三、执行器结构原理与检测技术
    执行器主要包括怠速控制阀（ISCV，分为步进电机式ISCV、旋转滑阀式ISCV、脉冲电磁式ISCV等）、电动燃油泵（分为滚柱式电动燃油泵、齿轮式电动燃油泵、叶片式电动燃油泵等）和燃油分配管总成（包括燃油分配管、油压调节器、电磁喷油器），其中电磁喷油器又分为球阀式喷油器、轴针式喷油器片阀式喷油器等。
（一）怠速控制阀与节气门控制组件
    1. ISCV的分类
    发动机怠速时进气量的控制方式分为两类：一类是直接操纵节气门来调节进气量，称为节气门直动式ISCV，如图95a所示；另一类是通过控制节气门旁通空气道的开度来调节进气量，称为旁通空气式ISCV，如图95b所示，而以旁通空气式ISCV使用较为普遍。桑塔纳2000GSi、3000、捷达AT、GTX轿车采用节气门直动式ISCV；桑塔纳2000GLi、别克世纪型轿车和切诺基吉普车采用旁通空气式ISCV。旁通式ISCV的结构形式有步进电动机式（图96）、旋转滑阀式、脉冲电磁式和真空阀式等四种。



    步进电动机式ISCV的结构原理
    1）由于螺杆与阀体之间采用滑动花键连接，故约速螺杆不能旋转，而只能作直线移动，故当步进电动机的转子转动时，螺母将带动螺杆做轴向移动，且转子转动一圈，螺杆移动一个螺距。
    2）又因为阀芯与螺杆为固定连接，所以螺杆可带动阀芯改变阀门开度。
    3）ECU通过控制步进电动机的转动角度大小和转动方向来改变螺杆的移动方向和移动行程，从而达到控制ISCV开度与调整怠速转速之目的。
    （1）步进电动机的基本结构与步进原理
    步进电动机的转子是一个永久磁铁，定子上有两相独立的绕组A-A1和B-B1，如图97所示。当从定子绕组上输入电脉冲时，定子便会通过电磁感应而产生磁场，于是在定子磁场与转子永久磁铁的磁极相互作用之下，可使得转子转动一个90°。而转动的方向决定于所输入电脉冲的方向。

    1）当从B1→B，向绕组输入一个电脉冲信号时：绕组产生一个磁场，在同性相斥、异性相吸磁力法则作用下，使得转子的S极在右，而N极在左。
    2）当从B1→B输入的电脉冲信号消失后，再从A→A1，向绕组输入另一个电脉冲信号时：使绕组产生一个N极在上，S极在下的磁场，如图97①所示；因此在同性相斥、异性相吸磁力法则作用下，转子就会沿逆时针方向转动一个90°，如图97②所示。
    3）当从A1→A输入的电脉冲信号消失后，再从B→B1，向绕组输入另一个电脉冲信号时：使绕组产生一个N极在左，S极在右的磁场，如图97②所示；在同性相斥、异性相吸磁力法则作用下，转子就会继续沿逆时针方向转动一个90°，如图97③所示。
    4）当从B→B1输入的电脉冲信号消失后，再从A1→A，向绕组输入另一个电脉冲信号时：使绕组产生一个N极在下，S极在上的磁场，如图97③所示；在同性相斥、异性相吸磁力法则作用下，转子就会继续沿逆时针方向转动一个90°，如图97④所示。
    步进电动机的控制脉冲与步进电动机转动方向之间的关系如图98所示。

    控制脉冲与步进电动机转向的关系
    ①若按照如图98a所示顺序：即依次按B1→B、A→A1、B→B1、A1→A逆时针顺序向绕组输入4个脉冲信号，电动机就会沿逆时针方向转动一圈。
    ②若按照如图98b所示顺序：即依次按B1→B、A1→A、B→B1、A→A1顺时针顺序向绕组输入4个脉冲信号，电动机就会沿顺时针方向转动一圈。
    ③由此可见，通入控制脉冲顺序的方向与步进电动机的转动方向是一致的。
（2）步进电动机的步进角
    当每输入一个脉冲信号时，使得步进电动机转动的角度，称为步进电动机的步进角。步进角的大小决定于定子爪极的多少。爪极越多，步进角越小，步进电动机转角控制的精度就越高，相应的定子绕组和控制脉冲的组数也越多。而步进电动机的转速则取决于控制脉冲的频率，即频率越高，转速越快。常用步进电动机的基本参数及其工作电路如图99所示。

    常用步进电动机基本参数
    1）常用步进电动机步进角有30°、15°、11.25°、7.5°、3.75°、2.5°、1.8°等。
    2）如丰田皇冠2JZ-GE发动机的永磁式步进电动机转子有8对磁极、定子有38个爪极，步进角为15°，每步进一步约需4ms，其工作范围为0~128步，约转动5.3圈。
（3）步进电动机式ISCV的检测
    以上述丰田皇冠2JZ-GE型发动机步进电动机式ISCV为例，介绍其具体检测方法。检测的主要内容包括就车检查ISCV工作情况、检查ISCV的电阻、检查ISCV的开闭情况、用诊断仪检测ISCV步级数以及波形观测等。其中前三项检测内容如图100所示。

    当分析ISCV的故障时，除了电气部分的故障之外，机械部分的故障也不可忽视，应注意检查阀芯与阀座之间的密封性、进给丝杠轴向移动的灵活性，以及有无脏污、堵塞、卡滞等现象。也有可能故障出自于节气门位置传感器或喷油器等，应综合检测、分析和判断。

   2．旋转滑阀式ISCV
（1）旋转滑阀式ISCV的结构特点
   旋转滑阀式ISCV的结构如图102所示。

（2）旋转滑阀式ISCV的工作原理
  1）旋转滑阀式ISCV的工作电路如图103所示。

  2）ECU控制脉冲电流的占空比：如图104所示。

（3）旋转滑阀式ISCV的检测
  旋转滑阀式ISCV的控制电路与检测方法如图105所示。

   3．脉冲电磁式ISCV
（1）脉冲电磁式ISCV的结构组成
   脉冲电磁式ISCV的外形与结构如图106所示。

    1）就车检查ISCV工作情况：当发动机熄火时，ISCV会发出一声“咔嗒”，若不响，则有问题，应继续进行下面检测项目。
    2）检查ISCV的电阻：用万用表电阻档测量ISCV上各端子的电阻，如图100a所示，其B1-S1、B1-S3、B2-S2、B2-S4线圈的电阻均应为10~30Ω，否则应更换ISCV。
    3）检查ISCV的开闭情况：在将端子B1、B2与蓄电池正极连接的情况下，再依次将端子S1、S2、S3、S4接蓄电池负极（搭铁）如图100b所示，ISCV应逐渐关闭；在将端子B1、B2与蓄电池正极连接的情况下，再依次将端子S4、 S3、S2、S1接蓄电池负极（搭铁），如图100c所示，ISCV应逐渐开启。
    4）用诊断仪检测ISCV步级数：丰田轿车步进电动机式ISCV步进角工作范围为0~125。其中0表示ISCV全部伸出，将怠速旁通空气道全部关闭；125表示ISCV全部缩回，将怠速旁通空气道全部打开。经实测某辆工作良好的皇冠3.0轿车的ISCV数据如下：冷车时，ISCV为55步；热车后，ISCV为52步；接通空调A/C开关后，ISCV为63步；切断接通空调A/C开关后，ISCV又回到52步。
    5）波形观测：利用示波器可以观测到ECU输出到ISCV的控制信号是否正常。其具体方法如图101所示。
    从步进电动机式ISCV的控制信号波形图观测怠速转速的变化
    起动发动机并怠速运转，然后连续打开和关闭发动机的各种用电附属装置。若装备有自动变速器的轿车还可以在P位和N位来回切换，以改变发动机怠速负荷。此时，ECU发出的控制指令应该使得发动机怠速转速为适应负荷变化而相应变化，并反映到波形图上。如图从波形图上，看不到怠速转速是变化，则表明ISCV有故障。
    旋转滑阀式ISCV结构特点
    1）主要由旋转式旁通空气阀和电动机两部分组成，旁通空气阀固定在电动机轴下端。
    2）旋转滑阀的转角范围在90°以内，电动机采用控制占空比方法来控制其转角。
    3）电动机的两块永久磁极用U形钢丝弹性固定在壳体内壁上。电枢由铁心、两个线圈、换向器和电动机轴组成。换向器由3块铜片围合而成，分别与三只电刷接触，电刷引线连接到控制阀的接线插座上，三线插座通过线束与ECU相连。
    旋转滑阀式ISCV的工作原理
   ①逆转线圈L1与晶体管VT1连接，占空比信号通过反相器加到VT1的基极，顺转线圈L2与晶体管VT2连接，占空比信号直接加到VT2的基极。
   ②当占空比信号的高电平来到时：VT1截止、VT2导通，线圈L1断电、线圈L2通电，电动机和旋转滑阀将沿顺时针方向旋转旁通空气道开启面积增大。
   ③当占空比信号的低电平来到时：VT2截止、VT1导通，线圈L2断电、线圈L1通电、电动机和旋转滑阀将沿逆时针方向旋转，旁通空气道开启面积减小。
   ④ECU发出的控制脉冲的占空比大小决定电动机和旋转滑阀的旋转方向和位置：
   a.当占空比＞50%时，L2产生的电磁力矩＞L1产生的电磁力矩，而带动旋转滑阀顺时针旋转。
   b. 当占空比＜50%时，L1产生的电磁力矩＞L2产生的电磁力矩，而带动旋转滑阀逆时针旋转。
   c.当占空比=50%时，L1产生的电磁力矩= L2产生的电磁力矩，旋转滑阀保持原位不动。
    ECU控制脉冲电流的占空比
    占空比Rc的定义：在一个信号周期内，高电平时间ton所占的比率，即

   式中ton----高电平时间；toff----低电平时间。
   ①Rc=50%，ton= toff，如图104a所示。
   ②Rc＜50%，ton＜ toff，如图104b所示。
   ③Rc＞50%，ton＞ toff，如图104c所示。
   旋转滑阀式ISCV的检测方法
    1）电压检测：点火开关置于“ON”，ECU的ISC1和ISC2端子对E1端子的标准电压应为9~14V，否则表明电源电路有故障。
    2）电阻检测：拔下ISCV的线束插头，用万用表电阻档测量电源端子＋B与ISC1和ISC2端子之间的电阻，标准值应为18.8~28.8Ω，否则应更换ISCV。
    脉冲电磁式ISCV外形与结构
    1）主要由电磁线圈、复位弹簧、阀门、阀座、固定铁心、活动铁心、进气口、出气口等组成。阀门固定在阀杆上，阀杆一端与固定铁心连接，另一端设置有复位弹簧。
    2）进气口与节气门前端的进气管相通，出气口与节气门后端的进气管相通。
    （2）脉冲电磁式ISCV的控制原理
    1）当电磁线圈接通电流时，就会产生电磁吸力。当电磁吸力超过复位弹簧弹力时，活动铁心在电磁力作用下，就会向固定铁心方向移动，同时通过阀杆带动阀门向上移动，将旁通空气道开启。而当电磁线圈断电时，活动铁心和阀门在复位弹簧作用下下移复位，将旁通空气道关闭。
    2）旁通空气道开启与关闭的时间由ECU发出的占空比信号控制。ECU根据怠速负荷大小，向脉冲电磁阀发出频率相同但占空比不同的控制脉冲信号，通过改变阀门开启与关闭的时间来调节旁通空气量。
    占空比在0~100%之间变化，当怠速转速过低时，ECU将自动加大占空比，使电磁线圈通电时间增长，断电时间缩短，阀门开启时间增长，旁通进气量增多，因此怠速转速将升高，以防熄火。反之，当怠速转速过高时，ECU将自动减小占空比，使电磁线圈通电时间缩短，断电时间增长，阀门开启时间缩短，旁通进气量减小，因此怠速转速将降低。
    3）此外，根据控制信号不同，可将脉冲电磁式ISCV分为占空比型和开关型。开关型电磁式ISCV的结构与占空比型ISCV相似，只是ECU的控制信号为开关信号。当发动机运转时，若ECU控制电磁阀打开，则可使怠速转速升高100r/min左右。
    这两种电磁式ISCV的优点是响应速度快，结构简单、成本低廉、工作可靠。因此，采用的车型越来越多。如国产奥迪Audi轿车就采用了此种电磁式ISCV。但由于控制的旁通空气量较小，因此都需要设置附加空气阀来实现冷车的快怠速。
    （3）脉冲电磁式ISCV的检测
    脉冲电磁式ISCV的控制电路与检测方法如图107所示。

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