執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與工作原理ppt課件.ppt

執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與工作原理 1 執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與工作原理 發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的各種控制功能 都是借助于各自的執(zhí)行器來完成的 因此根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)功能強(qiáng)弱的不同 各種發(fā)動(dòng)機(jī)上配置的執(zhí)行器亦有多有少 一般來講 主要有 電動(dòng)燃油泵 電磁噴油器 怠速空氣調(diào)整器 和點(diǎn)火裝置 2 目錄 一 電動(dòng)燃油泵二 電磁噴油器三 怠速空氣調(diào)整器 3 一 電動(dòng)燃油泵 電動(dòng)燃油泵主要任務(wù)是供給燃油系統(tǒng)足夠的具有規(guī)定壓力的汽油 電動(dòng)燃油泵的安裝形式有兩種 裝在供油管路中或燃油箱內(nèi) A 進(jìn)油 B 出油 圖1 1電動(dòng)燃油泵 4 圖1 2電動(dòng)燃油泵的結(jié)構(gòu) 1 單向閥 2 安全閥 3 電刷 4 電樞 5 磁極 6 泵論 7 濾網(wǎng) 8 泵體 9 外殼 10 輪齒 電動(dòng)燃油泵由泵體 永磁電動(dòng)機(jī)和外殼等部分組成 如圖1 2所示 永磁電動(dòng)機(jī)通電即帶動(dòng)泵體旋轉(zhuǎn) 將燃油從進(jìn)油口吸入 流經(jīng)電動(dòng)燃油泵內(nèi)部 再從出油口壓出 給燃油系統(tǒng)供油 5 1 滾柱泵 滾柱泵是目前燃油泵最常用的形式 如圖1 3所示 它由轉(zhuǎn)子 滾柱和泵體組成 轉(zhuǎn)子偏心的置于泵套內(nèi) 燃油泵的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 由 圖1 3滾柱泵 6 于離心力的作用使?jié)L柱向外側(cè)移動(dòng)與泵套內(nèi)壁接觸 這樣 由轉(zhuǎn)子 滾柱和泵套圍成的腔室將隨轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生容積大小變化 在容積由小變大的一側(cè)燃油被吸入 在溶劑由大變小的一側(cè)燃油被壓出 其過程如1 4圖所示 7 圖1 4滾柱泵工作過程 8 2 齒輪泵 圖1 5齒輪泵結(jié)構(gòu) 9 齒輪泵的工作原理與滾柱泵相似 它由帶外齒的主動(dòng)齒輪 帶內(nèi)齒的從動(dòng)齒輪和泵套組成 如圖1 5所示 后兩者與主動(dòng)齒輪偏心主動(dòng)齒輪被燃機(jī)泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn) 由于齒輪嚙合 則帶動(dòng)從動(dòng)齒輪一起旋轉(zhuǎn) 在從動(dòng)齒輪和主動(dòng)齒輪嚙合的過程中 由內(nèi)外齒圍合的腔室將發(fā)生容積大小的變化 這樣 若合理的設(shè)置進(jìn)出油口的位置 即可利用這種容積的變化 將燃油一定的壓力輸出 10 電動(dòng)燃油泵的性能主要包括運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲和熱燃油輸送性能兩方面 一般采取如下改進(jìn)措施 改進(jìn)滾柱滾道的廓線 改進(jìn)渦輪泵葉片設(shè)計(jì) 采用特殊的阻尼裝置 采用雙級泵的結(jié)構(gòu) 其中雙級泵的結(jié)構(gòu)如圖1 6所示 3 電動(dòng)燃油泵性能的改善 11 由于汽油極易揮發(fā) 而且油泵工作時(shí)溫度升高和吸油時(shí)產(chǎn)生的局部真空 更加劇了燃油的氣化 特別是油泵吸油腔內(nèi)存在的氣泡 將是泵油量明顯減少 從而導(dǎo)致噴油壓力的波動(dòng) 圖1 6雙級電動(dòng)燃油泵 1 初級泵 2 主輸油泵 3 永磁電動(dòng)機(jī) 4 外殼 12 初級泵能分離吸油端產(chǎn)生的蒸汽 并以較低的壓力將燃油輸送到主輸油泵內(nèi) 主輸油泵用于提高泵油壓力 他們相互獨(dú)立并軸向串聯(lián) 由同一根電樞軸驅(qū)動(dòng) 如圖2 1所示 13 二 電磁噴油器 電磁噴油器是發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴射系統(tǒng)的一個(gè)很關(guān)鍵的執(zhí)行器 它接受電腦輸送的噴油脈沖信號 精確的計(jì)量燃油噴射量 其要求有 動(dòng)態(tài)流量范圍大 抗堵塞污染能力強(qiáng)以及霧化性能好 14 15 1 軸針式電磁噴油器 軸針式電磁噴油器主要由噴油器外殼 噴油嘴 針閥 套在針閥上的銜鐵以及根據(jù)噴油脈沖信號產(chǎn)生電磁吸力的電磁線圈組成 電磁線圈無電流時(shí) 噴油器內(nèi)的針閥被螺旋彈簧壓在噴油器出口處的密封錐形閥座上 電磁線圈通電時(shí) 產(chǎn)生磁場吸動(dòng)引鐵上移銜鐵帶動(dòng)針閥從其座面上上升約0 1mm 燃油從精密環(huán)形間隙中流出 噴油器用橡膠成型件作為支座 從而 16 形成隔熱作用防止噴油器中的燃油產(chǎn)生氣泡 有助于發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫啟動(dòng)性能 而且能起到減震的作用 17 1 濾網(wǎng) 2 電接頭 3 電磁線圈 4 復(fù)位彈簧 5 銜鐵 6 針閥 圖2 1軸針式電磁噴油器 18 2 球閥式電磁噴油器 減輕閥針質(zhì)量并提高彈簧預(yù)緊力 對獲得寬廣的動(dòng)態(tài)流量范圍十分有效 而且用球閥能提高噴油量精度 如圖2 2所示 它與軸針式電磁噴油器的主要區(qū)別在于閥針的結(jié)構(gòu) 球閥式的閥針是由鋼球 導(dǎo)桿和銜鐵直接用激光束焊接成整體而制成的 其質(zhì)量減輕到普通針閥式閥針的一半 而且是采用短的空心導(dǎo)桿實(shí)現(xiàn)的 為了保證燃油密封 軸針式閥針必須有長的導(dǎo)向桿 球閥式閥針明顯優(yōu)于軸針式閥針 19 圖2 2同等級的球閥式與軸針式閥針的比較 20 3 片閥式電磁噴油器 片閥式電磁噴油器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是質(zhì)量輕的閥片和孔式閥座 他們與磁性優(yōu)化的噴油器總成結(jié)合起來 使噴油器不僅具有較大的動(dòng)態(tài)流量范圍 而且抗堵塞能力較強(qiáng) 其結(jié)構(gòu)如圖2 3所示 21 圖2 3片閥式電磁噴油器 22 4 噴油器的噴油量及工作特性 1 電磁噴油器的噴油量電磁噴油器工作過程中 當(dāng)電磁線圈通電時(shí) 將銜鐵與針閥吸起 燃油從針閥與閥座之間的空閑流出 電磁線圈不通電時(shí) 磁力消失 回位彈簧將針閥壓緊在閥座上 停止噴油 噴油器針閥的升程很小 一般為0 06 0 1mm 開啟的時(shí)間在2 10ms范圍內(nèi) 開的時(shí)間越長 噴油量越多 理想狀態(tài)下有Q 常數(shù) Ti 23 Ti 噴油器電脈沖寬度Q 噴油器噴油量 2 噴油器的基本特性 實(shí)際噴油的起點(diǎn)比理想噴油的起點(diǎn)滯后一段時(shí)間 致使實(shí)際噴油量低于理論噴油量 出現(xiàn)偏差的原因就是電磁線圈開始通電時(shí) 針閥有一個(gè)上升過渡過程 另外 電磁線圈通電后 由于電磁線圈的自感作用 磁場是逐步建立的 兌現(xiàn)鐵的吸引力是逐步增大的 以上原因使得針閥不會立即響應(yīng) 所以出現(xiàn)滯后情況 24 3 噴油器針閥的工作特性 由于噴油器針閥的機(jī)械慣性和磁滯性的影響 實(shí)際工作的噴油器 在觸發(fā)電脈沖加到電磁線圈后 針閥上升都有一個(gè)過渡過程 由右圖可見 噴油器針閥的升起和落座都有一個(gè)滯后過程 它與電脈沖信號不完全吻合 t0 tc是不噴油的 稱為無效噴油時(shí)間 25 噴油器開閥時(shí)間還受蓄電池電壓影響比較大 電壓高 開閥時(shí)間短 電壓低 開閥時(shí)間長 而關(guān)閥時(shí)間受電壓影響小 所以隨著電源電壓的降低 實(shí)際噴油時(shí)間會縮短 所以ECU還會根據(jù)電源電壓的變化 適時(shí)修正電脈沖信號的寬度 4 噴油器噴油量范圍噴油器是利用脈沖信號通過控制開閥的持續(xù)時(shí)間來控制噴油量 在計(jì)算確定實(shí)際噴油量的過程中 一般將最小噴油量和最大噴油量設(shè)置為界限值 26 5 噴油器驅(qū)動(dòng)方式 各車型裝用的噴油器 按其線圈的電阻值可分為高阻 電阻為13 16 和低阻 電阻為2 3 兩種類型 高阻噴油器常采用電壓驅(qū)動(dòng)方式 低阻噴油器電壓 電流驅(qū)動(dòng)方式都可采用 a 電流驅(qū)動(dòng)b 電壓驅(qū)動(dòng) 低阻 c 電壓驅(qū)動(dòng) 高阻 27 電流驅(qū)動(dòng)方式只適用于低阻噴油器 在剛開始時(shí) 電流很大 達(dá)8A 使噴油器針閥迅速打開 然后 ECU控制噴油器的電流降低至2A 以保持并穩(wěn)定噴油器針閥的打開 特點(diǎn) 無附加電阻 回路阻抗小 針閥開啟速度快 噴油器噴油遲滯時(shí)間縮短 響應(yīng)性好 電壓驅(qū)動(dòng)方式既可用于高阻噴油器 又可用于低阻噴油器 低阻噴油器采用電壓驅(qū)動(dòng)方式時(shí) 須加入附加電阻 以降低流過線圈的電流 防止線圈發(fā)熱而損壞 特點(diǎn) 噴油滯后時(shí)間較長 28 三 怠速空氣調(diào)整器 怠速空氣調(diào)整器的作用 1 穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速 從而降低汽車怠速行駛時(shí)的燃油消耗量 2 發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速行駛時(shí) 若負(fù)荷增大 如接通空調(diào)等 則需要提高怠速轉(zhuǎn)速 以防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火 它是通過控制節(jié)氣門旁通道的方式來實(shí)現(xiàn)怠速調(diào)整的 根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為 雙金屬片式 石蠟式 電磁式 旋轉(zhuǎn)滑閥式和步進(jìn)電機(jī)式 29 1 雙金屬片式怠速空氣調(diào)整器 雙金屬片式怠速空氣調(diào)整器是發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)時(shí) 及啟動(dòng)暖車過程中 是使輔助空氣閥打開增加空氣量的一種怠速機(jī)構(gòu) 它由繞有電熱線的雙金屬片和空氣旁通道遮門等組成 如圖2 4所示 輔助空氣閥的開口受截面受遮門動(dòng)作的控制 遮門又受雙金屬片的控制 雙金屬片根據(jù)溫度變化而變形 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度比較低的時(shí)候 遮門打開 此時(shí)節(jié)氣門是關(guān)閉的 從空氣調(diào)整器流入的空氣使吸入氣缸的空氣量增加 30 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后 電流由點(diǎn)火開關(guān)流入怠速空氣調(diào)整器的電熱線 使雙金屬片受熱而慢慢將遮門關(guān)閉 空氣的流入量減少 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降 暖車后 遮門完全關(guān)閉空氣旁通道 發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn) 遮門的初期開度是取決于周圍溫度的 之后隨雙金屬片被電熱線加熱彎曲而變小 31 32 圖2 4雙金屬片式怠速空氣調(diào)整器 33 2 石蠟式怠速空氣調(diào)整器 石蠟式怠速空氣調(diào)整器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫度控制空氣旁通道截面積 控制力來自恒溫石蠟的熱脹冷縮 熱脹冷縮隨周圍溫度變化 采用這種形式的空氣調(diào)整器 導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水是必要條件 為了結(jié)構(gòu)簡化 一般采用與節(jié)氣門體加熱共用的冷卻水管路一體化結(jié)構(gòu) 如圖2 5所示 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度較低的時(shí)候 恒溫石蠟收縮 提動(dòng)閥在彈簧的作用下打開 隨著溫度的升高 恒溫石蠟膨脹 推動(dòng)連接桿使提動(dòng)閥慢慢關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降 34 圖2 5石蠟式怠速空氣調(diào)整器 35 3 電磁式怠速空氣調(diào)整器 電磁式怠速空氣調(diào)整器由電磁線圈 閥軸及閥的主要部件組成 它是利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁吸力 使閥軸在軸向作線位移 從而控制閥門的位置 電磁吸力的大小取決于微機(jī)控制裝置送至電磁式怠速空氣調(diào)整器電磁線圈的驅(qū)動(dòng)電流的大小 波紋管的作用是為了消除閥門上下壓差對閥門開啟位置的影響 這種怠速空氣調(diào)整器的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度非常快 如圖2 6所示 36 圖2 6電磁式怠速空氣調(diào)整器 37 4 旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速空氣調(diào)整器 旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速空氣調(diào)整器在工作時(shí) 電腦將檢測到的怠速旋轉(zhuǎn)實(shí)際值與貯存的設(shè)定目標(biāo)值相比較 并隨時(shí)校正送至怠速空氣調(diào)整器的驅(qū)動(dòng)信號的占空比 以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的怠速運(yùn)行 如圖2 7所示 它由永久磁鐵 電樞 旋轉(zhuǎn)滑閥 螺旋回位彈簧和電刷及引線等組成 永久磁鐵固裝在外殼上 期間形成磁場 電樞位于永久磁鐵的磁場中 旋轉(zhuǎn)滑閥固裝在電樞軸上 與電樞軸一起轉(zhuǎn)動(dòng) 用以控制流過旁通道的空氣量 電樞軸位于永久磁鐵的磁場中 電樞鐵芯上纏有兩組繞 38 向相反的電磁線圈L1和L2 當(dāng)線圈L1通電時(shí) 電樞帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑閥順時(shí)針偏轉(zhuǎn) 空氣旁通道截面積關(guān)小 線圈L2通電時(shí) 電樞帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑閥逆時(shí)針偏轉(zhuǎn) 空氣旁通道截面積增大 其電路連接圖如圖2 8所示 L1和L2的兩端與電刷滑環(huán)相連 經(jīng)電刷引出與ECU相連 電樞軸上的電刷滑環(huán)由三段滑片圍合而成 其上各有一電刷與之接觸 電樞繞組L1和L2兩端分別焊接在相應(yīng)的滑片上 當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)旋至 on 時(shí) 空氣調(diào)整器接線插頭2上即有蓄電池電壓 電樞繞組L1和L2是否通電 則由電腦中控制L1和L2搭鐵的三極管T2和T1的通 39 斷狀況決定 由于占空比控制信號和三極管T1的基極之間接有反相器 故三極管T1和T2集電極輸出相位相反 因此 旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速空氣調(diào)整器上的兩個(gè)電樞繞組總是交替的通過電流 又因兩組線圈繞向相反 致使電樞上交替產(chǎn)生方向相反的電磁力矩 而電磁力矩交變的頻率比極高 且電樞轉(zhuǎn)動(dòng)具有一定的慣性 所以旋轉(zhuǎn)滑閥將根據(jù)控制信號的占空比擺到一定的角度穩(wěn)定 當(dāng)占空比為50 時(shí) L1和L2的平均通電時(shí)間相等 二者產(chǎn)生的電磁力矩抵消 電樞軸停止偏轉(zhuǎn) 當(dāng)占空比小于50 時(shí) 線圈L1的通電時(shí)間比較長 其合成的電磁力矩使電樞帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑閥順時(shí)針偏轉(zhuǎn) 空氣旁通截面積減小 怠速降低 反之 同理 40 圖2 7旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速空氣調(diào)整器 41 圖2 8旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速空氣調(diào)整器電路連接圖 42 5 步進(jìn)電機(jī)式怠速空氣調(diào)整器 步進(jìn)電機(jī)式怠速空氣調(diào)整器是由永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子 激磁線圈構(gòu)成的定子和進(jìn)給絲桿及閥門等組成 它利用步進(jìn)轉(zhuǎn)換控制 使轉(zhuǎn)子可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn) 從而使閥芯上下移動(dòng)以達(dá)到調(diào)節(jié)旁通空氣道截面的目的 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 43 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 44 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件 角位移 輸入脈沖個(gè)數(shù) 運(yùn)行速度 輸入脈沖頻率 步進(jìn)電機(jī)組成 定子 由硅鋼片疊成 有一定數(shù)量的磁極和繞組 用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子 45 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類 工作原理 反應(yīng) 永磁 混合 步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵的作用原理 將脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī) 每來一個(gè)電脈沖 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度 帶動(dòng)機(jī)械移動(dòng)一小段距離 46 特點(diǎn) 1 來一個(gè)脈沖 轉(zhuǎn)一個(gè)步距角 2 控制脈沖頻率 可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 3 改變脈沖順序 可改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向 下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 47 給A相繞組通電時(shí) 轉(zhuǎn)子位置如圖 a 轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒一個(gè)角度 由于勵(lì)磁磁通力圖沿磁阻最小路徑通過 因此對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力 迫使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子齒對齊位置時(shí) 圖b 因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無切線力 故轉(zhuǎn)矩為零 轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上 由此可見 錯(cuò)齒是助使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因 a b 48 定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)磁極 磁極上有勵(lì)磁繞組 每兩個(gè)相對的繞組組成一相 轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒 A 轉(zhuǎn)子 定子 49 A相繞組通電 B C相不通電 由于在磁場作用下 轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置 故在這種情況下 轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置 1 3齒與A A 極對齊 50 同理 B相通電時(shí) 轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過30 角 2 4齒和B B 磁極軸線對齊 當(dāng)C相通電時(shí) 轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30 角 1 3齒和C C磁極軸線對齊 51 這種工作方式下 三個(gè)繞組依次通電一次為一個(gè)循環(huán)周期 一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖 所以稱為三相單三拍工作方式 按A B C A 的順序給三相繞組輪流通電 轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來 每一拍轉(zhuǎn)過30 步距角 每個(gè)通電循環(huán)周期 3拍 轉(zhuǎn)過90 一個(gè)齒距角 52 按A AB B BC C CA的順序給三相繞組輪流通電 這種方式可以獲得更精確的控制特性 53 A相通電 轉(zhuǎn)子1 3齒與A A 對齊 A B相同時(shí)通電 A A 磁極拉住1 3齒 B B 磁極拉住2 4齒 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15 到達(dá)左圖所示位置 54 B相通電 轉(zhuǎn)子2 4齒與B B 對齊 又轉(zhuǎn)過15 B C相同時(shí)通電C C磁極拉住1 3齒 BB 磁極拉住2 4齒 轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15 55 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下 A AB B BC C CA 每個(gè)循環(huán)周期分為六拍 每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15 步距角 一個(gè)通電循環(huán)周期 6拍 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90 齒距角 與單三拍相比 六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更小 更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中 56 三相雙三拍 按AB BC CA的順序給三相繞組輪流通電 每拍有兩相繞組同時(shí)通電 57 與單三拍方式相似 雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循環(huán)周期也分為三拍 每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30 步距角 一個(gè)通電循環(huán)周期 3拍 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90 齒距角 58 從以上對步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動(dòng)方式的分析可得步距角計(jì)算公式 為了提高步進(jìn)電機(jī)的控制精度 通常采用較小的步距角 如3 1 5 0 75 由一個(gè)通電狀態(tài)改變到下一個(gè)通電狀態(tài)時(shí) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角 59 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo) 1 步距角 2 最大工作頻率 在轉(zhuǎn)子不失步的情況下 電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作時(shí) 輸入脈沖信號的最大頻率 3 最大突跳頻率 在轉(zhuǎn)子不失步的情況下 電動(dòng)機(jī)能增加和減小的最大頻率 4 步距差 理想的步矩角與實(shí)際的步矩角之差 5 輸出轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩的大小 60 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn) 1 輸出角位移量或線位移量與其輸入的脈沖數(shù)成正比 而轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖的頻率成正比 在電機(jī)的負(fù)載能力范圍內(nèi) 這些關(guān)系不受電壓的大小 負(fù)載的大小 環(huán)境條件等外界各種因素的干擾 2 每轉(zhuǎn)一局部有固定的步數(shù) 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不失步的情況下運(yùn)行 其步距誤差不會長期積累 3 控制性能好 它可以在很寬的范圍內(nèi)通過 61 改變脈沖的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 并且能夠快速起動(dòng) 制動(dòng)和反轉(zhuǎn) 4 有些形式的步進(jìn)電機(jī)在停止供電的情況下還有定位轉(zhuǎn)矩 有些形式在停機(jī)后某些相繞組仍保持通電狀態(tài) 具有自鎖能力 不需要機(jī)械制動(dòng)裝置等 主要缺點(diǎn) 效率較低 需配試當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源 帶慣性負(fù)載的能力不強(qiáng) 62 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速控制 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速工況是指油門踏板完全放開 對外無功率輸出且能保持最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 維持發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)工況 當(dāng)汽車實(shí)施自動(dòng)減速 臨時(shí)停車及啟動(dòng)時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)均在怠速工況工作 怠速轉(zhuǎn)速過高 將使怠速工況燃料消耗增加 造成不必要的浪費(fèi) 尤其是長期在城市道路上行駛的汽車 由于頻繁的減速 停車 起步 約有30 的燃料消耗在怠速階段 因此應(yīng)盡可能降低怠速轉(zhuǎn)速 而怠速轉(zhuǎn)速 63 過低 負(fù)荷或阻力稍有變化將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至熄火 現(xiàn)代轎車空調(diào)系統(tǒng) 自動(dòng)變速器 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用及電器負(fù)荷的增加 冷車啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)等均是導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)定的因素 且汽車排放污染物HC和CO主要是怠速階段形成的 怠速越低 排放污染越嚴(yán)重 因此 必須嚴(yán)格并精確控制怠速轉(zhuǎn)速 現(xiàn)代轎車一般均將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)控制在800rpm左右 64 怠速控制原理 怠速控制的目的是在保證發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求及穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下 盡量使發(fā)動(dòng)機(jī)保持最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 以降低怠速時(shí)的燃油消耗 現(xiàn)代轎車的怠速多采用反饋控制方式 ECU根據(jù)各種傳感器的輸入信號所決定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較 確定對應(yīng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的進(jìn)氣量 然后驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)氣量的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 怠速控制閥 ISCV 其控制原理見圖2 8 當(dāng)節(jié)氣門完全關(guān)閉時(shí) 節(jié)氣門位置傳感器內(nèi)的怠速觸點(diǎn)閉合并將信號輸送給ECU 65 ECU即感知為怠速工況 如果此時(shí)輸送到ECU的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號超出怠速轉(zhuǎn)速范圍 ECU會發(fā)出調(diào)整信號給怠速控制閥 減小控制閥的開度 進(jìn)氣量減小 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低 反之 則增加控制閥的開度 提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 這樣 ECU通過轉(zhuǎn)速傳感器信號形成對怠速的反饋控制 使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在正常的怠速轉(zhuǎn)速范圍 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度或工況發(fā)生變化 由ECU控制的怠速系統(tǒng)將各種信號輸送到ECU的邏輯 66 電路進(jìn)行運(yùn)算 由比較電路與基準(zhǔn)信號對比 然后輸出修正補(bǔ)償信號 驅(qū)動(dòng)怠速控制閥增加適當(dāng)?shù)拈_度 適當(dāng)提高怠速 防止怠速不穩(wěn)或熄火 一般在空調(diào)開啟 動(dòng)力轉(zhuǎn)向或自動(dòng)變速器工作時(shí) 怠速將自動(dòng)提高100rpm 目前 現(xiàn)代轎車廣泛采用的是節(jié)氣門旁通空氣量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制系統(tǒng) 如圖 該系統(tǒng)主要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)怠速控制閥 各傳感器及ECU組成 其中怠速控制的關(guān)鍵部件就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控制閥 67 圖2 8怠速控制系統(tǒng) 68 步進(jìn)電機(jī)式怠速控制閥的結(jié)構(gòu)和控制原理 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)怠速控制閥是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與怠速控制閥的統(tǒng)一體 安裝在進(jìn)氣總管內(nèi) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 帶動(dòng)怠速控制閥的閥芯做軸向移動(dòng) 改變閥與閥座之間的間隙 調(diào)節(jié)流經(jīng)節(jié)氣門旁通氣道的空氣量 怠速控制閥有125種不同的開啟位置 可適應(yīng)不同工況對怠速調(diào)整的需要 69 別克和奧迪A6應(yīng)用的的步進(jìn)電機(jī)式怠速空氣調(diào)整器如圖2 9所示 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)怠速控制閥主要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和控制閥門組成 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成 其轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成 N極和S極在圓周上相間排列 均勻分布 共有8對永久磁極 定子由A B兩個(gè)定子組成 每一部分由兩個(gè)繞向相反的定子繞組 1 3相繞組和2 4相繞組 70 和帶有8對交叉排列爪極的定子線圈組成 線圈由導(dǎo)磁材料制成的爪極包圍 每個(gè)定子有8對爪極 每對爪極之間的間距為一個(gè)爪的寬度 A B兩定子爪極相差一個(gè)爪的差位 構(gòu)成一體并安裝在外殼上 爪極的極性是變換的 由微機(jī)控制裝置的控制定子相線繞組的電壓脈沖決定 晶體三極管控制各相線繞組的搭鐵 并通過控制4個(gè)線圈繞組的通電相序改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 從而實(shí)現(xiàn)閥門開啟高度的控制 71 圖2 9步進(jìn)電機(jī)式怠速空氣調(diào)整器 72 圖2 10定子結(jié)構(gòu) 73 相線控制脈沖如圖2 11所示 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí) 相線控制脈沖按1234相順序依次滯后90 相位角 定子上N極向右方向移動(dòng) 轉(zhuǎn)子隨之正轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)是為了使定子線圈電磁鐵和轉(zhuǎn)子永久磁鐵N極和S極互相吸引到最近距離 定子的爪極極性隨相線控制脈沖的變化而改變 所以轉(zhuǎn)子將隨之轉(zhuǎn)動(dòng) 以保持轉(zhuǎn)子的S極隨時(shí)與定子的S極對齊 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈分為32個(gè)步極進(jìn)行 每個(gè)步級轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)爪的轉(zhuǎn)角 即11 25 74 圖2 11結(jié)構(gòu)與脈沖信號 75 怠速控制過程 發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速時(shí) ECU首先根據(jù)節(jié)氣門的怠速觸點(diǎn)信號 車速信號確認(rèn)怠速狀態(tài) 然后根據(jù)冷卻液溫度傳感器 空調(diào) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及自動(dòng)變速器等工作情況 根據(jù)CPU存儲器中的參考數(shù)據(jù) 確定相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速 并與實(shí)際怠速轉(zhuǎn)速比較得出差值 同時(shí)計(jì)算出相應(yīng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的控制量 步級 來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的控制電路如圖2 12所示 ECU按相序使VT1 VT4依次導(dǎo)通 分別給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的4個(gè)定子線圈供電 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 調(diào)節(jié)怠速控制閥的開啟高度 改變旁通空氣量 使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速達(dá)到所要求的目標(biāo)轉(zhuǎn)速 76 圖2 12步進(jìn)電動(dòng)機(jī)怠速控制 77 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式怠速控