汽油机辅助控制系统

第四章汽油机辅助控制系统第一节怠速控制系统第二节排放控制系统及检修第三节进气控制系统及检修第四节故障自诊断功能第五节失效保护和备用系统第一节怠速控制系统(ISC)概述:燃油喷射发动机怠速时，节气门处于全关闭状态，空气通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通路进入发动机，由空气流量计(或进气歧管压力传感器)检测该进气量，并根据转速及其他修正信号控制喷油量，发动机控制系统怠速控制装置的功能就是由ECU控制调节空气通路面积以控制空气流量的方法来实现的。自动维持发动机怠速稳定运转。1.怠速控制装置分类2.控制装置的结构与工作原理怠速控制装置分类怠速控制的内容包括启动后控制、暖机过程控制、负荷变化的控制和减速时的控制等。目前使用的，按控制原理可分为两类。怠速控制装置节气门直动控制式旁通空气控制式步进电动机调节机构旋转电磁阀调节机构占空比电磁阀控制机构真空电磁阀控制机构(a)节气门直动式(b)旁通空气方式怠速控制执行机构的空气控制方式1—节气门；2—节气门操纵臂；3—执行元件节气门直动控制式节气门直动控制式是直接通过对节气门最小开度的控制来控制怠速。由ECU控制直流电动机的正反转和转动量。直流电动机驱动减速齿轮并通过螺旋传动将转动量转变成直线移动，从而控制节气门开度的大小，达到控制怠速进气量和怠速转速的目的。这种控制形式的优点是结构简单、工作稳定性好，缺点是采用了齿轮减速机构后执行速度慢、动态响应性差。节气门直动控制装置1—节气门操纵臂；2—怠速执行器；3、6—节气门；4—喷油器；5—调压器；7—防转孔；8—弹簧；9—电动机；10、11、13—齿轮；12—传动轴；14—丝杠旁通空气控制机构旁通空气控制机构是通过改变旁通道的流通面积来控制怠速进气量，以达到怠速控制的目的。在多点燃油喷射系统中多采用控制旁通空气通路的执行机构，其类型主要有以下几种：1.步进电机式怠速控制机构;2.旋转电磁阀式怠速控制机构3.占空比型电磁阀怠速控制机构;4.真空电磁阀怠速控制机构步进电机式怠速控制机构步进电机怠速控制1—阀座；2—阀轴；3—定子线圈；4—轴承；5—进给丝杠机构；6—旁通空气进口；7—阀步进电机与怠速控制阀做成一体，装在进气总管内。电机可顺时针或逆时针旋转，使阀沿轴向移动，改变阀与阀座之间的间隙，调节流过节气门旁通通道的空气量。该种怠速控制阀还可用来控制发动机的快怠速，而不需要辅助空气阀。步进电机的控制电路步进电机的控制电路步进电机的转动方向可通过改变4个定子线圈的通电顺序来实现。转子一周分为32个步级进行，每个步级转动一个爪的角度，即11.25°(一般步进电动机为2到125个步级)。步进电机式怠速控制机构原理步进电机式怠速控制机构1—怠速控制阀；2—稳压箱；3—节气门体；4—空气流量计旋转电磁阀式怠速控制机构旋转电磁阀装在节气门体上，通过永久磁铁及周围的磁化线圈控制机构来控制阀门的旋转角度，从而改变怠速空气通道的截面积。旋转电磁阀怠速控制机构1—阀；2—双金属带；3—冷却水腔；4—阀体；5—线圈；6—永久磁铁；7—线圈L2；8—轴；9—旁通口；10—固销；11—挡块；12—杆占空比型电磁阀怠速控制机构占空比控制型电磁阀工作时，由ECU确定控制脉冲信号的占空比，磁化线圈中平均电流的大小取决于占空比。占空比越大，磁化线圈中平均电流越大，磁场强度越大，阀门升程越大，旁通道开度越大。占空比控制型电磁阀结构1—弹簧；2—磁化线圈；3—轴；4—阀；5—壳体；6—波纹管；7—传感器；8—进气总管；9—节气门真空电磁阀怠速控制机构ECU根据各种传感器的输入信号控制VSV阀打开和关闭，控制旁通空气量，使发动机保持稳定怠速运转。真空电磁阀怠速控制机构第二节排放控制系统及检修概述汽油机的有害排放包括因混合气燃烧不完全产生的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)，在高温燃烧中产生的氮氧化合物(N0x)。电控汽油机中的排放控制系统主要有：一、三元催化转化器、氧传感器与闭环控制二、废气再循环(EGR)系统三、燃油蒸气排放控制装置一、三元催化转化器、氧传感器与闭环控制1.系统工作原理2.三元催化器结构、原理3.氧传感器结构、原理1.系统工作原理三元催化：三元催化转化器是现代汽车普遍采用排气净化装置，三元催化转化器装在排气管中，能把发动机排出废气中的有害气体转化成无害气体。三元催化剂是铂(或钯)和铑的混合物，它不仅能将HC和CO氧化变成CO2和H2O，而且能促使NOx和CO发生反应转变为CO2和N2，但是只有当空燃比保持稳定时，其转化效率才能得到精确控制。氧传感器与闭环控制：只有当发动机在标准的理论空燃比14．7运转时，三元催化转化器的转化效率最佳，为此必须对空燃比进行精确的控制，在发动机控制系统中普遍采用由氧传感器组成的空燃比反馈控制方式，即闭环控制方式。在三元催化转化器前面的排气歧管或排气管内装有氧传感器，ECU根据氧传感器反馈的空燃比浓稀信号，控制喷油量的增加或减少。2.三元催化器结构、原理三元催化反应器，其外观像一个排气消声器(实际上它也兼起消声器作用)。壳体用耐高温、耐腐蚀的材料制成，内部装有网格状陶瓷催化床。它装在靠近发动机的排气管位置上。催化床内附着铂(或钯)和铑的混合物。铂能促使CO、HC氧化；而铑则能加速NOx的还原。3.氧传感器结构、原理（1）氧化锆氧传感器（2）氧化钛氧传感器氧化锆氧传感器在400℃以上的高温时，若氧化锆内外表面处的气体中的氧的浓度有很大差别，在铂电极之间将会产生电压。当混合气稀时，排气中氧的含量高，传感器元件内外侧氧的浓度差小，氧化锆元件内外侧两极之间产生的电压很低（接近0V），反之，如排气中几乎没有氧，内外侧的之间电压高（约为1V）。在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一个突变。氧化锆氧传感器及其输出特性a）结构b）输出特性1—法兰2—铂电极3—氧化锆管4—铂电极5—加热器6—涂层7—废气8—套管9—大气氧化钛氧传感器主要由二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等组成。当废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；反之，废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小，利用适当的电路对电阻变量进行处理，即转换成电压信号输送给ECU，用来确定实际的空燃比。1—二氧化钛元件2—金属外壳3—陶瓷绝缘体4—接线端子5—陶瓷元件6—导线7—金属保护套二、废气再循环(EGR)系统1.系统工作原理2.废气再循环阀3.废气再循环率的控制1.系统工作原理废气再循环就是在ECU的控制下，根据发动机的不同工况，将一部分废气引入进气管，与新鲜可燃混合气混合后，再进入气缸燃烧，从而降低了燃烧速度和温度，减少了NOx生成量。但是，过度的废气再循环将会影响发动机的正常运行，特别是在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将会明显降低发动机的性能。因此，应选择NOX排放量多的发动机运转范围，根据工况条件的变化自动调节参与再循环的废气量。通常，在低温和全负荷工况中，ECR停止工作。2.废气再循环阀废气再循环阀通过特殊通道使排气歧管连通，其真实管上方的真空度由废气再循环装置系统的真空电磁阀控制。ECU根据转速、空气流量、进气压力以及温度信号，控制真空电磁阀的占空比，从而控制废气再循环的开度来改变废气再循环率。(a)剖面图(b)外形图(c)气流走向废气再循环阀结构3.废气再循环率的控制可变废气再循环率系统1—ECU；2—节气门开关；3—废气再循环管路；4—废气再循环阀；5—定压阀；6—真空控制电磁阀；7—电磁阀真空控制电磁阀(VCM)由废气再循环电磁控制阀和怠速调节电磁阀组成。ECU根据传感器输入信号、点火开关和电源电压等，给废气再循环控制阀提供不同占空比的控制脉冲信号，调节真空调节阀真空管进入的空气量，控制废气再循环阀的真空度，从而改变废气再循环率。三、燃油蒸气排放控制装置活性炭罐蒸发污染控制装置1—油箱盖及真空泄放阀；2—油箱；3—单向阀；4—蒸汽通气管路；5—废气再循环及炭罐控制电磁阀；6—节气门；7—进气歧管；8—真空室；9—排放控制阀；10—定量排放小孔；11—活性炭罐此装置是为了防止油箱内的汽油蒸汽向大气排放产生污染而设置的。油箱中的汽油蒸汽通过单向阀进入炭罐上部，空气从炭罐下部进入清洗活性炭在炭罐右上方，有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀。ECU控制炭罐电磁控制阀的开度，调节排放控制阀上方的真空度，从而控制排放控制阀的开度。当排放控制阀打开时，汽油蒸汽通过排放控制阀吸入进气歧管。第三节进气控制系统及检修一、进气惯性增压控制系统（ACIS）二、动力阀控制系统三、可变气门正时和升程电子控制技术四、巡航和电控节气门系统五、废气涡轮增压控制一、进气惯性增压控制系统（ACIS）(一)系统工作原理(二)改变进气管有效长度的ACIS(三)进气谐波波长可变的ACIS(一)系统工作原理空气在进气管内流动时，具有一定的惯性并且会在进气管内产生一种往复运动的压力波，如果此压力波达到进气门时即开启进气门，则会明显提高进气充量。实验证明，进气管长，压力波也长，可使发动机低、中速区段内的功率增大；进气管短时，压力波也短，可使发动机高转速区段内的功率增大。进气惯性增压控制系统（ACIS）就是在节气门已全开的情况下，利用进气的空气谐振，进一步加大充气量，使低速运转时进气管长，而高速运转时则进气管短。可控的进气谐振近年来发展很快，形式也很多，其工作原理大体上可分为两种。一种是根据发动机转速和负荷的变化情况，自动地改变进气管的有效长度；另一种是可变波长的谐波控制进气系统。（二）改变进气管有效长度的ACIS右图给出了改变进气管有效长度的一种装置。低转速时，ECU使进气控制阀片关闭，进气流经较长的管道；高转速时阀片打开，由于流动阻力的不同，进气会自动地大部分经由阀片直接流入进气歧管，从而使有效长度变短。这种方法可以在高、低转速时均获得高的充量系数，从而提高转矩。(三)进气谐波波长可变的ACIS工作原理:当空气室出口的控制阀关闭时，进气管内的脉动压力波传递长度为空气滤清器到进气门的距离，这一距离较长，适应发动机中、低速工况形成气体动力增压效果。当控制阀打开时，接通真空罐，打开进气增压控制阀。由于大容量空气室的参与，在进气道控制阀处形成气帘，使进气脉动压力只能在空气室出口和进气门之间传播，缩短了压力波的传播距离，以满足发动机高速工况下的气体动力增压要求。二、动力阀控制系统工作原理某些发动机进气管上除安装节气门调节进气量外，还安装动力阀控制系统，它能根据发动机的不同负荷改变进气量，从而改变发动机的动力性能。真空控制的动力阀装在进气管上，控制进气管空气通道的大小。当发动机小负荷运转时，ECU控制真空电磁阀关闭，动力阀也关闭，进气通道变小，发动机输出较小功率；当发动机负荷增大，ECU根据转速、温度、空气量等信号接通真空电磁阀，真空管内的真空度提高而将动力阀打开，进气通道变大，发动机输出较大功率。(a)打开(b)关闭动力阀控制系统1—真空室；2—真空电磁阀；3—ECU(ECCS)；4—单向阀；5—动力阀三、可变气门正时和升程电子控制系统(VTEC)(一)概述(二)VTEC机构的组成(三)VTEC机构结构和工作原理(四)VTEC系统的控制概述汽油发动机要达到良好的动力性、燃油经济性和排放性能，首先必须控制合适的汽油与空气的混合比例。在怠速、中低速、中小负荷、高速大负荷时，对混合气浓度的要求相同，普通进气机构的发动机其配气相位和气门升程都是固定的，发动机在中低速时，主要考虑省油和改善排放,但这时进气量偏大；高速时，动力性是主要的，需多供给汽油，但供给的汽油又受到进气量的限制而不能太多，这时进气量偏少,传统的发动机由于受进气量的限制，动力性、经济性以及排放性的潜力均未发挥完全，随着轿车汽油机的高速化和废气排放法的日趋严格，配气机构固定不变的缺点变得越来越突出。为此，可变气门机构（简称VTEC）作为内燃设计的新技术迅速发展。(二)VTEC机构的组成本田汽车公司VTEC，它可以使发动机在