陳天殷

（美國(guó)亞派克機(jī)電（杭州）有限公司，浙江 杭州 310013）

1 發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速工況

內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工況分為全負(fù)荷與大負(fù)荷、中等負(fù)荷、小負(fù)荷和怠速4種，也有人認(rèn)為起動(dòng)、起動(dòng)后、過(guò)渡和拖動(dòng)也應(yīng)包含其中，但這些皆為短瞬的轉(zhuǎn)換過(guò)渡過(guò)程，并非穩(wěn)定工況。怠速工況是指油門踏板完全松開，發(fā)動(dòng)機(jī)不對(duì)外輸出動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外做功行程所產(chǎn)生的動(dòng)力僅用來(lái)克服發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部阻力，以維持發(fā)動(dòng)機(jī)以最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，汽油機(jī)怠速轉(zhuǎn)速一般為700～1 000 r/min，而一般車用柴油機(jī)怠速轉(zhuǎn)速在500～800 r/min。在怠速工況下，進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣很少，而缸內(nèi)殘余廢氣對(duì)混合氣稀釋嚴(yán)重，此時(shí)由于轉(zhuǎn)速低，空氣流速小，汽油霧化和蒸發(fā)不良，混合氣的形成并不均勻。

城市市區(qū)內(nèi)短途運(yùn)行的車輛，由于路況、交通管理等因素影響，會(huì)出現(xiàn)臨時(shí)停車、開始起動(dòng)以及制動(dòng)減速，皆是怠速工況下工作。頻繁地減速停車，等候綠燈重新起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間會(huì)達(dá)到總工作時(shí)間的25%～30%，其燃油消耗占到30%左右。在GB 18285的工況法排放測(cè)試中，怠速排放的CO、HC和NOX常占總排放量的70%。較高的怠速轉(zhuǎn)速雖能降低CO、HC和NOX的排放（HC是內(nèi)燃機(jī)未經(jīng)充分燃燒，排放碳?xì)浠衔铩盁N”的總稱），但燃油量消耗上升；而過(guò)低的怠速轉(zhuǎn)速，會(huì)明顯增強(qiáng)廢氣對(duì)氣缸內(nèi)混合氣的稀釋作用，一旦阻力或負(fù)荷稍有變化、擾動(dòng)，會(huì)致使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)，甚至熄火。足見實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理怠速控制系統(tǒng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和廢氣排放及其排氣污染物的成分有顯著影響。在保證發(fā)動(dòng)機(jī)排放嚴(yán)格滿足現(xiàn)行相關(guān)法規(guī)及運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的情況下，怠速控制系統(tǒng)（Idle Speed Control System，簡(jiǎn)稱ISC）常盡可能使怠速轉(zhuǎn)速保持最低，以降低怠速時(shí)的燃油消耗量。

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，名為空轉(zhuǎn)，實(shí)際還需維持包括車載空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置、自動(dòng)變速器等各種裝置的工作動(dòng)力，而與發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪皮帶相連的發(fā)電機(jī)怠速時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)在1600 r/min以上，高于建壓轉(zhuǎn)速，可為蓄電池充電。一輛汽車的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和污染排放性等諸項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)受發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況時(shí)的控制性能影響十分顯著。確保發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)良怠速性能是由汽車專用微機(jī)控制器（電子控制單元）ECU的電子控制方案來(lái)實(shí)施的。一是混合氣流量直接影響其在燃燒室內(nèi)燃燒的速度、溫度與壓力，故必須精準(zhǔn)控制進(jìn)入氣缸的混合氣流量；其二，燃油在氣缸內(nèi)燃燒爆發(fā)的做功過(guò)程決定發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，而它取決于可燃混合氣的精準(zhǔn)點(diǎn)火時(shí)刻。英國(guó)貝爾法（Bellfarw）汽車實(shí)驗(yàn)室有過(guò)如下權(quán)威的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：①標(biāo)準(zhǔn)排量1.6L轎車怠速時(shí)平均油耗為42 mL/min，而1L汽油能平均怠速空轉(zhuǎn)23.8 min，怠速3 min能讓汽車行駛1 km；②造成車輛發(fā)動(dòng)機(jī)積炭的主因是由于在怠速時(shí)，燃油不能充分完全燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)積炭不僅增加車輛能耗，降低發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，汽車怠速時(shí)所排放尾氣中所含有毒有害物質(zhì)是該車時(shí)速80 km/h行駛時(shí)所排放尾氣的73倍！而汽車尾氣排放正是霧霾天氣形成的主影響因素之一。

圖1的速度特性曲線可用于全面判別發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。展示了有效功率P（kW）、扭矩T（Nm）和比燃料消耗量g（g/kWh）隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n而連續(xù)變化的函數(shù)關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性是由制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)出的。保持發(fā)動(dòng)機(jī)在一定節(jié)氣門開度情況下，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，測(cè)取在這一工況下的功率、比耗油等，繼而調(diào)整被測(cè)機(jī)的載荷（扭矩變化），使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變，然后再測(cè)得另一轉(zhuǎn)速下的功率、比耗油。與怠速相應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)域在圖1中并未繪出，但從圖1中的右側(cè)可推測(cè)出怠速工況下比耗油量是很高的，實(shí)際也正是如此。

圖1 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的速度特性曲線

當(dāng)前GB 18285—2005《點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染物排放限制及測(cè)量方法（雙怠速法及簡(jiǎn)易工況法）》是工作的規(guī)范依據(jù)。

怠速工況時(shí)完全放松油門踏板。有時(shí)，因發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)長(zhǎng)期缺火，氧傳感器會(huì)持續(xù)輸出低電壓信號(hào)，此時(shí)ECU可能誤判為混合氣過(guò)稀，而不斷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加濃，從而使CO和HC排放雙重超標(biāo)。尾氣排放物有一氧化碳CO，碳?xì)浠衔铩盁N”類HC和各種氮氧化合物NOX等。圖2、圖3中的3組曲線展示了怠速時(shí)尾氣排放的狀況。海量的汽車其尾氣排放被廣泛認(rèn)為是霧霾天氣形成的主要因素之一。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)CO、HC的影響

提高怠速轉(zhuǎn)速，有利于降低怠速時(shí)的CO和HC排放。隨著怠速轉(zhuǎn)速的提高，進(jìn)氣節(jié)流會(huì)減小，空氣量的進(jìn)入會(huì)增加，減小了殘余氣體的稀釋程度，氣缸內(nèi)燃燒得到改善。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，HC排放會(huì)有顯著降低。原因是升高轉(zhuǎn)速增加了氣缸中的擾流混合與渦流擴(kuò)散，也增加了排氣中擾流和混合，前者改善了氣缸內(nèi)的燃燒過(guò)程，增加了激冷層的后氧化反應(yīng)。但是，高速時(shí)為克服較高的發(fā)動(dòng)機(jī)阻力，需加大排氣容積流量，使排氣系統(tǒng)停滯時(shí)間有所縮短。因此HC排放量降低將小于按濃度改變預(yù)計(jì)的結(jié)果。故適當(dāng)提高怠速轉(zhuǎn)速，對(duì)降低HC成分的影響是十分明顯的。

轉(zhuǎn)速提高時(shí)，氣缸內(nèi)燃燒較慢的稀混合氣，因著火落后期受轉(zhuǎn)速的影響不明顯，在點(diǎn)火時(shí)間不變的情況下，燃燒的大部分周期將在膨脹過(guò)程壓力和溫度不甚高的點(diǎn)位進(jìn)行，減慢了NOX的生成速度。而對(duì)于燃燒速度慢的濃混合氣在提高轉(zhuǎn)速時(shí)，因加強(qiáng)了氣體在氣缸中的擾動(dòng)，加大了火焰?zhèn)鞑ニ俣龋矞p小了熱損失，會(huì)使NOX的生成速度有所增大。怠速轉(zhuǎn)速過(guò)低，尾氣排放污染物會(huì)增加，而怠速轉(zhuǎn)速過(guò)高，燃油消耗會(huì)明顯上升。

硝酸鹽在霧霾中占比甚大，主要由氣態(tài)氮氧化合物二次轉(zhuǎn)化而來(lái)。重型柴油車排放污染更甚。

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制性能不穩(wěn)定，有時(shí)還會(huì)引起整車劇烈振動(dòng)，讓乘坐者倍感不適。不踩加速踏板會(huì)直接熄火；而重起發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)依然故我。迫使踩下加速踏板以維持較高的轉(zhuǎn)速使發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火，等待怠速穩(wěn)定后，車輛方可開動(dòng)行駛。

現(xiàn)代汽車多采用由ECU精確控制怠速控制閥的開度，使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)控制在理想的怠速轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與NOX排放的關(guān)系曲線

2 ISC系統(tǒng)的原理與架構(gòu)

2.1 怠速控制系統(tǒng)的原理與控制策略

怠速控制系統(tǒng)，其原理是通過(guò)在怠速工況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制，以控制怠速轉(zhuǎn)速，包含了發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化與電器負(fù)載變化進(jìn)行控制，而ECU根據(jù)預(yù)先設(shè)定的怠速空燃比與實(shí)際進(jìn)氣量的計(jì)算來(lái)確定怠速時(shí)的噴油量。可綜述為如下5項(xiàng)原則：①在可能條件下，提供怠速空氣量，以便及時(shí)補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷（電器負(fù)載）的變化；②采用維持最低怠速轉(zhuǎn)速與減低空氣量等控制方式，以獲得最佳燃油經(jīng)濟(jì)性；③采用急減速、增加空氣量等方式降低廢氣排放；④改善車輛的可駕駛性；⑤對(duì)零部件老化或維修更換組件、部件所致的差異能自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，以減少周期性調(diào)整。ECU及時(shí)調(diào)控給予執(zhí)行器調(diào)節(jié)指令，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近，實(shí)現(xiàn)怠速穩(wěn)速。

實(shí)際上電控汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一方面適當(dāng)提高怠速轉(zhuǎn)速，以降低廢氣排放；另一方面還經(jīng)由調(diào)整空氣量與燃油的匹配，將怠速轉(zhuǎn)速控制在某一較為穩(wěn)定的水平上，使系統(tǒng)的控制有較大的裕度，以適應(yīng)復(fù)雜的外部環(huán)境。

微機(jī)控制的ISC會(huì)對(duì)系統(tǒng)采取轉(zhuǎn)速反饋控制，如圖4所示。正常車輛行駛時(shí)，為了避免怠速轉(zhuǎn)速反饋控制與駕駛員通過(guò)油門踏板操作引起的空氣量調(diào)節(jié)發(fā)生沖突或干擾，ISC須確認(rèn)節(jié)氣門全部閉合的信息和車速信息等，僅在怠速狀態(tài)確認(rèn)無(wú)誤的條件得以滿足，方會(huì)實(shí)施怠速反饋控制。

圖4 ISC系統(tǒng)的閉環(huán)控制

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，控制暖機(jī)過(guò)程、控制負(fù)荷變化及預(yù)控制電動(dòng)負(fù)荷變化等諸項(xiàng)內(nèi)容，這些以往另有專用裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)皆可納入ISC來(lái)完成，既減少了零部件，也使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化、緊湊，提高可靠性。

2.2 ISC的功能與組成

汽車專用微機(jī)控制器ECU（Electronic Control Unit電子控制單元，亦稱車載電腦）是發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制的核心。ISC的原理便是ECU依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度與負(fù)載情況，如圖4顯示的控制過(guò)程。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制可分穩(wěn)速控制和提速控制兩類，其核心內(nèi)容是發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)負(fù)載變化的控制與電器負(fù)荷的控制。維持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，其根本手段是調(diào)節(jié)控制怠速工況下的進(jìn)氣量（空氣供給量）。在實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)之同時(shí)排放須符合要求，而發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速要維持在低位的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；同時(shí)，讓起動(dòng)后的發(fā)動(dòng)機(jī)能快速暖機(jī)，將過(guò)渡過(guò)程收縮至最短。ISC系統(tǒng)及其控制電機(jī)在車內(nèi)的相對(duì)位置如圖5所示。

圖5 ISC系統(tǒng)及控制電機(jī)在車內(nèi)的相對(duì)位置

一個(gè)完備的電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)自有成熟的體系系統(tǒng)，而怠速控制系統(tǒng)僅是其架構(gòu)中的一個(gè)子系統(tǒng)。表1列出了ISC系統(tǒng)中各組件、元器件的功能。ECU一般并不單獨(dú)裝置，而是與燃油噴射系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)共用，這不僅提高控制精度，也使系統(tǒng)簡(jiǎn)化。

2.3 起動(dòng)及ISC的怠速控制信號(hào)與控制過(guò)程

ISC可分6類過(guò)程和狀態(tài)，有不同的控制策略：①起動(dòng)初始位置的設(shè)定。斷開點(diǎn)火開關(guān)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后控制樞紐電路接收到點(diǎn)火開關(guān)在OFF的位置信號(hào)時(shí)，ECU利用備用電源輸入端提供的電壓控制，此時(shí)，主繼電器因系統(tǒng)程序的設(shè)定，受ECU的M-REL端子延續(xù)供電2～3s，系統(tǒng)會(huì)控制指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的怠速控制閥ISCV處于全部打開的狀態(tài)，以備下一次起動(dòng)時(shí)有較大的進(jìn)氣量。②起動(dòng)過(guò)程中的控制。因發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前，ECU已把怠速控制閥的初始位置設(shè)定在最大開度處，即ISCV呈全開狀態(tài)，起動(dòng)順利。但起動(dòng)后，這樣過(guò)大的進(jìn)氣量會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，ECU隨即跟進(jìn)調(diào)控。在起動(dòng)過(guò)程里，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)到由冷卻液溫度確定其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，ECU會(huì)控制步進(jìn)電機(jī)使怠速控制閥閥門關(guān)小，至冷卻液溫度相對(duì)應(yīng)的ISCV的開啟度，確定進(jìn)氣量多寡。③暖機(jī)過(guò)程的控制。該過(guò)程ECU控制ISCV，從起動(dòng)后ISCV開度漸漸關(guān)小，到冷卻液溫度達(dá)到70℃左右時(shí)，暖機(jī)過(guò)程結(jié)束，此時(shí)怠速控制閥將恢復(fù)至正常怠速開度位置。ISC系統(tǒng)會(huì)不時(shí)根據(jù)冷卻液溫度變化來(lái)微調(diào)進(jìn)氣量大小，使發(fā)動(dòng)機(jī)在溫度變化的情況下實(shí)時(shí)保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。④負(fù)載增大及轉(zhuǎn)速變化的預(yù)測(cè)怠速控制。當(dāng)汽車上使用電器增多時(shí)，如打開空調(diào)、打轉(zhuǎn)向、掛擋開前照燈、啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇或冷車實(shí)現(xiàn)快速加熱等，即引起電源系給定電壓降低，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷也增大，為保證ECU的B+端有正常供電電壓，需相應(yīng)增加進(jìn)氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速。必須提速來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下的穩(wěn)定性，ISC應(yīng)相應(yīng)增大進(jìn)氣量提高怠速轉(zhuǎn)速，一般提速的增量為200～400 r/min。怠速工況下，空擋起動(dòng)開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等接通或斷開皆是發(fā)動(dòng)機(jī)怠速負(fù)荷變化之動(dòng)因，怠速轉(zhuǎn)速會(huì)有不同程度的較大波動(dòng)。為了將怠速轉(zhuǎn)速受到負(fù)荷變化的影響降至最低，ECU須在收到上述開關(guān)量信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化出現(xiàn)前，就控制怠速控制閥ISCV預(yù)先把該閥門開大或關(guān)小一個(gè)恰當(dāng)?shù)拈_/關(guān)度的增量。⑤學(xué)習(xí)控制。發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期使用過(guò)程中機(jī)械零部件性能因磨損而會(huì)有所變化，此時(shí)怠速控制閥位置與原始設(shè)置時(shí)雖然并未變化，但實(shí)際對(duì)應(yīng)的怠速轉(zhuǎn)速值也會(huì)偏離初始值。這時(shí)ECU除用反饋控制使怠速轉(zhuǎn)速控制在目標(biāo)轉(zhuǎn)速值附近，還須將此時(shí)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的步距角的信息Δα儲(chǔ)存于備用的存儲(chǔ)器，供以后怠速控制之用。 ⑥怠速反饋控制。當(dāng)暖機(jī)過(guò)程結(jié)束或ECU檢測(cè)到節(jié)氣門全關(guān)的信息，且車速低于2 km/h時(shí)，ISC系統(tǒng)進(jìn)入怠速反饋控制。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下，若其實(shí)際轉(zhuǎn)速與ECU所存儲(chǔ)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差值超過(guò)規(guī)定值（如20 r/min），則ECU即控制指令怠速轉(zhuǎn)速閥增減旁通空氣量，力促發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差值比允許的規(guī)定值更小。

表1 各組件、元器件在怠速控制系統(tǒng)中的功能

目標(biāo)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況時(shí)的負(fù)荷密切相關(guān)，因?qū)?yīng)的空調(diào)是否使用、空擋起動(dòng)開關(guān)是否接通、用電器的多或寡等不同狀況，目標(biāo)轉(zhuǎn)速各有不同。

怠速控制首先需做怠速狀態(tài)的判定。滿足如下輸入信號(hào)時(shí)才起動(dòng)進(jìn)入怠速控制工況——即實(shí)現(xiàn)怠速控制的時(shí)機(jī)。在怠速控制系統(tǒng)中，ECU需要依據(jù)節(jié)氣門位置與車速信號(hào)等信息來(lái)判斷并確認(rèn)怠速工況。注意，僅在當(dāng)節(jié)氣門全關(guān)，且車速指零時(shí)方可進(jìn)入怠速控制。即發(fā)動(dòng)機(jī)怠速需滿足下述兩個(gè)充要條件：節(jié)氣門關(guān)閉，節(jié)氣門位置傳感器的怠速觸點(diǎn)呈閉合狀態(tài)，而傳感器輸出端子IDL輸出呈低電平。此時(shí)如果車速為0，表明發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)；若車速非0，表明發(fā)動(dòng)機(jī)處于加減速變化之過(guò)渡狀態(tài)。

圖6展示從擰轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)鑰匙起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，由“快怠速→穩(wěn)定怠速（反饋控制）→怠速提速”的3過(guò)程，繪出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)時(shí)間變化的函數(shù)曲線。怠速提速是因負(fù)荷的變化，如啟用空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向和液力變速器，開前照燈、風(fēng)窗、加熱器、尾燈等。圖6中未能繪出的學(xué)習(xí)控制是應(yīng)對(duì)磨損后等原因?qū)SCV閥位置作自我修正。

系統(tǒng)的執(zhí)行元件其核心任務(wù)是調(diào)節(jié)進(jìn)氣量使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速達(dá)到所確定的最佳目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

圖6 怠速控制ISC的3個(gè)過(guò)程

ECU從存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的怠速轉(zhuǎn)速的信息數(shù)據(jù)中查詢相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速n后，將目標(biāo)轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大，需要發(fā)動(dòng)機(jī)快怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，若目標(biāo)轉(zhuǎn)速高于實(shí)際轉(zhuǎn)速，ECU將控制怠速控制閥增大旁通進(jìn)氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)快怠速，提高怠速轉(zhuǎn)速，以防發(fā)動(dòng)機(jī)熄火；而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減小，目標(biāo)轉(zhuǎn)速低于實(shí)際轉(zhuǎn)速時(shí)，ECU將控制怠速控制閥減小旁通進(jìn)氣量，來(lái)調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速，使之降低若干。

節(jié)氣門位置傳感器相連的怠速觸點(diǎn)閉合是節(jié)氣門完全關(guān)閉的信號(hào)，ECU得到該信號(hào)，即可判定已進(jìn)入怠速工況。此時(shí)，ECU接收到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)若低于怠速轉(zhuǎn)速的范圍，ECU會(huì)發(fā)出指令加大ISCV開度；反之，減小ISCV開度，調(diào)整閥的進(jìn)氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。怠速轉(zhuǎn)速的反饋控制功能確保怠速工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)以正常怠速轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖7繪出了節(jié)氣門開度與傳感器電壓關(guān)系。

圖7 節(jié)氣門開度與位置傳感器電壓標(biāo)定圖

圖8展示了ISC系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的重建流程。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度偏低或負(fù)荷增大時(shí)，由ECU控制的ISC將獲取的各類信號(hào)輸送至ECU的邏輯電路進(jìn)行運(yùn)算，比較電路將它們與基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)比，輸出補(bǔ)償修正信號(hào)，驅(qū)動(dòng)ISCV，增加開度，提高怠速轉(zhuǎn)速，防止怠速不穩(wěn)乃至熄火。通常，開啟空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向或自動(dòng)變速器工作時(shí)，怠速轉(zhuǎn)速會(huì)自動(dòng)調(diào)整提高100 r/min。

圖8 ISC系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的重建

3 怠速控制閥的結(jié)構(gòu)與控制原理

圖9是福特汽車的怠速空氣控制閥。ECU操控怠速控制閥如圖10所示。

圖9 福特汽車的怠速空氣控制閥

圖10 步進(jìn)電機(jī)式怠速控制系統(tǒng)

3.1 怠速控制閥的類型與結(jié)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速運(yùn)轉(zhuǎn)工況，ECU會(huì)根據(jù)各傳感器的信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給量Δα，以改變節(jié)氣門最小開度限制器的位置，從而操控節(jié)氣門的最小允許開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)怠速進(jìn)氣量進(jìn)行控制的目的。故怠速控制的實(shí)際操作是對(duì)怠速工況下的進(jìn)氣量的控制。怠速控制閥是怠速控制的執(zhí)行器。其驅(qū)動(dòng)源可分為4種：①三線的旋轉(zhuǎn)式電磁閥，由兩組線圈和一個(gè)閥芯組成。對(duì)兩組線圈脈沖電流的不同占空比進(jìn)行控制，便有不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度，使閥芯在90o轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)至某一位置，實(shí)現(xiàn)閥門開度控制。豐田車系多用此型。② 兩線的伸縮式電磁閥，由一組線圈和閥芯組成。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元向線圈通以不同的脈沖電流，控制線圈繞組的場(chǎng)強(qiáng)，使線圈內(nèi)部的閥芯駐留于某一動(dòng)態(tài)位置，達(dá)到怠速所要求的進(jìn)氣量，控制怠速轉(zhuǎn)速。如圖10所示。③兩線直動(dòng)電機(jī)式電磁閥，安裝在主氣道節(jié)氣門上，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向和停留位置由電機(jī)反饋信號(hào)決定，直接推動(dòng)節(jié)氣門翻板來(lái)控制怠速工況進(jìn)氣量。此電磁閥取消了旁通氣道。用于大眾的部分系列和韓國(guó)現(xiàn)代。④永磁步進(jìn)電機(jī)式電磁閥，因其控制精度高，控制量程大，相對(duì)直動(dòng)電機(jī)式可省略減速裝置，呈示先進(jìn)性，成為當(dāng)代怠速控制執(zhí)行器主流。

圖11是步進(jìn)電機(jī)式怠速控制閥。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是直徑約Ф30的永磁體，圓周外表面均布充磁有8對(duì)N、S的磁極；定子有32個(gè)爪極。每轉(zhuǎn)一步為1/32圈。定子分為A、B兩段，兩組集中線圈包圍著由導(dǎo)磁材料沖壓成型的8對(duì)爪極。爪極的極性由微機(jī)控制裝置輸出的定子繞組的電脈沖來(lái)決定，進(jìn)行爪極極性的變換。A、B兩定子繞組分別由1、3和2、4兩相繞組構(gòu)成，由ECU內(nèi)晶體三極管控制各相繞組搭鐵。定子磁場(chǎng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，轉(zhuǎn)子隨定子磁場(chǎng)同步步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。若繞組控制脈沖依相反順序通電，即可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。

圖11 步進(jìn)電機(jī)式怠速空氣控制閥

常見的轎車如別克、福特、凌志東風(fēng)、凌志風(fēng)度、奧迪A6和三菱都采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的怠速控制閥（ISCV），由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的機(jī)械閥門使發(fā)動(dòng)機(jī)的ISC得到高精度的控制。

3.2 步進(jìn)電機(jī)控制的特點(diǎn)

怠速控制閥的永磁步進(jìn)電機(jī)，每一電流脈沖使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，稱為步距角。轉(zhuǎn)過(guò)1/32圈，如一步為11o，每周為32步；調(diào)節(jié)速率可達(dá)每秒160次（如日本豐田皇冠3.0轎車）；工作范圍為0～125步進(jìn)級(jí)，約為4周。閥門由全開至全關(guān)閉，升程為10 mm，轉(zhuǎn)子需125步距，即怠速控制閥有125種不同的開啟位置，故能對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行充分精確的調(diào)節(jié)控制。

步進(jìn)電機(jī)式怠速控制系統(tǒng)其控制項(xiàng)目?jī)?nèi)容有起動(dòng)預(yù)控制、起動(dòng)控制、暖機(jī)控制穩(wěn)定怠速反饋控制、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化預(yù)控制、電器負(fù)荷增大時(shí)的怠速控制和學(xué)習(xí)控制等多種，判定自動(dòng)變速器是否在空擋，動(dòng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)接通，保證各種怠速條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

學(xué)習(xí)控制是指ECU的存儲(chǔ)器在工作過(guò)程中步進(jìn)電機(jī)不同的正反轉(zhuǎn)步數(shù)相對(duì)應(yīng)控制閥的開度的記錄。而發(fā)動(dòng)機(jī)隨運(yùn)行時(shí)間的積累使用性能和技術(shù)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，ECU通過(guò)反饋控制使怠速轉(zhuǎn)速與設(shè)定的目標(biāo)值保持一致，還能直接調(diào)用存儲(chǔ)器里往昔的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。起動(dòng)初始位置的確定是應(yīng)對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)的再起動(dòng)性能。點(diǎn)火開關(guān)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)后，ECU控制ISCV處于全開位置（步進(jìn)電機(jī)處于125步級(jí)），供下一次起動(dòng)作準(zhǔn)備。故前一次運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束，點(diǎn)火開關(guān)斷開后不得即時(shí)停止對(duì)ECU與步進(jìn)電機(jī)供電（至少延時(shí)2 s），通過(guò)ECU內(nèi)的主繼電器進(jìn)行控制，待步進(jìn)電機(jī)回歸起動(dòng)的初始狀態(tài)方可斷電。

如今為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，對(duì)控制方案開創(chuàng)新思路。步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，其起動(dòng)頻率要低于最高空載起動(dòng)頻率。步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性表明，起動(dòng)頻率越高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載能力越差：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的工作頻率又遠(yuǎn)大于起動(dòng)頻率。可見，一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)不可能即時(shí)穩(wěn)定到較高的工作頻率，須在起動(dòng)的瞬間采用加速措施。一般說(shuō)來(lái)升頻的時(shí)間為0.1～1 s；反之，從高速運(yùn)行到靜止也應(yīng)該有減速的措施，減速時(shí)的加速度絕對(duì)值比加速時(shí)的加速度更大。故需引進(jìn)一種變速的控制程序。其基本思想是：在起動(dòng)時(shí)，以低于響應(yīng)頻率fs的速率運(yùn)行，然后較慢加速，加速到一定速率fe后，就以此速率恒速運(yùn)行，當(dāng)快要到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，又使其緩慢減速，在低于響應(yīng)頻率fs的速率下運(yùn)行，直到走完規(guī)定步數(shù)后停機(jī)。這樣步進(jìn)電機(jī)便可以以最快的速率走完所有規(guī)定的步數(shù)而不失步，極大地提高了效率。其過(guò)程如圖12所示。

圖12 以步長(zhǎng)為橫坐標(biāo)的變速控制過(guò)程

3.3 兩種怠速控制裝置

怠速控制閥依其閥門進(jìn)氣量調(diào)節(jié)方式不同有節(jié)氣門直動(dòng)式和旁通空氣式兩種基本類型，也就有兩種不同的怠速空氣道的進(jìn)氣量控制方式。前者是直接控制節(jié)氣門開度，后者則是以控制怠速旁通空氣道截面大小為基本特征。旁通氣道又有單旁通、雙旁通、三旁通與多旁通等數(shù)種。節(jié)氣門直動(dòng)式由電動(dòng)機(jī)、減速齒輪機(jī)構(gòu)絲杠機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)軸等組成。步進(jìn)電機(jī)旁通空氣式因其各種優(yōu)勢(shì)近年有廣泛的應(yīng)用。

3.4 ISC系統(tǒng)運(yùn)行的程序流程

怠速工況運(yùn)行，系統(tǒng)編程是MCU驅(qū)動(dòng)控制的核心。圖13繪出了ISC實(shí)現(xiàn)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的程序流程圖。圖14繪制了ISC系統(tǒng)運(yùn)行的主程序流程。

ISC系統(tǒng)作為電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)子系統(tǒng)。它在ECU里并不單獨(dú)設(shè)置，而是與燃油噴射系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)等共用一體，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，亦提高控制精度。

目標(biāo)轉(zhuǎn)速的確定，除冷卻液溫度傳感器信號(hào)、空調(diào)壓縮機(jī)接通信號(hào)、自動(dòng)變速器擋位信號(hào)之外，還有蓄電池電壓等信號(hào)。怠速時(shí)，加速踏板雖然完全松開，油門近乎關(guān)閉，但節(jié)氣門并不完全關(guān)閉，而是通過(guò)它提供怠速空氣。

4 ISC歷史沿革、現(xiàn)狀與發(fā)展

4.1 ISC的現(xiàn)狀與歷史沿革

國(guó)際主流的汽車制造商對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制的電子控制裝置系統(tǒng)通常的做法是將預(yù)先測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)MAP圖以數(shù)據(jù)方式存儲(chǔ)在ECU里。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速工況后，根據(jù)傳感器獲得的物理型號(hào)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、空氣流量與進(jìn)氣溫度等數(shù)據(jù)，從MAP圖中找到相應(yīng)的噴油量、點(diǎn)火提前角與節(jié)氣門開度等參數(shù)，然后調(diào)用某一控制算法來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，最后由執(zhí)行器進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)的操作。如設(shè)計(jì)模糊自適應(yīng)PID算法的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置，節(jié)能效果大于15%；環(huán)境保護(hù)的效果大于25%，足見其對(duì)節(jié)油減排的影響多么突出。

傳統(tǒng)的化油器式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工作時(shí)，節(jié)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)。怠速工作時(shí)的空氣量是通過(guò)節(jié)氣門的縫隙及空氣旁通通道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。怠速調(diào)整僅能在停車狀態(tài)下，由維修人員依據(jù)各自的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，帶有很大的局限性。而實(shí)際使用中運(yùn)行條件變化將使怠速轉(zhuǎn)速會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離原來(lái)的值。而最初，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制僅以汽油噴射和電子點(diǎn)火兩者為研究的主要方向。

4.2 ISC的新動(dòng)態(tài)

圖13 ISC實(shí)現(xiàn)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的程序流程圖

圖14 ISC系統(tǒng)運(yùn)行的主程序流程圖

智能控制在怠速控制中最典型的應(yīng)用是變參數(shù)PID控制方式、模糊控制、預(yù)測(cè)控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式。學(xué)習(xí)控制是應(yīng)對(duì)磨損后等原因?qū)SCV閥位置作自我修正，便是由人工智能的核心——機(jī)器學(xué)習(xí)（ML，Machine learning）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它是計(jì)算機(jī)具有智能的根本途徑。

德國(guó)的Bosch（博世）和美國(guó)的GM（通用汽車的TBI）在20世紀(jì)80年代初最早實(shí)現(xiàn)怠速電子控制裝置系統(tǒng)，為ISC建樹了里程碑的起點(diǎn)。

當(dāng)下，一個(gè)重要方向是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)兩者相結(jié)合構(gòu)成基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊控制器（FNN，F(xiàn)uzzy Controller Based On Neural Network）。它可以不依賴精確的模型，選擇深度學(xué)習(xí)架構(gòu)，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化有效，在同樣的扭矩干擾下，怠速轉(zhuǎn)速波動(dòng)可以從原來(lái)的12%，降至1.6%。對(duì)怠速系統(tǒng)進(jìn)一步提高控制精度，使控制更直觀，動(dòng)態(tài)性能有顯著的提高，對(duì)模型參數(shù)有良好的魯棒性。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)函數(shù)的一種網(wǎng)絡(luò)表示，藉以對(duì)對(duì)象建模，用于描述任何復(fù)雜的輸入輸出關(guān)系。設(shè)計(jì)成2個(gè)或以上的輸入神經(jīng)元和一個(gè)輸出神經(jīng)元，2～3個(gè)隱含層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，隱含層及輸出層神經(jīng)元的S型激活函數(shù)，并用若干數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練算法采用變尺度法，得到權(quán)矩陣，得以訓(xùn)練和部署。

ISC系統(tǒng)模型的復(fù)雜性體現(xiàn)在系統(tǒng)信息的非線性、高階次時(shí)變性及隨機(jī)干擾，多樣性、模糊性、不確定性和偶然性是其特征。與常規(guī)控制方法相比，智能控制無(wú)須依賴被控制對(duì)象的精確模型，還在于其自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織的功能，在運(yùn)行過(guò)程中，自動(dòng)獲得最佳模糊控制推理規(guī)則，對(duì)自身不斷修正和完善，它還有很好的容錯(cuò)能力，故智能控制為大型非線性系統(tǒng)或時(shí)變參數(shù)甚多的“黑箱”、“灰箱”系統(tǒng)開辟一條很好的路徑，提升怠速控制系統(tǒng)的控制性能。

據(jù)報(bào)道，一汽馬自達(dá)Mazda6阿特茲每百公里6.3L的低油耗，源于其創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)15%油耗降低。除了13∶1的高壓縮比、燃油直噴/多孔噴油嘴（高壓6孔）、進(jìn)氣側(cè)電控S-VT、凹孔活塞和i-Eloop制動(dòng)能量回收系統(tǒng)等5項(xiàng)措施外，還創(chuàng)新采用一種稱為“i-stop”的智能技術(shù)。名稱中的i兼具“我”（ I ）、“怠速”（idea）、“智能”（intelligent）等多層含義。智能的電控技術(shù)讓發(fā)動(dòng)機(jī)每次停轉(zhuǎn)瞬間控制活塞靜止于非上下死點(diǎn)的位置。這樣發(fā)動(dòng)機(jī)重新點(diǎn)火起動(dòng)，燃料噴射燃燒所需做的功便較小，有利于節(jié)能。初創(chuàng)人的初衷便如該名稱所表達(dá)的“我會(huì)智能怠速停機(jī)，為環(huán)保而關(guān)切”。顯得與傳統(tǒng)的“Stop & Start”發(fā)動(dòng)機(jī)起停系統(tǒng)質(zhì)的區(qū)別。 “i-stop”并不是僅依靠串勵(lì)電機(jī)起動(dòng)機(jī)來(lái)重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，而是世界首創(chuàng)采用預(yù)先控制活塞停止位置。

通常，僅需馬自達(dá)MAZDA6阿特茲發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下熄火時(shí)間大于5s，即可有明顯節(jié)能效果。測(cè)試表明，對(duì)2.0L排量的車型，若變速器掛于D擋，此時(shí)打開空調(diào)怠速運(yùn)行10 min，消耗的燃油約為0.26 L。以每天累計(jì)怠速運(yùn)行10 min計(jì)算，“i-stop”技術(shù)系統(tǒng)每年可為車主節(jié)省燃油費(fèi)700元人民幣，而每年減少的二氧化碳排放量相當(dāng)于16棵杉樹的吸收量，足見經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益極為顯著。

5 怠速控制系統(tǒng)的維護(hù)

怠速工況下的故障率及與怠速控制相關(guān)的故障率，遠(yuǎn)大于非怠速控制的其他工況下的故障率。檢測(cè)怠速工況下各類故障需了解和掌握怠速控制系統(tǒng)原理、運(yùn)行機(jī)制及與其他工況的關(guān)聯(lián)性，才能確定簡(jiǎn)捷有序的檢測(cè)手段，深刻剖析和總結(jié)怠速控制系統(tǒng)故障，準(zhǔn)確分析診斷方法以提出有效的解決方案。

怠速控制系統(tǒng)由于使用維護(hù)失當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)無(wú)怠速、怠速過(guò)高或過(guò)低、怠速不穩(wěn)和怠速熄火等故障。一般可分為兩類：①電氣類故障，如怠速開關(guān)、節(jié)氣門定位器故障，節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障，主回路及控制回路電氣線路的故障；②機(jī)械類故障，最常見為有節(jié)氣門的積炭或卡滯等。而節(jié)氣門卡滯以積炭或其他污垢造成的緣故為最多。此時(shí)只需細(xì)心將沉積物清除，然后作基本設(shè)定，系統(tǒng)便會(huì)正常工作。

必須注意：①節(jié)氣門控制組件（如一汽豐田威馳轎車8A-FE電噴發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為J338）殼體嚴(yán)禁非專業(yè)人士打開；②怠速的基本參數(shù)已由廠家根據(jù)每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)具體的性能參數(shù)設(shè)定在控制單元之中，不需再作人工調(diào)整；③清洗節(jié)氣門和進(jìn)氣系統(tǒng)積炭的方法有免清洗法和拆解清洗法兩種。若更換節(jié)氣門控制組件或更換過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊后，需藉V.A.G1551或1552型一類的專用儀器由資深專業(yè)人士重新進(jìn)行基本設(shè)定。

以下分類概述了ISC系統(tǒng)故障診斷與故障緣由和解決方案，也提供一些實(shí)踐的范例可供維護(hù)人員借鑒與參考。

1）故障類型：無(wú)怠速，怠速轉(zhuǎn)速甚低，如僅500 r/min。抖動(dòng)嚴(yán)重，踩加速踏板，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)；松開加速踏板，即熄火。

故障緣由：屬怠速工況下進(jìn)氣不足。

解決方案：①旁通氣道不暢；②步進(jìn)電機(jī)控制功能不良，細(xì)心清除閥芯及近旁污穢贓物。注意：不得調(diào)節(jié)節(jié)氣門翻板的固定螺釘，使節(jié)氣門有一個(gè)初始態(tài)的開量，引起節(jié)氣門位置信號(hào)過(guò)大，造成怠速不穩(wěn)。

2）故障類型：怠速工況發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)，怠速轉(zhuǎn)速漂移，600～1000 r/min怠速下，一開空調(diào)即熄火。

以韓國(guó)現(xiàn)代轎車為例，針對(duì)此故障的解決方案：韓國(guó)現(xiàn)代轎車因其結(jié)構(gòu)特殊，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速偏離目標(biāo)轉(zhuǎn)速，使怠速開關(guān)為閉合狀態(tài)，節(jié)氣門信號(hào)為0.5 V，有時(shí)會(huì)不能進(jìn)入怠速控制。此時(shí)若測(cè)得怠速開關(guān)信號(hào)是12 V（應(yīng)為0），說(shuō)明不能進(jìn)入ISC的原因是控制單元始終收到的信號(hào)是加速信號(hào)，必需重做怠速基礎(chǔ)調(diào)節(jié)。

3）故障類型：起動(dòng)后怠速抖動(dòng)劇烈，需過(guò)一段時(shí)間才會(huì)緩慢起動(dòng)，且怠速速度偏高，油耗嚴(yán)重超標(biāo)。

故障緣由：節(jié)氣門信號(hào)過(guò)大，測(cè)量可達(dá)0.8 V。

解決方案：①檢查會(huì)發(fā)現(xiàn)一缸火花塞積炭嚴(yán)重，該缸高壓線阻值無(wú)限大，呈開路，屬“缺缸”，須更換高壓線，亦屬于ISC無(wú)法控制，無(wú)法提速。②節(jié)氣門信號(hào)也是發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的狀態(tài)值。一般進(jìn)口轎車節(jié)氣門信號(hào)小于0.6 V。若怠速工況下達(dá)到0.8 V，可認(rèn)為已達(dá)加速工況，故可判斷為無(wú)怠速控制狀態(tài)，檢測(cè)是否有節(jié)氣門拉線過(guò)緊而造成節(jié)氣門開度有變，以致怠速失控，需稍松拉線。

4）故障類型：無(wú)論熱車或冷車起動(dòng)，怠速轉(zhuǎn)速低于標(biāo)準(zhǔn)值，而且有時(shí)會(huì)起動(dòng)困難，甚至起動(dòng)后熄火。

故障緣由：①點(diǎn)火系工作不良；②空氣供給裝置部分有漏氣部位；③供油壓力過(guò)低；④噴油器工作不良；⑤廢氣循環(huán)裝置工作不良；⑥怠速空氣道阻塞；⑦怠速控制閥或旁通空氣閥工作不良；⑧進(jìn)氣壓力傳感器信號(hào)失誤；⑨氧傳感器信號(hào)錯(cuò)誤；⑩水溫傳感器信號(hào)失誤。

5）故障類型：發(fā)動(dòng)機(jī)冷車時(shí)能正常快怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，而熱車后，仍保持快怠速，導(dǎo)致怠速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)高。

故障緣由：①節(jié)氣門卡滯，關(guān)閉不嚴(yán)，或者是節(jié)氣門位置傳感器故障；②怠速控制閥故障；③水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器或空氣流量計(jì)信號(hào)失誤；④空調(diào)開關(guān)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)故障；⑤發(fā)動(dòng)機(jī)ECU故障。

6）故障類型：怠速轉(zhuǎn)速忽高忽低，俗稱“游車”。可分為大范圍轉(zhuǎn)速變化的游移和小范圍轉(zhuǎn)速游移變化兩種。

舉例說(shuō)明，①以桑塔納2000（時(shí)代超人）為例，由故障診斷儀得下述數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)速在800～1000 r/min上下波動(dòng)；節(jié)氣門開度在6～8°間波動(dòng)（標(biāo)準(zhǔn)為2～5°）；空氣流量在3～5g/s間波動(dòng)（標(biāo)準(zhǔn)為2～2.5g/s）；噴油時(shí)間在2～3 ms間變化（標(biāo)準(zhǔn)為2～2.5 ms）。說(shuō)明怠速工況一直在頻繁不穩(wěn)定的調(diào)節(jié)中。節(jié)氣門或空氣濾清器過(guò)度骯臟，有油污塵土使進(jìn)氣受阻，怠速控制閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)不得不反復(fù)調(diào)節(jié)。②以?shī)W迪100（3.2E）為例，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1200～1400 r/min間波動(dòng)，檢查真空度偏低，卻未發(fā)現(xiàn)有漏氣部位。怠速控制閥工作電流僅400 mA（正常為430 mA）。最終確認(rèn)該游車故障為提高燃油經(jīng)濟(jì)性和改善排放污染性的減速斷油控制閥故障，需更換此控制閥。

7）故障類型：有負(fù)荷增加，而不提速。

故障現(xiàn)象：①怠速信號(hào)不良；②怠速執(zhí)行器工作不良；③怠速執(zhí)行器調(diào)節(jié)不良；④負(fù)荷信號(hào)或水溫信號(hào)有故障。

6 結(jié)語(yǔ)

ISC常指怠速轉(zhuǎn)速控制，實(shí)質(zhì)是對(duì)怠速工況時(shí)進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，也配合噴油量及點(diǎn)火提前角的控制。ISC除怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性控制外，還實(shí)現(xiàn)了起動(dòng)控制、暖機(jī)控制及負(fù)荷變化控制等功能，多種功能的集合，既簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)，也提高了怠速控制的精準(zhǔn)化。怠速工況控制性能的優(yōu)劣反映了車輛的技術(shù)性、穩(wěn)定性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與排放性等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

如今，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，引入人工智能技術(shù)，精準(zhǔn)調(diào)控怠速轉(zhuǎn)速，不斷提高降低污染排放的水準(zhǔn)，更是環(huán)境治理制服霧霾的需要。

［1］ Tom Denton.Automobile Electronic & Electronic Systems［M］.Elsevies Butterworth Heinemann Co.Ltd.， 2009.

［2］ Ronald K. Jargem.Automotive Electronic Handbook（Third Edition）［M］.McGrow - Hill Corpanics Inc.， 2008.

［3］ 陳志恒.汽車電控技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［4］ 陳天殷.汽車交流發(fā)電機(jī)的建壓過(guò)程與建壓轉(zhuǎn)速［J］.汽車電器，2008（5）：22-24.

［5］ 陳天殷.汽車電子技術(shù)的現(xiàn)狀與展望［J］.汽車電器，2012（12）：1-3.

［6］ 陳天殷.氣流循環(huán)系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制［J］.輕型汽車技術(shù)，2015（4）：30-36.

作者簡(jiǎn)介：陳天殷，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠囯姍C(jī)電器及應(yīng)用電子控制技術(shù)。

（編輯 凌 波）

Pierburg推出一種新型廢氣門執(zhí)行器，以優(yōu)化渦輪增壓壓力的控制

Pierburg公司正在推出一種新型的廢氣門執(zhí)行器，該先進(jìn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一是在運(yùn)行條件下改進(jìn)了增壓壓力控制。

廢氣門閥控制廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)流向渦輪增壓器，從而控制渦輪增壓器提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的升壓。一個(gè)廢氣門執(zhí)行器控制廢氣門閥。

Pierburg新設(shè)計(jì)的廢氣門執(zhí)行器允許通過(guò)安裝在熱渦輪機(jī)外殼上的廢氣門閥直接啟動(dòng)，外殼隔熱結(jié)合高效冷卻液的溫度控制可防止執(zhí)行器在所有操作條件下過(guò)熱。

此外，12伏直流電動(dòng)機(jī)(可選用EC電機(jī))被冷卻到可以提高電機(jī)負(fù)荷的程度，其優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)與執(zhí)行器之間的齒輪比較低和較高的啟動(dòng)扭矩。該軸也可以完全密封在鋁制外殼上，以防止水濺，而不會(huì)造成熱損傷。該公司表示，這種系統(tǒng)既堅(jiān)固又非?？尚?。

該執(zhí)行器的設(shè)計(jì)和將其安裝在渦輪機(jī)殼上的想法都來(lái)源于Pierburg,該設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是在Pierburg自己的電機(jī)生產(chǎn)設(shè)施建造的直流電機(jī)。

為了進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證，一臺(tái)生產(chǎn)樣機(jī)在公司試驗(yàn)臺(tái)上的一臺(tái)不久將投入批量生產(chǎn)的新的汽油機(jī)上進(jìn)行了500小時(shí)以上的測(cè)試，執(zhí)行器甚至完全滿足在熱浸條件下的工作，并顯示其穩(wěn)定性。目前，它已準(zhǔn)備好進(jìn)行批量生產(chǎn)，并且，目前正由一家廢氣渦輪增壓器制造商進(jìn)行檢測(cè)。

除了廢氣門控制功能，該裝置還可以作為兩級(jí)增壓器高壓級(jí)的驅(qū)動(dòng)器以及用于商用車輛。

在壓力控制方面，現(xiàn)代增壓系統(tǒng)使用機(jī)電一體化執(zhí)行器，為了避免過(guò)熱，在大多數(shù)情況下，它們通過(guò)具有隔熱功能的線性運(yùn)動(dòng)連接到驅(qū)動(dòng)元件上，后者的缺點(diǎn)是：一方面磨損率高，激活周期可聽見；另一方面，間接的部分執(zhí)行元件不準(zhǔn)確的位置確定。

與執(zhí)行器和元件的直接耦合的布置避免了這些缺點(diǎn)，同時(shí)也使設(shè)置范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)90度。這一擴(kuò)展范圍允許冷啟動(dòng)過(guò)程中排氣系統(tǒng)的節(jié)流和廢氣后處理的改進(jìn)。通過(guò)改進(jìn)真實(shí)的排放測(cè)量來(lái)取代目前采用的ECE標(biāo)準(zhǔn)，這些都是具有重大意義的好處。