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1、汽油发动机电子控制系统第一节、电控燃油喷射系统 一、电控燃油喷射系概述一、电控燃油喷射系概述(一)电控汽油喷射系统的供油特性对燃油喷射进行精确控制，可使发动机在各种工况下获得合适浓度的混合气。混合气浓度的控制可采用氧传感器进行闭环控制，但对特殊的运行工况，如需加浓混合气时，采用开环控制。(二)电控燃油喷射系统的优点1提高发动机输出功率和转矩2降低燃油消耗3.减少排放污染4改善使用性能汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟二、电控汽油喷射系统分类汽油喷射系统的分类方法有多种，下面介绍几种常用的方法。1按喷油器安装部位分类有缸内喷射（GDI）和缸外喷射，缸外喷射方式是目前昔遍采用的喷射方式
2、，根据喷油器和安装位置的不同可分为单点喷射方式和多点喷射方式。(1)多点喷射(MPI)。(2)单点喷射(SPI)汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2按进气量的检测方式分类(1)流量型：流量型中又有L(体积型)型和LH(质量型)型两种。(2)压力型(D型)：D型系统根据进气管内绝对压力间接计量发动机进气量。ECU根据压力信号和发动机转速信号计算出进气量，然后发出与之相对应的喷油脉冲信号，控制喷油器喷射适量的燃油。压力型(D型)控制方式如图3-3所示。3按喷射油压分类按喷射油压分类有高压喷射(高于进气管压力200kPa以上)和低压喷射(低于进气管压力200kPa以下)。高压喷射多用于M
3、PI系统中，低压喷射广泛用于SPI系统中。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4.按喷射定时分类l(1)连续喷射：燃油喷射的时间占有全循环的时间。连续喷射仅限于进气管喷射（SPI）的情况。(2)间歇喷射：可分为与发动机转动同步和异步两种喷射方式。与发动机转动同步的间歇喷射方式又可分为：同时喷射（见图3-4）、分组喷射（见图3-5）和顺序喷射（见图3-6）三种。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟二、电控汽油喷射系统的组成及工作原理二、电控汽油喷射系统的组成及工作原理 电控汽油喷射系统，按其功用来看，主要由进气系统、燃油供给系统和电子控制系统三部分组成。1进气系统工作流程简图
4、，如图3-9所示，其功用是为发动机提供必需的空气。2燃油供给系统工作流程简图，如图3-25所示。喷油器按发动机控制的喷油脉冲信号把汽油喷人进气道。当冷却水温度低时，冷起动喷油器将汽油喷人进气总管，以改善发动机低温时的起动性能。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟3电子控制系统如图3-31所示。功用是根据各种传感器的信号，由计算机进行综合分析和处理，通过执行装置控制油量等，使发动机具有最佳性能ECU根据空气流量计(L型)或进气歧管压力传感器(D型)和转速传感器等的信号确定空气流量，再根据空燃比要求及进气量信号就可以确定每一个循环的基本供油量。然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度
5、、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正，最后确定某一工况下的最佳喷油量。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟三、D型系统1D型系统组成通过检测进气歧管的真空度和发动机转速来确定发动机进气量，由ECU根据进气管确定喷油量，该系统的组成如图6-6所示。2燃油系统主要由油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、压力调节器、冷起动喷油器和喷油器组成。喷油器喷油时，油路中油压会有微小变化，因此汽油须经脉动阻尼器调整，以减小油压变化。图6-8所示为脉动阻尼器的结构，它可安装在回油道或电动汽油泵体上。3空气供给节气门处的真空度随节气门位置(开度)的变化而变化，由绝对压力传感器转变成电信号输给ECU。汽车电子
6、控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4电子控制系统1)ECU根据各传感器信号进行处理，形成一个脉冲信号去操纵喷油器的开闭。除此之外，还有点火提前控制、怠速控制、自诊断系统、用程序起动等功能。2)怠速工况修正。通过附加的空气阀增加混合气数量。3)加速工况修正。压力变化的信息若不能立刻传给ECU，将导致加速供油滞后，造成加速不良。在节气门联接继电器触点处输出脉冲信号，可使ECU及时发出指令增加供油。当节气门关闭但曲轴高速旋转时，继电器产生终止供油以减少油耗的信号舶口下坡滑行加速和制动工况)。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟4)温度修正。在进气歧管或空气滤清器装有进气温度传感器，以此
7、得到信号修正空气密度随温度的变化。一般空气温度每降低10，则增加供油13。5)汽油泵控制如图6-9所示。发动机起动时，汽油泵通电工作。发动机起动后，点火开关与IG接通，主继电器触点闭合。同时发动机转速信号Ne输人ECU，VT导通，线圈L1通电。只要发动机运转，继电器触点就闭合。为了便于发动机起动；点火开关刚接通时也会工作几秒钟。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟四、L型系统1L型系统组成采用空气流量计，直接测量发动机进气量，因而控制精度比D型系统更高。L型系统控制方法又称质量流量控制法，大部分结构与D型系统相似(图6-10)，均采用多点、间歇脉冲喷射方式。以下主要介绍与D型系统的区
8、别。2燃油系统油路构成与D型类似，只是油压力调节器采用了相对压力控制，即将压力控制在比进气歧管压力高196-294kPa间的某个值。这样，喷射更精确；结构如图6-11所示。喷油器采用同时喷射，简化了ECU程序结构。为了防止大量混合气积聚在进气歧管中，L型系统采用半油量喷射，第一次在一缸上止点喷油，以后隔360喷油一次。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟3空气供给L型系统用空气流量计替代D型系统的进气歧管绝对压力传感器。空气流量计安装在空气滤清器和节气门之间，用于检测吸入空气量的多少。4电子控制系统L型系统的进气量信号中所包含的实际参数信息比D型系统的多，无须通过曲轴转速校正进气量，
9、因而减少了校正参数。ECU中不需用发动机转速校正喷油量的复杂系统。取消了加速浦量修正等。汽油泵开关控制如图6-12所示。发动机转动，继电器总是闭合的汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟五、空气流量计按其结构和工作原理主要有按其结构和工作原理主要有转叶式、卡门螺旋式、热线式。1风门式空气流量计主要由风门部分和电位计部分组成，其结构如图3-10所示。测量叶片随空气流量的变化在空气主通道内偏转。电位计与测量叶片同轴旋转，叶片旋转时带动电位计滑臂转动。吸人空气气流产生的推力与转轴另一端的回位弹簧平衡，使叶片处于某一稳定位置，电位计滑臂转动时，分压Us会相应变化，即代表空气流量。汽车电子控制技
10、术重庆大学机械工程学院汽车系张伟 2卡门旋涡式空气流量计卡门旋涡式空气流量计 所谓卡门旋涡，是指所谓卡门旋涡，是指在流体中放置一个柱状物体时，在这一柱状物在流体中放置一个柱状物体时，在这一柱状物体的下游就会产生两列旋转方向相反，并交替体的下游就会产生两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡。出现的旋涡。对于一台具体的对于一台具体的卡门旋涡式空气流量计卡门旋涡式空气流量计，体积，体积流量与传感器的输出频率成正比。只要检测卡流量与传感器的输出频率成正比。只要检测卡门旋涡的频率，就可以求出空气流量。门旋涡的频率，就可以求出空气流量。光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理如光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理如图
11、图3-12所示。主要由管路、旋涡发生器、整流栅、所示。主要由管路、旋涡发生器、整流栅、导孔、金属箔板弹簧、发光二极管导孔、金属箔板弹簧、发光二极管(LED)、光敏光敏晶体管等部分组成。它是利用光电原理进行信晶体管等部分组成。它是利用光电原理进行信号检测与转换的。号检测与转换的。也可以利用也可以利用超声波超声波来检测计量。来检测计量。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟3.热式空气流量计热式空气流量计热线式空气流量计热线式空气流量计的原理：向铂金丝的原理：向铂金丝(箔膜箔膜)供电供电使之发热，利用空气的热传导量与空气流相依存的使之发热，利用空气的热传导量与空气流相依存的关系来测量流量。
12、在电桥臂上设有加热丝和测温热关系来测量流量。在电桥臂上设有加热丝和测温热敏电阻，调整热丝电流使热丝和热敏电阻间温差不敏电阻，调整热丝电流使热丝和热敏电阻间温差不随空气流量而变化，把供给热丝的电流作为空气流随空气流量而变化，把供给热丝的电流作为空气流量信号。空气流量和输出信号间的关系可由热丝发量信号。空气流量和输出信号间的关系可由热丝发热量和传热量的关系推出：热量和传热量的关系推出：其中，I:供电电流；Ga:空气流量；A，B：常数只要测出电流I，即可由上式求得空气流量，代表空气流量的电流信号，在低流速时，信号变化大。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟l按先后顺序介绍几种实用结构按先后
13、顺序介绍几种实用结构整流筒式：整流筒式：在整流筒内架设有70m的铂金丝，用铂金在陶瓷上形成的箔膜电阻作测温电阻，工作时热丝被加热到1000(自洁)，排除尘埃附着的影响。分流式：分流式：将热丝和测温电阻设置在分流通道中，以减少流体波动对测量精度的影响；同时，在发动机回火时能保护热丝。薄膜电阻式薄膜电阻式：与整流筒式类似，只是不用热丝而用薄膜电阻(制在薄型陶瓷上)，与空气流成30夹角。插入式：插入式：可装在进气管任意部位，它将热丝、旁通通道、测量电路作成整体结构，从进气管的侧壁插入即可。其目的是减小整体体积。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟热丝式空气流量计的构造传感部分热丝型(Hot
14、-wire)：将铂金丝架设在空气流中;线圈型：将铂金丝卷在陶瓷支架上；薄膜型(Hot-Film)：将薄膜电阻设在陶瓷板上。铂金丝细，热容量小，响应快，但易堆积尘埃，影响测量精度；热容量大，响应较慢，但不易堆积尘埃，且对测量精度影响不大。测量电路：使热丝和热敏电阻间温差保持恒定，现在采用一比较放大器，可测量剧烈变化的空气温度。分流通道：从进气通道分隔出来的支路，以降低气流波动对测量精度的影响。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2进气压力(MAP)传感器l又称负压传感器，常用的有两种：半导体压敏电阻式和真空膜盒式。(1)半导体压敏电阻式压力传感器1)组成：由硅膜片、集成电路、滤清器、真
15、空室和壳体组成，如图3-19所示。2)工作原理：硅膜片是利用半导体的压电效应制成，如图3-20所示，其周围有四个应变电阻，以惠斯顿电桥的方式连接。当发动机进气量发生变化时，硅膜片受到变化的压力，电桥输出相应的信号电压，该电压经过集成放大电路放大后送给ECU，作为计算进入气缸内空气流量的主要依据。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(2)真空膜盒式压力传感器1)组成：由真空膜盒、差动变压器、振荡器、整流器和滤波器等组成，如图3-21所示。真空膜盒由薄金属片焊接而成，其内部被抽成真空，外部与进气歧管相通，当外部压力变化时会引起膜盒的膨胀或收缩变化。差动变压器由一次线圈、两个二次线圈和铁心
16、组成。两个二次线圈反向串联，差动变压器的铁心与膜盒连接在一起。2)工作原理：如图3-22所示，在一次绕组上加上交流电压eP时，在两个二次线圈中产生感应电势es1和eS2。当铁心在中间位置时，两个二次线圈中的电势相互抵消，故输出电压eS为零。当发动机进气时，真空膜盒带动铁心向一个方向运动，两个二次绕组中产生的电势不等，就有电压信号eS输出。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟第二节、点火控制系统一、控制内容和基本组成1.控制内容1）点火能量控制实时控制闭合角或初级线圈电流来实现。2）点火定时控制使发动机功率大、油耗低、爆震小和排放小。2.基本组成普通电子点火系（增加了闭合角和恒流控制）
17、和微机控制点火系。后者主要由传感器、ECU、点火器和点火线圈组成。分为有分电器和无分电器(直接点火系)两类。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(一)有分电器的ECU控制点火系其分电器由配电器和信号发生器两部分组成，其点火提前角由ECU根据曲轴转速信号和节气门开度信号等进行控制，并参照其他工况予以修正，真正实现点火的最优控制。装于分电器内的信号发生器有磁感应式、霍尔式和光电式等。图3-68所示为丰田1S-E型发动机上采用的磁感应式微机控制点火系。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(二)无分电器的ECU控制点火系、取消了分电器，由点火线圈直接向各缸火花塞提供高压电，故称为直
18、接点火系。一种是单独点火方式，另一种是同时点火方式。前者每缸各有一个点火线圈，各缸单独点火，如图3-69所示。后者两缸共用一个点火线圈，两缸同时点火。下面以丰田皇冠轿车直接点火系为例，介绍同时点火方式的工作原理，如图3-70所示。1.组成：如图3-71所示2.工作原理：ECU根据各传感器的信号，经过计算、处理，产生点火控制信号Igt和判缸信号给点火控制器，以辨别需要点火的气缸。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟点火控制器根据判缸信号判别需要点火的气缸；根据IGt信号控制点火的时刻。如当IGdA=0，IGdB=1时，1、6缸点火需要点火，点火控制器内气缸判别电路使VT1截止，1、6缸
19、点火线圈的初级回路被切断，次级产生高压，1、6缸同时点火。点火正时流程图如图3-73所示。点火控制器除控制点火初级回路通断和点火监视功能外，还有闭合角控制、恒流控制、过电压保护等功能。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(三)ECU控制点火系的工作原理1点火提前角的优化控制点火控制最重要的是对点火提前角的控制。最佳的点火提前角，可以使发动机输出功率提高、燃油消耗降低。影响最佳点火提前角的主要因素有转速和负荷，以及起动、怠速、冷却液温度、汽油的辛烷值、压缩比等因素。微机控制系统运用优化控制方案，使点火提前角控制在最佳状态。2点火时间的确定ECU内存两种点火时间的数据，一种是“正常运转时
20、的点火时间”，另一种是“起动时与检查时的点火时间”。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(1)正常运转时的点火时间。是指行车与怠速时的点火时间，是以实验方法获得的最佳点火时间值，存储于ECU的ROM中。工作时以这些数据为基础，再加上修正值即为实际的点火时间值。实际的点火时间=初始点火时间+基本点火提前角+修正点火提前角。1)初始点火时间，又称固定点火提前角，对于丰田IG-GE发动机，其值为上止点前10。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2)基本点火提前角包括怠速时的点火提前角与行车时的提前角两种。怠速基本提前角通常为7；行车时的基本提前角，是根据发动机不同的转速与负荷数值
21、来确定的。3)修正点火提前角。冷却液温度修正：当冷却液温度低时，加大点火提前角；为避免发动机过热，其点火提前角应减小。大气压修正：在大气压较低时，使点火时间进一步提前。进气温度修正：当进气温度过低或过高时，为防止爆燃的产生而使点火时刻向后推迟。爆燃修正：当发生爆燃时，将点火提前角推迟。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(2)起动与检查时的点火时间。因为起动时发动机的工况非常不稳定，所以将起动时的点火时间固定在初始值。在检验点火时间时，按照规定的检验程序，使其调整端子搭铁，以防止修正功能参与而使检验结果产生误差，此时系统将按初始点火时间点火。例如桑塔纳2000轿车在用点火测试仪器检验
22、其点火提前角时，按要求将靠近点火线圈的45号端子搭铁，此时点火提前角应保持在5不变。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟六、爆燃控制六、爆燃控制(一)爆燃及产生的原因爆燃的发生是因燃烧室中不可控制的非正常燃烧引起的。在火花塞产生的正常火焰之外，由于热辐射和压力波的冲击而产生自燃火焰。这种自然火焰的前沿与正常火焰前沿方向相反，于是发生两个或数个前沿压力波相撞，形成强烈的高频冲击波，传播速率极大。其能量不再按正常的方式传递给活塞连杆，而是直接传递给机体，撞击燃烧室及活塞顶，发出尖锐的金属敲击声，严重时将导致金属疲劳、活塞顶熔化和机体开裂。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟产生
23、爆燃的原因有：发动机过热；燃烧室和气缸壁温度过高；燃用低标号汽油；压缩比异常(过大)；点火时间过早等。在压缩比一定，汽油标号正确时，发动机过热和点火时间过早成为产生爆燃的主要原因。此外，在发动机温度及进气温度偏低时若节气门突然打开(大负荷)，也易产生爆燃现象。为防止爆燃，一般在点火系中设有爆燃控制功能。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(二)爆燃传感器爆燃传感器安装在发动机的缸体上，将爆燃引起的缸体振动转换为电压信号输送给ECU，来监测发动机有无爆燃发生。常用的有两种：磁致伸缩式和压电晶体式。1磁致伸缩式爆燃传感器(1)组成：由永久磁铁、可被永久磁铁励磁的强磁体铁心、绕在铁心外围的
24、线圈及壳体组成。(2)工作原理：当爆燃发生时，发动机缸体产生振动，当频率在7kHz左右时发生共振，强磁体铁心此时振幅最大，磁通量变化最大，永久磁铁通过铁心的磁通密度变化最大，使铁心外围线圈的感应电动势发生变化，在线圈的两端有交流电压输出。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2压电晶体式爆燃传感器有两种形式：共振型和非共振型。(1)共振型压电式爆燃传感器1)组成：共振型压电式爆燃传感器主要有基座、振动片、压电晶体元件和外壳等组成，如图3-75所示。2)工作原理：压电元件紧贴于振动片上，后者固定于基座。发动机运转时，振动片便发生振动，压电元件也同时产生压缩和伸张变形而产生压电交变信号。由
25、于振动片固有频率与发动机的爆燃频率相同，当发生爆燃时，振动片处于共振状态，振幅最大，此时压电元件输出的压电信号电压也最大，其输出特性如图3-76所示。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2)非共振型压电式爆燃传感器1)组成：由压电元件、惯性配重块、引线及壳体组成，如图3-77所示。2)工作原理：当发动机振动时，壳体与平衡块之间产生相对运动，从而使夹在中间的压电元件承受变化的推压力，压电元件输出变化的电压信号。非共振型传感器本身并无共振点，在控制组件上只检出在7kHz左右爆燃所产生的电压，通过该电压值的大小判定爆燃强度。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(三)爆燃的控制 当
26、爆燃发生时，在7kHz左右时振动振幅异常大，而使爆燃传感器输出电压最高，如图3-78所示。ECU只检出一定水平以上的爆燃，通过确认超出该水平的程度就可判定其爆燃强度。爆燃判定电路如图3-79所示，将爆燃传感器信号放大、滤波和半波整流后，用比较器I与由平均电路所产生的参比电平进行比较，以判定爆燃波形。然后用积分器积分后得到输入电压Ui，用比较器把输入电压Ui与基准电压Ur作比较，每当UiUR时，多级单稳态触发器立即发出爆燃的脉冲信号。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟当爆燃控制系统的ECU收到爆燃信号后，立即将点火时刻推迟。推迟点火时刻的方法有三种，如图3-80所示。(1)当判定爆燃
27、发生时，慢慢地推迟点火，直到爆燃消除；(2)一收到爆燃判定信号，大幅度推迟点火，然后慢慢的恢复到原来的点火时刻；(3)每当判定爆燃发生时，大幅度推迟点火，而且快速复原。(1)爆燃持续时间长、消失慢；(2)可立即制止爆燃，但点火时间复原较慢；(3)也可立即制止爆燃，且对发动机工作性能无大影响，但点火时刻变动大。减小点火提前角是消除爆燃的有效手段。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟第三节 怠速控制装置怠速控制装置的作用，是根据发动机内部阻力矩的变化，由ECU自动维持发动机以稳定怠速运转。一、怠速控制原理一、怠速控制原理通常采用反馈控制方式，其控制原理如图3-81所示。ECU根据各种传感
28、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，去驱动控制进气量的执行机构(怠速控制器)。(一)怠速状态信号：节气门全关(二)修正补偿信号：当发动机温度较低时，或者工况发生变化时如空调压缩机开启、动力转向工作、自动变速器由PN挡换人行驶挡等。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟二、怠速控制器怠速控制的内容包括起动后控制、暖机过程控制、负荷变化的控制和减速时的控制等。怠速控制器是控制怠速空气进气量的执行机构，按控制原理可分为节气门直动控制式和旁通空气控制式两类。节气门直动控制式是通过对节气门最小开度的控制来控制怠速的，一般用于单点
29、喷射系统中。旁通空气控制式通过改变空气旁通道流通面积来控制怠速的进气量，以达到怠速控制的目的，又称为怠速空气阀；根据其结构不同有辅助空气阀式、电磁比例式、旋转滑阀式、步进电机式等。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(一)辅助空气阀式怠速控制器常用的空气辅助阀有双金属片式和石蜡式两种。1双金属片式怠速控制器(1)组成：双金属片式怠速控制器，是在发动机低温起动时及起动后暖机过程中，使辅助空气阀打开增加进气量的一种快怠速装置。它由绕有电加热线曲的双金属片和控制旁通空气道的阀门等组成，如图3-84a所示。(2)工作原理：当发动机低温起动时，空气阀处于开启状态，补充的空气经辅助空气阀进入燃烧
30、室。由于这部分空气经过了计量，ECU控制增加补充喷油量，混合气较浓，发动机以快怠速状态运行。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟发动机热起时；电流通过加热线圈对双金属片加热；双金属片受热弯曲变形，推动阀门动作，使旁通截面积逐渐减小，发动机转速下降。暖机后，阀门完全关闭旁通气道，发动机恢复正常怠速运转。阀门的开度受双金属片的控制，当周围温度在-20以下时全开，60以上时全关。2石蜡式怠速控制器根据发动机冷却液温度来控制旁通空气道的截面积，从而控制发动机的怠速。其内部结构如图3-84b所示，它安装在发动机的水套上，内部由石蜡体、控制阀、平衡弹簧等组成。石蜡直接感受冷却液的温度，当冷却液温
31、度升高或降低时，石蜡受热膨胀或收缩，直接推动控制阀左移或右移，从而将旁通空气道开大或关小。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(二)电磁比例阀式怠速控制器主要由电磁线圈、比例阀、阀轴及旁通空气道等构成，如图3-85所示。低温起动时，ECU根据冷却液温度传感器提供的低温信号，指令电磁比例阀按一定比例打开，经旁通空气道进入发动机的空气量增加，发动机处于快怠速状态。随着冷却液温度的升高，比例阀开度逐渐减小直至完全关闭。当驱动电流大时，电磁吸力大，阀门开度则大，反之，阀门开度则小。波纹管的主要作用是保持阀门开启位置的稳定性。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(三)旋转滑阀式怠速控
32、制器1组成主要由永久磁铁、电枢、旋转滑阀等组成，如图3-86a所示。旋转滑阀因装在电枢轴上，与电枢轴一起转动，用以控制旁道空气道的空气量。水久磁铁固装在外壳上，以形成永磁磁场。电枢铁心上绕有两组绕向相反的电磁绕组L1和L2，如图3-86b所示。2工作原理当电枢绕组L2通电时，电枢带动旋转滑阀顺时针转动，旁通空气道的截面增大，怠速升高；当电枢绕组L1通电时，电枢带动旋转滑阀逆时针转动，旁通空气道截面减小，怠速降低。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟电枢绕组L1、L2的通电时间由ECU输出的占空比信号控制，若占空比为50，L1和L2的平均通电时间相等，两绕组产生的电磁力矩抵消，电枢停止
33、转动。正常工作时的占空比范围在18(滑阀关闭)82(滑阀打开)之间，滑阀旋转角度为90度范围。(四)步进电机式怠速控制器主要由步进电动机和控制阀门组成，如图3-87所示。步进电动机可正转或反转，使阀心做轴向运动，改变阀心和阀座之间的间隙。间隙小，旁通空气量少；间隙大，旁通空气量多。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟第四节、废气净化控制为了减少汽车排气污染，现代汽车采用了由ECU控制的多种排气净化装置，如三元催化转换、废气再循环(EGR)、活性炭罐蒸发控制系统等。(1)曲轴箱强制通风装置(PCV)一减少曲轴箱窜气引起HC污染；(2)燃油蒸气排放控制装置(EVAP)一减少汽油箱蒸发引起
34、的HC污染；(3)废气再循环装置(EGR)一减少排气中NOx的含量；(4)三元催化净化装置(TWC)一减少排气中CO、HC和NOX的含量汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟一、曲轴箱强制通风装置一、曲轴箱强制通风装置(一)作用及原理1.作用曲轴箱强制通风装置，是曲轴箱的废气回收系统，它可以将由活塞与气缸壁之间窜入曲轴箱的废气(HC)回收于燃烧室进行重新燃烧，既防止了机油变质，又避免了废气外泄引起的大气污染。2.组成、原理曲轴箱强制通风装置主要由单向阀、PCV阀和相应的管路组成，如图3-90所示。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟二、燃油蒸气排放控制二、燃油蒸气排放控制(E
35、VAP)(一)燃油蒸气的形成原因汽车燃油箱的汽油蒸发气体(HC)如果直接排向大气，将会造成大气污染。导致燃油箱汽油蒸发的原因有三个方面：一是热传递：即由燃油箱供给发动机燃用的多余燃油的回流，把发动机的热量传回燃油箱。二是扰动因素。因车辆行驶时油箱晃动，促使汽油分子气化。三是因昼夜温差而产生汽油蒸发。这些因素均会使燃油箱内压力升高，燃油蒸气外溢而造成大气污染。而要控制这些因素则是相当困难的，因此，现代汽车采用燃油蒸气回收利用的方法，用燃油蒸气排放控制装置(EVAP)据发动机的工况控制回收量。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(二)EVAP系统组成及原理1组成主要由燃油箱盖、活性炭罐、
36、ECU控制的真空开关阀(VSV)、油气分离阀和相应的连接软管等组成，如图3-92所示。2。工作原理当燃油箱内的燃油蒸气压力升高时，燃油蒸气经油气分离阀、软管和炭罐单向阀进入炭罐被吸附在活性炭内，称为“吸附过程”。当发动机起动并暖机升温至40以上时，ECU根据转速信号指令真空开关阀（VSV)开启，进气管内的负压将炭罐内吸附在活性炭表的燃油蒸气脱附，导人进气管内，此为“脱附过程”。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟当油箱内的燃油蒸气被吸、压力下降时，外界空气便通过燃油箱盖的单向阀进入燃油箱，使之达到内外压力平衡。油气分离阀的作用是防止汽车倾翻时油箱内的燃油从蒸气管中漏出。炭罐下端有一通
37、大气的孔，其作用是燃油蒸气脱附被吸走后，防止炭罐的负压太大而及时补充部分新鲜空气，使炭罐内的燃油脱附的更快、更彻底。同时还能使活性炭还原吸附能力，防止活性炭过早失效。由ECU通过操作VSV真空电磁阀的开闭来实现，当发动机停机或怠速时，如果冷却液温度未达到40时，电脑使VSV阀关闭，以免影响暖机和怠速工况；当发动机中高速以上时，电脑使VSV真空开关阀开启，贮存在炭罐内的汽油蒸气经软管被吸人发动机燃烧室。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟三、废气再循环(EGR)控制废气再循环(EGR)是发动机工作过程中，将一部分废气重返气缸进行再循环。废气在燃烧过程中吸收热量，降低了最高燃烧温度。由于
38、NOx是在高温富氧条件下生成的，因而废气再循环广泛用于减少NOx排放。但是废气再循环过度会影响发动机怠速、低转速小负荷、暖机工况的性能，废气再循环率(参与废气再循环的比例)必须适量控制。图3-94所示为可变废气再循环率控制系统。真空调节阀(VCV)由废气再循环电磁控制阀和怠速调节电磁阀组成。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟ECU根据传感器输入信号、点火开关和电源电压等，给废气再循环控制阀提供不同占空比的控制脉冲信号，调节真空调节阀真空管的进入空气量，控制废气再循环阀的真空度，从而改变废气再循环率。废气再循环率与占空比成反比，当达到某一值时，废气再循环阀关闭停止工作。汽车电子控制技
39、术重庆大学机械工程学院汽车系张伟四、三元催化转换与空燃比控制1转换器在排气管中，功用是通过三元催化剂与HC、CO和NOx发生反应，把废气中的有害气体转换成无害气体。催化剂常用的是铂(或钯)和铑的混合物。图3-97为三元催化转换器转换效率与空燃比的关系曲线，可见只有发动机在标准空燃比14.7:1运行时，三元催化器转换效率最佳，为此必须对发动机的空燃比进行精确的控制，即把空燃比保持在理论空燃比附近，汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟发动机在开环控制过程中，ECU根据进气量、冷却水温度、进气温度等确定喷油量，这种控制方式不可能很精确，也就很难将空燃比控制在三元催化效率最佳的范围内，为此，
40、控制系统中普遍采用氧传感器组成的空燃比反馈控制方式，即闭环控制。氧传感器安装在排气管内，测量尾气中氧的浓度，并将此信号反馈给ECU。常用的有二氧化锆(ZrO2)和二氧化钛(TiO2)氧传感器两种。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟二氧化锆氧传感器的结构如图3-101所示。其基本元件是专用陶瓷体，即二氧化锆固定电解质管(亦称锆管)，固定在带有安装螺钉的固定套内，锆管内表面与大气相通，外表面与排气相通，其内外表面都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。为了防止排气管内废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表的铂膜上覆盖一层多孔的陶瓷层，并加有带槽口的防护套管。在其接线端有一个金属护套，其上开有一孔，
41、使锆管内表面与大气相通。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟当锆管接触氧气时，氧气透过多孔铂膜电极，吸附于二氧化锆，并经电子交换成为负离子。由于锆管内表面通大气，外表面通排气，其内外表面的氧气分压不同，则负氧离子浓度也不同，从而形成负氧离子由高浓度侧向低浓度侧的扩散。当扩散处于平衡状态时，两电极间便形成电动势，所以二氧化锆氧传感器的本质是化学电池，亦称氧浓差电池。二氧化锆氧传感器的电压特性如图3-102所示。当混合气较稀时，排气中含氧必然多，锆管内外的氧气浓度差小，只产生小的电压；而当混合气较浓时，排气中含氧量较少，同时伴有较多的未完全燃烧物如CO、HC、H2等。汽车电子控制技术重庆
42、大学机械工程学院汽车系张伟这些成分在锆管外面的铂催化下，与氧发生反应，消耗排气中残余的氧，使锆管外表面氧浓度变为零。这样就使得锆管内外氧浓度差突然增大，传感器输出电压也突然增大。因此，其输出特性在过量空气系数=1(即空燃比为14.7:1)附近突变，当1时输出几乎为零，而l时输出电压接近1V。可见，利用二氧化锆氧传感器的这一输出特性便可将空燃比控制在理论空燃比附近。采用闭环控制的实质是保持空燃比在14.7:1，在非理论空燃比工况只能采用开环控制。进入开环或闭环控制由ECU根据有关输入信号确定。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟下列工况应采用开环控制：1)怠速运转。2)节气门全开、大负
43、荷。3)减速断油。4)发动机起动。5)发动机冷却水温低或氧传感据温度未达到工作温度。6)氧传感器失效或其线路出现故障。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟第五节、进气控制1动力阀控制系统根据发动机的不同负荷，改变进气量，从而改变发动机的动力性能。如图6-29所示，真空控制的动力阀装在进气管上，控制进气管空气通道的大小。当发动机小负荷运转时，ECU控制真空电磁阀关闭，动力阀也关闭，进气通道变小，发动机输出较小功率；当发动机负荷增大，ECU根据转速、温度、空气量等信号接通真空电磁阀，真空管内的真空度提高将动力阀打开，进气通道变大，发动机输出较大功率。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽
44、车系张伟2进气惯性增压控制系统(ACIS)即谐波增压进气控制系统，利用进气流惯性产生的压力波来提高充气效率。(1)压力波的产生当气体高速流向进气门时，如果进气门突然关闭，进气门附近气体流动突然停止，但是由于惯性，进气管仍在进气，于是将进气门附件的气体被压缩，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向回来，形成压力波。(2)压力波的利用方法如果上述进气压力脉动波与进气门开闭配合好，就会形成增压进气的效果。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟(3)波长可变的进气惯性增压控制系统工作原理如图6-30所示，当空气管出口
45、的控制阀关闭时，进气管内的脉动压力波传递长度为空气滤清器到进气门的距离，这一距离较长，适应发动机中、低速工况形成气体动力增压效果。当控制阀打开时，接通真空罐，打开进气增压控制阀。由于大容量空气管的参与，促使进气脉动压力波不能在空气管出口与进气门之间传播，缩短了压力波的传播距离。以满足发动机高速工况的气体动力增压效果。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟3废气涡轮增压控制工作原理如图6-31。控制废气流动路线的切换阀驱动气室的控制。在涡轮增压器出口与驱动气室之间的管路上装有ECU控制的释压电磁阀，释压电磁阀控制进入驱动气室的气体压力。当ECU检测到的进气压力在0.098MPa以下时，受
46、ECU控制的释压电磁阀的搭铁回路断开，释压电磁阀关闭。此时由涡轮增压器出口引人的进气压力，经释压阀进入驱动气室，克服气室弹簧的压力推动切换阀将废气进入涡轮室的通道打开，同时将旁路通道关闭，此时废气流经涡轮室使进气增压。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟当进气压力高于0.098MPa时，ECU将释压电磁阀搭铁回路接通释压电磁阀打开，通往驱动气室的压力空气被切断，在气室弹簧力作用下，驱动切换阀，关闭进入涡轮室的通道。同时，将排气旁通口打开，废气不经涡轮室直接排出，增压器停止工作，进气压力将下降，直至进气压力降到规定的压力时,ECU又将释压阀关闭，切换阀又将进人涡轮室的通道口打开，增压器又开始工作。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟