第五章 汽车辅助控制系统(上课)

第五章汽油机辅助控制系统上海市现代职业技术学院汽车系周军伟zjw20060116@5.1排气净化与排放控制5.2电控怠速控制系统5.3进气控制系统5.4故障自诊断系统5.1.1三元催化转换器、氧传感器与空燃比反馈控制一、三元催化转换器二、氧传感器三、空燃比反馈控制5.1排气进化与排放装置一、三元催化器三元催化转换器也称为触媒转换器，简称触媒。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。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。“三元”的含义：指能同时处理CO、HC和NOx三种有害气体。位置：三元催化转换器安装在排气管中部。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HC、CO和NOx转变为无害气体H2O、CO2和N2。奔驰车系三元催化转化器的安装情况1、）概述整体式由四部分组成：1、载体、2、催化活性层（涂在载体上）3、壳体（承纳载体的钢板）4、隔离层或缓冲层（钢板壳体间）2、）三元催化转化的结构7三元催化转换器内部的化学反应过程它先利用内含的贵重金属铑做催化剂，将NOx还原成无害的氮气(N2)和二氧化碳（CO2)。还原过程中所生成的O2，再加上TWC内由二次空气导管所导入的新鲜空气中的O2（有些车型才有），以铂（Pt)或钯(Pd)做催化剂一起和CO、HC进行氧化反应，使其转变成无害的CO2和H2O，这种还原—氧化的过程又称为二段式转化3、）三元催化器的工作原理二、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1、氧化锆氧传感器结构氧化锆氧传感器的工作原理当混合气过稀时，排出的废气中氧含量高，锆管内、外侧氧浓度差小，产生的电压很低(接近0V)；当混合气过浓时，排出的废气中氧含量低，锆管内、外侧氧浓度差大，两电极间产生的电压高(接近1V)。2、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化钛氧传感器的工作原理混合气稀，尾气中氧的含量高，则氧化钛氧传感器呈现高电阻的状态，此时1V电源电压经氧传感器电阻降压，返回ECU的输出信号OX电压低于0.45V；混合气浓，尾气中氧的含量少，则氧化钛氧传感器因缺氧而形成低电阻的氧化半导体，此时1V电源电压经氧传感器电阻降压,返回ECU的OX信号电压高于0.45V。三、空燃比反馈控制5.1排气进化与排放装置5.1.2废气再循环控制一、废气再循环的基本概念二、废气再循环系统的工作原理三、两种电控可变EGR率废气再循环系统简介废气再循环功用：废气再循环(EGR)系统用于降低废气中的氮氧化物(NOX)的排出量。原理：汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。说明：为了避免影响电控燃油喷射的性能，一些比较新的发动机已不需要EGR系统来降低排放，而是利用进、排气门的重叠开启时刻，吸入一些废气到气缸内重新燃烧。由真空控制阀VCV、真空电磁阀VSV、EGR阀位置传感器、EGR阀组成1、真空控制的废气再循环机械式真空开关阀，位于真空电磁阀和进气歧管之间作用是调节加在真空电磁阀的真空，使真空保持在恒定水平（-17kPa/-l30mmHg）。进气歧管真空通过S口作用在VCV的膜片上，如果真空度大，在弹簧作用下膜片下移关闭S口；如果真空度小，克服弹簧力，阀开启，给VSV提供真空。这个动作过程不断地调整，使提供给VSV的真空保持恒定。真空控制阀（VCV）真空电磁阀是三通的（1）断电时，大气压力通过该阀直接作用在EGR阀上，使其保持关闭。（2）在一定条件下ECU控制VSV阀的脉宽来改变其开度，从而使提供给EGR阀的真空发生变化，最终使EGR阀保持在一定的开度。EGR阀位置传感器：

该传感器利用由一个柱塞推动的电位计向发动机控制器传送ECR阀的实际位置信号。ECU利用EGR阀位置传感器的信号控制EGR阀开启高度、感知EGR量。ECU中储存有多种工况下EGR阀的最佳位置，如果实际位置与储存的最佳值不同，发动机ECU对VSV进行脉宽调制。例如若需要增加废气再循环量，ECU就提高VSV阀的脉宽，VSV阀开度增加，则提供给EGR阀更多的真空，EGR阀位置提升，废气再循环量增加。

EGR阀靠近节气门体。作用是使一定量的废气流入进气歧管进行再循环。EGR阀膜片的一侧连接一根枢轴杆，另一侧与弹簧相连(弹簧使阀门保持常闭)。当加在膜片上的真空压力大于弹簧力时，枢轴杆被拉离原位，通道打开，使废气进入再循环系统。真空电磁阀开启真空通路，因而真空压力吸动EGR阀上的膜片，使阀打开，将废气引入气缸，使NOx排放降低。从二十世纪九十年代中期开始，许多发动机使用ECU直接控制的EGR阀，如电磁阀式、步进电机式（也称为线性EGR阀）。电控EGR电磁阀的结构与工作原理2、电控EGR系统线控EGR系统的原理与结构5.2.1电控怠速控制系统的工作原理5.2.2怠速控制的方式5.2.3怠速控制装置5.2怠速控制系统5.2.1电控怠速控制系统的工作原理

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5.2.2怠速控制方式

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。5.2.3怠速控制装置一、旁通气道控制方式怠速控制装置1、步进电机式怠速控制装置2、旋转滑阀式怠速控制装置二、节气门直动方式怠速控制装置一、旁通气道控制方式怠速控制装置1、步进电机式怠速控制装置（1）步进电机的基本结构及工作原理（2）步进电机式怠速控制装置的控制内容2、旋转滑阀式怠速控制装置结构：步进电动机型怠速控制阀的结构结构如图ａ所示，步进电机主要由转子和定子组成，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。步进电动机的结构如图ｂ所示，主要由用永久磁铁制成有16个（8对）磁极的转子和两个定子铁心组成。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（1）步进电机的基本结构及工作原理工作原理步进电动机的工作原理工作原理如图，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（2）步进电机式怠速控制装置的控制内容2、旋转电磁阀型怠速控制阀二、节气门直动式怠速控制装置

取消了旁通气道和怠速控制阀，在怠速时由电机直接驱动节气门开启一个角度(约2--5度)，实现怠速的稳定，广泛的应用于大众车系，气气门体统称为节流阀体或节气门控制组件。5.3.1电控进气惯性增压控制系统5.3.2电控废气涡轮增压压力控制5.3进气控制系统一、进气惯性增压机理二、可变进气管有效长度谐振增压控制系统5.3.1电控进气惯性增压控制系统

根据发动机进气压力的大小，控制增压装置的工作，以达到控制进气压力、提高发动机动力性和经济性的目的。根据增压装置使用的动力源不同，增压装置可分为废气涡轮增压和动力增压两种类型。1、增压控制系统功能及类型5.3.2电控废气涡轮增压压力控制工作原理：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。2.废气涡轮增压系统

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.废气涡轮增压器转速控制系统

有些增压控制系统中，通过控制增压器的转速来控制增压压力