汽车发动机电控系统原理与检修（微课视频版） 第2版 课件 项目四 发动机辅助控制系统

项目四发动机辅助控制系统【情境导入】技术经理让你检查一辆2017款帕萨特尊雅版轿车，说是发动机辅助系统发生了故障，入厂进行维修。辅助控制系统有好多子系统组成，你都知道吗？单元一怠速控制怠速--节气门关闭，加速踏板完全松开，且发动机对外无功率输出并能保持最低转速的稳定运转工况。汽车在交通密度大的城市道路上行驶时，约有30％的燃油消耗在怠速阶段，因此，怠速转速应尽可能降低。但怠速转速过低，会使发动机排放增加、发动机运转不稳甚至熄火。发动机冷车运转、空调、电器负荷、自动变速器、动力转向伺服机构等因素的介入，都会引起怠速转速变化。怠速控制系统的组成由传感器、ECU和执行机构组成传感器将发动机的运转工况和负载设备的工作状况信息传送给ECU，ECU根据其信息所决定的目标转速与发动机的实际转速进行比较，再根据其差值确定相应的控制量，驱动控制空气量的执行机构动作。即通过执行机构控制怠速旁通空气量进行控制，从而控制发动机怠速运转。怠速控制包括启动后控制、暖机过程控制、负荷变化控制、减速控制等。怠速喷油量的控制由燃油喷射控制系统根据与空气量相匹配的原则进行增减，以达到目标空燃比。怠速空气量控制由两种基本类型，即直接控制节气门关闭位置的节气门直动式和旁通空气式。一、节气门直动式怠速控制装置

直接控制节气门开启程度，调节节气门处空气流通截面，达到控制进气量，实现怠速控制的目的。常用在单点喷射系统中组成：直流电机、减速齿轮、丝杠等部件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-丝杠一、节气门直动式怠速控制装置怠速执行机构的转动轴与节气门操纵臂的全闭限制器相接触。当ECU控制直流电机通电时，电磁力矩通过减速齿轮被增大，再通过丝杠机构将角位移转换为传动轴的直流运动。通过传动轴的旋入或旋出，调节节气门全闭限制位置，达到调节节气门处空气流通截面，进而实现怠速运转控制的目的。二、旁通空气式怠速控制装置

在节气门旁通空气道内设立一个阀门。阀门开大，旁通空气道流通截面增大，空气流量增大，则怠速转速提高；反之，则怠速转速降低。1.真空控制式怠速控制装置

由旁通空气控制阀和真空控制阀组成，并通过ECU控制。旁通空气阀通过控制旁通空气道的流通截面，来改变怠速时旁通空气通道的空气流量，由此改变发动机的怠速转速。控制膜片室的真空度（负压），即可改变阀门的开启程度，进而控制旁通通道的空气流量。ECU是通过控制脉冲的占空比来控制电磁线圈的通电相对时间，进而控制通往ACC阀膜片室的真空度，达到控制怠速转速的目的。占空比越大，电磁阀打开的相对时间越长，结果通往空气旁通阀膜片室的真空度越小，从而使旁通空气阀开启高度增大，致使怠速时旁通空气道中的空气流量增加。占空比越大，怠速转速越高；反之，怠速转速降低。2.步进电动机控制式怠速控制装置

组成：步进电动机式怠速控制阀、传感器和ECU组成ECU可根据传感器的输出信号判断发动机的运行状况，进而控制怠速控制阀的动作，使发动机以目标怠速转速运行(1)步进电动机式怠速控制阀

怠速控制阀组成：永久磁铁构成的转子、激磁线圈构成的定子和将旋转运动变成直线运动的进给丝杆机构及阀门步进电动机和怠速控制阀做成一体，装在进气总管内，步进电动机顺时针或逆时针旋转，可使阀芯产生轴向移动，以此改变阀门的开启高度，调节流过节气门旁通通道的空气量爪极的瞬时极性由相线绕组控制电路控制，并通过控制四个线圈绕组的通电相序即可改变步进电动机旋转方向，实现阀门开启高度的控制。(2)怠速控制原理

确认发动机处于怠速状态→确定相应的目标转速。一般在正常的情况下，多采用发动机怠速反馈控制，将发动机的实际转速与目标转速进行比较，根据比较得出的差值确定相对于目标转速的控制量（步数），然后驱动步进电动机。(2)怠速控制原理

ECU按相序使功率VT1～VT4依次导通；分别给步进电动机定子线圈供电，驱动步进电动机转子旋转，带动前段的阀门轴向移动，以此改变阀门开启高度，调节旁通空气流量，使发动机怠速达到所要求的目标转速。步进电动机式怠速控制阀控制以下内容：

启动初始位置的确定启动控制暖机控制反馈控制发动机负荷变化的预控制电器负载增多时的怠速控制学习控制3.旋转滑阀式怠速控制装置

组成：电磁线圈控制的旋转滑阀式怠速调整装置、传感器及ECU。控制原理：ECU根据传感器的输出信号来判断发动机的怠速运行状况，进而控制怠速旋转滑阀的动作，使发动机保持在最佳怠速转速。（1）旋转滑阀式怠速调整装置

组成：永久磁铁、电枢、旋转滑阀、螺旋回旋弹簧、电刷等工作过程：滑阀固装在电枢轴上，与电枢轴一起转动，用以向电磁线圈L1和L2提供磁场电流。永久磁铁固定在外壳上，其间形成磁场。电枢位于永久磁场中，电枢的铁心上绕有两组相反的电磁线圈。线圈L1通电时，电枢带动滑阀顺时针偏转；线圈L2通电时，电枢带动滑阀逆时针偏转。（1）旋转滑阀式怠速调整装置

原理：ECU根据各传感器的输入信号采用占空比控制方式控制线圈L1和L2导通与截止，进而控制电枢轴（滑阀）的偏转角，以此改变旁通空气量，调整发动机的怠速转速。ECU通过控制脉冲信号的占空比即可改变滑阀的偏转角，以此改变怠速时的空气量。（2）怠速控制原理

在整个怠速范围内，ECU根据冷却液温度传感器等输入的信号，确定发动机所处怠速工况的占空比，对怠速转速进行控制。包括以下控制：启动控制暖机控制反馈控制发动机负荷变化时的预控制学习控制怠速控制典型故障及解析：

一辆汽车来到4S店，女车主反应怠速不稳，尤其在等红绿灯时，转速表忽高忽低，与女车主交流，每天用车上下班2-3公里，车辆已行驶4万公里，再到4S店前已在路边店做过维修，路边店怀疑节气门脏，打吊瓶（免拆）清洗了节气门。清洗完故障消失了两天，后来又发生了上述故障。用解码器检查，重点检查节气门开度，发现怠速时节气门开度6%，说明节气门过脏。拆下节气门进行了清洗，装车后故障消失。一个月后回访车主，故障再未出现。原因：免拆清洗能力有限，只能达到拆卸清洗效果的10%左右，尤其节气门后边胶泥无法彻底清洗。项目四发动机辅助控制系统单元二排放控制一、废气再循环废气再循环：ExhaustGasRecirculation，EGR定义：在发动机工作时将一部分废气引入进气管，并与新鲜空气混合后吸入汽缸内再次进行燃烧的过程。意义：降低NOx的一种有效方法，通过降低燃烧室的燃烧温度抑制NOx的生成。EGR率=EGR流量/(吸入空气量+EGR流量)当EGR率达到15％时，NOx的排放量即可减少60％。但EGR率增加过多时，会使发动机性能下降，HC含量上升。结论：ECU精确控制EGR率，既能使NOx有效降低，可保证发动机的动力性。1.普通废气再循环电子控制系统

组成：EGR电磁阀、节气门位置传感器、EGR控制阀、曲轴位置传感器、ECU、冷却液温度传感器和启动信号等原理：点火开关、曲轴位置传感器、节气门位置传感器和冷却液温度传感器→ECU

→确定发动机运行工况，并同时输出指令，控制电磁阀电磁线圈的导通与截止，利用进气管的真空来控制EGR控制阀开启或关闭，使废气再循环进行或停止。工况EGR电磁阀废气再循环发动机启动时节气门位置传感器的怠速触点接通发动机温度低时发动机转速低于900r/min高于3200r/minON（电磁阀接通，阀门关闭）不起作用除去以上工况OFF（电磁阀断开，阀门打开）起作用2.可变EGR率的废气再循环控制系统

组成：EGR控制阀、VCM真空控制阀、ECU及各种传感器等原理：EGR控制阀打开时，EGR控制阀将排气管和进气管连通，有废气从排气管流出。EGR控制阀阀门的开启高度由VCM真空控制阀控制。ECU只要控制施加在VCM阀电磁线圈上脉冲电压的占空比，即可实现对EGR率的控制。3.闭环控制式废气再循环

⑴用EGR控制阀开度作为反馈信号EGR位置传感器可将EGR控制阀开启高度转换为相应的电压信号，并反馈给ECU。ECU根据反馈信号控制真空电磁阀的动作，进而调节EGR控制阀膜片室的真空度，以此改变EGR率。3.闭环控制式废气再循环

⑵用EGR率作为反馈信号EGR率传感器安装于稳压箱（进气总管）上，可利用测量混合气中的氧气浓度来检测混合气的EGR率，并将其检测信号反馈给ECU，ECU依据此信号发出控制指令，不断调整EGR控制阀的开启高度，以此控制混合气中的EGR率，使其始终保持在最佳状态，从而有效地减少NOx的排放量。二、汽油蒸发排放控制

汽油蒸发排放控制系统：EvaporativeEmisionSystem,EVAP工作原理：

在发动机停机或怠速运转时，ECU使电磁阀关闭，从油箱中逸出的燃油蒸气被活性炭罐的活性炭吸收。当发动机以中、高速运转时，ECU使电磁阀开启，储存在蒸气回收罐内的汽油蒸气经过真空软管后被吸入发动机。此时，因为发动机的进气量较大，少量的燃油蒸气不会影响混合气的成分，同时ECU会根据氧传感器的反馈对喷油进行微量调整。为了防止未燃的燃油蒸汽进入三元催化器，当出现节气门全开而燃油供应须切断（飞车断油）的时候，清除电磁阀必须立即关闭。三、三元催化转换器

1.功能：含有铂（Pt）、钯（Pd）或铑（Rh）等贵金属的催化剂可在不改变自身的情况下加快排气中HC、CO和NOX的化学反应速率，在较低的温度(30℃～900℃)下将这些排放物转化为无害物质。2.类型：⑴氧化型转化器⑵三元催化转化器⑶双床式转化器3.三元催化转化器

铂能促使排气中的有害成分CO、HC氧化成CO2和H2O，铑能加速有害气体NOX还原成N2和O2，从而起到净化排气的作用三元催化典型案例及解析：一辆现代新胜达，行驶5万公里来到4S店，故障现象为动力不足，油门踩到底车速达不到120km/h，解码器检测未见异常。检测燃油系统压力正常，判定该车为典型的三元催化堵塞故障。1、拆前氧传感器用内窥镜（冷车检测，热车会烧坏内窥镜）检查发现堵塞80%以上，更换三元催化器后故障消失。2、接排气背压表（接氧传感器口），数值显示排气背压高说明排气阻力大，间接证明堵塞。3、借助红外测温仪，照三元催化前后，温度正常值相差100度，如温差过大间接说明堵塞。四、二次空气喷射（AIR）系统

将一定量的空气引入排气管中，使废气中的CO和HC进一步燃烧，以减少CO和HC的排放。二次空气又分为上游气流及下游气流。上游气流进入排气总管，下游气流流入转换器中的空气室中四、二次空气喷射（AIR）系统

二次空气供给有两种方法，既有空气泵的空气喷射系统（称为空气泵系统）和利用排气压力将空气导入的装置（称为脉冲空气系统）脉冲空气系统工作原理：空气来自空气滤清器，由ECU控制电磁阀的开、闭。电磁阀与检查阀相连，检查阀为单向阀。由于排气中压力是正负交替的脉冲压力波，当排气压力为负时，空气进入排气口；压力为正时，检查阀关闭，空气不能返回。其上、下游空气道各有一个电磁阀和一个单向阀，其中电磁阀由ECU控制。项目四发动机辅助控制系统单元三进气与增压控制一、谐波进气增压控制

利用进气气流的惯性产生的压力波提高充气效率波长可变的谐波进气增压控制系统（ACIS）二、共振增压可变进气

共振增压是利用气缸群中的压力振动实现进气系统的调谐共振，而惯性增压则只是利用各汽缸的压力振动实现调谐。三、废气涡轮增压

1.增压目的涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，提高燃油经济性和降低尾气排放。2.负面影响发动机压力和温度升高，寿命会缩短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响。四、可变配气相位控制

1.可变气门正时（VariableValveTimingVVT）改善发动机在低、中转速下的转矩输出，大大增强了驾驶的操纵灵活性，发动机的转速可设计的更高。分类：连续VVT和不连续VVT；进气VVT和进、排气双VVT。简单的可变配气相位VVT只有两段或三段固定的相位角可供选择，通常是0℃或30℃中的一个。更高性能的可变配气相位VVT系统更适合匹配各种转速，因而能有效地提高发动机的输出性能，特别是发动机的稳定性。ECU根据发动机转速和负荷等传感器信号来控制凸轮轴调整机构的机油压力，从而改变进、排气门的开启和关闭时刻，该系统也称为智能VVT（VVT-i）。（1）VVT-i系统

组成：VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀、凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器。VVT-i利用曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器（VVT传感器）检测凸轮轴转动变化量，从而得到凸轮轴转动方向及转动量。（1）VVT-i系统

VVT-i控制器结构形式：叶片式VVT-i控制器（1）VVT-i系统

VVT-i控制器结构形式：螺旋齿轮式VVT-i控制器（1）VVT-i系统

VVT-i控制器结构形式：链式VVT-i控制器（2）VVT-i系统工作原理

发动机ECU根据转速