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1、第一章汽油機(jī)電控技術(shù)第一節(jié) 汽油機(jī)電子控制燃油噴射技術(shù)第二節(jié) 怠速電子控制技術(shù)第三節(jié) 點火系電子控制技術(shù)第四節(jié) 排放控制系統(tǒng)電子控制技術(shù)2第一節(jié)汽油機(jī)電子控制燃油噴射技術(shù)一、汽油機(jī)對空燃比的要求二、汽油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的種類三、不同工況燃油噴射的電子控制3一、汽油機(jī)對空燃比的要求4首頁返回章返回節(jié)56二、汽油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的種類LH7首頁返回章返回節(jié)8三、不同工況燃油噴射的電子控制1.噴油定量控制汽油機(jī)采用量調(diào)節(jié)的方式控制燃油定量,也就是說,通過改變吸入空氣量的方法來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)功率。燃油定量控制系統(tǒng)的任務(wù)僅僅是根據(jù)吸入的空氣量配給燃油,使空燃比保持在與當(dāng)時的工況相適應(yīng)的水平。噴油量的控制實際上是
2、由微機(jī)根據(jù)發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)工況及影響因素,輸出控制信號控制噴油器的噴射持續(xù)時間。 首頁返回章返回節(jié)9汽油噴射時間的控制大致可分為兩大類:一是發(fā)動機(jī)起動后運行時的控制,它是根據(jù)發(fā)動機(jī)吸入的空氣質(zhì)量計算得出的。二是發(fā)動機(jī)起動時的控制,它不是根據(jù)吸入空氣質(zhì)量計算得出的。 首頁返回章返回節(jié)101)循環(huán)噴油量和噴油時間的確定間歇噴射系統(tǒng)的燃油定量是以一個工作循環(huán)為單元進(jìn)行的。為了這個循環(huán)提供的燃油不會留到下一個循環(huán)使用,應(yīng)該根據(jù)一個進(jìn)氣行程中填充氣缸的空氣質(zhì)量來確定每個循環(huán)的供油量。微機(jī)可以利用空氣流量計、進(jìn)氣溫度傳感器、大氣壓力傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等輸入的信號計算得出每個循環(huán)的供油量,再據(jù)此計算出輸出控制信號
3、的脈沖寬度以控制噴油器的開啟持續(xù)時間。首頁返回章返回節(jié)112)基本噴油時間的計算基本噴油時間是為實現(xiàn)目標(biāo)空燃比,利用空氣流量計、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等輸入信號計算求得的噴油時間。采用空氣流量計的形式不同,進(jìn)行計算的方式、方法也不同。首頁返回章返回節(jié)12首頁返回章返回節(jié)133)基本噴油時間的修正(1)進(jìn)氣溫度和大氣壓力修正?;緡娪蜁r間是以標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)為基準(zhǔn)計算出的,而當(dāng)實際大氣條件變化時,如進(jìn)氣溫度和壓力變化時,還要考慮進(jìn)氣溫度傳感器及大氣壓力傳感器輸入的信號,才能計算出進(jìn)氣質(zhì)量流量。首頁返回章返回節(jié)14(2)輸入電壓修正。 首頁返回章返回節(jié)開啟噴油器所用時間長于關(guān)閉噴油器所用時間,其差值為無效噴射時間
4、。15(3)斷油控制。在發(fā)動機(jī)突然失去阻力矩而節(jié)氣門又沒有來得及關(guān)小,或汽車阻力不大而加速踏板卻過度地踩下的情況下,轉(zhuǎn)速會急劇上升到超過許可限值的水平,嚴(yán)重時會損壞發(fā)動機(jī)。首頁返回章返回節(jié)16過去常采用在發(fā)動機(jī)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時切斷點火或使點火瞬時延遲的辦法,但是由于燃油繼續(xù)進(jìn)入氣缸,接著又從氣缸排出而未經(jīng)燃燒,對排放凈化和節(jié)約燃油都是十分不利的,如果在后接的催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)燃燒,則會使催化轉(zhuǎn)化器過熱而損壞。目前,電子控制燃油噴射發(fā)動機(jī),多采用切斷燃油的電子轉(zhuǎn)速限制裝置。首頁返回章返回節(jié)17首頁返回章返回節(jié)ECU將實際轉(zhuǎn)速與程序中設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較。超過限值,停止噴油。低于限值,恢復(fù)噴油。防止怠速
5、狀態(tài)停油。182.起動工況控制在發(fā)動機(jī)起動時,轉(zhuǎn)速波動大,很難精確地、間接或直接地測量進(jìn)氣量,計算出基本噴油量。ECU根據(jù)當(dāng)時冷卻水溫度,在內(nèi)存中的溫度噴油時間圖中找出相應(yīng)的基本噴油量然后進(jìn)行進(jìn)氣溫度和蓄電池電壓的修正,得到冷起動時的噴油量。發(fā)動機(jī)冷卻水溫度越低,汽油越不易汽化,燃油噴射時間應(yīng)隨溫度的降低而延長。首頁返回章返回節(jié)19常采用兩種不同的方式:一種是微機(jī)直接控制噴油器,通過延長噴油器的噴油時間來實現(xiàn)。另一種是通過冷起動噴油器,對所有氣缸的進(jìn)氣總管噴入一部分附加燃油來實現(xiàn)。首頁返回章返回節(jié)201)通過冷起動噴油器獲得噴油增量主要用于連續(xù)噴油的KE和間歇噴油的L-Jetronic電子控制
6、燃油噴射系統(tǒng)。當(dāng)冷起動開始時,溫度時間開關(guān)觸點閉合,冷起動噴油器噴油,滿足冷起動的需要。有的汽車為了改善發(fā)動機(jī)的冷起動性能,同時也為了降低起動時CO和HC的濃度,在冷起動噴油器噴油期間,不但受溫度時間開關(guān)的控制,而且還由微機(jī)根據(jù)冷卻水溫度進(jìn)行控制。 首頁返回章返回節(jié)212)用主噴油器直接獲得起動噴油增量未裝冷起動噴油器,起動時燃油增量靠微機(jī)直接控制主噴油器來實現(xiàn)。要盡可能地避免燃油對火花塞的濕潤,要求噴油器在發(fā)動機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)進(jìn)行多次噴射(異步噴射)。增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。首頁返回章返回節(jié)22這種電控噴射系統(tǒng)主要是控制噴油器的持續(xù)時間,它取決于發(fā)動機(jī)冷卻水溫度以及自起動開始累積的轉(zhuǎn)數(shù)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速
7、、起動時間等。 首頁返回章返回節(jié)23清除溢流功能:在起動時踩下加速踏板,使節(jié)氣門全開(節(jié)氣門位置傳感器給出信號)或節(jié)氣門開度為80%-100%時,微機(jī)將發(fā)出指令供給稀混合氣,以消除燃油過多現(xiàn)象,直到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)400r/min。目前,更多地燃油噴射發(fā)動機(jī),在起動時如節(jié)氣門開度超過80%后,就根本不噴油, 有的稱它為“無溢油”工作模式。首頁返回章返回節(jié)243.起動后和暖機(jī)工況控制一旦起動結(jié)束,ECU便根據(jù)負(fù)荷信息和轉(zhuǎn)速信息從基本噴油時間脈譜中取出基本噴油時間。從這一時刻開始,到發(fā)動機(jī)達(dá)到正常運行溫度為止的一段時間內(nèi),由于燃油繼續(xù)凝結(jié)在冷的燃燒室壁上, 所以混合氣必須繼續(xù)加濃。這個階段根據(jù)控制策略
8、的不同分成起動后階段和暖機(jī)階段。首頁返回章返回節(jié)25起動結(jié)束以后,立即在基本噴油時間的基礎(chǔ)上短暫地加濃混合氣。這個階段稱為起動后階段。根據(jù)發(fā)動機(jī)的溫度加濃階段稱為暖機(jī)階段。根據(jù)起動時發(fā)動機(jī)的冷卻水溫度,決定起動后加濃修正系數(shù)的初期值。發(fā)動機(jī)完成爆震后,每隔一定時間或每隔一定的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù),對起動后燃油加濃修正系數(shù)進(jìn)行衰減。首頁返回章返回節(jié)26發(fā)動機(jī)完成爆震后不久,進(jìn)氣門和氣缸內(nèi)壁的溫度隨著燃燒過程的進(jìn)行會很快上升,與此同時冷卻水溫度也不斷上升,發(fā)動機(jī)逐步達(dá)到暖機(jī)狀態(tài)。可以說,暖機(jī)時燃油加濃的修正,是與冷卻水溫度的整個上升過程伴隨而行的。首頁返回章返回節(jié)274.過渡工況控制過渡工況包括加速和減速工
9、況。如果不進(jìn)行加速減速時的燃油量修正,發(fā)動機(jī)就會產(chǎn)生“喘振”、車輛產(chǎn)生前后方向的振動等現(xiàn)象,排氣中的有害成分也會增加。過渡工況的識別完全依靠由節(jié)氣門位置傳感器提供的節(jié)氣門角速度信息。首頁返回章返回節(jié)28當(dāng)節(jié)氣門角速度超過相應(yīng)的觸發(fā)門檻值時,加速加濃或減速變稀功能就被觸發(fā)。減速變稀的觸發(fā)門檻值與節(jié)氣門轉(zhuǎn)角無關(guān)。首頁返回章返回節(jié)29為了加速加濃,在ECU的ROM中設(shè)置了條混合氣動態(tài)加濃系數(shù)曲線。為了減速變稀,設(shè)置了一條混合氣動態(tài)變稀系數(shù)曲線。首頁返回章返回節(jié)30過渡工況負(fù)荷變動速率非常高。如果這發(fā)生在兩次噴油之間,ECU就會在正常噴油以外給出一個附加脈沖,即所謂中間噴油脈沖。 首頁返回章返回節(jié)31
10、5.滿負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速控制一般發(fā)動機(jī)在部分負(fù)荷下工作時,空燃比的調(diào)整是在考慮保持一定排放性能的前提下,盡量提供經(jīng)濟(jì)混合氣成分,以得到最低油耗。當(dāng)汽車在節(jié)氣門全開情況下滿負(fù)荷行駛時,要求發(fā)動機(jī)輸出更大的轉(zhuǎn)矩。實現(xiàn)滿負(fù)荷控制時為開環(huán)控制,氧傳感器的反饋控制停止起作用。當(dāng)發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速運行即汽車高速行駛時,同滿負(fù)荷行駛時基本一樣。首頁返回章返回節(jié)326.倒拖工況控制加速踏板松開,發(fā)動機(jī)由汽車的動能驅(qū)動的工況稱為倒拖。為了安全起見,在下坡、制動或城市交通的滑行過程中,加速踏板完全松開時不允許讓離合器脫開。因為這樣可使發(fā)動機(jī)成為汽車的負(fù)荷,增加汽車受到的阻力矩。但此時發(fā)動機(jī)必須停止工作。如果為此切斷點火而繼
11、續(xù)噴油,則不但浪費燃油,而且增加HC排放。所以倒拖時應(yīng)切斷噴油。當(dāng)轉(zhuǎn)速降到低于一個接近怠速轉(zhuǎn)速的水平時則須立即恢復(fù)噴油,否則驅(qū)動性惡化,甚至熄火。首頁返回章返回節(jié)33如果加速踏板完全松開(節(jié)氣門傳感器轉(zhuǎn)角等于O,或者怠速觸點閉合)時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于一個給定的轉(zhuǎn)速門檻值2,則噴油器停止觸發(fā),噴油截止,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降。轉(zhuǎn)速降到轉(zhuǎn)速門檻值3,恢復(fù)噴油。如果在轉(zhuǎn)速門檻值2以下松開加速踏板,則不斷油,但進(jìn)入怠速。如果發(fā)動機(jī)開始倒拖時轉(zhuǎn)速下降特別快,例如離合器脫開時,則在較高的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速門檻值1)就恢復(fù)噴油,否則發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會下降到怠速以下,甚至完全停轉(zhuǎn)。首頁返回章返回節(jié)34采用節(jié)氣門調(diào)節(jié)執(zhí)行器的單點噴射系統(tǒng)
12、中,在很高的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下倒拖時,如果節(jié)氣門關(guān)閉,活塞高速抽吸,進(jìn)氣歧管壓力下降,使得進(jìn)氣歧管壁上的燃油膜蒸發(fā)。由于空氣不足,這些燃油不能完全燃燒,使HC排放增加。為了克服這個缺點,倒拖時節(jié)氣門調(diào)節(jié)執(zhí)行器根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高低將節(jié)氣門打開一點點。首頁返回章返回節(jié)35如果發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降特別快,節(jié)氣門開度就不再成為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降的函數(shù)。倒拖工況結(jié)束時,單點噴射系統(tǒng)進(jìn)氣歧管壁上必須重新建立燃油膜。這使得過渡期內(nèi)混合氣略微變稀。所以要借助于一個附加的噴油脈沖來建立燃油膜,該脈沖的長度取決于倒拖時間的長短。首頁返回章返回節(jié)36第二節(jié) 怠速電子控制技術(shù)一、怠速控制的目標(biāo)二、怠速空氣提供方式三、怠速信號的產(chǎn)生與識
13、別四、怠速控制原理37一、怠速控制的目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速過高,會增加燃油消耗量。過低增加有害物的排放。怠速控制還應(yīng)考慮所有怠速使用條件,它們都會引起怠速轉(zhuǎn)速變化,使發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至引起熄火現(xiàn)象。怠速轉(zhuǎn)速控制實質(zhì)就是控制怠速時的空氣吸入量。首頁返回章返回節(jié)38怠速控制(Idle Air Control或Idle Speed Control,簡稱IAC或ISC)的目標(biāo):一是實現(xiàn)發(fā)動機(jī)起動后的快速暖機(jī)過程;二是自動維持發(fā)動機(jī)怠速在目標(biāo)轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。怠速控制的內(nèi)容包括:起動后的控制、暖機(jī)過程的控制、負(fù)荷變化的控制、減速時的控制等。首頁返回章返回節(jié)39二、怠速空氣提供方式怠速進(jìn)氣量的控制類型:一是控制節(jié)氣門
14、旁的旁通空氣道的空氣流量。二是直接控制節(jié)氣門關(guān)閉位置的節(jié)氣門直動式。首頁返回章返回節(jié)401.節(jié)氣門旁通式采用這種方式的系統(tǒng)在怠速時節(jié)氣門完全關(guān)閉。怠速控制閥(ISCV)按閥門的驅(qū)動形式為步進(jìn)電機(jī)式、電磁式(旋轉(zhuǎn)、直線)幾種。首頁返回章返回節(jié)41首頁返回章返回節(jié)執(zhí)行元件節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的閥通常稱為怠速控制閥,其驅(qū)動形式可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、電磁式(旋轉(zhuǎn)電磁式、直線電磁式)驅(qū)動幾種。422.節(jié)氣門直接調(diào)節(jié)式不設(shè)怠速旁通通道,但節(jié)氣門并不完全關(guān)閉, 通過控制節(jié)氣門開啟程度,調(diào)節(jié)空氣通路的截面, 實現(xiàn)怠速控制。節(jié)氣門直動式節(jié)氣門節(jié)氣門操縱臂執(zhí)行元件首頁返回章返回節(jié)43三、怠速信號的產(chǎn)生與識別采用節(jié)氣門旁
15、通方式時, 通常在節(jié)氣門軸上安裝一個節(jié)氣門位置傳感器。采用節(jié)氣門調(diào)節(jié)方式時, 將怠速觸點裝在調(diào)節(jié)軸上。節(jié)氣門開關(guān)(觸點、兩極和全程式)。首頁返回章返回節(jié)44四、怠速控制原理(一)節(jié)氣門旁通控制1.步進(jìn)電機(jī)控制式步進(jìn)電機(jī)與怠速控制閥做成一體,電機(jī)可順時針或反時針旋轉(zhuǎn),使閥沿著軸向移動。改變閥與閥座之間的空隙,就可調(diào)節(jié)氣門旁通通道的空氣量。閥門有125種不同的開啟位置。這種怠速控制閥還可以用來控制發(fā)動機(jī)的快怠速,而不需要空氣閥。首頁返回章返回節(jié)451)起動初始位置的確定為了改善發(fā)動機(jī)的再起動性能,在發(fā)動機(jī)點火開關(guān)關(guān)斷(OFF)后,微機(jī)控制怠速控制閥門處于全開狀態(tài),以便為下次起動作好準(zhǔn)備。首頁返回章
16、返回節(jié)462)起動控制發(fā)動機(jī)起動時,由于怠速控制閥預(yù)先設(shè)定在全開位置,在起動期間經(jīng)過怠速控制閥的旁通空氣量最大,發(fā)動機(jī)容易起動。 首頁返回章返回節(jié)473)暖機(jī)控制在暖機(jī)時,根據(jù)冷卻水溫所確定的位置,怠速控制閥開始逐漸關(guān)閉,當(dāng)冷卻水溫度達(dá)到70時,暖機(jī)控制結(jié)束。 首頁返回章返回節(jié)484)反饋控制在怠速運轉(zhuǎn)時,如果發(fā)動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速與微機(jī)存儲器存儲的目標(biāo)轉(zhuǎn)速相差超過一定值(如20r/min)時,微機(jī)將通過步進(jìn)電機(jī)控制怠速控制閥,增減旁通空氣量,使發(fā)動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速相同。首頁返回章返回節(jié)495)發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化的預(yù)控制發(fā)動機(jī)在怠速運轉(zhuǎn)時,如空檔起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)接通或斷開,都將使發(fā)動機(jī)的負(fù)荷立刻
17、發(fā)生變化,為了避免發(fā)動機(jī)怠速時轉(zhuǎn)速波動或熄火,在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化前,微機(jī)控制怠速控制閥開大或關(guān)小一個固定距離。首頁返回章返回節(jié)506)電器負(fù)載增多時的怠速控制在怠速運轉(zhuǎn)時,如使用的電器負(fù)載增大到一定程度時,輸入電壓就會降低。為了保證微機(jī)+B端和點火開關(guān)IG端具有正常的供電電壓,需要控制步進(jìn)電機(jī),相應(yīng)地增加旁通道空氣量,提高發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速,提高發(fā)電機(jī)的輸出功率。首頁返回章返回節(jié)517)學(xué)習(xí)控制由于發(fā)動機(jī)在整個使用期間,其性能會發(fā)生變化,盡管步進(jìn)電機(jī)控制閥門的位置未變,但怠速轉(zhuǎn)速會與初設(shè)的數(shù)值不同。此時微機(jī)可在反饋控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)習(xí)控制,使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值。與此同時,微機(jī)將步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的步
18、數(shù)存儲在存儲器中,以便在以后的怠速控制中使用。首頁返回章返回節(jié)522.電磁閥控制式電磁式怠速控制閥所采用的是比例電磁閥,它是利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁吸力來控制閥門開度的。 與步進(jìn)電機(jī)式ISC閥相比,電磁式具有響應(yīng)速度快,反作用力小的特點。 首頁返回章返回節(jié)53線性電磁式ISC閥只有一個電磁線圈。實際工作時,ECU是按占空比來控制線圈的電流,每100ms接通或斷開線圈一次。因此,流經(jīng)怠速控制閥的空氣量是由線圈的接通、斷開時間的比值(即占空比)來決定,也就是說,在一個周期內(nèi)線圈通電時間越長,閥門開得越大。首頁返回章返回節(jié)54(二)節(jié)氣門調(diào)節(jié)控制節(jié)氣門調(diào)節(jié)式是通過控制節(jié)氣門開啟程度,調(diào)節(jié)空氣通路的截面
19、,達(dá)到控制充氣量,實現(xiàn)怠速控制的。 首頁返回章返回節(jié)55第三節(jié) 點火系電子控制技術(shù)一、電子控制點火系的控制內(nèi)容和基本組成二、點火提前角的控制三、閉合角(通電時間)的控制四、爆震控制 56一.汽油機(jī)點火提前角的傳統(tǒng)控制1)汽油機(jī)對點火提前角的要求點火時刻是用點火提前角來表示的。點火提前角是指從火花塞電極間跳火開始,到壓縮上止點所經(jīng)歷的曲軸角度。實驗證明:如果點火時刻適當(dāng),燃燒最大壓力出現(xiàn)在上止點后10左右時,發(fā)動機(jī)產(chǎn)生功率最大。首頁返回章返回節(jié)57首頁返回章返回節(jié)點火過早,則燃燒完全在壓縮過程中進(jìn)行,氣缸內(nèi)壓力急劇上升,在活塞到達(dá)上止點前即達(dá)到最大壓力,給正在上升的活塞一個很大的阻力,不僅使發(fā)動
20、機(jī)功率下降,油耗增加,還會引起爆燃。點火過遲,在活塞到達(dá)上止點時才點火,則活塞下行時混合氣才燃燒,即燃燒是在容積增大的情況下進(jìn)行的,從而會使氣缸中壓力降低,發(fā)動機(jī)功率下降,同時由于熾熱的氣體與氣缸壁的接觸面積增大,熱損失增大,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)過熱,油耗增大。58不同發(fā)動機(jī)的最佳點火提前角各不相同,并且同一發(fā)動機(jī)在不同工況和使用條件下的最佳點火提前角也不相同。點火提前角應(yīng)隨發(fā)動機(jī)的工況和使用條件的改變而變化。 首頁返回章返回節(jié)592)汽油機(jī)點火提前角的傳統(tǒng)控制傳統(tǒng)汽油機(jī)為了控制點火提前角,以適應(yīng)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的變化,專門設(shè)置了真空提前和離心提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。真空提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用是隨著發(fā)動機(jī)負(fù)荷的減小而將點火
21、提前角增大,并且在怠速和倒拖時推遲點火以滿足改善排放的要求。首頁返回章返回節(jié)60離心提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用是隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而將點火提前角增大。其作用原理是利用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提高后增加的離心作用,使控制斷電器觸點的凸輪在分電器軸的旋轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)過一個角度,從而使點火提前。首頁返回章返回節(jié)61上述傳統(tǒng)點火提前角控制裝置存在控制范圍小,難以使點火提前角與不同負(fù)荷及轉(zhuǎn)速達(dá)到最佳匹配的缺陷,且無法滿足使用條件的改變和不同發(fā)動機(jī)對點火提前角的要求。 首頁返回章返回節(jié)62二、電子控制點火系的控制內(nèi)容和基本組成1.控制內(nèi)容在汽油發(fā)動機(jī)中,點火系統(tǒng)的作用是利用火花塞電極間產(chǎn)生的電弧將缸內(nèi)的混合氣適時點燃,因此,點火
22、系的控制內(nèi)容包括點火能量控制和點火定時控制兩個方面。 首頁返回章返回節(jié)631)點火能量控制如果點火能量不足,可燃混合氣就不能被點燃,發(fā)動機(jī)就會出現(xiàn)失火現(xiàn)象,失火會使發(fā)動機(jī)的使用性能變差,導(dǎo)致排放增加,過高的排放很容易導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)換器損壞。因此,點火能量必須高于各種工況下將混合氣可靠點燃所必需的能量。首頁返回章返回節(jié)64在現(xiàn)代電子控制點火系中,點火能量的實時控制是通過閉合角或初級線圈的通電時間的控制來實現(xiàn)的,而傳統(tǒng)點火系統(tǒng)則難以對點火能量進(jìn)行實時控制。首頁返回章返回節(jié)652)點火定時控制控制點火定時是為了使發(fā)動機(jī)的功率輸出最大、油耗最低、爆震最小和排放最低,但是,控制點火定時并不能在各種工況下都使
23、以上各項目標(biāo)同時達(dá)到。因此,控制點火定時必須在多項目標(biāo)之間進(jìn)行折中。首頁返回章返回節(jié)66為了保證各種工況下在活塞繞過上止點以后的適當(dāng)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)能夠出現(xiàn)燃燒峰值壓力,使發(fā)動機(jī)的性能達(dá)到最佳,要求在壓縮行程上止點以前將混合氣點燃,因此,點火時刻必須適度提前,應(yīng)有恰當(dāng)?shù)狞c火提前角。首頁返回章返回節(jié)67由于點火提前角受運行環(huán)境和運行工況的影響,所以在發(fā)動機(jī)工作過程中,必須對點火提前角進(jìn)行實時調(diào)節(jié)控制。此外,由于爆震燃燒與點火時刻存在著密切關(guān)系,所以將爆震控制也納入點火系的控制內(nèi)容。首頁返回章返回節(jié)682.基本組成電子控制點火系有普通電子點火系和微機(jī)控制點火系之分。普通電子點火系雖增加了閉合角控制、恒流
24、控制等(大大提高了點火系統(tǒng)的性能),但其點火提前角仍采用真空和離心機(jī)械式點火提前機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。首頁返回章返回節(jié)69其主要缺點為:(1)點火提前角的控制不精確,考慮影響點火提前角的因素不全面。(2)為了避免大負(fù)荷時的爆震,必然采用妥協(xié)方式降低點火提前角。(3)仍脫離不開機(jī)械控制范圍。首頁返回章返回節(jié)70三、點火提前角的控制(一)最佳點火提前角的確定首頁返回章返回節(jié)71對于現(xiàn)代汽車而言,最佳的點火提前角不僅保證發(fā)動機(jī)的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到最佳,還必須保證排氣污染最小。不同發(fā)動機(jī)最佳點火提前角各不相同,同一發(fā)動機(jī)不同工況和使用條件下的最佳點火提前角也不相同。721.影響點火提前角的因素(1)轉(zhuǎn)速
25、轉(zhuǎn)速越高,在同一段時間內(nèi),曲軸相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度越大,如果混合氣的燃燒速率不變,最佳點火提前角則應(yīng)線性增加。但轉(zhuǎn)速升高時,由于混合氣的壓力與溫度的提高以及缸內(nèi)氣流運動的增加,火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?即燃燒速度加快,故最佳點火提前角應(yīng)隨發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速升高而加大,但不是線性關(guān)系。73(2)負(fù)荷在轉(zhuǎn)速不變情況下,發(fā)動機(jī)的最佳點火提前角應(yīng)隨負(fù)荷增加而減小。因為發(fā)動機(jī)的負(fù)荷增加時,由于節(jié)流損失減小,吸入氣缸內(nèi)的混合氣量增多,壓縮終了時的壓力及溫度增高,同時殘余廢氣在缸內(nèi)混合氣中所占的比例下降,致使燃燒速度加快。74(3)啟動及怠速發(fā)動機(jī)啟動和怠速時,不需要發(fā)動機(jī)輸出功率。由于此工況時,缸內(nèi)殘余廢氣所占比例較大,燃燒
26、速度受偶然因素的影晌而變動較大,過早點火容易造成發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)不平穩(wěn),因此要求點火提前角減小(一般為5-6)或為零。特別是現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī),由于對排氣凈化要求的提高,在怠速工況時甚至推遲點火,使點火提前角為負(fù)值,這樣可降低燃燒室中的最高溫度,減少NOx的生成量,又可以提高氣缸內(nèi)高溫持續(xù)的時間及排氣溫度,使未燃的HC和殘留的C0有充分的進(jìn)一步燃燒的時間,從而減少HC和C0的排出量。75(4)汽油的辛烷值因為發(fā)動機(jī)工作在微爆震狀態(tài)時,其動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性均好,故可適當(dāng)增加點火提前角。但爆震較為強烈時,會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的功率下降、油耗增加、發(fā)動機(jī)過熱等,對發(fā)動機(jī)極為有害因此,隨著汽油辛烷值的增大,最佳點火
27、提前角可適當(dāng)增加。76(5)壓縮比由于壓縮比增大時,可使氣缸壓縮終了的壓力和溫度增高,致使混合氣的燃燒速度加快。因此,隨著壓縮比的增高,最佳點火提前角可相應(yīng)減小。77(6)混合氣的成分混合氣的濃度直接影響燃燒速率,因而必然影響最佳點火提前角,當(dāng)過量空氣系數(shù)為0.80.9時,燃燒速率最快,最佳點火提前角最小。過稀或過濃的混合氣,由于燃燒速率變慢,故必須相應(yīng)增加點火提前角。78(7)火花塞的數(shù)量在氣缸內(nèi)同時裝有兩個火花塞時,由于火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短,燃燒過程完成較快,因此所對應(yīng)的點火提前角比用一個火花塞時為小。79(8)進(jìn)氣壓力高原地區(qū)的空氣稀薄,大氣壓力低,即發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣壓力低,混合氣形成質(zhì)量變差。
28、缸內(nèi)氣流運動減弱,再加上壓縮壓力下降,致使燃燒速度變慢,因此,最佳點火提前角增大。80(9)進(jìn)氣溫度進(jìn)氣溫度發(fā)生變化時,壓縮后的溫度必然發(fā)生變化,燃燒速度也將隨之變化,因而最佳點火提前角隨進(jìn)氣溫度的變化而變化。進(jìn)氣溫度降低,致使燃燒速度變慢,因此,最佳點火提前角增大。 81(10)冷卻水溫度發(fā)動機(jī)水溫較低時,壓縮后的混合氣溫度較低,燃燒速度較低,從增大功率的角度考慮,應(yīng)增大點火提前角。但發(fā)動機(jī)長時間在低溫工作,會引起氣缸和活塞等嚴(yán)重磨損而縮短壽命,因此,快速暖機(jī)成為要解決的主要問題。為此,通常減小點火提前角,使高溫燃燒氣體與氣缸壁面接觸面積增大,加強對氣缸壁及冷卻水的傳熱,從而使發(fā)動機(jī)迅速升溫
29、。822.點火提前角的控制啟動期間的點火提前角控制:發(fā)動機(jī)在啟動時,在固定的曲軸轉(zhuǎn)角位置點火,與發(fā)動機(jī)的工況無關(guān);啟動后發(fā)動機(jī)正常運行期間的點火提前角控制:點火提前角由負(fù)荷和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速確定的基本點火提前角和修正量決定。修正項目隨發(fā)動機(jī)而異,并根據(jù)發(fā)動機(jī)各自的特性曲線進(jìn)行修正。833.啟動期間的點火提前角控制啟動時點火提前角的控制:一種為固定點火提前角方式;另一種為可調(diào)點火提前角控制方式。(l)固定點火提前角控制方式 此方式為在發(fā)動機(jī)啟動時,在固定的曲軸轉(zhuǎn)角位置點火,點火提前角與轉(zhuǎn)速、水溫等因素?zé)o關(guān)。所選的點火提前角一般為初始點火提前角。這種控制方式較為簡單,但在氣溫、水溫極低等特殊情況下啟動時
30、,控制效果不夠滿意。(2)可調(diào)點火提前角控制方式此方式是在發(fā)動機(jī)啟動時,點火提前角隨發(fā)動機(jī)的溫度、啟動轉(zhuǎn)速等參數(shù)而變化。844.啟動后點火提前角控制啟動后點火提前角的大小有兩種計算方法:實際點火提前角=初始點火提前角+基本點火提前角+修正點火提前角實際點火提前角=基本點火提前角+修正點火提前角前一種在日本車和美國車的一些電控系統(tǒng)中比較常見;而后一種在德國車的電控系統(tǒng)中比較常見。85基本點火提前角是根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速,從優(yōu)化油耗和排放出發(fā)通過臺架試驗確定的,并存儲在ECU中。在發(fā)動機(jī)正常工作時,再根據(jù)實際的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷從ECU中調(diào)出基本點火提前角數(shù)據(jù),作為確定實際點火提前角的基礎(chǔ)。首頁返回章返
31、回節(jié)86基本點火提前角特性圖875.點火提前角的修正(1)暖車修正。發(fā)動機(jī)冷車啟動后,當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻水溫度較低時,應(yīng)增大點火提前角。暖車過程中,隨冷卻水溫度升高,點火提前角應(yīng)減小。88(2)怠速修正怠速運轉(zhuǎn)時,ECU不斷地計算發(fā)動機(jī)的平均轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速低于規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速時,ECU根據(jù)與怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速差值的大小相應(yīng)地增大點火提前角;當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速時,推遲點火提前角。89(3)空燃比反饋修正ECU根據(jù)氧傳感器的反饋信號對空燃比進(jìn)行修正。隨著修正噴油量的增加或減少,發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)波動。為了提高怠速的穩(wěn)定性,在反饋修正油量減少時,點火提前角相應(yīng)地增加。90(4)過熱修正發(fā)動
32、機(jī)處于正常運行工況(怠速觸點斷開),當(dāng)冷卻水溫度過高時,為了避免產(chǎn)生爆震,應(yīng)將點火提前角推遲。發(fā)動機(jī)處于怠速工況運行,冷卻水溫度過高時,則應(yīng)減少高溫燃燒氣體與氣缸壁的接觸面積,減少對氣缸的傳熱量,適當(dāng)增大點火提前角,使燃燒盡早結(jié)束。91為了改善自動變速器的換檔質(zhì)量和怠速控制,有些點火提前角控制系統(tǒng)還通過調(diào)節(jié)點火定時來改變發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。在設(shè)有與混合氣生成有關(guān)的控制項目(如二次空氣控制、排氣再循環(huán)控制等)的系統(tǒng)中,以及在動態(tài)行駛(如加速)時,要相應(yīng)地對點火提前角進(jìn)行專門的修正。 首頁返回章返回節(jié)92(二)無觸點點火系點火提前角的控制1.日產(chǎn)汽車ECCS系統(tǒng)的點火提前角控制1)正常行駛時點火提前
33、角的控制實際點火提前角:基本點火提前角存于微機(jī)的存儲器中,根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷(由基本噴油時間表示)可查表得到各種工況下的基本點火提前角。水溫修正系數(shù)是微機(jī)根據(jù)水溫傳感器,查表得到各種水溫的修正系數(shù)。實際點火提前角基本點火提前角水溫修正系數(shù)首頁返回章返回節(jié)93首頁返回章返回節(jié)94首頁返回章返回節(jié)952)怠速及減速時點火提前角控制微機(jī)根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水溫及車速控制點火提前角的大小。首頁返回章返回節(jié)96水溫在50以下,推遲點火,其目的是加速發(fā)動機(jī)及催化反應(yīng)器達(dá)到正常工作溫度。 首頁返回章返回節(jié)怠速觸點閉合,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1200rmin以上973)起動時點火提前角的控制首頁返回章返回節(jié)當(dāng)起動轉(zhuǎn)速低
34、于100rmin時,點火提前角適當(dāng)降低。點火提前角=正常起動時的點火提前角982.豐田汽車TCCS系統(tǒng)的點火提前角控制1)初始設(shè)定點火提前角初始設(shè)定點火提前角,也稱為固定點火提前角。對于豐田汽車的IG-GEL發(fā)動機(jī),其值為上止點前10。首頁返回章返回節(jié)99在下列情況時,其實際點火提前角為固定值:(1)當(dāng)發(fā)動機(jī)起動時,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化大,無法正確計算點火提前角。(2)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在400r/min以下時。(3)當(dāng)T端頭短路或節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點閉合時。(4)當(dāng)發(fā)動機(jī)ECU內(nèi)后備系統(tǒng)開始工作時。(5)當(dāng)車速在2km/h時。首頁返回章返回節(jié)1002)基本點火提前角基本點火提前角儲存在微機(jī)的存儲器R
35、OM中。它分為怠速的基本點火提前角和正常行駛時的基本點火提前角兩種。 首頁返回章返回節(jié)101怠速的基本點火提前角,是指節(jié)氣門位置傳感器的怠速觸點閉合時的基本點火提前角。其值又根據(jù)空調(diào)是否工作而略有不同,空調(diào)工作時其基本點火提前角為8,不工作時其值為4。也就是在同樣怠速運轉(zhuǎn)時,空調(diào)工作,其實際點火提前角將從上止點前14增加到18 ,以防因空調(diào)負(fù)荷使發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)不穩(wěn)。首頁返回章返回節(jié)1023)修正點火提前角初始設(shè)定點火提前角加上基本點火提前角所得點火提前角,必須根據(jù)相關(guān)因素加以修正。修正的點火提前角具有暖機(jī)和穩(wěn)定怠速兩種點火提前特性。 首頁返回章返回節(jié)103首頁返回章返回節(jié)當(dāng)冷卻水溫較低時,必須增大
36、點火提前角,以促使發(fā)動機(jī)盡快暖機(jī)。當(dāng)水溫較高時,如超過90,為避免發(fā)動機(jī)過熱,其點火提前角必須減小。暖機(jī)點火提前特性,指在節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點閉合時,微機(jī)根據(jù)發(fā)動機(jī)冷卻水溫進(jìn)行修正點火提前角。104指為了使怠速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)而控制修正點火提前角。即隨著怠速轉(zhuǎn)速的變動而改變點火提前角。105發(fā)動機(jī)實際點火提前角就是上述三項點火提前角之和。發(fā)動機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周后,微機(jī)就可計算并輸出一次點火提前角的調(diào)整數(shù)據(jù),因此當(dāng)傳感器測出發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有變化時,微機(jī)就使點火提前角作出相應(yīng)的改變。但當(dāng)微機(jī)計算出的實際點火提前角超過最大或最小點火提前角的允許值時,則微機(jī)以最大或最小點火提前角的允許值進(jìn)行調(diào)整。首頁返回章
37、返回節(jié)106裝有氧傳感器的電子控制燃油噴射系統(tǒng),微機(jī)根據(jù)氧傳感器的反饋信號對空燃比進(jìn)行修正。首頁返回章返回節(jié)隨著修正噴油量的增加和減少,發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)波動,為了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,點火提前角應(yīng)適當(dāng)修正(修正油量減少,點火提前角增加)。107(三)無分電器點火系點火提前角的控制無分電器點火系統(tǒng)(DLI)完全取消了傳統(tǒng)的分電器,沒有分電器蓋和分火頭。由點火線圈產(chǎn)生的高壓電,直接送到火花塞,因此也叫直接點火系統(tǒng)。首頁返回章返回節(jié)108無分電器點火系統(tǒng)目前常采用以下兩種方式:一是同時點火-指兩個氣缸合用一個點火線圈,即一個點火線圈有兩個高壓輸出端,分別與一個火花塞相連,負(fù)責(zé)對兩個氣缸點火。二是單獨點火
38、-指每個氣缸配用一個點火線圈,單獨對本缸進(jìn)行點火。首頁返回章返回節(jié)109無分電器點火系除具有上述微機(jī)控制點火系的一切優(yōu)點外,由于不存在分火頭與分電器蓋旁電極間產(chǎn)生的火花,因此可有效地降低點火系對無線電的干擾。 首頁返回章返回節(jié)1101.無分電器同時點火方式同時點火方式兩缸采用一個點火線圈, 其中一缸在排氣末期,另一缸在壓縮末期同時串聯(lián)點火。首頁返回章返回節(jié)1112.無分電器單獨點火方式特別適合在四氣門發(fā)動機(jī)上配用。火花塞安裝在兩根凸輪軸的中間,然后每缸火花塞上直接壓裝一個點火線圈,在布置上很容易實現(xiàn)。首頁返回章返回節(jié)112四、閉合角(通電時間)的控制點火系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換,是依靠點火線圈實現(xiàn)的。在
39、有觸點點火系統(tǒng)中,當(dāng)斷電器觸點閉合時,電流從蓄電池出發(fā)經(jīng)過閉合的斷電器觸點流過點火線圈的初級線圈,于是電能轉(zhuǎn)變成磁能貯存在點火線圈內(nèi),以便在適當(dāng)?shù)臅r刻使斷電器觸點斷開,點火線圈內(nèi)貯存的磁能又轉(zhuǎn)變成電能,使火花塞放電。 首頁返回章返回節(jié)113從斷電器觸點開始接通到重又?jǐn)嚅_的這一段時間稱為閉合時間,這段時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的曲軸轉(zhuǎn)角稱為閉合角。無觸點點火系統(tǒng)和無分電器點火系統(tǒng)中點火線圈的初級線圈與點火功率輸出極形成通路這一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的曲軸轉(zhuǎn)角稱為閉合角。 首頁返回章返回節(jié)114火花塞提供的點火能量取決于貯存在點火線圈中的能量,而后者又取決于初級電流和初級線圈的電感。初級線圈的電感雖然是一個常數(shù),但初級電流
40、在初級線圈與功率輸出極形成通路之后的充磁過程中卻是隨著時間的推移而逐步增大的,直到最終充磁結(jié)束時達(dá)到一個限定的電流為止。 首頁返回章返回節(jié)115為了使火花塞能夠提供盡可能大的點火能量,應(yīng)使閉合角足夠大,以使它所對應(yīng)的時間超過點火線圈充磁所需時間,也就是說,初級電流應(yīng)在點火之前達(dá)到限定的最大值。首頁返回章返回節(jié)116但是,閉合角過大并無好處。因為現(xiàn)代高性能點火線圈的初級線圈直流電阻不足1歐姆,充磁極快。初級電流達(dá)到最大、充磁結(jié)束之后,初級電流的能量全部消耗在初級線圈的直流電阻上并轉(zhuǎn)變成熱能,既浪費了能量,又使點火線圈升溫,甚至燒毀。理想的狀況是,使初級電流在點火時刻之前一個很短的瞬間達(dá)到限定的最
41、大值。首頁返回章返回節(jié)117初級電流的增加速率與蓄電池電壓有關(guān),而在不同的轉(zhuǎn)速下要達(dá)到相同的閉合時間,閉合角也應(yīng)不同。所以,閉合角不應(yīng)該是一個固定值,而要根據(jù)蓄電池電壓和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)化。首頁返回章返回節(jié)118顯然,在依靠斷電器觸點觸發(fā)點火的有觸點點火系統(tǒng)中,斷電器的凸輪形狀惟一地確定了閉合角的大小,所以談不上閉合角的控制。反之,在無觸點點火系統(tǒng)中,即使點火提前角是機(jī)械控制而不是電子控制的,也能實施閉合角的控制。 首頁返回章返回節(jié)119在電控單元中存儲著發(fā)動機(jī)點火閉合角特性圖,點火定時控制系統(tǒng)將根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和蓄電池的電壓對照閉合角特性圖確定并控制點火線圈的通電時間,從而控制閉合角。隨著發(fā)動機(jī)
42、轉(zhuǎn)速升高和蓄電池電壓下降,閉合角增大。閉合角特性場120五、爆震控制在發(fā)動機(jī)缸體上安置多個爆震傳感器,對發(fā)動機(jī)各缸是否發(fā)生爆震進(jìn)行檢測。爆震傳感器通常采用加速度傳感器,電控單元通過處理爆震傳感器輸入的信號對爆震是否發(fā)生進(jìn)行判定。當(dāng)判定爆震發(fā)生時,電控單元就會立刻推遲發(fā)生爆震氣缸的點火定時,直到爆震不再發(fā)生為止,然后再逐步地提前點火定時,直到爆震再次發(fā)生為止。首頁返回章返回節(jié)121控制對象是點火提前角??刂颇繕?biāo)是不發(fā)生爆震,當(dāng)ECU中的分析電路確認(rèn)發(fā)生爆震時,便減小點火提前角。但是,不到真正發(fā)生爆震的時候是不可能確定爆震極限的。所以,這種以爆震極限為界的點火提前角閉環(huán)控制總是伴隨著零星的爆震。1
43、22正常情況下,ECU以特性場中存儲的點火提前角運行。爆震傳感器信號經(jīng)濾波器濾波后,首先進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,然后進(jìn)入積分器,對每個氣缸單獨地形成該缸在一定曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)出現(xiàn)的前面若干循環(huán)的信號平均值,并用作參考基準(zhǔn),在比較器內(nèi)將它跟現(xiàn)時信號值之差與門檻值作比較,借此確定該缸是否爆震。 首頁返回章返回節(jié)123同一發(fā)動機(jī)中由于各缸制造偏差、控制上的偏差和結(jié)構(gòu)因素,各缸爆震傾向不會完全相同,所以爆震的識別和控制是分缸進(jìn)行的。各缸的爆震極限和門檻值也可以不同。首頁返回章返回節(jié)124第四節(jié) 排放控制系統(tǒng)電子控制技術(shù)一、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的電子控制二、二次空氣噴射電子控制三、三元催化轉(zhuǎn)化的閉環(huán)電子控制四、排氣再
44、循環(huán)(EGR)電子控制125一、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的電子控制1.燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的作用汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的作用是:阻止燃油箱內(nèi)蒸發(fā)的汽油蒸氣泄漏到大氣中,以免污染環(huán)境;同時將燃油箱的汽油蒸氣進(jìn)行收集后,適時的送入進(jìn)氣歧管,與空氣混合后進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒,使汽油得到充分利用。 首頁返回章返回節(jié)1262.燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的基本組成和工作主要由燃油箱、油氣分離閥、活性炭罐(有的叫吸附罐)、清除電磁閥和ECU等組成。首頁返回章返回節(jié)1271283.清除氣流的控制ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的溫度和負(fù)荷決定清除電磁閥何時打開與關(guān)閉,以求發(fā)動機(jī)達(dá)到更高的工作效率。首頁返回章返回節(jié)129有些發(fā)動機(jī)的活性碳罐系統(tǒng)的工作必須滿足下
45、列條件:ECU模塊已進(jìn)入閉環(huán)狀態(tài),啟動后150s時間已經(jīng)過去;冷卻液溫度高于80;ECU模塊不能關(guān)閉噴油器,例如在附著力控制的汽車上有一個驅(qū)動輪在滑轉(zhuǎn);怠速觸點開關(guān)處于斷開狀態(tài);車速高于設(shè)定值,如32kmh;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值,如1100rmin;發(fā)動機(jī)溫度沒有顯示過熱;沒有顯示泠卻液面過低。在某些車型上,當(dāng)ECU判斷出發(fā)動機(jī)產(chǎn)生爆燃時,即刻使炭罐電磁閥關(guān)閉,直至爆燃消失且超過150ms時,ECU才使炭罐電磁閥恢復(fù)工作。130發(fā)動機(jī)冷起動后暖機(jī)過程中,發(fā)動機(jī)處于非正常、不穩(wěn)定工作狀態(tài),由于發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、機(jī)油溫度低,燃料霧化性、與空氣混合均勻性差,發(fā)動機(jī)存在失火、燃燒不完全以及三元催化轉(zhuǎn)化
46、器不能迅速起作用等問題,導(dǎo)致該過程中排放物水平高,尤其是該過程中未燃HC排放占到很大比例。為了解決汽油發(fā)動機(jī)冷起動過程中排放問題,二次空氣作為一種補償起動過程中重要的反應(yīng)物氧氣的方法,與各種新技術(shù)結(jié)合使用可以達(dá)到很好的效果。二、二次空氣噴射電子控制131二次空氣技術(shù)也常被稱為補燃技術(shù)或后燃技術(shù),它是通過向廢氣中吹進(jìn)額外的空氣(又稱二次空氣),增加其中的氧氣含量,使廢氣中未燃燒的有毒物質(zhì)CO和HC化合物在高溫下再次燃燒。在發(fā)動機(jī)冷起動階段,由于過濃的混合氣而導(dǎo)致大量未燃燒的燃料隨著排氣過程進(jìn)入排氣系統(tǒng)中,CO和HC等有害物質(zhì)排放量相對較高,并且此時三元催化轉(zhuǎn)化器尚未達(dá)到工作溫度(3OO以上)。所
47、以在轎車排放標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到歐或歐要求時,必須配置二次空氣系統(tǒng),以降低冷起動階段有害物質(zhì)的排放;另一方面,再次燃燒的熱量使三元催化轉(zhuǎn)化器很快就能達(dá)到所需要的工作溫度。132二次空氣技術(shù)可分為上游噴氣和下游噴氣兩種。如圖7-1所示,上游噴氣是指將二次空氣噴入排氣總管中,下游噴氣是將二次空氣噴入三元催化轉(zhuǎn)化器的空氣室中,空氣何時進(jìn)入排氣總管及三元催化轉(zhuǎn)化器的空氣室由ECU進(jìn)行控制。133二次空氣輸入排氣系統(tǒng)時,混合氣要適當(dāng)加濃,以便使廢氣中有較多的HC和CO與二次空氣進(jìn)行燃燒,使三元催化轉(zhuǎn)化器迅速加熱。二次空氣輸入排氣系統(tǒng)時,點火要適當(dāng)推遲,以便提高排氣溫度,確保廢氣中的HC和CO能與二次空氣進(jìn)行燃燒。
48、首頁返回章返回節(jié)1341 -空氣濾清器; 2 -二次空氣泵; -3 -發(fā)動機(jī)控制電腦;4-二次空氣泵繼電器; 5 -二次空氣控制閥;6 -組合閥門1351361.空氣泵式二次空氣噴射系統(tǒng) 空氣泵式二次空氣噴射系統(tǒng)用空氣泵將空氣泵入排氣口或三元催化轉(zhuǎn)化器。137由真空控制空氣旁通閥和空氣分流閥,它們又控制從空氣泵到排氣口或三元催化轉(zhuǎn)化器的空氣量??諝夥至鏖y到排氣口和三元催化轉(zhuǎn)化器之間各有一個單向閥,以防止在減速等情況下,排氣管中的廢氣倒流至二次空氣噴射系統(tǒng)。138二次空氣泵如圖7-3所示,其工作原理是利用離心方式將干凈的空氣泵入系統(tǒng)中。由于轉(zhuǎn)子帶動翼板旋轉(zhuǎn),使空氣泵內(nèi)的壓力低于進(jìn)氣口外的壓力,所
49、以空氣被吸入空氣泵。轉(zhuǎn)子繼續(xù)帶動翼板旋轉(zhuǎn),使空氣被壓縮并流動到排氣口,此時由于排氣口外的壓力比排氣口內(nèi)的小,而且還有翼板的推動作用,最終使空氣從排氣口排出。空氣泵工作時,這一過程周而復(fù)始,將空氣連續(xù)不斷地泵入排氣系統(tǒng)。139140這種系統(tǒng)有以下工作方式:1)在發(fā)動機(jī)剛起動時,ECU控制電磁閥在斷電狀態(tài),電磁閥切斷空氣旁通閥和分流閥的真空。這樣,從空氣泵來的空氣通過旁通閥旁通到大氣。這種工作狀態(tài)持續(xù)的時間取決于發(fā)動機(jī)的溫度,發(fā)動機(jī)溫度越低,持續(xù)時間越長。2)在發(fā)動機(jī)暖車時,ECU給旁通電磁閥和分流電磁閥通電,空氣從空氣泵經(jīng)旁通閥流到分流閥,分流閥再將空氣導(dǎo)入排氣口。進(jìn)入排氣口的空氣使HC排放物在
50、排氣歧管中燃燒,這種燃燒同時使氧傳感器快速加熱。在這種工作模式下,ECU以開環(huán)方式工作。3)發(fā)動機(jī)在正常工作溫度下運行時,ECU以閉環(huán)方式工作。ECU只給旁通電磁閥通電,而使分流電磁閥斷電,切斷供到分流閥的真空。這樣,從空氣泵來的空氣經(jīng)旁通閥流至分流閥后被導(dǎo)入三元催化轉(zhuǎn)化器,三元催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑是雙層的,前一部分為還原劑,用來將NOx還原成O2和N2;后一部分為氧化劑,用以將HC和CO氧化成CO2和H20。141由于二者的轉(zhuǎn)化效率與空燃比的關(guān)系很大,空燃比越高(混合氣稀)、HC和CO的轉(zhuǎn)化效率越高,所以通常將空氣加入到氧化劑層和還原劑層之間,并與HC和CO燃燒,減少HC和CO的排放量??諝?/p>
51、旁通閥和分流閥都有一個卸壓閥,如果系統(tǒng)堵塞或阻力過大時,卸壓閥可釋放壓力以防止空氣泵壓力過高。在發(fā)動機(jī)處于正常工作溫度時,二次空氣噴射系統(tǒng)不可向排氣口泵入空氣,否則排氣流中的附加空氣會使氧傳感器的信號電壓變小,ECU誤以為混合氣過稀而增加燃油噴射量,使燃油消耗和CO的排放量增加。1422.脈沖式二次空氣噴射系統(tǒng)同空氣泵式二次空氣噴射系統(tǒng)相比,脈沖式二次空氣噴射系統(tǒng)不需空氣泵注入空氣,而是依靠大氣壓力與廢氣真空脈沖之間的壓力差來使空氣進(jìn)入排氣歧管,因此減少了成本及功率消耗。143工作原理:空氣來自空氣濾清器,ECU控制電磁閥的打開及關(guān)閉,電磁閥與單向閥相連。由于排氣中壓力是正負(fù)交替的脈沖壓力波,
52、當(dāng)發(fā)動機(jī)以較低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時,排氣壓力為負(fù),空氣由濾清器通過電磁閥和單向閥進(jìn)入排氣口;當(dāng)排氣壓力為正時,因有單向閥,所以空氣不能反向流動。它的上、下游空氣道各有一個電磁閥和一個單向閥。當(dāng)二次空氣噴射噴入排氣口時,從排氣口出來的HC在排氣歧管中重新燃燒。因為排氣口的低壓脈沖持續(xù)時間隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而縮短,所以脈沖式二次空氣噴射系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時,降低HC排放的效果更好。144三、三元催化轉(zhuǎn)化的閉環(huán)電子控制l.三元催化轉(zhuǎn)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成2.空燃比反饋控制的控制過程首頁返回章返回節(jié)145首頁返回章返回節(jié)146在三元催化轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行如下反應(yīng):HC與O2反應(yīng),生成H2O和CO2CO與O2反應(yīng),生成
53、CO2NOX剝離氧原子,生成N2和CO2首頁返回章返回節(jié)1473.實施反饋控制的條件一般以下情況反饋控制作用解除:(1)發(fā)動機(jī)起動時。(2)起動后燃油增量修正(加濃)時。(3)冷卻水溫度使燃油增量修正時。(4)節(jié)氣門全開(大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速)時。(5)加、減速燃油量修正時。首頁返回章返回節(jié)148(6)燃油中斷停供時。(7)從氧傳感器送來的空燃比過稀信號持續(xù)時間大于規(guī)定值(如lOs以上)時。(8)從氧傳感器送來的空燃比過濃信號持續(xù)時間大于規(guī)定值(如4s以上)時。(9)氧傳感器在300以下時不會產(chǎn)生電壓信號,即在低溫時氧傳感器不能正確檢測空燃比時。首頁返回章返回節(jié)149設(shè)兩個氧傳感器,稱前者為主氧傳感
54、器、前氧傳感器或上游氧傳感器,稱后者為副氧傳感器、后氧傳感器或者下游氧傳感器。主氧傳感器的作用-閉環(huán)控制空燃比在14.7時起反饋作用。副氧傳感器的主要作用-監(jiān)測三元催化反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化效率的,在自診系統(tǒng)中起著重要作用;另外,有的副氧傳感器還能輔助主氧傳感器在閉環(huán)控制中進(jìn)一步控制空燃比的作用。 首頁返回章返回節(jié)1504.空燃比自學(xué)習(xí)控制空燃比自學(xué)習(xí)控制常簡稱為學(xué)習(xí)控制。所謂學(xué)習(xí)控制,是微機(jī)學(xué)習(xí)(檢知)了一定時間反饋修正量后,及時在發(fā)動工作過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以此修正量對基本噴射時間進(jìn)行修正。學(xué)習(xí)控制的功能是為了進(jìn)一步提高空燃比的控制精度。首頁返回章返回節(jié)151廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Reci
55、rculation,EGR)技術(shù),是汽車發(fā)動機(jī)在燃燒后將排出廢氣的一部分分離出并導(dǎo)入進(jìn)氣側(cè)使其再度燃燒的一種技術(shù)。四、排氣再循環(huán)(EGR)電子控制152發(fā)動機(jī)正常工作時,當(dāng)燃燒室內(nèi)達(dá)到137O或者更高時,燃燒室內(nèi)的氮和氧就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)結(jié)合成氮氧化物。廢氣再循環(huán)是2O世紀(jì)70年代被引用到發(fā)動機(jī)設(shè)計中的,主要用于降低發(fā)動機(jī)燃燒室溫度和壓力從而達(dá)到減少廢氣中氮氧化物排放的目的。1531.工作機(jī)理它是通過以下三個方面來減少NOx的形成的1)提高混合氣的熱容量。廢氣中含有的水蒸氣和二氧化碳等為三原子分子氣體,其比熱容大,可以有效地降低氣缸內(nèi)最高燃燒溫度,抑制NOx的生成。1542)降低混合氣中O2的濃
56、度。廢氣的稀釋作用還可以使氧氣的相對濃度下降,從而也能降低N0 x的排放。3)降低燃燒速度。由于廢氣中含有大量的氮和二氧化碳等接近惰性的氣體,當(dāng)這些廢氣部分回流到進(jìn)氣管后起到了稀釋新鮮進(jìn)氣的作用,使燃燒反應(yīng)速率減緩。155但是,當(dāng)廢氣再循環(huán)量太大時,會導(dǎo)致混合氣的著火性下降,致使發(fā)動機(jī)燃油消耗上升,動力性降低,HC排放量上升。因此,必須控制廢氣引入量。用廢氣再循環(huán)率來衡量廢氣的引入量:EGR率=EGR氣體量/(吸入的空氣量+EGR氣體量)100%。廢氣再循環(huán)控制裝置通過控制EGR率來保證發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)性能良好的同時,使NOx達(dá)到最佳的排放效果。156發(fā)動機(jī)在不同的工況下,由于混合氣燃燒情況不同,因
57、此對廢氣再循環(huán)的具體要求也就不一樣。通過對各種工況的分析,得出以下原則:1)正常情況下隨著負(fù)荷的增加,燃燒加劇,NOx增加,隨著廢氣的引入,EGR率也應(yīng)相對增加至允許限度。2)在發(fā)動機(jī)起動、怠速和低負(fù)荷等工況下,發(fā)動機(jī)本身的燃燒溫度較低,再加上參與燃燒的混合氣相對較少,NOx不會超量。為保證正常燃燒,不應(yīng)進(jìn)行廢氣再循環(huán)。3)在冷車升溫過程中,冷卻液溫度和進(jìn)氣溫度均較低,NOx的排放濃度也很低,為防止廢氣回流破壞燃燒的穩(wěn)定性(實際運行實驗表明,一般當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度低于50時)不應(yīng)進(jìn)行廢氣再循環(huán)。4)大負(fù)荷、高速或節(jié)氣門全開時,燃燒充分,產(chǎn)生的NOx較多,但為確保發(fā)動機(jī)的動力性,不應(yīng)進(jìn)行廢氣再循環(huán)。1572.機(jī)械式廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 機(jī)械式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)如圖7-6所示。機(jī)械式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)通過進(jìn)氣管負(fù)壓和排氣壓力來控制廢氣再循環(huán),一般是在EGR率為5%-15%的少量EGR控制時采用,在這種EGR控制中,即使采用能進(jìn)行比較復(fù)雜控制的可變負(fù)荷式機(jī)械控制裝置,控制的自由度也受到很大的限制,并且控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此,當(dāng)進(jìn)行大量EGR控制(EGR率為15%-20%)時,大都采用電子控制式。1581593.開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單,而且可進(jìn)行較大EGR率控制。隨著EGR率的增加,燃燒將變得不穩(wěn)定,失火嚴(yán)重,燃油消耗上升,HC的排放量
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