第1講第五章汽車發(fā)動機輔助控制

1、第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 怠速控制怠速控制(ISC) 排放污染控制排放污染控制（廢氣再循環(huán) （EGR）和汽油蒸發(fā)控制） 進氣系統(tǒng)控制進氣系統(tǒng)控制（進氣諧振增壓控 制系統(tǒng)、可變進氣控制系統(tǒng)多氣門、 可變氣門正時、可變氣門升程、進氣渦可變氣門升程、進氣渦 流控制流控制、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)） 稀薄燃燒控制稀薄燃燒控制 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 在發(fā)動機運轉時，如果完全放松油門踏板，這時發(fā) 動機就處于怠速狀態(tài)。怠速狀態(tài)是指發(fā)動機空轉時一 種工作狀況。 發(fā)動機怠速時的轉速被稱為怠速轉速，是維持發(fā)動 機沒有做功時正常運轉的最低轉速。怠速時發(fā)動機動 力消耗在汽車發(fā)動機在內(nèi)的傳動系統(tǒng)內(nèi)部零件的摩

2、擦、 空調、電器和動力轉向裝置。 怠速轉速可以通過調整怠速時進氣量來調整其高 低。一般來講，怠速轉速以發(fā)動機不抖動時的最低轉 速為最佳。怠速不穩(wěn)（阻力變化和進氣不穩(wěn)），過低 （易熄火）、過高（增加油耗）。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 怠速控制(ISC)控制的目標： 穩(wěn)定的最低速度和良好的 排放 怠速控制(ISC)控制的系統(tǒng)原 理： 根據(jù)汽車及發(fā)動機自身和 車載設備的工況，由ECU決定 控制目標轉速，并與實際轉速 比較后發(fā)出控制信號去調節(jié)發(fā) 動進氣量的大小，完成怠速控 制。噴油量由ECU計算得到。 典型工況怠速控制： 起動后、暖機中、負荷變化 （如有無空調）和減速過程 第一講第五章 汽車發(fā)

3、動機輔助控制 怠速空氣量的調節(jié)方式： 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 怠速控制(ISC)控制方式：反饋控制方法，通過 節(jié)氣門旁通控制和節(jié)氣門調節(jié)控制 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 步進電機控制裝置 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 旋轉滑閥式怠速控制裝置 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 起動控制 暖機控制 負荷預測控制 學習控制 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 直接對節(jié)氣門調節(jié)來控制怠速 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 直接對節(jié)氣門調節(jié)來控制怠速 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 排放污染控制排放污染控制 廢氣再循環(huán)（EGR） 汽油蒸發(fā)污染控制（碳

4、罐吸收） 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（EGR）目的：）目的： 排氣中的少部分廢氣經(jīng)EGR閥進入進氣系統(tǒng)，與 混合氣混合后進入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進入氣 缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度， 因NOX是在高溫富氧的條件下生成的，故抑制了NOX 的生成，從而降低了廢氣中的NOX的含量。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（EGR）目的：）目的： 排氣中的少部分廢氣經(jīng)EGR閥進入進氣系統(tǒng)，與 混合氣混合后進入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進入氣 缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度， 因NOX是在高溫富氧的條件下生成的，故抑制了NO

5、X 的生成，從而降低了廢氣中的NOX的含量。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 廢氣再循環(huán)程度用廢氣再循環(huán)程度用EGR率表示：率表示： 有資料表明EGR率達15%時NOX排放量即可減少 60%。 100% EGR EGR EGR 流量吸入空氣量 流量 率 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（EGR）工作原理：）工作原理： 發(fā)動機控制電腦即ECU根據(jù)發(fā)動機的轉速、負荷(節(jié) 氣門開度)、溫度、進氣流量、排氣溫度控制電磁閥適時 地打開，進氣管真空度經(jīng)電磁閥進入EGR閥真空膜室，膜 片拉桿將EGR閥門打開，排氣中的少部分廢氣經(jīng)EGR閥 進入進氣系統(tǒng)，與混合氣混合后進入氣缸參與燃燒

6、。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（EGR）：）：過度的廢氣參與再循環(huán)，將會影 響混合氣的著火、性能，從而影響發(fā)動機的動力性。 特別是在發(fā)動機怠速、低速、小負荷及冷機時，再循 環(huán)的廢氣會明顯地影響發(fā)動機性能。 當發(fā)動機超過一定的轉速、負荷及達到一定的溫度時， ECU控制少部分(或關閉）廢氣參與再循環(huán)。 參與再循環(huán)的廢氣量根據(jù)發(fā)動機轉速、負荷、溫度及 廢氣溫度的不同而不同，以達到廢氣中的NOX最低。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 閉環(huán)廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)：EGR率實時控制，以用EGR率 （檢測進氣管中氧含量）和EGR閥開度（位置傳感器檢測 開度

7、）反饋。 第一講第五章第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制汽車發(fā)動機輔助控制 n汽油蒸發(fā)污染控制汽油蒸發(fā)污染控制（碳罐吸收） 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 進氣系統(tǒng)控制：進氣系統(tǒng)控制： 進氣諧振增壓控制系統(tǒng) 可變進氣控制系統(tǒng)（多氣門、可變氣門正時、 可變氣門升程、進氣渦流控制） 廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 進氣系統(tǒng)控 制： 進氣諧振增 壓控制系統(tǒng) （ACIS） 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 可變進氣控制系統(tǒng)可變進氣控制系統(tǒng)：多氣 門控制進氣流速和進氣渦流 控制 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 可變氣門正時技術背景：可變氣門正時技術背景： 氣門開啟相位、氣門關閉相位

8、（開、關相位 差即為氣門開啟持續(xù)角）和氣門升程三氣門正 時參數(shù)影響發(fā)動機的功率、排放和油耗。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 可變氣門正時技術背景：可變氣門正時技術背景： 進氣門提前開啟，進氣時間充足，有利高速時進氣門提前開啟，進氣時間充足，有利高速時 提高充氣量；氣門重疊角（進氣和排氣同時開啟提高充氣量；氣門重疊角（進氣和排氣同時開啟 的區(qū)間角）有利廢氣再循環(huán)，但起動困難。怠速的區(qū)間角）有利廢氣再循環(huán)，但起動困難。怠速 不穩(wěn)和低速粗暴；高速時推遲進氣關閉相位可以不穩(wěn)和低速粗暴；高速時推遲進氣關閉相位可以 充分利用高速氣流的慣性效應來提高充氣效率，充分利用高速氣流的慣性效應來提高充氣效率，

9、但低速時會把已經(jīng)吸入氣缸新鮮空氣重新推回進但低速時會把已經(jīng)吸入氣缸新鮮空氣重新推回進 氣管；氣門行程增大，有利高負荷時提高吸入空氣管；氣門行程增大，有利高負荷時提高吸入空 氣的體積效率，另一方面在低負荷造成真空度不氣的體積效率，另一方面在低負荷造成真空度不 夠，吸入氣缸的流速降低影響氣缸充氣，因此低夠，吸入氣缸的流速降低影響氣缸充氣，因此低 負荷時必須關小氣門開度。負荷時必須關小氣門開度。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 改變進氣遲閉角可以改變充氣 效率曲線隨轉速變化的趨向， 以調整發(fā)動機扭矩曲線，滿足 不同的使用要求。不過，更確 切地說，加大進氣門遲閉角， 高轉速時充氣效率hv增加有利 于

10、最大功率的提高，但對低速 和中速性能則不利。減小進氣 遲閉角，能防止氣體被推回進 氣管，有利于提高最大扭矩， 但降低了最大功率。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 （1）要提高功率：進氣早開晚 關并增大升程 （2）要提高低俗扭矩：早關進 氣 （3）要改善怠速和低速穩(wěn)定： 晚開進氣，減少重疊角。 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 可變氣門正時技術背景：可變氣門正時技術背景：所謂可變氣門正時技 術，是一種旨在通過改變發(fā)動機進氣門開閉時 間或升程來提高發(fā)動機充氣效率的技術，英文 縮寫是VVT（variable valve Timing),通過氣門正 時技術，可以提高內(nèi)燃機在各個工況下的動力 性，經(jīng)濟

11、性，并能夠降低排放。 豐田的VVT-i系統(tǒng)可連續(xù)調節(jié)氣門正時 n本田的i-VTEC技術。VTEC全寫為： variale valve timing and lift Electronic Control ， 全稱是可變氣門正時和升程電子控制系統(tǒng) 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 廢氣渦 輪增壓系 統(tǒng) 第一講第五章 汽車發(fā)動機輔助控制 稀薄燃燒控制 稀薄燃燒的特點：稀薄燃燒的特點： （1）熱效率隨空燃比增加而增加，燃燒溫度低，完全燃燒的程度 高，不易爆震 （2）溫度低和氧氣足夠，CO、HC、NOx排放低 （3）改善部分負荷工況的負荷特性，有利經(jīng)常工作在部分負荷下 的車輛。 稀薄燃燒的關鍵技術：稀

12、薄燃燒的關鍵技術： （1）高壓縮比：高壓縮比：采用緊湊型燃燒室，改進進氣口位置使缸內(nèi)形成 強的空氣運動旋渦，提高氣流速度，將火花塞置燃燒室中央，縮短 點火距離；增大壓縮比，促進燃燒速度的加快。 （2）分層燃燒：分層燃燒：通過缸內(nèi)空氣的運動，先在火花塞周圍形成易于 點火的濃混合氣，由濃至稀分層燃燒。 （3）高能點火：高能點火：高能點火，多火花塞 從組織混合氣化層的位置分：進氣管分層燃燒和缸內(nèi)直噴分層燃燒 n進氣管分層燃燒：進氣管分層燃燒： n 渦流分層燃燒 n 滾流分層燃燒 n進氣管分層燃燒（稀薄燃燒）控制：進氣管分層燃燒（稀薄燃燒）控制：只在部分負荷 工況才采用分層燃燒。在起動、怠速、加速和全

13、負 荷等工況不能實現(xiàn)稀薄燃燒（分層燃燒）。 n稀薄燃燒控制項目：稀薄燃燒控制項目：進氣渦流比、噴油正時、點火 正時、過量空氣系數(shù)閉環(huán)控制和稀燃極限控制 n缸內(nèi)直噴（缸內(nèi)直噴（GDIGDI）分層燃燒）分層燃燒 n缸內(nèi)直噴（缸內(nèi)直噴（GDIGDI）優(yōu)點：）優(yōu)點：提高缸內(nèi)充氣系數(shù)，降低爆 震極限，提高壓縮比，改善動力性和燃油經(jīng)濟性。 n缸內(nèi)直噴（缸內(nèi)直噴（GDIGDI）關鍵技術：）關鍵技術：控制缸內(nèi)氣流，使噴射 入氣缸的汽油和空氣形成一種多層次的旋轉渦流。 采用立式吸氣口，彎曲頂面活塞、高壓旋轉噴射。 n缸內(nèi)直噴式汽油發(fā)動機的優(yōu)點：缸內(nèi)直噴式汽油發(fā)動機的優(yōu)點： n 油耗量低，升功率大?；旌媳冗_到40

14、:1（一般汽油發(fā)動機 的混合比是15:1），也就是人們所說的“稀燃”。 n 機內(nèi)的活塞頂部一半是球形，另一半是壁面，空氣從氣 門沖進來后在活塞的壓縮下形成一股渦流運動，當壓縮行程 行將結束時，在燃燒室頂部的噴油嘴開始噴油，汽油與空氣 在渦流運動的作用下形成混合氣，這種急速旋轉的混合氣是 分層次的，越接近火花塞越濃，易于點火作功。由于缸內(nèi)噴 注壓縮比達到12，與同體積的一般發(fā)動機相比功率與扭矩都 提高了10。 n缸內(nèi)直噴（缸內(nèi)直噴（GDIGDI）燃燒模式：）燃燒模式： n 分層燃燒、均質稀燃和均質燃燒 n1、分層燃燒：熱效率高、節(jié)流損失少、有限的燃料盡熱效率高、節(jié)流損失少、有限的燃料盡 可能可能

15、多地轉化成工作能量。 n 分層燃燒模式下節(jié)氣門不完全打開且開度相對較大， 保證進氣管內(nèi)有一定真空度（可以控制廢氣再循環(huán)和碳 罐等裝置）的同時，減少了一部分節(jié)流損失。多氣門和 可變進氣渦流控制裝置讓進氣加速通過，與形活塞頂 配合，相成進氣渦旋。 n 分層燃燒時噴油時間在上止點前60至上止點前 45，噴射時刻對混合氣的形成有很大影響。混合氣形 成發(fā)生在曲軸轉角40至50范圍內(nèi)，如果小于這個范 圍，混合氣無法點燃，若大于，就變成均質狀態(tài)了。分 層燃燒的過量空氣系數(shù)一般在1.6-3之間。 n 點火時，只有火花塞周圍混合狀態(tài)較好的氣體被點 燃，這時周圍的新鮮空氣以及來自廢氣再循環(huán)的氣體形 成了很好的隔熱保護，減少了缸臂散熱，提升了熱效率。 點火時刻的控制也很重要，它只在壓縮過程終了的一個 很窄的范圍內(nèi)。 n n 2、均質稀燃模式：、均質稀燃模式：混合氣形成時間長，燃 燒均勻，通過精確控制噴油，可以達到較低的 混合氣濃度。均質稀燃的點火時間選擇范圍寬 泛，有很好的燃油經(jīng)濟性。 n 均質稀燃與分層燃燒的進氣過程相同，油氣 混合時間加長，形成均質混合氣。燃燒發(fā)生在 整個燃燒室內(nèi)，對點火時間的要求沒分層燃燒 那么嚴格。均質稀燃的