汽车发动机怠速提升控制技术

当汽车临时停车和慢速行驶时，发动机处在小负荷或空载负荷运行工况。此时，非独立空调系统会出现由于压缩机所需转矩的增大，而发动机的负荷增大的矛盾，其结果会造成发动机的怠速工况不稳定，甚至导致发动机熄火，影响汽车的低速和怠速性能。为了保证汽车的怠速稳定性能，必须增加怠速稳定控制器，以保证在发动机怠速时能自动切断空调压缩机的离合器电路。

学习提示：

一般怠速稳定控制器有两种类型：一种是自动切断压缩机的离合器电路，停止压缩机运行，这样来减轻发动机的负荷，稳定发动机的怠速性能。另一种是当发动机怠速还需要空调系统继续工作时，使发动机自动加大节气门开度，以增加发动机的输出功率，并使发动机转速略有提高，达到带负荷的低速稳定运转的目的。

1.怠速继电器

怠速继电器是当发动机处于怠速工况时，自动切断电磁离合器电路，停止发动机驱动压缩机来稳定发动机怠速工况的装置。这种装置是利用点火线圈的脉冲数作为转速控制信号，并将信号输入到怠速继电器的电路中。汽车空调系统的怠速继电器在点火线圈的初级低压负极上。

如图3-55所示，怠速继电器上面有一个怠速设定旋钮，预选转速由人工控制，一般把它调整到700～750r/min时，便能自动切断电路；950r/min时再接通电路。如果不用怠速继电器，拨至M档处，即为人工控制。

图3-56所示为怠速继电器的工作原理图。发动机转速信号由接线柱2输入怠速继电器电路，电路中VT₁、VT₂及相应的阻容元件组成一个频率/电压转换电路，送入的发动机转速信号经电阻R₁、R₂及电容C₁衰减、滤波后由晶体管VT₁放大，放大后的脉冲电压又被电容C₂、电阻R₅和二极管VD₂组成的微分电路微分，使其脉宽为一固定值，再经晶体管VT₂放大整形，经R₇、C₃滤波后再由R₈、R_W和R₉组成的分压电路两端得到一个电压幅值与输入脉冲频率成反比的直流电压，此电压经电位器R_W分压后送入由VT₃、VT₄组成的施密特触发器的输入端，用来控制触发器的导通和截止，然后再通过继电器K来控制压缩机电磁离合器电路的通断。

图3-55 怠速继电器外观

图3-56 怠速继电器的工作原理

1—接电源负极 2—接点火线圈负接线柱 3—接电磁离合器 4—接电源正极

当发动机处于怠速运转时，点火频率较低，经频率/电压变换电路得到的直流电压较高，施密特触发器的输入电压也较高，则VT₃导通，而VT₄截止，继电器触点K分开，切断了电磁离合器线圈电路，压缩机停止工作。当点火信号频率随着发动机转速升高而增加到一定值时，输入到施密特触发器的电压下降，使VT₄导通，继电器触点K闭合，电磁离合器线圈通电，使压缩机工作。

电位器R_W可用于调节输入到施密特触发器的输入电压，用来调节电磁离合器接通和断开时的发动机转速值，一般当发动机转速为900～1100r/min时接通，而转速为600～700r/min时断开。

该种怠速继电器具有“手动”和“自动”两个档位，一般情况下置于“自动”档位，当故障发生时，可以用“手动”档位进行替代。此时，继电器线圈的电流经手动开关搭铁而构成回路，压缩机将不再受发动机转速控制。

为了确保发动机正常工作，有些汽车的空调系统还设置了发动机转速检测继电器，它的作用是只有当发动机转速超过800～900r/min时，空调电路才会被接通，而低于该转速时，继电器自动切断压缩机电磁离合器电路，空调不能开启，该继电器的转速信号也取自点火线圈。其控制电路如图3-57所示。(www.xing528.com)

图3-57 装有发动机转速检测继电器的空调电路

1—点火线圈 2—发动机转速检测继电器 3—温控器 4—压缩机工作指示灯 5—冷凝器冷却风扇电动机 6—电磁离合器 7—继电器 8—鼓风机电动机 9—鼓风机调速电阻 10—空调及鼓风机开关 11—蓄电池 a—接蓄电池正极

2.怠速提升装置

怠速继电器能在必要时切断电磁离合器，以保证发动机转速稳定，但此时空调系统不工作，汽车空调不能制冷，因此，这种方式显然是有缺陷的，因为有时空调系统的工作是必需的。有的汽车采用的方法是通过开大节气门开度来提高发动机的即时转速，以维持制冷系统工作。

对于化油器式发动机，一般是设置一个节气门位置控制器，如桑塔纳轿车JV发动机中的KEIHIN化油器，就设有该种装置，如图3-58所示。而现代轿车一般都是电控发动机，此时怠速的提升是通过怠速控制装置来实现的，发动机电子控制单元接收到空调开关A/C信号时，通过直接开大节气门（节气门直动式），或开大节气门旁通空气道（旁通空气道式）来提高发动机的转速。大多数现代轿车发动机用的都是后者，如图3-59所示。

（1）节气门位置控制器 图3-58所示为其工作原理。发动机怠速运转，不使用空调制冷时，真空转换阀的线圈中无电流通过，接通真空通路，真空驱动器的膜片上移，通过连杆带动限位器处于图3-58a位置，此时节气门可关闭到发动机正常怠速运转的位置。

使用空调制冷时，空调开关A/C接通真空转换阀线圈电路，切断真空通路，大气压力便作用于真空驱动器膜片上方，在弹簧力作用下推动膜片下移，通过连杆带动限位器处于图3-58b位置，当节气门向关闭方向转动时，由于节气门控制板被限位器限位，使节气门不能全闭而开度加大，从而达到提高发动机转速的目的。这种怠速提高装置曾经广泛应用于化油器轿车的空调系统中。

图3-58 节气门位置控制器工作原理

a）空调制冷系统不工作时 b）空调制冷系统工作时

（2）微机控制怠速系统 控制方式一般有两种基本类型：一种是控制节气门旁通气道中空气流量的旁通空气式；另一种是直接控制节气门关闭位置的节气门直动式，如图3-59所示。一般常用旁通空气式，目前普遍采用的是由步进电动机驱动的怠速控制结构。如图3-60所示，空调工作信号是发动机ECU（电子控制单元）的重要传感器信号之一，当空调制冷系统起动，ECU接收该信号后，驱动由步进电动机带动的怠速控制阀门，将旁通气道开度加大，增加怠速时的进气量，使发动机转速增加，制冷压缩机正常工作。这种怠速提高装置可以根据发动机负荷变化的状况，精确地控制发动机根据空调压缩机等其他负载稳定地工作。大众系列轿车多采用节气门直动式怠速控制方式。

图3-59 微机控制怠速系统的控制方式

a）旁通空气式 b）节气门直动式