发动机综合控制系统概要.pptx

2024/10/12 周六1汽车电器与电子技术汽车电器与电子技术第八章第八章 发动机综合控制系统发动机综合控制系统天津科技大学天津科技大学机械工程学院汽车系机械工程学院汽车系谈炳发谈炳发2024/10/12 周六2第八章第八章 发动机综合控制系统发动机综合控制系统概述概述第一节第一节 电控汽油喷射系统的分类电控汽油喷射系统的分类第二节第二节 发动机电控汽油喷射系统组成和发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理工作原理第三节第三节 发动机怠速控制发动机怠速控制第四节第四节 发动机排放控制发动机排放控制第五节第五节 燃油喷射系统实例燃油喷射系统实例第六节第六节 气体燃料发动机简介气体燃料发动机简介2024/10/12 周六3概述概述一、怠速控制系统组成一、怠速控制系统组成二、怠速控制执行机构及控制方法二、怠速控制执行机构及控制方法第三节第三节 发动机怠速控制发动机怠速控制2024/10/12 周六4概概 述述 怠速控制怠速控制(ISC)是通过是通过调节空气通路面积以控制空气流调节空气通路面积以控制空气流量量的方法来实现的。当空调及电器负荷、自动变速器、动的方法来实现的。当空调及电器负荷、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况都会引起怠速转速变化。力转向伺服机构的接入等情况都会引起怠速转速变化。2024/10/12 周六5一、怠速控制系统组成一、怠速控制系统组成2024/10/12 周六6二、怠速控制执行机构及控制方法二、怠速控制执行机构及控制方法怠速控制的怠速控制的实质实质是对是对怠速进气量进行控制怠速进气量进行控制，获，获得适宜的空燃比，使发动机在不同的怠速工况得适宜的空燃比，使发动机在不同的怠速工况时都在最佳的转速下稳定运转。时都在最佳的转速下稳定运转。控制方式有两种：控制方式有两种：1.节气门直动式节气门直动式控制节气门最小开度控制节气门最小开度 2.旁通空气式旁通空气式控制节气门旁通通路控制节气门旁通通路2024/10/12 周六71.节气门直动式控制节气门直动式控制ECU根据输入信根据输入信号确定目标怠速号确定目标怠速转速，发出指令转速，发出指令调节节气门的偏调节节气门的偏转量，控制空气转量，控制空气的流通面积，使的流通面积，使进气量与目标怠进气量与目标怠速转速相适应。速转速相适应。2024/10/12 周六8怠速控制阀怠速控制阀的结构形式有：的结构形式有：（1）真空控制式）真空控制式 （2）步进电动机式）步进电动机式 （3）旋转电磁阀式）旋转电磁阀式 （4）占空比控制式）占空比控制式 （5）开关控制式）开关控制式2.旁通空气式怠速控制执行机构旁通空气式怠速控制执行机构2024/10/12 周六9（1）真空控制式）真空控制式真空控制阀真空控制阀脉冲信号的占脉冲信号的占空比决定开度，空比决定开度，控制真空度控制真空度。日本早期生产的汽车，常采用真空控制方式。日本早期生产的汽车，常采用真空控制方式。怠速空气阀怠速空气阀膜片室真空大膜片室真空大（负压大），（负压大），膜片上移，阀膜片上移，阀门开度小，反门开度小，反之增大。之增大。2024/10/12 周六10（2）步进电动机式）步进电动机式控制项目：控制项目：1）起动初始位置确定）起动初始位置确定2）起动控制）起动控制3）暖机控制）暖机控制4）反馈控制）反馈控制5）负荷变化预控制）负荷变化预控制6）电器负载增大时怠速）电器负载增大时怠速7）学习控制）学习控制步进电机的步进电机的转子正转或转子正转或反转，使阀反转，使阀心移动，调心移动，调节旁通空气节旁通空气道截面。道截面。2024/10/12 周六11步进电动机式步进电动机式控制项目控制项目1）起动初始位置确定起动初始位置确定 点火开关点火开关OFF时，继续供电，使阀门处于全时，继续供电，使阀门处于全开位置，以便下次起动。开位置，以便下次起动。2）起动控制起动控制 起动后保持全开位置，当转速达到规定值时，将阀门逐起动后保持全开位置，当转速达到规定值时，将阀门逐步关小与冷却液温度对应。步关小与冷却液温度对应。3）暖机控制暖机控制 暖机时怠速阀逐渐关小，冷却液温度暖机时怠速阀逐渐关小，冷却液温度70时暖机结束。时暖机结束。4）反馈控制反馈控制 ECU将发动机实际转速与存储的转速比较进行控制。将发动机实际转速与存储的转速比较进行控制。5）负荷变化预控制负荷变化预控制 如怠速时接通或断开空调开关等，在转速出现如怠速时接通或断开空调开关等，在转速出现变化前，阀门开大或关小一个固定值。变化前，阀门开大或关小一个固定值。6）电器负载增大时怠速电器负载增大时怠速 为防止电压下降，开大阀门提高怠速转速。为防止电压下降，开大阀门提高怠速转速。7）学习控制学习控制 ECU控制步进电机的转动步数，当发动机性能改变而出控制步进电机的转动步数，当发动机性能改变而出现转速变化时，现转速变化时，ECU会将转速达到目标值，同时存储起来，以后使用。会将转速达到目标值，同时存储起来，以后使用。2024/10/12 周六12（3）旋转电磁阀式）旋转电磁阀式在整个怠速范围在整个怠速范围内，内，ECU通过占通过占空比空比（0100%）对）对怠速转速进行反怠速转速进行反馈控制；空调工馈控制；空调工作时，怠速转速作时，怠速转速通过怠速升高机通过怠速升高机构单独控制。构单独控制。控制项目与步进控制项目与步进电机式基本相同。电机式基本相同。2024/10/12 周六13（4）占空比控制式）占空比控制式 占空比是占空比是ECU输出的输出的控制信号在一个周期内，控制信号在一个周期内，通电时间与通电周期的比通电时间与通电周期的比值。值。占空比大，在一个周占空比大，在一个周期内线圈通电时间长，阀期内线圈通电时间长，阀门开度大，空气流量大。门开度大，空气流量大。2024/10/12 周六14（5）开关控制式）开关控制式 ECU根据有关的开关信号，使怠速控制阀根据有关的开关信号，使怠速控制阀开或关，调节怠速转速。开或关，调节怠速转速。如下列情况，怠速控制阀由关断转为接通：如下列情况，怠速控制阀由关断转为接通：1）怠速触点接通，发动机转速低于一预定）怠速触点接通，发动机转速低于一预定转速时；转速时；2）怠速触点接通，从）怠速触点接通，从“P”或或“N”位换至位换至其它任何位后的几秒钟；其它任何位后的几秒钟；3）尾灯开关接通；）尾灯开关接通；4）后窗除雾器开关接通。）后窗除雾器开关接通。2024/10/12 周六15一、三元催化转化器、氧传感器与一、三元催化转化器、氧传感器与闭环控制闭环控制二、废气再循环控制二、废气再循环控制三、活性炭罐蒸发污染控制三、活性炭罐蒸发污染控制第四节第四节 发动机排放控制发动机排放控制围绕汽车技术发展的三大研究课题是：围绕汽车技术发展的三大研究课题是：“节能、减排、安全性节能、减排、安全性”2024/10/12 周六161.三元催化转化器三元催化转化器 安装在排气消声器安装在排气消声器前，由铂（或钯）前，由铂（或钯）和铑的混合物作为和铑的混合物作为催化剂，促催化剂，促使使HC、CO和和NOX发生发生氧化和还原反应，氧化和还原反应，变成无害气体。变成无害气体。采用闭环控制。采用闭环控制。一、三元催化转化器、氧传感器与闭环控制一、三元催化转化器、氧传感器与闭环控制2024/10/12 周六172.氧传感器氧传感器安装在三元催化转化器前面的排气管内，用来安装在三元催化转化器前面的排气管内，用来检检测排气中的氧含量测排气中的氧含量，向，向ECU反馈电压信号，确定反馈电压信号，确定实际空燃比的浓、稀，控制喷油量的增减。实际空燃比的浓、稀，控制喷油量的增减。氧传感器有氧传感器有氧化锆氧化锆（浓度型浓度型）式）式和和 氧化钛氧化钛（电阻型电阻型）式两种。式两种。2024/10/12 周六18（1）氧化锆式传感器）氧化锆式传感器内侧接内侧接大气大气外侧是外侧是废气废气 在在400以上以上的高温时，当氧化的高温时，当氧化锆内表面气体中氧锆内表面气体中氧的浓度与外表面排的浓度与外表面排气中氧的浓度有差气中氧的浓度有差别时，则在氧化锆别时，则在氧化锆元件内外侧两铂电元件内外侧两铂电极之间产生电压。极之间产生电压。1）结构与原理）结构与原理2024/10/12 周六19 2）输出电压特性输出电压特性混合气稀时，排气中氧混合气稀时，排气中氧含量高，内外两侧氧浓含量高，内外两侧氧浓度差小，电极间产生电度差小，电极间产生电压很低。压很低。反之，混合气浓时，排反之，混合气浓时，排气中氧含量低，内外两气中氧含量低，内外两侧氧浓度差别很大，电侧氧浓度差别很大，电极间产生的电压很高。极间产生的电压很高。在理论空燃比附近有突在理论空燃比附近有突变。变。（1）氧化锆式传感器）氧化锆式传感器2024/10/12 周六203）工作条件）工作条件氧化锆传感器输出电压信号的强弱与工作温氧化锆传感器输出电压信号的强弱与工作温度有关，只有在度有关，只有在400以上温度时才能正常工以上温度时才能正常工作作，在，在600 左右时输出信号最明显，故左右时输出信号最明显，故常常用加热用加热方法保证工作温度。方法保证工作温度。（1）氧化锆式传感器）氧化锆式传感器2024/10/12 周六21（2）氧化钛式氧传感器）氧化钛式氧传感器因其因其电阻随温度变化大电阻随温度变化大，所以在，所以在300 900 的排气的排气温度中连续使用时温度中连续使用时必须作温度补偿必须作温度补偿。在电路中设有温度。在电路中设有温度修正回路。修正回路。与空燃比相对应的传感器电阻值的变化，与空燃比相对应的传感器电阻值的变化，以理论空燃比以理论空燃比为界为界，电阻值产生跃变电阻值产生跃变。与氧化锆式相比，结构简单，造价低，抗污力强，可靠与氧化锆式相比，结构简单，造价低，抗污力强，可靠耐用。耐用。内装加热器，可使其在高温下检测特性比较稳定。内装加热器，可使其在高温下检测特性比较稳定。2024/10/12 周六223.空燃比的反馈控制过程空燃比的反馈控制过程ECU将氧传感器的信号电压与基准电压进行比较，判将氧传感器的信号电压与基准电压进行比较，判断混合气的浓度，对空燃比进行反馈控制。断混合气的浓度，对空燃比进行反馈控制。2024/10/12 周六23空燃比的非反馈控制工况空燃比的非反馈控制工况发动机起动时发动机起动时起动后加浓修正时起动后加浓修正时暖机加浓修正时暖机加浓修正时节气门全开、大负荷高转速时节气门全开、大负荷高转速时加减速燃油量修正时加减速燃油量修正时燃油停供时燃油停供时氧传感器的空燃比过浓、过释信号持续时间大于氧传感器的空燃比过浓、过释信号持续时间大于规定值时规定值时氧传感器温度未达到工作温度或氧传感器失效、氧传感器温度未达到工作温度或氧传感器失效、线路故障线路故障2024/10/12 周六24二、废气再循环控制二、废气再循环控制废气再循环（废气再循环（EGR）是在发动机工作过程中，将）是在发动机工作过程中，将一一部分废气引入进气管部分废气引入进气管，与新鲜空气（或混合气），与新鲜空气（或混合气）混合进入燃烧室燃烧。目的是降低最高燃烧温度，混合进入燃烧室燃烧。目的是降低最高燃烧温度，减少减少NOX的生成量。的生成量。废气再循环的控制指标废气再循环的控制指标用用EGR率表示率表示。一般为。一般为6%13%。EGR量量 EGR率率=吸入空气量吸入空气量+EGR量量 由由EGR阀控制阀控制100%2024/10/12 周六251.EGR阀结构与工作原理阀结构与工作原理以真空度间接控制以真空度间接控制EGR阀的开度，控制阀的开度，控制EGR率。率。接真空接真空2024/10/12 周六262.普通电子式普通电子式EGR控制控制 日产日产NISSAN车车VG30型发动机所用的电子式废型发动机所用的电子式废气再循环控制系统。气再循环控制系统。2024/10/12 周六273.可变可变EGR率控制率控制 ECU根据根据EGR率与发动机转速、进气量的对应关系，率与发动机转速、进气量的对应关系，控制真空调节阀（控制真空调节阀（VCM），调节），调节EGR控制阀的开度，改变控制阀的开度，改变EGR率。率。2024/10/12 周六28三、活性炭罐蒸发污染控制三、活性炭罐蒸发污染控制由由ECU控制的活性炭罐蒸发污染控制装置，防止燃油箱向控制的活性炭罐蒸发污染控制装置，防止燃油箱向大气排放燃油蒸气而产生污染。大气排放燃油蒸气而产生污染。2024/10/12 周六29第五节第五节 燃油喷射系统实例燃油喷射系统实例广州本田雅阁广州本田雅阁2.3L VTi 轿车装用轿车装用F23A3发动机发动机D型多点顺序喷射系统，型多点顺序喷射系统，(Programmed-fuel Injection)简称简称PGM-FI电电控系统控系统，包括，包括发动机控制模块（发动机控制模块（ECM）动力系统控制模块（动力系统控制模块（PCM）实现对发动机和自动变速器的控制。实现对发动机和自动变速器的控制。1.系统控制功能系统控制功能 2.系统的组成系统的组成 3.系统工作情况系统工作情况2024/10/12 周六301.系统控制功能系统控制功能1.汽油多点顺序喷射及空燃比闭环控制；汽油多点顺序喷射及空燃比闭环控制；2.点火控制及爆燃控制；点火控制及爆燃控制；3.怠速控制；怠速控制；4.空调控制；空调控制；5.燃油蒸发排放（燃油蒸发排放（EVAP）控制及废气再循环）控制及废气再循环（EGR）控制；）控制；6.可变配气正时及气门升程控制（可变配气正时及气门升程控制（VIEC）；）；7.故障自诊断；故障自诊断；8.失效保护与备用功能。失效保护与备用功能。2024/10/12 周六312.系统的组成系统的组成(1)传感器传感器 进气支管压力传感器进气支管压力传感器 上止点位置及曲轴位置传感器上止点位置及曲轴位置传感器 判缸传感器判缸传感器 节气门位置传感器节气门位置传感器 冷却液温度传感器冷却液温度传感器 进气温度传感器进气温度传感器 EGR阀升程传感器阀升程传感器 氧传感器氧传感器 爆燃传感器爆燃传感器2024/10/12 周六32(2)执行器执行器 喷油器喷油器 点火模块点火模块 怠速控制阀怠速控制阀 活性炭罐控制阀活性炭罐控制阀 EGR阀阀 燃油泵继电器燃油泵继电器 空调继电器空调继电器 自动变速器换挡电磁阀和控制阀自动变速器换挡电磁阀和控制阀2.系统的组成系统的组成2024/10/12 周六33(3)电控单元电控单元 发动机控制模块发动机控制模块（ECM）动力系统控制模块动力系统控制模块（PCM）2.系统的组成系统的组成2024/10/12 周六343.系统工作情况系统工作情况（1）燃油喷射系统）燃油喷射系统 燃油喷射正时与喷燃油喷射正时与喷油持续时间的控制油持续时间的控制 闭环控制闭环控制 燃油泵控制燃油泵控制 减速断油及限速断减速断油及限速断油控制油控制2024/10/12 周六35（2）怠速控制系统）怠速控制系统 采用节气门旁通气道控制方式采用节气门旁通气道控制方式 怠速控制阀采用旋转电磁阀型除受怠速控制阀采用旋转电磁阀型除受PCM控制外，控制外，还受发动机冷却液温度控制还受发动机冷却液温度控制3.系统工作情况系统工作情况2024/10/12 周六36（3）废气再循环（）废气再循环（EGR）系统）系统 由由EGR阀、阀、EGR真空控制电磁阀、真空控制电磁阀、EGR升程传升程传感器等组成。感器等组成。3.系统工作情况系统工作情况2024/10/12 周六37（4）燃油蒸发排放（）燃油蒸发排放（EVAP）控制系统）控制系统 有活性炭罐、有活性炭罐、EVAP阀、阀、EVAP双通阀、双通阀、EVAP排放控制膜片阀、排放控制膜片阀、EVAP排放控制电磁阀等排放控制电磁阀等3.系统工作情况系统工作情况2024/10/12 周六38（5）故障自诊断功能）故障自诊断功能 可监测、存储、显示系统的故障，当判定系统可监测、存储、显示系统的故障，当判定系统有故障时，点亮仪表板上的故障指示灯，并以故有故障时，点亮仪表板上的故障指示灯，并以故障码的形式储存于障码的形式储存于ECM/PCM中。中。3.系统工作情况系统工作情况2024/10/12 周六39一、两用燃料发动机一、两用燃料发动机二、单燃料发动机二、单燃料发动机三、双燃料发动机三、双燃料发动机第六节第六节 气体燃料发动机简介气体燃料发动机简介气体燃料：气体燃料：压缩天燃气（压缩天燃气（CNG）液化石油气（液化石油气（LPG）2024/10/12 周六40 一、两用燃料发动机一、两用燃料发动机 在原汽油机的基础上，保留原汽油供给系在原汽油机的基础上，保留原汽油供给系统，再加一套气体燃料供给系统。发动机工作统，再加一套气体燃料供给系统。发动机工作时只用其中的一种。时只用其中的一种。2024/10/12 周六41 二、单燃料发动机二、单燃料发动机 仅使用仅使用CNG或或LPG中的一种作为发动机的中的一种作为发动机的燃料，而不再使用其他燃油或代用燃料的发动燃料，而不再使用其他燃油或代用燃料的发动机。机。一般由储气系统和供气系统组成。一般由储气系统和供气系统组成。1.压缩天然气发动机压缩天然气发动机2.液化石油气发动机液化石油气发动机 2024/10/12 周六42 三、双燃料发动机三、双燃料发动机 指气缸内的气体燃料通过少量喷入的柴油指气缸内的气体燃料通过少量喷入的柴油经压燃后引燃，即采用柴油引燃方式，发动机经压燃后引燃，即采用柴油引燃方式，发动机工作时同时燃烧两种燃料。工作时同时燃烧两种燃料。柴油柴油/天然气双燃料发动机：天然气双燃料发动机：天然气供给系统天然气供给系统 引燃柴油供给系统引燃柴油供给系统 发动机电控单元发动机电控单元