制阀旁通空气式怠速控制系统主要由怠速 控制阀（ISCV）、发动机ECU以及各种传 感器等组成，如图7-3所示，其中，怠速 控制阀装于绕过节气门的旁通气道，怠速 时，节气门完全关闭，所有空气经由该旁 通气道进入发动机，ECU只要控制怠速控 制阀的开度，即可控制旁通空气量，从而 达到控制怠速转速的目的。起动、暖机时的怠速控制：起动时， 怠速控制阀完全打开，旁通气道的开度最 大，流过旁通气道的空气量较大，从而确 保发动机能够顺利起动，如图7-4所示； 起动后，随着发动机水温的逐步升高，怠 速控制阀的开度逐步减小，水温正常后达 到正常怠速所需的开度位置。怠速反馈控制：如果怠速转速偏离了设 定值，ECU会通过调整怠速控制阀开度的方 法来进行修正。负荷调节控制：当打开空调，或打开前 大灯，或将变速杆从N挡换至D挡或R挡时， 发动机负载突然增大，转速有下降的趋势， 此时， ECU会使怠速控制阀的开度适当增大 ，以确保转速不致下降。此外，当节气门由大开度突然完全关闭 时，ECU也会瞬时打开怠速控制阀，以防发 动机转速突然过低。(1)转阀式怠速控制阀转阀式怠速控制阀有单线圈式和 双线圈式两种，其中，单线圈式为新型 ，双线圈式为旧型。单线圈转阀式怠速控制阀由电磁 线圈，IC（集成电路） 永久磁铁和 转阀组成，如图7-5所示，其中转阀的 一端通空气滤清器，另一端通节气门后 方。改变转阀的转角，即可以改变空气 通道的大小。发动机ECU向IC（集成电路）发送 一定频率的方波信号，再由IC控制电 磁线圈的工作电流， ECU只要改变方 波信号的占空比，即可改变转阀的开度 。占空比：方波信号的一个周期中， 高电平所占的百分比。提示：如果发生电流中断故障（例 如电路断路），转阀会在永久磁铁的作 用下打开至某一固定开度，怠速转速可 达到10002000r/min。双线圈转阀 式怠速控制阀由两个电磁线圈、永久磁 铁、双金属片和转阀等组成，如图7-6 所示，其工作原理如图7-7所示。两个电磁线圈通电后所产生的磁 场同极相对，共同对转轴上的永久磁铁 产生作用力，线圈A的磁场使转阀开度 增大，线圈B的磁场使转阀开度减小。当两个磁场强度相同时，转阀处 于中间位置；当两个磁场强度不同时， 转阀发生偏转：如果线圈A的磁场大于 线圈B的磁场，则转阀开度增大；如果 线圈A的磁场小于线圈B的磁场，则转 阀开度减小。转阀的最终位置取决于两 个磁场强度与双金属片弹力的平衡状态 。发动机ECU通过控制两个线圈通电 的占空比来控制其工作电流，但两个占空 比信号的频率相同、方向相反，因而占空 比互补。例如：线圈A的占空比为60时 ，线圈B的占空比则为40，这样，线圈 A的工作电流就大于线圈B的工作电流，因 而转阀的开度增大，发动机的怠速随之升 高。提示：线圈A发生断路时，怠速会过 低或不稳；线圈B发生断路，怠速会过高 。双线圈转阀式怠速控制阀的控制电路如 图7-8所示，两个线圈由电源电路同时供 电，并分别由ECU的两个三极管控制，其 中一个三极管的基极电路设有反向器。(2)线性电磁阀式与开关电磁阀式怠速控制阀线性电磁阀式怠速控制阀：发动机 ECU通过占空比来控制电磁线圈的工作电流 ，从而直接控制阀门的开度，如图所示。开关电磁阀式怠速控制阀：电磁线圈 只有通电和断电两种状态，怠速控制阀也 只有开、关两种状态，如图7-10所示。 怠速控制阀打开时发动机的怠速只能提高 100r/min左右。由于这两种怠速控制阀对怠速的调节 范围有限，目前已经很少使用。(3)步进电动机式怠速控制阀步进电动机式怠速控制阀装在节气 门体或进气室上，当步进电动机的转子转 动时，其阀杆伸出或缩入，阀杆一端的阀 门即可控制旁通气道的开度，如图7-11 所示。阀门从全关到全开，步进电动机可 转125步，阀门的开度也相应有125级（ 丰田汽车）。步进电动机的转子由永久磁铁制成 ，定子则由两个16极铁芯构成，每个铁芯 上绕有两组线圈，两个铁芯共4组线圈（ 分别为C1、C2、C3、C4），每组线圈都 由8个线圈组成，每个线圈都各自绕在一 个铁芯极上，这样就形成了16对磁极（共 32个磁极），如图7-11（下）所示。线圈C1通电时，其磁场使转子转到 C1磁极对应的位置；线圈C2通电时，其 磁场则使转子转到C2磁极对应的位置，以 此类推。如果发动机ECU按照C1-C2-C3 -C4的顺序给4组线圈通电，则转子向顺 时针方向步步转动，怠速阀步步打开；如 果发动机ECU按照C4-C3-C2-C1的顺序 给4组线圈通电，则转子向逆时针方向步 步转动，怠速阀则步步关闭。丰田汽车步进电动机式怠速控制阀的 控制电路如图7-12所示。该怠速控制阀 具有如下的特定功能。起动位置设定：当发动机停止运转时 ，ECU将怠速控制阀置于完全打开位置， 以确保发动机下一次能够顺利起动。主继电器控制：点火开关断开时，ECU 会继续维持主继电器接通一段时间，以便 步进电动机完成起动位置设定。自学习记忆功能：发动机熄火后， ECU内部会记忆达到规定怠速所需要的步 数，以便下次起动后能够迅速稳定怠速。四 任务实施 1.实训目的 2.设备准备 3.实训步骤 4.实训要求1.实训目的 可以进行各种怠速控制阀及其控制电 路的检查。2.设备准备丰田8A发动机台架一台；万用 表，X431解码仪3.实训步骤1)转阀式怠速控制阀的检查 2)步进电动机式怠速控制阀的检查1)转阀式怠速控制阀的检查(1)单线圈转阀式怠速控制阀（新型）的检查 （以丰田5A-FE发动机为例） (2)双线圈转阀式怠速控制阀（旧型）的检查 （以丰田5A-FE发动机为例）(1)单线圈转阀式怠速控制阀（新型）的检查 （以丰田5A-FE发动机为例） 拔下怠速控制阀连接器，从节气门体上 拆下怠速控制阀； 重新连接怠速控制阀的连接器； 接通点火开关，检查怠速控制阀的工作 情况：正常情况为：怠速控制阀在0.5s内 ，从半开到全关，再到全开，最后半开 。如果怠速控制阀无动作，则用万用表 检查：怠速控制阀与ECU之间的线路； ECU的电源电路；ECU的搭铁电路。如都 正常，则更换怠速控制阀；更换怠速控制 阀后仍然无动作，则更换ECU。提示：由于该怠速控制阀内部有一个 IC电路，所以不能直接测量线圈的电阻 。 检查旁通气道有无污物阻塞情况，如有 ，则进行清洁。(2)双线圈转阀式怠速控制阀（旧型）的检查（以丰 田5A-FE发动机为例） 拔下怠速控制阀连接器，从节气门体上拆下 怠速控制阀； 测量怠速控制阀两个线圈的电阻：+B与ISC1 之间、+B与ISC2之间的电阻值都应该为17 24.5。如不符合要求，则更换怠速控制阀。 用万用表测怠速控制阀两个线圈的搭铁情况 ：测ISC1端子、ISC2端子与搭铁之间的电阻 ，应为无穷大。不符合要求，则更换怠速控制 阀。 分别向怠速控制阀的+B端子与ISC1端子之间 、+B端子与ISC2端子之间提供12V电压（时 间不超过1s），看怠速控制阀是否动作。如无 动作，则更换怠速控制阀。 用万用表检查怠速控制阀连接器线束侧 ISC1端子、ISC2端子与ECU的线路连接 情况，如有断路，则查找断点并进行维修 。 用万用表测怠速控制阀连接器线束侧 ISC1端子、ISC2端子的搭铁情况：测 ISC1端子、ISC2端子与搭铁之间的电阻 ，应为无穷大。如不符合要求，则维修或 更换线束。 检查ECU的电源电路、搭铁电路。 检查旁通气道有无污物阻塞情况，如有， 则进行清洁。 如果以上情况都正常，但接上ECU后怠速控 制阀仍然不工作，则更换ECU。2)步进电动机式怠速控制阀的检查(1)基本检查 (2)检查怠速控制阀的电阻 (3)检查怠速控制阀的运行 (4)检查怠速控制阀的供电电压(1)基本检查起动发动机，然后再关闭发动机， 听怠速控制阀是否有“咔嗒”声（进行起动 位置设定时所发出的声音）：有，则怠速 控制阀及其控制电路基本正常；无，则怠 速控制阀及其控制电路存在故障。(2)检查怠速控制阀的电阻拔下怠速控制阀的连接器，用万 用表测步进电动机4个线圈的电阻值： B1与S1之间、B1与S3之间、B2与S2 之间、B2与S4之间（参见图7-12）的 电阻值均为1030（丰田汽车）。 如果有一处不正常，则更换怠速控制阀 。(3)检查怠速控制阀的运行 从节气门体上拆下怠速控制阀； 将蓄电池的正极接在怠速控制阀的B1 端子和B2端子上（如图7-18所示）； 按照S1S2S3S4的顺序将 蓄电池的负极与各个线圈的端子相连， 怠速控制阀应逐步伸出；按照S4S3 S2S1的顺序将蓄电池的负极与 各个线圈的端子相连，怠速控制阀应逐 步缩入（如图7-16所示）。如果不符合要求，则更换怠速控制阀 。(4)检查怠速控制阀的供电电压将点火开关转至“ON”位置，用万 用表测怠速控制阀连接器中B1端子和 B2端子的对地电压，应为12V，否则检 查主继电器与怠速控制阀连接器B1端 子和B2端子之间的线路（参见图7-12 ）。如果以上情况都正常，但怠速控 制阀仍然不工作，则更换ECU。4.实训要求 注意安全防护措施，并养成使用发动机 舱护罩、“三件套”的职业习惯； 操作要仔细、规范，避免造成设备损坏 ； 保持现场的清洁卫生，坚持零件、工具 、油水“三不落地”。小结正常怠速或低怠速一般为750850r/min ，起动、暖机时要求怠速适当提高，随着水温的 升高，要求转速逐步向正常怠速或低怠速过渡。打开空调、大灯等附属设备、动力转向投 入工作或自动变速器挂上