第八章发动机综合控制系统-第三～六节

《汽车电器与电子技术》

第八章发动机综合控制系统天津科技大学机械工程学院汽车系谈炳发2/5/20231第八章发动机综合控制系统概述第一节电控汽油喷射系统的分类第二节发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理第三节发动机怠速控制第四节发动机排放控制第五节燃油喷射系统实例第六节气体燃料发动机简介2/5/20232

概述

一、怠速控制系统组成

二、怠速控制执行机构及控制方法

第三节发动机怠速控制2/5/20233概述怠速控制(ISC)是通过调节空气通路面积以控制空气流量的方法来实现的。当空调及电器负荷、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况都会引起怠速转速变化。2/5/20234一、怠速控制系统组成2/5/20235二、怠速控制执行机构及控制方法怠速控制的实质是对怠速进气量进行控制，获得适宜的空燃比，使发动机在不同的怠速工况时都在最佳的转速下稳定运转。控制方式有两种：

1.节气门直动式——控制节气门最小开度2.旁通空气式——控制节气门旁通通路2/5/202361.节气门直动式控制ECU根据输入信号确定目标怠速转速，发出指令调节节气门的偏转量，控制空气的流通面积，使进气量与目标怠速转速相适应。2/5/20237怠速控制阀的结构形式有：（1）真空控制式（2）步进电动机式（3）旋转电磁阀式（4）占空比控制式（5）开关控制式2.旁通空气式怠速控制执行机构2/5/20238（1）真空控制式真空控制阀脉冲信号的占空比决定开度，控制真空度。日本早期生产的汽车，常采用真空控制方式。怠速空气阀膜片室真空大（负压大），膜片上移，阀门开度小，反之增大。2/5/20239（2）步进电动机式控制项目：1）起动初始位置确定2）起动控制3）暖机控制4）反馈控制5）负荷变化预控制6）电器负载增大时怠速7）学习控制步进电机的转子正转或反转，使阀心移动，调节旁通空气道截面。2/5/202310步进电动机式控制项目1）起动初始位置确定

点火开关OFF时，继续供电，使阀门处于全开位置，以便下次起动。2）起动控制起动后保持全开位置，当转速达到规定值时，将阀门逐步关小与冷却液温度对应。3）暖机控制暖机时怠速阀逐渐关小，冷却液温度70℃时暖机结束。4）反馈控制

ECU将发动机实际转速与存储的转速比较进行控制。5）负荷变化预控制

如怠速时接通或断开空调开关等，在转速出现变化前，阀门开大或关小一个固定值。6）电器负载增大时怠速

为防止电压下降，开大阀门提高怠速转速。7）学习控制

ECU控制步进电机的转动步数，当发动机性能改变而出现转速变化时，ECU会将转速达到目标值，同时存储起来，以后使用。2/5/202311（3）旋转电磁阀式在整个怠速范围内，ECU通过占空比（0~100%）对怠速转速进行反馈控制；空调工作时，怠速转速通过怠速升高机构单独控制。控制项目与步进电机式基本相同。2/5/202312（4）占空比控制式占空比是ECU输出的控制信号在一个周期内，通电时间与通电周期的比值。占空比大，在一个周期内线圈通电时间长，阀门开度大，空气流量大。2/5/202313（5）开关控制式ECU根据有关的开关信号，使怠速控制阀开或关，调节怠速转速。如下列情况，怠速控制阀由关断转为接通：1）怠速触点接通，发动机转速低于一预定转速时；2）怠速触点接通，从“P”或“N”位换至其它任何位后的几秒钟；3）尾灯开关接通；4）后窗除雾器开关接通。2/5/202314一、三元催化转化器、氧传感器与闭环控制

二、废气再循环控制

三、活性炭罐蒸发污染控制

第四节发动机排放控制围绕汽车技术发展的三大研究课题是：

“节能、减排、安全性”2/5/2023151.三元催化转化器

安装在排气消声器前，由铂（或钯）和铑的混合物作为催化剂，促使HC、CO和NOX发生氧化和还原反应，变成无害气体。采用闭环控制。一、三元催化转化器、氧传感器与闭环控制2/5/2023162.氧传感器安装在三元催化转化器前面的排气管内，用来检测排气中的氧含量，向ECU反馈电压信号，确定实际空燃比的浓、稀，控制喷油量的增减。氧传感器有氧化锆（浓度型）式和

氧化钛（电阻型）式两种。2/5/202317（1）氧化锆式传感器内侧接大气外侧是废气

在400℃以上的高温时，当氧化锆内表面气体中氧的浓度与外表面排气中氧的浓度有差别时，则在氧化锆元件内外侧两铂电极之间产生电压。1）结构与原理2/5/202318

2）输出电压特性混合气稀时，排气中氧含量高，内外两侧氧浓度差小，电极间产生电压很低。反之，混合气浓时，排气中氧含量低，内外两侧氧浓度差别很大，电极间产生的电压很高。在理论空燃比附近有突变。（1）氧化锆式传感器2/5/2023193）工作条件氧化锆传感器输出电压信号的强弱与工作温度有关，只有在400℃以上温度时才能正常工作，在600℃左右时输出信号最明显，故常用加热方法保证工作温度。（1）氧化锆式传感器2/5/202320（2）氧化钛式氧传感器因其电阻随温度变化大，所以在300℃~900℃的排气温度中连续使用时必须作温度补偿。在电路中设有温度修正回路。与空燃比相对应的传感器电阻值的变化，以理论空燃比为界，电阻值产生跃变。与氧化锆式相比，结构简单，造价低，抗污力强，可靠耐用。内装加热器，可使其在高温下检测特性比较稳定。2/5/2023213.空燃比的反馈控制过程ECU将氧传感器的信号电压与基准电压进行比较，判断混合气的浓度，对空燃比进行反馈控制。2/5/202322空燃比的非反馈控制工况发动机起动时起动后加浓修正时暖机加浓修正时节气门全开、大负荷高转速时加减速燃油量修正时燃油停供时氧传感器的空燃比过浓、过释信号持续时间大于规定值时氧传感器温度未达到工作温度或氧传感器失效、线路故障2/5/202323二、废气再循环控制废气再循环（EGR）是在发动机工作过程中，将一部分废气引入进气管，与新鲜空气（或混合气）混合进入燃烧室燃烧。目的是降低最高燃烧温度，减少NOX的生成量。废气再循环的控制指标用EGR率表示。一般为6%~13%。EGR量EGR率=—————————吸入空气量+EGR量

由EGR阀控制×100%2/5/2023241.EGR阀结构与工作原理以真空度间接控制EGR阀的开度，控制EGR率。接真空2/5/2023252.普通电子式EGR控制日产NISSAN车VG30型发动机所用的电子式废气再循环控制系统。2/5/2023263.可变EGR率控制ECU根据EGR率与发动机转速、进气量的对应关系，控制真空调节阀（VCM），调节EGR控制阀的开度，改变EGR率。2/5/202327三、活性炭罐蒸发污染控制由ECU控制的活性炭罐蒸发污染控制装置，防止燃油箱向大气排放燃油蒸气而产生污染。2/5/202328第五节燃油喷射系统实例广州本田雅阁2.3LVTi轿车装用F23A3发动机D型多点顺序喷射系统，(Programmed-fuelInjection)简称PGM-FI电控系统，包括发动机控制模块（ECM）动力系统控制模块（PCM）

实现对发动机和自动变速器的控制。

1.系统控制功能

2.系统的组成

3.系统工作情况2/5/2023291.系统控制功能1.汽油多点顺序喷射及空燃比闭环控制；2.点火控制及爆燃控制；3.怠速控制；4.空调控制；5.燃油蒸发排放（EVAP）控制及废气再循环（EGR）控制；6.可变配气正时及气门升程控制（VIEC）；7.故障自诊断；8.失效保护与备用功能。2/5/2023302.系统的组成(1)传感器

进气支管压力传感器上止点位置及曲轴位置传感器判缸传感器节气门位置传感器冷却液温度传感器进气温度传感器EGR阀升程传感器氧传感器爆燃传感器2/5/202331(2)执行器喷油器点火模块怠速控制阀活性炭罐控制阀EGR阀燃油泵继电器空调继电器自动变速器换挡电磁阀和控制阀2.系统的组成2/5/202332(3)电控单元发动机控制模块（ECM）动力系统控制模块（PCM）2.系统的组成2/5/2023333.系统工作情况（1）燃油喷射系统

燃油喷射正时与喷油持续时间的控制闭环控制燃油泵控制减速断油及限速断油控制2/5/202334（2）怠速控制系统

采用节气门旁通气道控制方式怠速控制阀采用旋转电磁阀型除受PCM控制外，还受发动机冷却液温度控制3.系统工作情况2/5/202335（3）废气再循环（EGR）系统

由EGR阀、EGR真空控制电磁阀、EGR升程传感器等组成。3.系统工作情况2/5/202336（4）燃油蒸发排放（EVAP）控制系统

有活性炭罐、EVAP阀、EVAP双通阀、EVAP排放控制膜片阀、EVAP排放控制电磁阀等3.系统工作情况2/5/202337（5）故障自诊断功能

可监测、存储、显示系统的故障，当判定系统有故障时，点亮仪表板上的故障指示灯，并以故障码的形式储存于ECM/PCM中。3.系统工作情况2/5/202338一、两用燃料发动机

二、单燃料发动机

三、双燃料发动机

第六节气体燃料发动机简介气体燃料：压缩天燃气（CNG）液化石油气（LPG）2/5/202339

一、两用燃料发动机在原汽油机的基础上，保留原汽油供给系统，再加一套气体燃料供给系统。发动机工作时只用其中的一种。2/5/202340

二、单燃料发动机