發(fā)動機輔助控制系統(tǒng)

汽車電控技術(shù)教案李俊平第5章輔助控制系統(tǒng)學習目的通過本章的學習應(yīng)掌握電控汽油機排氣凈化控制的主要內(nèi)容，控制系統(tǒng)的基本組成部件，所用傳感器的作用、工作原理，系統(tǒng)的控制過程；撐握怠速控制的基本方式，主要控制裝置的一般工作原理及基本控制內(nèi)容。了解進氣控制的基本控制內(nèi)容和方法；了解故障自診斷系統(tǒng)的主要功能及一般工作原理。5．1排氣凈化與排放控制為了減少汽車使用過程中對大氣環(huán)境的污染，現(xiàn)代汽車對發(fā)動機的污染源采取了多項控制有害物排放及凈化的措施，如采用三元催化轉(zhuǎn)化器及空燃比反饋控制、廢氣再循環(huán)(EGR)控制、二次空氣噴射控制、活性炭吸附及炭罐的清洗控制等。本章僅介紹前兩項控制功能。5．1．1三元催化轉(zhuǎn)化器、氧傳感器與空燃比反饋控制一、三元催化轉(zhuǎn)化器為了有效減少發(fā)動機排人大氣的C0、HC和NO。的總量，現(xiàn)代轎車汽油機在排氣系統(tǒng)中普遍安裝了凈化裝置，對以上三種有害物質(zhì)進行凈化處理，這種凈化裝置稱為三元催化轉(zhuǎn)化器。三元催化轉(zhuǎn)化器安裝在排氣消聲器前，由三元催化轉(zhuǎn)化芯子和外殼等構(gòu)成，如圖5．1所示。大多數(shù)三元催化轉(zhuǎn)化器的芯子以蜂窩狀陶瓷芯作為催化劑的載體，在陶瓷載體上浸漬鉑(或鈀)和銠的混合物作為催化劑。為了提高芯子的抗顛簸性能，芯子的外面通常用鋼絲包裹。鉑(或鈀)和銠作為催化劑，它們不僅能使一氧化碳和碳氫化合物氧化變成二氧化碳和水，而且還能促使氮氧化物與一氧化碳進行化學反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成氮氣和二氧化碳。在三元催化轉(zhuǎn)化器的芯子內(nèi)所進行的化學反應(yīng)，前者是氧化反應(yīng)，后者為還原反應(yīng)。三元催化轉(zhuǎn)化器對CO、HC和NOX三種有害物的轉(zhuǎn)換效率與發(fā)動機的空燃比有關(guān)，只有當發(fā)動機的實際空燃比在理論空燃比A／F=14.7：1(過量空氣系數(shù)a=1)附近時，三元催化轉(zhuǎn)換器對這三種有害物質(zhì)才同時具有最高的轉(zhuǎn)換效率，如圖5．2所示。早期的電控汽油噴射發(fā)動機中，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣量、進氣壓力、溫度等信號確定噴油量，對空燃比實行開環(huán)控制，雖然這種控制方法相對于化油器式汽油機對空燃比的控制方法有了很大的提高，但要將空燃比精確控制在14．7：1附近很小的范圍內(nèi)是非常困難的。為了使三元催化轉(zhuǎn)化器始終具有最高的轉(zhuǎn)換效率，現(xiàn)代電控汽油機普遍采用氧傳感器檢測廢氣中氧的含量，對空燃比實行反饋控制(即閉環(huán)控制)，以提高空燃比控制精度。另外，由于汽油中的鉛會使作為催化劑的貴金屬鉑和鈀失去催化效力，造成催化劑“中毒”，所以裝用三元催化轉(zhuǎn)化器的汽油機必須使用無鉛汽油。圖5．1三元催化轉(zhuǎn)化器圖5．2三元催化轉(zhuǎn)化器效率隨空燃比的變化二、氟傳感器氧傳感器的作用是檢測排氣中氧的含量，并把檢測結(jié)果輸送到ECU。國產(chǎn)大多數(shù)汽油機電控系統(tǒng)采用一個氧傳感器，它們一般安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣歧管或排氣管上。為了進一步減少汽油機有害物的排放，有些汽油機的微機控制系統(tǒng)增加了三元催化轉(zhuǎn)化器凈化效率檢測功能，具有這一功能的電控汽油機需要兩個氧傳感器，它們分別安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器的上游和下游。在電控汽油機中應(yīng)用比較廣泛的氧傳感器主要有氧化锫(ZrO：)氧傳感器和氧化鈦(TiO2)氧傳感器兩種類型。l．氧化鋯氧傳感器氧化鋯氧傳感器的主要元件是氧化鋯(氧化鋯固體電解質(zhì))燒結(jié)的多孔性試管狀陶瓷體，也稱鋯管。氧化锫氧傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖5．3所示。鋯管2固定在帶有安裝螺紋的傳感器體中，鋯管的內(nèi)外表面都鍍覆一層多孔鉑膜作為電極，通過導(dǎo)線將信號引出。鋯管內(nèi)腔通過金屬護套上的小孔與大氣相通，外表面通過防護套管8上開有的槽口與排氣管中的廢氣相接觸，為了防止廢氣對鉑膜的腐蝕，在鋯管外表面的鉑膜上還覆蓋一層多孔性陶瓷層。由于鋯管陶瓷體具有多孔性的特點，因此內(nèi)腔大氣中的氧能夠滲入到固體電解質(zhì)內(nèi)。當溫度較高時，氧氣將發(fā)生電離。若鋯管內(nèi)腔(大氣)和鋯管外表面(廢氣)兩側(cè)氧的含量不一致，即存在氧的濃度差時，固體電解質(zhì)內(nèi)部的氧離子將從鋯管的內(nèi)腔向鋯管的外表面擴散，此時鋯管相當于一個微電池，在鋯管兩側(cè)的鉑電極之間產(chǎn)生電壓，如圖5．4所示。鉑電極之間的電壓與兩側(cè)氧的濃度差有關(guān)，當混合氣偏稀時用F氣中氧的含量較高，鋁管內(nèi)外兩側(cè)氧的濃度差小，兩電極之間產(chǎn)生的電壓很低，輸出電壓幾乎為零。當混合氣偏濃時，排氣中氧的含量較低，同時包含較多不完全燃燒的產(chǎn)物（如CO、HC、H2等）。這些不完全燃燒的產(chǎn)物在諸管外表面鉑的催化作用下與廢氣中殘余的低濃度氧發(fā)生氧化反應(yīng)（如ZCO＋O2→2CO。），使廢氣中殘余的氧幾乎被消耗殆盡，在錯管的外表面處氧的濃度幾乎為零，這時諸管內(nèi)外兩側(cè)氧的濃度差達到最大，在兩電極間產(chǎn)生接近1V的最大輸出電壓。圖5．3氧化鋯氧傳感器l一廢氣；2一鋁管；3一電極；4一彈簧；5一線頭絕緣支架；6一導(dǎo)線；7一度氣管管壁；8一防護套管圖5．4氧傳感器工作原理圖5.5氧傳感器電壓特性l一排氣管壁；2一廢氣；3一陶瓷防護層；4、5一電極引線點；6一大氣；7一鉑電極；8一陶瓷體氧化鋯氧傳感器對空燃比在14．7：1附近的變化非常敏感，在混合氣由濃到稀或由稀到濃的變化過程中，與混合氣濃度對應(yīng)的輸出電壓在A／F＝14．7附近產(chǎn)生階躍式的高低電壓突變（圖5.5），這種類似于一個氧濃度開關(guān)的輸出特性，對于單一空燃比目標值控制是十分有利的。汽油機運轉(zhuǎn)時，對應(yīng)于實際空燃比相對理論的空燃比上下偏離，氧傳感器輸出電平高低和寬度對應(yīng)變化的電壓脈沖信號，如圖5．6所示。在需要實行空燃比反饋控制（即閉環(huán)控制）的運行工況，ECU根據(jù)氧傳感器的輸人信號修正噴油量，把實際空燃比精確地控制在理論空燃比附近。氧化鋯氧傳感器是一種高溫型傳感器，正常工作溫度為600－800℃，因此氧傳感器一般布置在排氣總管上或排氣總管出口附近，利用廢氣的熱量加熱傳感器，使其達到正常工作所需的溫度。這種布置方式盡管具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便的特點，但是也存在傳感器布置的靈活性較差，排氣的極端高溫可能造成傳感器損壞的不足。為此，有些電控汽油機采用加熱式氧化鋯氧傳感器。這種氧傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通氧化鋯氧傳感器基本相同，兩者的差異在于加熱式氧化鋯氧傳感器在鋯管內(nèi)增加了一個陶瓷加熱元件，如圖5．7所示。由于加熱式氧化鋯氧傳感器所需的工作溫度由陶瓷加熱元件保證，這樣不僅改善了傳感器安裝的靈活性，避免了排氣極端高溫對傳感器的損傷，而且也有利于擴大閉環(huán)控制的工況范圍。加熱式氧化鋯氧傳感器一般布置在三元催化轉(zhuǎn)化器上游，靠近三元催化轉(zhuǎn)化器的適當位置。圖5.6氧傳感器輸出信號與混合氣空燃比的關(guān)系圖5.7加熱式氧化鋯氧傳感器l一鋯管；2一陶瓷加熱元件2．氧化鈦型氧傳感器氧化鈦型氧傳感器由二氧化鈦制成，二氧化鈦(TiO2)中氧分子比較活潑，在周圍環(huán)境氧的濃度(氧的分壓)發(fā)生變化時，二氧化鈦將發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，同時材料的電阻值也隨之發(fā)生變化，所以氧化鈦型氧傳感器也稱為電阻型氧傳感器。在大氣環(huán)境條件下，二氧化鈦的電阻很大，但當排氣中氧的濃度減少時(即混合氣稍濃時)，二氧化鈦中氧分子發(fā)生脫離，使晶體出現(xiàn)空穴，材料中的自由電子增加，使材料的電阻值迅速減小。反之，若混合氣稍稀，即由于排氣中氧的濃度增加，電阻迅速恢復(fù)至原來的值，氧化鈦型氧傳感器的電阻特性如圖5.8所示。二氧化鈦型氧傳感器的工作溫度為300—900℃，在這一溫度范圍內(nèi)二氧化鈦的電阻對氧的濃度變化非常敏感，同時工作溫度的變化對它的電阻也有一定影響。為了提高二氧化鈦型氧傳感器的檢測精度，一般采用加熱方式，以保證其工作溫度恒定，對于非加熱式二氧化鈦型氧傳感器，則必須采取溫度補償措施。圖5．8二氧化鈦型氧傳圖5．9二氧化鈦型氧傳感器感器空燃比一電阻特性l一二氧化鈦陶瓷；2一陶瓷絕緣體；3一電極；4一鉑線非加熱式氧化鈦型氧傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖5.9所示。它由檢測排氣中氧含量的球狀多孔性二氧化鈦陶瓷l、陶瓷絕緣體2、電極3、鉑線4及開有孔槽的金屬防護套等組成。非加熱式氧化鈦型氧傳感器一般安裝在總管上或排氣總管出口附近，利用排氣的高溫使傳感器在所需的工作溫度范圍內(nèi)工作。加熱式二氧化鈦型氧傳感器布置比較自由，一般安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器上游附近。與氧化鋯氧傳感器相比，氧化鈦型氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價格便宜，抗腐蝕、抗污染能力強，經(jīng)久耐用，可靠性高等優(yōu)點。但也存在溫度對傳感器電阻影響較大，需采用內(nèi)裝式加熱元件或采取溫度補償?shù)却胧?。氧化鈦型氧傳感器在空燃比反饋控制系統(tǒng)中的作用與氧化鋯氧傳感器相同。它們工作原理上的差異主要在于：氧化鋯氧傳感器將廢氣中氧的濃度變化直接轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化，氧化鈦型氧傳感器則將廢氣中氧的濃度變化轉(zhuǎn)換成傳感器電阻的變化，然后送人檢測電路。三、空燃比反饋控制為了滿足越來越嚴格的排放法規(guī)的要求，最有效地利用三元催化轉(zhuǎn)化器對排氣的催化凈化效能，現(xiàn)代電控汽油機在絕大部分運行工況對空燃比都實行閉環(huán)控制?？杖急确答伩刂葡到y(tǒng)的構(gòu)成原理如圖5．10所示。在空燃比反饋控制過程中，空燃比、氧傳感器輸出的電壓信號和空燃比反饋控制信號三者之間的變化關(guān)系如圖5．1l所示。假定開始時混合氣的實際空燃比略小于14.7，此時氧傳感器輸出高電平信號，ECU根據(jù)氧傳感器的高電平信號，對基本噴油持續(xù)時間進行減量修正，實際噴油持續(xù)時間縮短，噴油量減少，修正過程按先快后緩方式進行，如圖5.1l所示。由于噴油量持續(xù)減少，混合氣逐漸變稀，當混合氣的實際空燃比略大于14.7時，氧傳感器的輸出信號從高電平階躍到低電平，ECU根據(jù)氧傳感器的低電平信號，對基本噴油持續(xù)時間進行增量修正，修正過程仍按先快后緩方式進行。由于噴油量持續(xù)增加，混合氣又逐漸由稀變濃，一旦空燃比大于14.7，氧傳感器的輸出信號將從低電平階躍到高電平，然后ECtI將根據(jù)氧傳感器輸人的高電平信號，重復(fù)前面的由濃到稀的修正過程……如此反復(fù)循環(huán)，最終使混合氣的實際空燃比始終穩(wěn)定在理論空燃比附近.從整個修正過程看，當實際混合氣偏濃時，由于空燃比偏濃的時間比空燃比偏稀的時間長,故氧傳感器輸出高電位時間也相對較長，從而使實際空燃比向變稀方向變化，反之則向相反方向變化。圖5．10氧傳感器反饋控制系統(tǒng)工作原理圖圖5．11空燃比反饋控制過程A一氧傳感器反饋；B一轉(zhuǎn)速；C一空氣流量計；D一水溫傳感器；E一噴油量控制l一空氣流量計；2一發(fā)動機；3一三元催化轉(zhuǎn)化器；4一氧傳感器；5一噴油器 當電控系統(tǒng)對混合氣空燃比實行反饋控制時，實際混合氣的濃度基本上在理論空燃比附近變動但理論空燃比對發(fā)動機有些工況并不適宜，如發(fā)動機的起動工況、暖機工況等。為了使發(fā)動機正常起動或暖機，需要較濃的混合氣，此時電控系統(tǒng)對空燃比實行開環(huán)控制，向發(fā)動機提供偏濃的混合氣。又如發(fā)動機在大負荷或高轉(zhuǎn)速工況時，需要較濃的功率混合氣濃度，此時電控系統(tǒng)也將實行開環(huán)控制，向發(fā)動機提供具有功率混合氣濃度的混合氣，以滿足汽車對發(fā)動機動力的要求。根據(jù)發(fā)動機各運行工況對混合氣濃度的要求，電控系統(tǒng)將對空燃比實行開環(huán)控制的工況有：發(fā)動機起動工況，冷起動后及暖機工況的前期，大負荷、高轉(zhuǎn)速工況、加速工況、燃油控制工況等。另外，如果由于發(fā)動機原因或氧傳感器的原因，造成氧傳感器的輸出電壓持續(xù)處于低電平(如持續(xù)時間超過10s以上)，或者氧傳感器的輸出電壓持續(xù)處于高電平(如持續(xù)時間超過4s以上)，則ECU將自動停止空燃比反饋控制，發(fā)動機將在空燃比開環(huán)控制狀態(tài)運行。當氧傳感器的溫度小于300℃時，氧傳感器不能正常工作，電控系統(tǒng)也將實行開環(huán)控制。5．1．2廢氣再循環(huán)控制(EGR控制)一、廢氣再循環(huán)的基本概念廢氣再循環(huán)(Exhaust．Gas．Recirculation，EGR)是目前廣泛采用、能減少發(fā)動機氮氧化物生成量的一種較有效的方法。它把發(fā)動機排出的一部分廢氣通過進氣系統(tǒng)引入發(fā)動機進行再循環(huán)，以降低最高燃燒溫度，減少氮氧化物(NO，)的生成量。由NOX的生成機理知，發(fā)動機燃燒過程生成的NOX的生成量與混合氣中氧的濃度、燃燒溫度及高溫持續(xù)的時間有關(guān)，其中氧的濃度和燃燒溫度是兩個最重要的因素。圖5.12給出了A／F=15時，NOX排放濃度隨燃燒溫度變化的規(guī)律，從圖5.12可以看出燃燒溫度對NOX的生成濃度有非常重要的影響。雖然圖5.12的曲線是在A／F=15時得到的，但實驗表明，在空燃比略小于14.7時，NOX的生成濃度隨燃燒溫度變化的規(guī)律與圖5.12基本相同。采用廢氣再循環(huán)方法能有效抑制NO。生成量。這是因為，廢氣的主要成分是二氧化碳，雖然二氧化碳本身不能燃燒，但二氧化碳是一種三原子惰性氣體，具有比二原子惰性氣體大的比熱容值，即在溫升△T相同的情況下，二氧化碳氣體需要吸收更多的熱量。在新鮮混合氣中摻入適當比例的廢氣后，二氧化碳氣體能夠吸收較多的燃燒熱量，使最高燃燒溫度下降，從而使NOX的生成量減少。廢氣再循環(huán)中引入的廢氣量必須適當。若引入廢氣量太少，對降低NO。生成量的效果不明顯；若引入廢氣量過多，不僅混合氣著火性能變差，發(fā)動機輸出功率下降，而且還會使發(fā)動機排放性能惡化。對于廢氣再循環(huán)過程引入的廢氣量，一般用EGR率來表示，EGR率的定義如下：EGR氣體流量EGR率×100％吸入空氣量十EGR氣體流量對于大多數(shù)發(fā)動機，廢氣再循環(huán)的EGR率控制在6％一15％范圍較適宜。另外，雖然適量廢氣再循環(huán)可以有效地降低NO，排放量，但也存在影響混合氣著火性能和發(fā)動機輸出功率的缺憾。因此，一般在發(fā)動機NO；排放量較多的運行工況才進行廢氣再循環(huán)，而在發(fā)動機的起動、暖機、怠速、低轉(zhuǎn)速小負荷、大負荷或高轉(zhuǎn)速及加速等工況，由于廢氣再循環(huán)將明顯影響發(fā)動機性能，因此在這些運行工況不進行廢氣再循環(huán)。二、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的基本工作原理廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成原理如圖5．13所示。系統(tǒng)由廢氣再循環(huán)閥(EGR閥1)、真空電磁閥及其連接管道和軟管組成。進行廢氣再循環(huán)時，一部分廢氣從排氣管經(jīng)過EGR閥進入進氣管與新鮮空氣混合。EGR閥的開啟和關(guān)閉由閥體上方真空室的真空度控制，當需要進行廢氣再循環(huán)時，在ECU控制下，真空電磁閥開啟，把節(jié)氣門下游的真空引入EGR閥上方的真空室，EGR閥開啟，排氣管中的部分廢氣經(jīng)過EGR閥進入進氣管，周而復(fù)始地進行再循環(huán)。當不需要進行廢氣再循環(huán)時，在ECU控制下真空電磁閥關(guān)閉，并把節(jié)氣門上游的進氣壓力引入EGR閥的真空室，EGR閥在回位彈簧的作用下關(guān)閉，廢氣再循環(huán)停止。在廢氣再循環(huán)的基本概念中曾指出，既要有效地減少NOX的生成量，同時又不能對發(fā)動機的其他性能造成較大的不利影響，除了有些工況不能進行廢氣再循環(huán)外，還必須對廢氣再循環(huán)過程的EGR率進行控制。事實上，即使在需要進行廢氣再循環(huán)的工況，固定的EGR率也是不適宜的，比較理想的情況是，廢氣再循環(huán)過程中EGR率應(yīng)隨發(fā)動機運行工況和狀態(tài)作相應(yīng)變化，這樣既能有效降低NO；生成量，又能把廢氣再循環(huán)對發(fā)動機性能造成的不利影響減小到最低程度。這種較理想的可變EGR率廢氣再循環(huán)，只有采用電控技術(shù)才能實現(xiàn)。圖5．13廢氣再循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成原理A一進氣歧管真空；曰一排氣管廢氣；c一至進氣管l—EGR閥；2一傳感器輸入信號；3一真空電磁閥三、兩種電控可變EGR率廢氣再循環(huán)系統(tǒng)簡介1．電控真空閥驅(qū)動可變EGR率廢氣再循環(huán)系統(tǒng)電控真空閥驅(qū)動可變EGR率廢氣再循環(huán)系統(tǒng)如圖5．14所示。該系統(tǒng)由EGR閥2、EGR閥升程(開度)位置傳感器3和ON—OFF’真空電磁閥4等組成。EGR閥升程位置傳感器用來檢測EGR閥開度大小，并將EGR閥開度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，輸送到ECU。ON—OFF真空電磁閥由兩個電磁閥組成，這兩個電磁閥中任何一個處于開啟狀態(tài)，另一個必處于關(guān)閉狀態(tài)，這就是為什么稱其為ON—OFF’電磁閥的原因。在這兩個電磁閥中，一個控制EGR閥真空室與節(jié)氣門上游進氣管之間的連接通道，若這個電磁閥處于開啟狀態(tài)，則把進氣壓力引入真空室，使EGR閥關(guān)閉。另一個電磁閥控制EGR閥真空室與節(jié)氣門下游進氣歧管之間的連接通道，若這個電磁閥處于開啟狀態(tài)，則把進氣歧管的真空引入真空室，，使“EGR閥開啟。當發(fā)動機進行廢氣再循環(huán)時ECU首先根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷；預(yù)先確定EGR閥的目標升程，然后通過交替改變兩個ON—OFF。電磁閥工作狀態(tài)，對EGR閥的升程進行調(diào)整，直到位置傳感器檢測出的EGR閥實際升程與目標升程相同為止。圖5.14電控真空閥驅(qū)動可變EGR率廢氣再循環(huán)系統(tǒng)A一進氣歧管真空；口一排氣管廢氣；c一至進氣管l一水溫傳感器；2一EGR閥；3一EGR閥開度位置傳感器；4一ON一0FF真空電磁閥；5一其他傳感器輸入信號在不進行廢氣再循環(huán)的工況，ECu使控制EGR閥真空室與節(jié)氣門上游進氣管連接通道的電磁閥保持開啟狀態(tài)，由于進氣壓力的引入，使EGR閥完全關(guān)閉。2．電控電磁閥驅(qū)動可變EGR率廢氣再循環(huán)系統(tǒng)圖5.15所示為一采用比例電磁閥控制EGR開度的可變EGR率廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。當發(fā)動機進行廢氣再循環(huán)時，ECu根據(jù)當前運行工況和相關(guān)傳感器的輸入信號確定EGR率(EGR閥的目標升程)，先按預(yù)先設(shè)定的通斷電比例使比例電磁閥將EGR閥打開。然后，EcU根據(jù)位置傳感器測得的：EGR閥實際開度，不斷調(diào)整比例電磁閥的通斷電比例，直到EGR閥達到預(yù)先設(shè)定的開度為止。采用電磁閥驅(qū)動EGR閥，不僅提高了EGR閥的響應(yīng)速度(與真空閥驅(qū)動的EGR閥相比，反應(yīng)速度提高了10倍)和EGR率的控制精度，而且為廢氣再循環(huán)系統(tǒng)診斷故障提供了方便，目前電磁驅(qū)動EGR閥的使用已越來越多。電磁驅(qū)動EGR閥的主要不足是電磁線圈長期在高溫下工作，工作環(huán)境較差，對電磁線圈的耐高溫性能有較高的要求。(a)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成簡圖(b)EGR閥總成圖5．15電控電磁閥驅(qū)動可變EGR率廢氣再循環(huán)系統(tǒng)A一排氣管廢氣；B一至進氣管l一空氣流量計；2一ECU；3一EGR閥總成；4一EGR閥開度位置傳感器5一電磁線圈；6一閥門總成5.2電控怠速控制系統(tǒng)發(fā)動機處于怠速工況時的轉(zhuǎn)速對發(fā)動機的性能有較大的影響，怠速過高，會增加無謂的燃油消耗。據(jù)統(tǒng)計，汽車在交通密度大的道路上行駛時，約有30％的燃油消耗在怠速階段，因此應(yīng)盡可能降低怠速。但從減少有害物排放的角度考慮，怠速又不能過低，過低的怠速會使有害物排放量增加。另外，發(fā)動機處于怠速工況運行時，由于用電器、空調(diào)裝置、自動變速器、動力轉(zhuǎn)向伺服機構(gòu)的接入等情況，會使怠速下降，若不采取有效措施會引起發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，甚至熄火。在微機控制怠速控制系統(tǒng)中，ECU根據(jù)相關(guān)傳感器的輸入信號控制怠速控制裝置，調(diào)整怠速時的進氣量，使發(fā)動機在怠速負荷發(fā)生變化的使用條件下，能以適當?shù)∷俜€(wěn)定運轉(zhuǎn)。怠速控制的內(nèi)容隨車型的不同有較大的差異，一般．ECu對怠速進行控制的內(nèi)容包括起動后的控制、暖機過程的控制、負荷變化時的控制及減速時的控制等。5.2.1電控怠速控制系統(tǒng)的工作原理在電控怠速控制系統(tǒng)中，ECu首先根據(jù)各傳感器的輸入信號確定目標轉(zhuǎn)速；然后把目標轉(zhuǎn)速與發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速進行比較，得到目標轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的差值；最后根據(jù)此差值確定達到目標轉(zhuǎn)速所需的控制量，驅(qū)動怠速控制裝置增加或減少空氣量。微機控制怠速控制系統(tǒng)一般采用轉(zhuǎn)速反饋控制方式，車輛正常行駛時，為了避免怠速反饋控制與駕駛員通過油門踏板動作引起的空氣量調(diào)節(jié)發(fā)生干涉，電控怠速控制系統(tǒng)需要用節(jié)氣門全關(guān)閉信號、車速信號等對怠速狀態(tài)進行確認，只有怠速狀態(tài)得到確認的情況下才進行怠速反饋控制。除了上述怠速穩(wěn)定控制外，現(xiàn)代電控汽油機的怠速控制系統(tǒng)，還把過去由其他裝置實現(xiàn)的功能集中到怠速控制系統(tǒng)中，如：為提高暖機時發(fā)動機怠速的補充空氣閥、為解決怠速工況空調(diào)壓縮機工作所需功率輸出而附加的節(jié)氣門控制裝置等。在現(xiàn)代電控汽油機中，這些控制功能都已由電控怠速控制裝置來完成，這樣不僅減少了零部件，發(fā)動機的結(jié)構(gòu)更加簡化和緊湊，而且也有利于提高發(fā)動機可靠性。怠速控制的本質(zhì)是怠速進氣量的控制，雖然進氣量控制的方式及所采用控制裝置隨車型不同而有所差異，但從怠速進氣量控制方式的基本特征分類，可以分為兩種類型。一類是以控制怠速旁通空氣通道截面大小為基本特征，對怠速空氣流量進行調(diào)節(jié)的旁通氣道控制方式；另一類是以直接控制節(jié)氣門的開度為基本特征，對怠速空氣流量進行調(diào)節(jié)的節(jié)氣門直動控制方式，如圖5.16所示、，目前，在電控汽油機中旁通氣道控制方式應(yīng)用較為廣泛。(a)旁通氣道控制方式(b)節(jié)氣門直動控制式圖5．16怠速執(zhí)行機構(gòu)進氣控制方式l一怠速控制裝置；2一節(jié)氣門；3一節(jié)氣門操縱臂；4一空氣5.2.3怠速控制裝置對于兩類怠速控制方式，由于控制方式不同，因此控制裝置在結(jié)構(gòu)上有較大的差異。一、旁通氣道控制方式怠速控制裝置在旁通氣道控制方式中，應(yīng)用比較廣泛的控制裝置主要有步進電機式怠速控制裝置和旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置，其他還有旋轉(zhuǎn)電磁閥式怠速控制裝置、直線電磁閥式怠速控制裝置等。1．步進電機式怠速控制裝置如5．17所示，步進電機式怠速控制裝置由步進電機和怠速控制機構(gòu)兩大部件組成，其中步進電機由永久磁鐵的轉(zhuǎn)子4、定子線圈l及軸承2等組成，怠速控制機構(gòu)由進給絲桿3、閥軸8、閥門6、閥座7及旁通空氣通道5等組成。怠速控制機構(gòu)進給絲桿的一端通過閥軸與閥門固連在一起，進給絲桿的螺紋端旋人步進電機轉(zhuǎn)子內(nèi)。步進電機的轉(zhuǎn)子既可以順時針旋轉(zhuǎn)。也可以逆時針旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，進給絲桿受到擋板的約束不能隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，只能在軸向上下運動。進給絲桿上下運動時，帶動閥門一起作軸向運動，使閥門與閥座之間的相對距離發(fā)生變化，也即使旁通空氣通道的通過截面積發(fā)生變化，起到調(diào)節(jié)流過旁通氣道空氣量的作用。圖5．17步進電機式怠速控制裝置l一定子線圈；2一軸承；3一進給絲桿；4一轉(zhuǎn)子；5一旁通空氣通道；6一閥門；7一閥座；8一閥軸(1)步進電機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理如圖5．18所示，步進電機的轉(zhuǎn)子由N極和s極在圓周上相間排列的永久磁鐵組成，共有8對磁極。定子由A、B兩個定子組成，定子內(nèi)繞有A、B兩組線圈，線圈由導(dǎo)磁材料制成的爪極包裹。每個定子各有8對爪極，每個爪極(N極與s極)之間保持1個爪寬度的間距，A、B兩個定子的爪極相差1個爪的位差，兩個定子組成一體安裝在外殼內(nèi)，如圖5．19所示。圖5.18定子爪極的位置圖5．19定子結(jié)構(gòu)l一轉(zhuǎn)子；2一線圈A；3一線圈B；4一爪極；5一定子A；6一定子B相線繞組的控制電路見圖5—20，A、B兩個定子繞組分別由1、3相繞組和2、4相繞組組成，Ecu通過晶體三極管控制各相繞組的搭鐵，交替變換定子爪極極性，使步進電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進式轉(zhuǎn)動，如欲使步進電機正轉(zhuǎn)，相線控制脈沖按l→2→3→4相序滯后90°相位角，使定子上的N扳向右移動，則轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)，如圖5.2l、圖5.22所示。如欲使步進電機反轉(zhuǎn)，相線控制脈沖按1→2→3→4相序依次超前90°相位角，定子上的N極向左向移動，則轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動是為了使定子線圈電磁鐵和轉(zhuǎn)子永久磁鐵的N極和S極互相吸引到最近距離。當定子的爪極極性由于相線控制脈沖的變化而改變時，轉(zhuǎn)子也隨之轉(zhuǎn)動，始終保持轉(zhuǎn)子的N極與定子的s極對齊。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動1圈需32個步級，每一個步級轉(zhuǎn)動1個爪的角度(即11.25°)，步進電機的正常工作范圍為0—125個步級。圖5．20相線繞組的控制電路圖5．21相線控制脈沖(正轉(zhuǎn))圖5．22步進原理(2)步進電機式怠速控制裝置的控制內(nèi)容電控系統(tǒng)對怠速控制裝置的控制內(nèi)容因發(fā)動機而異，對于步進電機式怠速控制裝置，其主要控制內(nèi)容主要有以下幾項：①起動初始位置設(shè)定為了保證怠速控制閥在發(fā)動機再起動時處于全開位置，在發(fā)動機點火開關(guān)關(guān)閉后，主繼電器繼續(xù)保持接通狀態(tài)，ECU控制步進電機轉(zhuǎn)動使怠速控制閥開至最大位置(即125步級)，為下次起動做好準備，然后主繼電器才斷電。②起動后控制由于發(fā)動機起動前，ECU已經(jīng)把怠速控制閥的初始位置預(yù)置在最大開度位置，當發(fā)動機起動后，若怠速控制閥仍保持全開，則會引起發(fā)動機轉(zhuǎn)速過高。為了避免出現(xiàn)這種情況，在起動過程中，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到由冷卻水溫度確定的對應(yīng)轉(zhuǎn)速時，：ECU控制步進電機轉(zhuǎn)動，使怠速控制閥逐漸關(guān)小到與冷卻水溫度相對應(yīng)的開度。③暖機控制暖機過程中，ECu控制步進電機轉(zhuǎn)動，使怠速控制閥從起動后的開度逐漸關(guān)小，當冷卻水溫達到70℃時，暖機控制結(jié)束，怠速控制閥達到正常怠速開度。④反饋控制當發(fā)動機在怠速工況運轉(zhuǎn)時，如果發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速與預(yù)置的目標轉(zhuǎn)速的差值超過規(guī)定值(如20r／mim)，ECU即控制步進電機轉(zhuǎn)動，通過怠速控制閥增減旁通空氣量，使發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速與目標轉(zhuǎn)速差小于規(guī)定值。目標轉(zhuǎn)速與發(fā)動機怠速工況時的負荷有關(guān)，對應(yīng)于空擋起動開關(guān)是否接通，空調(diào)是否使用，用電器增加等不同情況，都有不同確定的目標轉(zhuǎn)速。⑤發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的預(yù)控制發(fā)動機處于怠速工況時，空調(diào)開關(guān)、空擋起動開關(guān)等接通或者斷開，都會即時引起發(fā)動機怠速負荷變化，產(chǎn)生較大的怠速波動。為了減小負荷變化對怠速的影響，ECU在收到以上開關(guān)量信號后，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化出現(xiàn)前，就控制步進電機轉(zhuǎn)動，預(yù)先把怠速控制閥開大或關(guān)小一個固定的距離，以提高發(fā)動機的怠速穩(wěn)定性。⑥學習控制由于發(fā)動機的性能在使用過程中會發(fā)生變化，此時怠速控制閥的位置雖然沒有變化，但實際的怠速也會偏離原來的初始數(shù)值。出現(xiàn)這種情況的時候，ECu除了采用反饋控制使怠速達到目標值外，同時將此時步進電機轉(zhuǎn)過的步數(shù)儲存在備用儲存器中，供以后怠速控制時調(diào)用。2．旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置如圖5．23所示，旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置由永久磁鐵轉(zhuǎn)子3、電樞4、旋轉(zhuǎn)滑閥6、回位彈簧和電刷等組成。旋轉(zhuǎn)滑閥與電樞軸固連，隨電樞軸一起轉(zhuǎn)動，改變旁通氣道截面的大小，調(diào)節(jié)怠速時的空氣量。其接線圖見圖5．24，永久磁鐵轉(zhuǎn)子安裝在裝置殼體上，形成固定的磁場。電樞位于永久磁鐵的磁場中，電樞鐵心上纏有兩組繞向相反的電磁線圈L1和L2，當線圈￡，通電時，電樞帶動旋轉(zhuǎn)滑閥順時針偏轉(zhuǎn)，空氣旁通氣道截面變小。當線圈￡：通電時，電樞帶動旋轉(zhuǎn)滑閥逆時針偏轉(zhuǎn)，空氣旁通氣道截面變大。L1和L2的兩端與電刷滑環(huán)相連，經(jīng)電刷引出與ECU相連接。電樞軸上的電刷滑環(huán)與電機換向器結(jié)構(gòu)類似，它由三段滑片圍合而成，分別與一個電刷相接觸。電樞繞組L1和L2的兩端分別焊接在相應(yīng)的滑片上。當點火開關(guān)打開時，怠速控制裝置接線插頭“2”上即受蓄電池電壓，電樞繞組L1和L2是否通電，由ECu控制兩線圈的搭鐵三極管VT2和VT1的通斷決定。由于占空比(一個脈沖周期高電平的時間與一個脈沖周期所經(jīng)歷的時間之比)控制信號和三極管VT，的基極之間接有反向器，所以三極管VT。和VT：集電極輸出相位相反，使兩個電樞繞組總是交替地通過電流，又因兩組線圈繞向相反，致使電樞上交替地產(chǎn)生方向相反的電磁力矩。由于電磁力矩交變的頻率(約250Hz)較高，且電樞轉(zhuǎn)動具有一定的慣性，所以旋轉(zhuǎn)滑閥根據(jù)控制信號的占空比，擺到一定的角度即處于穩(wěn)定狀態(tài)。當占空比為50％時，L1和L2線圈的平均通電時間相等，二者產(chǎn)生的電磁力矩抵消，電樞軸停止偏轉(zhuǎn)。當占空比小于50％時，線圈L．的平均通電時間長，其合成電磁力矩使電樞帶動旋轉(zhuǎn)滑閥順時針偏轉(zhuǎn)，空氣旁通氣道截面變小，怠速降低；反之，當占空比大于50％時，空氣旁通氣道截面變大，怠速升高。占空比的范圍為18％(旋轉(zhuǎn)滑閥關(guān)閉)至82％(旋轉(zhuǎn)滑閥達到最大開度)之間，滑閥的最大偏轉(zhuǎn)角度限制在90°以內(nèi)。對旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置，滑閥的偏轉(zhuǎn)角度，由兩組線圈的通電時間比例，即由控制脈沖的占空比確定。ECU對旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置的控制內(nèi)容與步進電機式基本相同，在此不再重復(fù)。圖5．23旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置圖5．24旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制裝置連接電路圖l一電接頭；2一外殼；3一永久磁鐵轉(zhuǎn)子；4一電樞；5一旁通氣道；6一旋轉(zhuǎn)滑閥．二、節(jié)氣門直動方式怠速控制裝置節(jié)氣門直動控制方式怠速控制裝置通過控制節(jié)氣門開度，調(diào)節(jié)怠速時的進氣量，完成怠速控制的各項內(nèi)容。圖5．25所示的節(jié)氣門直動控制方式怠速控制裝置，是近年在微機控制汽油機中采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。圖5．25節(jié)氣門直動控制方式怠速控制裝置1一節(jié)氣門；2一步進電機總成；3一減速齒輪；4一節(jié)氣門操縱齒板；5一節(jié)氣門軸該怠速控制裝置安裝在節(jié)氣門體上，主要由步進電機總成2、減速齒輪3、節(jié)氣門操縱齒板4等組成。發(fā)動機在急速工況運轉(zhuǎn)時，在ECU控制下，步進電機正轉(zhuǎn)一定步數(shù)，經(jīng)過減速齒輪組的減速增矩，由最后一級小齒輪撥動齒板轉(zhuǎn)動，齒板通過傳動機構(gòu)把節(jié)氣門打開至某一開度，若步進電機反轉(zhuǎn)，則節(jié)氣門開度隨之變小。由此能夠根據(jù)怠速工況負荷變化，對怠速時的空氣量進行調(diào)節(jié)。齒板與節(jié)氣門之間為單向傳動，因此不會和油門踏板對節(jié)氣門的控制發(fā)生干涉。節(jié)氣門直動控制方式，具有位置控制穩(wěn)定性好的優(yōu)點。但怠速控制裝置工作時，為了克服節(jié)氣門關(guān)閉方向回位彈簧的作用力，采用能起增矩作用的減速齒輪組，使變位速度下降，響應(yīng)較慢。5．3氣控制系統(tǒng)5.3.1電控進氣慣性增壓控制系統(tǒng)進氣慣性增壓控制系統(tǒng)也稱進氣諧振增壓控制系統(tǒng)，它利用進氣氣流慣性產(chǎn)生的壓力波來提高充氣效率。一、進氣慣性增壓的機理當氣體高速流向進氣門時，如果進氣門突然關(guān)閉，進氣門附近氣體的流動將突然停止運動，由于慣性，后面的氣體仍將繼續(xù)向前運動，于是在進氣門附近的氣體將受到壓縮，壓力上升。當氣體的慣性效應(yīng)消減后，先前被壓縮的氣體開始膨脹，向進氣氣流相反方向流動，壓力下降。膨脹氣體的膨脹波傳到進氣管口時又被反射回來，于是形成了來回震蕩的壓力波。如果來回震蕩的壓力脈動波與進氣門開閉配合好，使反射的壓力波集中到要打開的進氣門旁，則在進氣門打開時，就會形成對進氣進行增壓的效果。一般而言，如果采用較長的進氣管，產(chǎn)生的壓力波波長較長，有利與提高發(fā)動機中低轉(zhuǎn)速區(qū)域的扭矩。如果采用較短的進氣管，產(chǎn)生的壓力波波長較短，可以提高發(fā)動機高速區(qū)域的輸出功率。如果在發(fā)動機運行過程中，根據(jù)發(fā)動機的運行工況使進氣管長度可改變，則可兼顧增大中低轉(zhuǎn)速時的扭矩和提高高速時的輸出功率。二、可變進氣管有效長度諧振增壓控制系統(tǒng)圖5．26所示是目前廣泛采用的一種改變進氣管有效長度的方法，該方法通過控制變換閥的開或關(guān)，改變進氣管的有效長度。當發(fā)動機在中低轉(zhuǎn)速工況運行時，ECU使變換間關(guān)閉，進氣管有效長度變長，空氣按圖5．26a的路線進人氣缸，有利于增大發(fā)動機中低轉(zhuǎn)速時的扭矩。當發(fā)動機在高速工況運行時，ECU使變換閥打開，進氣管有效長度變短，空氣按圖5．26b的路線進人氣缸，可以提高發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時的輸出功率。電控可變進氣管有效長度諧振增壓控制系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速適時地改變進氣管的有效長度，充分利用進氣諧振效應(yīng)，提高充氣效率，使發(fā)動機的高速與低速性達到了最優(yōu)化。圖5．27是可變進氣管有效長度和固定進氣管長度發(fā)動機，在高、低速時輸出功率和扭矩的比較，從圖中可以看出，采用可變進氣管有效長度的結(jié)構(gòu)，對于增大發(fā)動機低速扭矩、提高高速時的輸出功率是十分有效的。(a)低速時的進氣路線(b)高速時的進氣路線圖5．26可變進氣管有效長度諧振增壓控制系統(tǒng)l一變換閥；2一進氣管(a)中低速工況輸出扭矩比較(b)高速工況輸出功率比較圖5．27可變進氣管有效長度發(fā)動機和固定進氣管長度發(fā)動機輸出扭矩和功率比較l一可變進氣管有效長度發(fā)動機；2一固定進氣管長度發(fā)動機5．3．2電控廢氣渦輪增壓壓力控制目前，廢氣渦輪增壓在汽油機轎車的應(yīng)用不多，一般只限于對發(fā)動機功率和結(jié)構(gòu)緊湊性要求較高的車輛中。但隨著排放標準，特別是降低燃油消耗率、減少CO：排放量標準的提高，為了使車輛在城市道路運行和在高速公路運行時都能具有較低的燃油消耗率、較好的動力性和排放性能，預(yù)計廢氣渦輪增壓技術(shù)將在汽油機中得到廣泛的應(yīng)用。電控廢氣渦輪增壓壓力控制系統(tǒng)的組成如圖5．28所示，整個系統(tǒng)由釋壓電磁閥1、氣動執(zhí)行器2、旁通閥3及增壓器4等組成。系統(tǒng)增壓壓力的控制是通過旁通閥的開閉實現(xiàn)的，若旁通閥關(guān)閉，廢氣幾乎全部流過增壓器，增壓壓力提高。若旁通閥開啟，部分廢氣經(jīng)旁通通道直接排出，增壓壓力降低。旁通閥的開啟和關(guān)閉，由ECU通過對釋壓電磁閥和氣動執(zhí)行器控制來實現(xiàn)，受工作溫度的限制，系統(tǒng)采用氣動執(zhí)行器操縱旁通閥，而不直接用電磁閥控制。在正常情況下，ECU輸出高電平信號使釋壓電磁閥動作，切斷氣動執(zhí)行器的氣室與空氣進口的連通，使氣室與增壓器出口連通，此時氣室內(nèi)的壓力與增壓壓力相等，壓力較高，氣動執(zhí)行器推動彈簧使旁通閥關(guān)閉，廢氣渦輪處于正常工作狀況。當增壓壓力過高時，ECU輸出低電平信號，釋壓電磁閥釋放，切斷氣動執(zhí)行器的氣室與增壓器出口的連通，使氣室與空氣進口連通，于是氣室壓力降低，彈簧恢復(fù)力使旁通氣閥打開，增壓壓力下降。圖5．28廢氣渦輪增壓壓力控制系統(tǒng)A一空氣進口；口一增壓后的空氣；C一廢氣進；D一廢氣出l一釋壓電磁閥；2一氣動執(zhí)行器；3一旁通閥；4一增壓器ECU主要根據(jù)進氣歧管的壓力對增壓壓力進行控制，在高速大負荷時旁通閥開啟(即所謂的放氣)，其目的是提高低速時轉(zhuǎn)矩的同時，避免高速時發(fā)動機的機械負荷和熱負荷過高。在有些車型中，還增加了爆震反饋控制功能，當發(fā)動機發(fā)生爆震時，ECU立即打開旁通閥放氣，使增壓壓力降低，當爆震消失后，再逐漸關(guān)閉旁通閥，使之恢復(fù)到正常的增壓壓力。近年來，可變旁通閥開度的閉環(huán)增壓壓力控制系統(tǒng)也開始進入應(yīng)用。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，ECU根據(jù)發(fā)動機的工況，首先以預(yù)置的旁通閥開度數(shù)據(jù)控制旁通閥的開度，然后由位置傳感器將實際執(zhí)行結(jié)果反饋到ECtJ，‘ECu根據(jù)偏離情況做出調(diào)整。采用增壓壓力的閉環(huán)控制后，可以更精確地控制發(fā)動機的扭矩，大大改善了急加速時轉(zhuǎn)矩滯后的現(xiàn)象。5．4故障自診斷系統(tǒng)概述現(xiàn)代發(fā)動機電控系統(tǒng)所具備的控制功能越來越多，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，當出現(xiàn)故障時，維修人員對故障的判斷變得越來越困難，故障自診斷系統(tǒng)就是在這一背景下應(yīng)運而生的。微機控制系統(tǒng)具有的故障自診斷功能不僅能向使用者發(fā)出故障警告，向維修人員提供故障信息，以便迅速判斷并排除故障，而且還具備帶故障運行控制功能，一般情況下能使車輛維持最基本的行駛功能，行駛到修理廠進行必要的維修。自1979年美國GM汽車公司正式在汽車上使用故障自診斷系統(tǒng)(即第一代車載故障自診斷系統(tǒng)OBD—I：OnBoardDiagnositics)以來，各種故障自診斷系統(tǒng)迅速在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。1988年，在第一代車載自診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了第二代故障自診斷系統(tǒng)OBD一Ⅱ，與第一代故障自診斷系統(tǒng)相比，OBD－J除了在系統(tǒng)功能上有了進一步的拓展外，還對診斷座的布置位置、診斷座的針數(shù)、端子的代號及內(nèi)容都進行了規(guī)范和統(tǒng)一。現(xiàn)在故障自診斷系統(tǒng)已成為發(fā)動機乃至整車電控系統(tǒng)必不可少的基本功能。5.4.1故障自診斷系統(tǒng)的工作原理對于故障自診斷系統(tǒng)，也許把它稱為自動檢測系統(tǒng)更妥當，因為該系統(tǒng)不是在某些部件（如三元催化轉(zhuǎn)化器等）、傳感器及電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時才開始工作。實際上，只要發(fā)動機一開始運轉(zhuǎn)，故障自診斷系統(tǒng)即開始對這些部件、傳感器及電控系統(tǒng)工作狀況、輸出信號進行檢查和監(jiān)測，一旦被檢查或監(jiān)測的對象出現(xiàn)異常情況或輸出異常信號，故障自診斷系統(tǒng)即判定該被檢對象出現(xiàn)故障。當被檢對象出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)將立即完成三項基本工作：儲存故障信息，以供維修時調(diào)用；以燈光等方式向駕駛?cè)藛T發(fā)出故障警告；啟動帶故障運行控制功能（也稱失效保護功能），使車輛仍能維持最基本的行駛功能。一、自診斷系統(tǒng)對故障的判定方法根據(jù)被檢對象的特點，故障自診斷系統(tǒng)對被檢對象故障的判斷，一般有三種判別模式。1．數(shù)值及特征比較判別模式數(shù)值及特征比較判別模式是適用最廣的一種故障判別模式，對于一些部件及大多數(shù)傳感器均采用這種判別模式。對適用于數(shù)值及特征比較判別模式的對象，在發(fā)動機運行過程中，系統(tǒng)連續(xù)不斷對它們的輸人信號值或輸人信號特征與標準值或標準特征進行比較，一旦輸人信號超過規(guī)定值或特征不對，則系統(tǒng)即作為故障記錄下來。如這種故障信號是偶發(fā)性的，經(jīng)過一定時間再也沒有重復(fù)出現(xiàn)，則在一定時間后系統(tǒng)將自動清除。如水溫傳感器，正常情況下其輸出的電壓應(yīng)在0．3－4．7V之間，一旦其輸出電壓超出此范圍，系統(tǒng)則判斷為水溫傳感器故障。又如氧傳感器，正常情況下其輸出電壓應(yīng)在高一低電平間正常波動，如氧傳感器長時間輸出高電平或低電平，則系統(tǒng)判斷為氧傳感器故障。2．反饋信號監(jiān)測判別模式該判別模式主要用于執(zhí)行器的故障判別。對電控系統(tǒng)中的重要執(zhí)行器，其每工作一次應(yīng)向自診斷系統(tǒng)的監(jiān)測回路輸出一個反饋信號，若監(jiān)測回路多次重復(fù)沒有接受到該執(zhí)行器的反饋信號，則系統(tǒng)判斷為XX執(zhí)行器故障。如點火系的點火模塊，在一個工作循環(huán)中應(yīng)向自診斷系統(tǒng)的監(jiān)測回路輸出與氣缸數(shù)相等的點火反饋信號，一旦監(jiān)測回路連續(xù)接受不到點火模塊輸出點火反饋信號，則系統(tǒng)判斷為點火系故障，同時執(zhí)行斷油控制。3．狀態(tài)判別模式狀態(tài)判別模式主要用于微型計算機故障的判斷。如計算機出現(xiàn)內(nèi)存溢出，或計算機不能定時對內(nèi)存進行清除，則系統(tǒng)判斷為計算機故障，同時啟動備用系統(tǒng)，以三種固定狀態(tài)控制發(fā)動機運轉(zhuǎn)。二、自診斷系統(tǒng)的帶故障運行控制功能一旦電控系統(tǒng)的組成傳感器、執(zhí)行器及計算機出現(xiàn)故障，自診斷系統(tǒng)將執(zhí)行帶故障運行控制功能，也即安全保障功能。對于不同的故障對象，自診斷系統(tǒng)將采取不同的處理方法。對于水溫傳感器、進氣溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、空氣流量計等故障，系統(tǒng)將以預(yù)先設(shè)定的固定值代替實際值對發(fā)動機的運行進行控制。如水溫傳感器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)將以80℃的預(yù)先設(shè)定值代替實際的未知水溫。又如節(jié)氣門位置傳感器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)將以怠速及小負荷兩種工況，即兩組固定的噴油持續(xù)時間、點火提前角和閉合角控制發(fā)動機運行。對于氧傳感器、爆震傳感器等用于反饋控制的傳感器故障，系統(tǒng)將以開環(huán)控制方式對發(fā)動機進行控制。對于點火系的故障，為了避免大量燃油進入氣缸，系統(tǒng)將執(zhí)行斷油控制。對于計算機故障，系統(tǒng)將啟動備用系統(tǒng)，按起動、怠速及小負荷三種運行工況，以三種固定的噴油持續(xù)時間、點火提前角和閉合角控制發(fā)動機運行。三、故障警告、故障信息讀出和清除在自診斷系統(tǒng)確認一些部件、傳感器及計算機出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)將點亮儀表板上的故障指示燈，或者在儀表板上的規(guī)定位置顯示“c：HECKENGINE”、“SERVICE．ENGINESOON”等提示信息。故障信息的讀出，對OBD—I系統(tǒng)既可以采用就車讀出和就車清除的方法，也可以采用外接設(shè)備讀出和清除的方法。對于OBD一Ⅱ系統(tǒng)，只能采用外接設(shè)備讀出與清除的方法。所謂就車讀出和就車清除的方法，是指通過診斷座跨接等方法，由故障燈、故障筆、發(fā)光二極管等以不同閃爍持續(xù)時間及間隔所表示的數(shù)值，讀出故障代碼，然后根據(jù)不同汽車制造公司對代碼的定義確定故障源。在故障排除后，按規(guī)定的操作步驟清除故障碼。外接設(shè)備讀出與清除方法是指通過通用或?qū)Ｓ玫淖x碼器、解碼器、掃描儀、專用診斷儀直接讀出故障代碼或故障內(nèi)容、檢查步驟等信息。在故障排除后，按規(guī)定的操作步驟用這些外接設(shè)備清除故障碼。使用的專用設(shè)備有1551、1552(大眾專用)，F(xiàn)luck系列95、98(通用公司專用)等。通用儀器設(shè)備有OTC、’rECH、SNAPONSCANNER、HY222、笛威’rwAY9206、940、數(shù)字存儲示波器等。5．4．2OBI)一Ⅱ故障自診斷系統(tǒng)簡介OBD一Ⅱ故障自診斷系統(tǒng)(即車載故障自診斷系統(tǒng)的統(tǒng)一標準)，由美國汽車工程學會SAE于1980年末提出，經(jīng)美國環(huán)保機構(gòu)EPA和加州資源協(xié)會cARB認證通過后，作為強制性標準首先在美國開始實行。美國聯(lián)邦法律規(guī)定，到1996年，所有在美國銷售的汽車必須滿足OBD一Ⅱ的標準?，F(xiàn)在，OBD一Ⅱ標準已發(fā)展成為世界汽車行業(yè)的統(tǒng)一標準。按照OBD一Ⅱ標準設(shè)計的故障自診斷系統(tǒng)，對診斷模式和診斷接口進行了統(tǒng)一，原則上只需使用一臺儀器，就可對各類車輛進行診斷檢測，該系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的自診斷系統(tǒng)。一、OBI)一Ⅱ故障自診斷系統(tǒng)的主要特點與OBD—I車載故障自診斷系統(tǒng)相比，OBD一Ⅱ有如下的主要特點：=1\*GB3①斷座統(tǒng)一規(guī)定為16針插座，統(tǒng)一安裝于駕駛室儀表板下方，如圖5．29所示。采用OBD－11標準主要車系的診斷座端子代號及內(nèi)容可查閱相關(guān)資料獲得。圖5．29OBD－11的診斷座②OBD一見故障自診斷系統(tǒng)的診斷座具有數(shù)值分析資料傳輸功能，OBD－11資料傳輸線有兩個標準：ISO——歐洲統(tǒng)一標準為7＃、15＃針腳；SAE——美國統(tǒng)一標準（SAE—J1850）用2＃、10＃針腳。③各種車輛故障碼代號相同，且故障碼意義統(tǒng)一。OBD－11故障碼由5個字組成，如圖5．30所示。圖5．30OBD一見故障代碼的定義規(guī)定④具有行車記錄功能，能記錄車輛行駛過程的有關(guān)數(shù)據(jù)資料。=5\*GB3⑤具有重新顯示記憶故障的功能。=6\*GB3⑥具有可由儀器直接清除故障碼的功能。二、OBD—11故障自診斷系統(tǒng)的工作原理OBD－11故障自診斷系統(tǒng)要完成的自診斷任務(wù)有：診斷試驗、診斷試驗的結(jié)果記錄、進行診斷失效操作。1．故障診斷模式及處理OBD－11的診斷試驗分為三個層次，即被動診斷（Passive）、主動診斷（Active）和介人診斷（Intrusive）。被動診斷只是在運行過程中監(jiān)測微機系統(tǒng)及其元件。主動診斷除了具有被動診斷的基本監(jiān)測功能外，還在具有故障出現(xiàn)后，對整個系統(tǒng)或元件操作控制的功能，主動診斷通常在被動診斷失效后進行。介人診斷是一種特殊主動診斷，它主要是介人ECU執(zhí)行影響到車輛性能或排放的操作控制。2．故障診斷結(jié)果的記錄在ECU中應(yīng)儲存記錄的診斷結(jié)果信息主要包括以下內(nèi)容：(1)故障信息故障信息記錄中保存了故障內(nèi)容、故障發(fā)生的時間、還包括歷史故障記錄等信息。（2）凍結(jié)框（FreezeFrame）它保存運行工況的信息，即在與排放有關(guān)的故障出現(xiàn)時（此時有故障警告顯示）發(fā)動機的工況參數(shù)。凍結(jié)框只有一個。（3）失效記錄（FailRecords）它保存的信息與凍結(jié)框類似，但失效記錄可有多個。（4）系統(tǒng)狀態(tài)表明系統(tǒng)的故障診斷過程是否在進行，同時還能表明對與排放有關(guān)的傳感器、元件或子系統(tǒng)是否進行過診斷。（5）暖機次數(shù)記錄發(fā)動機所經(jīng)歷的從冷起動到暖機至70℃過程的次數(shù)。該次數(shù)可作為ECU判斷故障排除情況的依據(jù)。如某一故障排除后，ECU在執(zhí)行診斷過程時自動將暖機次數(shù)置零，然后不斷累加，如達到40次（依系統(tǒng)而定）后仍未再次診斷到這一故障，則ECU自動消除相應(yīng)的故障信息。三、OBD—11故障自診斷系統(tǒng)的故障四OBD一見故障自診斷系統(tǒng)的故障碼分為A、B、C八四類。其特點分別為：（l）A類故障與排放有關(guān)，第一次掃描診斷失效，系統(tǒng)即顯示故障警告，如凍結(jié)框空缺即存儲，存儲故障信息，每次診斷失效即刷新失效記錄。（2）B類故障與排放有關(guān)，一次掃描診斷失效即處于警戒狀態(tài)，第二次掃描通過即解除警戒。若第二次掃描失效則顯示故障警告，如凍結(jié)框空缺即存儲，存儲故障信息，每次診斷失效即刷新失效記錄。（3）C類故障與排放無關(guān)（即該類故障引起的有害排放增加量，不會超過聯(lián)邦法規(guī)標準的1．5倍，下同），第一次掃描失效只顯示維修提示信號或維修信息，存儲故障信息，不存儲凍結(jié)框，存儲試驗失效記錄，每次診斷試驗失效即刷新失效記錄。（4）D類故障與排放無關(guān)，不顯示任何提示信息，第一次掃描失效存儲故障信息，不存儲凍結(jié)框，診斷試驗失效即存儲失效記錄，每次診斷試驗失效即刷新失效記錄。四、OBD一皿故障自診斷系統(tǒng)對故障碼的清除OBD－11故障自診斷系統(tǒng)對故障碼清除有3種方法可采用：(1）使用專門的故障診斷儀（如Tech2）清除。它還可以清除原有的凍結(jié)框和失效記錄數(shù)據(jù)。（2）卸掉ECU的總保險絲或斷開蓄電池接線，使EC斷電，則所有的故障信息均會消除。（3）如果產(chǎn)生故障信息的故障已被排除，診斷系統(tǒng)將重新對暖機過程計數(shù)。一旦暖機次數(shù)達到40次（依系統(tǒng)而定）尚未診斷到故障，則ECU自動將原故障信息清除。本章小結(jié)本章介紹了電控汽油機排氣凈化與排放控制主要內(nèi)容，控制系統(tǒng)組成部件的一般構(gòu)造、作用及原理，電控系統(tǒng)的控制過程；怠速控制的基本方式，主要控制裝置的一般構(gòu)造及工作原理，怠速控制的基本內(nèi)容；進氣控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及控制方法；故障自診斷