第五章 汽油机辅助电控系统

第五章发动机辅助电控系统

第一节怠速控制（ISC）

怠速转速过高，会增加燃油消耗量。因此，怠速转速应尽可能低。但考虑到减少有害物的排放，怠速转速又不能过低。另外，考虑所有怠速使用条件下，如冷车运转与电器负荷、空调装置、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况，它们都会引起怠速转速的变化，使发动机怠速不稳甚至会引起熄火现象。

怠速时，节气门处于关闭状态，空气通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通道进入发动机，由空气流量计（或进气歧管压力传感器）检测该进气量，并根据转速及其它修正信号控制喷油量，使转矩与发动机本身内部阻力矩相平衡，保证发动机在怠速下稳定运转。当发动机的内部阻力矩发生变化时，怠速运转转速将会发生变化。发动机怠速控制装置的功能就是自动维持发动机怠速稳定运转。

怠速控制（ISC）是通过调节空气通道面积以控制进气流量的方法来实现的。一、怠速控制系统的功能与组成功能：用高怠速实现发动机起动后的快速暖机过程；自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转。组成：传感器、ECU、和执行元件（一）怠速控制系统组件和功能

（二）怠速控制方法和原理怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。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进气管进气管节气门空气执行元件怠速控制原理

ECU根据从各传感器的输入信号所决定的目标转速与发动机的实际转速进行比较，根据比较得出的差值，确定相当于目标转速的控制量，去驱动控制空气量的执行机构，使怠速转速保持在目标转速附近。（三）怠速控制执行机构

1．节气门直动式

节气门直动式怠速控制装置是通过控制节气门开启程度，调节空气流通的面积，达到控制进气量，实现怠速控制的

1、节气门直动式怠速控制器组成：直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等大众车节气门直动式怠速控制器大众车节气门直动式怠速控制器电路图2．旁通空气式（1）步进电动机式为了控制发动机怠速运转的速度，根据来自发动机ECU的信号，怠速控制阀增加或减少流过节气门旁通通道的空气量。（2）占空比控制型（ACV）由发动机ECU信号控制的电流通过占空比控制阀，线圈被励磁，怠速控制阀移动。这就改变了阀与阀体之间的间隙，从而控制怠速的转速。占空比控制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ISCV旋转电磁阀式怠速控制阀在实际运行时，ECU将检测到的怠速转速实际值与贮存的设定目标值相比较，并随时校正送至怠速控制阀的驱动信号，以实现稳定的怠速运行。（3）旋转电磁阀式丰田车旋转电磁阀型ISCV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速控制阀工作原理旋转电磁阀型怠速控制阀电路及其检修断开线束插头，点火开关ON，但不起动发动机。测量电源端子+B与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压。断开线束插头，在控制阀侧测量端子+B与端子RSC及RSO之间的电阻值，正常值应为18.8～22.8Ω。发动机达正常工作温度，变速器空挡。发动机怠速运转，短接TE1与E1端子，发动机转速为1000～1200r/min，5s后转速应下降约200r/min。由发动机ECU信号控制的电流通过线圈,使线圈励磁，线圈将阀打开，从而增加怠速约100r/min（快怠速转速由其它空气阀控制）。（4）开关控制型（VSV）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ISCV二、怠速控制过程

1、步进电机型怠速控制阀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。线圈通电一次，转子转动一次的角度称为步进角。步进电机型ISCV构造及工作原理控制阀的结构与工作原理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实际的步进电机不只4个定子，而是有很多。下图中的步进电机转子每转一步一般为1/32圈。步进电机的工作范围为0～125个步进级。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3.0轿车步进电机型ISCV电路步进电机型怠速控制阀的检修拆下控制阀线束连接器，检测B1和B2与搭铁间的电压，为蓄电池电压；熄火后，2～3s内在怠速控制阀附近应能听到内部发出的“嗡嗡”响声；B1与S1和S3、B2与S2和S4之间的电阻，应为10～30Ω。蓄电池正极接B1和B2端子，负极按顺序依次接通S1—S2—S3—S4端子，控制阀应向外伸出；若负极按反方向接通S4—S3—S2—S1端子，则控制阀应向内缩回。S1-S2-S3-S4顺序S4-S3-S2-S1顺序2、怠速控制阀的控制内容控制内容：起动初始位置的设定起动控制暖机控制怠速稳定控制怠速预测控制电器负荷增多时的怠速控制学习控制怠速控制阀的控制内容1）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2～3s，ECU控制步进电机ISCV全部打开，以利于下次起动。2）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。3）暖机控制：又称为快怠速控制。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。4）怠速稳定控制：ECU将接受道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。怠速控制阀的控制内容5)怠速提速控制：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（带动力转向的车）；电器负荷增大（如开大灯，风窗加热器，尾灯等）；挂前进档（自动变速器汽车）。6)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。第二节排放控制

汽车发动机作为一个大气污染源，应该采取各种有效措施予以治理和改造。现代汽车采取了多种排放控制措施来减少汽车的排气污染，如三元催化转换、废气再循环（EGR）、活性碳罐蒸发控制系统等。一、闭环控制在发动机开环控制过程中，ECU只是根据转速、进气量、进气压力、冷却液温度等信号确定喷油量，即控制混合气空燃比。由于三元催化转换装置的特性是空燃比附近的转换效率较高，因此必须将空燃比比较精确地控制在14.7：1附近。1、三元催化与空燃比反馈系统三元催化转换器TWC三元催化转换器也称为触媒转换器，简称触媒。1）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。2）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。3）影响TWC转换效率的因素影响最大的是混合气的浓度和排气温度。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。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。装用TWC后，发动机的排气温度须在300℃～815℃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。2、氧传感器

OxygenSensor

(O2S)【功用】检测排气中的氧浓度，向ECU输送空燃比信号。【分类】氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种。【别名】λ传感器氧化锆式氧传感器氧传感器FLASH动画氧传感器影片氧化钛式氧传感器组成：二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等。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氧传感器电路两个热型氧传感器两个普通型氧传感器氧传感器外部接线：单线：信号线、外壳接地双线：信号线、接地线三线：电源、加热、信号（外壳接地）四线：电源、加热、信号、接地丰田LS400轿车氧传感器控制电路在带氧传感器的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，此时仍采用开环控制方式。改变短改变长喷油器加长

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发动机进气排气压缩膨胀EFI系统的闭环控制过程闭环控制系统影片3、TWC及氧传感器的检修使用注意事项禁用含铅汽油，防止催化剂失效；三元催化转换器固定不牢或汽车在不平路面上行驶时的颠簸，容易导致转换器中的催化剂截体损坏；装用蜂巢型转换器的汽车，一般汽车每行驶80000km应更换转换器心体。装用颗粒型转换器的汽车，其颗粒形催化剂的重量低于规定值时，应全部更换。热型氧传感器加热器的检查对热型氧传感器，测量其加热器线圈电阻。如凌志LS400轿车氧传感器加热器线圈，在20℃时电阻为5.1～6.3Ω。氧传感器信号检查连接好氧传感器线束连接器，使发动机以较高转速运转，直到氧传感器工作温度达到400℃以上时再维持怠速运转。反复踩动加速踏板，并测量氧传感器输出信号电压，加速时应输出高电压信号（0.75～0.90V），减速时应输出低电压信号（0.10～0.40V）。若不符合上述要求，应更换氧传感器。二、废气再循环控制（EGR）废气再循环简称为EGR（ExhaustGasRecirculation）系统，是目前用于降低NOX排放的一种有效措施。它是将一部分排气引入进气管与新混合气混合后进入气缸燃烧，从而实现再循环，并对送入进气系统的排气进行最佳的控制。EGR系统净化NOx的基本原理是：排气中的主要成分是CO2、H2O和N2等，这三种气体的热容量较高。当新混合气和部分排气混合后，热容量也随之增大。在进行相同发热量的燃烧时，与不混合时相比，可使燃烧温度下降，这样就抑制NOX生成，因为NOx主要是在高温富氧的条件下生成的。但是过度的废气再循环，使混合气的着火性能和发动机输出功率下降，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。因此应根据发动机结构、工况及工作条件的变化自动调整参与再循环的废气量，并选择NOx排放量多的发动机运转范围，进行适量的EGR控制。通常，EGR的控制指标采用EGR率表示，其定义如下EGR率=[EGR气体流量/（吸入空气量+EGR气体流量）]×100%

在发动机工作时，ECU根据各传感器，如曲轴位置传感器、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、点火开关等送来的信号，确定发动机目前在哪一种工况下工作，以输出指令，控制废气再循环电磁阀打开或关闭，从而控制废气再循环控制阀打开或关闭，使废气再循环进行或停止。可变EGR率废气再循环控制的工作原理是：根据发动机台架试验确定的EGR率与发动机转速、进气量的对应关系，将有关数据存入发动机ECU内的ROM中。发动机工作时，ECU根据各种传感器送来的信号，确定发动机在哪一种工况工作，经过查表和计算修正、输出适当的指令，控制电磁阀的开度，以调节废气再循环的EGR率新鲜空气经节气门进入稳压箱，发动机排气中的一部分（还流废气）经控制阀进入稳压箱，稳压箱中设置有EGR率传感器，它对稳压箱中新鲜空气与废气所形成的混合气中的氧气浓度不断地进行检测，并将检测结果输入ECU。ECU经过分析计算后向控制阀输出控制信息，不断地调整EGR率，使废气再循环的EGR率时刻在ECU的控制下保持在理想状态，从而有效地减少NOX的排放量。NOX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NOX量主要与气缸内的最高温度有关，气缸内最高温度越高，排出的NOX量越多。EGR控制系统的功能：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NOX的排放量。为了保证发动机正常工作和性能不受过多影响，必须根据发动机工况的变化，控制废气再循环量。EGR率＝EGR量／（吸入空气量＋EGR量）×100％类型：开环控制EGR系统和闭环控制EGR系统。2、废气再循环(EGR)控制系统EGR控制系统影片由负荷控制的EGR系统由水温和负荷控制的EGR系统不采用ECU控制的开环EGR系统控制方式：ECU→EGR电磁阀→真空→EGR阀→部分废气进入进气歧管ECU控制的开环控制EGR系统组成：EGR阀、EGR电磁阀等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。ECU控制的开环控制EGR系统工作过程用EGR阀开度作为反馈信号

EGR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。EGR控制系统的检修一般检查怠速时，拆下EGR阀上的真空软管，发动机转速应无变化，用手触试真空管口应无吸力；转速达2500r/min以上，同样拆下此真空软管，发动机转速应明显升高（中断了废气再循环）。EGR电磁阀的检查测量电阻值，应为33～39Ω。不通电时，从通进气管侧接头吹入空气应畅通，从通大气的滤网处吹入空气应不通。通电时，与上述刚好相反。EGR阀的检查给EGR阀施加15kPa的真空，EGR阀应能开启；不施加真空时，EGR阀应能完全关闭。三、二次空气吸入（AS）和二次空气喷射（AI）当ECU起动时，VSV将进气歧管负压引入ASV膜片室，使空气泵排出的空气，经过单向阀喷入气缸盖的排气孔。如果供应VSV的电流停止，大气压状态下的空气就进入ASV的膜片室，通往二次空气喷射排气孔的通道关闭，于是排出的空气推压ASV内的弹簧，从消声器排出车外。二次空气供给系统作用：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。二次空气供给系统不工作的条件：EFI进入闭环控制；水温超过规定；发动机转速和负荷超过规定；ECU发现有故障。控制方式：ECU→二次空气电磁控制阀VSV→真空→二次空气控制阀→新鲜空气二次空气供给系统影片二次空气供给系统的检修低温起动发动机后，拆下空气滤清器盖，应听到舌簧阀发出的“嗡、嗡”声。拆下二次空气供给软管，用手指盖住软管口检查，发动机温度在18～63℃范围内怠速运转时，有真空吸力；温度在63℃以上，起动后70s内应有真空吸力，起动70s后应无真空吸力；发动机转速从4000r/min急减速时，应有真空吸力。拆下二次空气阀，从空气滤清器侧软管接头吹入空气应不漏气。电磁阀的检查，阻值应为36～44Ω。四、活性