汽车电子与电气设备-辅助电子控制.ppt
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1、第五章第五章 汽油机辅助系统的电子控制汽油机辅助系统的电子控制第一节第一节 排气净化与排放控制排气净化与排放控制汽车污染来源:汽车污染来源:1.1.曲轴箱窜气(曲轴箱窜气(HC,CO)HC,CO)2.2.汽油蒸汽(汽油蒸汽(HCHC)3.3.发动机燃烧废气(发动机燃烧废气(CO,HC,NOCO,HC,NOx x)减少污染措施:减少污染措施:三三元元催催化化转转换换、废废气气再再循循环环(EGREGR)、活性碳罐蒸发控制系统等。活性碳罐蒸发控制系统等。一一.三元催化转换器三元催化转换器1.1.原理:三元催化转化器装在排气管中,通过三元催化剂与原理:三元催化转化器装在排气管中,通过三元催化剂与HC
2、HC、COCO和和NONO。发生反。发生反应,把废气中的有害气体转化为无害气体,从而实现排气净化。应,把废气中的有害气体转化为无害气体,从而实现排气净化。2.2.结构:结构:三元催化转化器的结构如图所示,其中三元催化剂是铂和铑的混合物。三元催化转化器的结构如图所示,其中三元催化剂是铂和铑的混合物。铂能促使排气中的有害成分铂能促使排气中的有害成分COCO、HCHC氧化成氧化成C02C02和和H H2 20 0,铑能加速有害气体,铑能加速有害气体NONO还原成还原成N N2 2和和0 02 2,从而起到净化排气的作用。,从而起到净化排气的作用。3.3.转换效率:三元催化转化器的转换效率与空燃比有关
3、系,其关系曲线如图所示。转换效率:三元催化转化器的转换效率与空燃比有关系,其关系曲线如图所示。从图可见,只有发动机在理论空燃比从图可见,只有发动机在理论空燃比14147 7附近运行时,三元催化器的转换效率附近运行时,三元催化器的转换效率才最佳。为此,必须精确控制发动饥的空燃比,使之保持在理论空燃比才最佳。为此,必须精确控制发动饥的空燃比,使之保持在理论空燃比14147 7附附近的范围内。近的范围内。4.4.实现办法:闭环控制方式。实现办法:闭环控制方式。在发动机电子控制系统中普遍采用由氧传感器组成的空燃比反馈控制方式,如图在发动机电子控制系统中普遍采用由氧传感器组成的空燃比反馈控制方式,如图所
4、示。氧传感器在三元催化转化器前面的排气总管内,其功能是检测排气中的氧所示。氧传感器在三元催化转化器前面的排气总管内,其功能是检测排气中的氧气含量,以确定实际空燃比较理论空燃比大还足小,并向气含量,以确定实际空燃比较理论空燃比大还足小,并向ECUECU反馈相应的电压信反馈相应的电压信号从而控制喷油量减少或增加。号从而控制喷油量减少或增加。当实际的空燃比比理论空燃比小(混合气浓)时,氧传感器向ECU输入的是高电压信号,此时ECU将减小喷油量,使空燃比增大。当空燃比增大到理论空燃比147时,氧传感器输出电压信号将突变下降至01v左右。此信号输入ECU后,ECU立即控制增加喷油量,空燃比又开始减小。只
5、要空燃比刚减到理论空燃比以下时,氧传感器输出电压信号又突变,上升到075V以上反馈给ECU后,ECU又将控制减小喷油量。如此反复,将空燃比精确控制在理论空燃比147附近一个极小的范围内。而此时三元催化器也保证工作在最佳状态。开关控制型电磁阀,由ECU根据发动机的工作状况进行接通和断开的控制,在满足以下:五种条件之一时,接通电磁阀开关,其它工况下电磁阀均关断:发动机起动工作时或刚刚起动后;怠速触点IDL闭合,且发动机转速下降到规定转速以下时;怠速触点IDL闭合,并且变速器档位从空档“N”换到其它行驶档位后的几秒钟内;灯开关接通;后窗去雾器开关接通。当发动机运行条件满足下列条件之一时,ECU控制电
6、磁阀由接通变为关断:发动机起动后,怠速运转超过预定时间;触点IDL闭合,空调离合器分离,发动机转速超过预定值;触点IDL。闭合,空调离合器分离,变速器从空档“N”换到其它行驶档一定时间后,或发动机转速超过预定值;灯开关关断;后窗去雾开关关闭。二二.废气再循环(废气再循环(EGREGR)控制)控制1.1.作用:在发动机工作过程中,将一部分废气引入进气管,与新的混合气混合后作用:在发动机工作过程中,将一部分废气引入进气管,与新的混合气混合后进入气缸燃烧。废气在燃烧过程中吸收热量,降低了最高燃烧温度。由于氮氧化进入气缸燃烧。废气在燃烧过程中吸收热量,降低了最高燃烧温度。由于氮氧化物物(NOx)(NO
7、x)主要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主要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NOxNOx的生的生成。但是废气再循环过度将会影响正常运行,特别是在怠速、低转速小负荷及发成。但是废气再循环过度将会影响正常运行,特别是在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时,再循环的废气将会明显降低发动机的性能。动机处于冷态运行时,再循环的废气将会明显降低发动机的性能。控制指标:控制指标:EGREGR率率实现方式:实现方式:EGREGR阀(装在一个将排气歧管与进气歧管连通的特殊通道上,通过控阀(装在一个将排气歧管与进气歧管连通的特殊通道上,通过控制制EGREGR阀的开度来控
8、制废气再循环量。阀的开度来控制废气再循环量。EGR EGR阀的开启和关闭由上方真空气室的真阀的开启和关闭由上方真空气室的真空度控制,真空气室的真空度由空度控制,真空气室的真空度由ECUECU控制的控制的EGREGR电磁阀控制。)电磁阀控制。)2.2.控制方式:控制方式:机械式:机械式:EGR EGR率较小约为率较小约为5 51515。即使采用能进行比较复杂控制的机械控制。即使采用能进行比较复杂控制的机械控制装置,控制的自由度也受到限制。装置,控制的自由度也受到限制。电控式:结构简单,可进行较大的电控式:结构简单,可进行较大的EGREGR率控制,一般为率控制,一般为1515-20-20。因此在现
9、代。因此在现代汽车上,尤其是电控发动机通常都采用电控汽车上,尤其是电控发动机通常都采用电控EGREGR系统。系统。(1).(1).普通电控普通电控EGREGR系统系统(2).(2).装有背压修正阀的电控装有背压修正阀的电控EGREGR系统系统在普通电控式EGR控制系统的基础上,在EGR电磁阀与EGR阀之间的真空管路中加装一个背压修正阀。其功能是根据排气管的背压,附加控制EGR阀。当发动机负荷小且排气背压低时,背压修正阀膜片在弹簧的作用下向下移动,将真空通道切断,使EGR阀处于关闭状态,不进行废气再循环。有在发动机负荷增大且排气管背压增大时,使修正阀膜片克服弹簧力向上运动将阀打开。这才允许根据各
10、种传感器送来的信号,控制EGR电磁阀的开度,即控制进入EGR真空度,从而改变EGR量。(3).(3).闭环控制式闭环控制式EGREGR系统系统用用EGREGR阀开度作为反馈控制信号:在阀开度作为反馈控制信号:在EGREGR阀上部还有一个阀上部还有一个EGREGR位置传感器,其功位置传感器,其功能是检测能是检测EGREGR阀的开度并利用电位计将其转变为相应的电压信号反馈给阀的开度并利用电位计将其转变为相应的电压信号反馈给ECUECU用用EGREGR率作为反馈信号:率作为反馈信号:日本三菱公司新近开发了一种直接用日本三菱公司新近开发了一种直接用EGREGR率作为反馈信号的率作为反馈信号的ECUEC
11、U闭环控制系统,其闭环控制系统,其控制框图如图控制框图如图420420所示。新鲜空气经节气门进入稳压箱所示。新鲜空气经节气门进入稳压箱(进气总管进气总管),参与再循,参与再循环的废气经控制阀也进入稳压箱。其中设置有环的废气经控制阀也进入稳压箱。其中设置有EGREGR率传感器,它对稳压箱中气体率传感器,它对稳压箱中气体分析计算后向分析计算后向ECUECU输出控制信号,不断调整输出控制信号,不断调整EGREGR率使其始终在最佳状态,从而有效率使其始终在最佳状态,从而有效地减少地减少NONOx x的排放量。的排放量。三三.燃油蒸发控制系统燃油蒸发控制系统 作用:燃油蒸发控制系统是为了防止燃油箱内的汽
12、油蒸气向大气排放产生污染燃油蒸发控制系统是为了防止燃油箱内的汽油蒸气向大气排放产生污染而设置的。而设置的。工作过程:油箱的燃油蒸气通过单向阀进入活性炭罐上部,空气从炭罐下部进入工作过程:油箱的燃油蒸气通过单向阀进入活性炭罐上部,空气从炭罐下部进入清洗活性炭。在炭罐的上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀,排放清洗活性炭。在炭罐的上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀,排放控制阀上部的真空度由炭罐控制电磁阀控制,而炭罐控制电磁阀受控制阀上部的真空度由炭罐控制电磁阀控制,而炭罐控制电磁阀受ECUECU控制。控制。当发动机工作时当发动机工作时ECUECU根据发动机的转速、温度和空气流量等
13、信号,控制炭罐电磁根据发动机的转速、温度和空气流量等信号,控制炭罐电磁阀的开闭来控制排放控制阀上方的真空度,从而控制排放控制阀的开度。而当排阀的开闭来控制排放控制阀上方的真空度,从而控制排放控制阀的开度。而当排放阀打开时,燃油蒸汽通过排放控制阀吸入进气歧管。放阀打开时,燃油蒸汽通过排放控制阀吸入进气歧管。有的车型上,活性炭罐电磁阀有的车型上,活性炭罐电磁阀控制系统为了有利于发动机抑控制系统为了有利于发动机抑制爆燃,当制爆燃,当ECUECU判定发动机产判定发动机产生爆燃时,立即使炭罐电磁阀生爆燃时,立即使炭罐电磁阀关闭。切断真空、关闭排放控关闭。切断真空、关闭排放控制阀,直到爆燃消失制阀,直到爆
14、燃消失150ms150ms后,后,ECUECU又使炭罐控制电磁阀恢复又使炭罐控制电磁阀恢复工作。工作。四、二次空气喷射系统 作用:在冷起动时由ECU根据发动机温度,将新鲜空气(又叫二次空气)喷射到排气门的背后,使高温废气中的HC、CO在这里与空气接触而进一步燃烧,以控制废气中HC和CO的成分,同时加快三元催化转换装置的升温过程。工作过程:发动机通过皮带驱动空气压缩机1,空气经压缩以后过管道由空气喷嘴4向排气门的方向喷出。整个装置除空气压缩机外。还必须有防止发动机减速时产生后燃现象的防后燃阀7防止废气倒流到空气压缩机去的单向阀3等。这种装置具有排气净化性能稳定的特点,本图中空气泵由ECu控制。在
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