1、项目八 汽油机辅助控制系统认识 【学习目标】1）熟悉各辅助控制系统的功用、组成与工作原理。2）熟悉各辅助控制系统主要元件的结构与工作原理。3）能够对各辅助控制系统主要元件进行正确的检修。1.怠速控制系统的功能 怠速是指节气门关闭、加速踏板完全松开，且发动机对外无功率输出并保持最低转速稳定运转的工况。在汽车使用中，发动机怠速运转的时间约占30%，怠速转速的高低直接影响燃油消耗和排放污染。若怠速转速过高，燃油消耗增加，但怠速转速过低，会增加排放污染。此外，怠速转速过低，发动机冷车运转、空调打开、电器负荷增大、自动变速器挂入档位、动力转向时，由于运行条件较差或负载增加，容易导致发动机怠速工况运转不稳
2、甚至熄火。学习任务1 一、怠速控制系统的功能与组成在传统的化油器式发动机上，一般由人工调整怠速转速，发动机工作中，不能根据运况和负载的变化适时调整怠速转速。虽然有些设有机械装置控制发动机的怠速转速，但构比较复杂，且工作稳定性也较差。随着电控技术在汽车上的广泛应用，怠速控制(ISC）已成为发动机集中控制系统的基本控制内容之一。怠速控制目的是在保证发动机要求且运转稳定的前提下，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。在除怠速以外的其他工况下，驾驶人可通过加速踏板控制节气门的开度，从而改变发动机的进气量，以调节发动机的转速和输出功率。在加速踏板完全松开的怠速工况下，驾驶人无法控制发
3、动机进气量。电控汽油喷射式发动机在怠速工况时，空气通过节气门缝隙或旁通节气门的怠速空气道进入发动机，并由空气流量传感器（或进气管绝对压力传感器）对进气量进行检测，电控燃油喷射系统（EFI）则根据各种传感器信号控制喷油量，保证发动的怠速运转。怠速控制系统的功能是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。学习任务1 一、怠速控制系统的功能与组成2.怠速控制系统的组成怠速控制系统主要由传感器、ECU和执行元件三部分组成，如图8-1所示。传感器的功用是检测发动机的运行工况和负载设备的工况，ECU则根据各种传感器信号确定一个怠速运转的目标转速，并与实际转
4、速进行比较，根据比较结果控制执行元件工作，以调节进气量，使发动机的怠速转速达到所确定的目标转速。在怠速以外的其他工况下，若怠速控制系统对发动机实施怠速控制，会与驾驶人通过加速踏板对进气量的调节发生干涉。因此，在怠速控制系统中，ECU需要根据节气门位置信号和车速信号确认怠速工况，只有在节气门全关、车速为零时才进行怠速控制。学习任务1 一、怠速控制系统的功能与组成3.怠速控制的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。在发动机集中控制系统中，控制怠速工况下的进气量的方法可分为两种基本类型：节气门直动式和旁通空气式。如图8-2所示，节气门直动式怠速控制系统通过执行元件改变节气门的最小开度来
5、控制怠速进气量，而在旁通空气式怠速控制系统中，设有旁通节气门的怠速空气道，由执行元件控制流经怠速空气道的空气量。怠速控制的方法及执行元件的类型因车型而异，目前应用较多的是旁通空气式怠速控制系统。旁通空气式怠速控制系统执行元件可分为步进电动机型、旋转电磁阀型、占空比控制电磁阀型、开关阀型等。不同车型的怠速控制系统，其控制内容也不完全相同，控制内容通常包括：起动控制、暖机控制、负荷变化控制、反馈控制和学习控制等。学习任务1 一、怠速控制系统的功能与组成节气门直动式怠速控制器的结构如图8-3所示，主要由直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等组成。直流电动机可正转也可反转，当直流电动机通电转动时
6、，经减速齿轮机构减速增矩后，再由丝杠机构将其旋转运动转换为传动轴的直线运动。传动轴顶靠在节气门最小开度限制器上，发动机怠速运转时，ECU根据各种传感器信号控制直流电动机的正反转和转动量，以改变节气门最小开度限制器的位置，从而控制节气门的最小开度，实现对怠速工况下进气量进行控制的目的。节气门直动式怠速控制器的结构比较简单，但采用齿轮减速机构后，会导致执行速度变慢，动态响应性差，控制器的外形尺寸也比较大，所以目前除部分单点喷射系统外，一般不采用此种怠速控制系统。学习任务1 二、节气门直动式怠速控制器1.控制阀的结构与工作原理步进电动机型怠速控制阀的结构如图8-4所示。步进电动机由转子和定子构成，丝
7、杠机构将步进电动机的旋转运动转变为阀杆的直线运动，控制阀与阀杆制成一体。步进电动机型怠速控制阀安装在节气门体上，控制阀伸入到设在怠速空气道内的阀座处，发动机怠速运转时，ECU根据各种传感器信号，控制步进电动机的正反转和转动量，以调节控制阀与阀座之间的间隙，从而改变怠速空气道的流通截面，控制发动机怠速工况下的进气量。学习任务1 三、步进电动机型怠速控制阀步进电动机的结构如图8-5所示，主要由用永久磁铁制成的16个（八对）磁极的转子和两个定子铁心组成。每个定子都由两个带16个爪极的铁心交错装配在一起，两个定子上分别绕有1相和3相、2相和4相两组线圈，每个定子上两线圈的绕制方向相反。ECU控制步进电
8、动机工作时，给线圈输送的是脉冲电压，四个线圈的通电顺序（相位）不同，步进电动机的转动方向就不同，当按一定顺序输入一定数量的脉冲时，步进电动机就向某一方向转过一定的角度，步进电动机的转动量取决于输入脉冲的数量。因此，ECU通过对定子线圈通电顺序和输入脉冲数量的控制，即可改变步进电动机型怠速控制阀的位置（即开度），从而控制怠速工况下的进气量。由于给步进电动机每输入一定量的脉冲只转过一定的角度，其转动是不连续的，所以称为步进电动机。学习任务1 三、步进电动机型怠速控制阀学习任务1 三、步进电动机型怠速控制阀步进电动机的工作原理如图8-7所示。当ECU控制使步进电动机的线圈1234顺序依次搭铁时，定子
9、磁场顺时针转动（见图 8-7b），由于与转子磁场间的相互作用（同性相斥，异性相吸），使转子随定子磁场同步转动。同理，步进电动机的线圈按相反的顺序通电时，转子随定子磁场同步反转。转子每转一步与定子错开一个爪极的位置，由于定子有32个爪极（上、下两个铁心各16个），所以步进电动机每转一步为1/32圈（约 11转角），步进电动机的工作范围为0-125个步进级。学习任务1 三、步进电动机型怠速控制阀 2.控制阀的检修（1）注意事项 在检修步进电动机型怠速控制阀时应注意：1）不要用手推或拉怠速控制阀，以免损坏丝杠机构的螺纹。2）不要将怠速控制阀浸泡在任何清洗液中，以免怠速控制阀的步进电动机损坏。3）安装
10、时，密封圈不应有任何损伤，并在密封圈上涂少量润滑油。（2）检修内容及方法 在检修步进电动机型怠速控制阀时，一般需进行以下检查：学习任务1 三、步进电动机型怠速控制阀学习任务1 三、步进电动机型怠速控制阀 3.控制阀的控制内容（1）起动初始位置的设定 为了改善发动机的起动性能，关闭点火开关使发动机熄火后，ECU的MREL端子（见图8-6）向主继电器线圈供电延续约23秒，在这段时间内，蓄电池继续给ECU和步进电动机供电，ECU 使控制阀回到起动初始（全开）位置。待步进电动机回到起动初始位置后，主继电器线圈断电，蓄电池停止给ECU和步进电动机供电，控制阀保持全开不变，为下次起动作好准备。（2）起动控
11、制 发动机起动时，由于控制阀预先设定在全开位置，在起动期间经怠速空气道可供给最大的空气量，有利于发动机起动。但控制阀如果始终保持在全开位置，发动机起动后的怠速转速就会过高，所以在起动期间，ECU根据冷却液温度的高低控制步进电动机，调节控制阀的开度，使之达到起动后暖机控制的最佳位置，此位置随冷却液温度的升高而减小，控制特性（步进电动机的步数与冷却液温度的关系曲线）存储在ECU内。（3）暖机控制 暖机控制又称为快怠速控制，在暖机过程中，ECU根据冷却液温度信号按内存的控制特性控制怠速控制阀的开度，随着温度上升，怠速控制阀开度逐渐减小。当冷却液温度达到70C时，暖机控制过程结束。学习任务1 三、步进
12、电动机型怠速控制阀（4）怠速稳定控制 在怠速运转时，ECU将接收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（一般为 20r/min）时，ECU将通过步进电动机控制怠速控制阀，调节怠速工况下的进气量，使发动机的实际转速与目标转速相同。怠速稳定控制又称为反馈控制。（5）怠速预测控制 发动机处于怠速工况时，如变速器档位、动力转向、空调工作状态发生变化都将使发动机的转速发生可以预见的变化。为了避免发动机怠速转速波动或熄火，在发动机负荷出现变化时，不待发动机转速变化，耘悦哉 就会根据各负载设备开关信号（A/C开关等），通过步进电动机提前调节怠速控制阀的开度。（6）电器负载增多时的怠速控制 发
13、动机处于怠速工况时，如果使用的电器负载增大到一定程度，蓄电池电压就会降低。为了保证电控系统正常的供电电压，ECU根据蓄电池电压调节怠速控制阀的开度，提高发动机的怠速转速，以提高发电机的输出功率。（7）学习控制 在发动机使用过程中，由于磨损等原因会导致怠速控制阀的性能发生改变，怠速控制阀的位置相同时，实际的怠速转速会与设定的目标转速略有不同。在此情况下，ECU在利用反馈控制使怠速转速回归到目标值的同时，还可将步进电动机转过的步数存储在ROM存储器中，以便在此后的怠速控制过程中使用。学习任务1 三、步进电动机型怠速控制阀1.控制阀的结构与工作原理旋转电磁阀型怠速控制阀的结构如图8-9所示。怠速控制
14、阀安装在阀轴的中部，阀轴的一端装有圆柱形永久磁铁，永久磁铁对应的圆周位置上装有位置相对的两个线圈。由ECU控制两个线圈的通电或断电，改变两个线圈产生的磁场强度，两线圈产生的磁场与永久磁铁形成的磁场相互作用，即可改变怠速控制阀的位置，从而调节怠速空气口的开度，以实现怠速工况下进气量的控制。双金属片制成卷簧形，外端用固定销固定在阀体上，内端与阀轴端部的挡块相连接。阀轴上的限位杆穿过挡块的凹槽，使阀轴只能在挡块凹槽限定的范围内摆动。流过阀体冷却液腔的冷却液温度变化时，双金属片变形，带动挡块转动，从而改变阀轴转动的2个极限位置，以控制怠速控制阀的最大开度和最小开度。此装置主要起保护作用，可防止怠速控制
15、系统电路出现故障时，发动机转速过高或过低，只要怠速控制系统工作正常，阀轴上的限位杆不与挡块的凹槽两侧接触。学习任务1 四、旋转电磁阀型怠速控制阀ECU控制旋转电磁阀型怠速控制阀工作时，怠速控制阀的开度是通过控制两个线圈的平均通电时间（占空比）来实现的。占空比是指脉冲信号的通电时间与通电周期之比，如图8-10所示。通电周期一般是固定的，所以占空比增大，即延长通电时间。当占空比为50%时，两线圈的平均通电时间相等，两者产生的磁场强度相同，电磁力相互抵消，阀轴不发生偏转。当占空比大于50%时，两线圈的平均通电时间一个增加，而另一个减小，两者产生的磁场强度也不同，所以使阀轴偏转一定角度，控制阀开启怠速
16、空气口。占空比越大，两线圈产生的磁场强度相差越多，控制阀开度越大。因此，ECU通过控制脉冲信号的占空比即可改变控制阀开度，从而控制怠速时的空气量。控制阀从全闭位置到全开位置之间，旋转角度限定在90以内，ECU控制的占空比调整范围约为18%-82%。学习任务1 四、旋转电磁阀型怠速控制阀学习任务1 四、旋转电磁阀型怠速控制阀 2.控制阀的检修 旋转电磁阀型怠速控制阀电路如图8-11所示。在维修时，一般进行如下检查：学习任务1 四、旋转电磁阀型怠速控制阀 1.控制阀的结构与工作原理占空比控制电磁阀型怠速控制阀的结构如图8-12所示，主要由控制阀、阀杆、线圈和弹簧等组成。控制阀与阀杆制成一体，当线圈
17、通电时，线圈产生的电磁力将阀杆吸起，使怠速控制阀打开。怠速控制阀的开度取决于线圈产生的电磁力大小，与旋转阀型怠速控制阀相同，ECU也是通过控制输入线圈脉冲信号的占空比来控制磁场强度，以调节怠速控制阀的开度，从而实现对怠速工况下进气量的控制。学习任务1 五、占空比控制电磁阀型怠速控制阀 2.控制阀的检修 占空比控制电磁阀型怠速控制阀电路如图8-13所示。在使用中，主要应进行以下检查：1）拆开怠速控制阀线束插接器，将点火开关转至ON位置但不起动发动机，在线束侧测量电源端子与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压，否则，说明该怠速控制阀电源电路有故障。2）拆开怠速控制阀上的两端子线束插接器，在控制阀侧测量两
18、端子之间的电阻值，正常应为1015，否则，应更换该怠速控制阀。学习任务1 五、占空比控制电磁阀型怠速控制阀快怠速控制阀的结构如图8-14所示。快怠速控制阀主要由石蜡感温器、怠速控制阀和弹簧等组成。发动机起动后的暖机过程中，冷却液温度较低时，石蜡收缩，怠速控制阀在弹簧的作用下打开，增加怠速工况下的进气量，使发动机快怠速运转。随着温度的升高，石蜡膨胀，推动连接杆使控制阀开度逐渐减小，怠速转速逐渐下降。发动机达到正常工作温度后，怠速控制阀将完全关闭其空气通道，发动机恢复至正常怠速运转。有些快怠速控制阀的感温元件采用双金属片式，双金属片式快怠速控制阀和石蜡式快怠速控制阀的工作原理类似，它利用双金属元件
19、的热胀冷缩变形来改变怠速控制阀的开度，从而控制发动机暖机过程的空气供给量。学习任务1 五、占空比控制电磁阀型怠速控制阀1.控制阀的结构与工作原理开关型怠速控制阀的结构如图8-15所示。开关型怠速控制阀主要由线圈和怠速控制阀组成。其工作原理与占空比控制电磁阀型怠速控制阀的类似。不同的是开关型怠速控制阀工作时，ECU 只对阀内线圈通电或断电两种状态进行控制，电磁线圈通电时，怠速控制阀开启，线圈断电则怠速控制阀关闭。开关型怠速控制阀只有开和关两个位置。学习任务1 六、开关型怠速控制阀2.控制阀的检修开关型怠速控制阀的检修与占空比控制电磁阀型怠速控制阀基本相同。3.控制阀的控制内容由于开关型怠速控制阀
20、只有开和关两个位置，所以发动机工作时，ECU 根据发动机的工作状况对怠速控制阀线圈只进行通、断电控制，其控制条件见表8-1。在满足所列条件之时，怠速控制阀即开或关。此外，与占空比控制电磁阀型怠速控制阀相比，开关型怠速控制阀控制的精度更低，所以在采用此种控制阀的怠速控制系统中，需要快怠速控制阀辅助控制发动机暖机过程的空气供给量。学习任务1 六、开关型怠速控制阀动力阀控制系统的功能是控制发动机进气道的空气流通截面大小，以适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。在进气量较少的低速、小负荷工况下，使进气道空气流通截面减小，可提高进气流速，增大进气流惯性以提高发动机的充气效率；此
21、外，进气流速提高也可增加气缸内的涡流强度，有利于低速小负荷工况下的燃烧和热效率的提高，从而改善发动机的低速性能。在进气量较多的高速、大负荷工况下，适当增大进气道空气流通截面，不仅可以减小进气阻力，对由于进气流速过高而导致的燃烧室内气流扰动也可起到抑制作用，有助于改善发动机的高速性能。此系统在日本本田 ACCORD等部分轿车发动机上采用。学习任务2 一、动力阀控制系统动力阀控制系统的工作原理如图8-16所示。控制进气道空气流通截面大小的动力阀安装在进气管上，动力阀的开或关由膜片真空气室控制，ECU 根据各种传感器信号通过真空电磁阀（VSV阀）控制真空罐与真空气室的真空通道。发动机小负荷运转时，进
22、气量较少，ECU断开真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空度不能进入膜片真空气室，动力阀处于关闭位置（见图8-16b），进气道空气流通截面变小。当发动机大负荷运转时，进气量较多，ECU接通真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空度经真空电磁阀进入膜片真空气室，动力阀开启（见图8-16a），进气道空气流通截面变大，动力阀控制系统的主要控制信号有发动机转速、温度、空气流量等信号。在维修时，主要应检查：真空罐、真空气室和真空管路有无漏气，真空电磁阀电路有无断路或短路，真空电磁阀电阻值是否符合标准。视情维修或更换损坏的元件。学习任务2 一、动力阀控制系统发动机工作中，进气管内的气体经进气门高速流入气缸，当进气门
23、关闭时，由于气体流动惯性使进气门附近的气体受到压缩而压力增大；当气体惯性过后，进气门附近被压缩的气体膨胀而流向进气相反的方向，压力下降；膨胀的气体流动到进气管口时被反射回来，这样在进气管内即产生了压力波。在部分电控燃油喷射发动机上，即利用了进气管内的压力波与进气门的开启配合，当进气门开启时，使反射回来的压力波正好传到该气门附近，从而形成进气增压的效果，提高发动机的充气效率和功率。发动机工作时，从进气门关闭到下一次开启的间隔时间取决于发动机的转速，而进气管内的压力波反射回到进气门处所需的时间取决于压力波传播路线的长度。进气管较长时，压力波传播距离长，发动机低速性能较好；进气管较短时，压力波传播距
24、离短，发动机高速性能较好。谐波进气增压控制系统的功能是根据发动机转速的变化，改变进气管内压力波的传播距离，以提高充气效率，改善发动机性能。学习任务2 二、谐波进气增压控制系统（ACIS）谐波进气增压控制系统工作原理如图8-17所示。在进气管中部增设了进气控制阀和大容量的进气室，当发动机转速较低时，同一气缸的进气门关闭与开启间隔的时间较长，此时进气控制阀关闭，使进气管内压力波的传递距离为进气门到空气滤清器的距离，这一距离较长，压力波反射回到进气门附近所需时间也较长；当发动机处于高速运转时，进气控制阀开启，由于大容量进气室的影响，使进气管内压力波传递距离缩短为进气门到进气室之间的距离，与同一气缸的
25、进气门关闭与开启间隔的时间较短相适应，从而使发动机在高速运转时得到较好的进气增压效果。学习任务2 二、谐波进气增压控制系统（ACIS）学习任务2 二、谐波进气增压控制系统（ACIS）谐波进气增压控制系统的组成如图8-18所示，ECU根据发动机转速信号控制真空电磁阀的开或关，高速运转时真空电磁阀开启，真空罐内的真空进入真空驱动器的膜片气室，真空驱动器驱动进气控制阀开启。反之，低速运转时电磁真空开关阀关闭，真空罐内的真空不能进入真空驱动器的膜片气室，进气控制阀处于关闭状态。学习任务2 二、谐波进气增压控制系统（ACIS）谐波进气增压控制系统电路如图8-19所示，主继电器触点闭合后，通过端子“3”给
26、真空电磁阀供电，ECU通过ACIS端子控制真空电磁阀的搭铁回路。维修时，检查真空电磁阀的电阻，正常应为38.544.5。可变进气歧管能根据发动机转速和负荷的变化自动改变进气歧管的有效长度，使发动机在高转速、大负荷时配用粗短的进气歧管，而在中、低转速和中、小负荷时配用细长的进气歧管。可变进气歧管控制系统如图8-20所示。当发动机低速运转时，ECU控制转换阀控制机构关闭转换阀，这时空气经空气滤清器和节气门沿着弯曲而细长的进气歧管流进气缸。细长的进气歧管提高了进气速度，增强了气流的惯性，使进气量增多。当发动机高速运转时，转换阀开启，空气经空气滤清器和节气门直接进入粗短的进气歧管。粗短的进气歧管进气阻
27、力小，也使进气量增多。可变长度进气歧管不仅可以提高发动机的动力性，还由于它提高发动机在中、低速运转时的进气速度而增强了气缸内的气流强度，从而改善燃烧过程，使发动机中低速的燃油经济性有所提高。学习任务2 三、可变进气歧管控制系统如奥迪A6轿车发动机采用多路径进气歧管，它由两节不同长度和不同直径的进气管道合并而成。长管道为780mm，内径小；短管道为380mm，内径大。在高转速时，进气通过粗短的管道，有利于提高发动机功率；在低转速时，进气通过细长管道，有利于提供大转矩。多路径歧管通过真空执行元件、转换阀控制六个风门。进气歧管转换阀由发动机ECU的信号控制。六个风门根据发动机转速来打开或关闭，转速低
28、于4700r/min 时风门被关闭，发动机转矩最小；转速在4700r/min以上时风门完全打开，获得较高的发动机功率，如图8-21所示。学习任务2 三、可变进气歧管控制系统采用增压技术提高进气压力是提高发动机动力性和经济性的重要措施之一，尤其对在高原地区使用的车辆，更有意义。但汽油发动机的进气压力过高，容易产生爆燃。在采用增压技术的发动机上，增压控制系统的功能是：根据发动机进气压力的大小，控制增压装置的工作，以达到控制进气压力、提高发动机动力性和经济性的目的。根据增压装置使用的动力源不同，增压装置可分为废气涡轮增压和动力增压两种类型。前者利用发动机排出的废气能量驱动增压装置工作，后者利用发动机
29、输出动力或电源驱动增压装置工作。目前多采用废气涡轮增压。学习任务3废气涡轮增压控制系统的组成如图8-22所示。控制废气流动路线的切换阀受驱动气室的控制，在废气涡轮增压器出口与驱动气室之间的压力空气通道中装有受ECU控制的释压电磁阀,释压电磁阀控制进入驱动气室的气体压力。当ECU检测到的进气压力在0.098MPa 以下时，受ECU控制的释压电磁阀的搭铁回路断开，释压电磁阀关闭。此时由废气涡轮增压器出口引入的压力空气，经释压电磁阀进入驱动气室，克服气室弹簧的压力推动切换阀将废气进入涡轮室的通道打开，同时将排气旁通口关闭，此时废气流经涡轮室使增压器工作。当ECU检测到的进气压力高于0.098MP时，
30、ECU将释压电磁阀搭铁回路接通，释压电磁阀打开，通往驱动气室的压力空气被切断，在气室弹簧弹力作用下，驱动切换阀，关闭进入涡轮室的通道，同时将排气旁通口打开，废气不经涡轮室而直接排出，废气涡轮增压器停止工作，进气压力将下降，直至进气压力降到规定的压力时，ECU将释压电磁阀关闭，切换阀将进入涡轮室的通道口打开，废气涡轮增压器又开始工作。学习任务3 在有些增压控制系统中，通过控制增压器的转速来控制增压压力，如图8-23所示。切换阀驱动气室工作时可改变切换阀的开度，喷嘴环驱动气室工作时可改变增压器喷嘴环的角度，两个驱动气室的空气通道都装有受ECU控制的电磁阀ECU根据发动机的运行工况（加速、爆燃、冷却
31、液温度、进气量等信号），确定增压压力的目标值，并通过进气管压力传感器来检测发动机的实际增压压力值。ECU根据实际增压压力与目标值的差值，控制输送给电磁阀的脉冲信号占空比，调节电磁阀的开度，控制进入驱动气室的空气压力，改变增压器喷嘴环的角度和切换阀的开度，从而控制废气涡轮增压器的转速，使实际增压压力符合发动机所需要的目标增压压力。学习任务3随着汽车工业的发展，汽车的保有量不断增加，汽车排放污染对人类环境的危害已成为一种严重的社会公害。汽车的排放污染主要来源于发动机排出的废气（约占65%以上）、曲轴箱窜气（约占20%）和燃料供给系统中蒸发的汽油蒸气（占 10%-20%），汽油机的主要排放污染物是一
32、氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物，柴油机的主要排放污染物是一氧化碳、氮氧化合物和碳烟。针对汽车污染源和各种污染物的产生机理，现代汽车尤其是轿车上装用了多种排放控制系统，主要包括：曲轴箱强制通风（PCV）系统、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统、废气再循环（EGR）系统、三元催转化换（TWC）系统、二次空气供给系统和热空气供给系统等。随着电控技术的发展，在高级轿车上，部分排放控制系统（如 PCV系统、EVAP系统、EGR系统、二次空气供给系统）也采用了ECU控制。学习任务4 一、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统1.EVAP控制系统的功能EVAP 控制系统的功能是收集汽油箱和浮子室（化油器式汽油机）内
33、蒸发的汽油蒸气，并将汽油蒸气导入气缸参加燃烧,从而防止汽油蒸气直接排入大气而造成污染。同时，还根据发动机工况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸气量。2.EVAP控制系统的组成与工作原理EVAP控制系统是为防止汽油箱内的汽油蒸气排入大气产生污染而设的。在装有EVAP控制系统的汽车上，汽油箱盖上只有空气阀，而不设蒸气放出阀。EVAP控制系统的组成如图8-24所示。活性炭罐与油箱之间设有排气管和单向阀，汽油箱内的汽油蒸气超过一定压力时，顶开单向阀经排气管进入活性炭罐，活性炭罐内的活性炭将燃油蒸气吸附在炭罐内。学习任务4 一、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统发动机工作时，活性炭罐内的汽油蒸气经定量排放孔、
34、吸气管被吸入进气管。活性炭罐的上端设有一个真空控制阀，真空控制阀为膜片阀，膜片上方为真空室，控制阀用来控制定量排放孔的开或闭。真空控制阀与进气管之间的真空管路中设有受ECU控制的电磁阀，用以调节真空控制阀上方真空室的真空度，改变真空控制阀的开度，从而控制吸入进气管的汽油蒸气量。为防止活性炭罐内的汽油蒸气被吸入进气管后使混合气变浓，活性炭罐下方设有进气滤心并与大气相通，使部分清洁空气与活性炭罐内的汽油蒸气一起被吸入进气管。学习任务4 一、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统有些发动机（如韩国大宇轿车发动机等）上的EVAP系统不采用ECU控制，即真空控制阀与进气管之间的真空管路中不安装受 ECU控制的
35、电磁阀，真空控制阀的开度直接由真空度控制，真空管口设在靠近节气门全闭位置的上方。发动机转速一定时，随发动机负荷（节气门开度）的增大，真空管口处的真空度增加，真空控制阀的开度增大；随发动机负荷减小，真空控制阀开度也减小。在部分电控EVAP系统中，活性炭罐上不设真空控制阀，而是将受ECU控制的电磁阀直接装在活性炭罐与进气管之间的吸气管中。图8-25所示为韩国现代轿车装用的电控EVAP系统。ECU根据节气门位置传感器、冷却液温度传感器和进气温度传感器信号控制电磁阀通电或断电，电磁阀控制活性炭罐与进气管之间的吸气通道。发动机怠速（进气量较少）或温度较低时，ECU使电磁阀断电，关闭吸气通道，活性炭罐内的
36、汽油蒸气不能被吸入进气管。学习任务4 一、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统 3.EVAP控制系统的检修（1）一般维护 在使用中，应经常检查各连接管路有无破损或漏气，必要时更换连接软管；检查活性炭罐壳体有无裂纹、底部进气滤心是否脏污，必要时更换炭罐或滤芯；一般汽车每行驶20000km，应更换活性炭罐底部的进气滤芯。（2）真空控制阀的检查 如图8-26所示，从活性炭罐上拆下真空控制阀，用手动真空泵由真空管接头给真空控制阀施加约5kPa真空度时，从活性炭罐侧孔吹入空气应畅通；不施加真空度时，吹入空气应不通。若不符合上述要求，应更换该真空控制阀。（3）控制电磁阀的检查 发动机不工作时，拆开控制电磁阀进
37、气管一侧的软管，用手动真空泵由软管接头给控制电磁阀施加一定真空度，控制电磁阀不通电时应能保持真空度，若给控制电磁阀接通蓄电池电压，真空度应释放；拆开控制电磁阀线束连接器，测量控制电磁阀两端子间电阻值应为36-44。若不符合上述要求，应更换该控制电磁阀。学习任务4 一、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统1.EGR控制系统的功能 NOx是空气中的氮气与氧气在高温、高压条件下形成的。发动机排出的NOx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Nox量越多。废气再循环的目的是将适量的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸内的最高温度，以减少NO*的排放量。为保证发动机正常工作和性能不受过多
38、影响，必须根据发动机工况的变化控制废气再循环量。EGR控制系统的功能是控制废气再循环量。EGR控制系统多数为电控系统，根据其控制模式不同可分为两种类型：EGR开环控制系统和EGR闭环控制系统。2.EGR开环控制系统 EGR开环控制系统的组成如图8-27所示，主要由EGR阀和EGR电磁阀等组成。EGR阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。EGR电磁阀安装在通向EGR阀的真空通道中，根据发动机冷却液温度信号、节气门位置信号、转速信号和起动信号等来控制电磁阀的通电或断电。学习任务4 二、废气再循环（EGR）控制系统ECU不给EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空通道接通，EGR阀开启，进行
39、废气再循环；ECU给EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空通道被切断，EGR阀关闭，停止废气再循环。发动机工作时ECU给EGR电磁阀通电停止废气再循环的工况有：起动工况、怠速工况、暖机工况、转速低于900r/min 或高于3200r/min 的工况。在除上述以外的其他工况，ECU均不给电磁阀通电，都进行废气再循环。废气再循环量取决于EGR阀的开度，而EGR阀的开度直接由真空度控制。由于真空管口设在靠近节气门全闭位置的上方，随发动机转速和负荷（节气门开度）增大，真空管口处的真空度增加，EGR阀的开度增大；随发动机转速和负荷减小，EGR阀开度也减小。发动机工作进行废气再循环时，废气再循环量的多少可
40、用废气再循环率（EGR率）来表示。EGR率是指废气再循环量在进入气缸内的气体中所占的比率，即学习任务4 二、废气再循环（EGR）控制系统有些发动机的EGR控制系统中，EGR电磁阀采用占空比控制型电磁阀，ECU通过占空比控制型电磁阀的开度，调节作用在EGR阀上的真空度，控制EGR阀的开度，以实现对废气再循环量的控制。在此系统中，通向EGR阀的真空管口一般设在节气门之后。在不采用ECU控制的EGR控制系统中，通向EGR阀的真空管路一般由两个控制阀共同控制。一个是双金属开关阀，根据冷却液温度控制真空通道的通断；另一个是膜片式真空控制阀，根据负荷变化（进气管真空度和排气压力变化）控制真空通道通断。当冷
41、却液温度和负荷达到一定值进行废气再循环时，与采用普通电磁阀控制的EGR控制系统一样，EGR阀的开度直接由真空度控制，即废气再循环量取决于真空管口处的真空度。在EGR开环控制系统中，ECU根据各种传感器信号确定发动机工况，并按其内部存储的EGR率与转速、负荷的对应关系进行控制，而对其控制的结果不能进行检测。学习任务4 二、废气再循环（EGR）控制系统3.EGR闭环控制系统采用EGR闭环控制系统，检测实际的EGR率或EGR阀开度作为反馈控制信号，其控制精度更高。用EGR阀开度作为反馈信号的EGR闭环控制系统组成如图8-28 所示。与采用占空比控制型电磁阀的EGR开环控制系统相比，只是在EGR阀上增
42、设了一个EGR阀开度传感器。EGR 闭环控制系统工作时ECU可根据EGR阀开度传感器的反馈信号修正电磁阀的开度，使EGR 率保持在最佳值。EGR阀开度传感器为电位计式，其工作原理与电位计式节气门位置传感器类似。EGR阀开度传感器与ECU之间有3条连接线路，分别为电源线、搭铁线和信号线，ECU通过电源线给EGR阀开度传感器提供5V的标准电压，EGR阀开度传感器将EGR阀开启高度变化转换为电信号经信号线输送给ECU。学习任务4 二、废气再循环（EGR）控制系统用EGR率作为反馈信号的EGR闭环控制系统组成如图8-29所示。ECU根据EGR率传感器信号对EGR电磁阀实行反馈控制，EGR率传感器安装在
43、进气总管中的稳压箱上，新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经EGR电磁阀进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度（氧浓度随EGR率的增加而降低），并转换成电信号输送给ECU，ECU根据此反馈信号修正EGR电磁阀的开度，使EGR率保持在最佳值。学习任务4 二、废气再循环（EGR）控制系统 4.EGR控制系统的检修（1）一般检查 在冷机起动后，立即拆下EGR阀上的真空软管，发动机转速应无变化，用手触试真空软管口应无真空吸力；发动机温度达到正常工作温度后，发动机怠速运转时按上述方法检查，其结果应与冷机时相同；发动机在正常工作温度下，若将转速提高到2500r/min 左右，折弯真空软管后并
44、从EGR阀上拆下软管，发动机转速应有明显提高（因中断废气再循环）。若不符合上述要求，说明ECU控制系统工作不正常，应查明故障原因并予以排除。（2）EGR电磁阀的检查 在常温下测量电磁阀的电阻值，一般电阻值应为33-39；如图8-30所示，EGR电磁阀不通电时，从通进气管软管接头吹入空气应畅通，从通气滤网处吹入空气应不通。当给EGR电磁阀接通蓄电池电源电压时，吹气通畅情况应与上述相反。若不符合上述要求，应更换该电磁阀。（3）EGR阀的检查 如图8-31所示，用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15kPa的真空度时，EGR阀应能开启；不施加真空度时，EGR阀应能完全关闭。若不符合上述要求，应更换该
45、EGR阀。学习任务4 二、废气再循环（EGR）控制系统1.TWC的功能TWC安装在排气管中部，其功能是利用TWC中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体转变为无害气体。2.TWC的结构TWC一般为整体不可拆卸式。日本丰田雷克萨斯LS400轿车TWC 装置的安装位置如图8-32所示，该车型装用V形发动机，左、右排气管上各装1个TWC。目前，TWC内装用的三元催化剂一般为铂（或钯）与铑等贵重金属的混合物。根据催化剂载体的结构特,TWC可分为颗粒形和蜂巢形两种类型。颗粒形TWC将催化剂沉积在颗粒状氧化铝载体表面，蜂巢形TWC将催化剂沉积在蜂巢状氧化铝载体表面。作为催化剂载体的氧化铝表面都有形状复
46、杂的表层，以增大催化剂与废气的实际接触面积。学习任务4 三、三元催化转化器（TWC）与空燃比反馈控制系统3.影响TWC转换效率的因素发动机排出的废气流经TWC时，三元催化剂不仅可使废气中的碳氢化合物和一氧化碳有害气体进一步氧化，生成无害气体二氧化碳和水蒸气，并能促使废气中的氮氧化合物与一氧化碳反应生成无害的二氧化碳和氮气。TWC将有害气体转变成无害气体的效率受诸多因素的影响，其中影响最大的是混合气的浓度和排气温度。TWC的转换效率与混合气浓度的关系曲线如图8-33所示，只有在理论空燃比14.7:1附近，对废气中三种有害气体（碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化合物）的转换效率均比较高。在发动机工作中，
47、为将实际空燃比精确控制在标准的理论空燃比附近，在装用 TWC的汽车上，一般都装有用来检测废气中氧浓度的氧传感器，氧传感器信号输送给ECU后，用来对空燃比进行反馈控制，即电控燃油喷射系统的闭环控制。电控燃油喷射系统的闭环控制原理如图8-34所示。在开环电控燃油喷射系统中，ECU只是根据转速信号、进气量信号、冷却液温度信号等确定喷油量，以控制空燃比，但并不对实际控制的空燃比是否精确进行检测。学习任务4 三、三元催化转化器（TWC）与空燃比反馈控制系统在闭环电控燃油喷射系统中，氧传感器安装在TWC与发动机之间的排气管上，将检测到的废气中氧浓度信号输送给ECU，ECU根据此信号对喷油器的喷油量进行修正
48、，使实际的空燃比更接近理论空燃比。在装有氧传感器的电控燃油喷射发动机上，电控燃油喷射系统并不是在所有工况下都进行闭环控制，在发动机起动工况、怠速工况、暖机工况、加速工况、全负荷工况、减速断油工况等时，发动机不可能以理论空燃比工作，仍采用开环控制方式。此外，氧传感器温度在400摄氏度以下、氧传感器或其电路发生故障时，也只能采用开环控制。电控燃油喷射系统进行开环控制还是进行闭环控制，由ECU根据相关输入信号确定。此外，发动机的排气温度过高（815摄氏度以上）时，TWC的转化效率明显下降。为此，有些发动机装有排气温度报警装置，当报警装置发出报警信号时，应停机熄火，查明排气温度过高的原因并予以排除。在
49、使用中，排气温度过高一般是由于发动机长时间在大负荷工况下工作或因故障而导致燃油燃烧不完全所致。学习任务4 三、三元催化转化器（TWC）与空燃比反馈控制系统4.氧传感器氧传感器可分为氧化锆式和氧化钛式两种类型。（1）氧化锆式氧传感器 氧化锆式氧传感器的结构及其输出特性如图8-35所示，该传感器的基本元件是氧化锆管，氧化锆管固定在带有安装螺纹的固定套内，在氧化锆管的内表面和外表面均覆盖着一薄层铂作为电极，氧化锆管内部通大气，氧化锆管外部与排气管中的废气接触。在氧化锆管外表面的铂层上，还覆盖着一层多孔的陶瓷涂层，并加有带槽口的防护套管，用来防止废气对铂电极产生腐蚀。在氧化锆式氧传感器的线束插接器端有
50、金属护套，其上设有小孔，以便使氧化锆管内通大气。氧化锆式氧传感器实质是一个化学电池，又称为氧浓度差电池。氧化锆式氧传感器的温度在400摄氏度以上时，若其内部与外部气体的氧浓度差较大，氧化锆式氧传感器的两个铂电极之间将会产生电动势。学习任务4 三、三元催化转化器（TWC）与空燃比反馈控制系统发动机工作时，由于氧传感器内部大气中氧浓度是固定的，而氧传感器外部发动机排出废气中的氧浓度是随空燃比变化的，所以将氧化锆式氧传感器两个铂电极之间产生电动势输送给ECU，即可作为判断实际空燃比的依据。发动机工作中，当实际空燃比大于理论空燃比时，排出废气中的氧含量较高，氧传感器内部与外部气体的氧浓度差较小，两个铂
