第三講汽車電子控制系統(tǒng)第二章發(fā)動機電子控制系統(tǒng)

1、發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的發(fā)展發(fā)動機電子控制（電控汽油噴射與電控點火）的迅猛發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用，主要是因為：1）燃油經(jīng)濟性的要求；2）排放法規(guī)的現(xiàn)實需要；電子控制汽油噴射（EFI）裝置電子控制汽油噴射（Electronic Fuel Injection縮寫為EFI）裝置與傳統(tǒng)的化油器式供油系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點：1）能提高發(fā)動機的比功率；2）耗油量低，燃油經(jīng)濟性好；3）能有效控制排放污染；4）在低速時仍可以輸出較大扭矩；5）汽車的加速性能好；6）體積小、無機械驅(qū)動、安裝方便、便于布置。第一節(jié) 電子控制汽油噴射的基本原理電子控制汽油噴射示意圖一、傳感器的種類及功用序號輸入裝置或信號功用1空氣流量計(L型

2、)計量發(fā)動機吸入的空氣量，將信號輸入ECU，為噴油和點火控制的主控制信號2進氣歧管絕對壓力傳感器MAP(D型)測量進氣歧管絕對壓力，將信號輸入ECU，為噴油和點火控制的主控制信號3轉(zhuǎn)速和曲軸位置傳感器檢測曲軸轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)速）信號，作為噴油和點火控制的主控制信號4凸輪軸位置傳感 器檢測凸輪軸轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)速）信號，作為噴油和點火控制的主控制信號5 上止點位置傳感器檢測一缸上止點位置信號，點火控制的主信號，6 缸序判別傳感器提供各缸的工作順序信號，點火主控信號7 冷卻水溫度傳感器檢測發(fā)動機冷卻水溫度，噴油和點火正時的修正信號，其他控制系統(tǒng)的信號8 進氣溫度傳感器檢測進氣溫度，噴油和點火正時的修正信號9 節(jié)氣

3、門位置傳感器檢測節(jié)氣門開度狀態(tài)（怠速，全開及節(jié)氣門的速率），噴油及其他控制系統(tǒng)，如EGR、開閉環(huán)控制等10 氧傳感器檢測排氣中氧的含量，噴油量的閉環(huán)控制11 爆震傳感器提供工作的爆震信號，點火控制信號12大氣壓力傳感器檢測大氣壓力，噴油和點火正時的修正信號13 車速傳感器檢測車速，控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)超速斷油控制14 起動信號起動信號，噴油和點火正時的修正信號15發(fā)電機負荷信號檢測發(fā)電機的工作狀態(tài)，噴油和點火修正控制信號16 空調(diào)作用信號提供空調(diào)工作的信號，噴油和點火修正控制信號17檔位開關(guān)信號和空檔位置信號檔位開關(guān)信號和空檔位置信號，防止不在P/N檔時起動發(fā)動機18蓄電池電壓信號提供蓄電池電

4、壓信號，噴油的修正控制信號，以補償電壓過低所帶來的影響19離合器開關(guān)信號提供離合器工作的狀態(tài)信號，噴油和點火正時的修正信號20制動開關(guān)信號檢測制動裝置的工作狀態(tài)，噴油量和點火正時、自動變速器的控制信號21 動力轉(zhuǎn)向開關(guān)信號動力轉(zhuǎn)向裝置工作時，噴油量和點火更正時修正控制信號22EGR閥位置傳感器向ECU提供EGR閥的位置，實現(xiàn)廢氣再循環(huán)的控制23巡航（定速）控制開關(guān)信號提供巡航控制工作狀態(tài)，由ECU對車速進行自動控制二、電子控制單元（ECU）電子控制單元（ECU）具備功能（1）接受傳感器或其他裝置輸入的信息，給傳感器提供參考（基準）電壓，將輸入的信號轉(zhuǎn)變?yōu)镋CU能接受的信號（2）存儲、計算、分析

5、處理信息（3）運算分析對比（4）輸出執(zhí)行命令（5）自診斷與自適應(yīng)功能三、執(zhí)行器執(zhí)行器就是受ECU控制，具體執(zhí)行某項控制功能的裝置種類如下：(1)電磁式噴油器；(2)點火控制器(點火模塊)；(3)怠速控制閥、怠速控制電機；(4)EGR閥；(5)進氣控制閥；(6)二次噴射閥(7)活性炭罐排泄電磁閥；(8)車速控制電磁閥；(9)汽油泵繼電器；(10)冷卻風扇繼電器；(11)空調(diào)壓縮機繼電器；(12)AT檔位電磁閥；(13)增壓器釋壓電磁閥；(14)自診斷顯示報警裝置；(15)故障備用程序起動；(16)儀表顯示器電控燃油噴射（EFI）電控點火裝置（ESA）怠速控制（ISC）排放控制進氣控制增壓控制警告

6、提示自診斷備用功能與失效保護發(fā)動機電子控制發(fā)動機電子控制示意圖傳感器A ECU電子控制單元傳感器B噴油器KS爆震傳感器點火模塊HO2S氧傳感器點火時間反饋控制噴油量反饋控制第二節(jié) 車用電控汽油噴射系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)電控汽油噴射系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)包括：1）汽油機對燃油供給系的要求；2）汽油機對點火正時的要求；3）汽油機排放及其控制；4）汽油噴射發(fā)動機的控制理論一、汽油機對燃油供給系的要求1、混合氣成分OHCOOOHCxxx222)(汽油 混合氣中空氣與燃油的比例（質(zhì)量比），稱為空燃比（A/F）。1kg的汽油完全燃燒需要14.9kg的空氣，因此最佳的空燃比應(yīng)為14.9（也稱為理論空燃比）。 1kg 14.

7、9kg燃燒1kg燃油實際提供的空氣量與理論上所需要的空氣量之比，稱之為過量空氣系數(shù)：燃油理論上所需空氣量燃燒燃油實際提供的空氣量燃燒過量空氣系數(shù)kgkg11 =1：標準混合氣 1：稀混合氣，=1.031.1：功率混合氣=0.40.5：燃燒下限；=1.31.4：燃燒上限混合氣的形成理想供油特性曲線化油器只能近似地實現(xiàn)，汽油噴射系統(tǒng)中可以由計算機精確地控制2、混合氣的混合狀態(tài)理想的混合氣應(yīng)是燃料蒸氣和空氣均勻混合。實際上燃料并不一定完全以蒸氣狀態(tài)混合，而很可能以油霧（細小油粒）、油滴（大油粒），甚至以油膜狀態(tài)存在。燃油供給系應(yīng)盡可能使燃料以蒸氣的形式與空氣均勻混合。3、混合氣的分配 混合氣的分配是

8、指氣缸內(nèi)的各個區(qū)域（單缸機）以及進入各個氣缸的混合氣的數(shù)量、混合氣的濃度及混合氣中所含燃料的組成成分等的分布（多缸機）。二、汽油機對點火提前角的要求點火提前角即火花塞發(fā)出電火花到上止點所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。 點火提前角的影響因素1）發(fā)動機轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速越大，點火提前角越大。2）發(fā)動機負荷。負荷越大，點火提前角越小。3）燃料性質(zhì)。辛烷值越高，點火提前角越大。4）燃燒狀況。產(chǎn)生爆震，點火提前角應(yīng)減小。5）其他次要因素：起動、怠速、進氣溫度、進氣壓力、發(fā)動機溫度等三、汽油機排放及其控制1、汽油機的排放物汽油機的排放主要有：1）CO（一氧化碳）：因為不完全燃燒。2）HC（碳氫化合物）：燃料或沒完全燃燒的物質(zhì)被

9、分解、氧化而成。3）NOx（氮氧化合物）：空氣中的氮和氧在高溫下發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物。4）SO2（二氧化硫）：汽油中的硫與氧氣發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物。5）微粒、臭氣等。汽油不完全燃燒、汽油的雜質(zhì)燃燒的產(chǎn)物。汽車污染氣體的來源 2、影響排氣污染物的主要因素1）混合氣成分CO、HC和NO排放濃度與過量空氣系數(shù)的關(guān)系2）點火時間點火時間對排放的影響3）運行工況不同運行工況對排氣成分的影響排氣成分怠速工況加速工況定速工況減速工況HC/ppm（以正已烷計算）8003000100005403008004852505505000300012000NOX/ppm（以NO2計算）23105015431000400012701

10、00030006550CO/%CO2/%4.910.21.812.11712.43.46.04）燃燒溫度NO排放濃度與燃燒溫度的關(guān)系3、汽油機排出有害物的機外處理汽油機排出有害物的機外處理方法有以下三種：1）催化反應(yīng)器。廢氣通過催化反應(yīng)器時，有催化劑的作用下，使有害的CO、HC、NOX在較低的溫度下，很快進行化學反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無害的CO2、H2O和N2。常用的為三元催化轉(zhuǎn)化裝置TWCC（Three Way Catalytic Converter）。但TWCC只在過量空氣系數(shù)為1左右時才能發(fā)揮最佳效能，還需要其他裝置配合。2）廢氣再循環(huán)EGR(Exhaust Gas Recirculation)廢

11、氣再循環(huán)就是將一部分排出的廢氣（5%20%）再次引入進氣管到氣缸進行燃燒，這對于降低氮氧化合物是有利的。引入的廢氣量應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速和負荷進行調(diào)整，在電控汽油噴射系統(tǒng)中只需要根據(jù)傳感器的信號，由ECU控制電磁閥即可達到目的。 EGR系統(tǒng)管路及線路圖（TOYOTA） 3）防止汽油蒸發(fā)汽油機中氣缸中經(jīng)曲軸箱排到大氣中的HC占其總量的20%25%，經(jīng)油箱和化油器蒸發(fā)的HC占總量的20%。防止汽油蒸發(fā)的措施有曲軸箱通風及過濾吸附。曲軸箱通風示意圖汽油蒸發(fā)汽控制（GM） 四、汽油噴射發(fā)動機的控制理論電控發(fā)動機的控制主要包括以下兩個方面：1）噴油量的控制2）點火時間（點火正時）的控制1、噴油量的控制電腦控制噴油

12、量 基本噴油量的確定增濃校正噴油量的確定2、點火正時的控制基本點火時間的確定電控點火原理圖第三節(jié) 電控汽油噴射系統(tǒng)的組成、構(gòu)造及功能一、電控汽油噴射系統(tǒng)的種類 按噴油器在進氣管道中安裝部位來分，有單點噴射系統(tǒng)和多點噴射系統(tǒng)單點噴射系統(tǒng)多點噴射系統(tǒng)單點噴射是將噴射器設(shè)在節(jié)氣門上方，只能改善在節(jié)氣門處的霧化以及加熱管壁溫度提高燃油的蒸發(fā)程度，但難以保證節(jié)氣門后至進氣門的一段管壁上不形成油膜或油滴，因此進氣歧管的結(jié)構(gòu)對混合氣的輸送和分配有重大影響，而且難以實現(xiàn)在所有工況下都能保持理想的混合氣分配；多點噴射是將噴射器設(shè)在每個氣缸進氣門處，燃油在熱的進氣門上進一步蒸發(fā)與空氣充分混合后立即通過進氣門進入燃

13、燒室，不受到進氣歧管結(jié)構(gòu)的影響，可以保證均勻一致的混合氣分配。按對空氣量的檢測方式不同來分，可分為D型汽油噴射系統(tǒng)和L型汽油噴射系統(tǒng)D型汽油噴射系統(tǒng)框圖D型汽油噴射系統(tǒng)即為歧管壓力計式電控汽油噴射系統(tǒng)，即將歧管絕對壓力和轉(zhuǎn)速信號輸送到電子控制單元ECU，由ECU計算出充氣量，再產(chǎn)生與之相對應(yīng)的噴油脈沖，控制噴油器噴射適量的燃油。L型汽油噴射系統(tǒng)由空氣流量傳感器直接測量進氣歧管的空氣量，并將該物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斔偷紼CU，由ECU計算出與該空氣量相適應(yīng)的噴油量，以控制混合氣空燃比在最佳值。L型比D型汽油噴射系統(tǒng)的控制精度高。L型汽油噴射系統(tǒng)框圖二、電控汽油噴射系統(tǒng)的組成電控汽油噴射系統(tǒng)的組成包

14、括進氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)（噴油控制系統(tǒng)、點火控制系統(tǒng)、故障診斷與故障應(yīng)急系統(tǒng)）空氣流動 路徑汽油流動 路徑電控燃油噴射系統(tǒng)三大系統(tǒng)的組成1、燃油供給系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)示意圖汽油流動路線2、進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)示意圖進氣流動路線3、電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)控制示意圖燃料箱燃料箱燃料泵燃料泵燃料濾清燃料濾清器器緩沖器緩沖器冷起動噴油嘴冷起動噴油嘴燃料壓力調(diào)節(jié)器燃料壓力調(diào)節(jié)器噴油嘴噴油嘴分配管分配管吸入空氣吸入空氣三、燃油供給系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu) 燃料箱燃料箱燃料泵燃料泵燃料濾清器燃料濾清器壓力調(diào)節(jié)器壓力調(diào)節(jié)器 進氣岐管進氣岐管進氣總管噴射噴射噴射噴射噴油嘴噴油嘴 冷起動冷起動 噴油嘴噴油嘴燃油供給系

15、統(tǒng)主要由燃油箱、電動燃油泵、汽油濾清器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、壓力脈動衰減器、噴油器（冷起動噴油器）等。1、電動燃油泵（Fuel Pump簡FP）電動燃油泵分為內(nèi)裝式和外裝式兩種，現(xiàn)多采用內(nèi)裝式（即安裝在燃油箱內(nèi)），其優(yōu)點是節(jié)約空間并簡化了燃油系統(tǒng)管路。汽油泵的安裝位置 2、燃油壓力調(diào)節(jié)器 (Pressure Regulator簡PR)燃油壓力調(diào)節(jié)器安裝在噴油器輸油管的前端，其作用是保持燃油壓力和進氣真空度之間的壓力差為恒定值，通常為250kPa。燃油壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖3、壓力脈動衰減器 (Fuel Damper簡FD)壓力脈動衰減器安裝在輸油管燃油的入口處，其作用是使由于噴油而造成的輸油管內(nèi)的燃油壓

16、力脈動衰減，降低噪聲，提高噴油量的精確度。壓力脈動衰減器4、噴油器（Fuel Injector簡FI ）噴油器通常安裝在進氣門前方（見下圖）。5、冷起動噴油器與熱時間開關(guān)冷起動噴油器是為改善發(fā)動機低溫起動性能而設(shè)置的，在發(fā)動機冷態(tài)或起動時，提供較濃的混合氣。6、汽油濾清器汽油濾清器用于過濾汽油中的雜質(zhì)。7、燃油箱和輸油管四、進氣系統(tǒng)主要部件結(jié)構(gòu)進氣系統(tǒng)的作用是為發(fā)動機提供適量的新鮮空氣。主要由空氣濾清器、進氣管、節(jié)氣門體及節(jié)氣門位置傳感器、進氣歧管等組成。1、空氣流量傳感器（Mass Air Flow Sensor簡MAFS）空氣流量傳感器用以測量入口處吸入的空氣量測量入口處吸入的空氣量。該參

17、數(shù)作為燃油噴射和點火控制的主控制信號。目前常見的空氣流量傳感器形式有以下幾種：1）葉片式空氣流量傳感器2）熱線式空氣流量傳感器3）熱膜式空氣流量傳感器熱膜式空氣流量傳感器4）卡門渦旋式空氣流量傳感器幾種型式的空氣流量傳感器的比較項目熱膜式熱線式葉片式卡門渦旋式響應(yīng)特性良良差良怠速穩(wěn)定性良良良良廢氣再循環(huán)適應(yīng)性良良良良發(fā)動機性能隨時間的變化優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)海拔高度修正不用不用需要需要進氣溫度修正不用不用需要需要安裝方便性良良良良成本優(yōu)良良良空氣流量傳感器在車上的安裝位置葉片式空氣流量傳感器控制汽油泵工作的開關(guān)原理 熱線式空氣流量傳感器比葉片式空氣流量計熱線式空氣流量傳感器比葉片式空氣流量計 有以下優(yōu)點有

18、以下優(yōu)點. 1.可以準確測量空氣量可以準確測量空氣量. 2.響應(yīng)性快響應(yīng)性快. 3.無高度變化的誤差無高度變化的誤差. 4.無進氣溫度變化的誤差無進氣溫度變化的誤差. 5.無機械工作部位無機械工作部位. 6. 設(shè)計簡單設(shè)計簡單.取樣管取樣管白金熱線白金熱線溫度補償電阻溫度補償電阻空氣流空氣流控制線路板控制線路板電連接器電連接器惠斯頓電橋 電壓信號的產(chǎn)生 3）卡門渦旋式空氣流量傳感器超聲波式卡門渦旋式空氣流量傳感器卡門渦旋式空氣流量傳感器是利用卡門渦流理論來測量空氣流量的。根據(jù)卡門渦流理論，當空氣流經(jīng)進氣道正中間的一個流線形或三角形立柱時，有立柱后方的氣流中會產(chǎn)生一列不對稱卻十分有規(guī)則的空氣旋渦

19、，這個旋渦行列是紊亂地依次沿氣流流動方向向后移動，其移動的速度與空氣流速成正比。因此，在單位時間內(nèi)通過立柱后方某點的，即通過測量單位時間內(nèi)旋渦的數(shù)量就可計算出空氣流速和流量。測量單位時間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有兩種：一種是在卡渦旋式空氣流量傳感器后半部的兩側(cè)設(shè)置一對超聲波發(fā)生器和接收器；另一種是在空氣流量傳感器內(nèi)設(shè)置一對發(fā)光二極管和光敏三極管。 進氣歧管絕對壓力傳感器MAPS(Manifold Absolute Pressure Sensor)安裝在節(jié)氣門后面進氣歧管中，以測定進氣歧管的絕對壓測定進氣歧管的絕對壓力（真空度）力（真空度），該壓力值隨節(jié)氣門開度而變化，反映了發(fā)動機負荷的大小。作為D型電

20、控燃油噴射系統(tǒng)噴油量的信號。進氣溫度傳感器IATS(Intake Air Temperature Sensor)由于空氣的流量（質(zhì)量）與空氣的溫度（空氣的密度）有關(guān)，因此在電控燃油噴射系統(tǒng)中設(shè)置空氣流量傳感器，檢測空氣溫度檢測空氣溫度，作為對空氣流量的修正修正。進氣溫度傳感器采用的是負溫度系數(shù)的熱敏電阻負溫度系數(shù)的熱敏電阻式，其結(jié)構(gòu)與輸出特性見下圖。五、燃油噴射控制系統(tǒng)主要部件結(jié)構(gòu)燃油噴射系統(tǒng)主要由各類傳感器傳感器（包括進氣系統(tǒng)的傳感器）、電子控制單元（電子控制單元（ECUECU）及執(zhí)行元件（噴油器）組成。傳感器電子控制單元ECU執(zhí)行元件1、曲軸位置傳感器CKPS(Crankshaft Pos

21、ition Sensor)2、凸輪軸位置傳感器CMPS (Camshaft Position Sensor)曲軸位置傳感器或凸輪軸位置傳感器用來監(jiān)視發(fā)動機轉(zhuǎn)速、活塞位置，作為控制噴油與點火的主控信號。目前廣泛使用的形式有光電式光電式、磁電式磁電式（磁脈沖式或發(fā)電式）和霍爾式霍爾式等三種。3、水溫傳感器ECTS（Engine Coolant Temperature Sensor）水溫傳感器用來監(jiān)視發(fā)動機冷卻水溫度，現(xiàn)廣泛采用負溫度系數(shù)熱敏電阻負溫度系數(shù)熱敏電阻。水溫傳感器的安裝位置水溫傳感器水溫傳感器電阻輸出特性4、電子控制單元ECU（Electronic Control Unit）電子控制單元ECU是發(fā)動機電控系統(tǒng)的核心。它所具備的基本功能如下：1）接受接受傳感器或其他裝置輸入輸入的信息，給傳感器提供參考電壓。2）存儲、計算、分析處理存儲、計算、分析處理信息；計算輸出值所用的程序；存儲該車型的特征參數(shù)；存儲運算中的數(shù)據(jù)（隨存隨?。?、存儲故障信息。3）運算分析運算分析。4）輸出輸出執(zhí)行命令。5）自我修正自我修正功能（自適應(yīng)功能或自學習功能）。ECU不僅用來控制燃油噴射系統(tǒng)，同時還具有點火提前角控制、怠速控制、排放控制、進氣控制、增壓控制、自診斷、失效保護和備用控制系統(tǒng)等多項控制功