第五章 汽車(chē)輔助控制系統(tǒng)(上課)

第五章汽油機(jī)輔助控制系統(tǒng)上海市現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)系周軍偉zjw20060116@5.1排氣凈化與排放控制5.2電控怠速控制系統(tǒng)5.3進(jìn)氣控制系統(tǒng)5.4故障自診斷系統(tǒng)5.1.1三元催化轉(zhuǎn)換器、氧傳感器與空燃比反饋控制一、三元催化轉(zhuǎn)換器二、氧傳感器三、空燃比反饋控制5.1排氣進(jìn)化與排放裝置一、三元催化器三元催化轉(zhuǎn)換器也稱(chēng)為觸媒轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)觸媒。功能：利用轉(zhuǎn)換器中的三元催化劑，將發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣中的有害氣體CO、HC和NOX變成無(wú)害氣體。構(gòu)造：安裝在排氣消聲器前面，由轉(zhuǎn)換芯子和外殼等構(gòu)成。轉(zhuǎn)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?！叭钡暮x：指能同時(shí)處理CO、HC和NOx三種有害氣體。位置：三元催化轉(zhuǎn)換器安裝在排氣管中部。功能：利用轉(zhuǎn)換器中的三元催化劑，將發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣中的有害氣體HC、CO和NOx轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害氣體H2O、CO2和N2。奔馳車(chē)系三元催化轉(zhuǎn)化器的安裝情況1、）概述整體式由四部分組成：1、載體、2、催化活性層（涂在載體上）3、殼體（承納載體的鋼板）4、隔離層或緩沖層（鋼板殼體間）2、）三元催化轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)7三元催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程它先利用內(nèi)含的貴重金屬銠做催化劑，將NOx還原成無(wú)害的氮?dú)?N2)和二氧化碳（CO2)。還原過(guò)程中所生成的O2，再加上TWC內(nèi)由二次空氣導(dǎo)管所導(dǎo)入的新鮮空氣中的O2（有些車(chē)型才有），以鉑（Pt)或鈀(Pd)做催化劑一起和CO、HC進(jìn)行氧化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)變成無(wú)害的CO2和H2O，這種還原—氧化的過(guò)程又稱(chēng)為二段式轉(zhuǎn)化3、）三元催化器的工作原理二、氧傳感器OxygenSensor(O2S)【功用】檢測(cè)排氣中的氧濃度，向ECU輸送空燃比信號(hào)?！痉诸?lèi)】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(dòng)畫(huà)氧傳感器影片1、氧化鋯氧傳感器結(jié)構(gòu)氧化鋯氧傳感器的工作原理當(dāng)混合氣過(guò)稀時(shí)，排出的廢氣中氧含量高，鋯管內(nèi)、外側(cè)氧濃度差小，產(chǎn)生的電壓很低(接近0V)；當(dāng)混合氣過(guò)濃時(shí)，排出的廢氣中氧含量低，鋯管內(nèi)、外側(cè)氧濃度差大，兩電極間產(chǎn)生的電壓高(接近1V)。2、氧化鈦式氧傳感器組成：二氧化鈦元件、導(dǎo)線(xiàn)、金屬外殼和接線(xiàn)端子等。原理：廢氣中的氧濃度高時(shí)，二氧化鈦的電阻值增大；廢氣中氧濃度較低時(shí)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(xiàn)端子陶瓷元件導(dǎo)線(xiàn)金屬保護(hù)套氧化鈦氧傳感器的工作原理混合氣稀，尾氣中氧的含量高，則氧化鈦氧傳感器呈現(xiàn)高電阻的狀態(tài)，此時(shí)1V電源電壓經(jīng)氧傳感器電阻降壓，返回ECU的輸出信號(hào)OX電壓低于0.45V；混合氣濃，尾氣中氧的含量少，則氧化鈦氧傳感器因缺氧而形成低電阻的氧化半導(dǎo)體，此時(shí)1V電源電壓經(jīng)氧傳感器電阻降壓,返回ECU的OX信號(hào)電壓高于0.45V。三、空燃比反饋控制5.1排氣進(jìn)化與排放裝置5.1.2廢氣再循環(huán)控制一、廢氣再循環(huán)的基本概念二、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理三、兩種電控可變EGR率廢氣再循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)介廢氣再循環(huán)功用：廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)用于降低廢氣中的氮氧化物(NOX)的排出量。原理：汽車(chē)廢氣是一種不可燃?xì)怏w(不含燃料和氧化劑)，在燃燒室內(nèi)不參與燃燒。它通過(guò)吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來(lái)降低燃燒溫度和壓力，以減少氧化氮的生成量。說(shuō)明：為了避免影響電控燃油噴射的性能，一些比較新的發(fā)動(dòng)機(jī)已不需要EGR系統(tǒng)來(lái)降低排放，而是利用進(jìn)、排氣門(mén)的重疊開(kāi)啟時(shí)刻，吸入一些廢氣到氣缸內(nèi)重新燃燒。由真空控制閥VCV、真空電磁閥VSV、EGR閥位置傳感器、EGR閥組成1、真空控制的廢氣再循環(huán)機(jī)械式真空開(kāi)關(guān)閥，位于真空電磁閥和進(jìn)氣歧管之間作用是調(diào)節(jié)加在真空電磁閥的真空，使真空保持在恒定水平（-17kPa/-l30mmHg）。進(jìn)氣歧管真空通過(guò)S口作用在VCV的膜片上，如果真空度大，在彈簧作用下膜片下移關(guān)閉S口；如果真空度小，克服彈簧力，閥開(kāi)啟，給VSV提供真空。這個(gè)動(dòng)作過(guò)程不斷地調(diào)整，使提供給VSV的真空保持恒定。真空控制閥（VCV）真空電磁閥是三通的（1）斷電時(shí)，大氣壓力通過(guò)該閥直接作用在EGR閥上，使其保持關(guān)閉。（2）在一定條件下ECU控制VSV閥的脈寬來(lái)改變其開(kāi)度，從而使提供給EGR閥的真空發(fā)生變化，最終使EGR閥保持在一定的開(kāi)度。EGR閥位置傳感器：

該傳感器利用由一個(gè)柱塞推動(dòng)的電位計(jì)向發(fā)動(dòng)機(jī)控制器傳送ECR閥的實(shí)際位置信號(hào)。ECU利用EGR閥位置傳感器的信號(hào)控制EGR閥開(kāi)啟高度、感知EGR量。ECU中儲(chǔ)存有多種工況下EGR閥的最佳位置，如果實(shí)際位置與儲(chǔ)存的最佳值不同，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)VSV進(jìn)行脈寬調(diào)制。例如若需要增加廢氣再循環(huán)量，ECU就提高VSV閥的脈寬，VSV閥開(kāi)度增加，則提供給EGR閥更多的真空，EGR閥位置提升，廢氣再循環(huán)量增加。

EGR閥靠近節(jié)氣門(mén)體。作用是使一定量的廢氣流入進(jìn)氣歧管進(jìn)行再循環(huán)。EGR閥膜片的一側(cè)連接一根樞軸桿，另一側(cè)與彈簧相連(彈簧使閥門(mén)保持常閉)。當(dāng)加在膜片上的真空壓力大于彈簧力時(shí)，樞軸桿被拉離原位，通道打開(kāi)，使廢氣進(jìn)入再循環(huán)系統(tǒng)。真空電磁閥開(kāi)啟真空通路，因而真空壓力吸動(dòng)EGR閥上的膜片，使閥打開(kāi)，將廢氣引入氣缸，使NOx排放降低。從二十世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始，許多發(fā)動(dòng)機(jī)使用ECU直接控制的EGR閥，如電磁閥式、步進(jìn)電機(jī)式（也稱(chēng)為線(xiàn)性EGR閥）。電控EGR電磁閥的結(jié)構(gòu)與工作原理2、電控EGR系統(tǒng)線(xiàn)控EGR系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)5.2.1電控怠速控制系統(tǒng)的工作原理5.2.2怠速控制的方式5.2.3怠速控制裝置5.2怠速控制系統(tǒng)5.2.1電控怠速控制系統(tǒng)的工作原理

1.怠速控制系統(tǒng)的功能：用高怠速實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的快速暖機(jī)過(guò)程；自動(dòng)維持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速在目標(biāo)轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。2.怠速控制系統(tǒng)的組成：如圖，主要由傳感器、ECU、和執(zhí)行元件三部分組成。1、冷卻液溫度信號(hào)2、A/C開(kāi)關(guān)信號(hào)3、空擋位置開(kāi)關(guān)信號(hào)4、轉(zhuǎn)速信號(hào)5、節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)6、車(chē)速信號(hào)7、執(zhí)行元件1、節(jié)氣門(mén)2、進(jìn)氣管3、節(jié)氣門(mén)操縱臂4、執(zhí)行元件5、怠速空氣道A）節(jié)氣門(mén)直動(dòng)式b）旁通空氣式5.2.2怠速控制方式

怠速控制也就是對(duì)怠速工況下的進(jìn)氣量進(jìn)行控制?？刂苹绢?lèi)型有節(jié)氣門(mén)直動(dòng)式和旁通空氣式。5.2.3怠速控制裝置一、旁通氣道控制方式怠速控制裝置1、步進(jìn)電機(jī)式怠速控制裝置2、旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置二、節(jié)氣門(mén)直動(dòng)方式怠速控制裝置一、旁通氣道控制方式怠速控制裝置1、步進(jìn)電機(jī)式怠速控制裝置（1）步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理（2）步進(jìn)電機(jī)式怠速控制裝置的控制內(nèi)容2、旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置結(jié)構(gòu)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型怠速控制閥的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖ａ所示，步進(jìn)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和定子組成，絲杠機(jī)構(gòu)將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，使閥心作軸向移動(dòng),改變閥心與閥座之間的間隙。安裝在節(jié)氣門(mén)上。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖ｂ所示，主要由用永久磁鐵制成有16個(gè)（8對(duì)）磁極的轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子鐵心組成。ａ）1、控制閥2、前軸爪3、后軸承4、密封圈5、絲杠機(jī)構(gòu)7、定子6、線(xiàn)束連接器8、轉(zhuǎn)子ｂ）1、2—線(xiàn)圈3—爪極4．6—定子5—轉(zhuǎn)子（1）步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理工作原理如圖，當(dāng)ECU控制使步進(jìn)電機(jī)的線(xiàn)圈按1-2-3-4順序依次搭鐵時(shí)，定子磁場(chǎng)瞬時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間的相互作用，使轉(zhuǎn)子隨定子磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的線(xiàn)圈按相反的順序通電時(shí)，轉(zhuǎn)子則隨定子磁場(chǎng)同步反轉(zhuǎn)。定子有32個(gè)爪級(jí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一步為1/32圈，工作范圍為0～125個(gè)步進(jìn)級(jí)。a）輸入脈沖b）工作過(guò)程起動(dòng)初始位置的設(shè)定起動(dòng)控制暖機(jī)控制怠速穩(wěn)定控制怠速預(yù)測(cè)控制電器負(fù)荷增多時(shí)的怠速控制學(xué)習(xí)控制（2）步進(jìn)電機(jī)式怠速控制裝置的控制內(nèi)容2、旋轉(zhuǎn)電磁閥型怠速控制閥二、節(jié)氣門(mén)直動(dòng)式怠速控制裝置

取消了旁通氣道和怠速控制閥，在怠速時(shí)由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟一個(gè)角度(約2--5度)，實(shí)現(xiàn)怠速的穩(wěn)定，廣泛的應(yīng)用于大眾車(chē)系，氣氣門(mén)體統(tǒng)稱(chēng)為節(jié)流閥體或節(jié)氣門(mén)控制組件。5.3.1電控進(jìn)氣慣性增壓控制系統(tǒng)5.3.2電控廢氣渦輪增壓壓力控制5.3進(jìn)氣控制系統(tǒng)一、進(jìn)氣慣性增壓機(jī)理二、可變進(jìn)氣管有效長(zhǎng)度諧振增壓控制系統(tǒng)5.3.1電控進(jìn)氣慣性增壓控制系統(tǒng)

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力的大小，控制增壓裝置的工作，以達(dá)到控制進(jìn)氣壓力、提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的目的。根據(jù)增壓裝置使用的動(dòng)力源不同，增壓裝置可分為廢氣渦輪增壓和動(dòng)力增壓兩種類(lèi)型。1、增壓控制系統(tǒng)功能及類(lèi)型5.3.2電控廢氣渦輪增壓壓力控制工作原理：當(dāng)ECU檢測(cè)到進(jìn)氣壓力在0.098MPa以下時(shí)，釋壓電磁閥關(guān)閉。渦輪增壓器出口引入的壓力空氣，廢氣進(jìn)入渦輪室的通道打開(kāi)，排氣旁通道口關(guān)閉，此時(shí)廢氣流經(jīng)渦輪室使增壓器工作。當(dāng)ECU檢測(cè)到的進(jìn)氣壓力高于0.098MPa時(shí)，釋壓電磁閥打開(kāi)，關(guān)閉進(jìn)入渦輪室的通道，同時(shí)排氣旁通道口打開(kāi)，廢氣不經(jīng)渦輪室直接排出，增壓器停止工作。直到進(jìn)氣壓力降至規(guī)定的壓力時(shí)，ECU又將釋壓閥關(guān)閉，切換閥又將進(jìn)入渦輪室的通道口打開(kāi)，廢氣渦輪增壓器又開(kāi)始工作。2.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

1、切換閥2、驅(qū)動(dòng)氣室3、空氣冷卻器4、空氣濾清器5、ECU6、釋壓電磁閥3.廢氣渦輪增壓器轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

有些增壓控制系統(tǒng)中，通過(guò)控制增壓器的轉(zhuǎn)速來(lái)控制增壓壓力