二、怠速控制装置
所谓怠速，是指发动机在无负荷的情况下以最低而稳定运转状态。
怠速控制的功能主要有以下两点：用高怠速实现发动机启动后的快速暖机过程；自动维持发动机怠速在目标转速范围稳定运转，如图7-1所示。
图7-1 怠速控制功能示意图
1.怠速控制内容
怠速控制系统的控制内容有：启动初始位置的设定、启动控制、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、学习控制七个方面。
（1）启动初始位置的设定
为了改善发动机的启动性能，关闭点火开关使发动机熄火后，ECU的M-REL端子向主继电器线圈供电延续2～3s。在这段时间内，蓄电池继续给ECU和步进电机供电，ECU使怠速控制阀回到起始（全开）位置。待步进电机回到起动初始位置后，主继电器线圈断电。蓄电池停止给ECU和步进电机供电，怠速控制阀保持全开不变，为下次启动做好准备。
（2）启动控制
发动机启动时，由于怠速控制阀预先设定在全开位置，在启动期间经怠速空气道可供给最大的空气量，有利于发动机启动；但怠速控制阀如果始终保持在全开位置，发动机启动后的怠速转速就会过高，所以在启动期间ECU根据冷却液温度的高低控制步进电动机，调节控制阀的开度，使之达到启动后暖机控制的最佳位置，此位置随冷却液温度的升高而减小，控制特性（步进电动机的步数与冷却液温度的关系）存储在ECU内。启动控制步进电动机的步数与冷却液温度的关系曲线如图7-2所示。
图7-2 起动控制步进电动机的步数与冷却液温度的关系曲线
小提示：摄氏和华氏温度换算：华氏℉（Fahrenheit）=
例如，将摄氏17度，换算成华氏度数。其计算方法即为：
即摄氏17度等于华氏62.6华氏度。
摄氏℃（Celsius or Centigrade ）
例如，将华氏84度，换算成摄氏度数。其计算方法为：
即华氏84度等于摄氏28.9摄氏度。
（3）暖机控制
暖机控制又称为快怠速控制。在暖机过程中，ECU根据冷却液温度信号按内存的控制特性控制怠速控制阀的开度，随着温度上升，怠速控制阀的开度逐渐减小。当冷却液温度达到80℃时，暖机控制过程结束。暖机控制步进电动机的步数与冷却液温度的关系曲线如图7-3所示。
图7-3 暖机控制步进电动机的步数与冷却液温度的关系曲线
（4）怠速稳定控制
怠速稳定控制：在怠速运转时，ECU将接收到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（一般为20r/min）时，ECU将通过步进电动机控制怠速控制阀，调节怠速空气供给量，使发动机的实际转速与目标转速相同。怠速稳定控制又称为反馈控制。怠速稳定控制步进电动机的步数与冷却液温度的关系曲线如图7-4所示。
图7-4 怠速稳定控制步进电动机的步数与冷却液温度的关系曲线
（5）怠速预测控制
怠速预测控制：发动机在怠速运转时，如变速器挡位、动力转向、空调工作状态的变化都将使发动机的转速发生可以预见的变化。为了避免发动机怠速转速波动或熄火，在发动机负荷出现变化时，不待发动机转速变化，ECU就会根据各负载设备开关信号（A/C开关等），通过步进电动机提前调节怠速控制阀的开度。
（6）电器负荷增多时的怠速控制
电器负荷增多时的怠速控制：在怠速运转时，如使用的电器负载增大到一定程度，蓄电池电压就会降低。为了保证电控系统正常的供电电压，ECU根据蓄电池电压调节怠速控制阀的开度，提高发动机的怠速转速，以提高发电动机的输出功率。
（7）学习控制
学习控制：在ECU的存储单元中，存储着怠速控制阀的步数与发动机怠转速的对应表。但发动机使用过程中，由于磨损等原因会导致怠速控制阀的步数与发动机怠转速的对应关系发生改变。在此情况下，ECU利用反馈控制功能使怠速转速回归到目标值的同时，还可将对应的实际步数存储在ROM存储器中，以便在此后的怠速控制过程中使用。ECU会定期更新怠速控制阀步数与发动机转数对应的数据表，以便让怠速控制系统更快地达到目标转速。
小提示：发动机怠速运转的规定范围通常是：四缸发动机怠速转速是600～800r/min，六缸发动机怠速转速是600～700r/min，八缸发动机怠速转速是600～650r/min。当接通空调、动力转向、自动变速器等负载时，怠速转速需提升。
2.怠速控制的作用
怠速控制的功用是：
①实现发动机启动后的快速暖机过程。
②自动维持发动机怠速稳定运转，即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，以降低怠速时的燃油消耗量。
怠速控制的实质就是控制怠速时的空气吸入量，所以也将怠速控制系统称为怠速空气控制系统（Idle Air Control system，简称IAC）。ECU根据发动机的工作温度和负载，自动控制怠速工况下的空气供给量，维持发动机以稳定怠速运转。
3.怠速空气提供方式
怠速空气提供方式有旁通空气式和节气门直动式两种。
（1）旁通空气式：采用这种方式的系统在怠速时节气门完全关闭，如图7-5所示。
（2）节气门直动式：怠速时，油门踏板虽然完全松开，但节气门并不完全关闭，而是仍通过它提供怠速空气，如图7-6所示。
图7-5 旁通空气式
图7-6 节气门直动式
4.怠速控制系统的组成
怠速控制系统主要由传感器、ECU和执行器等组成，如图7-7所示。
图7-7 怠速控制系统的组成
传感器的功用是检测发动机的运行工况和负载设备的工作状况，ECU则根据各种传感器的输入信号确定一个怠速运转的目标转速，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。
一般汽车的标准怠速值会标在一个铭牌上。如果怠速运转过高，会增加发动机的燃油消耗量；但怠速转速过底，又会增加有害物的排放。另外怠速还应根据冷车运转与电器负荷、空调装置、自动变速器、动力转向的接入等情况而变化。现在大多数电子控制发动机上，都已设有不同形式的怠速控制装置。控制发动机以最佳的怠速转速运转，如图7-8所示为怠速控制系统的组成示意图。
图7-8 怠速控制系统的组成示意图
如表7-1所示为怠速控制系统各组成元件的功能。
表7-1 怠速控制系统各组成元件的功能
5.怠速控制阀的类型
由怠速控制阀控制发动机在怠速时的进气量怠速控制阀的种类：可分为机械式怠速控制阀、电磁阀式怠速控制阀、旋转阀式怠速控制阀和步进电机式怠速控制阀。这里重点讲解旋转阀式怠速控制阀和步进电机式怠速控制阀。
（1）旋转阀式怠速控制阀
①结构
丰田车旋转电磁阀型ISCV的结构如图7-9所示。
图7-9 丰田车旋转电磁阀型ISCV的结构
②工作原理
旋转电磁阀型怠速控制阀的工作原理如图7-10所示。
图7-10 旋转电磁阀型怠速控制阀的工作原理
占空比：脉冲信号的通电时间与通电周期的比值，如图7-11所示。
图7-11 占空比
（2）步进电机式怠速控制阀
①工作原理
ECU控制S1通电，转子顺时针转动90°；ECU继续给S2通电，转子再顺时针转动90°；以此类推。当ECU按照S4、S3、S2、S1的顺序通电时，转子逆时针转动，如图7-12所示。线圈通电一次，转子转动一次的角度称为步进角。
图7-12 步进电机型ISCV的构造及工作原理
实际的步进电机不止4个定子，而是有很多。
如图7-13所示的丰田车步进电机型怠速控制阀的步进电机转子每转一步一般为1/32圈。步进电机的工作范围为0～125个步进级。
图7-13 丰田车步进电机型怠速控制阀
②控制电路
丰田皇冠3.0轿车步进电机型ISCV电路如图7-14所示。
图7-14 丰田皇冠3.0轿车步进电机型ISCV电路
EFI主继电器触点闭合后，蓄电池电源经主继电器到达怠速步进电机的Bl和B2端子、ECU的＋B和＋BI端子，Bl端子向步进电动机的Cl-C3相两个线圈供电，B2端子向C2-C4相两个线圈供电。4个线圈分别通过端子S1、S2、S3和S4与ECU端子ISC1、ISC2、ISC3和ISC4相连，ECU控制各线圈的搭铁回路，以控制怠速控制阀的工作。当ECU控制使步进电动机的电磁线圈C1、C2、C3、C4按1-2-3-4顺序通过晶体管依次搭铁时，定子磁场顺时针转动，由于与转子磁场间的相互作用（同性相斥，异性相吸），吸拉转子转动。同理，如果按C4、C3、C2、C1的顺序依次搭铁，步进电动机的线圈按相反的顺序通电，转子则随定子磁场同步反转。一台实际的步进电机将利用四组电磁线圈，使转子永久磁铁旋转一圈具有32步。