第八章發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制系統(tǒng)-第三～六節(jié)

《汽車電器與電子技術(shù)》

第八章發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制系統(tǒng)天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車系談炳發(fā)2/5/20231第八章發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制系統(tǒng)概述第一節(jié)電控汽油噴射系統(tǒng)的分類第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)電控汽油噴射系統(tǒng)組成和工作原理第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制第五節(jié)燃油噴射系統(tǒng)實(shí)例第六節(jié)氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)簡介2/5/20232

概述

一、怠速控制系統(tǒng)組成

二、怠速控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制方法

第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制2/5/20233概述怠速控制(ISC)是通過調(diào)節(jié)空氣通路面積以控制空氣流量的方法來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)空調(diào)及電器負(fù)荷、自動(dòng)變速器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向伺服機(jī)構(gòu)的接入等情況都會(huì)引起怠速轉(zhuǎn)速變化。2/5/20234一、怠速控制系統(tǒng)組成2/5/20235二、怠速控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制方法怠速控制的實(shí)質(zhì)是對(duì)怠速進(jìn)氣量進(jìn)行控制，獲得適宜的空燃比，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的怠速工況時(shí)都在最佳的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂品绞接袃煞N：

1.節(jié)氣門直動(dòng)式——控制節(jié)氣門最小開度2.旁通空氣式——控制節(jié)氣門旁通通路2/5/202361.節(jié)氣門直動(dòng)式控制ECU根據(jù)輸入信號(hào)確定目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速，發(fā)出指令調(diào)節(jié)節(jié)氣門的偏轉(zhuǎn)量，控制空氣的流通面積，使進(jìn)氣量與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。2/5/20237怠速控制閥的結(jié)構(gòu)形式有：（1）真空控制式（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式（3）旋轉(zhuǎn)電磁閥式（4）占空比控制式（5）開關(guān)控制式2.旁通空氣式怠速控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)2/5/20238（1）真空控制式真空控制閥脈沖信號(hào)的占空比決定開度，控制真空度。日本早期生產(chǎn)的汽車，常采用真空控制方式。怠速空氣閥膜片室真空大（負(fù)壓大），膜片上移，閥門開度小，反之增大。2/5/20239（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式控制項(xiàng)目：1）起動(dòng)初始位置確定2）起動(dòng)控制3）暖機(jī)控制4）反饋控制5）負(fù)荷變化預(yù)控制6）電器負(fù)載增大時(shí)怠速7）學(xué)習(xí)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，使閥心移動(dòng)，調(diào)節(jié)旁通空氣道截面。2/5/202310步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式控制項(xiàng)目1）起動(dòng)初始位置確定

點(diǎn)火開關(guān)OFF時(shí)，繼續(xù)供電，使閥門處于全開位置，以便下次起動(dòng)。2）起動(dòng)控制起動(dòng)后保持全開位置，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時(shí)，將閥門逐步關(guān)小與冷卻液溫度對(duì)應(yīng)。3）暖機(jī)控制暖機(jī)時(shí)怠速閥逐漸關(guān)小，冷卻液溫度70℃時(shí)暖機(jī)結(jié)束。4）反饋控制

ECU將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)速比較進(jìn)行控制。5）負(fù)荷變化預(yù)控制

如怠速時(shí)接通或斷開空調(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(gè)固定值。6）電器負(fù)載增大時(shí)怠速

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

ECU控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)性能改變而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，ECU會(huì)將轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值，同時(shí)存儲(chǔ)起來，以后使用。2/5/202311（3）旋轉(zhuǎn)電磁閥式在整個(gè)怠速范圍內(nèi)，ECU通過占空比（0~100%）對(duì)怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制；空調(diào)工作時(shí)，怠速轉(zhuǎn)速通過怠速升高機(jī)構(gòu)單獨(dú)控制?？刂祈?xiàng)目與步進(jìn)電機(jī)式基本相同。2/5/202312（4）占空比控制式占空比是ECU輸出的控制信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)，通電時(shí)間與通電周期的比值。占空比大，在一個(gè)周期內(nèi)線圈通電時(shí)間長，閥門開度大，空氣流量大。2/5/202313（5）開關(guān)控制式ECU根據(jù)有關(guān)的開關(guān)信號(hào)，使怠速控制閥開或關(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：1）怠速觸點(diǎn)接通，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于一預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)；2）怠速觸點(diǎn)接通，從“P”或“N”位換至其它任何位后的幾秒鐘；3）尾燈開關(guān)接通；4）后窗除霧器開關(guān)接通。2/5/202314一、三元催化轉(zhuǎn)化器、氧傳感器與閉環(huán)控制

二、廢氣再循環(huán)控制

三、活性炭罐蒸發(fā)污染控制

第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制圍繞汽車技術(shù)發(fā)展的三大研究課題是：

“節(jié)能、減排、安全性”2/5/2023151.三元催化轉(zhuǎn)化器

安裝在排氣消聲器前，由鉑（或鈀）和銠的混合物作為催化劑，促使HC、CO和NOX發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，變成無害氣體。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2/5/2023162.氧傳感器安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器前面的排氣管內(nèi)，用來檢測(cè)排氣中的氧含量，向ECU反饋電壓信號(hào)，確定實(shí)際空燃比的濃、稀，控制噴油量的增減。氧傳感器有氧化鋯（濃度型）式和

氧化鈦（電阻型）式兩種。2/5/202317（1）氧化鋯式傳感器內(nèi)側(cè)接大氣外側(cè)是廢氣

在400℃以上的高溫時(shí)，當(dāng)氧化鋯內(nèi)表面氣體中氧的濃度與外表面排氣中氧的濃度有差別時(shí)，則在氧化鋯元件內(nèi)外側(cè)兩鉑電極之間產(chǎn)生電壓。1）結(jié)構(gòu)與原理2/5/202318

2）輸出電壓特性混合氣稀時(shí)，排氣中氧含量高，內(nèi)外兩側(cè)氧濃度差小，電極間產(chǎn)生電壓很低。反之，混合氣濃時(shí)，排氣中氧含量低，內(nèi)外兩側(cè)氧濃度差別很大，電極間產(chǎn)生的電壓很高。在理論空燃比附近有突變。（1）氧化鋯式傳感器2/5/2023193）工作條件氧化鋯傳感器輸出電壓信號(hào)的強(qiáng)弱與工作溫度有關(guān)，只有在400℃以上溫度時(shí)才能正常工作，在600℃左右時(shí)輸出信號(hào)最明顯，故常用加熱方法保證工作溫度。（1）氧化鋯式傳感器2/5/202320（2）氧化鈦式氧傳感器因其電阻隨溫度變化大，所以在300℃~900℃的排氣溫度中連續(xù)使用時(shí)必須作溫度補(bǔ)償。在電路中設(shè)有溫度修正回路。與空燃比相對(duì)應(yīng)的傳感器電阻值的變化，以理論空燃比為界，電阻值產(chǎn)生躍變。與氧化鋯式相比，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，抗污力強(qiáng)，可靠耐用。內(nèi)裝加熱器，可使其在高溫下檢測(cè)特性比較穩(wěn)定。2/5/2023213.空燃比的反饋控制過程ECU將氧傳感器的信號(hào)電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，判斷混合氣的濃度，對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制。2/5/202322空燃比的非反饋控制工況發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)起動(dòng)后加濃修正時(shí)暖機(jī)加濃修正時(shí)節(jié)氣門全開、大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速時(shí)加減速燃油量修正時(shí)燃油停供時(shí)氧傳感器的空燃比過濃、過釋信號(hào)持續(xù)時(shí)間大于規(guī)定值時(shí)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2/5/202323二、廢氣再循環(huán)控制廢氣再循環(huán)（EGR）是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，將一部分廢氣引入進(jìn)氣管，與新鮮空氣（或混合氣）混合進(jìn)入燃燒室燃燒。目的是降低最高燃燒溫度，減少NOX的生成量。廢氣再循環(huán)的控制指標(biāo)用EGR率表示。一般為6%~13%。EGR量EGR率=—————————吸入空氣量+EGR量

由EGR閥控制×100%2/5/2023241.EGR閥結(jié)構(gòu)與工作原理以真空度間接控制EGR閥的開度，控制EGR率。接真空2/5/2023252.普通電子式EGR控制日產(chǎn)NISSAN車VG30型發(fā)動(dòng)機(jī)所用的電子式廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)。2/5/2023263.可變EGR率控制ECU根據(jù)EGR率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，控制真空調(diào)節(jié)閥（VCM），調(diào)節(jié)EGR控制閥的開度，改變EGR率。2/5/202327三、活性炭罐蒸發(fā)污染控制由ECU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。2/5/202328第五節(jié)燃油噴射系統(tǒng)實(shí)例廣州本田雅閣2.3LVTi轎車裝用F23A3發(fā)動(dòng)機(jī)D型多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)，(Programmed-fuelInjection)簡稱PGM-FI電控系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECM）動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊（PCM）

實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速器的控制。

1.系統(tǒng)控制功能

2.系統(tǒng)的組成

3.系統(tǒng)工作情況2/5/2023291.系統(tǒng)控制功能1.汽油多點(diǎn)順序噴射及空燃比閉環(huán)控制；2.點(diǎn)火控制及爆燃控制；3.怠速控制；4.空調(diào)控制；5.燃油蒸發(fā)排放（EVAP）控制及廢氣再循環(huán)（EGR）控制；6.可變配氣正時(shí)及氣門升程控制（VIEC）；7.故障自診斷；8.失效保護(hù)與備用功能。2/5/2023302.系統(tǒng)的組成(1)傳感器

進(jìn)氣支管壓力傳感器上止點(diǎn)位置及曲軸位置傳感器判缸傳感器節(jié)氣門位置傳感器冷卻液溫度傳感器進(jìn)氣溫度傳感器EGR閥升程傳感器氧傳感器爆燃傳感器2/5/202331(2)執(zhí)行器噴油器點(diǎn)火模塊怠速控制閥活性炭罐控制閥EGR閥燃油泵繼電器空調(diào)繼電器自動(dòng)變速器換擋電磁閥和控制閥2.系統(tǒng)的組成2/5/202332(3)電控單元發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECM）動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊（PCM）2.系統(tǒng)的組成2/5/2023333.系統(tǒng)工作情況（1）燃油噴射系統(tǒng)

燃油噴射正時(shí)與噴油持續(xù)時(shí)間的控制閉環(huán)控制燃油泵控制減速斷油及限速斷油控制2/5/202334（2）怠速控制系統(tǒng)

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PCM控制外，還受發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度控制3.系統(tǒng)工作情況2/5/202335（3）廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)

由EGR閥、EGR真空控制電磁閥、EGR升程傳感器等組成。3.系統(tǒng)工作情況2/5/202336（4）燃油蒸發(fā)排放（EVAP）控制系統(tǒng)

有活性炭罐、EVAP閥、EVAP雙通閥、EVAP排放控制膜片閥、EVAP排放控制電磁閥等3.系統(tǒng)工作情況2/5/202337（5）故障自診斷功能

可監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、顯示系統(tǒng)的故障，當(dāng)判定系統(tǒng)有故障時(shí)，點(diǎn)亮儀表板上的故障指示燈，并以故障碼的形式儲(chǔ)存于ECM/PCM中。3.系統(tǒng)工作情況2/5/202338一、兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

二、單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

三、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

第六節(jié)氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)簡介氣體燃料：壓縮天燃?xì)猓–NG）液化石油氣（LPG）2/5/202339

一、兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在原汽油機(jī)的基礎(chǔ)上，保留原汽油供給系統(tǒng)，再加一套氣體燃料供給系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)只用其中的一種。2/5/202340

二、單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)