第11-12章 怠速及排放控制系统

1、河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术1制作：吴延峰第十一章 怠速控制系统 Idle Speed Control Systemu本章主要内容： 怠速控制系统的作用 怠速控制系统的结构与原理 怠速控制器 怠速控制阀河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术2制作：吴延峰1、怠速控制系统的功能与组成 功能：功能：用高怠速实现发动机起动后的快速暖机快速暖机过程；自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转；稳定运转；根据发动机的状态根据发动机的状态自动调整怠速自动调整怠速。 组成：组成：传感器、ECU、和执行元件河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术3制作：吴延峰怠速控制系统控制内容u怠速稳定控制u高怠速运行

2、控制 发动机负荷高怠速控制 转速变化预见性高怠速控制u其他怠速控制 初始值的设定 起动时怠速控制 碳罐电磁阀工作时怠速控制 怠速偏离修正河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术4制作：吴延峰怠速稳定控制怠速稳定控制uECU将接受到的转速信号与确定的目标转速进行比较，其差值超过一定值时，ECU通过步进电机控制怠速控制阀以调节空气进气量。又称为反馈控制。u暖机时，ECU根据水温的高低控制怠速控制阀的开度。随着水温上升，怠速控制阀开度逐渐减小。河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术5制作：吴延峰高怠速控制高怠速控制u在怠速时，出现以下情况，ECU控制步进电机将怠速提升。 开空调； 转方向盘（带动力转向

3、的车）； 电器负荷增大（如开大灯，风窗加热器等）； 挂前进档（自动变速器汽车）。河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术6制作：吴延峰其他控制其他控制u起动初始位置的设定：起动初始位置的设定：关闭点火开关发动机熄火后，电子控制单元ECU的M-REL端子向主继电器延续供电23s，ECU控制步进电机ISCV全部打开，以利于下次起动。u起动控制：起动控制：起动时，ISCV全开，起动顺利。起动后，ECU根据水温的高低控制步进电机，调节控制阀的开度。u自学习控制：自学习控制：由于磨损等原因，怠速控制阀的位置相同时，其实际的怠速转速和设定的目标转速略有不同，此时ECU利用反馈控制使怠速转速回到目标转速，同时

4、将此时的步进电机步数存入ROM中（ECU中有一小电路不断电），以便在以后的怠速控制过程中使用。河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术7制作：吴延峰怠速控制方法怠速控制方法u 怠速控制的实质怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。u 控制怠速进气量的方法：控制怠速进气量的方法： 节气门直动式和旁通空气式 节气门直动式节气门直动式通过执行元件改变节气门的最小开度来控制怠速进气量。旁通空气式旁通空气式通过执行元件控制怠速旁通气道的空气量来控制怠速进气量。节气门直动式节气门直动式旁通空气式旁通空气式节气门节气门操纵臂油门踏板钢丝绳执行元件空气节气门空气执行元件河南科技大学车动学院汽车电器与电控

5、技术8制作：吴延峰2、节气门直动式怠速控制器河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术9制作：吴延峰2、节气门直动式怠速控制器u组成：直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术10制作：吴延峰大众车节气门直动式怠速控制器河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术11制作：吴延峰3、步进电机型怠速控制阀怠速控制阀影片河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术12制作：吴延峰步进电机的转子是用永久磁铁制成的8对磁极。定子由A、B两个定子组成，每个定子由两个带有16个(8对)爪极的铁心按上下交错的1、3相绕组和2、4相绕组构成。步进电机的结构与原理河南科技大学车动学院汽车

6、电器与电控技术13制作：吴延峰河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术14制作：吴延峰3、步进电机型怠速控制阀u ECU控制S1通电，转子顺时针转动90度；ECU继续给S2通电，转子再顺时针转动90度；依此类推。当ECU按照S4、S3、S2、S1的顺序通电时，转子逆时针转动。u 线圈通电一次，转子转动一次的角度称为步进角步进角。步进电机型步进电机型ISCV构造及工作原理构造及工作原理步进电机的结构与工作原理河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术15制作：吴延峰转子定子线圈至进气管自空气滤清器阀轴阀丰田车步进电机型怠速控制阀u 实际的步进电机不只4个定子，而是有很多。u 下图中的步进电机转子每转一

7、步一般为1/32圈。步进电机的工作范围为0125个步进级。河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术16制作：吴延峰步进电机型怠速控制阀电路蓄电池EFI主继电器ISC阀发动机ECU丰田皇冠丰田皇冠3.0轿车步进电机型轿车步进电机型ISCV电路电路河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术17制作：吴延峰丰田车旋转电磁阀型丰田车旋转电磁阀型ISCV4、旋转电磁阀型怠速控制阀u旋转电磁阀型怠速控制阀结构自空气滤清器双金属片阀体自空气滤清器阀阀线圈永久磁铁至进气总管至进气总管河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术18制作：吴延峰占空比占空比：脉冲信号的通电时间与通电周期的比值。AB一个周期通断旋转电磁阀型怠

8、速控制阀工作原理%100 BAA占空比河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术19制作：吴延峰旋转电磁阀型怠速控制阀电路河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术20制作：吴延峰5、开度电磁阀型怠速控制阀自空气滤清器至进气管电磁线圈阀门丰田车占空比控制电磁阀型丰田车占空比控制电磁阀型ISCV占空比信号线圈平均电流阀开度河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术21制作：吴延峰6、开关型怠速控制阀自空气滤清器至进气管电磁线圈阀门丰田车开关型丰田车开关型ISCV河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术22制作：吴延峰第十二章 排放控制系统主要内容：主要内容：汽车排放污染物及其控制汽车排放污染物及其控制燃油蒸发

9、控制系统燃油蒸发控制系统废气再循环控制系统废气再循环控制系统三元催化转化三元催化转化二次空气供给系统二次空气供给系统河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术23制作：吴延峰12.1 概 述一、汽车排放的形成及危害 汽油机的主要污染物：一氧化碳一氧化碳CO、碳氢化合物、碳氢化合物HC、氮氧化合物、氮氧化合物NOX 汽车排放污染来源：发动机排出的废气（约占发动机排出的废气（约占65以上）以上）曲轴箱窜气（约占曲轴箱窜气（约占20）燃料供给系统中蒸发的燃油蒸汽（约占燃料供给系统中蒸发的燃油蒸汽（约占1020）河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术24制作：吴延峰二、汽车排放控制系统 机内净化废气再循环

10、系统（废气再循环系统（EGR）空燃比反馈控制系统空燃比反馈控制系统 机外净化三元催化转换器（三元催化转换器（TWC）二次空气供给系统二次空气供给系统热空气供给系统热空气供给系统 污染源封闭循环净化汽油蒸汽排放控制系统（汽油蒸汽排放控制系统（EVAP）曲轴箱强制通风系统（曲轴箱强制通风系统（PCV）河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术25制作：吴延峰#6-4河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术26制作：吴延峰NOX是空气中的氮气与氧气在高温、高压条件下形成的，是空气中的氮气与氧气在高温、高压条件下形成的，发动机排出的发动机排出的NOX量主要与气缸内的最高温度有关，气量主要与气缸内的最高温度有

11、关，气缸内最高温度越高，排出的缸内最高温度越高，排出的NOX量越多。量越多。EGR控制系统的功能：控制系统的功能：将适量的废气引入气缸内参加将适量的废气引入气缸内参加燃烧，从而降低气缸内的最高温度，以减少燃烧，从而降低气缸内的最高温度，以减少NOX的排放的排放量。为了保证发动机正常工作和性能不受过多影响，必量。为了保证发动机正常工作和性能不受过多影响，必须根据发动机工况的变化，控制废气再循环量。须根据发动机工况的变化，控制废气再循环量。EGR率率EGR量量（吸入空气量吸入空气量EGR量量）100类型：开环控制类型：开环控制EGR系统系统和和闭环控制闭环控制EGR系统系统。12.2 废气再循环(

12、EGR)控制系统EGR控制系统影片河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术27制作：吴延峰河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术28制作：吴延峰u通常将EGR率控制在10%20%范围内较合适。 怠速和低负荷时，NOx排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行EGR。 只有热态下进行EGR。发动机温度低时，NOx排放浓度也较低，为了保证正常燃烧，冷机时不进EGR。 大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时混合气较浓，NOx排放生成物较少，可不进行EGR或减少EGR率。EGR工作范围河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术29制作：吴延峰电控EGR系统原理河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术30

13、制作：吴延峰日产EGR系统河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术31制作：吴延峰河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术32制作：吴延峰由负荷控制的由负荷控制的EGR系统系统由水温和负荷控制的由水温和负荷控制的EGR系统系统机械控制式EGR河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术33制作：吴延峰控制方式：控制方式：ECUEGR电磁阀电磁阀真空真空EGR阀阀部分废气进入进气歧管部分废气进入进气歧管ECU控制的开环控制EGR系统u 组成：组成：EGR阀、EGR电磁阀等u ECU根据发动机冷却液温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制EGR电磁阀的通电或断电。河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术34制

14、作：吴延峰ECU控制的开环控制EGR系统工作过程河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术35制作：吴延峰用用EGR阀开阀开度作为反馈度作为反馈信号信号 EGR阀开度传感器阀开度传感器工作原理与电位计式节气门位置传感器相同闭环控制EGR系统u 检测实际的EGR率或EGR阀开度作为反馈控制信号来控制EGR系统，这种控制精度更高。河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术36制作：吴延峰EGR阀河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术37制作：吴延峰EGR阀河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术38制作：吴延峰EGR电磁阀河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术39制作：吴延峰河南科技大学车动学院汽车电器与电

15、控技术40制作：吴延峰12.3、三元催化与空燃比反馈系统u三元催化转换器TWCu 三元催化转换器也称为触媒转换器，简称触媒。u 功能：功能：利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体CO、HC和NOX变成无害气体。u 构造：构造：安装在排气消声器前面，由转换芯子和外壳等构成。转换芯子常用蜂窝状陶瓷作为承载催化剂的载体，在陶瓷载 体上浸渍铂（或钯）与 铑贵重金属的混合物作 为催化剂催化剂。TWC影片河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术41制作：吴延峰TWC原理#6-11河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术42制作：吴延峰影响影响TWC转换效率的因素转换效率的因素u 影响最大的是混

16、合气的浓度和排气温度。u 只有在标准混合气附近，对废气中的有害气体CO、HC和NOX的转换效率才最佳。u 在装用TWC的汽车，一般装用氧传感器检测废气中的氧浓度，并将此信号送给ECU后，对空燃比进行反馈闭环控制。u 装用TWC后，发动机的排气温度须在300815之间。低于300，氧传感器将不能产生正确信号，因此部分氧传感器内有加热线圈；高于815，TWC转换效率下降。河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术43制作：吴延峰氧传感器 Oxygen Sensor ( (O2S) )u 【功用】【功用】检测排气中的氧浓度，向ECU输送空燃比信号。u 【分类】【分类】氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO

17、2）式两种。u 【别名】【别名】传感器氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器氧传感器FLASH动画氧传感器影片河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术44制作：吴延峰氧化钛式氧传感器氧化钛式氧传感器 组成：组成：二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等。 原理：原理： 废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大； 废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小。二氧化钛元件金属外壳陶瓷绝缘体接线端子陶瓷元件导线金属保护套河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术45制作：吴延峰在带氧传感器的EFI系统中，并不是所有工况都进行闭环控制。在起动、怠速、暖机、加速、全负荷、加速断油等工况下，发动机不可能以理论空燃比工作，

18、此时仍采用开环控制方式。改变短改变长喷油器喷油器加长 缩短 决定基本喷射时间判定为空燃比稀判定为空燃比浓ECU浓稀电动势大电动势小氧浓度增加 氧浓度减少O2S发动机发动机进气进气排气排气压缩压缩膨胀膨胀EFI系统的闭环控制过程闭环控制系统影片河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术46制作：吴延峰12.4、二次空气供给系统u 作用：作用：在一定工况下，将新鲜空气送入排气管，促使废气中的CO和HC进一步氧化，从而降低CO和HC的排放量；同时增加TWC的升温。u 二次空气供给系统不工作的条件：二次空气供给系统不工作的条件：lEFI进入闭环控制；l水温超过规定；l发动机转速和负荷超过规定；lECU发现

19、有故障。u控制方式：控制方式：ECU二次空气电磁控制二次空气电磁控制阀阀VSV 真空真空二次空气控制阀二次空气控制阀新新鲜空气鲜空气河南科技大学车动学院汽车电器与电控技术47制作：吴延峰12.5 汽油蒸发排放(EVAP)控制系统功能：功能：收集燃油箱和浮子室（化油器式汽油机）内蒸发的汽油蒸汽，并将汽油蒸汽导入气缸参加燃烧，从而防止汽油蒸汽直接排入大气而造成污染。同时，还必须根据发动机工况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸汽量。为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的HC和节约燃料。 河南科技大学车动学院汽车电器与电控