第八章發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)-第三～六節(jié)

1、2022-3-271汽車電器與電子技術(shù)汽車電器與電子技術(shù)第八章第八章 發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)天津科技大學(xué)天津科技大學(xué)機械工程學(xué)院汽車系機械工程學(xué)院汽車系談炳發(fā)談炳發(fā)2022-3-272第八章第八章 發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)概述概述第一節(jié)第一節(jié) 電控汽油噴射系統(tǒng)的分類電控汽油噴射系統(tǒng)的分類第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)動機電控汽油噴射系統(tǒng)組成和發(fā)動機電控汽油噴射系統(tǒng)組成和工作原理工作原理第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)動機怠速控制發(fā)動機怠速控制第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機排放控制發(fā)動機排放控制第五節(jié)第五節(jié) 燃油噴射系統(tǒng)實例燃油噴射系統(tǒng)實例第六節(jié)第六節(jié) 氣體燃料發(fā)動機簡介氣體燃料發(fā)動機簡介2022-3-273

2、概述概述一、怠速控制系統(tǒng)組成一、怠速控制系統(tǒng)組成二、怠速控制執(zhí)行機構(gòu)及控制方法二、怠速控制執(zhí)行機構(gòu)及控制方法第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)動機怠速控制發(fā)動機怠速控制2022-3-274概概 述述 怠速控制怠速控制(ISC)是通過是通過調(diào)節(jié)空氣通路面積以控制空氣流調(diào)節(jié)空氣通路面積以控制空氣流量量的方法來實現(xiàn)的。當(dāng)空調(diào)及電器負(fù)荷、自動變速器、動的方法來實現(xiàn)的。當(dāng)空調(diào)及電器負(fù)荷、自動變速器、動力轉(zhuǎn)向伺服機構(gòu)的接入等情況都會引起怠速轉(zhuǎn)速變化。力轉(zhuǎn)向伺服機構(gòu)的接入等情況都會引起怠速轉(zhuǎn)速變化。2022-3-275一、怠速控制系統(tǒng)組成一、怠速控制系統(tǒng)組成2022-3-276二、怠速控制執(zhí)行機構(gòu)及控制方法二、怠速控制執(zhí)行機

3、構(gòu)及控制方法 怠速控制的怠速控制的實質(zhì)實質(zhì)是對是對怠速進氣量進行控制怠速進氣量進行控制，獲，獲得適宜的空燃比，使發(fā)動機在不同的怠速工況得適宜的空燃比，使發(fā)動機在不同的怠速工況時都在最佳的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。時都在最佳的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。 控制方式有兩種：控制方式有兩種： 1.節(jié)氣門直動式節(jié)氣門直動式控制節(jié)氣門最小開度控制節(jié)氣門最小開度 2.旁通空氣式旁通空氣式控制節(jié)氣門旁通通路控制節(jié)氣門旁通通路2022-3-2771.節(jié)氣門直動式控制節(jié)氣門直動式控制ECU根據(jù)輸入信根據(jù)輸入信號確定目標(biāo)怠速號確定目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速，發(fā)出指令轉(zhuǎn)速，發(fā)出指令調(diào)節(jié)節(jié)氣門的偏調(diào)節(jié)節(jié)氣門的偏轉(zhuǎn)量，控制空氣轉(zhuǎn)量，控制空氣的流通面積，使

4、的流通面積，使進氣量與目標(biāo)怠進氣量與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。速轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。2022-3-278怠速控制閥怠速控制閥的結(jié)構(gòu)形式有：的結(jié)構(gòu)形式有： （1）真空控制式）真空控制式 （2）步進電動機式）步進電動機式 （3）旋轉(zhuǎn)電磁閥式）旋轉(zhuǎn)電磁閥式 （4）占空比控制式）占空比控制式 （5）開關(guān)控制式）開關(guān)控制式2.旁通空氣式怠速控制執(zhí)行機構(gòu)旁通空氣式怠速控制執(zhí)行機構(gòu)2022-3-279（1）真空控制式）真空控制式真空控制閥真空控制閥脈沖信號的占脈沖信號的占空比決定開度，空比決定開度，控制真空度控制真空度。日本早期生產(chǎn)的汽車，常采用真空控制方式。日本早期生產(chǎn)的汽車，常采用真空控制方式。怠速空氣閥怠速空氣閥膜

5、片室真空大膜片室真空大（負(fù)壓大），（負(fù)壓大），膜片上移，閥膜片上移，閥門開度小，反門開度小，反之增大。之增大。2022-3-2710（2）步進電動機式）步進電動機式控制項目：控制項目：1）起動初始位置確定）起動初始位置確定2）起動控制）起動控制3）暖機控制）暖機控制4）反饋控制）反饋控制5）負(fù)荷變化預(yù)控制）負(fù)荷變化預(yù)控制6）電器負(fù)載增大時怠速）電器負(fù)載增大時怠速7）學(xué)習(xí)控制）學(xué)習(xí)控制步進電機的步進電機的轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，使閥反轉(zhuǎn)，使閥心移動，調(diào)心移動，調(diào)節(jié)旁通空氣節(jié)旁通空氣道截面。道截面。2022-3-2711步進電動機式步進電動機式控制項目控制項目1）起動初始位置確定起動初始位置確定

6、 點火開關(guān)點火開關(guān)OFF時，繼續(xù)供電，使閥門處于全時，繼續(xù)供電，使閥門處于全開位置，以便下次起動。開位置，以便下次起動。2）起動控制起動控制 起動后保持全開位置，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時，將閥門逐起動后保持全開位置，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時，將閥門逐步關(guān)小與冷卻液溫度對應(yīng)。步關(guān)小與冷卻液溫度對應(yīng)。3）暖機控制暖機控制 暖機時怠速閥逐漸關(guān)小，冷卻液溫度暖機時怠速閥逐漸關(guān)小，冷卻液溫度70時暖機結(jié)束。時暖機結(jié)束。4）反饋控制反饋控制 ECU將發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速與存儲的轉(zhuǎn)速比較進行控制。將發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速與存儲的轉(zhuǎn)速比較進行控制。5）負(fù)荷變化預(yù)控制負(fù)荷變化預(yù)控制 如怠速時接通或斷開空調(diào)開關(guān)等，在轉(zhuǎn)速出現(xiàn)如怠速時接通或

7、斷開空調(diào)開關(guān)等，在轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化前，閥門開大或關(guān)小一個固定值。變化前，閥門開大或關(guān)小一個固定值。6）電器負(fù)載增大時怠速電器負(fù)載增大時怠速 為防止電壓下降，開大閥門提高怠速轉(zhuǎn)速。為防止電壓下降，開大閥門提高怠速轉(zhuǎn)速。7）學(xué)習(xí)控制學(xué)習(xí)控制 ECU控制步進電機的轉(zhuǎn)動步數(shù)，當(dāng)發(fā)動機性能改變而出控制步進電機的轉(zhuǎn)動步數(shù)，當(dāng)發(fā)動機性能改變而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化時，現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化時，ECU會將轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值，同時存儲起來，以后使用。會將轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值，同時存儲起來，以后使用。2022-3-2712（3）旋轉(zhuǎn)電磁閥式）旋轉(zhuǎn)電磁閥式 在整個怠速范圍在整個怠速范圍內(nèi)，內(nèi)，ECU通過占通過占空比（空比（0100%）對怠速轉(zhuǎn)速進行對

8、怠速轉(zhuǎn)速進行反饋控制；空調(diào)反饋控制；空調(diào)工作時，怠速轉(zhuǎn)工作時，怠速轉(zhuǎn)速通過怠速升高速通過怠速升高機構(gòu)單獨控制。機構(gòu)單獨控制。 控制項目與步進控制項目與步進電機式基本相同。電機式基本相同。2022-3-2713（4）占空比控制式）占空比控制式 占空比是占空比是ECU輸出的輸出的控制信號在一個周期內(nèi)，控制信號在一個周期內(nèi)，通電時間與通電周期的比通電時間與通電周期的比值。值。 占空比大，在一個周占空比大，在一個周期內(nèi)線圈通電時間長，閥期內(nèi)線圈通電時間長，閥門開度大，空氣流量大。門開度大，空氣流量大。2022-3-2714（5）開關(guān)控制式）開關(guān)控制式 ECU根據(jù)有關(guān)的開關(guān)信號，使怠速控制閥根據(jù)有關(guān)的開

9、關(guān)信號，使怠速控制閥開或關(guān)，調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。開或關(guān)，調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。 如下列情況，怠速控制閥由關(guān)斷轉(zhuǎn)為接通：如下列情況，怠速控制閥由關(guān)斷轉(zhuǎn)為接通： 1）怠速觸點接通，發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于一預(yù)定）怠速觸點接通，發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于一預(yù)定轉(zhuǎn)速時；轉(zhuǎn)速時； 2）怠速觸點接通，從）怠速觸點接通，從“P”或或“N”位換至其位換至其它任何位后的幾秒鐘；它任何位后的幾秒鐘； 3）尾燈開關(guān)接通；）尾燈開關(guān)接通； 4）后窗除霧器開關(guān)接通。）后窗除霧器開關(guān)接通。2022-3-2715一、三元催化轉(zhuǎn)化器、氧傳感器與一、三元催化轉(zhuǎn)化器、氧傳感器與閉環(huán)控制閉環(huán)控制二、廢氣再循環(huán)控制二、廢氣再循環(huán)控制三、活性炭罐蒸發(fā)污染控制三、活性炭罐

10、蒸發(fā)污染控制第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機排放控制發(fā)動機排放控制圍繞汽車技術(shù)發(fā)展的三大研究課題是：圍繞汽車技術(shù)發(fā)展的三大研究課題是： “節(jié)能、減排、安全性節(jié)能、減排、安全性”2022-3-27161.三元催化轉(zhuǎn)化器三元催化轉(zhuǎn)化器 安裝在排氣消聲器安裝在排氣消聲器前，由鉑（或鈀）前，由鉑（或鈀）和銠的混合物作為和銠的混合物作為催化劑，促催化劑，促使使HC、CO和和NOX發(fā)生氧發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，變化和還原反應(yīng)，變成無害氣體。成無害氣體。采用閉環(huán)控制。采用閉環(huán)控制。一、三元催化轉(zhuǎn)化器、氧傳感器與閉環(huán)控制一、三元催化轉(zhuǎn)化器、氧傳感器與閉環(huán)控制2022-3-27172. 氧傳感器氧傳感器 安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器前

11、面的排氣管內(nèi)，用來安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器前面的排氣管內(nèi)，用來檢檢測排氣中的氧含量測排氣中的氧含量，向，向ECU反饋電壓信號，確定反饋電壓信號，確定實際空燃比的濃、稀，控制噴油量的增減。實際空燃比的濃、稀，控制噴油量的增減。 氧傳感器有氧傳感器有氧化鋯氧化鋯（濃度型濃度型）式）式和和 氧化鈦氧化鈦（電阻型電阻型）式兩種。式兩種。2022-3-2718（1）氧化鋯式傳感器）氧化鋯式傳感器內(nèi)側(cè)接內(nèi)側(cè)接大氣大氣外側(cè)是外側(cè)是廢氣廢氣 在在400以上以上的高溫時，當(dāng)氧化的高溫時，當(dāng)氧化鋯內(nèi)表面氣體中氧鋯內(nèi)表面氣體中氧的濃度與外表面排的濃度與外表面排氣中氧的濃度有差氣中氧的濃度有差別時，則在氧化鋯別時，則在氧

12、化鋯元件內(nèi)外側(cè)兩鉑電元件內(nèi)外側(cè)兩鉑電極之間產(chǎn)生電壓。極之間產(chǎn)生電壓。1）結(jié)構(gòu)與原理）結(jié)構(gòu)與原理2022-3-2719 2）輸出電壓特性輸出電壓特性 混合氣稀時，排氣中氧混合氣稀時，排氣中氧含量高，內(nèi)外兩側(cè)氧濃含量高，內(nèi)外兩側(cè)氧濃度差小，電極間產(chǎn)生電度差小，電極間產(chǎn)生電壓很低。壓很低。 反之，混合氣濃時，排反之，混合氣濃時，排氣中氧含量低，內(nèi)外兩氣中氧含量低，內(nèi)外兩側(cè)氧濃度差別很大，電側(cè)氧濃度差別很大，電極間產(chǎn)生的電壓很高。極間產(chǎn)生的電壓很高。 在理論空燃比附近有突在理論空燃比附近有突變。變。（1）氧化鋯式傳感器）氧化鋯式傳感器2022-3-27203）工作條件）工作條件 氧化鋯傳感器輸出電壓信

13、號的強弱與工作溫氧化鋯傳感器輸出電壓信號的強弱與工作溫度有關(guān)，只有在度有關(guān)，只有在400以上溫度時才能正常以上溫度時才能正常工作工作，在，在600 左右時輸出信號最明顯，故左右時輸出信號最明顯，故常用加熱常用加熱方法保證工作溫度。方法保證工作溫度。（1）氧化鋯式傳感器）氧化鋯式傳感器2022-3-2721（2）氧化鈦式氧傳感器）氧化鈦式氧傳感器 因其因其電阻隨溫度變化大電阻隨溫度變化大，所以在，所以在300 900 的排氣的排氣溫度中連續(xù)使用時溫度中連續(xù)使用時必須作溫度補償必須作溫度補償。在電路中設(shè)有溫。在電路中設(shè)有溫度修正回路。度修正回路。 與空燃比相對應(yīng)的傳感器電阻值的變化，與空燃比相對應(yīng)

14、的傳感器電阻值的變化，以理論空燃以理論空燃比為界比為界，電阻值產(chǎn)生躍變電阻值產(chǎn)生躍變。 與氧化鋯式相比，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，抗污力強，可與氧化鋯式相比，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，抗污力強，可靠耐用?？磕陀?。 內(nèi)裝加熱器，可使其在高溫下檢測特性比較穩(wěn)定。內(nèi)裝加熱器，可使其在高溫下檢測特性比較穩(wěn)定。2022-3-27223.空燃比的反饋控制過程空燃比的反饋控制過程ECU將氧傳感器的信號電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較，判將氧傳感器的信號電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較，判斷混合氣的濃度，對空燃比進行反饋控制。斷混合氣的濃度，對空燃比進行反饋控制。2022-3-2723空燃比的非反饋控制工況空燃比的非反饋控制工況 發(fā)動機起動時發(fā)

15、動機起動時 起動后加濃修正時起動后加濃修正時 暖機加濃修正時暖機加濃修正時 節(jié)氣門全開、大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速時節(jié)氣門全開、大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速時 加減速燃油量修正時加減速燃油量修正時 燃油停供時燃油停供時 氧傳感器的空燃比過濃、過釋信號持續(xù)時間大于氧傳感器的空燃比過濃、過釋信號持續(xù)時間大于規(guī)定值時規(guī)定值時 氧傳感器溫度未達(dá)到工作溫度或氧傳感器失效、氧傳感器溫度未達(dá)到工作溫度或氧傳感器失效、線路故障線路故障2022-3-2724二、廢氣再循環(huán)控制二、廢氣再循環(huán)控制 廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（EGR）是在發(fā)動機工作過程中，將）是在發(fā)動機工作過程中，將一一部分廢氣引入進氣管部分廢氣引入進氣管，與新鮮空氣（或混合氣），

16、與新鮮空氣（或混合氣）混合進入燃燒室燃燒。目的是降低最高燃燒溫度，混合進入燃燒室燃燒。目的是降低最高燃燒溫度，減少減少NOX的生成量。的生成量。 廢氣再循環(huán)的控制指標(biāo)廢氣再循環(huán)的控制指標(biāo)用用EGR率表示率表示。一般為。一般為6%13%。 EGR量量 EGR率率= 吸入空氣量吸入空氣量+EGR量量 由由EGR閥控制閥控制100%2022-3-27251.EGR閥結(jié)構(gòu)與工作原理閥結(jié)構(gòu)與工作原理 以真空度間接控制以真空度間接控制EGR閥的開度，控制閥的開度，控制EGR率。率。接真空接真空2022-3-27262.普通電子式普通電子式EGR控制控制 日產(chǎn)日產(chǎn)NISSAN車車VG30型發(fā)動機所用的電子式

17、廢型發(fā)動機所用的電子式廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)。氣再循環(huán)控制系統(tǒng)。2022-3-27273. 可變可變EGR率控制率控制 ECU根據(jù)根據(jù)EGR率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣量的對應(yīng)關(guān)系，率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣量的對應(yīng)關(guān)系，控制真空調(diào)節(jié)閥（控制真空調(diào)節(jié)閥（VCM），調(diào)節(jié)），調(diào)節(jié)EGR控制閥的開度，改控制閥的開度，改變變EGR率。率。2022-3-2728三、活性炭罐蒸發(fā)污染控制三、活性炭罐蒸發(fā)污染控制 由由ECU控制的活性炭罐蒸發(fā)污染控制裝置，防止燃油箱向控制的活性炭罐蒸發(fā)污染控制裝置，防止燃油箱向大氣排放燃油蒸氣而產(chǎn)生污染。大氣排放燃油蒸氣而產(chǎn)生污染。2022-3-2729第五節(jié)第五節(jié) 燃油噴射系統(tǒng)實例燃油噴射

18、系統(tǒng)實例 廣州本田雅閣廣州本田雅閣2.3L VTi 轎車裝用轎車裝用F23A3發(fā)動機發(fā)動機 D型多點順序噴射系統(tǒng)，型多點順序噴射系統(tǒng)， (Programmed-fuel Injection) 簡稱簡稱PGM-FI電電控系統(tǒng)控系統(tǒng)，包括，包括發(fā)動機控制模塊（發(fā)動機控制模塊（ECM） 動力系統(tǒng)控制模塊（動力系統(tǒng)控制模塊（PCM） 實現(xiàn)對發(fā)動機和自動變速器的控制。實現(xiàn)對發(fā)動機和自動變速器的控制。 1.系統(tǒng)控制功能系統(tǒng)控制功能 2.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 3.系統(tǒng)工作情況系統(tǒng)工作情況2022-3-27301.系統(tǒng)控制功能系統(tǒng)控制功能 1.汽油多點順序噴射及空燃比閉環(huán)控制；汽油多點順序噴射及空燃比閉環(huán)控制

19、； 2.點火控制及爆燃控制；點火控制及爆燃控制； 3.怠速控制；怠速控制； 4.空調(diào)控制；空調(diào)控制； 5.燃油蒸發(fā)排放（燃油蒸發(fā)排放（EVAP）控制及廢氣再循環(huán)）控制及廢氣再循環(huán)（EGR）控制；）控制； 6.可變配氣正時及氣門升程控制（可變配氣正時及氣門升程控制（VIEC）；）； 7.故障自診斷；故障自診斷； 8.失效保護與備用功能。失效保護與備用功能。2022-3-27312.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 (1)傳感器傳感器 進氣支管壓力傳感器進氣支管壓力傳感器 上止點位置及曲軸位置傳感器上止點位置及曲軸位置傳感器 判缸傳感器判缸傳感器 節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器 冷卻液溫度傳感器冷卻液溫度傳

20、感器 進氣溫度傳感器進氣溫度傳感器 EGR閥升程傳感器閥升程傳感器 氧傳感器氧傳感器 爆燃傳感器爆燃傳感器2022-3-2732 (2)執(zhí)行器執(zhí)行器 噴油器噴油器 點火模塊點火模塊 怠速控制閥怠速控制閥 活性炭罐控制閥活性炭罐控制閥 EGR閥閥 燃油泵繼電器燃油泵繼電器 空調(diào)繼電器空調(diào)繼電器 自動變速器換擋電磁閥和控制閥自動變速器換擋電磁閥和控制閥2.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成2022-3-2733(3)電控單元電控單元 發(fā)動機控制模塊發(fā)動機控制模塊（ECM） 動力系統(tǒng)控制模塊動力系統(tǒng)控制模塊（PCM）2.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成2022-3-27343.系統(tǒng)工作情況系統(tǒng)工作情況（1）燃油噴射系統(tǒng)）燃油

21、噴射系統(tǒng) 燃油噴射正時與燃油噴射正時與噴油持續(xù)時間的控制噴油持續(xù)時間的控制 閉環(huán)控制閉環(huán)控制 燃油泵控制燃油泵控制 減速斷油及限速斷減速斷油及限速斷油控制油控制2022-3-2735（2）怠速控制系統(tǒng)）怠速控制系統(tǒng) 采用節(jié)氣門旁通氣道控制方式采用節(jié)氣門旁通氣道控制方式 怠速控制閥采用旋轉(zhuǎn)電磁閥型除受怠速控制閥采用旋轉(zhuǎn)電磁閥型除受PCM控制外，控制外，還受發(fā)動機冷卻液溫度控制還受發(fā)動機冷卻液溫度控制3.系統(tǒng)工作情況系統(tǒng)工作情況2022-3-2736（3）廢氣再循環(huán)（）廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)）系統(tǒng) 由由EGR閥、閥、EGR真空控制電磁閥、真空控制電磁閥、EGR升程傳升程傳感器等組成。感器等組成。3.系統(tǒng)工作情況系統(tǒng)工作情況2022-3-2737（4）燃油蒸發(fā)排放（）燃油蒸發(fā)排放（EVAP）控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng) 有活性炭罐、有活性炭罐、EVAP閥、閥、EVAP雙通閥、雙通閥、EVAP排放控制膜片閥、排放控制膜片閥、 EVAP排放控制電磁閥等排放控制電磁閥等3.系統(tǒng)工作情況系統(tǒng)工作情況2022-3-2738（5）故障自診斷功能）故障自診斷功能 可監(jiān)測、存儲、顯示系統(tǒng)的故障，當(dāng)判定系統(tǒng)可監(jiān)測、存儲、顯示系統(tǒng)的故