汽车电气与电子技术电子燃油喷射系统2

8.6.2排放控制系统2.机外净化对发动机排出的废气进行再净化处理，将废气中所含的CO、HC和NOx等有害气体转化为无害的水(H20)、二氧化碳(CO2)和氮(N2)等气体。这一类的排放控制装置有：热反应器、氧化催化剂转化器、三元催化转化器、二次空气供给装置（AI-secondaryairinjection）等。目前广泛使用的发动机废气净化装置是三元催化转化装置（TWC-threewaycatalyticconvertor）。8.6.2排放控制系统3.污染源封闭循环净化对曲轴箱气体及燃油箱燃油蒸发等HC排放源实施封闭化处理，以阻断向空气排放。这类控制装置有：曲轴箱强制通风装置、活性炭罐燃油箱燃油蒸汽控制等。目前广泛使用燃油箱燃油蒸汽控制，又称EVAP（EvaporativeEmissionControlSystem）1.燃油箱燃油蒸汽控制机械的活性炭罐燃油蒸发回收系统利用节气门处的真空度直接控制膜片式通气阀来控制活性炭罐通气量，该控制方式的控制精度低。1.燃油箱燃油蒸汽控制电子式燃油箱燃油蒸汽控制系统，又称EVAP（EvaporativeEmissionControlSystem）是指将燃油箱蒸汽通入活性炭罐被活性炭吸附，发动机工作时，电控单元向电磁阀输出电流信号使电磁阀开启，活性炭罐中的燃油蒸汽通过真空管进入发动机进气歧管内，再进入发动机气缸燃烧。1.燃油箱燃油蒸汽控制燃油箱燃油蒸汽控制的组成1-燃油箱2-活性炭罐3-电磁阀4-电控单元5-进气歧管6-氧传感器7-冷却液温度传感器8-空气流量计9-发动机转速传感器电子式燃油蒸汽控制系统的组成发动机转速传感器发动机负荷传感器节气门位置传感器冷却液温度传感器氧传感器ECU活性炭罐电磁阀2.排气再循环控制排气再循环，又称EGR（ExhaustGasRecirculation）是指将一定量的排气引入进气管中并与可燃混合气一起吸入气缸，以降低发动机燃烧温度，减少排气中氮氧化物（NOX）等有害气体的排放。2.排气再循环控制排气再循环影响混合气的着火性能，降低发动机功率，故需要选择NOx排出量多的工况进行适量的排气再循环。通常用EGR率作为排气再循环指标最大EGR率一般不超过15～25％。100%排气再循环气进气空气量排气再循环气EGR率EGR率对发动机排放和经济性的影响电子式EGR系统的组成和工作原理发动机工作时，电控单元根据冷却液温度传感器、转速传感器、节气门位置传感器等信号和控制程序，向排气再循环电磁阀输出控制信号，控制电磁阀打开和关闭。废气再循环电子控制系统①当发动机转速低于900r／min或高于3200r／min，ECU输出持续高电平控制信号，使EGR电磁阀关闭，发动机停止废气再循环。②空气流量传感器或进气压力传感器。提供发动机负荷信息，是EUC确定EGR率的另一重要参数。发动机转速传感器发动机负荷传感器节气门位置传感器冷却液温度传感器点火开关EGR开度传感器ECUEGR电磁阀废气再循环电子控制系统③发动机冷却液温度传感器提供发动机温度信号，在发动机温度低时，不进行废气再循环。④节气门位置提供发动机怠速信号，当发动机处于怠速工况时，不进行废气再循环。⑤点火开关提供发动机起动信号，在起动发动机时，不进行废气再循环。发动机转速传感器发动机负荷传感器节气门位置传感器冷却液温度传感器点火开关EGR开度传感器ECUEGR电磁阀电子控制废气再循环的结构占空比控制方式：当不需要废气再循环时，ECU输出占空比为100％的信号(持续高电平)，使EGR电磁阀常通电，EGR阀真空室与大气常通，EGR阀关闭，阻断了废气再循环。全电子式EGR电磁阀由电控单元信号直接操纵，结构简单控制精度高。3.排气后处理系统--催化净化装置汽车上使用过的催化净化装置可以分为三种：氧化催化反应器，双床催化器和三元催化反应器。1.氧化催化反应器氧化催化系统自1975年后在汽车上投入使用。这种催化装置采用载体表面上的催化剂作为触媒介质，发动机的排出气体在其间通过时用其过量的空气将未燃烃HC与一氧化碳CO氧化，生成水蒸汽和二氧化碳。但是，排气中的氮氧化物NOx，经过氧化催化反应器不能降低。氧化催化器对于净化CO与HC具有一定的效果，在载货汽车上有所应用。为净化NOx加装废气再循环系统，也能取得较好的结果。3.排气后处理系统--催化净化装置双床催化反应器由两个催化器组成，该装置在两转化器之间使用二次空气。排气流先经过过一个还原催化器，随后在同一反应器壳体内再通过一个氧化催化，两者之间有二次空气吹入。双床催化反应器在第一个催化剂床中，将氮氧化物还原成氮气和二氧化碳，即：2NO+2CO=N2+2C02，还原剂CO来自混合气的不完全燃烧。在第二个催化剂床中进行氧化反应，即：2CH4+5O2+2CO=4H2O+4C022CO+O2=2C02三元催化反应器三元催化反应器亦称为单床三元催化器。它可同时将汽车发动机排出的三种有害气体有效的净化，也就是同时存在三种反应，即2CO+O2=2CO24CH+302+=2H2O+2C022NO+2CO=N2+2C02三元催化反应器要求发动机的混合气为理论混合比。使用这种净化方法使HC、CO、NOX三种有害排气成分得到大幅度的降低。它可以满足严格的排放法规的要求，在汽车获得普遍采用。三元催化反应器催化反应器结构催化反应器它由三部分组成：钢壳体容器、催化剂和载体。壳体材料是耐高温，耐腐蚀的不锈钢，载体可有三种形式：松散材料(或粒状材料)制成的载体，陶瓷单体式载体与金属单体式载体。催化剂目前多数是用贵金属。A.松散材料载体催化剂载体的常用材料是氧化铝，由粒状直径约2～4mm的颗粒堆积而成。经过研究改进为整体结构，在粒状载体上直接用活化的催化物质涂层。催化反应器结构B.陶瓷单体是由一种高温坚韧的镁，铝、硅酸盐烧结而成。陶瓷体中穿有几千个小通道，在1cm2上确约60个通道以流过排气。陶瓷单体被固定在催化反应器壳体上，在壳体金属壁面与载体之间加入一层膨胀垫，它可以由金属织物或树脂纤维制成。金属织物一般是用0.25mm直径合金钢丝编制，可承受高温下壳体与载体材料的不同膨胀，在汽车行驶时引起的机械冲击，以及作用在陶瓷体上的气体压力等。催化反应器结构金属单体式载体结构紧凑，壳体容积比陶瓷体要小，抗震强度与性能均较好。目前，由于制造成本高的原因，只限于小批量使用。这种催化装置大多数装在发动机附近，作为前催化器或起动催化器。这样可在发动机冷车起动后，加快催化转变的作用。在金属型载体上与陶瓷体一样，需要先涂一层氧化铝助催化剂。然后再涂一层催化剂。对于催化反应器的研究，主要是寻找催化剂，目前常用的催化剂还是用贵金属及其氧化物。在氧化催化反应器铂、铑。铂能促使一氧化碳与未燃烃的氧化，铑能加氮氧化物还原。催化反应器反应器中所含有的贵金属量约为3g。催化净化装置的使用条件使用温度对催化反应器有很重要的影响。一般排气中有害成分的开始转化温度，需要超过250℃，当发动机起动预热5min后要经过才能达下限温度，一旦活化开始催化器便因反应放热而自动地保持高温。保持催化器高净化率，高寿命的理想运行条件的陵用温度约为400～800℃,正常寿命约10万公里。800～1000℃时，贵金属与氧化载体之间可能烧结，产生热老化，导致活化表面积的减小。使用温度超过1000℃时，因催化剂过热加快老比，以致于完全丧催化功能。因此，必须防止催化剂过热。铅可使催化剂中毒失效，因此必须使用无铅汽油。8.6.3进气增压控制1.废气涡轮增压用发机机排出的高温、高压废气，驱动涡轮增压器的废气涡轮高速旋转，并驱动动力涡轮一起转动，将空气加压后吸入气缸。为保证发动机在不同转速下及工况下都得到最佳增压值，并防止发动机爆燃同时限制热负荷，对涡轮增压系统常采用增压控制与爆燃控制相结合的控制方法。废气涡轮增压电子控制系统的组成1-进气2-动力涡轮3-废气涡轮4-排气系统5--废气旁通阀6-节气门7-节气门位置传感器8-冷却液温度传感器9—爆燃传感器10—增压压力控制电磁阀11—ECU12—节气门位置传感器信号13-增压进气温度14-点火提前角15-发动机转速信号16-爆燃传感器信号17-排气流18-通过涡轮的气流19-通过废气旁通阀的气流P1-增压之前的进气压力P2-增压之后的进气压力P2´-进气歧管压力P3-排气背压增压控制方法在电控单元的存储器中，存储着发动机增压特性的有关数据。发动机工作时，电控单元根据增压压力等传感器输人的信号，可以确定实际进气增压压力，然后将实际进气压力与存储的理论值进行比较。若实际值与理论值不相符合，电控单元则输出控制信号，对增压压力电磁阀进行控制，改变排气旁通阀的压力，使排气旁通阀开度改变。当发动机出现爆燃时，电控单元根据传感器输入的爆燃信号，减小点火提前角，同时降低增压压力。当爆燃消失时，再增加点火提前角和进气压力。2.谐波增压谐波增压又称AClS，AClS是“声控进气系统”的英文缩写。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，由于惯性进气管仍在进气，于是进气门附近的气体被压缩，进气压力上升。当压力增大到一定值后，被压缩的气体开始膨胀，向着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。如果在进气门刚要打开时，进气压力波恰好到达进气门附近，这样进气门打开时，就会提高进气效率。谐波增压的基本工作原理通过改变进气管长度可改变进气压力波波长，使压力波集中于要打开的进气门处，打开进气门时就会形成增压进气。进气管长度变长时，压力波波长大，可使中低速转速时进气压力增大。进气管长度变短时，压力波波长短，可使高速时进气压力增大。谐波增压电子控制系统的组成电控单元根据发动机转速信号、节气门位置传感器信号控制电磁阀的通断，调节膜片执行器真空度，操纵进气转换阀门改变进气管道长度。8.6.4可变气门正时与气门升程电子控制可变气门正时与气门升程电子控制又称VTEC或VVT（VariableValveLifeTimingandValveElectronicControl），进气门的正时与升程随转速的不同而改变，使发动机在低速时具有较高的燃烧效率和较低的燃油消耗，而在高速时则可以充分地发挥其强劲的动力，从而改善汽车的动力性和经济性。1.VTEC机械机构工作原理发动机的凸轮轴除原有驱动两个进气门的主凸轮和辅助凸轮外，还增设中间凸轮，三个凸轮中中间凸轮升程最大。进气门摇臂也因此分成三个部分，即主摇臂、中间摇臂和辅助摇臂。三根摇臂轴的内部装有液压控制的同步活塞A和B，液压系统则由发动机控制模块根据发动机的转速、负荷、冷却液温度和车速等参数进行控制。2.VTEC控制系统工作原理发动机转速、负荷和冷却液温度等信号输入发动机控制模块（ECM）后，ECM将决定对配气机构是否实行VTEC控制。若实行VTEC控制，ECM使VTEC电磁阀的电磁绕组通电，使电磁阀在电磁力的作用下吸起，来自油泵的油压便作用在同步活塞。VTEC电磁阀开启后，控制系统还可以通过VTEC压力开关反馈信号给ECM，以便监控系统工作。8.6.5故障自诊断系统、故障运行和安全保险1.故障自诊断系统故障自诊断系统的功能是电控单元随时监视电控系统各部件的工作状况，当出现故障时，仪表板上的发动机故障指示灯点亮，以提醒驾驶员，并将故障信息存储在电控单元故障存储器中。检修时，检修人员用测试仪读取故障信息，即可迅速查明故障原因。2.故障运行和后备系统故障运行是指当某些传感器出现故障时，电控单元启用存储器中的代用值，控制发动机继续运行。出现故障时具有代用值传感器有：冷却液温度传感器（80℃）、进气温度传感器（25℃）、空气流量传感器、进气压力传感器、节气门位置传感器等。当电控单元控制程序出现故障时，电控单元启用后备系统对发动机进行简易控制，使车辆维持运行，进入“跛行”状态。后备系统采用专用集成电路，将喷油时间、点火时刻、闭合角等发动机运行基本参数设定为某