汽油机辅助电控系统课件

第四章汽油机辅助电控系统第一节怠速控制系统第二节排放控制系统第三节进气控制系统第四节巡航控制系统与电控节气门第五节故障自诊断系统第六节失效保护与备用系统第一节怠速控制系统一、怠速控制系统的功能与组成二、节气门直动式怠速控制器三、步进电动机型怠速控制阀四、旋转电磁阀型怠速控制阀五、占空比控制电磁阀型怠速控制阀六、开关型怠速控制阀一、怠速控制系统的组成与功能1、怠速控制系统的功能：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。2、怠速控制系统的组成：如图，主要由传感器、ECU、和执行元件三部分组成。1、冷却液温度信号2、A/C开关信号3、空挡位置开关信号4、转速信号5、节气门位置信号6、车速信号7、执行元件３、怠速控制方法

怠速控制也就是对怠速工况下的进气量进行控制。控制基本类型有节气门直动式和旁通空气式。如右图：1、节气门2、进气管3、节气门操纵臂4、执行元件5、怠速空气道A）节气门直动式b）旁通空气式二、节气门直动式怠速控制器１、

结构：如图，主要由直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等组成。1、节气门操纵臂2、怠速控制器3、节气门体4、喷油器5、燃油压力调节器6、节气门7、防转六角孔8、弹簧9、直流电动机10、11、13、齿轮12、传动轴14、丝杠２、原理当直流电动机通电转动时，经减速齿轮机构减速增扭后，再由丝杠机构将其旋转运动转换为传动轴的直线运动。传动轴顶靠在节气门最小开度限制器上，发动机怠速运转时，ECU根据各传感器的信号，控制直流电动机的正反转和转动量，以改变节气门最小开度限制器的位置，从而控制节气门的最小开度，实现对怠速进气量进行控制的目的。三、步进电动机型怠速控制阀１、结构

步进电机主要由转子（８对磁极）和定子（两对）组成，丝杠机构将步进电机的旋转运动转变为直线运动，使阀心作轴向移动,改变阀心与阀座之间的间隙。安装在节气门上。ａ）1、控制阀2、前轴爪3、后轴承4、密封圈5、丝杠机构7、定子6、线束连接器8、转子ｂ）1、2—线圈3—爪极4．6—定子5—转子２、工作原理当ECU控制使步进电机的线圈按1-2-3-4顺序依次搭铁时，定子磁场瞬时针转动，由于与转子磁场间的相互作用，使转子随定子磁场同步转动。同理，步进电动机的线圈按相反的顺序通电时，转子则随定子磁场同步反转。定子有32个爪级，步进电动机每转一步为1/32圈，工作范围为0～125个步进级。a）输入脉冲b）工作过程3、线路连接步进电动机型怠速控制阀电路（日本丰田皇冠3.0轿车）如图所示。主继电器触点闭合后，蓄电池电源经主继电器到达怠速控制阀的B1和B2端子、ECU的＋B和＋B1端子，B1端子向步进电动机的1、3相两个线圈供电，B2端子向2、4相两个线圈供电。4个线圈的分别通过端子S1、S2、S3和S4与ECU端子ISC1、ISC2、ISC3和ISC4相连，ECU控制各线圈的搭铁回路，以控制怠速控制阀的工作。４、检测（1）拆下控制阀线束连接器，点火开关置“ON”，不起动发动机，分别检测B1和B2与搭铁间的电压，为蓄电池电压；（2）发动发动机后在熄火。2～3s内在怠速控制阀附近应能听到内部发出的“嗡嗡”响声；（3）拆下控制阀线束连接器，测量B1与S1和S3、B2与S2和S4之间的电阻，应符合规定值。（4）拆下怠速电磁阀，将蓄电池正极接至B1和B2端子，负极按顺序依次接通S1—S2—S3—S4端子时，随步进电动机的旋转，控制阀应向外伸出，如图；若负极按反方向接通S4—S3—S2—S1端子，则控制阀应向内缩回。５、控制内容（1）起动初始位置的设定（2）起动控制（3）暖机控制（4）怠速稳定控制（5）怠速预测控制（6）电器负荷增多时的怠速控制（7）学习控制四、旋转电磁阀型控制阀１、结构见右图结构图位置图原理图1、控制阀2、双金属片3、冷却液腔4、阀体5、7、线圈6、永久磁铁8、阀轴9、怠速空气口10、固定销11、挡块12、阀轴限位杆ECU控制两个线圈的通电或断开（占空比），改变两个线圈产生的磁场，两线圈产生的磁场与永久磁铁形成的磁场相互作用，可改变控制阀的位置，从而调节怠速空气口的开度，以实现怠速控制。２、原理３、检测（1）拆下控制阀线束连接器，点火开关置“ON”，不起动发动机，分别检测电源端子与搭铁间的电压，为蓄电池电压。（2）发动机达到正常工作温度、变速器处于空挡位置时，使发动机维持怠速运转，用专用短接线接故障诊断座上的TE1与E1端子，发动机转速应保持在1000～1200r/min，5s后转速下降约为200r/min。（3）拆下怠速控制阀上的三端子线束连接器，在控制阀侧分别测量中间端子（＋B）与两侧端子（ISC1和ISC2）的电阻应符合规定值（约为18.8Ω～22.8Ω）。五、占空比控制电磁阀型怠速控制阀１、结构主要由控制阀、阀杆、线圈和弹簧等组成。２、原理控制阀的开度取决于线圈产生的电磁力大小，与旋转阀型怠速控制阀相同，ECU是通过控制输入线圈脉冲信号的占空比来控制电场强度，以调节控制阀的开度，实现怠速空气量的控制。1、5弹簧2、线圈3、阀杆4、控制阀３、检测（1）拆下控制阀线束连接器，点火开关置“ON”，不起动发动机，分别检测电源端子与搭铁间的电压，为蓄电池电压。（2）拆下怠速控制饭上的两端子线束连接器，在控制阀侧分别测量两端子之间电阻应符合规定值（约为10～15Ω）。六、开关型怠速控制阀１、结构主要由线圈和控制阀组成。２、工作原理与占空比电磁阀相同，不同的是开关型怠速控制阀工作时，ECU只对阀内线圈通电和断电两种状态控制。３、检测同占空比式。开关型怠速控制阀1一线圈2一控制阀第二节排放控制系统一、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统二、废气再循环控制系统（EGR）三、三元催化转换器（TWC）与空燃比反馈控制系统四、二次空气供给系统一、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统１、功能收集汽油蒸气，防止汽油蒸气直接排出大气而造成污染。同时，根据发动机工况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸气量。２、组成与结构主要由活性碳罐和碳罐电磁阀组成。其中碳罐电磁阀受ECU控制。３、原理发动机工作时，ECU根据发动机转速、温度、空气流量等信号，控制碳罐电磁阀的开闭，从而来控制燃油蒸气能否进入进气歧管。４、检测1）就车检测：测量电磁阀线圈电阻（桑时代超人不超过３０Ω）及供电电压。2）单体检测：在给线圈供电时，阀应能通气，而在断电时，阀的两边应不漏气。3）一般维护：检查管路有无破损或漏气，碳罐壳体有无裂纹，每行驶20000㎞应更换活性碳罐底部的进气滤芯。二、废气再循环控制系统（EGR）１、概述

（1）作用：将适当的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸的最高温度，以减少NOx的排放。（2）分类：开环控制EGR系统和闭环控制EGR系统。２、开环控制EGR系统

（1）结构：主要由EGR阀和EGR电磁阀等组成。（2）原理：EGR阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。EGR电磁阀按装在通向EGR真空通道中，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电磁阀的通电或断电。ECU不给EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空通道接通，EGR阀开启，进行废气再循环；ECU给EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空度通道被切断，EGR阀关闭，停止废气在循环。1、EGR电磁阀2、节气门3、EGR阀4、水温传感器5、曲轴位置传感器6、ECU7、起动信号３、闭环控制EGR系统图ａ用EGR阀开度反馈控制的EGR系统图ｂ用EGR率反馈控制的EGR系统图ａ与开环相比只是在EGR阀上增设一个EGR阀开度传感器。图ｂ中的EGR率传感器安装在进气总管中的稳压箱上，新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经EGR电磁阀进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度，并转换成电信号送给ECU，ECU根据此反馈信号修正EGR电磁阀的开度，使EGR率保持在最佳值。４、检测（1）一般检查：拆下EGR阀上的真空软管，发动机转速应无变化，用手触试真空软管应无真空吸力；发动机温度达到正常工作温度后，怠速是检查结果应与冷机时相同，若转速提高到2500r/min左右，拆下真空软管，发动机转速有明显提高。（2）EGR电磁阀的检查：冷态测量电磁阀电阻因为33～39Ω。如图ａ电磁阀不通电时，从进气管侧吹入空气应畅通，从滤网处吹应不通；接上蓄电池电压时，应相反。（3）EGR阀的检查：如图ｂ，用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15Kpa的真空度，EGR阀应能开启，不施加真空度，EGR阀应能完全关闭。图ａEGR电磁阀的检查图ｂEGR阀的检查1—通大气滤网2—进气管侧软管接头3—EGR阀侧软管接头三、三元催化转换器（TWC）与空燃比反馈控制系统１、三元催化转换器（1）作用：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转变为无害气体。（2）结构：如上图，三元催化剂一般为铂（或钯）与铑的混物。（３）影响三元催化转换器转换效率的因素影响最大的是混合气的浓度和排气温度。如左图只有在理论空燃比14.7附近，三元催化转化器的转化效率最佳，一般都装有氧传感器检测废气中的氧的浓度，氧传感器信号输送给ECU，用来对空燃比进行反馈控制。此外，发动机的排气温度过高（815℃以上），TWC转换效率将明显下降。（４）TWC使用注意事项１）禁用含铅汽油，防止催化剂失效；２）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；３）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。２、氧传感器（１）氧化锆式氧传感器结构如右图ａ，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，如右图ｂ。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（２）氧化钛式氧传感器

结构如右图，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（３）氧传感器控制电路

右图为日本丰田LS400轿车氧传感器控制电路。闭环控制，当实际空燃比比理论空燃比小时，氧传感器向ECU输入的高电压信号（0.75～0.9V）。此时ECU减小喷油量，空燃比增大。当空燃比增大到理论空燃比时，氧传感器输出电压信号将突变下降至0.1V左右，ECU立即控制增加喷油量，空燃比减小。如此反复，就能将空燃比精确地控制在理论空燃比附近一个极小的范围内。（４）氧传感器检修１）若氧传感器后面有３根以上的引线，则带有加热电阻，此时可以测量加热电阻的阻值。２）氧传感器输出信号的检查：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。然后踩踏板加速，此时应输出高电压信号为0.75～0.90V，松踏板减速时应输出低电压信号0.10V左右。氧传感器在不经过加减速时输出信号在0.4V左右。四、二次空气供给系统1、作用在一定工况下，将新鲜空气送入排气管，促使废气中的一氧化碳和碳氢化合物进一步氧化，从而降低一氧化碳和HC的排放量，同时加快三元催化转换器的升温。2、组成主要由二次空气控制电磁阀和二次空气控制阀组成。3、原理点火开关接通后，蓄电池向二次空气电磁阀供电，ECU控制电磁阀搭铁回路。电磁阀不通电时，关闭通向膜片阀真空室的真空通道，膜片阀弹簧推动膜片下移，关闭二次空气供给通道；ECU给电磁阀通电，进气管真空度将膜片阀吸起，使二次空气进入排气管。4、检测（1）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。（2）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。（3）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。（4）电磁阀的检查，阻值应符合标准值（约为36～44Ω）。第三节进气控制系统一、动力阀控制系统二、谐波增压控制系统（ACIS）三、可变配气相位控制系统（VTEC）四、废气涡轮增压系统一、动力阀控制系统1、功用

根据发动机不同的负荷，改变进气流量去改善发动机的动力性能。2、原理

受真空控制的动力阀在进气管上，控制进气管空气通道的大小。3、检测检查真空罐、真空气室和真空管路有无漏气，真空电磁阀电路有无短、断路。1、真空罐2、真空电磁阀3、ECU4、膜片真空气室5、动力阀二、谐波增压控制系统（ACIS）1、压力波的产生及利用当气体高速流向进气门时，如进气门突然关闭，进气门附近气流流动突然停止，但由于惯性，进气管仍在进气，于是将进气门附近气体压缩，压力上升。当气体的惯性过后，被压缩的气体开始膨胀，向进气气流相反方向流动，压力下降。膨胀气体的波传到进气管口时又被反射回来，形成压力波。一般而言，进气管长度长时，压力波长大，可使发动机中低转速区功率增大；进气管长度短时，压力波波长短，可使发动机高速区功率增大。2、结构结构见右图。3、原理：ECU根据转速信号控制电磁真空通道阀的开闭。低速时，电磁真空孔道阀电路不通，真空通道关闭，真空罐的真空度不能进入真空气室，受真空气室控制的进气增压控制阀处于关闭状态。此时进气管长度长，压力波长大，以适应低速区域形成气体动力增压效果。高速时，ECU接通电磁真空道阀的电路，真空通道打开，真空罐的真空度进入真空气室，吸动膜片，从而将进气增压控制阀打开，由于大容量空气室的参与，缩短了压力波的传播距离，使发动机在高速区域也得到较好的气体动力增压效果。检测内容同前述动力阀系统。

ACIS系统工作原理

1、喷油器2、进气道3、空气滤清器4、进气室5、涡流控制气门6、进气控制阀7、节气门8、真空驱动器谐波进气增压系统控制原理三、可变配气相位控制系统（VTEC）1、结构同一缸有主进气门和次进气门，主摇臂驱动主进气门，次摇臂驱动次进气门，中间摇臂在主次之间，不与任何气门直接接触。凸轮轴上齿轮多且行程不等。1、正时板2、中间摇臂3、次摇臂4、同步活塞B5、同步活塞A6、正时活塞7、进气门8、主摇臂9、凸轮轴1、同步活塞B2、同步活塞A3、弹簧4、正时活塞5、主摇臂6、中间摇臂7、次摇臂2、原理

发动机低速运转时，电磁阀不通电使油道关闭，此时，三个摇臂彼此分离，主凸轮通过摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆；次凸轮的升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量关闭。配气机构处于单进、双排气门工作状态，单进气门由主凸轮轴驱动。当发动机高速运转，电脑向VTEC电磁阀供电，使电磁阀开启，来自润滑油道的机油压力作用在正时活塞一侧，此时两个活塞分别将主摇臂和次摇臂与中间摇臂接成一体，成为一个组合摇臂。此时，中间凸轮升程最大，组合摇臂受中间凸轮驱动，两个进气门同步工作。当发动机转速下降到设定值，电脑切断电磁阀电流，正时活塞一侧油压下降，各摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下，三个摇臂彼此分离而独立工作。VTEC机构低速工作状态VTEC机构高速工作状态1—主凸轮2—次凸轮3—次摇臂4—阻挡活塞1—中间凸轮2—中间摇臂5—同步活塞A6—正时活塞7—主摇臂8—同步活塞B3、控制电路发动机控制ECU根据发动机转速、负荷、冷却液温度和车速信号控制VTEC电磁阀。电磁阀通电后，通过压力开关给电脑提供一个反馈信号，以便监控系统工作。4、检修拆下VTEC电磁阀总成后，检查电磁阀滤清器，若滤清器有堵塞现象，应更换滤清器和发动机润滑油。电磁阀密封垫，一经拆下，必须更换新件。拆开VTEC电磁阀，用手指检查阀的运动是否自如，若有发卡现象，应更换电磁阀。

四、废气涡轮增压系统1、结构见右图。2、原理当ECU检测到进气压力在0.098MPa以下时，释压电磁阀关闭。涡轮增压器出口引入的压力空气，废气进入涡轮室的通道打开，排气旁通道口关闭，此时废气流经涡轮室使增压器工作。当ECU检测到的进气压力高于0.098MPa时，释压电磁阀打开，关闭进入涡轮室的通道，同时排气旁通道口打开，废气不经涡轮室直接排出，增压器停止工作。直到进气压力降至规定的压力时，ECU又将释压阀关闭，切换阀又将进入涡轮室的通道口打开，废气涡轮增压器又开始工作。1、切换阀2、驱动气室3、空气冷却器4、空气滤清器5、ECU6、释压电磁阀3、带转速控制的废气涡轮增压系统ECU根据发动机的运行工况（加速、爆燃、冷却液温度、进气量等信号），确定增压压力的目标值，并通过进气管压力传感器来检测发动机的实际增压压力值。ECU根据实际增压压力与目标值的差值，控制输送给电磁阀的脉冲信号占空比，调节电磁阀的开度，控制进入驱动气室的空气压力，改变增压器喷嘴环的角度和切换阀的开度，从而控制废气涡轮增压器的转速，使实际增压压力与目标值相符合。1—爆燃传感器2—切换阀控制电磁阀3—ECU

4—进气管绝对压力传感器5—空气流量计

6—喷嘴环控制电磁阀7—喷嘴环驱动气室

8—切换阀驱动气室

第四节巡航控制系统与电控节气门一、巡航控制系统1、巡航控制系统功能和发展2、巡航控制系统组成原理3、巡航控制系统的使用4、巡航控制系统的检测1、功能与发展（1）功能：是一种利用电子控制技术保持汽车自动等速行驶的系统．它可以减轻驾驶员的疲劳强度；使发动机运行工况变化平稳，改善汽车的燃料经济性和发动机的排放性能；可以改善汽车的行驶平顺性，提高汽车的舒适性．（2）发展：经历了机械巡航控制系统、晶体管巡航控制系统、模拟微型计算机巡航控制系统和数字微型计算机巡航控制系统等几个阶段。2、组成

结构如上图，主要由巡航控制开关、传感器、巡航控制ECU和执行元件组成。1、电源2、操纵开关3、巡航控制ECU4、执行元件5、接节气门6、车速传感器7、制动灯开关（1）巡航控制开关分为手柄式（转向盘下方）和按键式（转向盘上）两种类型。包括：1）主开关是巡航控制系统的主电源开关，在巡航控制开关端部，为按键式。2）控制开关由设定／减速开关、恢复／加速开关、取消开关组成。3）退出巡航控制开关由制动灯开关、驻车制动开关、离合器开关、空挡起动开关组成。（2）传感器1）车速传感器2）节气门位置传感器3）节气门控制摇臂传感器（3）巡航控制ECU1）巡航控制车速设定功能2）等速控制功能3）滑行功能4）加速功能5）恢复功能6）车速下限控制功能7）车速上限控制功能8）手动接除功能9）自动接除功能10）自动变速器控制功能11）快速修正巡航控制车速功能12）自诊断功能（4）执行元件1）真空驱动型a、控制阀b、释放阀c、真空泵2）电机驱动型a、安全电磁阀b、节气门摇臂c、位置传感器3、使用（1）注意事项1）在天气恶劣条件下不要使用；2）在解除巡航控制模式后，应关闭巡航控制系统的控制开关；3）在坡道较大或较多的道路上行驶时不要使用；4）若巡航指示灯闪亮时，说明有故障，请勿使用；5）ECU是巡航控制系统的中枢，对电磁环境、湿度及机械振动有较高的要求。（2）操作1）设定巡航速度2）解除巡航控制模式3）提高巡航控制车速4）降低巡航控制车速4、检测系统工作时，如果ECU在预定的时间内收不到车速信号，或由于操纵开关或执行元件故障而自动解除巡航控制模式，系统指示灯闪烁5次，说明巡航控制系统有故障。

二、电控节气门系统1、功能（1）非线性控制（2）怠速控制（3）减小换档冲击控制（4）驱动力控制（TRC）（5）稳定性控制（VSC）（6）巡航控制2、结构见右图。3、原理

发动机ECU根据各传感器输入信号确定最佳的节气门开度，并通过对控制电动机和电磁离合器的控制改变节气门开度。1—电磁离合器2—加速踏板位置传感器3—节气门控制杆4—节气门5—节气门位置传感器6—节气门控制电动机第五节故障自诊断系统一、功能1、通过自诊断测试判断电控系有无故障，有故障时，指示灯发出警报，并将故障码存储。2、在维修时，通过一定操作程序可将故障码调出，进行有针对性的检查；3、当传感器或其电路发生故障时，自动启动失效保护功能；4、当发生故障导致车辆无法行驶时，自动启动应急备用系统，以保证汽车可以继续行驶。二、原理1、传感器故障自诊断原理若传感器输入ECU的信号超出正常范围，或在一定时间内ECU收不到该传感器信号，或该传感器输入ECU的信号在一定时间内不发生变化，自诊断系统均判断定为“故障信号”。2、执行元件故障自诊断原理

在没有反馈信号的开环控制中，执行元件如有故障，自诊断系统只能根据ECU输出的执行信号来判断。原理与传感器类似。带有反馈信号的闭环控制工作时，自诊断系统还可根据反馈信号判别故障。三、使用故障指示灯当检测到有故障时，仪表盘上的故障指示灯“CHECKENGINE”电亮，以警告驾驶员或维修人员。在使用中，点火开关接通，发动机没有起动或起动后的短时间内，“故障指示灯”点亮是正常现象，当起动后几秒钟内或发动机达到一定转速（一般为500r/min）后，“故障指示灯”应熄灭。四、OBD—Ⅱ系统1、来源OBD是“ON—BOARDDINGOSITICS”的缩写，是由美国汽车工程学会（SEA）提出的，经环保机构（EPA）和加州资源协会（CARB）认证通过的。20世纪70年代，汽车电控系统中开始采用了第一代随车诊断系统（OBD－I）；1994年以后，美国、日本和欧洲的主要汽车制造厂家生产的电控汽车逐步开始采用第二代随车诊断系统（OBD—Ⅱ）。2、主要特点：（l）汽车按标准装用统一的16端子诊断座，并将诊断座统一安装在驾驶室仪表盘下方；（2）OBD一Ⅱ具有数据传输功能；（3）OBD一Ⅱ具有行车记录功能；（4）装用OBD一Ⅱ的汽车，采用相同的故障码代号及故障码意义统一。第六节失效保护与备用系统一、失效保