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摘要
发动机怠速不稳是汽车使用中常见的一种故障之一。
本文通过对汽车发动机怠速控制的意义、发展趋势，发动机怠速不稳，怠速诊断面临的困难的分析，根据点火系统、进气系统、燃油系统等方面故障现象总结出怠速故障产生的原因，提出了电喷发动机怠速不稳故障排除的基本步骤与方法，并通过案例对故障处理方法进行了论证。
关键词：
怠速节气门直动式旁通空气道式步进电机
目录
摘要I
目录II
引言1
第一章发动机怠速概述2
第二章怠速控制的意义3
第三章汽车发动机怠速控制发展趋势5
3.1怠速控制系统的功能与组成6
3.2节气门直动式怠速控制器8
3.3步进电动机型怠速控制阀8
3.4怠速控制阀的控制内容9
第四章怠速诊断面临的困难11
4.1.汽车电气故障诊断11
4.2.汽车机械故障诊断13
第五章案例分析15
致谢16
参考文献17
引言
发动机怠速控制系统是汽车发动机电子控制的一个重要内容。
对怠速进行有效的控制对于提高汽车的燃油经济性，乘坐舒适性和降低排放有很大的意义。
怠速是指节气门关闭，加速踏板完全松开。
且发动机对外无功率输出，并且保持最低转速稳定运转工况。
发动机怠速工况是指发动机在不对外做功的情况下,以最低转速稳定运转的状态,是发动机的重要工况之一。
城市道路上行驶的车辆,其怠速时间约占总运行时间的1/3,燃油消耗量约占总耗油量的30%,在汽车工况法排放测试中,怠速排放CO和HC量通常占总排放量的70%左右,表明怠速过程与发动机的油耗量和有害物质排放有重要关系。
怠速转速的高低是影响发动机耗油量和控制排放的重要因素,怠速高,排放质量相对好,而油耗增加。
降低怠速可使车辆的耗油量下降,但由于较低的转速使得废气对缸内混合气的稀释作用明显增强,但发动机怠速控制系统是电子控制系统中最重要也是最复杂的部分之一，然而，在我国汽修行业中，怠速工况是故障率及怠速控制有关的各种故障率远大于其他工况的故障率。
这种故障千奇百怪，造成这种故障的原因也是多种多样，怠速控制中的问题确实给我们汽车维修人员带来不小的麻烦，如何对待，如何分析，如何检测和排除怠速控制中所发生的各种故障，是一个重要的课题。
第1章发动机怠速概述
发动机的实际运行工况，按照工作的稳定性可以分为稳定工况和过渡工况。
稳定工况是指发动机节气门开度保持不变，其转速和负荷也基本不变的运行状况。
比如发动机温度正常后的怠速工况，转速和负荷都基本不变的小负荷工况，大负荷工况等。
过渡工况是指发动机运行参数处于变化过程中的工况，如：
加速工况，减速工况，暖机加浓工况，冷启动工况等。
怠速工况是发动机在对外不做功的情况下，以最低稳定的转速运行的状态。
此时发动机与传动系完全脱离，其目的就是维持发动机的在较低的转速下连续，平稳运转和提供其他各辅助装置的工作动力，比如空调、动力转向装置等突然开启或关闭时，使发动机转速稳定运行在某一速度范围。
怠速工况是发动机工作的重要工况之一。
影响发动机怠速性能的因素主要有两个方面。
一个是控制进入汽缸的混和气流量。
因为混合气流量直接影响混合气在燃烧室内燃烧的速度，压力和温度，从而对发动机的动力性，燃料经济性和排气污染物的成分有着很大的影响。
另一方面是对汽缸可燃混合气进行点火的时刻，不同的点火时刻同样能够对汽缸内燃烧的过程产生很大的影响，从而影响发动机的动力性能。
第2章怠速控制的意义
汽车是当今社会生活中一种不可缺少的交通运输工具，人们对它的依赖性越来越强，汽车产业间的竞争也越来越激烈。
为了满足日益增高的消费需求，汽车研究、设计和制造者们付出了无数的心血和智慧，使汽车商们纷纷推出了各式各样的新车型。
汽车尾气排放中的未燃烧充分产生的HC、氮氧化合物NO及在大气中通过光化学烟雾反应所生成的臭氧、过氧酞基硝酸盐等对人体会造成极大危害，已成为威胁人类健康的“无形杀手”，控制汽车排放己成为世界各国环境保护的一个重要任务。
我国汽车排放有两大特征：
单车排放量大，排放物中的有害物质比例高。
中国轿车与美国1992年产的轿车相比CO和CH的排放量分别高出14.6倍和11.倍,污染密度高出约3-10倍。
近年来我国道路机动车辆平均年增长率达15%，而且有持续增长的态势，这必将造成越来越严重的尾气污染。
落后的发动机控制设备是罪魁祸首。
怠速控制的低效性更是造成如此严重污染的主要原因[7,9]。
由于怠速工况具有的特殊的性质，即只是维持发动机自身的运转和辅助装置的能量提供，因此，为了尽量的的降低燃油消耗，要求尽量降低发动机转速。
在一个基于燃油经济性的常量容积实验中测得，在怠速工况下，发动机转速每降低100r/pm，相当于每加仑油多走一英里。
但是，如果发动机转速在最低状态下运行，即燃油消耗较低，发动机有最佳的工作效率（燃料利用率）。
此时会有另外一个问题：
一个很小的扭矩干扰就可能导致发动机转速的很大的偏离甚至熄火，并且会造成车辆振动噪声，影响乘坐舒适性。
因为发动机转速在最低状态下运行时的储能太少导致的。
所以通常为了使控制器有较好的抗干扰能力，发动机怠速时常常工作在偏高于最低转速的状态下运行。
因此，如何标定发动机的最优怠速转速是一个非常关键的技术。
但是目前为止几乎看不到相关标定技术的出版物。
发动机怠速进行控制，以达到这样一个平衡，也就是一方面尽量使发动机有较强的抗干扰能力，运行比较稳定；
另一方面，尽可能有较低的燃油消耗。
发动机怠速时还需要解决的一个问题是发动机从其它工况过渡到怠速或者从怠速过渡到其它工况时的平稳性和噪声，振动和抖动。
因为汽车的运行工况十分复杂，且变化频繁，若在交通拥挤、车辆众多的城市中行驶时，汽车经常处于怠速工况，约有相当部分的燃油消耗于此。
因此对发动机的怠速加以有效控制，对提高发动机经济性能指标有很大的影响。
在发动机的动力完全不用于驱动汽车的场合，怠速的任务只是使发动机不熄火，而不是对外作功。
怠速消耗的燃油完全用于克服摩擦力，为了减少摩擦功以节省燃油，怠速转速越低越好。
但若怠速转速越低，废气的稀释作用越明显，必须供给较浓的混合气，其结果则是燃烧不完全，HC和CO有害排放物增加。
这也是怠速控制的一个重要意义，即排放平衡。
我国汽车检测诊断技术应向如下三个方面发展：
1）.完善与硬件配套的软件建设，制定定量化的检测标准；
2）.在大型检测诊断设备研制方向，向声、光、电等自动化技术方向发展，进一步提高诊断系统的智能化水平；
3）.汽车检测诊断实现网络化，提高信息资源共享，硬件共享软
件共享水平。
综上所述，对怠速进行有效的控制对于提高汽车的燃油经济性，提高汽车的乘坐舒适性和降低排放，有很大意义。
第三章汽车发动机怠速控制发展趋势
汽车发动机控制的发展与电子技术的发展是分不开的。
在安全，环保和节约能源问题的不断催促下，汽车电子控制技术在发动机控制中的应用是必然的趋势。
电子控制技术克服了传统机械装置的先天不足，在燃油喷射控制，点火控制，节气阀控制，λ（空燃比）控制，爆燃控制和怠速控制等控制中得到了很好的应用，有效地提高了燃料的燃烧效率，改善了发动机的性能。
正是微计算机控制技术的应用，才摆脱了经典控制理论的约束，使得现代控制理论中的最优控制，鲁棒控制，模糊控制和其他控制算法以及智能控制理论得以在发动机控制中应用及运用这些方法进行故障诊断。
采用电子控制燃油喷射系统后，由于微型计算机的使用，使得对发动机的运行过程中不同条件下的怠速控制成为现实。
由ECU控制的各种怠速控制机构被广泛的应用在电喷系统中。
就目前使用的怠速控制机构来说一般分为两大类：
一类是直接通过对节气门最小开度的调整来控制怠速转速的，称为节气门直动控制式。
另一类是通过控制空气旁通道截流面积的大小来实现的，称为旁通空气控制式。
旁通空气控制式怠速控制机构又称为怠速控制阀（ISCvalve）。
旁通空气控制式怠速控制机构是由ECU来控制空气旁通阀来实现对怠速进气量控制，达到控制怠速转速的目的。
在实际系统中，空气旁通阀的结构和控制方式有所不同，大体可分为：
步进电机调节机构，占空比控制型电磁阀，开关控制型电磁阀。
如图[图1]是一个步进电机式怠速控制阀的结构。
图1步进电机式怠速控制阀结构
3.1怠速控制系统的功能与组成
1.怠速控制系统的功能
图2怠速控制功能图
怠速是指节气门关闭，加速踏板完全松开，且发动机对外无功率输出并保持最低转速定运转的工况。
在汽车使用中，发动机怠速运转的时间约占30%，怠速转速的高低直接影响燃油消耗和排放污染。
怠速转速过高，燃油消耗增加，怠速转速过低，会增加排放物污染，除外，怠速转速过低，发动机冷车运转、空调打开。
电器负荷增大、自动变速器挂入挡位、动力转向时，由于运行条件较差或负荷增加，容易导致发动机怠速工况转速不稳甚至熄火。
在传统的化油器式发动机上，一般有机修员调整怠速转速，发动机工作中，不能根据运行工况和负荷的变化适时调整怠速转速。
如图2所示，介绍怠速功能，工作稳定性较差。
随着电控技术在汽车上的发泛应用，怠速控制（ISC）已成为发动机集中控制系统的基本控制内容之一。
怠速控制目的是，在保证发动机排放要求且运转稳定的前提下，尽量使发动机的怠速转速保持最低，已降低怠速时的燃油消耗量。
在除怠速以外的其他工况下，驾驶员通过加速踏板控制节气门，从而改变发动机的进去量和喷油量，调节发动机的转速和输出功率。
怠速控制系统的功能是根据发动机工作温度和负荷，有ECU自动控制怠速工况下空气供油量，维持发动机以稳定怠速运转。
2.怠速控制系统的组成
怠速控制系统主要由传感器、ECU和执行元件三部分组成的。
传感器的功用是检测发动机的运行工况和负载设备的工况，ECU则是根据各种传感器信号确定运转的目标转速，并与实际转速进行比较根据比较结果控制执行元件工作，以调节进气量，使发动机的怠速转速达到所确定的目标转速。
如图3所示，怠速以外的其他工况下，若怠速控制系统对发动机实施怠速控制，会使驾驶员通过加速踏板对节气门的进气量调节进行干涉。
所以在怠速控制系统中，ECU需要根据节气门位置信号和车速信号确认怠速工况，只有在节气门全关、车速为零时，才进行怠速控制。
图3怠速控制循环图
3.怠速控制的方法
怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。
在发动机集中控制系统中，控制怠速工况下进气量的方法可分为两种基本类型：
节气门直动式和旁通空气式。
节气门直动式怠速控制系统通过执行元件改变节气门的最小开度来控制怠速进气量，而旁通空气式怠速控制系统中，设有旁通节气门的怠速空气道，由执行元件控制流经怠速空气道的空气量。
怠速控制的方法及执行元件的类型因车型而异，目前应用于较多是旁通气式怠速、控制系统，旁通空气式怠速控制系统执行元件可分为步进电机型、旋转电磁阀型、占空比控制电磁阀型、开关阀型。
3.2节气门直动式怠速控制器
如图4所示，节气门直动式怠速控制器的结构，组成：
直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等。
图4节气门直动式怠速控制器
3.3步进电动机型怠速控制阀
如图5所示，控制阀的结构与工作原理：
ECU控制S1通电，转子顺时针转动90度；
ECU继续给S2通电，转子再顺时针转动90度；
依此类推。
如图6所示，当ECU按照S4、S3、S2、S1的顺序通电时，转子逆时针转动。
线圈通电一次，转子转动一次的角度称为步进角。
图5步进电机型ISCV构造及工作原理
图6步进电机型怠速控制阀电路
3.4怠速控制阀的控制内容
图7怠速控制内容
1）如图7所示，控制内容：
起动初始位置的设定、起动控制、暖机控制、怠速稳定控制、怠速预测控制、电器负荷增多时的怠速控制、学习控制。
2）起动初始位置的设定：
关闭点火开关发动机熄火后，电子控制单元ECU的M-REL端子向主继电器延续供电2～3s，ECU控制步进电机ISCV全部打开，以利于下次起动。
3）起动控制：
起动时，ISCV全开，起动顺利。
起动后，ECU根据水温的高低控制步进电机，调节控制阀的开度。
4）暖机控制：
又称为快怠速控制。
暖机时，ECU根据水温的高低控制怠速控制阀的开度。
随着水温上升，怠速控制阀开度逐渐减小。
5）怠速稳定控制：
ECU将接受道的转速信号与确定的目标转速进行比较，其差值超过一定值时，ECU通过步进电机控制怠速控制阀以调节空气进气量。
又称为反馈控制。
6）怠速提速控制：
在怠速时，出现以下情况，ECU控制步进电机将怠速提升。
开空调；
转方向盘（带动力转向的车）；
电器负荷增大（如开大灯，风窗加热器，尾灯等）；
挂前进档（自动变速器汽车）；
7）学习控制：
由于磨损等原因，怠速控制阀的位置相同时，其实际的怠速转速和设定的目标转速略有不同，此时ECU利用反馈控制使怠速转速回到目标转速，同时将此时的步进电机步数存入ROM中（ECU中有一小电路不断电），以便在以后的怠速控制过程中使用。
第四章怠速诊断面临的困难
汽车故障参数与诊断信息获取在理论上大体分两大分支，其汽车电器故障诊断和机械故障诊断。
4.1.汽车电气故障诊断
汽车电器故障诊断分数字电路故障诊断和模拟电路故障诊断。
数字电路仅有两种状态，即0和1。
模拟电路故障诊断具有多样性。
信号的连续性、非线性、容差和噪声以及检测点的有限性，使诊断问题变得十分复杂。
难度大、精度低、稳定性差。
从而导致检测诊断的效益低。
传感器电路故障引起的发动机怠速不稳
这类故障可以使用相应的故障阅读仪或故障检测仪进行故障检测,因为传感器电路方面的故障一般都会以故障代码的形式储存在发动机ECU中,若电控系统传感器发生了故障,则传感器的输出信号与发动机实际运转状态不符,因此,可根据查询到的故障代码对有故障的传感器电路进行检测,判断和排除故障。
点火正时失准引起的发动机怠速不稳故障
解决这类故障需要一定的时间。
例如:
一辆桑塔纳乘用车,当其行驶里程为2300km时出现发动机怠速不稳现象,有时发动机还会熄火。
该故障的检查与排除过程如下:
1）首先用故障阅读仪查询故障存储器,没有故障代码。
2）用故障阅读仪执行自诊断功能,喷油器和碳罐电磁阀等执行器动作都正常。
3）执行发动机ECU设定的基本功能。
4）用新的传感器、执行器和发动机ECU进行更换试验,故障依然存在。
5）用新的火花塞和高压线进行更换试验,故障依然存在。
6）在用故障阅读仪观察数据流时,发现发动机怠速时的点火提前角变化幅度过大。
检查表明,正时带的安装正确。
根据经验,点火提前角的变化幅度不应该这么大,重新调整点火提前角后,故障现象消失
常规点火电路故障引起的发动机怠速不稳故障
对于电喷发动机怠速不稳故障,一般都把重点放在电控系统及其相关部件上,而对常规点火线路没有足够的重视,但在实际中常规点火线路的故障,如火花塞损坏、高压线和分电器盖漏电及点火线圈工作不良等常是发动机怠速不稳故障的原因,要检查好各缸火花塞,检查电极有无烧损过甚或积碳,火花塞间隙是否正常。
要注意的是:
有的零件如高压线的故障,有时用万用表检查不出来,只有用新件进行换件实验才能检查出来。
一辆桑塔纳乘用车,当其行驶里程为130000km时,发动机怠速不稳,加速时排气管有突突声。
根据经验判断,发动机的故障好象是发动机缺缸工作。
但是在用1527试电笔进行检查时,喷油器工作正常;
检测表明4个火花塞跳火正常,且汽油压力也正常;
用故障阅读仪V#A#G1552读得的各个传感器的数据都正常;
将各个传感器依次用新件更换试验时故障依然存在;
并且用万用表测得的各缸高压线的电阻也都在规定的范围内,可是在将各缸高压线全部换成新件后故障现象消失。
上述检查说明,故障原因在于某缸的高压线有故障。
在用1根新高压线依次取代各缸的高压线做试验,在取代第3缸高压线后故障现象消失。
怠速控制阀（怠速空气旁通阀）电流调整不稳
一辆奥迪100212E轿车,怠速工况时发动机转速为800r/min,空调压缩机工作后,发动机转速仍为800r/min,发动机还有发抖现象。
电喷发动机在怠速运转时打开空调开关,怠速不稳甚至熄火,关闭空调开关后发动机工作正常,是电喷发动机的一种常见故障,因为此类车辆的发动机怠速、空调快怠速、暖风机快怠速都是由电控单元通过怠速空气旁通阀自动控制进气量来实现的。
对于奥迪100212E轿车,怠速控制阀电流调整不当是造成该故障的常见原因。
上述故障可按以下方法进行检修:
1.利用故障自诊断系统检查故障部位。
2.重调初始怠速。
3.检查怠速控制阀。
4.检查、调整怠速控制阀控制电流。
5.检查空调开关。
4.2.汽车机械故障诊断
机械运行过程是动态过程，就其本质而言是随机过程。
机械系统不同时刻观察的数据通常是不重复的，用检测数据直接判断运行过程故障是不可靠的，不同时刻观察值不一致，只能从统计意义上比较它们的差异。
从系统特性上看，汽车机械系统故障除了如连续性、离散性、间歇性、缓变性、突发性、随机性、趋势性和模糊性等一般特性外，汽车各总成都是有成百上千个零件装配而成，零部件间互相耦合，决定了汽车各总成故障的多层次性，一种故障由多层次故障原因所构成。
进气系统漏气
由发动机的怠速稳定控制原理可知,在正常情况下,怠速控制阀的开度与进气量严格遵循某种函数关系,既怠速控制阀开度增大,进气量相应增加。
进气管路漏气,进气量与怠速控制阀的开度将不严格遵循函数关系,即进气量随怠速控制阀的变化有突变现象,导致发动机怠速不稳。
若听见进气管有泄漏的嗤嗤声,则证明进气系统漏气，可检查进气系统各管路接头、各真空软管、废气再循环系统和燃油蒸汽回收系统有无漏气。
喷油器滴漏或堵塞
若喷油器有滴漏或堵塞现象，使其无法按照ECU的指令进行喷油，从而造成混合气过浓或过稀，使个别气缸工作不良,导致发动机怠速不稳。
这种情况可用听诊器检查喷油器是否发出咔叽咔叽作动声或测量喷油器的喷油量，若喷油器无作动声或喷油量超出标准，喷油器即有故障,故障排除可采取清洗喷油器，检查每个喷油器的喷油量并确认无堵塞、滴漏现象。
各汽缸压力相差过大引起的发动机怠速不稳故障
此类故障发生的根本原因一般是发动机长时间使用低标号燃油,燃烧不完全,所以在气门附近会形成过多的积碳，以致于气门关闭不严,一个汽缸或多个汽缸的压力下降过多（各汽缸压力相差过大）从而导致发动机发生怠速不稳故障。
排气系统堵塞
此问题与三元催化器内部因结胶、积碳、破碎等原因造成局部堵塞或随机堵塞时，就会加大排气时的反压力,使进气管真空度过低，造成发动机排气不彻底、进气不充分，致使气缸工作性能变差,发动机怠速发抖。
若该故障长时间不排除,将使氧传感器长期在恶劣条件下工作，加速了氧传感器的损坏,使发动机故障灯亮。
因此，可利用真空表进行检测,若压力较低且加速时常常伴有发闷的现象，更换三元催化器即可排除故障。
第5章案例分析
一辆CA7180AZE红旗（明仕一代）轿车，大约行驶了100000km，出现发动机怠速不稳。
故障现象：
故障现象发动机怠速转速偏低，加速无力，发动机故障指示灯间歇点亮。
分析故障
用故障检测仪调取故障代码，为P0171,含义为燃油调节系统混合气过稀。
测量燃油系统压力，加速时仅为157k/Pa,说明燃油压力过低。
拆下燃油泵检查，发现燃油泵的泵油量不足，进一步检查发现其泄压阀有问题，存在内漏现象。
更换燃油泵后，燃油系统压力恢复正常，上述故障现象消失。
燃油泵泵油量不足，使得燃油系统压力过低，虽然发动机ECM能补偿一定的压降，但无法恢复至发动机正常工作所需要的燃油压力，所以就设置Po171故障代码。
总结
导致发动机ECM设置P0171故障代码的可能原因还有:
（l）氧传感器线路有故障；
（2）发动机ECM自身搭铁不良；
（3）喷油器有故障,如喷油器堵塞等；
（4）真空泄
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