汽車電氣及電子控制系統(tǒng)第6章--汽油機(jī)輔助控制系統(tǒng)課件

1、第6章 汽油機(jī)輔助控制系統(tǒng)6.1 怠速控制系統(tǒng) 怠速控制系統(tǒng)的作用是滿足發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)暖車運(yùn)轉(zhuǎn)、空調(diào)運(yùn)行、起步等工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化和降低燃油消耗的要求。1.怠速進(jìn)氣量的控制方式 怠速控制實(shí)質(zhì)是控制怠速時(shí)的進(jìn)氣量。怠速進(jìn)氣量的控制有兩種基本方式，一是控制節(jié)氣門旁通空氣道的旁通空氣式，二是直接控制節(jié)氣門關(guān)閉位置的節(jié)氣門直動(dòng)式，如圖6-1所示。 2.怠速控制系統(tǒng)的組成怠速控制系統(tǒng)的組成如圖6-2所示，包括各種傳感器、電控單元（）和怠速執(zhí)行機(jī)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)，電控單元根據(jù)冷卻液溫度傳感器、空調(diào)開關(guān)、檔位開關(guān)等輸入信號(hào)和怠速控制程序，向怠速執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出控制信號(hào)，改變怠速進(jìn)氣量，實(shí)現(xiàn)怠速控制。怠速執(zhí)

2、行機(jī)構(gòu)主要有怠速電磁閥和怠速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩種機(jī)構(gòu)形式。 怠速電磁閥 怠速電磁閥有旋轉(zhuǎn)式怠速電磁閥和直動(dòng)式怠速電磁閥。 旋轉(zhuǎn)式怠速電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖6-3所示。電控單元根據(jù)各傳感器輸入信號(hào)和怠速設(shè)定值，控制電樞電流的大小和方向，使電樞正方向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥片改變旁通空氣道面積，以改變進(jìn)氣量，進(jìn)行怠速控制。將輸入轉(zhuǎn)速信號(hào)與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，即可實(shí)現(xiàn)怠速的閉環(huán)控制。 直動(dòng)式怠速電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。電控單元改變電磁線圈電流的大小或占空比，控制閥軸的軸向位移，改變旁通空氣道面積和進(jìn)氣量的大小，實(shí)現(xiàn)怠速控制。 怠速步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 怠速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于旁通空氣式和節(jié)氣門直動(dòng)式怠速控制機(jī)構(gòu)中。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正

3、反方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱節(jié)氣門軸改變節(jié)氣門的開度，實(shí)現(xiàn)怠速進(jìn)氣量控制。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本工作原理如圖6-5所示，由永磁轉(zhuǎn)子和個(gè)電磁線圈組成一個(gè)相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 怠速步進(jìn)電機(jī)的控制電路如圖6-6所示。電控單元判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，依靠一定次序使VT1VT4晶體管導(dǎo)通，分別給步進(jìn)電機(jī)各電磁線圈供電，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)旁通空氣量，使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值。6-6 怠速步進(jìn)電機(jī)控制甚本電路1主繼電器 2微處理器 3主繼電器控制電路 4ECU 5怠速步進(jìn)電機(jī)6.2 進(jìn)氣控制系統(tǒng)1.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)廢氣渦輪增壓電子控制系統(tǒng)的組成如圖6-7所示，用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫、高壓廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器的廢氣渦輪

4、高速旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，將空氣加壓后吸入氣缸。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速及工況下都得到最佳增壓值，并防止發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃，同時(shí)限制熱負(fù)荷，對(duì)渦輪增壓系統(tǒng)常采用增壓控制與爆燃控制相結(jié)合的控制方法。2.諧波增壓系統(tǒng)。 諧波增壓系統(tǒng)又稱為聲控進(jìn)氣系統(tǒng)。當(dāng)氣體高速流向進(jìn)氣門時(shí)，如果進(jìn)氣門突然關(guān)閉，進(jìn)氣門附近的氣體流動(dòng)突然停止，由于慣性進(jìn)氣管仍在進(jìn)氣，于是進(jìn)氣門附近的氣體被壓縮，進(jìn)氣壓力上升。當(dāng)壓力增大到一定值后，被壓縮的氣體開始膨脹，向著進(jìn)氣氣流相反方向流動(dòng)，壓力下降。膨脹氣體的波傳到進(jìn)氣管口時(shí)又被反射回來，形成壓力波。如果在進(jìn)氣門剛要打開時(shí)，進(jìn)氣壓力波恰好到達(dá)進(jìn)氣門附近，這樣進(jìn)氣門打開時(shí)，就會(huì)提高進(jìn)

5、氣效率。3.可變氣門正時(shí)與氣門升程控制系統(tǒng) 可變氣門正時(shí)與氣門升程電子控制的英文縮寫為VTEC ,進(jìn)氣門的正時(shí)與升程隨轉(zhuǎn)速的不同而改變，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)具有較高的燃燒效率和較低的燃油消耗，而在高速時(shí)則可以充分地發(fā)揮其強(qiáng)勁的動(dòng)力，從而改善汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。（） 的主要部件 （） 控制系統(tǒng)的工作原理6.3 排放凈化系統(tǒng)為了減少汽車排放污染，現(xiàn)代汽車采用了由控制的多種排氣凈化裝置，如三元催化轉(zhuǎn)化、廢氣再循環(huán)、活性炭罐蒸發(fā)污染控制系統(tǒng)等。 汽車尾氣的三元催化轉(zhuǎn)化三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率與空燃比的關(guān)系如圖6-12所示。由圖可見，只有發(fā)動(dòng)機(jī)在理論空燃比14.7:1附近運(yùn)行時(shí)，三元催化器的轉(zhuǎn)換效率最佳。為

6、此，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比進(jìn)行精確地控制，即把空燃比保持在理論空燃比附近很窄的范圍內(nèi)。圖6-12 轉(zhuǎn)換效率與空燃比的關(guān)系（）三元催化轉(zhuǎn)化器發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在下列使用情況時(shí)，一般采用開環(huán)控制。）怠速運(yùn)轉(zhuǎn)工況。）大負(fù)荷工況（節(jié)氣門全開）。）減速斷油工況。）起動(dòng)工況。）發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度低或氧傳感器溫度未達(dá)到工作溫度）氧傳感器失效或其電路出現(xiàn)故障。（）三元催化轉(zhuǎn)化器的監(jiān)控隨著汽車排放法規(guī)的嚴(yán)格，在具有排放監(jiān)控功能的OBD車載自診斷系統(tǒng)中，普遍安裝兩個(gè)氧傳感器，即在三元催化轉(zhuǎn)化器的前、后各安裝一個(gè)氧傳感器，如圖6-13所示。前氧傳感器的作用是檢測發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的空燃比，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)該信號(hào)調(diào)整噴油量和計(jì)算

7、點(diǎn)火時(shí)間。后氧傳感器的作用是檢測三元催化轉(zhuǎn)換器的工作好壞，即催化轉(zhuǎn)化器尾氣轉(zhuǎn)化率的高低。通過與前氧傳感器的數(shù)據(jù)比較，監(jiān)控三元催化轉(zhuǎn)換器的工作是否良好。如果后氧傳感器B的輸出信號(hào)與前氧傳感器A的輸出信號(hào)同步，但幅值低得多，如圖6-14a所示，則說明三元催化轉(zhuǎn)換器工作良好。如果后氧傳感器B的輸出信號(hào)與前氧傳感器A的輸出信號(hào)近乎完全相同，如圖6-14b所示，即同步、等幅值，則說明三元催化轉(zhuǎn)換器工作不良。圖6-14后氧傳感器與前氧傳感器輸出信號(hào)的比較 a）三元催化轉(zhuǎn)換器工作良好 b）三元催化轉(zhuǎn)換器工作不良2.廢氣再循環(huán) 廢氣再循環(huán)是指發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，將一部分廢氣引入新鮮空氣（或混合氣）中，重返氣缸進(jìn)

8、行再循環(huán)。廢氣在燃燒過程中吸收熱量，降低了最高燃燒溫度。由于廢氣再循環(huán)的廢氣量過大會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷及暖機(jī)工況的性能，因而廢氣再循環(huán)率（參與廢氣再循環(huán)的比例）必須適量控制。（1）廢氣再循環(huán)閥 廢氣再循環(huán)閥通過特殊通道使排氣與進(jìn)氣相通，其真空管上方的真空度由廢氣再循環(huán)裝置系統(tǒng)的真空電磁閥控制。ECU根據(jù)轉(zhuǎn)速、空氣流量、進(jìn)氣壓力以及溫度信號(hào)，控制真空電磁閥的占空比，從而控制廢氣再循環(huán)的開度來改變廢氣再循環(huán)率。廢氣再循環(huán)閥結(jié)構(gòu)如圖6-15所示。（）可變廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng) 可變廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)工作時(shí)，ECU根據(jù)傳感器的輸入信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)工況，然后進(jìn)行查閱和計(jì)算修正，發(fā)出適當(dāng)指令，控制電磁

9、閥開度，以調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)率。ECU中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是關(guān)于廢氣再循環(huán)率與轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)確定的。 可變廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)如圖6-16所示。真空控制電磁閥由廢氣再循環(huán)電磁控制閥和怠速調(diào)節(jié)電磁閥組成。 活性炭罐蒸發(fā)污染控制裝置活性炭罐蒸發(fā)污染控制裝置是為了防止油箱內(nèi)的汽油蒸氣向大氣排放產(chǎn)生污染而設(shè)置的。如圖6-17所示，油箱中的汽油蒸氣通過單向閥進(jìn)入炭罐上部，空氣從炭罐下部進(jìn)入清洗活性炭。ECU控制炭罐控制電磁閥的開度，調(diào)節(jié)排放控制閥上方的真空度，從而控制排放控制閥的開度。當(dāng)排放控制閥打開時(shí)，汽油蒸氣通過排放控制閥被吸入進(jìn)氣歧管。6.4 電子節(jié)氣門系統(tǒng)1.電子節(jié)氣門系統(tǒng)的組成

10、在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門操縱機(jī)構(gòu)中，由節(jié)氣門拉索連接加速踏板和節(jié)氣門軸，節(jié)氣門開度的大小由駕駛?cè)丝刂?。雖然結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，但節(jié)氣門的響應(yīng)性差，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)后置的大型車輛上，這一缺陷尤為突出。采用電子節(jié)氣門系統(tǒng)可降低時(shí)滯現(xiàn)象，提高節(jié)氣門的操縱響應(yīng)性，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能。電子節(jié)氣門系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6-18所示。2.電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制原理和部件結(jié)構(gòu) 在電子節(jié)氣門系統(tǒng)中，取消了節(jié)氣門拉索，一般都是通過加速踏板總成來識(shí)別駕駛?cè)说囊鈭D，并通過傳感器將駕駛?cè)说囊鈭D傳遞給控制計(jì)算機(jī)。電子節(jié)氣門的開度由節(jié)氣門控制器驅(qū)動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)控制，該系統(tǒng)主要由加速踏板模塊、電控模塊和節(jié)氣門總成組成，如圖6-19所示。 加速踏板模塊中集成了兩個(gè)相同的無觸點(diǎn)型踏板位置傳感器，如圖6-20所示。加速踏板位置傳感器使用安裝在加速踏板臂上的霍爾，一個(gè)用于主信號(hào)，另一個(gè)用于副信號(hào)。它將加速踏板位置（角度）信號(hào)轉(zhuǎn)化為具有不同特性的電信號(hào)，并將其輸出至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，作為控制節(jié)氣門開度的基礎(chǔ)。 節(jié)氣門總成包括直流電動(dòng)機(jī)、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、節(jié)氣門機(jī)構(gòu)和節(jié)氣門位置傳感器，如圖6-21所示。直流電動(dòng)機(jī)響應(yīng)的信號(hào)，通過減速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門。節(jié)氣門閥片的位置由一個(gè)電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)控制，該電動(dòng)機(jī)采用具有響應(yīng)性能好和功