項(xiàng)目一發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)認(rèn)識

1、項(xiàng)目一發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)認(rèn)識【項(xiàng)目描述】現(xiàn)代汽車技術(shù)是現(xiàn)代高科技迅速發(fā)展的集中體現(xiàn)，它實(shí)際是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制工程、材料 工程、生物工程和信息技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)交叉的產(chǎn)物。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展和人 們對汽車的要求日益提高，現(xiàn)代汽車正在向電子化、智能化方向發(fā)展。目前汽車上，特別是轎車上的電子 控制部件越來越多，基本上占汽車總成本的 1/3還多。現(xiàn)代汽車實(shí)際上已經(jīng)成為以計(jì)算機(jī)為控制核心的計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)，汽車電子控制系統(tǒng)的性能好壞直接影響到汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、排放 凈化級舒適性。學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 知識目標(biāo)（1）了解發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展歷程；（2）掌握發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)

2、的控制內(nèi)容及功能；（3）了掌握發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的基本組成及控制原理。2. 技能目標(biāo)（1 ）能夠按照維修手冊查找發(fā)動機(jī)各電子元器件的名稱及安裝位置；（2）能夠獨(dú)立完成發(fā)動機(jī)電子元器件的識別任務(wù)。任務(wù)認(rèn)知發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)【任務(wù)目標(biāo)】1 了解發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展歷程；2 掌握發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的控制內(nèi)容及功能；3 掌握發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的基本組成、控制原理、各電子元器件的名稱及安裝位置。【必備知識】、發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展1. 汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展汽車電子技術(shù)發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，分為三個階段：第一階段，從20世紀(jì)60年代中期到70年代中期，主要是為了改善部分性能而對汽車產(chǎn)品進(jìn)行的技 術(shù)改造，如在車

3、上裝了晶體管收音機(jī)。側(cè)重于開發(fā)單獨(dú)性的電子零部件，從而改善單個機(jī)械部件的性能。如整流器、調(diào)節(jié)器、晶體管無觸點(diǎn) 點(diǎn)火系統(tǒng)、電子時鐘等。設(shè)計(jì)上是局部的，沒有系統(tǒng)的觀念。第二階段，從20世紀(jì)70年代末期到90年代中期，為解決安全、污染、和節(jié)能三大問題，研制出電 控汽油噴射系統(tǒng)、電子控制防滑制動裝置和電控點(diǎn)火系統(tǒng)。側(cè)重于一些獨(dú)立的控制系統(tǒng)，如發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、ABS控制系統(tǒng)、安全氣囊、巡航控制系統(tǒng)等。該階段是汽車電子化快速發(fā)展的時期，各個單獨(dú)系統(tǒng)的控制技術(shù)逐漸成熟第三階段，20世紀(jì)90年代中期以后，電子技術(shù)廣泛的應(yīng)用在底盤、車身、和車用柴油發(fā)動機(jī)多個領(lǐng) 域。汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加從整體的角度來考慮，開始

4、廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息技術(shù)，使汽車更 加自動化、智能化，并向汽車與社會環(huán)境的聯(lián)結(jié)方向轉(zhuǎn)移。2. 發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展汽車發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展歷程大致如下：1934年，德國采用萊特兄弟(Wright brothers )發(fā)明的向發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)連續(xù)噴射汽油來配制混合 氣的技術(shù)，研制成功世界第一架采用燃油噴射式發(fā)動機(jī)的軍用戰(zhàn)斗機(jī)。1952 年，德國博世(Bosch)公司研制成功世界第一臺機(jī)械控制汽油噴射式發(fā)動機(jī)，汽油直接噴入氣 缸內(nèi)，利用氣動式混合氣調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)空燃比(A/F)，配裝在梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz) 300L型賽車 上。1958年，博世公司研制成功向進(jìn)氣管內(nèi)

5、噴射汽油的機(jī)械控制汽油噴射式發(fā)動機(jī)，采用機(jī)械式油量分配器調(diào)節(jié)空燃比，配裝在梅賽德斯-奔馳220S型轎車上。1967年，博世公司研制成功機(jī)械控制式(K-Jetronic )汽油噴射系統(tǒng)。1982年在機(jī)械控制式系統(tǒng)的 基礎(chǔ)上改進(jìn)研制出機(jī)電結(jié)合式(KE-Jetronic )汽油連續(xù)噴射系統(tǒng)。1967年，德國博世(Bosch)公司開始批量生產(chǎn)D型(D-Jetronic )燃油噴射系統(tǒng)。1973年，德國博世(Bosch)公司在D型(D-Jetronic )燃油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)發(fā)展成為L型(L-Jetro nic )燃油噴射系統(tǒng)，控制精度大大提高。1973年，美國通用汽車公司(GM在生產(chǎn)的汽車上開始

6、將分立元件式電子點(diǎn)火控制器改用集成電路式(IC)點(diǎn)火控制器。1974 年，美國通用汽車公司開始加大火花塞的電極間隙，采用高能點(diǎn)火裝置，將點(diǎn)火線圈和集成電路式點(diǎn)火控制器安放在分電器殼體內(nèi)。1976 年，美國克萊斯勒(Chrysler )汽車公司生產(chǎn)的汽車開始研制并在同年配裝微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)， 命名為電子式稀混合氣燃燒系統(tǒng)(ELBS。1977 年，美國通用汽車公司開始采用微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，取名為MISAF系統(tǒng)1978 年，福特公司在EEC微機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了空燃比反饋控制和怠速轉(zhuǎn)速控制等控制內(nèi)容， 命名為EEC-H系統(tǒng)。1978年，美國通用汽車公司研制成功了可以同時控制點(diǎn)火時刻、空燃比、廢

7、氣再循環(huán)和怠速轉(zhuǎn)速的微機(jī)控制系統(tǒng)，命名為C-4系統(tǒng)。1979 年，德國博世公司在L型燃油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將點(diǎn)火控制與燃油噴射控制組合在一起，并采用數(shù)字式計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，從而構(gòu)成當(dāng)今廣泛采用的Motronic控制系統(tǒng)。1979 年，日本日產(chǎn)(Nissan)汽車公司也研制成功了能綜合控制點(diǎn)火時刻、空燃比、廢氣再循環(huán)和怠 速轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)集中控制系統(tǒng)(ECC$,該系統(tǒng)具有自診斷功能，配裝在公爵王(Cedric )和光榮(Gloria ) 轎車上。1980年，日本豐田(Toyota)汽車公司研制成功了能綜合控制點(diǎn)火時刻、爆燃、空燃比、怠速轉(zhuǎn)速， 且具有自診斷功能的豐田計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(TCCS1981年

8、，德國博世公司又在L型燃油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用熱絲式空氣流量傳感器取代翼板式空氣流 量傳感器，改進(jìn)發(fā)展成為LH型(LH-Jetronic )燃油噴射系統(tǒng)1995年，日本三菱(Mitsubishi)汽車公司研制成功電控缸內(nèi)直接噴射汽油發(fā)動機(jī)(即GDI系統(tǒng))。2001 年，德國大眾(Volkswagen)集團(tuán)研制出獨(dú)有的 FSI (fuel stratified injection)缸內(nèi)直接噴射系統(tǒng)。二、發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用及控制功能目前,無論是國產(chǎn)品牌中的比亞迪、奇瑞、長城，還是合資品牌中的大眾、豐田、標(biāo)致等車系都采用 了電控發(fā)動機(jī)。這些電控汽車憑借其優(yōu)越的技術(shù)性能、使用性能和獨(dú)特的魅力，正以銳

9、不可當(dāng)之勢逐漸占 領(lǐng)國內(nèi)汽車市場。1. 電控技術(shù)對發(fā)動機(jī)性能的影響汽車發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)通過電子控制手段對發(fā)動機(jī)點(diǎn)火、噴油、空氣與燃油的比率及排放廢氣等進(jìn) 行優(yōu)化控制，使發(fā)動機(jī)工作在最佳工況，達(dá)到提高性能、安全、節(jié)能、降低廢氣排放的目的。電控技術(shù)對 發(fā)動機(jī)性能的影響：(1) 提高發(fā)動機(jī)的動力性通過減小進(jìn)氣阻力，提高充氣效率，電控系統(tǒng)使得進(jìn)入氣缸中的空氣得到充分的利用。(2) 提高發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性通過電控系統(tǒng)來精確的控制在各種運(yùn)行工況下發(fā)動機(jī)所需的混合氣濃度，使燃燒更為充分。(3) 降低排放污染通過電控系統(tǒng)的優(yōu)化控制，提高燃燒質(zhì)量，應(yīng)用排放控制系統(tǒng)，降低排放污染。（4）改善發(fā)動機(jī)的加速和減速性能

10、。在加速或減速運(yùn)行的過渡工況下，電子控制單元的高速處理功能，使控制系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)，使汽車 加速或減速反應(yīng)更靈敏。（5）改善發(fā)動機(jī)的起動性能。在發(fā)動機(jī)起動和暖機(jī)過程中，控制系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度變化，對進(jìn)氣量和供油量進(jìn)行精確控制，從 而保證發(fā)動機(jī)順利起動和平穩(wěn)經(jīng)過暖機(jī)過程，可明顯改善發(fā)動機(jī)的低溫起動性能和熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能此外，電控系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)各種運(yùn)行工況的優(yōu)化控制和電控系統(tǒng)的小斷完善，使發(fā)動機(jī)的故障發(fā)生率 大大降低。自我診斷與報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了故障診斷的速度和準(zhǔn)確性，縮短了汽車因發(fā)動機(jī)故障而停 駛的時間，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。2. 發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)及功能（1）電控燃油噴射系統(tǒng)（EFI）根據(jù)

11、進(jìn)氣量確定基本噴油量，再根據(jù)其他傳感器（如冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等）信號 等對噴油量進(jìn)行修正，使發(fā)動機(jī)在各種運(yùn)行工況下均能獲得最佳濃度的混合氣，從而提高發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。同時還包括噴油正時控制、斷油控制、燃油泵控制。（2）電控點(diǎn)火系統(tǒng)（ESA根據(jù)各相關(guān)傳感器信號，判斷發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況和運(yùn)行條件，選擇最理想的點(diǎn)火提前角點(diǎn)燃混合氣， 從而改善發(fā)動機(jī)的燃燒過程，以實(shí)現(xiàn)提高發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染的目的。（3）怠速控制系統(tǒng)（ISC）是在發(fā)動機(jī)怠速工況下，根據(jù)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、空調(diào)壓縮機(jī)是否工作、變速器是否掛入擋位等，通 過調(diào)節(jié)空氣通路面積對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量進(jìn)行控制，使

12、發(fā)動機(jī)隨時以最佳怠速轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）排放控制系統(tǒng)主要是對發(fā)動機(jī)排放控制裝置的工作實(shí)行電子控制。排放控制的項(xiàng)目主要包括：廢氣再循環(huán)（EGR控制，活性炭罐電磁閥控制，氧傳感器和空燃比閉環(huán)控制，二次空氣噴射控制等。（5）進(jìn)氣控制系統(tǒng)主要是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行控制，以提高發(fā)動機(jī)的充氣效率，從而改 善發(fā)動機(jī)動力性。其主要包括慣性增壓控制系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓控制系統(tǒng)、可變氣門正時進(jìn)氣系統(tǒng)等。（6）自診斷與報(bào)警系統(tǒng)用來提示駕駛員發(fā)動機(jī)有故障；同時，系統(tǒng)將故障信息以設(shè)定的數(shù)碼（故障碼）形式儲存在存儲器中, 以便幫助維修人員確定故障類型和范圍 。（7）失效保護(hù)系統(tǒng)電控系統(tǒng)工作中，當(dāng)自診斷

13、系統(tǒng)判定某傳感器或其電路出現(xiàn)故障 （失效）時，由自診斷系統(tǒng)起動而進(jìn)入 工作狀態(tài)，給ECU提供設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號來替代故障信號，以保持控制系統(tǒng)繼續(xù)工作，確保發(fā)動機(jī)仍能繼續(xù) 運(yùn)轉(zhuǎn)。（8）應(yīng)急備用系統(tǒng)當(dāng)ECU內(nèi)的微處理器或少數(shù)重要的傳感器出現(xiàn)故障、車輛無法行駛時，該系統(tǒng)使ECUE燃油噴射和點(diǎn)火正時控制在設(shè)定的水平上，作為一種備用功能使汽車能維持基本行駛，以便把汽車開到最近的維修站或 適宜的地方，所以又可稱為回家系統(tǒng)。三、發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的組成及控制過程1. 發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)組成任何一種電子控制系統(tǒng)，其主要組成都可分為信號輸入裝置、電子控制單元（ECU和執(zhí)行元件三部分，3部分相互之間的關(guān)系如圖1-1所示。圖1

14、-1傳感器、ECU執(zhí)行器之間的關(guān)系信號輸入裝置一一各種傳感器，采集控制系統(tǒng)的信號，并轉(zhuǎn)換成電信號輸送給ECU電子控制單元一一ECU給各傳感器提供參考電壓，接受傳感器信號，進(jìn)行存儲、計(jì)算和分析處理后 執(zhí)行器發(fā)出指令；執(zhí)行元件一一由ECU控制，執(zhí)行某項(xiàng)控制功能的裝置。（1）信號輸入裝置發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的信號輸入主要是通過各種傳感器或其他控制開關(guān)將各種控制信號輸入ECU發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)用的傳感器和輸入信號只要有以下類型：空氣流量計(jì)一一測量發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，將信號輸入 ECU進(jìn)氣絕對壓力傳感器一一測量進(jìn)氣管內(nèi)氣體的絕對壓力，將信號輸入ECU節(jié)氣門位置傳感器一一檢測節(jié)氣門的開度及開度變化，信號輸入ECU凸輪軸

15、位置傳感器一一提供曲軸轉(zhuǎn)角基準(zhǔn)位置信號。曲軸位置傳感器一一檢測曲軸轉(zhuǎn)角位移，給 ECU提供發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號和曲軸轉(zhuǎn)角信號。進(jìn)氣溫度傳感器一一檢測進(jìn)氣溫度信號。冷卻液溫度傳感器一一給ECU提供冷卻液溫度信號。車速傳感器一一檢測汽車的行駛速度，給 ECU提供車速信號（SPD言號）。氧傳感器一一檢測排氣中的氧含量。爆燃傳感器一一檢測汽油機(jī)是否爆燃及爆燃強(qiáng)度?？照{(diào)開關(guān)一一當(dāng)空調(diào)開關(guān)打開，空調(diào)壓縮機(jī)工作，發(fā)動機(jī)負(fù)荷加大時，由空調(diào)開關(guān)向ECU俞入信號。檔位開關(guān)一一自動變速器由空檔掛入其他檔時，向ECU俞入信號啟動開關(guān)一一發(fā)動機(jī)啟動時，給ECU提供一個啟動信號。制動燈開關(guān)一一制動時，向ECU提供制動信號。動力

16、轉(zhuǎn)向開關(guān)當(dāng)方向盤由中間位置向左右轉(zhuǎn)動時，由于動力轉(zhuǎn)向油泵工作而使發(fā)動機(jī)負(fù)荷加大， 此時向ECU俞入信號。巡航控制開關(guān)當(dāng)進(jìn)入巡航控制狀態(tài)時，向 ECU俞入巡航控制狀態(tài)信號。(2) ECUECU的主要功能如下：1) 給傳感器提供電壓，接受傳感器和其他裝置的輸入信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；2) 儲存該車型的特征參數(shù)和運(yùn)算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)信號；3) 確定計(jì)算輸出指令所需的程序，并根據(jù)輸入信號和相關(guān)程序計(jì)算輸出指令數(shù)值；4) 將輸入信號和輸出指令信號與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，確定并存儲故障信息。5) 向執(zhí)行元件輸出指令，或根據(jù)指令輸出自身已儲存的信息；6) 自我修正功能(學(xué)習(xí)功能)。(3) 執(zhí)行器執(zhí)行器是由ECU空制

17、，執(zhí)行某項(xiàng)控制功能的裝置。一般是由 ECU空制執(zhí)行器電磁線圈的搭鐵回路，也 有的是由ECU控制某些電子控制電路進(jìn)行控制。發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的執(zhí)行器主要有噴油器、燃油泵繼電器、進(jìn)氣控制閥、二次空氣噴射閥等。隨著控制 功能的增加，執(zhí)行元件也將會相應(yīng)的增加。2. 發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的控制過程在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，ECI根據(jù)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的各傳感器送來的信號，判斷發(fā)動機(jī)當(dāng)前所處的運(yùn)行工況和工作條件，并從ROM中查取相應(yīng)的控制參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)中央處理器 (CPU)的計(jì)算和必要的修正后，輸 出相應(yīng)的控制信號，控制發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。電子控制系統(tǒng)的簡要工作過程：(1) 發(fā)動機(jī)起動時，ECUS入工作狀態(tài)，某些程序從 ROM中取出，

18、進(jìn)入CPU這些程序可以用來控 制點(diǎn)火時刻、燃油噴射和怠速等。(2) 通過CPU勺控制，一個個指令逐個地進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。執(zhí)行程序中所需要的發(fā)動機(jī)信息，來自各 個傳感器。(3) 從傳感器來的信號，首先進(jìn)入輸入回路進(jìn)行處理。如果是數(shù)字信號，則直接經(jīng)I/O接口進(jìn)入微 機(jī)；如果是模擬信號，則經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才經(jīng)I/O接口進(jìn)入微機(jī)。（4）大多數(shù)信息暫時存儲在RAM內(nèi)，根據(jù)指令再從RAMX到CPU有時需將存儲在ROM中的參考數(shù)據(jù)引入CPU使輸入傳感器的信息與之進(jìn)行對比。（5）對來自有關(guān)傳感器的每一個信息依次取樣，并與參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。（6） CPU對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較運(yùn)算后，作出決定并發(fā)出輸出指令信號，經(jīng)I/O接口，必要的信號還 要經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號，最后經(jīng)輸出回路去控制執(zhí)行器動作。3. 發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的控制方式發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的控制方式可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種，如圖1-2所示。開環(huán)控制一ECU根據(jù)傳感器的信號對執(zhí)行器進(jìn)行控制