汽車電子與電氣設備輔助電子控制高教知識

1、第五章第五章 汽油機輔助系統(tǒng)的電子控制汽油機輔助系統(tǒng)的電子控制第一節(jié)第一節(jié) 排氣凈化與排放控制排氣凈化與排放控制汽車污染來源：汽車污染來源：1.1.曲軸箱竄氣（曲軸箱竄氣（hc,co)hc,co)2.2.汽油蒸汽（汽油蒸汽（hchc）3.3.發(fā)動機燃燒廢氣（發(fā)動機燃燒廢氣（co,hc,noco,hc,nox x）減少污染措施：減少污染措施：三元催化轉換、廢氣再循環(huán)（三元催化轉換、廢氣再循環(huán)（egregr）、）、活性碳罐蒸發(fā)控制系統(tǒng)等?；钚蕴脊拚舭l(fā)控制系統(tǒng)等。一一. .三元催化轉換器三元催化轉換器1.1.原理：三元催化轉化器裝在排氣管中，通過三元催化劑與原理：三元催化轉化器裝在排氣管中，通過三元

2、催化劑與hchc、coco和和nono。發(fā)生反。發(fā)生反應，把廢氣中的有害氣體轉化為無害氣體，從而實現排氣凈化。應，把廢氣中的有害氣體轉化為無害氣體，從而實現排氣凈化。2.2.結構：結構： 三元催化轉化器的結構如圖所示，其中三元催化劑是鉑和銠的混合物。三元催化轉化器的結構如圖所示，其中三元催化劑是鉑和銠的混合物。鉑能促使排氣中的有害成分鉑能促使排氣中的有害成分coco、hchc氧化成氧化成c02c02和和h h2 20 0，銠能加速有害氣體，銠能加速有害氣體nono還原成還原成n n2 2和和0 02 2，從而起到凈化排氣的作用。，從而起到凈化排氣的作用。3.3.轉換效率：三元催化轉化器的轉換效

3、率與空燃比有關系，其關系曲線如圖所示。轉換效率：三元催化轉化器的轉換效率與空燃比有關系，其關系曲線如圖所示。從圖可見，只有發(fā)動機在理論空燃比從圖可見，只有發(fā)動機在理論空燃比14147 7附近運行時，三元催化器的轉換效率附近運行時，三元催化器的轉換效率才最佳。為此，必須精確控制發(fā)動饑的空燃比，使之保持在理論空燃比才最佳。為此，必須精確控制發(fā)動饑的空燃比，使之保持在理論空燃比14147 7附附近的范圍內。近的范圍內。4.4.實現辦法：閉環(huán)控制方式。實現辦法：閉環(huán)控制方式。在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中普遍采用由氧傳感器組成的空燃比反饋控制方式，如圖在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中普遍采用由氧傳感器組成的空燃比反饋控

4、制方式，如圖所示。氧傳感器在三元催化轉化器前面的排氣總管內，其功能是檢測排氣中的氧所示。氧傳感器在三元催化轉化器前面的排氣總管內，其功能是檢測排氣中的氧氣含量，以確定實際空燃比較理論空燃比大還足小，并向氣含量，以確定實際空燃比較理論空燃比大還足小，并向ecuecu反饋相應的電壓信反饋相應的電壓信號從而控制噴油量減少或增加。號從而控制噴油量減少或增加。當實際的空燃比比理論空燃比小(混合氣濃)時，氧傳感器向ecu輸入的是高電壓信號，此時ecu將減小噴油量，使空燃比增大。當空燃比增大到理論空燃比147時，氧傳感器輸出電壓信號將突變下降至01v左右。此信號輸入ecu后，ecu立即控制增加噴油量，空燃比

5、又開始減小。只要空燃比剛減到理論空燃比以下時，氧傳感器輸出電壓信號又突變，上升到075v以上反饋給ecu后，ecu又將控制減小噴油量。如此反復，將空燃比精確控制在理論空燃比147附近一個極小的范圍內。而此時三元催化器也保證工作在最佳狀態(tài)。開關控制型電磁閥，由ecu根據發(fā)動機的工作狀況進行接通和斷開的控制，在滿足以下：五種條件之一時，接通電磁閥開關，其它工況下電磁閥均關斷：發(fā)動機起動工作時或剛剛起動后; 怠速觸點idl閉合，且發(fā)動機轉速下降到規(guī)定轉速以下時； 怠速觸點idl閉合，并且變速器檔位從空檔“n”換到其它行駛檔位后的幾秒鐘內； 燈開關接通； 后窗去霧器開關接通。當發(fā)動機運行條件滿足下列條

6、件之一時，ecu控制電磁閥由接通變?yōu)殛P斷:發(fā)動機起動后，怠速運轉超過預定時間； 觸點idl閉合，空調離合器分離，發(fā)動機轉速超過預定值； 觸點idl。閉合，空調離合器分離，變速器從空檔“n”換到其它行駛檔一定時間后，或發(fā)動機轉速超過預定值；燈開關關斷； 后窗去霧開關關閉。二二. .廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（egregr）控制）控制1.1.作用：在發(fā)動機工作過程中，將一部分廢氣引入進氣管，與新的混合氣混合后作用：在發(fā)動機工作過程中，將一部分廢氣引入進氣管，與新的混合氣混合后進入氣缸燃燒。廢氣在燃燒過程中吸收熱量，降低了最高燃燒溫度。由于氮氧化進入氣缸燃燒。廢氣在燃燒過程中吸收熱量，降低了最高燃燒溫度

7、。由于氮氧化物物(nox)(nox)主要是在高溫富氧條件下生成的，因而廢氣再循環(huán)廣泛用于減少主要是在高溫富氧條件下生成的，因而廢氣再循環(huán)廣泛用于減少noxnox的生的生成。但是廢氣再循環(huán)過度將會影響正常運行，特別是在怠速、低轉速小負荷及發(fā)成。但是廢氣再循環(huán)過度將會影響正常運行，特別是在怠速、低轉速小負荷及發(fā)動機處于冷態(tài)運行時，再循環(huán)的廢氣將會明顯降低發(fā)動機的性能。動機處于冷態(tài)運行時，再循環(huán)的廢氣將會明顯降低發(fā)動機的性能?？刂浦笜耍嚎刂浦笜耍篹gregr率率實現方式：實現方式：egregr閥（裝在一個將排氣歧管與進氣歧管連通的特殊通道上，通過控閥（裝在一個將排氣歧管與進氣歧管連通的特殊通道上，通

8、過控制制egregr閥的開度來控制廢氣再循環(huán)量。閥的開度來控制廢氣再循環(huán)量。 egregr閥的開啟和關閉由上方真空氣室的真閥的開啟和關閉由上方真空氣室的真空度控制，真空氣室的真空度由空度控制，真空氣室的真空度由ecuecu控制的控制的egregr電磁閥控制。）電磁閥控制。）%100體質質吸入空氣量egr氣egr氣gr氣egr率2.2.控制方式：控制方式：機械式：機械式： egregr率較小約為率較小約為5 51515。即使采用能進行比較復雜控制的機械控制。即使采用能進行比較復雜控制的機械控制裝置，控制的自由度也受到限制。裝置，控制的自由度也受到限制。電控式：結構簡單，可進行較大的電控式：結構簡

9、單，可進行較大的egregr率控制，一般為率控制，一般為1515-20-20。因此在現代。因此在現代汽車上，尤其是電控發(fā)動機通常都采用電控汽車上，尤其是電控發(fā)動機通常都采用電控egregr系統(tǒng)。系統(tǒng)。(1).(1).普通電控普通電控egregr系統(tǒng)系統(tǒng)(2).(2).裝有背壓修正閥的電控裝有背壓修正閥的電控egregr系統(tǒng)系統(tǒng)在普通電控式egr控制系統(tǒng)的基礎上，在egr電磁閥與egr閥之間的真空管路中加裝一個背壓修正閥。其功能是根據排氣管的背壓，附加控制egr閥。當發(fā)動機負荷小且排氣背壓低時，背壓修正閥膜片在彈簧的作用下向下移動，將真空通道切斷，使egr閥處于關閉狀態(tài)，不進行廢氣再循環(huán)。有在發(fā)

10、動機負荷增大且排氣管背壓增大時，使修正閥膜片克服彈簧力向上運動將閥打開。這才允許根據各種傳感器送來的信號，控制egr電磁閥的開度，即控制進入egr真空度，從而改變egr量。(3).(3).閉環(huán)控制式閉環(huán)控制式egregr系統(tǒng)系統(tǒng)用用egregr閥開度作為反饋控制信號：在閥開度作為反饋控制信號：在egregr閥上部還有一個閥上部還有一個egregr位置傳感器，其功位置傳感器，其功能是檢測能是檢測egregr閥的開度并利用電位計將其轉變?yōu)橄鄳碾妷盒盘柗答伣o閥的開度并利用電位計將其轉變?yōu)橄鄳碾妷盒盘柗答伣oecuecu用用egregr率作為反饋信號：率作為反饋信號：日本三菱公司新近開發(fā)了一種直接用

11、日本三菱公司新近開發(fā)了一種直接用egregr率作為反饋信號的率作為反饋信號的ecuecu閉環(huán)控制系統(tǒng)，其閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制框圖如圖控制框圖如圖4 42020所示。新鮮空氣經節(jié)氣門進入穩(wěn)壓箱所示。新鮮空氣經節(jié)氣門進入穩(wěn)壓箱( (進氣總管進氣總管) )，參與再循，參與再循環(huán)的廢氣經控制閥也進入穩(wěn)壓箱。其中設置有環(huán)的廢氣經控制閥也進入穩(wěn)壓箱。其中設置有egregr率傳感器，它對穩(wěn)壓箱中氣體率傳感器，它對穩(wěn)壓箱中氣體分析計算后向分析計算后向ecuecu輸出控制信號，不斷調整輸出控制信號，不斷調整egregr率使其始終在最佳狀態(tài)，從而有效率使其始終在最佳狀態(tài)，從而有效地減少地減少nonox x的排放量

12、。的排放量。三三. .燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng) 作用：燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)是為了防止燃油箱內的汽油蒸氣向大氣排放產生污染燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)是為了防止燃油箱內的汽油蒸氣向大氣排放產生污染而設置的。而設置的。工作過程：油箱的燃油蒸氣通過單向閥進入活性炭罐上部，空氣從炭罐下部進入工作過程：油箱的燃油蒸氣通過單向閥進入活性炭罐上部，空氣從炭罐下部進入清洗活性炭。在炭罐的上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制閥，排放清洗活性炭。在炭罐的上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制閥，排放控制閥上部的真空度由炭罐控制電磁閥控制，而炭罐控制電磁閥受控制閥上部的真空度由炭罐控制電磁閥控制，而炭罐控制電磁閥

13、受ecuecu控制?？刂?。當發(fā)動機工作時當發(fā)動機工作時ecuecu根據發(fā)動機的轉速、溫度和空氣流量等信號，控制炭罐電磁根據發(fā)動機的轉速、溫度和空氣流量等信號，控制炭罐電磁閥的開閉來控制排放控制閥上方的真空度，從而控制排放控制閥的開度。而當排閥的開閉來控制排放控制閥上方的真空度，從而控制排放控制閥的開度。而當排放閥打開時，燃油蒸汽通過排放控制閥吸入進氣歧管。放閥打開時，燃油蒸汽通過排放控制閥吸入進氣歧管。有的車型上，活性炭罐電磁閥有的車型上，活性炭罐電磁閥控制系統(tǒng)為了有利于發(fā)動機抑控制系統(tǒng)為了有利于發(fā)動機抑制爆燃，當制爆燃，當ecuecu判定發(fā)動機產判定發(fā)動機產生爆燃時，立即使炭罐電磁閥生爆燃時

14、，立即使炭罐電磁閥關閉。切斷真空、關閉排放控關閉。切斷真空、關閉排放控制閥，直到爆燃消失制閥，直到爆燃消失150ms150ms后，后，ecuecu又使炭罐控制電磁閥恢復又使炭罐控制電磁閥恢復工作。工作。四、二次空氣噴射系統(tǒng) 作用：在冷起動時由ecu根據發(fā)動機溫度，將新鮮空氣(又叫二次空氣)噴射到排氣門的背后，使高溫廢氣中的hc、co在這里與空氣接觸而進一步燃燒,以控制廢氣中hc和co的成分，同時加快三元催化轉換裝置的升溫過程。 工作過程：發(fā)動機通過皮帶驅動空氣壓縮機1，空氣經壓縮以后過管道由空氣噴嘴4向排氣門的方向噴出。整個裝置除空氣壓縮機外。還必須有防止發(fā)動機減速時產生后燃現象的防后燃閥7防

15、止廢氣倒流到空氣壓縮機去的單向閥3等。這種裝置具有排氣凈化性能穩(wěn)定的特點，本圖中空氣泵由ecu控制。在發(fā)動機溫度超過20 時，起動后ecu控制空氣泵繼電器閉合，空氣泵工作?？諝獗霉ぷ鲿r間最長不超過4min。以下情況ecu不允許空氣泵工作：燃油系統(tǒng)進入閉環(huán)狀態(tài)；冷卻液溫度在2060之間且空氣泵已工作4min；冷卻液溫度超過60 且空氣泵工作已達30s；發(fā)動機轉速超過1900rmin；ecu發(fā)現故障第二節(jié)第二節(jié) 怠速控制怠速控制(isc)(isc)目的：所有怠速使用條件下，都能以適當怠速穩(wěn)定運轉目的：所有怠速使用條件下，都能以適當怠速穩(wěn)定運轉控制內容：起動后控制；暖機過程控制；負荷變化的控制；控制

16、內容：起動后控制；暖機過程控制；負荷變化的控制； 減速時控制減速時控制控制原理：控制原理：ecu轉速怠速控制裝置（怠速馬達）怠速開關車速啟動信號執(zhí)行參數反饋參數修正參數ecta/cp/npshlbu 1.1.暖車修正暖車修正(ect)(ect) 2.2.空調修正空調修正(a/c)(a/c) 3.3.檔位修正檔位修正(p/n)(p/n) 4.4.大燈修正大燈修正(hl)(hl) 5.5.動力轉向修正動力轉向修正(ps)(ps) 6.6.蓄電池電壓修正蓄電池電壓修正(bu)(bu)執(zhí)行裝置：執(zhí)行裝置： 節(jié)氣門直動控制式節(jié)氣門直動控制式 旁通空氣控制式旁通空氣控制式一一.節(jié)氣門直動控制式怠速控制裝置

17、節(jié)氣門直動控制式怠速控制裝置控制原理：控制節(jié)氣門的開啟程度，從而控制怠速時的進氣量，控制原理：控制節(jié)氣門的開啟程度，從而控制怠速時的進氣量， 實現怠速轉速的控制實現怠速轉速的控制控制方法：控制方法：ecuecu控制直流電動機，直流電動機旋轉通過減速齒輪控制直流電動機，直流電動機旋轉通過減速齒輪減速增扭，后通過絲杠把旋轉運動轉變?yōu)閭鲃虞S的直線運動，調減速增扭，后通過絲杠把旋轉運動轉變?yōu)閭鲃虞S的直線運動，調節(jié)節(jié)氣門全閉限制位置，從而調節(jié)節(jié)氣門處空氣通道面積。節(jié)節(jié)氣門全閉限制位置，從而調節(jié)節(jié)氣門處空氣通道面積。特點：較強的工作能力和穩(wěn)定性，但由于有減速機構，使執(zhí)行速特點：較強的工作能力和穩(wěn)定性，但由

18、于有減速機構，使執(zhí)行速度下降，因而動態(tài)響應性差度下降，因而動態(tài)響應性差二二.旁通空氣控制式怠速控制裝置（怠速控制閥旁通空氣控制式怠速控制裝置（怠速控制閥iscv）控制原理：控制原理：ecu控制空氣旁通閥實現對怠速進氣量的控制，以達控制空氣旁通閥實現對怠速進氣量的控制，以達 到控制怠速的目的到控制怠速的目的1.步進電機型怠速控制閥步進電機型怠速控制閥(1).結構結構 步進電機和怠速控制閥做成一體，裝在進氣總管內，電機可順時針或逆時針旋轉，使閥沿軸向移動，改變閥與閥座之間的間隙，以調節(jié)流過節(jié)氣門旁通通道的空氣量。典型的步進電機型怠速控制閥結構由永久磁鐵構成的轉子、激磁線圈構成的定子和把旋轉運動變成

19、直線運動的進給桿及閥門等組成。利用步進轉換控制，使轉子可以正轉，也可以反轉，從而使閥心上下運動達到調節(jié)旁通空氣道截面大小的目的。步進電機的轉子是用永久磁鐵制成的8對磁極。定子由a、b兩個定子組成，每個定子由兩個帶有16個(8對)爪極的鐵心按圖44所示上下交錯的1、3相繞組和2、4相繞組構成。相線脈沖由電腦控制。轉子的轉動是通過改變4組線圈的通電順序來實現。當相線控制脈沖1234相順序依次遲后90相位角，定子上n極向右方向移動，如圖45所示，轉子隨之正轉；反之，相線控制脈沖按1234相順序依次超前90 相位角，定子上n極向左方向移動，轉子反轉。 圖46表示線圈通電，定子被激磁，定子和轉子磁極間同

20、極性相斥，異極性相吸，在磁場力作用下，轉子轉動一步級的工作過程。轉子轉動一圈分32個步級進行，每個步級轉動一個爪，即1125。 (2)步進電機式怠速控制原理 步進電機式怠速控制電路如圖所示。與冷卻液溫度、空調工作狀態(tài)相對應的目標轉速都存儲在ecu的存儲器中。ecu根據節(jié)氣門開啟角度和車速信號判斷發(fā)動機是否處于怠速工況，并按一定順序使t1t4這4個三極管依次導通，分別向怠速步進電機4個線圈供電，驅動步進電機旋轉，調節(jié)旁通空氣通道的開度，從而調節(jié)旁通空氣量，使發(fā)動機轉速達到所要求的目標值。怠速控制項目的工作過程如下： 起動初始位置設定。由于步進電機不具有復位功能，因此當點火開關關閉(off)后，e

21、cu控制mrel端使主繼電器繼續(xù)供電3s(見圖47)，然后ecu控制步進電機將怠速控制閥全部打開，以便為下次起動做好準備。 起動后控制。發(fā)動機起動時，由于怠速控制閥預先在全開位置，在起動期間經過怠速控制閥的旁通閥空氣量最大，發(fā)動機容易起動。發(fā)動機起動后，若怠速控制閥仍保持在全開狀態(tài)怠速轉速會過高。為了避免出現這種情況，在起動過程中，當發(fā)動機轉速達到由冷卻液溫度確定的對應轉速時，ecu控制步進電機轉動，使怠速控制閥逐漸關小到與冷卻液溫度對應的開度。 暖機控制。暖機過程中，ecu控制步進電機轉動，使怠速控制閥從起動后的開度逐漸關小，當冷卻液溫度達到70時，暖機控制結束，怠速控制閥達到正常怠速開度。

22、 反饋控制。發(fā)動機起動后，當滿足反饋控制條件(怠速觸點閉合，車速低于2kmh、空調開關斷開)時，ecu將根據發(fā)動機實際轉速與存儲器中預先設定的目標轉速進行比較。如果發(fā)動機的實際轉速低于目標轉速且超過一定值(如200rmin)時，ecu控制怠速控制閥將閥門開大；反之，如果發(fā)動機的實際轉速高于目標轉速時，將閥門關小。 預測轉速控制。發(fā)動機在怠速運轉時，如空擋起動開關、空調開關接通或斷開，都將使發(fā)動機的負荷立刻發(fā)生變化。為了避免發(fā)動機怠速時轉速波動或熄火，在發(fā)動機轉速出現變化前，ecu控制怠速控制閥開大或關小一個固定位置。 電器負荷增大控制。在怠速運轉時，如使用的電器負荷增大到一定程度時，蓄電池電壓

23、就會降低。為了保證ecu的+b端和點火開關ig端具有正常的供電電壓，需要控制步進電機相應地增加旁通道空氣量，提高發(fā)動機怠速轉速，提高發(fā)動機的輸出功率。 (z)學習控制。ecu通過步進電機的正、反轉步數，確定怠速控制閥的位置，達到調整發(fā)動機怠速轉速的目的。由于發(fā)動機在整個使用期間，其性能會發(fā)生變化，雖然這時怠速控制閥的位置未變，但實際的怠速轉速也會偏離初始數值。此時ecu利用反饋控制的方法，使發(fā)動機轉速達到目標值。與此同時，ecu將步進電機轉過的步數存儲在存儲器中，在以后的怠速控制中使用。 2旋轉電磁閥型怠速控制閥 旋轉電磁閥型怠速控制閥結構如圖48所示，通過永久磁鐵及周圍的磁化線圈控制機構來控

24、制閥門的旋轉角度，從而改變怠速空氣通道的截面積。 雙金屬帶一端連接帶有凹槽的擋塊，一端固定，冷卻液流過閥體，當水溫發(fā)生變化時，雙金屬帶產生變形帶動擋塊一端轉動。擋塊的凹槽限制閥門軸上方頭的旋轉，控制閥門的最大和最小開度。（起保護作用） 占空比：是指ecu控制信號在一個周期內通電時間與通電周期之比ecu的控制脈沖信號的占空比大小，即控制線圈l1、l2中平均電流的大小，使電磁閥旋轉一定的角度。 當占空比為50時，線圈l1、l2平均通電時間相等，產生的磁場作用力相互抵消，閥軸停止轉動。占空比超過50時，線圈l2磁場強度大于線圈l1的磁場強度，閥門轉過一定角度，打開旁通口。（閥門左右擺動) 3占空比控

25、制型怠速控制閥(直動電磁閥式) 占空比控制型怠速控制閥如圖411所示。這種怠速控制閥工作時，ecu向電磁線圈通以占空比可調的脈沖信號，因此線圈中的平均電流取決于控制信號的占空比，而平均電流的大小又決定了電磁閥的開度和發(fā)動機怠速的高低。占空比越大，線圈中平均電流就越大，線圈吸力強，閥門升程高，開度大，旁通空氣量大，怠速高，反之怠速低。 4開關控制型怠速控制閥 開關控制型怠速控制閥的結構如圖所示，這種閥的怠速信號只有開、關兩種狀態(tài)。怠速時，ecu發(fā)出指令打開閥門，升高到某預定值時，切斷電源，閥門關閉6.開環(huán)控制的工況:當對混合氣空燃比采用反饋控制時，混合氣的濃度基本上在理論空燃比附近。但并不是所有

26、工況都能閉環(huán)控制。任何需要以非理論空燃比運行的發(fā)動機工況都只能采用開環(huán)控制。采用開環(huán)控制的工況有：發(fā)動饑怠速運轉時；節(jié)氣門全開，大負荷時；減速斷油時；發(fā)動機起動時；發(fā)動機冷卻液溫度過低或氧傳感器未達到工作溫度(400c)時；氧傳感器失效或其配線發(fā)生故障時。發(fā)動機進入開環(huán)或閉環(huán)控制，由ecu根據有關輸入信號確定。第三節(jié) 進氣控制1諧波增壓進氣系統(tǒng)（acis）作用：諧波增壓進氣系統(tǒng)是利用進氣流慣性產生的壓力波提高進氣效率。原理：當氣體高速流向進氣門時，如果進氣門突然關閉，則進氣門附近的氣體停止流動，但是由于氣體流動的慣性，進氣管仍在進氣，壓縮進氣門附近的空氣，氣體的壓力上升。當氣體的慣性消失后，被壓縮的氣體開始膨張，向進氣氣流反方向流動，壓力下降。膨脹的氣體傳到進氣管口時，又被反射回來，如此形成壓力波。如果能使上述的進氣壓力脈動波與進氣門開閉配合好，使反射的壓力波集中在要打開的進氣門旁，在進氣門打開時就會形成增壓進氣的效果。利用：一般而言，進氣管的長度長時，壓力波波長大，可使發(fā)動機中低速區(qū)功率增大；進氣管長度短時，壓力波波長短，可使發(fā)動機高速區(qū)功率增大。 如果進氣管的長度可變，則能兼顧增大功率和增大轉矩，但一般進氣管長度是不能