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2 ． 4 发动机怠速控制

发动机怠速工况是指发动机运行中，节气门开度最小，汽车处于空档，发动机只带附件而维持最低转速的稳定工况。怠速工况是汽车发动机常见的工况之一，所以，怠速控制是汽车发动机控制的一个重要环节。

怠速转速越高，发动机工作越稳定，油耗也就越高。由于工作稳定，每一循环的排放污染量下降，但由于转速高，所以在一定时间内排出的有害物质总量的下降程度很小。所以为了降低怠速工况时发动机有害物质的排放量，提高汽车使用过程的经济性，并使汽车发动机在怠速工况时在低而稳定的转速下运行，必须对发动机的怠速工况加以控制。当车内空调开启时，该控制系统还能提高怠速运转时的发动机转速，以适应空调压缩机转速的要求。

1 ．怠速控制系统的功能

发动机怠速控制方法如图 2.40 所示，采用怠速控制阀（ ISCV ）控制节气门旁路中的空气流量，使发动机怠速运转总是处于最佳的转速下。在发动机怠速控制系统中需要接收各相关传感器所发出的信号，并采用一台步进电机。

（ 1 ）发动机启动时的怠速控制功能

当发动机启动时，由于节气门关闭，空气进入量很小，为了使发动机启动容易，该怠速控制功能可使旁通空气量达到最大，以改善发动机的启动性能。在发动机启动后，电子控制单元根据冷却水温度对进气量进行调节，使发动机怠速运转得以稳定，并受到控制。发动机启动时怠速控制阀开启程度的大小与发动机冷却水温度之间的关系见图 2.41 。

（ 2 ）发动机升温期间的怠速控制

当发动机启动后的升温期间，怠速控制系统将进气量逐渐地调整到由冷却水温度所决定的进气量水平，使发动机处于最佳的怠速运转状态，其控制特性曲线如图 2.42 所示。

图 2.41   发动机启动时 ISCV 特性曲线              图 2.42   发动机升温期间 ISCV 特性曲线  

（ 3 ）发动机升温结束后的怠速控制

发动机升温结束后，怠速控制系统通过接收各传感器的输出信号，来检测发动机的负荷情况。怠速控制系统所接收的信号包括自动变速器空档信号，此信号用来标明当前变速档所处的位置，以及空调器是否处于开启的信号。然后根据这些条件，怠速控制系统计算出一个最佳的怠速运转速度，并根据发动机实际转速与计算所得的最佳怠速转速之间的差别进行反馈控制，使进气量发生改变，逐渐缩小这一转速差别，直到发动机怠速转数达到计算所得的最佳值。当变速器挂档或开启空调使发动机的负荷突然改变时，有可能使发动机熄火。为了防止这种由于发动机负荷突然改变导致发动机熄火的现象，在实际所需的负荷加载到发动机之前，这类使发动机负荷发生变化的信号已输入怠速控制系统，使怠速控制阀（ ISCV ）立即动作，以确保发动机怠速运转能够稳定而不熄火。怠速控制的时序如图 2.43 所示。

2 ．发动机怠速控制执行器—— ISCV

图 2.44 显示了步进电机型怠速控制阀（ ISCV ）结构及其典型的进气量控制特性。怠速运行时空气流量的调节是根据怠速电子控制单元发出的脉冲信号数目，使步进电机的转子转动，启闭阀门以达到控制进气量的目的。步进电机的转子轴向固定，当转子转动时转子中心的螺杆上下移动带动阀门，使空气的流通面积发生变化，从而达到调节进气量的目的。

2 ． 2 ． 5 废气再循环（ EGR ）控制过程

1 ．废气再循环的目的及对发动机工作的影响

废气再循环的目的是引一部分排气到发动机的进气系统中，以抑制燃烧过程的氮氧化物（ NO x ）的生成。是目前在汽车发动机中较为流行的一种减少排气中氮氧化物的形式。

废气再循环对发动机的性能有很大的影响。由于废气的引入，使得进入发动机气缸内的混合气中单位燃料所对应的惰性气体增加。对于燃烧室内所产生的热能而言，废气的热容量增加，特别是废气中的 CO 2   和水的摩尔比热较大，可有效地抑制气缸内燃烧温度的升高。同时，由于惰性气体的增加，使着火延迟期变长，燃烧速度下降，燃烧温度也随之下降。由于上述两种原因，采用废气再循环方式的汽车发动机，由于燃烧温度的大幅度下降，使 NO x   的排放量可以明显地降低（见图 2.45 ）。

但是，随着废气再循环率的增加，发动机的油耗与输出扭矩特性随之恶化，而且排气中的 HC 物质浓度也随之增加。同时由于废气再循环所造成的发动机缺火率也增加，燃烧过程变得不稳定，图 2.46 表明了废气再循环率对发动机性能的影响曲线。从图中可见，如果点火提前角不变，随废气再循环率的增加，发动机性能将大大下降。因此在对废气再循环率的控制过程中，必须同时对点火提前角进行控制，在一定的废气循环量内也能提高发动机的经济性。图 2.47 是点火提前角变化后，废气再循环率与发动机性能之间的关系。所以只要对废气再循环率加以控制，同时对其它因素，如点火时间等予以综合控制，就可以得到令人满意的效果。

2 ．废气再循环控制

（ 1 ）废气再循环系统

由于废气再循环过程是把高温度废气引入进气系统，因此对流入的废气量进行直接控制，要求其执行机构有耐高温、不易氧化等特点。特别是采用电子控制，因废气温度高，用电器装置直接控制比较困难，所以一般采用间接控制的方法。废气再循环系统中的主要控制设备是如图 2.48 所示的废气再循环控制阀和由电子控制单元所控制的电磁阀。

当发动机启动和升温时，电子控制单元使电磁阀处于关闭状态，不能进行废气再循环。而在其它时间，电磁阀打开，允许废气再循环。废气循环量的大小是由进气管中的负压程度所决定。

（ 2 ）废气再循环控制

由于废气再循环率对发动机的工作性能有很大的影响，废气循环量过少，不能有效地降低 NO x   的排放量，而循环量过大，发动机的性能恶化，工作不稳定。一般情况下废气再循环采用开环控制，主要与之有关的因素是发动机冷却水温度、进气温度、转速和节气门开度等。

i ．在低速、低负荷时，由于喷油量少，燃烧量变得不稳定，应降低废气再循环率，而在高速、大负荷时，为了获得较高的输出功率，也应降低废气再循环率。

ii ．怠速时，燃烧温度不高， NO x   的排放量不大，为了使发动机怠速运转稳定，需要切断废气再循环。

iii ．发动机冷却水温度较低时，油气混合气在气缸内各处扩散不均匀，燃烧不稳定，而且燃烧温度较低，需要切断废气再循环。随着冷却水温度的升高，逐渐增加废气再循环量。

iv ．发动机启动时，为了使发动机能顺利启动并能稳定运转，需切断废气再循环。

v ．在进气温度较低时，气缸内的燃烧温度也会降低，这时也应减少废气再循环量，以使燃烧过程能良好地进行。

要满足对发动机废气再循环的控制，必须采用电子控制系统，否则达不到预定的目的。

2 ． 2 ． 6 二次空气控制

采用排气二次空气控制系统的目的是为了进一步降低汽车发动机排气中的有害物质，并提高三元催化转换器的转换效率。二次空气控制系统如图 2.49 所示，二次空气分为上游气流和下游气流。上游气流进入排气总管，下游气流进人三元催化转换器的反应室中。空气何时进入排气总管及催化转换器中由电子控制单元进行控制。目前所采用的二次空气控制系统有空气泵型和脉冲空气型。

1 ．空气泵型二次空气控制系统

空气按照输入信号引入空气滤清器、排气管及催化转换器中。该系统有两组阀，如图 2.50 所示。第一组阀称为分流阀，将空气送往空气滤清器中。第二组阀称为开关阀，用以将空气送往排气管或催化转换器中。在通往排气管去的空气流道中设有止回阀，以防止发动机减速时或其它情况下废气倒流。该系统的工作方式有：

i ．在正常或闭环操作时，分流阀将空气送往开关阀，然后再将空气送到催化转换器中。在催化转换器中有双层的催化剂床。第一层为还原催化剂床层，用以把 NO x   还原成 O 2   和 N 2  。第二层为氧化催化剂床层，用以把 HC  ， CO  氧化成 CO 2   和 H 2 O  。由于两种催化床层的转换效率与进入发动机气缸内的空燃比有很大的关系。当空燃比较大时， HC  和 CO  的氧化转换效率较高。所以通常把空气加入到氧化床层和还原床层之间，以提高氧化转换效率。

ii ．在冷态或其它开环操作情况下，当催化床层较冷时，向催化床层送入冷空气反而不利，这时，通过控制阀组，仅将空气送入排气管中。

iii ．当催化转换器内的催化床层过热时，引入空气反而会对催化剂产生污染，使催化能力下降。这时控制阀组将全部空气送往空气滤清器。

2 ．脉冲空气型二次空气控制系统

与空气泵型的二次空气控制系统相比，该系统不需消耗动力来引入空气，从而降低了整体成本及功率消耗。系统的工作原理如图 2.51 所示。来自空气滤清器的清洁空气经由电子控制单元控制的电磁阀的开／闭动作，以脉冲的形式进入排气管中。电磁阀与单向阀（止回阀）相连。由于发动机排气管中的排气压力是正负交变的脉冲压力。当排气管内的压力为负时，单向阀接通，空气进入排气管。而当排气管内的压力为负时，单向阀切断，空气不能进入排气管内。排气净化系统中上、下游空气道的控制方式相同，由电子控制单元控制的电磁阀只是在其它需要通／断空气条件时才动作。

汽油机单点喷射（ SPI ）电子控制系统与 2.2 节多点喷射（ MPI ）电子控制系统中所述的喷射控制系统基本相同。两者之间的差别是 SPI 系统中仅有一个喷油器装在节气门中，而 MPI 系统则在每一气缸的进气支管中均设有一个喷射器。实际上 SPI 系统与常规的机械控制汽车节气门相比较，只是用喷油器代替了化油器而已。由于 SPI 系统只需要用一只喷油器，这样与 MPI 系统相比可以降低发动机的生产成本。而与常规机械控制的化油器节气门系统相比， SPI 系统增加了燃油喷射量的控制，可精确地控制发动机每一工作循环进入气缸内的燃油量，这就比化油器机械节气门控制系统优越得多。但由于分配到发动机每一气缸中去的燃油量受到进气支管的形状和粗糙度的影响，因此单点喷射（ SPI ）系统对燃油喷射的瞬时响应程度要比多点喷射系统差。各气缸燃油量分配不均匀现象与采用化油器的机械控制系统相同。此外，由于喷入发动机进气道内的未汽化的燃油，沿进气管的内壁而运动，也会使进入各缸内的燃油量不均匀。

典型的单点喷射电子控制系统如图 2.52 所示，系统的基本功能与 2.2.1 节中讲述的多点电子燃油喷射控制中所述的功能相同。

如图 2.53 所示， SPI 控制系统由喷油器、压力调节器、节气门位置传感器及其它装置所构成。所有的这些装置均安装在节气门壳体内。燃油从安装在节气门挡板上游的喷油嘴中喷出，与进入的空气混合后送到各气缸内。由于 SPI 系统只有一个喷油器而要满足发动机运行范围内的全部油量，因此 SPI 系统的动态控制范围要比 MPI 系统宽。

图 2.52   单点喷射电子控制系统

图 2.53  SPI 系统结构剖面图

1 ——空气阀；

2 ——节气门；

3 ——调节器；

4 ——喷油器；

5 ——节气门怠速调节螺钉