第四章 汽油机辅助控制系统

第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术1第四章汽油机辅助控制系统本章主要内容：怠速控制系统进气控制系统增压控制系统排放控制系统巡航控制及电控节气门系统冷却风扇及发电机控制系统故障自诊断系统失效保护系统应急备用系统第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术2本章学习要求：掌握怠速控制系统的功能与组成。掌握ISCV的结构与检修，掌握控制阀的控制内容。掌握动力阀控制系统、谐波增压控制系统系统ACIS、可变配气相位控制系统VTEC的结构与工作原理及控制方法。了解增压控制系统的工作原理。掌握EVAP电控系统的工作原理及检修方法。掌握EGR控制系统的工作原理及检修方法。掌握TWC与空燃比反馈控制系统的工作原理。了解巡航控制系统的工作原理和电控节气门系统的功能及工作原理。了解电子风扇、失效保护系统和应急备用系统的工作原理。掌握故障自诊断系统的功能和工作原理。第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术3一、怠速控制系统IdleSpeedControlSystem本节主要内容：怠速控制系统的功能与组成节气门直动式怠速控制器步进电动机型怠速控制阀旋转电磁阀型怠速控制阀占空比控制电磁阀型怠速控制阀开关型怠速控制阀第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术41、怠速控制系统的功能与组成功能：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。组成：传感器、ECU、和执行元件第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术5怠速控制方法怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。控制怠速进气量的方法：节气门直动式和旁通空气式节气门直动式通过执行元件改变节气门的最小开度来控制怠速进气量。旁通空气式通过执行元件控制怠速旁通气道的空气量来控制怠速进气量。节气门直动式旁通空气式节气门节气门操纵臂油门踏板钢丝绳执行元件空气进气管进气管节气门空气执行元件第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术62、节气门直动式怠速控制器组成：直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术7大众车节气门直动式怠速控制器第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术8大众车节气门直动式怠速控制器电路图第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术93、步进电机型怠速控制阀ECU控制S1通电，转子顺时针转动90度；ECU继续给S2通电，转子再顺时针转动90度；依此类推。当ECU按照S4、S3、S2、S1的顺序通电时，转子逆时针转动。线圈通电一次，转子转动一次的角度称为步进角。步进电机型ISCV构造及工作原理控制阀的结构与工作原理怠速控制阀影片第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术10转子定子线圈至进气管自空气滤清器阀轴阀丰田车步进电机型怠速控制阀实际的步进电机不只4个定子，而是有很多。下图中的步进电机转子每转一步一般为1/32圈。步进电机的工作范围为0～125个步进级。第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术11步进电机型怠速控制阀电路蓄电池EFI主继电器ISC阀发动机ECU丰田皇冠3.0轿车步进电机型ISCV电路第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术12步进电机型怠速控制阀的检修拆下控制阀线束连接器，检测B1和B2与搭铁间的电压，为蓄电池电压；熄火后，2～3s内在怠速控制阀附近应能听到内部发出的“嗡嗡”响声；B1与S1和S3、B2与S2和S4之间的电阻，应为10～30Ω。蓄电池正极接B1和B2端子，负极按顺序依次接通S1—S2—S3—S4端子，控制阀应向外伸出；若负极按反方向接通S4—S3—S2—S1端子，则控制阀应向内缩回。S1-S2-S3-S4顺序S4-S3-S2-S1顺序第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术13怠速控制阀的控制内容控制内容：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第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术14怠速控制阀的控制内容起动初始位置的设定：关闭点火开关发动机熄火后，电子控制单元ECU的M-REL端子向主继电器延续供电2～3s，ECU控制步进电机ISCV全部打开，以利于下次起动。起动控制：起动时，ISCV全开，起动顺利。起动后，ECU根据水温的高低控制步进电机，调节控制阀的开度。暖机控制：又称为快怠速控制。暖机时，ECU根据水温的高低控制怠速控制阀的开度。随着水温上升，怠速控制阀开度逐渐减小。怠速稳定控制：ECU将接受道的转速信号与确定的目标转速进行比较，其差值超过一定值时，ECU通过步进电机控制怠速控制阀以调节空气进气量。又称为反馈控制。第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术15怠速控制阀的控制内容怠速提速控制：在怠速时，出现以下情况，ECU控制步进电机将怠速提升。开空调；转方向盘（带动力转向的车）；电器负荷增大（如开大灯，风窗加热器，尾灯等）；挂前进档（自动变速器汽车）。学习控制：由于磨损等原因，怠速控制阀的位置相同时，其实际的怠速转速和设定的目标转速略有不同，此时ECU利用反馈控制使怠速转速回到目标转速，同时将此时的步进电机步数存入ROM中（ECU中有一小电路不断电），以便在以后的怠速控制过程中使用。步进电机ISCV提速控制FLASH动画第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术16丰田车旋转电磁阀型ISCV4、旋转电磁阀型怠速控制阀旋转电磁阀型怠速控制阀结构自空气滤清器双金属片阀体自空气滤清器阀阀线圈永久磁铁至进气总管至进气总管第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术17占空比：脉冲信号的通电时间与通电周期的比值。AB一个周期通断旋转电磁阀型怠速控制阀工作原理%100BAA占空比＝第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术18永磁磁极式(或称旋转电磁阀式)步进电机T1T2反向器ECU输入控制信号顺开逆关换向器③①②电刷占空比50%时,电磁力矩相互抵消;占空比小于50%时,LI通电平均时间长,产生的电磁力矩将克服L2产生的电磁力矩,,反转,关小进气道;占空比大于50%时,L2通电平均时间长,产生的电磁力矩将克服L1产生的电磁力矩,顺转,开大旁通进气道（截面）L1L2L1逆转线圈、L2顺转线圈；（全开82%、全关18%）+B输入电源电压占空比信号T2导通顺转、T1导通反转旋转电磁阀怠速马达工作原理第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术19旋转电磁阀型怠速控制阀电路及其检修断开线束插头，点火开关ON，但不起动发动机。测量电源端子+B与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压。断开线束插头，在控制阀侧测量端子+B与端子RSC及RSO之间的电阻值，正常值应为18.8～22.8Ω。发动机达正常工作温度，变速器空挡。发动机怠速运转，短接TE1与E1端子，发动机转速为1000～1200r/min，5s后转速应下降约200r/min。第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术205、占空比控制电磁阀型怠速控制阀自空气滤清器至进气管电磁线圈阀门丰田车占空比控制电磁阀型ISCV第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术216、开关型怠速控制阀自空气滤清器至进气管电磁线圈阀门丰田车开关型ISCV第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术22二、进气控制系统目的：提高进气量，改善发动机动力性能。类型：动力阀控制系统、谐波进气增压系统（ACIS）、可变配气相位控制系统（VTEC）等多种。动力阀控制系统：是控制发动机进气道的空气流通截面大小，以适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。谐波进气增压系统：利用了进气管内的压力波与进气门的开启配合，当进气门开启时，使反射回来的压力波正好传到该气门附近，从而形成进气增压的效果，提高发动机的充气效率和功率。可变配气相位控制系统：根据发动机转速、负荷等参数变化来控制VTEC机构工作，改变驱动同一气缸两进气门工作的凸轮，以调整进气门的配气相位及升程，并实现单进气门工作和双进气门工作的切换。可变进气管系统影片第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术23ECU膜片真空气室真空电磁阀动力阀真空管空气控制方式：ECU→真空电磁阀→真空→膜片真空气室→动力阀动力阀控制系统在进气量较小的低速、小负荷工况下，使进气道空气流通截面减小，可提高进气流速，从而提高充气效率，改善发动机的低速性能；在进气量较大的高速、大负荷工况下，适当增大进气道空气流通截面，可减少进气阻力，提高进气量，从而改善发动机的高速性能。第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术24ACIS基本原理谐波增压控制系统ACIS低速时，进气控制阀关闭，压力波传播距离长，发动机低速性能好。高速时，进气控制阀打开，压力波传播距离短，发动机高速性能好。进气控制阀进气道进气室真空驱动器喷油器节气门空气滤清器第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术25ACIS组成ACIS控制电路控制方式：ECU→ACIS电磁阀→真空→真空驱动器→进气控制阀ACIS电磁阀电阻：38.5～44.5Ω进气控制阀真空驱动器ACIS电磁阀节气门真空罐传感器信号ECU第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术26可变配气相位控制系统VTEC中凸轮升程最大，次凸轮升程最小。主凸轮的形状适合发动机低速时单气门工作的配气相位要求；中凸轮的形状适合发动机高速时双进气门工作的配气相位要求。第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术27四个活塞安装处VTECN-VTC可变凸轮轴控制工作原理发动机低速时，电磁阀断电，油道关闭。在弹簧作用下，各活塞均回到各自孔内，三个摇臂彼此分离。此时，主凸轮通过主摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆（不起作用），次凸轮升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量开闭，以防止进气门附近积聚燃油。配气机构处于单进、双排气门工作状态。中间摇臂第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术28VTEC工作原理发动机高速运转，且发动机转速、负荷、冷却液温度及车速均达到设定值时，电磁阀通电，油道打开。在机油作用下，同步活塞A和同步活塞B分别将主摇臂与中间摇臂、次摇臂与中间摇臂插接成一体，成为一个同步工作的组合摇臂。此时，由于中凸轮升程最大，组合摇臂由中凸轮驱动，两个进气门同步工作，进气门配气相位和升程与发动机低速时相比，气门的升程、提前开启角度和迟后关闭角度均较大。此时配气机构处于双进、双排气门工作状态。VTEC工作原理FLASH第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术29三、增压控制系统功能：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。分类：根据增压装置使用的动力源不同，增压装置分废气涡轮增压和动力增压两种。目前多采用废气涡轮增压。第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术30典型废气涡轮增压控制系统第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术31四、排放控制系统汽车排放污染来源：发动机排出的废气（约占65％以上）曲轴箱窜气（约占20％）燃料供给系统中蒸发的燃油蒸汽（约占10％～20％）汽油机的主要污染物：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOX汽车排放控制系统（排污治理方法）：曲轴箱强制通风PCV系统汽油蒸汽排放EVAP控制系统废气再循环EGR系统三元催化转换器TWC与空燃比反馈控制系统二次空气供给系统热空气供给系统第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术321、汽油蒸汽排放(EVAP)控制系统功能：收集燃油箱和浮子室（化油器式汽油机）内蒸发的汽油蒸汽，并将汽油蒸汽导入气缸参加燃烧，从而防止汽油蒸汽直接排入大气而造成污染。同时，还必须根据发动机工况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸汽量。为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的HC和节约燃料。第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术33机械式EVAP控制系统第四章汽油机辅助控制系统汽车发动机电控技术34电控