1、第三模塊第三模塊 怠速與排放控制技術怠速與排放控制技術 一、怠速控制的目標一、怠速控制的目標 二、怠速空氣提供方式二、怠速空氣提供方式 三、怠速信號的產生與識別三、怠速信號的產生與識別 四、怠速控制原理四、怠速控制原理 五、排氣再循環(huán)五、排氣再循環(huán)(EGR)(EGR)電子控制電子控制一、怠速控制的目標一、怠速控制的目標 怠速轉速過高，會增加燃油消耗量。過怠速轉速過高，會增加燃油消耗量。過低增加有害物的排放。低增加有害物的排放。 怠速控制還應考慮所有怠速使用條件，怠速控制還應考慮所有怠速使用條件，它們都會引起怠速轉速變化，使發(fā)動機它們都會引起怠速轉速變化，使發(fā)動機運轉不穩(wěn)甚至引起熄火現象。運轉不

2、穩(wěn)甚至引起熄火現象。 怠速轉速控制怠速轉速控制實質實質就是控制怠速時的空就是控制怠速時的空氣吸入量。氣吸入量。首頁返回章返回節(jié)怠速控制怠速控制(Idle Air Control(Idle Air Control或或Idle Idle Speed ControlSpeed Control，簡稱，簡稱IACIAC或或ISC)ISC)的目標的目標: : 一是實現發(fā)動機起動后的快速暖機過程；一是實現發(fā)動機起動后的快速暖機過程； 二是自動維持發(fā)動機怠速在目標轉速下二是自動維持發(fā)動機怠速在目標轉速下穩(wěn)定運轉。穩(wěn)定運轉。 怠速控制的內容包括怠速控制的內容包括: :起動后的控制、暖起動后的控制、暖機過程的控制

3、、負荷變化的控制、減速機過程的控制、負荷變化的控制、減速時的控制等。時的控制等。首頁返回章返回節(jié) 1.1.節(jié)氣門旁通式節(jié)氣門旁通式 采用這種方式的系統(tǒng)在怠速時節(jié)氣門完采用這種方式的系統(tǒng)在怠速時節(jié)氣門完全關閉。全關閉。 怠速控制閥怠速控制閥(ISCV)(ISCV)按閥門的驅動形式為按閥門的驅動形式為步進電機式、電磁式（旋轉、直線）幾步進電機式、電磁式（旋轉、直線）幾種。種。首頁返回章返回節(jié)首頁返回章返回節(jié)執(zhí)行元件執(zhí)行元件節(jié)氣門節(jié)氣門執(zhí)行機構中的閥通常稱為怠速控制閥，其驅動形式可分為步進電執(zhí)行機構中的閥通常稱為怠速控制閥，其驅動形式可分為步進電機驅動、電磁式（旋轉電磁式、直線電磁式）驅動幾種。機驅

4、動、電磁式（旋轉電磁式、直線電磁式）驅動幾種。62.2.節(jié)氣門直接調節(jié)式節(jié)氣門直接調節(jié)式不設怠速旁通通道，但節(jié)氣門并不完全關閉，不設怠速旁通通道，但節(jié)氣門并不完全關閉， 通過控通過控制節(jié)氣門開啟程度，調節(jié)空氣通路的截面，制節(jié)氣門開啟程度，調節(jié)空氣通路的截面， 實現怠速實現怠速控制?？刂?。節(jié)氣門直動式節(jié)氣門直動式節(jié)氣門節(jié)氣門節(jié)氣門操縱臂節(jié)氣門操縱臂執(zhí)行元件執(zhí)行元件首頁返回章返回節(jié)三、怠速信號的產生與識別三、怠速信號的產生與識別 采用節(jié)氣門旁通方式時，采用節(jié)氣門旁通方式時， 通常在節(jié)氣門軸通常在節(jié)氣門軸上安裝一個節(jié)氣門位置傳感器。上安裝一個節(jié)氣門位置傳感器。 采用節(jié)氣門調節(jié)方式時，采用節(jié)氣門調節(jié)方

5、式時， 將怠速觸點裝在將怠速觸點裝在調節(jié)軸上。調節(jié)軸上。 節(jié)氣門開關（觸點、兩極和全程式節(jié)氣門開關（觸點、兩極和全程式) )。首頁返回章返回節(jié)四、怠速控制原理四、怠速控制原理 ( (一一) )節(jié)氣門旁通控制節(jié)氣門旁通控制 1.1.步進電機控制式步進電機控制式 步進電機與怠速控制閥做成一體，電機可順時步進電機與怠速控制閥做成一體，電機可順時針或反時針旋轉，使閥沿著軸向移動。改變閥針或反時針旋轉，使閥沿著軸向移動。改變閥與閥座之間的空隙，就可調節(jié)氣門旁通通道的與閥座之間的空隙，就可調節(jié)氣門旁通通道的空氣量。閥門有空氣量。閥門有125125種不同的開啟位置。這種種不同的開啟位置。這種怠速控制閥還可以

6、用來控制發(fā)動機的快怠速，怠速控制閥還可以用來控制發(fā)動機的快怠速，而不需要空氣閥。而不需要空氣閥。首頁返回章返回節(jié) 1)1)起動初始位置的確定起動初始位置的確定 為了改善發(fā)動機的再起動性能，在發(fā)動機為了改善發(fā)動機的再起動性能，在發(fā)動機點火開關關斷點火開關關斷(OFF)(OFF)后，微機控制怠速控制后，微機控制怠速控制閥門處于全開狀態(tài)，以便為下次起動作好閥門處于全開狀態(tài)，以便為下次起動作好準備。準備。首頁返回章返回節(jié) 2)2)起動控制起動控制 發(fā)動機起動時，由于怠速控制閥預先設定發(fā)動機起動時，由于怠速控制閥預先設定在全開位置，在起動期間經過怠速控制閥在全開位置，在起動期間經過怠速控制閥的旁通空氣量

7、最大，發(fā)動機容易起動。的旁通空氣量最大，發(fā)動機容易起動。 首頁返回章返回節(jié) 3)3)暖機控制暖機控制 在暖機時，根據冷卻水溫所確定的位置，在暖機時，根據冷卻水溫所確定的位置，怠速控制閥開始逐漸關閉，當冷卻水溫度怠速控制閥開始逐漸關閉，當冷卻水溫度達到達到7070時，暖機控制結束。時，暖機控制結束。 首頁返回章返回節(jié) 4)4)反饋控制反饋控制 在怠速運轉時，如果發(fā)動機的實際轉速與在怠速運轉時，如果發(fā)動機的實際轉速與微機存儲器存儲的目標轉速相差超過一定微機存儲器存儲的目標轉速相差超過一定值值( (如如20r/min)20r/min)時，微機將通過步進電機控時，微機將通過步進電機控制怠速控制閥，增減

8、旁通空氣量，使發(fā)動制怠速控制閥，增減旁通空氣量，使發(fā)動機的實際轉速與目標轉速相同。機的實際轉速與目標轉速相同。首頁返回章返回節(jié) 5)5)發(fā)動機負荷變化的預控制發(fā)動機負荷變化的預控制 發(fā)動機在怠速運轉時，如空檔起動開關、發(fā)動機在怠速運轉時，如空檔起動開關、空調開關接通或斷開，都將使發(fā)動機的負空調開關接通或斷開，都將使發(fā)動機的負荷立刻發(fā)生變化，為了避免發(fā)動機怠速時荷立刻發(fā)生變化，為了避免發(fā)動機怠速時轉速波動或熄火，在發(fā)動機轉速出現變化轉速波動或熄火，在發(fā)動機轉速出現變化前，微機控制怠速控制閥開大或關小一個前，微機控制怠速控制閥開大或關小一個固定距離。固定距離。首頁返回章返回節(jié) 6)6)電器負載增多

9、時的怠速控制電器負載增多時的怠速控制 在怠速運轉時，如使用的電器負載增大到在怠速運轉時，如使用的電器負載增大到一定程度時，輸入電壓就會降低。為了保一定程度時，輸入電壓就會降低。為了保證微機證微機+B+B端和點火開關端和點火開關IGIG端具有正常的供端具有正常的供電電壓，需要控制步進電機，相應地增加電電壓，需要控制步進電機，相應地增加旁通道空氣量，提高發(fā)動機怠速轉速，提旁通道空氣量，提高發(fā)動機怠速轉速，提高發(fā)電機的輸出功率。高發(fā)電機的輸出功率。首頁返回章返回節(jié) 7)7)學習控制學習控制 由于發(fā)動機在整個使用期間，其性能會由于發(fā)動機在整個使用期間，其性能會發(fā)生變化，盡管步進電機控制閥門的位發(fā)生變化

10、，盡管步進電機控制閥門的位置未變，但怠速轉速會與初設的數值不置未變，但怠速轉速會與初設的數值不同。此時微機可在反饋控制的基礎上進同。此時微機可在反饋控制的基礎上進行學習控制，使發(fā)動機轉速達到目標值。行學習控制，使發(fā)動機轉速達到目標值。與此同時，微機將步進電機轉過的步數與此同時，微機將步進電機轉過的步數存儲在存儲器中，以便在以后的怠速控存儲在存儲器中，以便在以后的怠速控制中使用。制中使用。首頁返回章返回節(jié) 2.2.電磁閥控制式電磁閥控制式 電磁式怠速控制閥所采用的是比例電磁閥，電磁式怠速控制閥所采用的是比例電磁閥，它是利用電磁線圈產生的電磁吸力來控制它是利用電磁線圈產生的電磁吸力來控制閥門開度的

11、。閥門開度的。 與步進電機式與步進電機式ISCISC閥相比，電磁式具有響應閥相比，電磁式具有響應速度快，反作用力小的特點。速度快，反作用力小的特點。 首頁返回章返回節(jié) 線性電磁式線性電磁式ISCISC閥只有一個電磁線圈。實際閥只有一個電磁線圈。實際工作時，工作時，ECUECU是按占空比來控制線圈的電流，是按占空比來控制線圈的電流，每每100ms100ms接通或斷開線圈一次。因此，流經接通或斷開線圈一次。因此，流經怠速控制閥的空氣量是由線圈的接通、斷怠速控制閥的空氣量是由線圈的接通、斷開時間的比值開時間的比值( (即占空比即占空比) )來決定，也就是來決定，也就是說，在一個周期內線圈通電時間越長

12、，閥說，在一個周期內線圈通電時間越長，閥門開得越大。門開得越大。首頁返回章返回節(jié) ( (二二) )節(jié)氣門調節(jié)控制節(jié)氣門調節(jié)控制 節(jié)氣門調節(jié)式是通過控制節(jié)氣門開啟程度，節(jié)氣門調節(jié)式是通過控制節(jié)氣門開啟程度，調節(jié)空氣通路的截面，達到控制充氣量，調節(jié)空氣通路的截面，達到控制充氣量，實現怠速控制的。實現怠速控制的。 首頁返回章返回節(jié) 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas (Exhaust Gas Recirculation,EGR)Recirculation,EGR)技術技術, ,是汽車發(fā)動機在是汽車發(fā)動機在燃燒后將排出廢氣的一部分分離出并導入燃燒后將排出廢氣的一部分分離出并導入進氣側使其再度

13、燃燒的一種技術。進氣側使其再度燃燒的一種技術。五、排氣再循環(huán)五、排氣再循環(huán)(EGR)(EGR)電子控制電子控制 發(fā)動機正常工作時發(fā)動機正常工作時, ,當燃燒室內達到當燃燒室內達到137O137O或者更高時或者更高時, ,燃燒室內的氮和氧就會發(fā)生化燃燒室內的氮和氧就會發(fā)生化學反應結合成氮氧化物。廢氣再循環(huán)是學反應結合成氮氧化物。廢氣再循環(huán)是2O2O世紀世紀7070年代被引用到發(fā)動機設計中的年代被引用到發(fā)動機設計中的, ,主要主要用于降低發(fā)動機燃燒室溫度和壓力從而達用于降低發(fā)動機燃燒室溫度和壓力從而達到減少廢氣中氮氧化物排放的目的。到減少廢氣中氮氧化物排放的目的。 1.1.工作機理工作機理 它是通

14、過以下三個方面來減少它是通過以下三個方面來減少NOxNOx的形成的的形成的 1)1)提高混合氣的熱容量。提高混合氣的熱容量。廢氣中含有的水蒸氣和二氧化碳等為三原子分廢氣中含有的水蒸氣和二氧化碳等為三原子分子氣體子氣體, ,其比熱容大其比熱容大, ,可以有效地降低氣缸內最可以有效地降低氣缸內最高燃燒溫度高燃燒溫度, ,抑制抑制NOxNOx的生成。的生成。 2)2)降低混合氣中降低混合氣中O O2 2的濃度。的濃度。廢氣的稀釋作用還可以使氧氣的相對濃度下降廢氣的稀釋作用還可以使氧氣的相對濃度下降, ,從而也能降低從而也能降低N0 xN0 x的排放。的排放。 3)3)降低燃燒速度。降低燃燒速度。由于

15、廢氣中含有大量的氮和二氧化碳等接近惰由于廢氣中含有大量的氮和二氧化碳等接近惰性的氣體性的氣體, ,當這些廢氣部分回流到進氣管后起當這些廢氣部分回流到進氣管后起到了稀釋新鮮進氣的作用到了稀釋新鮮進氣的作用, ,使燃燒反應速率減使燃燒反應速率減緩。緩。 但是但是, ,當廢氣再循環(huán)量太大時當廢氣再循環(huán)量太大時, ,會導致混合氣的著火會導致混合氣的著火性下降性下降, ,致使發(fā)動機燃油消耗上升致使發(fā)動機燃油消耗上升, ,動力性降低動力性降低,HC,HC排排放量上升。因此放量上升。因此, ,必須控制廢氣引入量。必須控制廢氣引入量。 用廢氣再循環(huán)率來衡量廢氣的引入量用廢氣再循環(huán)率來衡量廢氣的引入量: :EG

16、REGR率率=EGR=EGR氣體量氣體量/(/(吸入的空氣量吸入的空氣量+EGR+EGR氣體量氣體量) )100%100%。 廢氣再循環(huán)控制裝置通過控制廢氣再循環(huán)控制裝置通過控制EGREGR率來保證發(fā)動機運率來保證發(fā)動機運轉性能良好的同時轉性能良好的同時, ,使使NOxNOx達到最佳的排放效果。達到最佳的排放效果。 發(fā)動機在不同的工況下發(fā)動機在不同的工況下, ,由于混合氣燃燒情況不同由于混合氣燃燒情況不同, ,因此對廢氣再循環(huán)的具體要求也就不一樣。通過因此對廢氣再循環(huán)的具體要求也就不一樣。通過對各種工況的分析對各種工況的分析, ,得出以下原則得出以下原則: :1)1)正常情況下隨著負荷的增加正

17、常情況下隨著負荷的增加, ,燃燒加劇燃燒加劇,NOx,NOx增加增加, ,隨隨著廢氣的引入著廢氣的引入,EGR,EGR率也應相對增加至允許限度。率也應相對增加至允許限度。2)2)在發(fā)動機起動、怠速和低負荷等工況下在發(fā)動機起動、怠速和低負荷等工況下, ,發(fā)動機本身發(fā)動機本身的燃燒溫度較低的燃燒溫度較低, ,再加上參與燃燒的混合氣相對較再加上參與燃燒的混合氣相對較少少,NOx,NOx不會超量。為保證正常燃燒不會超量。為保證正常燃燒, ,不應進行廢氣再循不應進行廢氣再循環(huán)。環(huán)。3)3)在冷車升溫過程中在冷車升溫過程中, ,冷卻液溫度和進氣溫度均較冷卻液溫度和進氣溫度均較低低,NOx,NOx的排放濃度

18、也很低的排放濃度也很低, ,為防止廢氣回流破壞燃燒的為防止廢氣回流破壞燃燒的穩(wěn)定性（實際運行實驗表明穩(wěn)定性（實際運行實驗表明, ,一般當發(fā)動機冷卻液溫度一般當發(fā)動機冷卻液溫度低于低于5050時）不應進行廢氣再循環(huán)。時）不應進行廢氣再循環(huán)。4)4)大負荷、高速或節(jié)氣門全開時大負荷、高速或節(jié)氣門全開時, ,燃燒充分燃燒充分, ,產生的產生的NOxNOx較多較多, ,但為確保發(fā)動機的動力性但為確保發(fā)動機的動力性, ,不應進行廢氣再循環(huán)。不應進行廢氣再循環(huán)。 2.2.機械式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)機械式廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 機械式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)如圖機械式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)如圖7-67-6所示。機械式廢所示。機械式廢氣再循

19、環(huán)系統(tǒng)通過進氣管負壓和排氣壓力來控制氣再循環(huán)系統(tǒng)通過進氣管負壓和排氣壓力來控制廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán), ,一般是在一般是在EGREGR率為率為5%-15%5%-15%的少量的少量EGREGR控控制時采用制時采用, ,在這種在這種EGREGR控制中控制中, ,即使采用能進行比較即使采用能進行比較復雜控制的可變負荷式機械控制裝置復雜控制的可變負荷式機械控制裝置, ,控制的自由控制的自由度也受到很大的限制度也受到很大的限制, ,并且控制裝置結構復雜并且控制裝置結構復雜, ,因因此此, ,當進行大量當進行大量EGREGR控制控制(EGR(EGR率為率為15%-20%)15%-20%)時時, ,大都大都采

20、用電子控制式。采用電子控制式。 3.3.開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)不僅結構簡單電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)不僅結構簡單, ,而且可進而且可進行較大行較大EGREGR率控制。隨著率控制。隨著EGREGR率的增加率的增加, ,燃燒將變得燃燒將變得不穩(wěn)定不穩(wěn)定, ,失火嚴重失火嚴重, ,燃油消耗上升燃油消耗上升,HC,HC的排放量也增的排放量也增加。因此加。因此, ,當燃燒惡化時當燃燒惡化時, ,電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可減少可減少EGREGR率率, ,甚至完全停止甚至完全停止EGREGR。電子式廢氣再循。電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的主要功能就是選擇

21、環(huán)系統(tǒng)的主要功能就是選擇NOxNOx排放量多的發(fā)動機排放量多的發(fā)動機轉速范圍轉速范圍, ,進行適量進行適量EGREGR控制。控制。 開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)ECUECU根據發(fā)動機點火開關、曲軸位置、冷卻液溫度、節(jié)氣門位置等根據發(fā)動機點火開關、曲軸位置、冷卻液溫度、節(jié)氣門位置等傳感器信號傳感器信號, ,經處理后確定發(fā)動機運行工況并發(fā)出指令經處理后確定發(fā)動機運行工況并發(fā)出指令, ,控制電磁控制電磁閥電磁線圈的導通與截止閥電磁線圈的導通與截止, ,同時利用進氣歧管真空來控制廢氣再循同時利用進氣歧管真空來控制廢氣再循環(huán)控制閥開啟或閉合環(huán)控制閥開啟或閉合, ,使廢氣再循環(huán)進行

22、或停止。在發(fā)動機處于起使廢氣再循環(huán)進行或停止。在發(fā)動機處于起動、怠速、低溫、轉速低于動、怠速、低溫、轉速低于900r/min900r/min或高于或高于12OOr/min12OOr/min時時,ECU,ECU向廢向廢氣再循環(huán)電磁閥發(fā)出接通信號氣再循環(huán)電磁閥發(fā)出接通信號, ,電磁閥被接通電磁閥被接通(ON),(ON),其閥門關閉其閥門關閉, ,切切斷了控制廢氣再循環(huán)控制閥膜片室的真空通道斷了控制廢氣再循環(huán)控制閥膜片室的真空通道, ,使廢氣再循環(huán)系統(tǒng)使廢氣再循環(huán)系統(tǒng)不起作用；反之不起作用；反之, ,當電磁閥處于當電磁閥處于OFFOFF時時, ,其閥門打開其閥門打開, ,通往控制廢氣通往控制廢氣再循

23、環(huán)控制閥膜片室的真空通道打開再循環(huán)控制閥膜片室的真空通道打開, ,廢氣再循環(huán)再次起作用。廢氣再循環(huán)再次起作用。 控制特點控制特點:EGR:EGR閥工作閥工作, ,但但EGREGR率是不可調節(jié)的。率是不可調節(jié)的。 可變可變EGREGR率的開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)率的開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)ECUECU根據發(fā)動機轉速、負荷、溫度、進氣流量根據發(fā)動機轉速、負荷、溫度、進氣流量等工況信號等工況信號, ,結合預先標定的結合預先標定的EGREGR流量脈譜流量脈譜, ,計計算出符合當時工況的最佳的算出符合當時工況的最佳的EGREGR率率, ,并驅動一個并驅動一個控制精度較高的控制精度較高的PWMPWM型

24、真空電磁閥型真空電磁閥, ,再由真空控再由真空控制閥間接控制制閥間接控制EGREGR閥膜片室的真空度閥膜片室的真空度, ,進而改變進而改變EGREGR閥的開啟度閥的開啟度, ,以以調節(jié)調節(jié)EGREGR率率。占空比越大占空比越大, ,則則電磁線圈通電相對時間越長電磁線圈通電相對時間越長, ,膜片室的真空度膜片室的真空度越小越小,EGR,EGR閥開啟度越小閥開啟度越小, ,進入氣缸中的廢氣越進入氣缸中的廢氣越少少, ,EGREGR率越低率越低。因此。因此,ECU,ECU只要控制施加在只要控制施加在VCMVCM閥電磁線圈上脈沖電壓的占空比閥電磁線圈上脈沖電壓的占空比, ,就可實現對就可實現對EGRE

25、GR率的可變控制。率的可變控制。 開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)由于沒有開環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)由于沒有EGREGR閥位置的反饋信息閥位置的反饋信息, ,系統(tǒng)始終處于開環(huán)狀態(tài)。系統(tǒng)始終處于開環(huán)狀態(tài)。EGREGR率只能預先設定率只能預先設定, ,不能檢測并控制發(fā)動不能檢測并控制發(fā)動機各種工況下的實際機各種工況下的實際EGREGR率。另外率。另外, ,真空管真空管路也存在滯后效應。路也存在滯后效應。 4.4.閉環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 閉環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是在電控開環(huán)的基閉環(huán)型電子式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是在電控開環(huán)的基礎上礎上, ,設有設有EGREGR溫度傳感器或溫度傳感器或EGREGR閥位置傳感器閥位置傳感器, ,自自動將實際的動將實際的EGREGR率反饋給率反饋給ECU,ECUECU,ECU對輸出的控制信對輸出的控制信號進行修正號進行修正, ,以使實際的以使實際的EGREGR率與控制目標更為接率與控制目標更為接近。這種具有反饋監(jiān)控功能的閉環(huán)控制系統(tǒng)近。這種具有反饋監(jiān)控功能的閉環(huán)控制系統(tǒng), ,實現實現了對了對EGREGR率的精確控制。當率的精確控制。當EGREGR系統(tǒng)發(fā)生故障時系統(tǒng)發(fā)生故障時, ,會會點亮發(fā)動機故障燈報警。點