第11-12章怠速及排放控制系统课件

,单击此处编辑母版标题样式,河南科技大学车动学院,汽车电器与电控技术,55,制作：,吴延峰,第一级,第二级,第三级,第十一章 怠速控制系统,I,dle,S,peed,C,ontrol,S,ystem,本章主要内容：,怠速控制系统的作用,怠速控制系统的结构与原理,怠速控制器,怠速控制阀,第十一章 怠速控制系统 Idle Speed Contr,1、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；,根据发动机的状态,自动调整怠速,。,组成：,传感器、ECU、和执行元件,1、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,怠速控制系统控制内容,怠速稳定控制,高怠速运行控制,发动机负荷高怠速控制,转速变化预见性高怠速控制,其他怠速控制,初始值的设定,起动时怠速控制,碳罐电磁阀工作时怠速控制,怠速偏离修正,怠速控制系统控制内容怠速稳定控制,怠速稳定控制,ECU将接受到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,。,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将接受到的转速信号与确定的目标转速进行比较,高怠速控制,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，风窗加热器等）；,挂前进档（自动变速器汽车）,。,高怠速控制在怠速时，出现以下情况，ECU控制步进电机将怠速提,其他控制,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,23s,，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。,自学习控制：,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。,其他控制起动初始位置的设定：关闭点火开关发动机熄火后，电子控,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,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。,2、节气门直动式怠速控制器,节气门,进气歧管,空气滤清器,直流电机,2、节气门直动式怠速控制器节气门进气歧管空气滤清器直流电机,2、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,2、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,大众车节气门直动式怠速控制器,大众车节气门直动式怠速控制器,3、步进电机型怠速控制阀,步进电机,ISC阀,快怠速阀,进气歧管,空气滤清器,怠速控制阀影片,3、步进电机型怠速控制阀步进电机ISC阀快怠速阀进气歧管空气,步进电机的转子是用永久磁铁制成的8对磁极。定子由A、B两个定子组成，每个定子由两个带有16个(8对)爪极的铁心按上下交错的1、3相绕组和2、4相绕组构成。,步进电机的结构与原理,步进电机的转子是用永久磁铁制成的8对磁极。定子由A、B两个定,第11-12章怠速及排放控制系统课件,3、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,步进电机的结构与工作原理,3、步进电机型怠速控制阀ECU控制S1通电，转子顺时针转动9,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,0125,个步进级。,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,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,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E,丰田车旋转电磁阀型ISCV,4、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,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,占空比,：,脉冲信号的,通电时间,与,通电周期,的比值。,A,B,一个周期,通,断,旋转电磁阀型怠速控制阀工作原理,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电路,旋转电磁阀型怠速控制阀电路,5、开度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,占空比信号线圈平均电流阀开度,5、开度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,6、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,6、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,第十二章 排放控制系统,主要内容：,汽车排放污染物及其控制,燃油蒸发控制系统,废气再循环控制系统,三元催化转化,二次空气供给系统,第十二章 排放控制系统主要内容：,12.1 概 述,一、汽车排放的形成及危害,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NO,X,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1020）,12.1 概 述一、汽车排放的形成及危害,二、汽车排放控制系统,机内净化,废气再循环系统（EGR）,空燃比反馈控制系统,机外净化,三元催化转换器（TWC）,二次空气供给系统,热空气供给系统,污染源封闭循环净化,汽油蒸汽排放控制系统（EVAP）,曲轴箱强制通风系统（PCV）,二、汽车排放控制系统,#6-4,功能,水温,节气门位置,氧传感器,发动机ECU,EGR控制电磁阀,燃油喷射,净化控制电磁阀,净化废气,#6-4功能 水温节气门位置氧传感器发动机ECUEGR控制电,NO,X,是空气中的氮气与氧气在高温、高压条件下形成的，发动机排出的,NO,X,量主要与气缸内的最高温度有关，气缸内最高温度越高，排出的,NO,X,量越多。,EGR控制系统的功能：,将适量的废气引入气缸内参加燃烧，从而降低气缸内的最高温度，以减少,NO,X,的排放量。为了保证发动机正常工作和性能不受过多影响，必须根据发动机工况的变化，控制废气再循环量。,EGR率,EGR量,（,吸入空气量EGR量,）100,类型：开环控制EGR系统,和,闭环控制EGR系统,。,12.2 废气再循环,(,EGR,),控制系统,EGR控制系统影片,NOX是空气中的氮气与氧气在高温、高压条件下形成的，发动机排,第11-12章怠速及排放控制系统课件,通常将EGR率控制在10%20%范围内较合适。,怠速和低负荷时，NOx排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行EGR。,只有热态下进行EGR。发动机温度低时，NOx排放浓度也较低，为了保证正常燃烧，冷机时不进EGR。,大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时混合气较浓，NOx排放生成物较少，可不进行EGR或减少EGR率。,EGR工作范围,通常将EGR率控制在10%20%范围内较合适。EGR工作范,电控EGR系统原理,EGR阀,EGR控制,电磁阀,发动机ECU,MPI,继电器,空气流量传感器,水温传感器,曲轴角传感器,EGR温度传感器,（有些车型）,电控EGR系统原理EGR阀EGR控制发动机ECUMPI空气流,日产EGR系统,日产EGR系统,第11-12章怠速及排放控制系统课件,由负荷控制的EGR系统,由水温和负荷控制的EGR系统,机械控制式EGR,由负荷控制的EGR系统由水温和负荷控制的EGR系统机械控制式,控制方式：ECUEGR电磁阀真空EGR阀部分废气进入进气歧管,ECU控制的开环控制EGR系统,组成：,EGR阀、EGR电磁阀等,ECU根据,发动机冷却液温度、节气门开度、转速和起动,等信号来控制EGR电磁阀的通电或断电。,控制方式：ECUEGR电磁阀真空EGR阀部分废气进入,ECU控制的开环控制EGR系统工作过程,ECU控制的开环控制EGR系统工作过程,用EGR阀开度作为反馈信号,EGR阀开度传感器,工作原理与电位计式节气门位置传感器相同,闭环控制EGR系统,检测实际的,EGR率,或,EGR阀开度,作为,反馈控制信号,来控制EGR系统，这种控制精度更高。,用EGR阀开度作为反馈信号 EGR阀开度传感器闭环控制,EGR阀,EGR阀,EGR阀,EGR阀,EGR电磁阀,EGR电磁阀,第11-12章怠速及排放控制系统课件,12.3、三元催化与空燃比反馈系统,三元催化转换器TWC,三元催化转换器也称为,触媒转换器,，简称,触媒,。,功能：,利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体,CO、HC和NO,X,变成无害气体。,构造：,安装在排气消声器前面，由,转换芯子,和,外壳,等构成。转换芯子常用蜂窝状陶瓷作为承载催化剂的载体，在,陶瓷载,体上浸渍铂（或钯）与,铑贵重金属的混合物作,为,催化剂,。,TWC影片,12.3、三元催化与空燃比反馈系统三元催化转换器TWCTWC,TWC原理,#6-11,催化转换器,入口,出口,铂，钯,铑,TWC原理#6-11催化转换器入口出口铂，钯铑,影响TWC转换效率的因素,影响最大的是,混合气的浓度,和,排气温度,。,只有在标准混合气附近，对废气中的有害气体,CO、HC,和,NO,X,的转换效率才最佳。,在装用,TWC,的汽车，一般装用氧传感器检测废气中的氧浓度，并将此信号送给,ECU,后，对空燃比进行反馈闭环控制。,装用,TWC,后，发动机的排气温度须在,300815,之间。低于,300,，氧传感器将不能产生正确信号，因此部分氧传感器内有加热线圈；高于,815,，,TWC,转换效率下降。,影响TWC转换效率的因素影响最大的是混合气的浓度和排气温度。,氧传感器,O,xygen,S,ensor,(,O,2,S,),【功用】,检测排气中的氧浓度，向ECU输送空燃比信号。,【分类】,氧化锆（ZrO,2,）式,和,氧化钛（TiO,2,）式,两种。,【别名】,传感器,氧化锆式氧传感器,氧传感器FLASH动画,氧传感器影片,氧传感器 Oxygen Sensor (O2S)【功用】检测,氧化钛式氧传感器,组成：,二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等。,原理：,废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；,废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小。,二氧化钛元件,金属外壳,陶瓷绝缘体,接线端子,陶瓷元件,导线,金属保护套,氧化钛式氧传感器组成：二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子,在带氧传感器的EFI系统中，并不是所有工况都进行闭环控制。在,起动、怠速、暖机、加速、全负荷、加速断油,等工况下，发动机不可能以理论空燃比工作，此时仍采用开环控制方式。,改变短,改变长,喷油器,加长,缩短,决定基本喷射时间,判定为空燃比稀,判定为空燃比浓,ECU,浓,稀,电动势大,电动势小,氧浓度增加,氧浓度减少,O2S,发动机,进气,排气,压缩,膨胀,EFI系统的闭环控制过程,闭环控制系统影片,在带氧传感器的EFI系统中，并不是所有工况都进行闭环控制。在,12.4、二次空气供给系统,作用：,在一定工况下，将新鲜空气送入排气管，促使废气中的CO和HC进一步氧化，从而降低CO和HC的排放量；同时增加TWC的升温。,二次空气供给系统不工作的条件：,EFI进入闭环控制；,水温超过规定；,发动机转速和负荷超过规定；,ECU发现有故障。,控制方式：ECU二次空气电磁控制阀VSV 真空二次空气控制阀新鲜空气,12.4、二次空气供给系统作用：在一定工况下，将新鲜空气送入,12.5 汽油蒸发排放,(,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。,12.5 汽油蒸发排放(EVAP)控制系统功能：收集燃油箱和,机械式EVAP控制系统,机械式EVAP控制系统,活性碳罐,活性碳罐,电控EVAP控制系统典型布置,电控EVAP控制系统典型布置,控制方式：1、ECU清污电磁阀真空真空控制阀进气歧管吸入燃油蒸汽,2、ECU清污电磁阀进气歧管吸入燃油蒸汽,电控EVAP控制系统工作过程,燃油蒸发,燃油蒸发控制,控制方式：1、ECU清污电磁阀真空真空控制阀进气歧管,韩国现代轿车EVAP系统,在部分电控EVAP控制系统中，活性碳罐上不设真空控制阀，而将受ECU控制的电磁阀直接装在活性碳罐与进气管之间的吸气管中。,控制方式：ECU清污电磁阀进气歧管吸入燃油蒸汽,韩国现代轿车EVAP系统在部分电控EVAP控制系统中，活性碳,曲轴箱强制通风(PCV)系统,曲轴箱强制通风(PCV)系统,PCV阀,曲轴箱排放,曲轴箱强制通风(PCV)系统曲轴箱强制通风(PCV)系统PC,#6-31,PCV阀,怠速状态下进气歧管真空强度大,流量限制,曲轴箱的蒸气,进气歧管真空强度为中等状态,阀位于中心位置，较低限制,节气门全开的状态下，进气歧管真空强度小,曲轴箱的蒸气,阀关闭,#6-31PCV阀怠速状态下进气歧管真空强度大流量限制曲轴箱,各系统综合示意图,ECU,清污电磁阀,活性炭罐,燃油压力调节器,PCV阀,喷油器,WTS,EGR控制阀,EGR电磁阀,ISC阀,TPS,AFS,氧传感器,燃油滤清器,燃油泵,单向阀,分离器,三元催化器,WTS：,水温传感器,TPS：,节气门位置传感器,AFS：,空气流量计,各系统综合示意图ECU清污电磁阀活性炭罐燃油压力调节器PCV,