2.7 汽油发动机辅助控制

2.7.1 怠速控制

1．怠速控制的目的和策略

汽油机在正常运行工况下，是用由驾驶员通过加速踏板控制节气门开度，调节进气量的方法来控制发动机输出功率的。

燃油喷射发动机怠速时，节气门处于全关闭状态，空气通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通路进入发动机，由空气流量计（或进气歧管压力传感器）检测该进气量，并根据转速及其他修正信号控制喷油量，使输出转矩与发动机本身内部阻力矩相平衡，保证发动机在怠速下稳定运转。

当发动机的内部阻力矩发生变化时，怠速运转转速将会发生变化。发动机控制系统怠速控制装置的功能就是由ECU自动维持发动机怠速稳定运转，以降低怠速时的燃油消耗量，且满足排放法规的要求。

怠速控制（Idle Speed Control, ISC）是通过调节空气通路面积以控制空气流量的方法来实现的。

怠速时喷油量的控制由燃油喷射控制系统根据与空气量相匹配的原则进行增减，以达到目标空燃比。典型的怠速控制系统如图2.107所示。

2．怠速控制装置分类

怠速控制的内容包括起动后控制、暖机过程控制、负荷变化的控制和减速时的控制等。怠速控制的实质是通过调节空气通道的流通面积来控制怠速的进气量。

目前使用的怠速控制装置，按控制原理可分为节气门直动控制式和旁通空气控制式两类，如图2.108所示。

其中，旁通空气控制装置按其结构和控制方式，又可分为步进电动机调节机构、旋转电磁阀调节机构、占空比电磁阀控制机构和真空电磁阀控制机构等。

3．节气门直动控制机构

节气门直动控制式是直接通过对节气门最小开度的控制来控制怠速，图2.109所示为节气门直动控制机构的结构。由ECU控制直流电动机的正反转和转动量。直流电动机驱动减速齿轮并通过螺旋传动将转动量转变成直线移动，从而控制节气门开度的大小，达到控制怠速进气量和怠速转速的目的。

这种控制形式的优点是结构简单、工作稳定性好，缺点是采用了齿轮减速机构后执行速度慢、动态响应性差。

4．旁通空气控制机构

旁通空气控制机构是通过改变旁通道的流通面积来控制怠速进气量，以达到怠速控制的目的。在多点燃油喷射系统中多采用控制旁通空气通路的执行机构，其类型主要有以下几种。

1）步进电机式怠速控制机构

（1）步进电机式怠速控制机构的结构和工作原理。步进电机与怠速控制阀做成一体，装在进气总管内，其结构如图2.110所示，电机可顺时针或逆时针旋转，使阀沿轴向移动，改变阀与阀座之间的间隙，调节流过节气门旁通通道的空气量，该种怠速控制阀还可用来控制发动机的快怠速，而不需要辅助空气阀。

步进电机的内部结构如图2.111所示，由定子和转子组成。转子上制有8对永磁磁极，其N、S极相间排列于转子圆周上，以构成该电机的主磁场；定子由A、B两组构成，每一级均带有16个齿有铁心，且交错装配，每个铁心上绕有2个定子线圈，且方向相反。

步进电机的转动方向可通过改变4个定子线圈的通电顺序来实现。转子一周分为32个步级进行，每个步级转动一个爪的角度，即11.25°（一般步进电动机为2～125个步级）。控制电路如图2.112所示。

（2）步进电机式怠速控制阀的控制过程。步进电机式怠速控制阀的控制原理如图2.113所示，步进电机式怠速控制阀对怠速的控制主要有以下几种情况。

①初始值设定。为了改变发动机再起动时的起动性能，在发动机点火开关关闭后，ECU将控制怠速控制阀全部打开，为下次起动做好准备。

②暖机控制。起动时，旁通阀设定在全开位置，便于发动机起动，起动后，当发动机转速达到一定值时，ECU控制将怠速控制阀关小到当时冷却水温相应的最佳怠速转速值。如果是冷机起动（70℃以下），起动后以较高的怠速（快怠速）运转，当水温达70℃时，暖机控制结束。

③反馈控制。在怠速运转过程中，如果此时由于某种原因使发动机转速与目标转速相差超过20r/min, ECU会对怠速控制阀相应增减旁通空气量，使发动机转速与目标转速相同。

④怠速转速变化预控制。在某些情况下，负荷的变化（自动变速器空挡开关、空调开关的通断）会引起发动机转速发生可以预见的较大幅度的变化。为了防止这种转速变化，ECU控制怠速空气阀提前开大或关小一定的值。

⑤其他控制。由于负荷等引起电源电压降低时，ECU会自动控制提高发动机转速，保证系统正常供电。

随着机件的磨损等，ECU原来控制步进电动机的步进数已达不到原来的控制效果，此时发动机会通过发动机转速的反馈控制，使其达到原来的目标值，这种控制方式又称为怠速控制的学习控制功能。

2）旋转电磁阀式怠速控制机构

旋转电磁阀装在节气门体上，通过永久磁铁及周围的磁化线圈控制机构来控制阀门的旋转角度，从而改变怠速空气通道的截面积。其结构如图2.114所示。

从金属带一端连接着带有凹槽的挡块，一端固定，冷却水流过阀体，当水温发生变化时，双金属带产生变形带动挡块一端转动。挡块的凹槽限制阀门轴上方头的旋转，控制阀门的最大和最小开度。

ECU的控制脉冲信号的占空比大小，即控制线圈L1、L2中平均电流的大小，使电磁阀旋转一定的角度。占空比指ECU控制信号在一个周期内通电时间与通电周期之比，如图2.115所示。

当占空比为50%时，线圈L1、L2的平均通电时间相等，产生的磁场作用力相互抵消，阀轴停止转动。占空比超过50%时，线圈L2磁场强度大于线圈L1的磁场强度，阀门转过一定角度，打开旁通口，旋转电磁阀的工作原理如图2.116所示。

ECU对旋转电磁阀的控制有起动、暖机、稳定怠速、预测转速变化控制及学习控制功能。

3）占空比型电磁阀怠速控制机构

占空比控制型电磁阀工作时，由ECU确定控制脉冲信号的占空比，磁化线圈中平均电流的大小取决于占空比。

占空比越大，磁化线圈中平均电流越大，磁场强度越大，阀门升程越大，旁通道开度越大。结构及控制原理如图2.117所示。

ECU对占空比控制也有起动、暖机、稳定怠速、预测转速变化控制及自适应功能。

上述3种形式的区别是：ECU控制步进电机的数据是步进电机的步数，而后两种形式的数据是控制脉冲的占空比。

4）真空电磁阀怠速控制机构

真空电磁阀怠速控制机构如图2.118所示。

ECU根据各种传感器的输入信号控制VSV阀打开和关闭，控制旁通空气量，使发动机保持稳定怠速运转。控制信号只存在开、关两种状态。怠速时，ECU发出指令打开此阀，升高到某预定值时，切断电源，阀门关闭。

真空电磁阀怠速控制机构，由ECU根据发动的工作状况进行接通和断开的控制，在满足以下4种条件之一时，接通电磁阀开关；其他工况下，电磁阀均关断。

（1）发动机起动工作时或刚刚起动后。

（2）怠速触点IDL闭合，且发动机转速下降到规定转速以下时。

（3）怠速触点IDL闭合，且变挡位从空挡“N”换到其他行驶挡位后的几秒钟内。

（4）怠速触点IDL闭合，灯开关接通或后窗去雾器开关接通。

对于占空比控制型和开关控制型怠速控制装置，由于控制的旁通空气量少，因而仍需辅助空气阀控制快怠速。

2.7.2 进气控制

1．动力阀控制系统

某些发动机上采用动力阀控制系统，它根据发动机的不同负荷改变进气量，从而改变发动机的动力性能。

真空控制的动力阀装在进气管上，用于控制进气管空气通道的大小，如图2.119所示。

当发动机小负荷运转时，ECU控制真空电磁阀关闭，动力阀也关闭，进气通道变小，发动机输出较小功率；当发动机负荷增大，ECU根据转速、温度、空气量等信号接通真空电磁阀，真空管内的真空度提高而将动力阀打开，进气通道变大，发动机输出较大功率。

2．进气惯性增压控制系统

进气惯性增压控制系统（Acoustic Control Induction System, ACIS），亦称谐波增压进气控制系统，是一种利用进气流惯性产生的压力波提高进气效率的进气控制系统。

1）压力波的产生

当气体高速流向进气门时，如果进气门突然关闭，进气门附近气体流动突然停止，但是由于惯性，进气管仍在进气，于是进气门附近的气体被压缩，压力上升。当气体的惯性消失后，被压缩的气体开始膨胀，向与进气流相反的方向流动，压力下降。膨胀产生的波传到进气管口时又被反压回来，形成压力波。

2）压力波的利用方法

如果上述进气压力脉动波与进气门开闭配合好，使反向的压力波集中到要打开的进气门旁，在进气门打开时就会形成增压进气的效果。

一般进气管长度长时，压力波波长大，可使发动机中、低速区功率增大；进气管长管短时，压力波波长短，可使发动机高速区功率增大。

如果进气管长度可改变，则可兼顾增大功率和增大转矩，但一般进气管长度是不可能改变的，因此利用惯性增压一般都按最大转矩所对应的转速区域利用。

3）长度可变的进气惯性增压系统

图2.120所示为进气惯性增压系统原理图。当空气室出口的控制阀关闭时，进气管内的脉动压力波传递长度为空气滤清器到进气门的距离，这一距离较长，适应发动机中、低速工况达到气体动力增压效果。

当控制阀打开时，接通真空罐，打开进气增压控制阀。由于大容量空气室的参与，在进气道控制阀处形成气帘，使进气脉动压力只能在空气室出口和进气门之间传播，缩短了压力波的传播距离，以满足发动机高速工况下的气体动力增压要求。

3．废气涡轮增压控制

图2.121为废气涡轮增压控制系统工作原理图。控制废气流动路线的切换阀驱动气室的控制。在涡轮增压器出口与驱动气室之间的管路上装有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，此时由涡轮增压器出口引入的压力空气，经释压阀进入驱动气室，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，同时将旁路通道关闭，此时废气流经涡轮室使进气增压。

当进气压力高于0.098MPa时，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，废气不经涡轮室直接排出，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又将释压阀关闭，切换阀又将进入涡轮室的通道口打开，增压器又开始工作。

2.7.3 配气相位和气门升程控制

汽油发动机要达到良好的动力性、燃油经济性和排放性能，汽油与空气的混合气的控制要达到准确，以满足各种工况对混合气的要求，但是一般在没有采取可变气门正时的发动机上，其配气相位和气门升程均是固定不变的，这就使发动机的进气量相对是固定的，因此发动机的性能的潜力不能得到良好的发挥。

随着汽油发动机的高速化和汽车排放要求的日趋严格，传统发动机的配气机构和气门升程已不能满足发展的需要，因此配气相位和气门升程控制技术得到迅速的发展。

1．丰田车系可变气门正时控制系统

丰田汽车公司将其可变气门正时技术称为智能可变气门正时（Variable Valve Timing-intelligent, VVT-i）控制系统。发动机根据转速的变化要求气门正时随之变化，传统的发动机不具备这个功能，只有安装有VVT-i控制系统，才能达到这一要求。

丰田可变气门正时控制系统是一种控制进气凸轮轴气门正时的机构，在进气凸轮轴与传动链轮之间装有油压离合装置，让进气门凸轮轴与链轮之间转动的相位差可以改变，通过调整凸轮轴转角对气门正时进行优化，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性，降低尾气的排放。

现以丰田花冠3ZZ-FE发动机为例，介绍VVT-i控制系统的结构原理。

1）VVT-i控制系统的结构组成

智能可变气门正时系统的结构组成如图2.122所示，它由VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀和传感器3部分组成，其中传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和VVT传感器3种。

2）VVT-i控制系统的控制器

VVT-i控制器由固定在进气凸轮轴上的叶片、与从动正时链轮一体的壳体以及锁销组成，其结构如图2.123所示。

控制器有气门正时提前室和气门正时滞后室这两个液压室，通过凸轮轴正时机油控制阀的控制，它可在进气凸轮轴上的提前或滞后油路中传送机油压力，使控制器叶片沿圆周方向旋转，调整连续改变进气门正时，以获得最佳的配气相位。

3）VVT-i控制系统的凸轮轴正时机油控制阀

凸轮轴正时机油控制阀由用来转换机油通道的滑阀、用来控制移动滑阀的线圈、柱塞及回位弹簧组成，其结构如图2.124所示。

工作时，发动机ECU接收各传感器传来的信号，经分析、计算后发出控制指令给凸轮轴正时机油控制阀，凸轮轴正时机油控制阀以此控制滑阀的位置控制机油液压，使VVT-i控制器处于提前、滞后或保持位置。当发动机停机时，凸轮轴正时机油控制阀多处在滞后状态，以确保起动性能。

4）VVT-i控制系统控制过程

发动机ECU根据发动机转速、进气量、节气门位置和水温计算出一个最优气门正时，向凸轮轴正时机油控制阀发出控制指令。凸轮轴正时机油控制阀根据发动机ECU的控制指令选择至VVT-i控制器的不同油路，使之处于提前、滞后或保持这3个不同的工作状态。

此外，发动机ECU根据来自凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的信号检测实际的气门正时，从而尽可能地进行反馈控制，以获得预定的气门正时。

控制原理如图2.125所示，凸轮轴正时机油控制阀提前、滞后和保持这3种工作状态的具体情况见表2-2。

2．本田车系可变气门配气相位和气门升程电控系统

本田发动机可变气门配气相位和气门升程电控（VTEC）系统（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）由发动机ECU控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温）的数据、参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。

一般情况下，汽车发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动，而VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电控系统的智能控制，进行自动转换。VTEC保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发动机不论在高低转速情况下运转均能达到动力性、经济性与低排放性的统一和极佳状态。

1）VTEC系统的组成

同一缸有主进气门和次进气门，主摇臂驱动主进气门，次摇臂驱动次进气门，中间摇臂在主次之间，不与任何气门直接接触。

如图2.126所示，主凸轮配气相位适应低速工况的需要，中间凸轮配气相位适应高速工况的要求，升程最大，次凸轮的升程很小，只能微微推开气门。

VTEC系统配气机构与普通配气机构相比较，主要区别是凸轮轴上的凸轮较多，且升程不等，结构复杂。以雅阁F22B1发动机进气凸轮轴（图2.127）为例，除了原有控制两个气门的一对凸轮（主凸轮a和次凸轮b）和一对摇臂（主摇臂A和次摇臂B）外，还增加了一个较高的中间凸轮c和相应的摇臂（中间摇臂C），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。

2）VTEC系统的工作原理

当发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮a和次凸轮b分别推动主摇臂A和次摇臂B，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，工作情形类似普通的发动机，如图2.127（a）所示。

虽然中间凸轮c也推动中间摇臂C，但由于摇臂之间分离，其他两根摇臂不受它的控制，中间摇臂驱动中间摇臂空摆（不起作用），所以不会影响气门的开闭状态。次凸轮升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量开闭，以防止进气门附近积聚燃油。进气量主要由主凸轮驱动主摇臂，推动主气门来决定。

发动机达到某一个设定的高转速（3500r/min）时，即会指令电磁阀起动液压系统，推动摇臂内的正时活塞和同步活塞，使三根摇臂锁成一体，成为同步工作的组合摇臂，如图2.127（b）所示。

因为中间凸轮比其他凸轮都高，升程大，所以组合摇臂由中间凸轮c驱动，两个气门的配气相位由凸轮c控制，两个进气门开闭时间适应高速的需要，升程也增大，充气量也相应增加。

当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。

3）VTEC系统的控制电路

发动机ECU控制VTEC的工作，如图2.128所示，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。VTEC整体结构如图2.129所示。

3．宝马车系的VANOS和VALVETRONIC电控系统

1）宝马可变配气凸轮轴相位控制技术VANOS

宝马公司的可变配气凸轮轴相位控制技术称为VANOS（Variable Camshaft Control）。

这项技术通过调整进气、排气凸轮轴相对于曲轴的位置，来实现进气、排气阀门开启时间的改变。这种改变是持续进行的，并且是基于节气门踏板位置和当前发动机转速来自动调节的。

起初，这项技术仅可以调节进气凸轮轴。双可变气门正时控制系统（Double VANOS）既可以控制进气凸轮轴，还可以控制排气凸轮轴，同时这种持续的调整会贯穿发动机的全部速度区间。

图2.130为BMW N42发动机的双VANOS的实物照片。图2.131为VANOS机构的结构原理图。

与传统的配气凸轮轴结构不同，VANOS配气凸轮轴与驱动凸轮轴的链轮不是刚性连接的，而是由转矩弹簧和液压油共同作用而连接在一起的，配气凸轮轴与驱动凸轮轴的链轮之间可以根据需要产生一定角度的偏转。

如图2.131所示，链轮内部和配气凸轮轴端部均设计有液压油腔，由叶片9将液压油腔分成两部分，即压力油道A和压力油道B。

当发动机转速较低，不进行VANOS调节时，压力油道A和压力油道B的油压相平衡，在转矩弹簧3的作用下，配气凸轮轴7连同叶片9（插在配气凸轮轴7的径向槽里）紧紧地靠在链轮内腔的突起处。

与此同时，锁止销钉6在锁止弹簧4的推力作用下，落入配气凸轮轴的锁止孔中，使配气凸轮轴与驱动凸轮轴的链轮刚性连接在一起。此时，配气凸轮轴与驱动凸轮轴的链轮同步转动，两者之间没有相位变化。

当发动机转速较高，需要进行VANOS调节时，来自压力油道A的压力油首先对锁止销钉6产生挤压作用，该压力迫使锁止弹簧4压缩变形，锁止销钉6由配气凸轮轴的锁止孔中退出，使配气凸轮轴与驱动凸轮轴的链轮之间不再保持刚性连接，为下一步两者之间的相位变化埋下伏笔。

锁止销钉6退出锁止孔之后，压力油道A的压力会在电磁阀的调节下持续升高。当压力油道A的压力比压力油道B的油压高，且其压力差达到一定数值时，其压力差就会克服转矩弹簧3的作用，推动叶片9连同配气凸轮轴7离开链轮内腔的突起处，超前于链轮转过一个角度，从而使两者之间发生相位变化。发动机转速越高，两个油道的压力差就越大，配气凸轮轴超前于链轮的角度也就越大。

应该指出，压力油道A和压力油道B的液压油是由发动机机油泵提供的，经由两个油压调节电磁阀调节各自压力的高低，而这两个油压调节电磁阀又都受发动机控制计算机的控制。

2）宝马气门升程控制技术VALVETRONIC

采用气门升程控制技术VALVETRONIC后，发动机进、排气门的升程大小不再单纯取决于驱动气门的配气凸轮的轮廓形状，而是与发动机负荷大小密切相关。

下面以宝马车系第二代气门升程控制技术VALVETRONICⅡ为例，介绍气门升程控制技术的原理。

（1）工作原理。VALVETRONICⅡ气门升程控制技术应用在宝马N52发动机上。其实物照片如图2.132所示，具体结构如图2.133所示。

VALVETRONICⅡ由全可变气门行程控制装置和可变凸轮轴控制装置（双VANOS）构成。通过下列方式实现无需节气门参与的发动机负荷控制：进气门的可变气门行程，进气门的可变气门开启时间，进气和排气凸轮轴的可变凸轮轴交错角度。

全可变气门行程控制通过一个伺服电机1、一个偏心轴14、一个中间推杆13、回位弹簧3、进气凸轮轴5和进气滚子式气门摇臂12实现。

伺服电机安装在凸轮轴上方的气缸盖内，用于调节偏心轴。电机的蜗杆轴嵌入安装在偏心轴上的蜗轮内。进行调节后无需特别锁止偏心轴，因为蜗杆传动机构具有足够的自锁能力。偏心轴调节进气侧的气门行程。

中间推杆改变凸轮轴与进气滚子式气门摇臂之间的传动比。在全负荷位置时气门行程（9.9mm）和开启时间达到最大值。在怠速位置时气门行程（0.18mm）和开启时间达到最小值，如图2.134所示。

进气滚子式气门摇臂和相关中间推杆分为4个等级。部件上冲压有相关参数。每对的等级都相同。通过在生产厂处对进气滚子式气门摇臂和中间推杆进行分类，可确保即使在最小行程为0.18mm时气缸也能均匀进气。

（2）偏心轴位置传感器。如图2.135所示，为了检测偏心轴的偏转角度，设有偏心轴位置传感器。

偏心轴位置传感器将偏心轴位置信息发送回发动机控制计算机。

该传感器按照磁阻效应原理工作：当附近磁场发生变化时，铁磁导体就会改变自己的电阻。为此在偏心轴上装有一个带有永久磁铁的磁轮。偏心轴旋转时，该磁铁的磁力线就会穿过传感器内的导磁材料。由此产生的电阻变化值用作发动机控制单元信号的调节参数。

必须用非磁性螺栓将磁轮固定在偏心轴上，否则传感器将无法正常工作。

2.7.4 排放净化系统

为了减少汽车排放污染，现代汽车采用了由ECU控制的多种排气净化装置，如三元催化转换、废气再循环、活性炭罐蒸发控制系统等。

1．汽车尾气的三元催化转换

1）三元催化转换与空燃比控制

三元催化转换器（Three-Way Catalytic Converter, TWC），如图2.136所示安装在排气管中，其作用是通过三元催化剂与HC、CO的NOx发生反应，把废气中的有害气体转换成无害气体。催化剂常用的是铂（或钯）和铑的混合物。

图2.137所示为三元催化转换器转换效率与空燃比的关系曲线。由图可见，只有发动机在理论空燃比14.7∶1附近运行时，三元催化器的转换效率最佳。为此，必须对发动机的空燃比进行精确地控制，即把空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内。

发动机在开环控制过程中，ECU根据转速、进气量、冷却水温度和进气温度等确定喷油量，这种控制方式不可能很精确，也就很难将空燃比控制在14.7附近很窄的范围内。因此，在发动机控制系统中普遍采用由氧传感器组成的空燃比反馈控制方式，即闭环控制。在三元催化转化器前的排气歧管或排气管内装有氧传感器，其功能是用来检测排气中氧的含量，以确定实际空燃比是比理论空燃比浓还是稀，并向ECU反馈相应的电压信号，ECU根据此信号，控制喷油量的增加或减少。

氧传感器的结构和工作原理在前述相应章节已详述。根据氧传感器的输出特性可知，其输出电压在理论空燃比处有一个突变。ECU有效地利用这一空燃比反馈信号，将其与基准电压比较，判断混合气的浓稀，以便进行控制，控制喷油量的增加或减少。

采用闭环控制的实质是保持空燃比在14.7左右，因而非理论空燃比运行工况只能采用开环控制。发动机进入开环或闭环控制，均由ECU根据有关输入信号确定。下列工况应采用开环控制：①怠速运转；②节气门全开，大负荷；③减速断油；④发动机起动；⑤发动机冷却水温低或氧传感器温度未达到工作温度；⑥氧传感器失效或其线路出现故障。

2）三元催化转换器的监控

随着汽车排放法规的加强，在具有排放监控功能的OBD-Ⅱ车载自诊断系统中，普遍安装两个氧传感器，在三元催化转换器前、后各安装一个氧传感器（图2.138）。

前氧传感器的作用是检测发动机不同工况的空燃比，同时计算机根据该信号调整喷油量和计算点火时间；后氧传感器的作用是检测三元催化转换器的工作好坏，即催化转化器尾气转化率的高低。通过与前氧传感器的数据作比较来监控三元催化转换器的工作是否良好。

如果后氧传感器B的输出信号与前氧传感器A的输出信号同步但幅值低得多，如图2.139（a）所示，则说明三元催化转换器工作良好；如果后氧传感器的输出信号与前氧传感器的输出信号近乎完全相同，如图2.139（b）所示，即同步、等幅值，则说明三元催化转换器工作不良。

2．废气再循环

废气再循环（Exhaust Gas Recirculation, EGR）是指发动机工作过程中，将一部分废气引入新鲜空气（或混合气）中重返气缸进行再循环。废气在燃烧过程中吸收热量，降低了最高燃烧温度。由于废气再循环过度会影响发动机怠速、低转速小负荷、暖机工况的性能，因而废气再循环率（参与废气再循环的比例）必须适量控制。

1）废气再循环阀

废气再循环阀通过特殊通道使排气歧管连通，其进气管上方的真空度由废气再循环装置系统的真空电磁阀控制。ECU根据转速、空气流量、进气压力以及温度信号，控制真空电磁阀的占空比，从而控制废气再循环的开度来改变废气再循环率。废气再循环阀结构如图2.140所示。

2）可变废气再循环率控制系统

可变废气再循环控制系统工作时，ECU根据传感器的输入信号确定发动机工况，然后进行查阅和计算修正，发出适当指令，控制电磁阀开度，以调节废气再循环率。有关数据由发动机台架试验确定废气再循环率与转速、进气量的对应关系，然后存入存储器中。

图2.141所示为可变废气再循环率控制系统。真空控制电磁阀（VCM）由废气再循环电磁控制阀和怠速调节电磁阀组成。

ECU根据传感器输入信号、点火开关和电源电压等，给废气再循环控制阀提供不同占空比的控制脉冲信号，调节真空调节阀真空管进入的空气量，控制废气再循环阀的真空度，从而改变废气再循环率。

占空比越大，电磁控制阀打开时间越长，进入真空调节阀的空气量越多，真空度越小，废气再循环阀开度越小，废气再循环率越小，直至达到某值时，废气再循环阀关闭停止工作；反之，占空比越小，废气再循环率越大。

3．活性炭罐蒸发污染控制装置

此装置是为了防止油箱内的汽油蒸汽向大气排放产生污染而设置的。如图2.142所示，油箱中的汽油蒸汽通过单向阀进入炭罐上部，空气从炭罐下部进入清洗活性炭。在炭罐右上方，有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀。

ECU控制炭罐电磁控制阀的开度，调节排放控制阀上方的真空度，从而控制排放控制阀的开度。当排放控制阀打开时，汽油蒸汽通过排放控制阀吸入进气歧管。

2.7.5 电控节气门系统

1．电控节气门系统概述

在传统的发动机节气门操纵机构中，由节气门拉索连接加速踏板和节气门轴，节气门开度的大小由驾驶员控制。虽然结构简单、可靠性高，但节气门的响应性差，特别是在发动机后置的大型车辆上，其表现尤为突出。

采用电控节气门系统（电子油门）则可避免时滞现象的发生，大大提高节气门的操纵响应性，改善发动机的排放性能。

电控节气门系统也称为电动线控驾驶系统，是飞机电传线控技术在汽车发动机控制领域的典型应用。

电控节气门系统还可以衍生出许多新的控制功能。如果采用电控节气门系统，则只需使用较少的开关、传感器和软件，就能实现汽车的多项功能，如汽车的巡航速度控制、怠速空转控制以及牵引力控制和行驶稳定性控制等。

一旦电控节气门系统的执行机构步进电动机对节气门的开度实施了控制，在动力控制模块（PCM）的控制下，步进电动机能够为发动机提供怠速控制和加速控制等功能，这样就可以省去怠速控制（IAC）电动机和巡航控制伺服系统。

同时，利用汽车防抱死制动系统（ABS）的车轮转速传感器得到的数据来监测汽车的牵引力大小，当汽车牵引力方面出现问题时，无论驾驶员此时的意图怎样，动力控制模块都会对节气门的开度进行自动调节。

电控节气门系统的结构如图2.143所示。

2．电控节气门系统的控制原理和部件结构

在电控节气门系统中，取消了节气门拉索，一般都是通过加速踏板总成（TPA）来识别驾驶员的意图，并通过传感器将驾驶员的意图传递给控制计算机。节气门的开度由节气门控制ECU驱动的直流电动机控制。该系统主要由加速踏板模块、电控模块（ECM）和节气门总成组成，如图2.144所示。

发动机ECU根据各传感器输入信号确定最佳的节气门开度，并通过对控制电动机和电磁离合器的控制改变节气门开度。

加速踏板模块中集成了两个相同的无触点型踏板位置传感器，如图2.145所示，加速踏板位置传感器使用安装在加速踏板臂上的霍尔IC，一个用于主信号，一个用于副信号。它将加速踏板位置（角度）转化为具有不同特性的电信号，并将其输出至发动机ECU，作为控制节气门开度的基础。

电磁轭安装在加速踏板臂的底座上，根据施加在加速踏板上的作用力绕着霍尔IC旋转，霍尔IC将磁通量变化转化为电信号，并将其输出至发动机ECU。

采用加速踏板总成的设计，当其中的某个传感器出现故障时，另外一个传感器仍然可以将驾驶员的意图传递给控制计算机，而且让驾驶员仍然能够体验到传统的机械式钢索和弹簧所产生的“脚感”。

节气门总成中集合了直流电动机、减速传动机构、节气门机构和节气门位置传感器，如图2.146所示。直流电动机响应ECM的信号，通过减速机构来驱动节气门。节气门阀片的位置由一个电动机调节控制，该电动机采用具有优异响应性能和最小功率消耗的直流电动机。

发动机ECU根据占空比的控制和流经节气门控制电动机电流，调整节气门角度。它能够让节气门阀片在1°～80°的范围内转动，以得到期望的节气门开度。对于节气门阀片的大部分转动位置，其定位精度一般都在±0.5°的范围内。当发动机怠速运转时，阀片的转角精确度甚至能控制在±0.1°的范围内。

电动机内部有两个方向相反的磁场，采用脉宽调制技术控制其中一个磁场相对于另一个磁场的大小。通过增大脉冲持续时间的百分比来增加调节电动机的转动角度，也就是说，脉冲持续的时间越长，调节电动机让节气门阀片转动的角度就越大。

作为一种安全保险措施，节气门阀片采用弹簧装置支撑，这样在电控节气门系统出现故障的时候，节气门阀片能够在弹簧的作用下回到怠速运转时的位置。

此外，这种调节电动机自身配备有两个位置传感器，能够将节气门的位置信息反馈给控制计算机，形成闭环控制。这样，当控制计算机把指令传给调节电动机后，电动机就能够根据传感器反馈的信息正确地让节气门阀片转动，从而精确地定位。

节气门位置传感器集成在节气门总成中，采用的是无触点型霍尔工作原理，可以准确地反映节气门的打开位置。霍尔IC被电磁轭环绕，电磁轭随着节气门轴的转动将当时的磁通量变化转化为电信号，并将其输出至发动机ECU。

节气门位置传感器电路及其工作特性如图2.147所示。

复习思考题

1．简述电控燃油喷射系统的工作原理及类别。

2．简述电控燃油喷射系统的怠速控制方法。

3．简述电控电子点火系统的工作原理。

4．常见的电控发动机辅助控制项目有哪些？