[交通运输]第四章 汽油机辅助控制系统.ppt
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1、第四章,汽油机辅助控制系统 一、怠速控制系统 二、进气控制系统 三、排气控制系统 四、汽油发动机发展趋势,第四章,汽油机辅助控制系统 一、怠速控制系统 二、进气控制系统 三、排气控制系统 四、汽油发动机发展趋势,一、怠速控制系统概述,怠速控制的功能 怠速控制系统的组成与原理 怠速控制的方法,一、怠速控制系统概述, 什么是怠速工况? 怠速工况指发动机只维持空调、动力转向器等基本运转,对外无动力输出的稳定运转工况。此时节气门开度最小或者为零,汽车处于空档,发动机只带动附件维持最低稳定转速。,一、怠速控制系统概述,为什么要控制怠速工况? 发动机怠速运转时间约占30%,怠速转速的高低影响油耗、排放、运
2、转的稳定性等。在保证发动机排放要求且运转稳定的前提下,应尽量使发动机的怠速转速保持最低,以降低怠速时的燃油消耗量。 实现快速暖机 高怠速运转,实现部分功率输出,1、怠速控制的功能:,根据发动机工作温度和负载,由ECU自动控制怠速工况下的空气供给量,维持发动机以稳定怠速运转。,2、怠速控制的原理:,根据发动机冷却液温度及负荷信号,由ECU自动控制怠速工况下的空气供给量,维持发动机以稳定怠速运转。,2、怠速控制的原理:,ECU根据节气门位置传感器、车速传感器输出的信号判断发动机是否处于怠速状态,然后根据冷却液温度、空调开关、动力转向开关等传感信号,在存储器中查出出转速差,最后通过怠速控制阀的动作(
3、调节进该工况下的目标转速(即能稳定运转的怠速转速),再与发动机转速传感器传来的实际转速进行比较,计算气量)来提高或降低发动机的转速,使发动机稳定运转。 怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。,3、怠速控制进气量的方法:,(1)节气门直动式控制节气门最小开度; (2)旁通气道式控制节气门旁通通路中空气 流量。,旁通空气道式,节气门直动式,二、节气门直动式怠速控制机构,1、结构: 由直流电动机、减速齿轮、丝杆等组成。,二、节气门直动式怠速控制机构,2、工作原理: 当直流电动机通电(正向或反向)转动时,驱动减速齿轮转动,从而带动丝杆向前或向后移动。 发动机怠速时,ECU根据各传感器的信号,
4、控制直流电机的正反转及转动量,使丝杆作直线移动,带动节气门在小开度范围内摆动,从而改变进气量,达到调整怠速转速的目的。,三、旁通气道式怠速控制阀 ISCV,形式多种,结构各异,常见的有: 步进电机式 旋转滑阀式 占空比型电磁式怠速控制阀 开关型电磁式怠速控制阀,1、步进电机式怠速控制阀:,(1)结构: 步进电机、螺旋机构、阀芯、阀座等。 步进电机: 由永磁转子、定子绕组等组成。 用于产生驱动力矩。 螺旋机构: 由螺杆(丝杠)和螺母组成。 螺母与步进电机转子制成一体,螺杆的一端制有螺 纹,另一端固定有阀芯,螺杆与阀座之间为滑动花键连 接,只能作轴向移动,不能作旋转运动。,1、步进电机式怠速控制阀
5、:,(2)工作原理:,当步进电机的转子转动时,螺母将带动丝杆作轴向运动,使阀芯开大或关小阀门的开度。 ECU通过控制步进电机的转动方向和转动角度来控制丝杆的移动方向和移动距离,从而达到控制阀门开度,调整怠速转速之目的。,1、步进电机式怠速控制阀:,(3)步进原理: 步进电机转子和定子的结构:,1、步进电机式怠速控制阀:,(3)步进原理: 步进电机转子和定子的结构:,结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3,C与齿3向右错开2/3,A与齿5相
6、对齐,(A就是A,齿5就是齿1)。,定转子的展开图:,转子,定子,1、步进电机式怠速控制阀:,(3)步进原理:,如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同)。 如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3B,此时齿3与C偏移为1/3,齿4与A偏移(-1/3)=2/3。 如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3,此时齿4与A偏移为1/3对齐。 如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3。这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断
7、地按A,B,C,A通电,电机就每步(每脉冲)1/3,向右旋转。如按A,C,B,A通电,电机就反转。,1、步进电机式怠速控制阀:,(3)步进原理:,由此可见:位置和速度由导电次数(脉冲数)成一一对应关系,而方向由导电顺序决定。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3变为1/12,1/24,这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件。,1、步进电机式怠速控制阀:,(4)控制电路:,丰田皇冠3.0轿车发动机怠速控制阀控制电路,1、步进电机式怠速控
8、制阀:,(5)怠速控制的内容: 起动初始位置设定 为了改善发动机的再次起动性能,在点火开关断开时,ECU将控制怠速控制阀处于全开状态,为再次起动作好准备。 当ECU内部主继电器控制电路接收到点火开关OFF位置信号时,ECU将利用备用电源输入端提供的电压控制主继电器线圈继续供电2秒,使步进电机的怠速控制阀退回到初始位置,以便下次起动时具有较大的进气量。,1、步进电机式怠速控制阀:, 起动后控制 由于发动机起动前,ECU已把怠速控制阀的初始位置设定在最大开度位置,因此发动机起动后,若怠速控制阀仍保持全开,则会引起发动机转速过高。 为避免出现这种情况,在起动过程中,当发动机转速达到由冷却液温度确定的
9、对应转速时,ECU控制怠速控制阀,逐渐将阀门关小到与冷却液温度对应的开度。,1、步进电机式怠速控制阀:, 暖机控制 暖机过程中,ECU控制怠速控制阀从起动后的开度逐渐关小,当冷却液温度达到70时,暖机控制结束,怠速控制阀达到正常怠速开度。,1、步进电机式怠速控制阀:, 反馈控制 当发动机处于怠速工况运转时,如果发动机的实际转速与ECU存储器中所存放的目标转速差超过规定值(如20r/min),则ECU即控制怠速控制阀增减旁通空气量,使发动机实际转速与目标转速差小于规定值。 目标转速与发动机怠速工况时的负荷有关,对应空档起动开关是否接通、 是否使用空调、用电器增加等不同情况,都有确定的目标转速。,
10、1、步进电机式怠速控制阀:, 发动机转速变化的预测控制 发动机处于怠速工况时,空调开关、空档起动开关等接通或断开时,都会引起发动机怠速负荷变化,产生较大的怠速转速波动。 为了减小负荷变化对怠速转速的影响,ECU在收到以上开关量信号、发动机转速变化出现前,就控制怠速控制阀预先把阀门开大或关小一个固定的距离。,1、步进电机式怠速控制阀:, 电器负载增大时的怠速控制 当汽车上使用的电器增多时,将引起电系供电电压降低,同时发动机的负荷也要增大。为保证有正常的供电电压,需要相应地增加进气量,提高发动机的怠速转速。,1、步进电机式怠速控制阀:, 学习控制 ECU通过控制怠速控制阀的位置,调整发动机的怠速转
11、速。由于发动机在使用过程中其性能会发生变化,因此这时怠速控制阀的位置虽然没有变化,但实际的怠速转速也会偏离初始值。出现这种情况时,ECU除了用反馈控制使怠速转速仍达到目标值外,还将此时步进电机转过的步数储存在备用存储器中,供以后的怠速控制用。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:,(1)结构: 由永久磁铁、电枢、旋转电磁阀等组成。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:,(2)工作原理:,线圈L1与ECU内部的三极管VT1连接,脉冲控制信号经过反向器加到VT1的基极; 线圈L2与ECU内部的三极管VT2连接,脉冲控制信号直接加到VT2的基极。 当脉冲信号的高电平到来时,VT1截止,VT2导通,L1断电,L2通电,电
12、枢顺时针转动; 反之,当脉冲信号的低电平到来时,VT1导通,VT2截止,L1通电,L2断电,电枢逆时针转动,从而实现旁通空气量大小的控制。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:,旋转滑阀式怠速控制阀的转角范围在900以内,电枢的旋转角度必须很小才能满足旁通进气量控制精度的要求,一般采用控制占空比的方法来控制电枢的顺转或逆转。 占空比指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:,当占空比为50时,两个三极管的导通时间相等,正、反向旋转力矩抵消,滑阀不转动; 当占空比小于50时,线圈L1的通电时间大于线圈L2的通电时间,滑阀逆时针旋转,旁通气道被关小; 当占空比大于50时,线圈L2的通电
13、时间大于线圈L2的通电时间,滑阀顺时针旋转,旁通气道被打开。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:,(3)控制电路:(丰田2TZ-FE发动机),EFI主继电器向旋转电磁阀提供蓄电池电压。ECU通过ISC1、ISC2端子控制旋转电磁阀内两个电磁线圈的搭铁电路。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:,(4)控制内容: 起动控制 在发动机起动时,ECU根据发动机运行条件,在存储器中取出预存的数据,控制怠速控制阀的开度。 暖机控制 在发动机起动后,ECU根据冷却液的温度,控制发动机在暖机过程中怠速转速的变化。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:, 反馈控制 发动机起动后,ECU将根据发动机实际转速与ECU存储器中的目标转速进行比
14、较。如果实际转速低于目标转速时,ECU将控制怠速控制阀将阀门打开;如果实际转速高于目标转速时,则将阀门关小。目标转速随发动机工况而定。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:, 发动机转速变化预测控制 当空档起动开关、尾灯继电器等接通或关断时,将会使发动机负荷改变,为避免由此引起的发动机转速的波动,在发动机转速变化之前,ECU控制怠速控制阀开大或关小一定的角度。,2、旋转滑阀式怠速控制阀:, 学习控制 由于发动机在整个使用过程中性能将发生变化 ,虽然占空比相同,但发动机的怠速转速将和使用初期的数值不同。ECU用反馈控制的方法输出怠速控制信号,将性能变化后的发动机怠速转速调整到目标怠速值。 当怠速值达到目标
15、怠速后,ECU将此时的占空比存入备用存储器中,在以后的怠速控制中作为这一工况下占空比的基准值。,3、电磁式怠速控制阀:,电磁式怠速控制阀是利用通电线圈产生的电磁力来控制阀门的开度。 根据控制信号的不同,可分为两类: 占空比型; 开关型:,3、占空比型电磁式怠速控制阀:,(1)结构:,3、占空比型电磁式怠速控制阀:,(2)工作原理: 电磁线圈通电产生电磁吸力 当线圈产生的电磁吸力超过复位弹簧弹力时,阀轴带动阀芯向上移动,打开旁通气道。 当电磁线圈断电时,阀轴及阀芯在弹力作用下复位,将旁通气道关闭。 旁通气道开启与关闭时间由发动机发出的占空比信号控制。,3、占空比型电磁式怠速控制阀:,发动机工作时
16、,当ECU检测到发动机怠速转速低于目标转速时,自动提高控制信号的占空比,使线圈的通电时间变长,阀门开度增大,旁通气量增大,使怠速转速提高到目标值。 反之,当发动机怠速转速高于目标转速时,ECU自动降低占空比,使线圈通电时间缩短,阀门开度变小,旁通气量变小,最终使怠速转速降低到目标值。,3、占空比型电磁式怠速控制阀:,(3)控制电路:,ECU通过V-ISC端子来控制怠速电磁阀(VSV)的搭铁电路。,4、开关型电磁式怠速控制阀:,(1)结构:,4、开关型电磁式怠速控制阀:,(2)工作原理: ECU向怠速控制阀输出的控制信号为开关信号。 发动机怠速运转时,ECU只对阀内线圈通电或断电两种状态进行控制
17、,电磁线圈通电时,控制阀开启,线圈断电时,控制阀关闭。 电磁式怠速控制阀控制的旁通空气量较少,需要设置辅助装置来控制发动机暖机过程的空气量。,4、开关型电磁式怠速控制阀:,(3)控制电路:,该怠速控制阀的工作除了由ECU根据各传感器信号来控制外,还受到后窗除雾开关和灯开关的控制。在发动机怠速时怠速控制阀还会根据除雾开关和灯开关的状态,自动接通或断开怠速控制阀的电源电路,打开或关闭旁通气道,自动调节发动机怠速转速。当使用灯光或除雾器时,怠速控制阀打开旁通气道,以提高发动机的怠速。,4、开关型电磁式怠速控制阀:,(4)控制内容: 发动机在下列工作条件下,VSV阀由断开变为接通: 发动机起动时和刚起
18、动后。 节气门位置传感器怠速触点IDL闭合,发动机转速降到预定转速以下时。 IDL触点闭合,从P档或N档换入其他档位后的几秒钟内。尾灯继电器接通后。 后窗去雾器开关接通。 。,4、开关型电磁式怠速控制阀:,(4)控制内容: 发动机在下列工作条件下,VSV阀由接通变为断开: 发动机起动后,怠速转速已超过预定转速。 IDL触点闭合,空调离合器分离,发动机转速超过预定值时。 IDL触点闭合,从P档或N档换到其他档位一定时间后,发动机转速过预定值。 尾灯继电器断开。 后窗去雾器开关断开。,第四章,汽油机辅助控制系统 一、怠速控制系统 二、进气控制系统 三、排气控制系统 四、汽油发动机发展趋势,1、功用
19、: 根据发动机的工况要求,改变进气流的流通截面,以改善发动机不同工况下的动力性。 低速小负荷工况,进气量少,应减小进气道空气流通截面来提高进气流速,增大进气惯性以提高充气效率。 高速大负荷工况,增大进气道空气流通截面,可减小进气阻力,对燃烧室内气流扰动可起抑制作用。,一、动力阀控制系统,充气效率是指每一个进气行程所吸入的空气质量与标准状态下(1个大气压、20、密度为1.187kg/m2)占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。,2、结构:,一、动力阀控制系统,3、工作原理: 受ECU控制的真空电磁阀,控制装在进气管上的动力阀,通过改变进气管通道的截面积来控制进气流量。 ECU根据发动机转速、
20、冷却液温度、空气流量等信号控制真空电磁阀的搭铁回路。 ECU真空电磁阀(VSV阀)膜片动力阀进气通道截面。,一、动力阀控制系统,3、工作原理: 小负荷时,ECU断开真空电磁阀搭铁回路,真空室中的真空度不能进入膜片真空气室,动力阀关闭,进气通道变小。 大负荷时,ECU接通真空电磁阀搭铁回路,真空室中的真空度进入膜片真空气室,动力阀开启,进气通道变大。,一、动力阀控制系统,1、功用: 利用进气气流惯性产生的压力波来提高充气效率。,二、谐波增压控制系统 ACIS,2、结构: 在进气管中部增设了一个大容量的空气室和电控真空阀,实现了对压力波传播路线长度的改变,从而兼顾了低速和高速的进气增压效果。,二、
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