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汽車拖拉機學(xué)——電器與電子設(shè)備《汽車拖拉機學(xué)——電器與電子設(shè)備》課件03二月2023內(nèi)容:第八章汽油機電子控制技術(shù)
(第3課怠速與排放控制系統(tǒng))主講人:魯植雄教授Email:luzx@QQ:1607357229203二月2023第1課供油控制系統(tǒng)第2課點火控制系統(tǒng)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)本章主要介紹汽油機的電子控制燃油噴射系統(tǒng)、電子控制點火系統(tǒng)、怠速控制系統(tǒng)、進氣控制系統(tǒng)、排放控制系統(tǒng)等各系統(tǒng)的組成與控制原理。303二月2023一、怠速控制二、廢氣再循環(huán)控制三、活性碳罐蒸發(fā)污染控制四、三元催化裝置五、進氣增壓控制六、汽油機缸內(nèi)直噴技術(shù)本節(jié)課的主要內(nèi)容第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)403二月20231.為何要進行怠速控制?汽車在交通密度大的城市道路上行駛時,約有30%的燃油消耗在怠速工況,且怠速工況發(fā)動機排放污染程度相當(dāng)高。發(fā)動機冷車運轉(zhuǎn)、空調(diào)、電器負(fù)荷、自動變速器、動力轉(zhuǎn)向伺服和主動懸架機構(gòu)等耗能系統(tǒng)的介入,都會引起怠速轉(zhuǎn)速變化,使發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至引起熄火現(xiàn)象,導(dǎo)致排放污染和燃油消耗增加。在保證排放要求且運轉(zhuǎn)穩(wěn)定的前提下,盡量降低發(fā)動機的最低穩(wěn)定保持轉(zhuǎn)速,以降低該工況的燃油消耗。一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)503二月20232.怠速控制系統(tǒng)應(yīng)具備的功能在所有怠速工況下發(fā)動機保持目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速值。當(dāng)負(fù)荷突變時能補償負(fù)荷的變化。防止失速。將燃油消耗量降到最低。學(xué)習(xí)功能:能自動補償發(fā)動機由于老化或制造上造成的差異,不需要經(jīng)常調(diào)整怠速。節(jié)氣門全閉減速時,增加額外的空氣,以減少有害排放物。改善汽車低速駕駛性能。避免系統(tǒng)在其自振頻率附近發(fā)生震蕩。閉環(huán)控制,當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉或車速<6km/h時,都按怠速進行控制。一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)603二月20233.控制基本原理是對怠速進氣量的控制。目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速進行比較,確定兩轉(zhuǎn)速間的差值,并經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)改變進入發(fā)動機的空氣量,使實際轉(zhuǎn)速達到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。怠速穩(wěn)定性是通過點火提前角修正來完成的。當(dāng)負(fù)載突變時通過噴油量和進氣量共同改變來實現(xiàn)怠速控制。一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)703二月20234.怠速控制方式節(jié)氣門旁通式控制節(jié)氣門直動式控制節(jié)氣門旁通式控制節(jié)氣門直動式控制一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)803二月20235.節(jié)氣門旁通式控制步進電機驅(qū)動的怠速控制閥傳感器ECU一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)903二月2023ECU根據(jù)發(fā)動機的“怠速”信號、車速信號進行工況確認(rèn)再根據(jù)冷卻液溫度傳感器、空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)及自動變速器等機構(gòu)的工作狀態(tài),依據(jù)CPU的ROM存儲器中的脈譜數(shù)據(jù),確定目標(biāo)轉(zhuǎn)速。采用發(fā)動機怠速反饋控制:將發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速進行比較,根據(jù)比較得出的差值,確定相應(yīng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的控制量(步長)并向步進電機發(fā)出驅(qū)動指令。步進電機式怠速控制系統(tǒng)一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)1003二月2023步進電機的結(jié)構(gòu)永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子、激磁線圈構(gòu)成的定子和能把旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動的進給絲桿機構(gòu)及閥門等組成。步進電機和怠速控制閥做成一體,裝在進氣總管內(nèi)。一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)1103二月20236.節(jié)氣門直動式控制方法:通過直接控制節(jié)氣門開啟程度,調(diào)節(jié)發(fā)動機充氣量,實現(xiàn)怠速控制。組成:直流電動機、減速齒輪、絲杠原理:通過傳動軸的旋入或旋轉(zhuǎn)出,調(diào)節(jié)節(jié)氣門全閉限制位置,達到調(diào)節(jié)節(jié)氣門處空氣流通截面,進而實現(xiàn)怠速轉(zhuǎn)速控制。一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)1203二月2023控制原理:根據(jù)怠速的轉(zhuǎn)速差控制發(fā)動機怠速調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的動作通過改變節(jié)氣門的開度(轉(zhuǎn)角),實現(xiàn)對發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速的控制。根據(jù)冷卻液溫度對發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速進行反饋控制一、怠速控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)1303二月20231.功用:降低NOx為何廢氣再循環(huán)能降低Nox?再循環(huán)廢氣具有惰性,不參加化學(xué)反應(yīng),使進入缸內(nèi)的混合氣被稀釋,氧氣濃度降低,從而也使可燃混合氣的發(fā)熱量降低;廢氣中CO2、水蒸汽的熱容量較大,增大了混合氣的比熱容,降低了缸內(nèi)的高峰溫度。這兩者都使燃燒過程的著火延遲期增加,燃燒速率變慢,缸內(nèi)最高燃燒溫度下降,從而破壞了NOx生成所需高溫富氧的條件,使NOx排放降低。二、廢氣再循環(huán)控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)1403二月20232.EGR的工作原理EGR通常由排氣歧管經(jīng)一個小通道連接到進氣歧管來實現(xiàn)。經(jīng)過小通道的排氣再循環(huán)的流量由EGR閥控制,它的開度由發(fā)動機管理系統(tǒng)根據(jù)預(yù)編程的參數(shù)來決定。通常,廢氣再循環(huán)的程度用EGR率來表示二、廢氣再循環(huán)控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)1503二月2023當(dāng)EGR率達15%時,NOx的排放量即可減少60%。但EGR率增加過多時,會使發(fā)動機動力性能下降,HC含量上升。廢氣再循環(huán)控制:選擇NOX排放量多的發(fā)動機運行工況,進行適量(范圍可達15%-20%)EGR率控制。二、廢氣再循環(huán)控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)1603二月20233.EGR的控制策略冷機、怠速、小負(fù)荷時:NOx的排放量本來就很小,為了穩(wěn)定的運行要求缸內(nèi)充分充氣,關(guān)閉EGR閥輕微加速、低速巡航間:可以使用小量的EGR,以減少NOx的濃度,同時保持良好的驅(qū)動性。中等發(fā)動機負(fù)荷時:NOx的排放量是較高的,盡最大可能地使用EGR量,從而大量減少NOx排放物。隨負(fù)荷的增加,EGR率也可相應(yīng)增加。二、廢氣再循環(huán)控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)1703二月2023發(fā)動機要求大功率、高轉(zhuǎn)速時:為了保證發(fā)動機有較好的動力性,此時混合氣也較濃,NOx排放生成物相對較少,因此可不用EGR或少用EGR。EGR量對排放和油耗的影響還受空燃比和點火提前角等因素的影響。在增大EGR率時,同時適當(dāng)?shù)卦黾狱c火提前角,進行綜合控制,就能得到較好的排放、燃油消耗率。二、廢氣再循環(huán)控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)1803二月20234.EGR的控制過程(1)普通廢氣再循環(huán)的控制特點:EGR閥工作其EGR率是不可調(diào)節(jié)的。原理:電磁閥被接通(ON),閥門關(guān)閉,不起作用;電磁閥OFF時,閥門打開,起作用。二、廢氣再循環(huán)控制工況廢氣再循環(huán)電磁閥廢氣再循環(huán)系統(tǒng)發(fā)動機起動時節(jié)氣門位置傳感器的怠速觸點接通時發(fā)動機溫度低時發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于900r/min高于3200r/min
ON(電磁閥“接通”閥門關(guān)閉)不起作用除以上工況外OFF(斷開)起作用廢氣再循環(huán)的控制過程第八章汽油機電子控制技術(shù)1903二月2023(2)EGR閥開度反饋控制特點:增加了一個用于檢測其開啟高度的、電位計式的EGR位置傳感器??蓪GR閥開啟高度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號反饋給ECU。ECU根據(jù)反饋信號控制真空電磁閥的動作,進而調(diào)節(jié)EGR閥膜片室的真空度,以此改變EGR率。二、廢氣再循環(huán)控制具有EGR閥開度反饋信號的閉環(huán)控制系統(tǒng)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2003二月2023(3)EGR率反饋控制EGR率傳感器安裝:穩(wěn)壓箱(進氣總管)上,原理:測量混合氣中的氧氣濃度來檢測混合氣的EGR率ECU依據(jù)EGR率信號發(fā)出控制指令調(diào)整EGR閥的開啟高度,以此控制混合氣中的EGR率,使其始終保持在最佳狀態(tài),從而有效地減少NOX的排放量。二、廢氣再循環(huán)控制具有EGR率反饋信號的閉環(huán)控制系統(tǒng)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2103二月20235.EGR的工作條件(1)EGR工作條件:進氣溫度>17℃冷卻水溫度>50℃發(fā)動機轉(zhuǎn)速≤3500r/min處于輕負(fù)荷區(qū)二、廢氣再循環(huán)控制(2)EGR不工作條件:發(fā)動機起動時節(jié)氣門位置傳感器的怠速觸點接通發(fā)動機溫度低時發(fā)動機轉(zhuǎn)速<900r/min發(fā)動機轉(zhuǎn)速>3200r/min第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2203二月20236.內(nèi)部EGR外部EGR:把發(fā)動機排氣經(jīng)過EGR閥進入進氣歧管,與新鮮混合氣混合在一起的方式稱為外部EGR。內(nèi)部EGR:利用配氣相位重疊角進氣門同時開啟,造成一部分廢氣滯留在缸內(nèi),稀釋了新鮮混合氣的方式稱為內(nèi)部EGR。配氣相位重疊角不宜過大:會使發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定、失火和使HC排放量增加采用可變配氣相位(variablevalvetiming,VVT)后,內(nèi)部EGR將可取代外部EGR。二、廢氣再循環(huán)控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2303二月2023目的:防止汽油箱向大氣中排放汽油蒸氣工作過程:ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、溫度、空氣流量等信號,控制活性碳罐電磁閥的動作來控制排放控制閥上部的真空度,從而控制排放閥的開閉動作。當(dāng)排放控制閥打開時,汽油蒸氣通過閥中的定量排放小孔吸入進氣歧管,然后進入氣缸燒掉。當(dāng)ECU判斷發(fā)動機即將產(chǎn)生爆震時,即刻關(guān)閉碳罐電磁閥,切斷真空,關(guān)閉排放控制閥,直至爆震趨勢消失后且超過150ms時,使碳罐電磁閥恢復(fù)工作。三、活性碳罐蒸發(fā)污染控制活性碳罐蒸發(fā)污染控制系統(tǒng)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2403二月2023工作條件熱機(冷卻液溫度>65℃);驅(qū)動擋;轉(zhuǎn)速高于怠速(節(jié)氣門開度=1.2%-100%);氧傳感器功能正常(發(fā)動機已進入閉環(huán)工作模式或斷油時間小于2s);系統(tǒng)電壓低于17V。三、活性碳罐蒸發(fā)污染控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2503二月2023三元催化器:安裝位置功能:排出的CO、HC和NOx等通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的CO2、H2O和N2。這種催化器可同時將廢氣中的三種主要有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì),故稱三元。四、三元催化裝置第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2603二月2023三元催化器四、三元催化裝置第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2703二月2023三元催化器的工作原理三元催化器中的凈化劑將增強CO、碳氫化合物和NOx三種氣體的活性,促使其進行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體;HC在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳;NOx還原成氮氣和氧氣。四、三元催化裝置第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)2803二月20231.廢氣渦輪增壓渦輪增壓:Turbocharge。類型:廢氣渦輪增壓和機械增壓兩種類型。五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)為何設(shè)置中冷器?2903二月2023廢氣渦輪增壓器的工作原理實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進壓力和密度利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入氣缸。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快時,廢氣排出速度與禍輪轉(zhuǎn)速也隨之增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸。五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3003二月2023優(yōu)點:能在不加大發(fā)動機排量就能較大幅度地提高發(fā)動機的功率及扭力,加裝增壓器后的發(fā)動機的功率及扭矩能增大20%—30%。五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3103二月2023普通的渦輪進氣增壓器的缺點:渦輪葉片為固定截面,使得當(dāng)汽車在較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)時就難以保持較好的增壓特性,且有一定的響應(yīng)滯后性。五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3203二月20232.機械增壓發(fā)動機皮帶驅(qū)動,結(jié)構(gòu)簡單,工作溫度介于70~100℃,不需特殊冷卻系統(tǒng)機械增壓的不足:增壓值會隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高而降低,當(dāng)達到某一界限時,由于本身的阻力增壓器反而會成為發(fā)動機的負(fù)擔(dān),嚴(yán)重影響發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提升。五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3303二月20233.復(fù)合增壓機械增壓+渦輪增壓兼顧了低速時的扭力輸出和高速時的功率輸出。五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3403二月20234.電控可變進氣長度增壓控制進氣管長度與填充效率的關(guān)系低轉(zhuǎn)速時關(guān)閉閥門高轉(zhuǎn)速時打開閥門五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3503二月20234.電控可變進氣長度增壓控制關(guān)閉狀態(tài)開啟狀態(tài)五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3603二月20235.可變正時控制目的:在發(fā)動機高速時,同時改變進氣閥的正時與升程,以改善汽車的動力性和使用經(jīng)濟性。五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3703二月2023VVT—i系統(tǒng)VVT-i=VariableValveTiming–Intelligence。VVT-i系統(tǒng)由傳感器、ECU和凸輪軸液壓控制閥、控制器等部分組成。五、進氣增壓控制第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3803二月20231.何謂GDI發(fā)動機?是指將噴油嘴設(shè)置氣缸蓋上,直接將高壓燃油噴入氣缸內(nèi)與進氣混合燃燒的技術(shù)。六、汽油機缸內(nèi)直噴技術(shù)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)3903二月20232.缸內(nèi)直噴發(fā)動機的優(yōu)點油耗下降3%以上,增加功率2%~3%。減少廢氣排放同排量下,最大功率可提高15%。減少發(fā)動機震動噴油的準(zhǔn)確度提升發(fā)動機更耐用各缸工作不均勻性改善良好的瞬態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化潛力大六、汽油機缸內(nèi)直噴技術(shù)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)缸內(nèi)直噴發(fā)動機結(jié)構(gòu)上有何特點?4003二月2023豐田D-4發(fā)動機混合氣控制策略大眾FSI發(fā)動機的控制策略六、汽油機缸內(nèi)直噴技術(shù)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)4103二月20233.組成六、汽油機缸內(nèi)直噴技術(shù)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)4203二月2023GDI發(fā)動機的主要傳感器有:(1)空氣流量計(2)進氣溫度傳感器(3)進氣歧管壓力溫度傳感器(4)節(jié)氣門位置傳感器(5)發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器(6)霍爾傳感器(上止點位置傳感器)(7)加速踏板位置傳感器(8)低壓燃油傳感器(9)高壓燃油傳感器(10)爆震傳感器(11)冷卻液溫度傳感器(12)進氣歧管翻板電位計(13)散熱器出口處的冷卻液溫度傳感器(14)EGR閥位置傳感器(15)連續(xù)變化式氧傳感器(16)躍變式氧傳感器(17)廢氣溫度傳感器(18)NOX傳感器(19)海拔高度傳感器六、汽油機缸內(nèi)直噴技術(shù)第3課怠速與排放控制系統(tǒng)第八章汽油機電子控制技術(shù)4303二月2023GDI發(fā)動機的主要執(zhí)行器有:(1)高壓噴油器
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