第五章 汽油機輔助電控系統(tǒng)

第五章發(fā)動機輔助電控系統(tǒng)

第一節(jié)怠速控制（ISC）

怠速轉速過高，會增加燃油消耗量。因此，怠速轉速應盡可能低。但考慮到減少有害物的排放，怠速轉速又不能過低。另外，考慮所有怠速使用條件下，如冷車運轉與電器負荷、空調裝置、自動變速器、動力轉向伺服機構的接入等情況，它們都會引起怠速轉速的變化，使發(fā)動機怠速不穩(wěn)甚至會引起熄火現(xiàn)象。

怠速時，節(jié)氣門處于關閉狀態(tài)，空氣通過節(jié)氣門縫隙及旁通節(jié)氣門的怠速調節(jié)通道進入發(fā)動機，由空氣流量計（或進氣歧管壓力傳感器）檢測該進氣量，并根據(jù)轉速及其它修正信號控制噴油量，使轉矩與發(fā)動機本身內部阻力矩相平衡，保證發(fā)動機在怠速下穩(wěn)定運轉。當發(fā)動機的內部阻力矩發(fā)生變化時，怠速運轉轉速將會發(fā)生變化。發(fā)動機怠速控制裝置的功能就是自動維持發(fā)動機怠速穩(wěn)定運轉。

怠速控制（ISC）是通過調節(jié)空氣通道面積以控制進氣流量的方法來實現(xiàn)的。一、怠速控制系統(tǒng)的功能與組成功能：用高怠速實現(xiàn)發(fā)動機起動后的快速暖機過程；自動維持發(fā)動機怠速在目標轉速下穩(wěn)定運轉。組成：傳感器、ECU、和執(zhí)行元件（一）怠速控制系統(tǒng)組件和功能

（二）怠速控制方法和原理怠速控制的實質就是對怠速工況下的進氣量進行控制?？刂频∷龠M氣量的方法：節(jié)氣門直動式和旁通空氣式節(jié)氣門直動式通過執(zhí)行元件改變節(jié)氣門的最小開度來控制怠速進氣量。旁通空氣式通過執(zhí)行元件控制怠速旁通氣道的空氣量來控制怠速進氣量。節(jié)氣門直動式旁通空氣式節(jié)氣門節(jié)氣門操縱臂油門踏板鋼絲繩執(zhí)行元件空氣進氣管進氣管節(jié)氣門空氣執(zhí)行元件怠速控制原理

ECU根據(jù)從各傳感器的輸入信號所決定的目標轉速與發(fā)動機的實際轉速進行比較，根據(jù)比較得出的差值，確定相當于目標轉速的控制量，去驅動控制空氣量的執(zhí)行機構，使怠速轉速保持在目標轉速附近。（三）怠速控制執(zhí)行機構

1．節(jié)氣門直動式

節(jié)氣門直動式怠速控制裝置是通過控制節(jié)氣門開啟程度，調節(jié)空氣流通的面積，達到控制進氣量，實現(xiàn)怠速控制的

1、節(jié)氣門直動式怠速控制器組成：直流電動機、減速齒輪機構、絲杠機構和傳動軸等大眾車節(jié)氣門直動式怠速控制器大眾車節(jié)氣門直動式怠速控制器電路圖2．旁通空氣式（1）步進電動機式為了控制發(fā)動機怠速運轉的速度，根據(jù)來自發(fā)動機ECU的信號，怠速控制閥增加或減少流過節(jié)氣門旁通通道的空氣量。（2）占空比控制型（ACV）由發(fā)動機ECU信號控制的電流通過占空比控制閥，線圈被勵磁，怠速控制閥移動。這就改變了閥與閥體之間的間隙，從而控制怠速的轉速。占空比控制電磁閥型怠速控制閥自空氣濾清器至進氣管電磁線圈閥門豐田車占空比控制電磁閥型ISCV旋轉電磁閥式怠速控制閥在實際運行時，ECU將檢測到的怠速轉速實際值與貯存的設定目標值相比較，并隨時校正送至怠速控制閥的驅動信號，以實現(xiàn)穩(wěn)定的怠速運行。（3）旋轉電磁閥式豐田車旋轉電磁閥型ISCV旋轉電磁閥型怠速控制閥結構自空氣濾清器雙金屬片閥體自空氣濾清器閥閥線圈永久磁鐵至進氣總管至進氣總管占空比：脈沖信號的通電時間與通電周期的比值。AB一個周期通斷旋轉電磁閥型怠速控制閥工作原理旋轉電磁閥型怠速控制閥電路及其檢修斷開線束插頭，點火開關ON，但不起動發(fā)動機。測量電源端子+B與搭鐵之間的電壓，應為蓄電池電壓。斷開線束插頭，在控制閥側測量端子+B與端子RSC及RSO之間的電阻值，正常值應為18.8～22.8Ω。發(fā)動機達正常工作溫度，變速器空擋。發(fā)動機怠速運轉，短接TE1與E1端子，發(fā)動機轉速為1000～1200r/min，5s后轉速應下降約200r/min。由發(fā)動機ECU信號控制的電流通過線圈,使線圈勵磁，線圈將閥打開，從而增加怠速約100r/min（快怠速轉速由其它空氣閥控制）。（4）開關控制型（VSV）開關型怠速控制閥自空氣濾清器至進氣管電磁線圈閥門豐田車開關型ISCV二、怠速控制過程

1、步進電機型怠速控制閥ECU控制S1通電，轉子順時針轉動90度；ECU繼續(xù)給S2通電，轉子再順時針轉動90度；依此類推。當ECU按照S4、S3、S2、S1的順序通電時，轉子逆時針轉動。線圈通電一次，轉子轉動一次的角度稱為步進角。步進電機型ISCV構造及工作原理控制閥的結構與工作原理轉子定子線圈至進氣管自空氣濾清器閥軸閥豐田車步進電機型怠速控制閥實際的步進電機不只4個定子，而是有很多。下圖中的步進電機轉子每轉一步一般為1/32圈。步進電機的工作范圍為0～125個步進級。步進電機型怠速控制閥電路蓄電池EFI主繼電器ISC閥發(fā)動機ECU豐田皇冠3.0轎車步進電機型ISCV電路步進電機型怠速控制閥的檢修拆下控制閥線束連接器，檢測B1和B2與搭鐵間的電壓，為蓄電池電壓；熄火后，2～3s內在怠速控制閥附近應能聽到內部發(fā)出的“嗡嗡”響聲；B1與S1和S3、B2與S2和S4之間的電阻，應為10～30Ω。蓄電池正極接B1和B2端子，負極按順序依次接通S1—S2—S3—S4端子，控制閥應向外伸出；若負極按反方向接通S4—S3—S2—S1端子，則控制閥應向內縮回。S1-S2-S3-S4順序S4-S3-S2-S1順序2、怠速控制閥的控制內容控制內容：起動初始位置的設定起動控制暖機控制怠速穩(wěn)定控制怠速預測控制電器負荷增多時的怠速控制學習控制怠速控制閥的控制內容1）起動初始位置的設定：關閉點火開關發(fā)動機熄火后，電子控制單元ECU的M-REL端子向主繼電器延續(xù)供電2～3s，ECU控制步進電機ISCV全部打開，以利于下次起動。2）起動控制：起動時，ISCV全開，起動順利。起動后，ECU根據(jù)水溫的高低控制步進電機，調節(jié)控制閥的開度。3）暖機控制：又稱為快怠速控制。暖機時，ECU根據(jù)水溫的高低控制怠速控制閥的開度。隨著水溫上升，怠速控制閥開度逐漸減小。4）怠速穩(wěn)定控制：ECU將接受道的轉速信號與確定的目標轉速進行比較，其差值超過一定值時，ECU通過步進電機控制怠速控制閥以調節(jié)空氣進氣量。又稱為反饋控制。怠速控制閥的控制內容5)怠速提速控制：在怠速時，出現(xiàn)以下情況，ECU控制步進電機將怠速提升。開空調；轉方向盤（帶動力轉向的車）；電器負荷增大（如開大燈，風窗加熱器，尾燈等）；掛前進檔（自動變速器汽車）。6)學習控制：由于磨損等原因，怠速控制閥的位置相同時，其實際的怠速轉速和設定的目標轉速略有不同，此時ECU利用反饋控制使怠速轉速回到目標轉速，同時將此時的步進電機步數(shù)存入ROM中（ECU中有一小電路不斷電），以便在以后的怠速控制過程中使用。第二節(jié)排放控制

汽車發(fā)動機作為一個大氣污染源，應該采取各種有效措施予以治理和改造?，F(xiàn)代汽車采取了多種排放控制措施來減少汽車的排氣污染，如三元催化轉換、廢氣再循環(huán)（EGR）、活性碳罐蒸發(fā)控制系統(tǒng)等。一、閉環(huán)控制在發(fā)動機開環(huán)控制過程中，ECU只是根據(jù)轉速、進氣量、進氣壓力、冷卻液溫度等信號確定噴油量，即控制混合氣空燃比。由于三元催化轉換裝置的特性是空燃比附近的轉換效率較高，因此必須將空燃比比較精確地控制在14.7：1附近。1、三元催化與空燃比反饋系統(tǒng)三元催化轉換器TWC三元催化轉換器也稱為觸媒轉換器，簡稱觸媒。1）功能：利用轉換器中的三元催化劑，將發(fā)動機排出廢氣中的有害氣體CO、HC和NOX變成無害氣體。2）構造：安裝在排氣消聲器前面，由轉換芯子和外殼等構成。轉換芯子常用蜂窩狀陶瓷作為承載催化劑的載體，在陶瓷載體上浸漬鉑（或鈀）與銠貴重金屬的混合物作為催化劑。3）影響TWC轉換效率的因素影響最大的是混合氣的濃度和排氣溫度。只有在標準混合氣附近，對廢氣中的有害氣體CO、HC和NOX的轉換效率才最佳。在裝用TWC的汽車，一般裝用氧傳感器檢測廢氣中的氧濃度，并將此信號送給ECU后，對空燃比進行反饋閉環(huán)控制。裝用TWC后，發(fā)動機的排氣溫度須在300℃～815℃之間。低于300℃，氧傳感器將不能產(chǎn)生正確信號，因此部分氧傳感器內有加熱線圈；高于815℃，TWC轉換效率下降。2、氧傳感器

OxygenSensor

(O2S)【功用】檢測排氣中的氧濃度，向ECU輸送空燃比信號。【分類】氧化鋯（ZrO2）式和氧化鈦（TiO2）式兩種?！緞e名】λ傳感器氧化鋯式氧傳感器氧傳感器FLASH動畫氧傳感器影片氧化鈦式氧傳感器組成：二氧化鈦元件、導線、金屬外殼和接線端子等。原理：廢氣中的氧濃度高時，二氧化鈦的電阻值增大；廢氣中氧濃度較低時二氧化鈦的電阻值減小。二氧化鈦元件金屬外殼陶瓷絕緣體接線端子陶瓷元件導線金屬保護套氧傳感器電路兩個熱型氧傳感器兩個普通型氧傳感器氧傳感器外部接線：單線：信號線、外殼接地雙線：信號線、接地線三線：電源、加熱、信號（外殼接地）四線：電源、加熱、信號、接地豐田LS400轎車氧傳感器控制電路在帶氧傳感器的EFI系統(tǒng)中，并不是所有工況都進行閉環(huán)控制。在起動、怠速、暖機、加速、全負荷、加速斷油等工況下，發(fā)動機不可能以理論空燃比工作，此時仍采用開環(huán)控制方式。改變短改變長噴油器加長

縮短

決定基本噴射時間判定為空燃比稀判定為空燃比濃ECU濃稀電動勢大電動勢小氧濃度增加

氧濃度減少O2S發(fā)動機進氣排氣壓縮膨脹EFI系統(tǒng)的閉環(huán)控制過程閉環(huán)控制系統(tǒng)影片3、TWC及氧傳感器的檢修使用注意事項禁用含鉛汽油，防止催化劑失效；三元催化轉換器固定不牢或汽車在不平路面上行駛時的顛簸，容易導致轉換器中的催化劑截體損壞；裝用蜂巢型轉換器的汽車，一般汽車每行駛80000km應更換轉換器心體。裝用顆粒型轉換器的汽車，其顆粒形催化劑的重量低于規(guī)定值時，應全部更換。熱型氧傳感器加熱器的檢查對熱型氧傳感器，測量其加熱器線圈電阻。如凌志LS400轎車氧傳感器加熱器線圈，在20℃時電阻為5.1～6.3Ω。氧傳感器信號檢查連接好氧傳感器線束連接器，使發(fā)動機以較高轉速運轉，直到氧傳感器工作溫度達到400℃以上時再維持怠速運轉。反復踩動加速踏板，并測量氧傳感器輸出信號電壓，加速時應輸出高電壓信號（0.75～0.90V），減速時應輸出低電壓信號（0.10～0.40V）。若不符合上述要求，應更換氧傳感器。二、廢氣再循環(huán)控制（EGR）廢氣再循環(huán)簡稱為EGR（ExhaustGasRecirculation）系統(tǒng)，是目前用于降低NOX排放的一種有效措施。它是將一部分排氣引入進氣管與新混合氣混合后進入氣缸燃燒，從而實現(xiàn)再循環(huán)，并對送入進氣系統(tǒng)的排氣進行最佳的控制。EGR系統(tǒng)凈化NOx的基本原理是：排氣中的主要成分是CO2、H2O和N2等，這三種氣體的熱容量較高。當新混合氣和部分排氣混合后，熱容量也隨之增大。在進行相同發(fā)熱量的燃燒時，與不混合時相比，可使燃燒溫度下降，這樣就抑制NOX生成，因為NOx主要是在高溫富氧的條件下生成的。但是過度的廢氣再循環(huán)，使混合氣的著火性能和發(fā)動機輸出功率下降，將會影響發(fā)動機的正常運行，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。因此應根據(jù)發(fā)動機結構、工況及工作條件的變化自動調整參與再循環(huán)的廢氣量，并選擇NOx排放量多的發(fā)動機運轉范圍，進行適量的EGR控制。通常，EGR的控制指標采用EGR率表示，其定義如下EGR率=[EGR氣體流量/（吸入空氣量+EGR氣體流量）]×100%

在發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)各傳感器，如曲軸位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、點火開關等送來的信號，確定發(fā)動機目前在哪一種工況下工作，以輸出指令，控制廢氣再循環(huán)電磁閥打開或關閉，從而控制廢氣再循環(huán)控制閥打開或關閉，使廢氣再循環(huán)進行或停止。可變EGR率廢氣再循環(huán)控制的工作原理是：根據(jù)發(fā)動機臺架試驗確定的EGR率與發(fā)動機轉速、進氣量的對應關系，將有關數(shù)據(jù)存入發(fā)動機ECU內的ROM中。發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)各種傳感器送來的信號，確定發(fā)動機在哪一種工況工作，經(jīng)過查表和計算修正、輸出適當?shù)闹噶睿刂齐姶砰y的開度，以調節(jié)廢氣再循環(huán)的EGR率新鮮空氣經(jīng)節(jié)氣門進入穩(wěn)壓箱，發(fā)動機排氣中的一部分（還流廢氣）經(jīng)控制閥進入穩(wěn)壓箱，穩(wěn)壓箱中設置有EGR率傳感器，它對穩(wěn)壓箱中新鮮空氣與廢氣所形成的混合氣中的氧氣濃度不斷地進行檢測，并將檢測結果輸入ECU。ECU經(jīng)過分析計算后向控制閥輸出控制信息，不斷地調整EGR率，使廢氣再循環(huán)的EGR率時刻在ECU的控制下保持在理想狀態(tài)，從而有效地減少NOX的排放量。NOX是空氣中的氮氣與氧氣在高溫、高壓條件下形成的，發(fā)動機排出的NOX量主要與氣缸內的最高溫度有關，氣缸內最高溫度越高，排出的NOX量越多。EGR控制系統(tǒng)的功能：將適量的廢氣引入氣缸內參加燃燒，從而降低氣缸內的最高溫度，以減少NOX的排放量。為了保證發(fā)動機正常工作和性能不受過多影響，必須根據(jù)發(fā)動機工況的變化，控制廢氣再循環(huán)量。EGR率＝EGR量／（吸入空氣量＋EGR量）×100％類型：開環(huán)控制EGR系統(tǒng)和閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)。2、廢氣再循環(huán)(EGR)控制系統(tǒng)EGR控制系統(tǒng)影片由負荷控制的EGR系統(tǒng)由水溫和負荷控制的EGR系統(tǒng)不采用ECU控制的開環(huán)EGR系統(tǒng)控制方式：ECU→EGR電磁閥→真空→EGR閥→部分廢氣進入進氣歧管ECU控制的開環(huán)控制EGR系統(tǒng)組成：EGR閥、EGR電磁閥等ECU根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度、節(jié)氣門開度、轉速和起動等信號來控制EGR電磁閥的通電或斷電。ECU控制的開環(huán)控制EGR系統(tǒng)工作過程用EGR閥開度作為反饋信號

EGR閥開度傳感器工作原理與電位計式節(jié)氣門位置傳感器相同閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)檢測實際的EGR率或EGR閥開度作為反饋控制信號來控制EGR系統(tǒng)，這種控制精度更高。EGR控制系統(tǒng)的檢修一般檢查怠速時，拆下EGR閥上的真空軟管，發(fā)動機轉速應無變化，用手觸試真空管口應無吸力；轉速達2500r/min以上，同樣拆下此真空軟管，發(fā)動機轉速應明顯升高（中斷了廢氣再循環(huán)）。EGR電磁閥的檢查測量電阻值，應為33～39Ω。不通電時，從通進氣管側接頭吹入空氣應暢通，從通大氣的濾網(wǎng)處吹入空氣應不通。通電時，與上述剛好相反。EGR閥的檢查給EGR閥施加15kPa的真空，EGR閥應能開啟；不施加真空時，EGR閥應能完全關閉。三、二次空氣吸入（AS）和二次空氣噴射（AI）當ECU起動時，VSV將進氣歧管負壓引入ASV膜片室，使空氣泵排出的空氣，經(jīng)過單向閥噴入氣缸蓋的排氣孔。如果供應VSV的電流停止，大氣壓狀態(tài)下的空氣就進入ASV的膜片室，通往二次空氣噴射排氣孔的通道關閉，于是排出的空氣推壓ASV內的彈簧，從消聲器排出車外。二次空氣供給系統(tǒng)作用：在一定工況下，將新鮮空氣送入排氣管，促使廢氣中的CO和HC進一步氧化，從而降低CO和HC的排放量；同時增加TWC的升溫。二次空氣供給系統(tǒng)不工作的條件：EFI進入閉環(huán)控制；水溫超過規(guī)定；發(fā)動機轉速和負荷超過規(guī)定；ECU發(fā)現(xiàn)有故障?？刂品绞剑篍CU→二次空氣電磁控制閥VSV→真空→二次空氣控制閥→新鮮空氣二次空氣供給系統(tǒng)影片二次空氣供給系統(tǒng)的檢修低溫起動發(fā)動機后，拆下空氣濾清器蓋，應聽到舌簧閥發(fā)出的“嗡、嗡”聲。拆下二次空氣供給軟管，用手指蓋住軟管口檢查，發(fā)動機溫度在18～63℃范圍內怠速運轉時，有真空吸力；溫度在63℃以上，起動后70s內應有真空吸力，起動70s后應無真空吸力；發(fā)動機轉速從4000r/min急減速時，應有真空吸力。拆下二次空氣閥，從空氣濾清器側軟管接頭吹入空氣應不漏氣。電磁閥的檢查，阻值應為36～44Ω。四、活性