废气再循环控制系统设计.doc

苏州经贸职业技术学院 2011届毕业设计（论文）论文题目：废气再循环控制系统设计 系 别： 机电系专 业：应用电子技术（汽车电器）班 级： 08应电33学生姓名： 汪 林学 号： 0801083338指导老师： 许 新 丰 提交时间： 2011年1月20目录摘 要I前 言II第一章 概 述11.1 NOx生成机理11.2 汽车废气污染物的控制和治理11.3 废气再循环系统的作用机理11.4 国外废气再循环技术的研究与使用情况21.5 EGR的种类21.6废气再循环程度的控制21.7 废气再循环工作时刻的控制3第二章 废气再循环系统的设计方案42.1单片机的方案选择42.2 A/D转化器方案选择52.3水温传感器方案选择52.4节气门位置传感器方案选择52.5曲轴位置传感器方案选择62.6 EGR阀控制的方案选择6第三章 硬件电路设计73.1电源稳压模块电路73.2执行机构驱动电磁阀电路73.3报警灯电路83.4 单片机最小系统设计83.5 A/D转换电路93.6转速信号处理电路103.7节气门位置传感器信号连接电路113.8水温传感器信号连接电路123.9 EGR阀位置传感器连接电路13第四章EGR软件设计144.1 EGR控制系统的主程序设计144.2 报警子程序154.3 EGR阀修正子程序15第五章 系统的校验17第六章 结 论18参考文献19附录一 废气再循环控制电路总图20摘 要本课题基于我国当前汽车排放技术相对落后的现状，研制开发出一种能根据发动机不同工况调节的EGR系统，以实现冷却EGR的智能控制和精确控制，减少汽车尾气中NOx的含量，满足国家的排放法规，减少汽车尾气对环境的污染。论文首先论述了降低发动机排放的废气再循环技术。它是公认的减少汽车NOx排放的简洁、有效的措施，已被许多汽车、发动机生产厂家采纳。近年来被人们青睐的EGR技术已经成为满足欧、欧标准不可缺少的技术。论文最后在选择了控制系统的核心部件单片机及各种传感器的基础上，进行了控制部分硬件和软件的设计。关键词：内燃机；单片机；废弃再循环；NOx;前 言EGR是英文Exhaust Gas Recirculation三个字的缩写，意思是废气再循环控制系统。它是针对引擎排气中有害气体之一的NOx所设置的排气净化装置。氮氧化物排到大气中，碰到强烈的紫外线时，会生成光化学烟雾。这种光化学烟雾，会造成眼睛疼痛，严重的话还会呼吸困难。长期呼吸被氮氧化物和黑烟等污染的空气，也容易带来呼吸器官的疾病和癌症。在化学上，氮是所谓的惰性气体，不容易起氧化作用，但温度高到一个程度，还是会形成氮氧化物的。因此若要降低引擎排气中的氮氧化物含量，就必须设法降低引擎的燃烧温度。目前车辆使用的方法就是在进气管中导入一些已经燃烧过的废气，与新鲜空气混合，使之再次燃烧，作用为降低混合气的含氧浓度、吸收燃烧释放出的热量，使燃烧速度减慢、燃烧温度降低，便减少了NOx的生成数量，现代引擎不论是汽油或柴油的都有EGR废气再循环系统，并且都用计算机来控管废气的进气量，以期许在环保和动力上取得最大的利益和平衡。本设计针对目前越来越严格的排放标准，通过对水温，发动机转速，负荷等信号的采集，给废气再循环控制电磁阀提供不同占空比的脉冲电压，使其具有不同打开、关闭的频率，得到控制EGR阀不同开度所需的各种真空度，从而获得为适应发动机工况所需不同的EGR率。此外通过EGR阀位置传感器的反馈信号，对脉冲波形进行修正，实现闭环控制，及故障报警功能。第一章 概 述1.1 NOx生成机理 NOx的主要成分是NO，有少量的继续氧化产物NO2。NO是在高温燃烧下，由分解的氧原子和氮原子发生反应而生成的，故NO的生成量在很大程度上取决于燃烧温度，此外还与O2的体积分数直接相关。在稀燃时，O2体积分数足够大，NO的生成主要取决于燃烧温度；在浓混合气条件下，NO的生成量主要取决于O2的体积分数。所以，NO体积分数最大点应该出现在混合气略稀、火焰燃烧温度较高的工况点，即过量空气系数（a。）。燃烧温度很高的过浓混合气区和O2体积分数大的过稀混合气区都不会产生很高的NO体积分数。1.2 汽车废气污染物的控制和治理随着环保意识的加强，欧、美、日等一些发达国家对废气排放污染的限制越来越严格，各汽车生产厂都投入巨额资金开展废气污染物的控制研究，早于90年代初，汽油车已基本上普遍采用了电控燃油喷射发动机，使废气中的有害气体大为减少，动力性和燃料经济性均有所提高，再加上其他多种措施的综合应用，使汽油车的废气污染得到了有效的控制。目前，国外对于废气排放的控制和治理主要有如下几种措施。(1)废气再循环。已查明NOx是燃油在高温燃烧中的生成物。废气再循环就是根据发动机的不同工况，将废气中的一部分(3%15%)引入燃烧室，用以降低气缸的燃烧和温度速度，从而进一步减少NOx的排放量。(2)二次空气供给。二次空气供给系统是在排气管的上段设置一个反应器，通过空气泵、控制阀、单向阀和喷射管等引入适量的新鲜空气，在高温下，令CO和HC在热反应器内继续燃烧(生成H2O和CO2)，从而进一步减少了CO和HC的排放量。有的发动机则向三元催化器提供二次新鲜空气，以使CO和HC在催化器内获得更充分的氧化反应(燃烧)。(3)三元催化净化装置。三元催化净化器的催化剂为铂、铑、钯和钌等贵金属，其载体的形状分为粒状和片状。根据生产工艺的方便性，后者的应用较广泛1.3 废气再循环系统的作用机理 废气再循环技术是通过降低缸内最高燃烧温度以及缸内混合气中O2的体积分数，破坏NOx的生成环境，从而降低NOx的排放。普遍认为可由以下3个理论解释。 （1） 比热容假说在发动机的可燃混合气中掺人一部分CO2，H2O和N2等惰性废气，前两者的比热容均高于新鲜混合气。因此，新旧气体混合后的工作混合气的总热容量也随之增大，在气缸内燃料总放热量不变的情况下，混合气燃烧产生的最高燃烧温度就会降低，降低的幅度与增加的比热容成正比。 （2）稀释假说 EGR对NOx的影响是由于增加了混合气中惰性气体量，一方面使气缸内的O2体积分数下降；另一方面惰性分子降低了链式反应的速率，使燃烧的绝热火焰温度降低，从而使NOx的生成量下降。 （3） 点火或着火延迟假说 对汽油机而言，该理论认为EGR将一定数量的排气引入进气管，造成进气管真空度略下降，从而使真空提前角滞后，引起了点火延迟，而点火延迟会造成NOx的下降。对柴油机而言，EGR系统改变了混合气的组分，因而延长了着火延迟，从而降低了缸内最高燃烧温度，促使NOx排放下降。1.4 国外废气再循环技术的研究与使用情况EGR技术首先应用于汽油机上，长期以来一直被认为是一种降低汽油机NOx排放的有效措施。EGR在国外的汽油车上已经作为成熟技术而广泛的使用已经形成了一套比较系统的理论，并成功的研制出了一系列EGR装置。EGR控制阀最初只是纯气动式，后来与电控技术相结合，转而开发出带闭环控制的气电式或电磁式EGR系统。1.5 EGR的种类废气再循环系统有很多种的形式和控制方式。在控制方式上，汽油机EGR系统基本上可分为进气负压控制式、排气背压控制式，还有近、排气压力复合式，废气进入进气系统的空的位置，有的在节气门前方，有的在节气门后方。根据执行器（EGR）的动作控制形式和控制对象，可分为以下几种：（1）机械控制式EGR系统 机械控制式EGR系统是最早设计使用的EGR装置。其工作电子控制式EGR系统原理是：通过真空度和排气背压来控制阀的开闭。机械控制式EGR系统中的主要部件是一个膜片式EGR阀，根据阀控制方式的不同，有正背压控制式EGR和负背压控制式EGR。但是，对于机械控制式EGR系统，EGR率控制的范围有限（一般为5%-15%），且控制精度远不能满足发动机的实际需要，故新型汽车发动机都趋向于选择计算机EGR系统，也即电子控制式EGR。（2）电子控制式EGR系统 电子控制式EGR系统的EGR率控制范围大（15%-20%），控制自由度也大。其主要功能特点是选择NOx排放量大的发动机工况，进行适量的EGR控制。在发动机工作时，电控单元ECU根据各传感器，如转速传感器、水温传感器、节气门位置传感器、点火开关等信号，确定发动机目前工作在哪一种工况下工作，以输出指令，控制EGR电磁阀使EGR进行或停止。1.6废气再循环程度的控制 废气再循环系统的任务是对进入进气系统的废气量进行最佳控制，保证排放物中Nox含量最低。废气再循环程度可用EGR率来表示，其定义为：EGR率=EGR流量/（吸入空气量+EGR流量）*100%最佳EGR率如图1.6所示，资料表明，当EGR率达到15%时，NOx的排放量可减少60%。单EGR率增加过多时，会产生喘车或功率下降，甚至熄火；没有足够的EGR流量，会使废气中的NOx猛增，同时发动机爆震也可能发生，因此，必须对EGR率实行适时控制，以将死NOx的含量，并保证发动机的动力性。实际上，目前EGR率的控制，已从机械控制发展到了计算机闭环控制。图1.6各工况下的最佳EGR率1.7 废气再循环工作时刻的控制废气再循环系统对发动机性能的影响是复杂的。一般来讲，增加EGR率可以降低NOx排放，但同时会增加HC和CO的排放及提高燃油消耗。因此，在各种工况下采用的EGR率必须综合考虑发动机的动力怀、经济性和排放性能。若EGR率控制不当，可能造成发动机HC和CO排放增加，燃油经济性恶化。低负荷时EGR将影响发动机工作稳定性，高负荷时EGR将影响发动机的动力性。故EGR系统的工作时刻必须加以控制。其具体作用时刻如图1.6所示。表1.1 废气再循环系统的作用时刻工况废气再循环电磁阀废气再循环系统1发动机启动时2发动机怠速时3发动机水温低低于40时4发动机转速低于900r/min5发动机转速高于3200r/min控制电磁阀阀门关闭不起作用除以上工况控制电磁阀阀门打开起作用第二章 废气再循环系统的设计方案本文设计的EGR系统由电源电路，复位电路，晶振电路，单片机，A/D转换电路，电磁阀驱动电路，故障报警电路等组成。其结构结构框图如图2.1所示，各部分作用如下：单片机：EGR系统的核心，接收传感器输入信息，输出控制信息并发出报警信号。复位电路：复位单片机，使单片机从初始状态开始工作。晶振电路：为单片机提供信号源。采用的晶振频率是12MHz。电源电路：为单片机提供电源。A/D转换电路：将传感器采集的模拟信号转换成数字信号，并输送给单片机。电磁阀驱动电路：根据单片机提供的脉冲信号，打开或关闭控制电磁阀。报警电路：单片机发出报警信号时电路工作，点亮故障灯。单片机电源电路EGR电磁阀控制电路A/D转换电路信号处理电路故障报警电路发动机转速传感器节气门位置传感器EGR阀位置传感器冷却水温度传感器图2.1 EGR系统结构框图2.1 单片机的方案选择方案一：AT89S52AT89S52具有ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境上拔除,可以在线烧写。AT89S52的最高工作频率为33MHz,具有双工UART串行通道, AT89S52内部集成看门狗计时器,具有双数据,具有电源关闭标识。 AT89S52具有全新的加密算法，这使得对于89S52的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。在兼容性方面，AT89S52向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等产品。 方案二：Motorola单片机 Motorola单片机品种全，选择余地大，新产品多是其特点，在同样的速度下所用的时钟频率比Intel单片机低得多，工业方面比较好，而且在位处理方面功能较为强大，高频噪声低，抗干扰能力强。Motorola单片机虽然推出很多种适合单片机发展趋势的产品，但是同一系列的单片机兼容性不好，而且，Motorola单片机在市场上的价格相对其他单片机而言非常昂贵，不属于经济实用类型，由此，该单片机的代理厂商也相应减少，一般情况下，很少能买到Motorola单片机。由于AT89S52单片机工作频率高，烧写时无需插拔，价格低廉，故本设计使用AT89S52单片机。2.2 A/D转化器方案选择方案一：采用分级式转换器，这种转换器采用两步或多步进行分辨率的闪烁式转换，进而快速地完成“模拟-数字”信号的转换，同时可以实现较高的分辨率。方案二：采用逐次逼近式转换器，如ADC0809，其特点是转换速度快，精度也较高，输出为二进制码，直接接I/O口，软件设计方便。ADC0809芯片内包含8为数/模转换器、8通道多路转换器与微控制器兼容的控制逻辑。由于ADC0809转换器采样速度快，价格低廉，降低了成本，所以选用ADC0809转换器。2.3水温传感器方案选择方案一 选用热敏电阻式温度传感器。该传感器采用负温度系数热敏电阻制成，水温低时，电阻值大，水温高时，电阻值小。优点：1.可测量很小部位的温度；2可缩短滞后时间；3测量机构简单且价格低廉；4因信噪比比较高，所以对系统性计量工程来说经济性好。缺点：因电阻与温度的非线性成都较严重，有时需要做先行处理。方案二 选用金属热电阻式温度传感器。优点：适用于测量较大范围的平均温度；不需要标准触点。缺点：难以缩短滞后时间；在震动严重的场所可能出现破损；受导线电阻的影响，需要修正。选用方案一。因为方案二反应滞后，且使用寿命短。2.4节气门位置传感器方案选择方案一 开关式节气门位置传感器。由一个滑动触点和两个固定触点组成。滑动触点随节气门轴一起转动，和节气门轴联动的凸轮轴控制触点的开启闭合。但不能检测节气门开启和关闭时刻的快慢程度，只能与已淘汰的翼片式空气流量传感器配合使用。方案二 滑动电阻式节气门位置传感器。是线性输出型节气门位置传感器。节气门转动时，滑动触点可在电阻上移动，引起滑动触点的电位变化，利用电阻的变化将节气门位置信号转化成电压值。这个电压呈线性变化，根据这个线性电压可以获得节气门从全开到全闭连续变化的信号，从而更精确地判断发动机的运行工况。由于滑动电阻式节气门位置传感器的设计避免了开关式节气门位置传感器只能检测发动机怠速工况和全负荷的弊端，故本设计选用方案二。2.5曲轴位置传感器方案选择方案一 磁电感应式曲轴位置传感器。磁感应式曲轴位置传感器主要由信号发生器和信号转子组成。信号发生器用螺钉固定在发动机缸体上，由永久磁铁、传感线圈和线束插头组成。传感线圈又称为信号线圈，永久磁铁上带有一个磁头，磁头正对安装在曲轴上的齿盘式信号转子，磁头与磁轭(导磁板)连接而构成导磁回路。 信号转子为齿盘式，在其圆周上均匀间隔地制作有58个凸齿、57个小齿缺和一个大齿缺。大齿缺输出基准信号，对应发动机气缸1或气缸4压缩上止点前一定角度。大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占的弧度。优点：对环境条件要求不高；能在-150到+90的温度下工作，不影响测量精度；能在油，水雾，灰尘等条件下工作。缺点：输出的正弦波形，信号处理过程复杂； 方案二 光电式传感器光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内，由信号发生器和带光孔的信号盘组成。其信号盘与分电器轴一起转动，信号盘外圈有 360条光刻缝隙，产生曲轴转角 1 的信号；稍靠内有间隔 60 均布的 6 个光孔，产生曲轴转角 120 的信号，其中 1 个光孔较宽，用以产生相对于 1 缸上止点的信号。信号发生器安装在分电器壳体上，由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。发光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，由于信号盘上有光孔，则产生透光和遮光交替变化现象。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被档住时，光敏二极管电压为0 。直接输出脉冲信号。缺点：光学器件和电子器件价格较贵由于方案一结构复杂，输出波形需要进行调理后才能向单片机输入，而方案二才生的就是方波，处理过程简单，故选用方案二。2.6 EGR阀控制的方案选择 方案一 ：采用直接控制式EGR阀数控式EGR阀安装在右排气歧管上，其作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行的控制，而不管歧管真空度的大小。 EGR阀通过3个孔径递增的计量孔控制从排气歧管流回进气歧管的废气量，以产生7种不同流量的组合。每个计量孔都由1个电磁阀和针阀组成，当电磁阀通电时，电枢便被磁铁吸向上方，使计量孔开启。旋转式针阀的特性保证了当EGR阀关闭时，具有良好密封性。 方案二： 间接控制EGR阀ECU根据相应传感器信号，给EGR控制电磁阀提供不同占空比的脉冲电压，使其具有不同打开关闭的频率，使EGR阀得到各种所需的真空度，实现简单精确地控制EGR率。EGR电磁阀真空度信号EGR阀由于方案一控制过程复杂，且不够精确，故采用方案二。第三章 硬件电路设计3.1电源稳压模块电路由于系统用于车用发动机，由车辆的12V蓄电池供电，单片机的工作电压一般为5V，所以必须对电源电压采取降压和稳压措施。本系统选用LM7805集成稳压芯片实现稳压降压。如图3.1所示。图3.1电源电路3.2执行机构驱动电磁阀电路驱动电路是为控制单元和执行器之间建立起有效的联系，它将单片机做出的控制决策转变为控制信号以驱动执行机构工作。执行机构是EGR真空电磁阀。功放管与单片机之间通过光电耦合器TLP521-1进行耦合，以防止单片机本身的自激震荡波输入到驱动电路中而影响执行器的正常工作。当发动机启动时，ECU根据曲轴位置传感器、节气门位置传感器、水温传感器等给废气再循环控制电磁阀提供不同占空比的脉冲电压，使其具有不同打开、关闭的频率，以调节进入负压室的空气量，得到控制EGR阀不同开度所需的各种真空度，从而获得为适应发动机工况所需不同的EGR率。脉冲电压信号的占空比越小，电磁阀打开时间越短，进入真空管道的真空度越小，废气再循环阀开度越小，当小至某一值时，废气再循环电磁阀关闭，废气再循环系统停止工作；反之，脉冲电压信号的占空比越大，EGR率越小。其驱动电路如图3.2所示。图3.2电磁阀驱动电路3.3报警灯电路由于EGR阀所处的环境长期承受着废气的污染，工作时间久了，在阀门与阀口上不免要附着一些积碳当使用的燃油不达标的时候，造成卡滞的机会便会大大增加，使EGR的实际枢轴位置与设定值有所偏差。单片机监视EGR位置传感器信号的输入，确保阀门对单片机指令做出正确响应。当单片机向控制电磁阀输入控制波形时，如果阀门没有动作，且时间超过20s，单片机将启动故障指示灯。如图3所示： 图3.3故障报警电路3.4 单片机最小系统设计单片机最小系统是由单片机，晶振电路，复位电路，电源电路组成，如图3.4所示。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图3-2所示的复位电路，该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键。AT89S52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C3、C2按图3-2所示方式连接。晶振、电容C3C2及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C3、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在033MHz之间，电容C3、C2取值范围在530pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ做为系统的外部晶振。电容取值为20pF。图3.4 单片机最小系统3.5 A/D转换电路在AT89S52单片机中未集成A/D转换器部件，必须外接一个A/D转换器。根据系统要求，选择ADC0809 A/D转换芯片。此芯片具有8路模拟信号输入，8位数字信号输出，转换形式为逐次逼近，最佳工作频率为600Hz。单片机ALE端口信号输出频率为1KHz，通过分频器74LS90把此信号二分频后输入到ADC0809的CLOCK端口中，确保A/D转换器的正常工作。对多路模拟信号的转换选择，由单片机通过地址锁存器74LS373来实现，由于ADC0809具有三态输出锁存器，故其数据输出引脚可直接与单片机的数据总线相连。地址码引脚ADDAC分辨与地址总线的低三位A0.A1.A2相连，以选用IN0IN7中的一个通道。采用单片机的P2.7作为A/D的片选信号。并将A/D的ALE和STARA脚连在一起，以实现在锁存通道的同时启动ADC0809转换。启动信号由单片机的写信号WR和P2.0经或非门而产生。在读取转换结果时，用单片机的读信号RD和P2.0经或非门得到的正脉冲作为OE信号去打开三态输出锁存器，如图3.5所示。图3.5 A/D转换电路3.6转速信号处理电路曲轴位置传感器测得的发动机转速脉冲信号经过整形后提供给ECU，它是控制系统中非常重要的传感器。它由发光二极管和光敏三极管及遮光盘组成。发光二极管正对着光敏三极管，发光二极管以光敏三极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏三极管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，造成信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号，如图3.6所示。电控单元根据此信号计算出发动机曲轴的转速。 当发光二极管的光束照射到光敏三极管上时，光敏三极管感光而导通；当发光二极管的光束被遮挡时，光敏三极管截止。信号发生器输出的脉冲电压信号送至调理电路，在该电路当中，R22、R24起限流作用，R23起分流作用，R25为输出电阻，AR1是施密特触发器，主要解决光电信号的滞回性问题。然后向电控单元输送曲轴转角1信号和120信号。因信号发生器安装位置的关系，120信号在活塞上止点前70输出。发动机曲轴每转2圈，分电器轴转1圈，则1信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1，低电位亦对应1，共表征曲轴转角720。与此同时，120信号发生器共产生6个脉冲信号。其电路连接如图3.7所示。图3.6输出信号波形图3.7转速信号调理电路3.7节气门位置传感器信号连接电路节气门位置传感器提供发动机怠速信号与发动机负荷信号。当发动机处于怠速工况不适宜进行废气再循环时，ECU输出控制型号，EGR停止工作。ECU根据节气门位置传感器判断发动机所处的负荷工况，为控制水泵转速提供依据。节气门位置传感器装在节气门体上，并与节气门轴连动，用来检测节气门开度的变化，将节气门开启的角度转换成电压信号。设计中选用的是线性输出型节气门传感器，具有较高的精度，供电电压为5V，输出电压范围是0+5V。其内部是一个高性能的可变电阻的变阻器，输出电压随节气门开度的增加线性增大。它的特点是检测及处理角度很方便；耐环境能力强；其内设有回位弹簧，与被测定部件容易连接。节气门位置传感器的特性与信号连接电路如图3.8、图3.9所示。图3.8节气门位置传感器特 图3.9节气门位置信号连接电路3.8水温传感器信号连接电路发动机冷却液温度传感器提供发动机温度信号，在发动机温度低于40时，发动机处于暖机状态，不进行废气再循环，EGR冷却水泵停止转动。这里用于测水温的传感器采用的是负温度系数的热敏电阻（NTC），安装在发动机的气缸体上，插在气缸的冷却水中。它的工作温度范围为-20+120。它把温度的变化以电阻值变化的方式检测出来，随温度的不同，电阻值发生很大变化。当水温较低时电阻值较大，随水温的升高，电阻值逐渐降低，其特性如图3.11。传感器调理电路如图4.10所示。发动机工作时，控制系统内部给传感器一个5V电压，传感器热敏电阻的阻值变化时，经三运放放大后，传感器向ECU输送的信号电压随之变化，输出电压在0.1V4.8V之间。图3.10水温传感器调理电路图3.11水温传感器特性3.9 EGR阀位置传感器连接电路EGR阀中安装一EGR阀位置传感器（EVP Sensor）。该传感器是一电位计式位移传感器，输出线性电压，在0+5V之间变化，用于检测EGR阀的实际位置，输出相应电压信号给控制器，控制器据此判断阀门是否对ECU的指令做出正确响应。同时，它的信号输出也是发动机ECU计算废气再循环流量的依据。EVP传感器是一个三线传感器，一条是发动机ECU提供的电源电压，另外一条是传感器的接地线，第三条是传感器给发动机ECU的反馈信号输出线；在EGR阀关闭时产生1V以下的电压，在EGR阀打开时产生5V以下的电压。它是EGR系统中的重要传感器，一个损坏的EVP传感器会造成喘车现象、发动机产生爆震、怠速不良和其他行驶性能故障，甚至检查维护（I/M）尾气测试也不正常。如图3.12所示。图3.12 EGR 阀位置传感器连接电路第四章EGR软件设计4.1 EGR控制系统的主程序设计开始至于单片机的控制程序，这里使用C语言编程，因为C语言的可读性很强，根据不同的需要，进行修改的难度也会较低。本系统程序采用定时器中断与外部中断相结合的方式。计数器T0定时100ms，T1计数。当传感器信号A/D转换结束，进入中断服务程序，读取数据存入RAM单元，根据测得数据计算出相应的EGR阀开度，并通过EGR阀位置信号进行修正和实现报警功能。控制主程序流程图如下： 系统初始化读取水温信号TwNoTW 40Yes转速 节气门信号采集计算出EGR开度值Q0计算查出电磁阀控制波形驱动EGR控制电磁阀调用EGR阀修正子程序Q1调用报警子程序 NoEGR阀有故障Yes结束图4.1主程序流程图4.2 报警子程序本程序主要监测EGR阀能否正常工作，当其因积碳老化等原因出现故障时，可根据电磁阀控制波形，而EGR阀20s内没有相应动作，判断EGR阀有故障，进而点亮EGR故障灯，并停止EGR系统工作，防止发动机出现喘车，抖动，及熄火。报警子程序电磁阀控制波形点亮报警灯计时读取EGR阀位置传感器信号停止废弃再循环T20s信号电压变化返回NoYesYesNo图4.2报警子程序流程图4.3 EGR阀修正子程序本程序主要实现了废气再循环系统的闭环控制，当电磁阀控制波形发出后，可根据EGR位置传感器对EGR阀的位置进行实时监测，并将此信号反馈到单片机，对电磁阀控制波形进行修正，以期达到最佳EGR率。EGR阀修正子程序获取EGR阀实际开度Q1Q0-Q限定-修正电磁阀控制波形返回初始化YesNo图4.3 EGR阀修正子程序流程图第五章 系统的校验 为了保证开发系统的可靠稳定性，本设计首先采用信号发生模拟器，模拟发动机转速，通过信号处理作为ECU的数字信号输入，使用电位计模拟节气门位置信号、发动机水温信号、EGR阀位置信号，经调理后输入ECU，在发动机试验台上进行测试。以此来对ECU开发系统的各个功能进