第五章汽车辅助控制系统(上课)

1、上海市现代职业技术学院汽车系上海市现代职业技术学院汽车系 周军伟周军伟 5.1.1 三元催化转换器、氧传感器与空燃比反馈控制三元催化转换器、氧传感器与空燃比反馈控制一、三元催化转换器一、三元催化转换器二、二、 氧传感器氧传感器三、空燃比反馈控制三、空燃比反馈控制一、三元催化器 三元催化转换器也称为三元催化转换器也称为触媒转换器触媒转换器，简称简称触媒触媒。 功能：功能：利用转换器中的三元催化剂，利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体将发动机排出废气中的有害气体CO、HC和和NOX变成无害气体。变成无害气体。 构造：构造：安装在排气消声器前面，由安装在排气消声器前面，由转转换芯子

2、换芯子和和外壳外壳等构成。转换芯子常用等构成。转换芯子常用蜂窝状陶瓷作为承载催化剂的载体，蜂窝状陶瓷作为承载催化剂的载体，在在陶瓷载陶瓷载 体上浸渍铂（或钯）与体上浸渍铂（或钯）与 铑贵重金属的混合物作铑贵重金属的混合物作 为催化剂为催化剂。 “三元”的：指能同时处理CO、HC和NOx三种有害气体。：三元催化转换器安装在排气管中部。：利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体HC、CO和NOx转变为无害气体H2O、CO2和N2。奔驰车系三元催化转化器的安装情况奔驰车系三元催化转化器的安装情况 整体式由四部分组成：整体式由四部分组成：1、载体、载体、2、催化活性层（、催化活性层（涂在

3、载体上涂在载体上）3、壳体（、壳体（承纳载体的钢板承纳载体的钢板）4、隔离层或缓冲层（、隔离层或缓冲层（钢板壳体钢板壳体间）间）7三元催化转换器内部的化学反应过程三元催化转换器内部的化学反应过程 它先利用内含的贵重金属铑做催化剂，将NOx还原成无害的氮气(N2)和二氧化碳（CO2)。还原过程中所生成的O2，再加上TWC内由二次空气导管所导入的新鲜空气中的O2（有些车型才有），以铂（Pt)或钯(Pd)做催化剂一起和CO、HC进行氧化反应，使其转变成无害的CO2和H2O，这种还原氧化的过程又称为二段式转化二、氧传感器 Oxygen Sensor ( (O2S) ) 【功用】【功用】检测排气中的氧浓

4、度，向ECU输送空燃比信号。 【分类】【分类】氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种。 【别名】【别名】传感器氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器氧传感器FLASH动画氧传感器影片氧传感器影片结构结构氧化锆氧传感器的工作原理氧化锆氧传感器的工作原理当混合气过稀时，排出的废气中氧含量高，锆管内、外侧氧浓度差小，产生的电压很低(接近0V)；当混合气过浓时，排出的废气中氧含量低，锆管内、外侧氧浓度差大，两电极间产生的电压高(接近1V)。2、氧化钛式氧传感器氧化钛式氧传感器 组成：组成：二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等。二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等。 原理：原理：废气中的氧浓度

5、高时，二氧化钛的电阻值增大；废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小。废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小。二氧化钛元件金属外壳陶瓷绝缘体接线端子陶瓷元件导线金属保护套氧化钛氧传感器的工作原理氧化钛氧传感器的工作原理，尾气中氧的含量高，则氧化钛氧传感器呈现高电阻的状态，此时1V电源电压经氧传感器电阻降压，返回ECU的输出信号OX电压低于0.45V；，尾气中氧的含量少，则氧化钛氧传感器因缺氧而形成低电阻的氧化半导体，此时1V电源电压经氧传感器电阻降压,返回ECU的OX信号电压高于0.45V。三、空燃比反馈控制三、空燃比反馈控制5.1.2 废气再循环控制废

6、气再循环控制一、废气再循环的基本概念一、废气再循环的基本概念二、废气再循环系统的工作原理二、废气再循环系统的工作原理三、两种电控可变三、两种电控可变EGR率废气再循环系统简介率废气再循环系统简介废气再循环废气再循环：废气再循环(EGR)系统用于降低废气中的氮氧化物 (NOX)的排出量。汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。 它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。：为了避免影响电控燃油喷射的性能，一些比较新的发动机已不需要EGR系统来降低排放，而是利用进、排气门的重叠开启时刻，吸入一些废气到气缸内重新燃烧。由真空控制阀VCV、真空电

7、磁阀VSV、EGR阀位置传感器、EGR阀组成1、真空控制的废气再循环 机械式真空开关阀，位于真空电磁阀和进气歧管之间作用是调节加在真空电磁阀的真空，使真空保持在恒定水平（-17 kPa /-l30 mmHg）。进气歧管真空通过S口作用在VCV的膜片上，如果真空度大，在弹簧作用下膜片下移关闭S口；如果真空度小，克服弹簧力，阀开启，给VSV提供真空。这个动作过程不断地调整，使提供给VSV的真空保持恒定。真空控制阀（VCV）真空电磁阀是三通的（1）断电时，大气压力通过该阀直接作用在EGR阀上，使其保持关闭。（2）在一定条件下ECU控制VSV阀的脉宽来改变其开度，从而使提供给EGR阀的真空发生变化，最

8、终使EGR阀保持在一定的开度。 EGR EGR阀位置传感器：阀位置传感器： 该传感器利用由一个柱塞推动的电位计向发动机控制器传送ECR阀的实际位置信号。ECU利用EGR阀位置传感器的信号控制EGR阀开启高度、感知EGR量。ECU中储存有多种工况下EGR阀的最佳位置，如果实际位置与储存的最佳值不同，发动机ECU对VSV进行脉宽调制。例如若需要增加废气再循环量，ECU就提高VSV阀的脉宽，VSV阀开度增加，则提供给EGR阀更多的真空，EGR阀位置提升，废气再循环量增加。 EGREGR阀阀靠近节气门体。靠近节气门体。作用是使一定量的废气流入进气歧作用是使一定量的废气流入进气歧管进行再循环。管进行再循

9、环。EGREGR阀膜片的一侧连接一根枢轴杆，阀膜片的一侧连接一根枢轴杆，另一侧与弹簧相连另一侧与弹簧相连( (弹簧使阀门弹簧使阀门保持常闭保持常闭) )。当加在膜片上的真空压力大于弹簧当加在膜片上的真空压力大于弹簧力时，枢轴杆被拉离原位，通道力时，枢轴杆被拉离原位，通道打开，使废气进入再循环系统。打开，使废气进入再循环系统。真空电磁阀开启真空通路，因而真真空电磁阀开启真空通路，因而真空压力吸动空压力吸动EGREGR阀上的膜片，使阀上的膜片，使阀打开，将废气引入气缸，使阀打开，将废气引入气缸，使NOxNOx排放降低。排放降低。从二十世纪九十年代中期开始，许多发动机使用从二十世纪九十年代中期开始，

10、许多发动机使用ECUECU直接控制的直接控制的EGREGR阀，如电磁阀式、步进电机式（也称为线性阀，如电磁阀式、步进电机式（也称为线性EGREGR阀）。阀）。电控电控EGR电磁阀的结构与工作原理电磁阀的结构与工作原理2、电控EGR系统线控线控EGR系统的原理与结构系统的原理与结构5.2.1 电控怠速控制系统的工作原理电控怠速控制系统的工作原理5.2.2 怠速控制的方式怠速控制的方式5.2.3 怠速控制装置怠速控制装置5.2.1 电控怠速控制系统的工作原理电控怠速控制系统的工作原理1.怠速控制系统的功能：怠速控制系统的功能：用高怠速实现发动机起动后用高怠速实现发动机起动后的快速暖机过程；自动维持

11、发动的快速暖机过程；自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转。机怠速在目标转速下稳定运转。2.怠速控制系统的组成：怠速控制系统的组成：如图，主要由传感器、如图，主要由传感器、ECU、和执行元件三部分组成。和执行元件三部分组成。1、冷却液温度信号、冷却液温度信号 2、A/C开关信号开关信号3、空挡位、空挡位置开关信号置开关信号 4、转速信号、转速信号5、节气门位置信号、节气门位置信号 6、车速信号、车速信号7、执行元件、执行元件1、节气门、节气门 2、进气管、进气管 3、节气门操纵臂、节气门操纵臂 4、执行元件、执行元件5、怠速空气道、怠速空气道 A）节气门直动式）节气门直动式 b）旁通空气式）旁

12、通空气式5.2.2 怠速控制方式怠速控制方式 怠速控制也就是对怠速工况下的进气量进行控制。控制基怠速控制也就是对怠速工况下的进气量进行控制。控制基本类型有节气门直动式和旁通空气式。本类型有节气门直动式和旁通空气式。5.2.3 怠速控制装置怠速控制装置一、旁通气道控制方式怠速控制装置一、旁通气道控制方式怠速控制装置1、步进电机式怠速控制装置、步进电机式怠速控制装置2、旋转滑阀式怠速控制装置、旋转滑阀式怠速控制装置二、二、节气门直动方式怠速控制装置节气门直动方式怠速控制装置一、旁通气道控制方式怠速控制装一、旁通气道控制方式怠速控制装置置1、步进电机式怠速控制装置、步进电机式怠速控制装置（1）步进电

13、机的基本结构及工作）步进电机的基本结构及工作原理原理（2）步进电机式怠速控制装置的）步进电机式怠速控制装置的控制内容控制内容2、旋转滑阀式怠速控制装置、旋转滑阀式怠速控制装置结结 构：步进电动机型怠速构：步进电动机型怠速控制阀的结构结构如图控制阀的结构结构如图所示，步进电机主要由转所示，步进电机主要由转子和定子组成，丝杠机构子和定子组成，丝杠机构将步进电机的旋转运动转将步进电机的旋转运动转变为直线运动，使阀心作变为直线运动，使阀心作轴向移动轴向移动,改变阀心与阀座改变阀心与阀座之间的间隙。安装在节气之间的间隙。安装在节气门上。门上。步进电动机的结构如图步进电动机的结构如图所示，主要由用永久磁铁

14、所示，主要由用永久磁铁制成有制成有16个（个（8对）磁极的对）磁极的转子和两个定子铁心组成转子和两个定子铁心组成 。 ）1、控制阀、控制阀 2、前轴爪、前轴爪 3、后轴承、后轴承4、密封圈、密封圈 5、丝杠机构、丝杠机构 7、定子、定子6、线束连接器、线束连接器 8、转子、转子）1 、 2 线 圈线 圈 3 爪 极爪 极46定子定子5转子转子（1）步进电机的基本结构及工作原理）步进电机的基本结构及工作原理工工 作作 原原 理理 步进电动机的工作原理工作原步进电动机的工作原理工作原理如图，当理如图，当ECU控制使步进电机的控制使步进电机的线圈按线圈按1-2-3-4顺序依次搭铁时，顺序依次搭铁时，

15、定子磁场瞬时针转动，由于与转子定子磁场瞬时针转动，由于与转子磁场间的相互作用，使转子随定子磁场间的相互作用，使转子随定子磁场同步转动。同理，步进电动机磁场同步转动。同理，步进电动机的线圈按相反的顺序通电时，转子的线圈按相反的顺序通电时，转子则随定子磁场同步反转。定子有则随定子磁场同步反转。定子有32个爪级，步进电动机每转一步为个爪级，步进电动机每转一步为1/32圈，工作范围为圈，工作范围为0125个步个步进级。进级。a）输入脉冲）输入脉冲 b）工作过程）工作过程起动初始位置的设定起动初始位置的设定 起动控制起动控制暖机控制暖机控制怠速稳定控制怠速稳定控制怠速预测控制怠速预测控制电器负荷增多时的

16、怠速控制电器负荷增多时的怠速控制学习控制学习控制（2）步进电机式怠速控制装置的控制内容）步进电机式怠速控制装置的控制内容2、旋转电磁阀型怠速控制阀、旋转电磁阀型怠速控制阀二、节气门直动式怠速控制装置二、节气门直动式怠速控制装置 取消了旁通气道和怠速控制阀，在怠速时由电机直接驱动取消了旁通气道和怠速控制阀，在怠速时由电机直接驱动节气门开启一个角度节气门开启一个角度(约约2-5度度)，实现怠速的稳定，广泛的应，实现怠速的稳定，广泛的应用于大众车系，气气门体统称为节流阀体或节气门控制组件。用于大众车系，气气门体统称为节流阀体或节气门控制组件。 5.3.1 电控进气惯性增压控制系统电控进气惯性增压控制

17、系统5.3.2 电控废气涡轮增压压力控制电控废气涡轮增压压力控制一、进气惯性增压机理一、进气惯性增压机理二、二、可变进气管有效长度谐振增压控制系统可变进气管有效长度谐振增压控制系统5.3.1 电控进气惯性增压控制系统电控进气惯性增压控制系统 根据发动机进气压力的大小，控制增压装置的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。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。分为废气涡轮增压和动力增压两种类型。 1、增压

18、控制系统功能及类型、增压控制系统功能及类型5.3.2 电控废气涡轮增压压力控制电控废气涡轮增压压力控制工作原理：工作原理：当当ECU检测到进气压力在检测到进气压力在0.098MPa以下时，释压电磁阀关以下时，释压电磁阀关闭。涡轮增压器出口引入的压力空气，废气进入涡轮室的通道闭。涡轮增压器出口引入的压力空气，废气进入涡轮室的通道打开，排气旁通道口关闭，此时废气流经涡轮室使增压器工作。打开，排气旁通道口关闭，此时废气流经涡轮室使增压器工作。当当ECU检测到的进气压力高于检测到的进气压力高于0.098MPa时，释压电磁阀打时，释压电磁阀打开，关闭进入涡轮室的通道，同时排气旁通道口打开，废气不开，关闭进入涡轮室的通道，同时排气旁通道口打开，废气不经涡轮室直接排出，增压器停止工作。直到进气压力降至规