汽車電子控制技術(shù)

1、1 1 汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展歷史 在世界上第一輛汽車中，所謂的“電氣系統(tǒng)”僅僅是由卡爾，本茨設(shè)計(jì)的由點(diǎn)火線圈和蓄電池所組成的點(diǎn)火裝置。在隨后生產(chǎn)的汽車中又增設(shè)了前燈和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)電機(jī)這類的電器設(shè)備。汽車電子技術(shù)的第一次出現(xiàn)是本世紀(jì) 30 年代早期安裝在轎車內(nèi)的真空電子管收音機(jī)。由于電子管收音機(jī)有不抗震、體積大、耗電多等弊病，成為在汽車上推廣應(yīng)用的主要障礙，但是在汽車中安裝收音機(jī)的設(shè)想始終沒(méi)有消失。 1948 年晶體管的發(fā)明及 1958 年第一塊集成電路（ IC ）的出現(xiàn)才真正開(kāi)創(chuàng)了汽車電子技術(shù)的新紀(jì)元。1955 年晶體管收音機(jī)問(wèn)世后，采用晶體管收音機(jī)的汽車迅速增加，并作為標(biāo)準(zhǔn)部件安裝在德國(guó)大眾

2、汽車上。從 60 年代起，轎車中開(kāi)始使用半導(dǎo)體元器件。在汽車中首先使用的半導(dǎo)體元件是硅二極管，作為功率晶體管來(lái)替代原有的像電壓調(diào)節(jié)器之類的電磁接觸器等元器件。功率晶體管元件的應(yīng)用極大地改善了汽車的性能和可*性。 60 年代是汽車電子化的活躍時(shí)代。標(biāo)志著汽車電子控制技術(shù)真正發(fā)展的是在 1967 年首次將集成電路元件應(yīng)用到汽車中，其結(jié)果是電子技術(shù)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電氣系統(tǒng)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出如車用發(fā)電機(jī)集成電路調(diào)壓器、集成電路點(diǎn)火器等汽車電子產(chǎn)品。在同一年代，美國(guó)的克萊斯勒公司在其生產(chǎn)的汽車中配置電子控制的點(diǎn)火裝置，而德國(guó)的波許（ Bosch ）公司則開(kāi)發(fā)出電子控制的燃油噴射裝置（見(jiàn)圖 1 1 ）。 1975

3、 年日本汽車也裝上了這種裝置，可以說(shuō)是當(dāng)今汽車電子燃油噴射控制的雛型。1 噴油器； 2 冷啟動(dòng)噴油器； 3 一進(jìn)氣溫度傳感器； 4 調(diào)節(jié)器； 5 一蓄電池； 6 分電器； 7 油箱； 8 汽油泵； 9 一節(jié)氣門(mén)控制器； 10 一怠速控制執(zhí)行器； 11 進(jìn)氣壓力傳感器； 12 燃油濾清器； 13 冷啟動(dòng)時(shí)間開(kāi)關(guān)； 14 水溫傳感器 圖 1 1 Bosch 公司開(kāi)發(fā)的 L 型電子燃油噴射控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大約在同一時(shí)期，電子技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，導(dǎo)致一系列利用模擬電路的汽車電子產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)。如發(fā)動(dòng)機(jī)噴油系統(tǒng)控制，車輛行駛控制，防鎖死剎車系統(tǒng)（ ABS ）和變速控制系統(tǒng)均已成功地應(yīng)用于實(shí)際。由于當(dāng)時(shí)集成

4、電路元器件的價(jià)格昂貴，對(duì)汽車用戶而言，采用電子控制技術(shù)所能得到的收益并不很大，從而使得所開(kāi)發(fā)的這些控制系統(tǒng)不能廣泛地在汽車中得到應(yīng)用。到了 70 年代，在美國(guó)通過(guò)了三個(gè)重要的法律條文促使電子產(chǎn)品在汽車中得到廣泛的應(yīng)用。這些法律條文中的第一個(gè)文件就是轎車司乘人員的人身安全保護(hù)條文。根據(jù)這一法律條文，相應(yīng)設(shè)計(jì)出一種汽車控制系統(tǒng)，即在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前必須系緊安全帶，否則發(fā)動(dòng)機(jī)就不能起動(dòng)。這一控制系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火開(kāi)關(guān)處于切斷狀態(tài)時(shí)，也要求控制電路始終處于通電檢測(cè)狀態(tài)。為了節(jié)省使用汽車蓄電池中的電能，如何減少控制電路中的耗電量是研制該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。解決這一關(guān)鍵問(wèn)題的理想手段就是采用具有低功耗的 C-

5、MOS （互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體）邏輯集成電路。1971 年，微型計(jì)算機(jī)（即微電腦）首先用于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的正時(shí)控制中（美國(guó)通用汽車公司的 MISAR 車）。微電腦在汽車電子控制技術(shù)中的出現(xiàn)使得對(duì)汽車的高精度控制得以實(shí)現(xiàn)，而對(duì)汽車的高精度控制反過(guò)來(lái)又促進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的提高。促使微電腦在汽車控制系統(tǒng)中廣為應(yīng)用的另一個(gè)主要因素是一系列汽車尾氣排放法規(guī)的制定及能源危機(jī)后油料價(jià)格的上漲。汽車尾氣排放法規(guī)是 70 年代末和 80 年代初各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼制定的。汽車尾氣排放的凈化涉及到燃油經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能。所需要解決的問(wèn)題是如何既要滿足新的對(duì)汽車尾氣排放的要求，又要滿足用戶對(duì)汽車油耗和發(fā)動(dòng)機(jī)

6、工作性能的要求。要在這兩方面同時(shí)取得成功，不僅要對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，而且還需對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的油氣混合比進(jìn)行精確的控制。此外還需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行最優(yōu)控制，發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行怠速運(yùn)轉(zhuǎn)控制，以及其它相應(yīng)的精密控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中引入微電腦系統(tǒng)后，已證明對(duì)解決看起來(lái)似乎矛盾的汽車尾氣凈化與降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的要求特別有效。目前在汽車電子控制系統(tǒng)中，采用微電腦進(jìn)行控制的系統(tǒng)的應(yīng)用已與日俱增。80 年代是高科技迅速發(fā)展的年代，隨之而來(lái)的是消費(fèi)者對(duì)汽車多種多樣的需求，這就要求汽車生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出一種能提高汽車總體價(jià)值并能滿足用戶各種要求的高檔汽車。目前世界上各大汽車制造廠商競(jìng)相研

7、制新一代由微電腦控制的各種車用電子產(chǎn)品，并迅速地將己開(kāi)發(fā)出的電子產(chǎn)品運(yùn)用于汽車中，使汽車的檔次得以提高，以滿足各用戶對(duì)汽車的要求。由于 80 年代以后，汽車電子產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。采用電子技術(shù)有利于汽車性能的提高和各種功能的完備，并避免汽車重量的增加。所以新的汽車電子產(chǎn)品不斷推出，其中有代表性的體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（ 1 ）輔助駕駛裝置包括車速自動(dòng)控制，變速器自動(dòng)控制，動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制等。（ 2 ）信號(hào)裝置包括數(shù)字顯示儀表，故障診斷系統(tǒng)，各種報(bào)警裝置及各種監(jiān)視器等。（ 3 ）安全裝置包括防滑裝置，汽車高速感應(yīng)門(mén)鎖，防撞空氣袋，防鎖死制動(dòng)系統(tǒng)（ ABS ）等。（ 4 ）舒適、方便裝置，包

8、括自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，自動(dòng)車窗和座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)，立體聲音響，導(dǎo)航系統(tǒng)，汽車電話等。1 2 汽車電子控制技術(shù)的現(xiàn)狀 隨著像微電腦這類電于產(chǎn)品的不斷更新，極大地促進(jìn)了汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展。這些電子產(chǎn)品的可*性不斷提高，制造成本不斷降低，用于汽車的電子產(chǎn)品尺寸不斷減小。到了 90 年代初，人們終于感受到現(xiàn)代電子技術(shù)廣泛地應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制及其它部分的控制所帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。當(dāng)前的汽車電子控制技術(shù)可分為四大類（見(jiàn)圖 1 2 ），即動(dòng)力牽引系統(tǒng)控制，車輛行駛姿態(tài)控制，車身（車輛內(nèi)部）控制和信息傳送。圖 1 2 汽車電子控制技術(shù)分類1 2 1 動(dòng)力牽引系統(tǒng)控制所謂動(dòng)力牽引系統(tǒng)是用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)汽車的原

9、動(dòng)力，并把這一動(dòng)力轉(zhuǎn)換成可直接驅(qū)動(dòng)車輪的扭矩。動(dòng)力牽引系統(tǒng)控制包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制和傳輸系統(tǒng)控制。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)一般分為燃油噴射控制、點(diǎn)火時(shí)間控制、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃控制和其它相應(yīng)的控制。對(duì)于汽油機(jī)的電子控制系統(tǒng)具有諸如燃油噴射控制、點(diǎn)火時(shí)間控制、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)控制和故障診斷等功能。通過(guò)這些功能的執(zhí)行可使汽油機(jī)處于最佳的工作狀態(tài)。汽油機(jī)控制的典型系統(tǒng)如圖 1 3 所示，圖中所示的汽油機(jī)控制系統(tǒng)是采用多點(diǎn)噴射（ MPI ）的燃油噴射控制方法。即在汽油機(jī)的各氣缸進(jìn)氣支管中安裝燃油噴射器，通過(guò)對(duì)各燃油噴射器的控制來(lái)控制噴入各氣缸的油量。當(dāng)前在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跛行鲁鰪S的轎車都無(wú)一例外地采用了電子燃油噴射（

10、 EFI ）技術(shù)。對(duì)于柴油機(jī)而言，為了減少其排煙，降低噪聲和振動(dòng)，柴油機(jī)的電子控制主要集中在燃油噴射量、燃油噴射時(shí)間、進(jìn)氣節(jié)流和電熱塞的電流控制方面。圖 1 4 顯示了柴油機(jī)的控制系統(tǒng)，圖中的噴油泵控制系統(tǒng)已由原來(lái)的機(jī)械控制變?yōu)殡娮涌刂疲裼蜋C(jī)噴油泵的基本控制機(jī)構(gòu)仍是機(jī)械式的，這與采用電子燃油噴射的汽油機(jī)有明顯的差別。在 90 年代初，許多國(guó)家，特別是美國(guó)，制定了控制柴油機(jī)過(guò)量微粒的排放法規(guī)。由于在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)對(duì)車用柴油機(jī)提出更為嚴(yán)格的全排放控制要求，這就完全有可能促進(jìn)柴油機(jī)全電子控制的研究及相應(yīng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。包括電子變速控制在內(nèi)的電子動(dòng)力傳輸控制，基本上是直接控制汽車車輪的傳動(dòng)。它通過(guò)對(duì)油門(mén)

11、位置和車速的檢測(cè)，由微電腦控制變速器使其達(dá)到最佳的汽車行駛扭矩，并鎖閉該運(yùn)行點(diǎn)和液力離合器的液壓。在齒輪變速和離合器鎖閉期間，將所要求的信號(hào)送至發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（ ECU ），有些系統(tǒng)通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)減輕對(duì)變速器換檔時(shí)的沖擊。圖 1 5 顯示了汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)比較，由于采用電子控制系統(tǒng)可使動(dòng)力傳送的精度提高，變速器的設(shè)計(jì)更加隨意，控制機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，并能改善汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛性。所以電子傳動(dòng)控制系統(tǒng)的性能非常令人滿意。目前一種將發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元和傳動(dòng)系統(tǒng)電子控制單元合二為一的控制系統(tǒng)即動(dòng)力牽引控制系統(tǒng)已在日本、美國(guó)和歐洲生產(chǎn)的汽車中使用。1 鎖止離合電磁閥； 2

12、鎖止離合器； 3 變扭器； 4 超速檔機(jī)構(gòu)； 5 變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器； 6 變速齒輪及片式離合器組件； 7 輸出軸； 8 車速傳感器； 9 換檔電磁閥； 10 液壓回路； 11 蓄壓器泄壓閥圖 1 5 汽車傳動(dòng)系統(tǒng)控制1 2 2 車輛行駛姿態(tài)控制車輛行駛姿態(tài)控制系統(tǒng)可以看作這樣一種電子控制系統(tǒng)，即采用電子技術(shù)來(lái)控制車輛運(yùn)行中的三種基本的運(yùn)行特征：行駛、轉(zhuǎn)彎和停車。采用電子技術(shù)給車輛行駛姿態(tài)控制系統(tǒng)帶來(lái)了相當(dāng)大的改進(jìn)，尤其是在汽車駕駛靈敏性、行駛穩(wěn)定性及司乘人員的舒適性等方面更為突出。車輛行駛姿態(tài)控制系統(tǒng)可分為：懸掛系統(tǒng)控制、駕駛系統(tǒng)控制、防鎖死剎車系統(tǒng)控制（ ABS ）、行駛控制、輪胎地面附

13、著力（防滑）控制和四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制。懸掛系統(tǒng)控制是用來(lái)改變車身的高低和緩沖彈簧的彈力，并根據(jù)車輛的載荷及路面條件改變吸收沖擊力的緩沖彈簧阻尼力的大小?？刂栖嚿砀叨鹊哪康氖窃谟谲囕v的載荷無(wú)論怎樣變化，通過(guò)該控制系統(tǒng)均能使車身和地面之間始終保持設(shè)定的距離，或者汽車在高速行駛過(guò)程中，通過(guò)降低車身高度來(lái)減少空氣的氣動(dòng)阻力并增強(qiáng)汽車在高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性。像雪鐵龍一類的轎車采用人工控制車身高度已有一段歷史了。在懸掛系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)中，電子控制單元（ ECU ）接收來(lái)自車身高度傳感器、車速傳感器等各種傳感器發(fā)送來(lái)的信號(hào)。經(jīng)處理后， ECU 發(fā)出反饋信號(hào)給改變車身高度的執(zhí)行器，使車身高度達(dá)到一最佳值。懸掛系

14、統(tǒng)的彈簧力控制和吸收沖擊阻尼力的控制是用來(lái)提高車輛行駛時(shí)的操縱性能，使得車輛在急轉(zhuǎn)彎、突然加速和緊急剎車時(shí)，盡可能少地改變車輛的行駛姿態(tài)。對(duì)于汽車的懸掛系統(tǒng)而言，一方面要求有較為柔性的懸掛系統(tǒng)以達(dá)到較為舒適的乘坐環(huán)境。而另一方面卻與之截然相反，為了提高汽車的可操縱性能，就要求有較為剛性的懸掛系統(tǒng)。圖 1 6 顯示了懸掛系統(tǒng)中的吸收沖擊阻尼力控制系統(tǒng)。1 轉(zhuǎn)向傳感器； 2 停車燈開(kāi)關(guān)； 3 車速指示； 4 懸掛系統(tǒng)執(zhí)行器（后）； 5 懸掛系統(tǒng)電子控制單元； 6 模式選擇開(kāi)關(guān)； 7 空檔啟動(dòng)開(kāi)關(guān)； 8 節(jié)氣門(mén)位置傳感器； 9 懸掛系統(tǒng)執(zhí)行器（前）圖 1 6 減震器阻尼力控制系統(tǒng)駕駛系統(tǒng)控制包括用于

15、操縱動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力的電子控制。所謂轉(zhuǎn)向力的控制是指當(dāng)車輛停止或低速行駛時(shí)減小轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的力，而當(dāng)車輛高速行駛時(shí)增加轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的力，以使車輛駕駛保持平穩(wěn)。該系統(tǒng)還允許司機(jī)去選擇對(duì)他們最適宜的方向盤(pán)操縱特性。在 80 年代，日本的許多汽車制造廠家已開(kāi)始在所生產(chǎn)的轎車中引進(jìn)了電子轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。防鎖死剎車控制系統(tǒng)（ ABS ）是用來(lái)防止汽車在剎車時(shí)車輪不被鎖死。采用此控制系統(tǒng)可提高汽車駕駛的穩(wěn)定性。判斷汽車在剎車時(shí)車輪是否被鎖死，是通過(guò)對(duì)車速和輪速的比較來(lái)作出的。但實(shí)際上在對(duì)實(shí)際車速的檢測(cè)中，由于車輪與地面之間的滑動(dòng)及其它因素所產(chǎn)生的問(wèn)題，一般對(duì)車速的測(cè)定仍是通過(guò)對(duì)車輪轉(zhuǎn)速的檢測(cè)來(lái)大約估算的。在汽

16、車電子控制技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，防鎖死剎車控制系統(tǒng)的應(yīng)用較其它電子控制技術(shù)在汽車中的應(yīng)用相對(duì)較早些。自從美國(guó)福特汽車制造公司于 1968 年在汽車中首先采用該控制系統(tǒng)起到目前，已在日本、美國(guó)及歐洲等國(guó)汽車制造業(yè)中得到普及。最初設(shè)計(jì)的 ABS 系統(tǒng)作用于汽車的后輪，以保證汽車在剎車過(guò)程中能平穩(wěn)行駛。目前采用微電腦的四輪防鎖死剎車控制系統(tǒng)應(yīng)用得更多些，這樣不僅能防止汽車在剎車過(guò)程中后輪被鎖死，而且還能防止用于轉(zhuǎn)向的前輪也不被鎖死，從而使汽車行駛方向的穩(wěn)定性得以增強(qiáng)，并且還能提高汽車的可操縱性。恒定車速控制（又稱為自動(dòng)巡航控制）是通過(guò)控制節(jié)氣門(mén)位置來(lái)保持預(yù)先設(shè)定的車速，而司機(jī)不需腳踩加速踏板。該控制系統(tǒng)是

17、根據(jù)車速傳感器、定速控制開(kāi)關(guān)及定速取消開(kāi)關(guān)的信號(hào)，通過(guò)進(jìn)氣管的負(fù)壓壓力或一臺(tái)小電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)擋板的。防滑控制是用來(lái)防止汽車在起步和加速時(shí)驅(qū)動(dòng)輪打滑。判斷車輪是否打滑是通過(guò)對(duì)車速和輪速的比較來(lái)完成。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)及降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，使輪胎和路面的滑移率處于一個(gè)最佳的值。這樣可使汽車在起步或加速時(shí)的駕駛性和穩(wěn)定性處于最佳的狀態(tài)。四輪轉(zhuǎn)向（ 4WS ）控制是由安裝在后懸掛器處，用于操縱后輪的后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)所組成，這樣前后四個(gè)車輪均能進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱。采用該控制系統(tǒng)的目的是為了提高汽車在低速時(shí)的轉(zhuǎn)向性能及在高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向能力。1 2 3 車身（車輛內(nèi)部系統(tǒng)）控制設(shè)計(jì)車身控制（又稱車

18、輛內(nèi)部系統(tǒng)控制）的目的是為司乘人員提供更為舒適、更為便利及更為安全的環(huán)境，并能夠提高整車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。車身控制系統(tǒng)包括如下的電子控制：車用空調(diào)控制，數(shù)字化儀表顯示，擋風(fēng)玻璃的雨刷控制，車燈控制，車后障礙檢測(cè)，安全保護(hù)系統(tǒng)，多路通訊系統(tǒng)，門(mén)鎖控制，電動(dòng)車窗控制，電動(dòng)坐椅控制，安全帶控制及空氣袋控制等。汽車空調(diào)控制系統(tǒng)用來(lái)控制車廂內(nèi)的溫度，使車內(nèi)溫度保持在一設(shè)定的舒適溫度范圍內(nèi)。該系統(tǒng)控制車內(nèi)空氣溫度、空氣出口流量、風(fēng)扇速度、吸人空氣或排出空氣及空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行等。多路通訊系統(tǒng)是采用一條通訊線路來(lái)傳送多路信號(hào)，這樣可大大減少線路、線路包覆物及整個(gè)通訊系統(tǒng)的重量。并能做到采用同類的傳感器在各系統(tǒng)之間

19、進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，以便對(duì)汽車進(jìn)行精確的控制。常用的通訊線為光導(dǎo)纖維及扭花雙線電纜。常用的汽車門(mén)鎖鎖定系統(tǒng)是當(dāng)車速超過(guò)預(yù)先設(shè)定的車速時(shí)，該機(jī)構(gòu)動(dòng)作，鎖上車門(mén)。一種新穎的遙控門(mén)鎖系統(tǒng)是用一臺(tái)微型遙控器在車外鎖上或打開(kāi)汽車門(mén)鎖。目前這種新穎的遙控門(mén)鎖裝置在市面上有售。設(shè)計(jì)空氣袋的目的是用來(lái)當(dāng)發(fā)生撞車時(shí)，在司乘人員的前面快速吹出一個(gè)空氣袋來(lái)保護(hù)司乘人員?？諝獯话阊b在方向盤(pán)中或其它適當(dāng)?shù)牡胤?，一旦發(fā)生撞車事故，用氮?dú)饣蚱渌鼩怏w在極短的時(shí)間內(nèi)將氣袋吹開(kāi)。由于以上這些控制系統(tǒng)給汽車制造業(yè)帶來(lái)十分明顯的效益，因此目前在高、中檔轎車中已廣泛采用。2 1 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制原理 2 1 1 發(fā)動(dòng)機(jī)采用電子控制的目的對(duì)于

20、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)而言，設(shè)計(jì)者所要追求的目標(biāo)是，盡可能降低汽車尾氣中有害物質(zhì)的排放量，盡可能改善發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，盡可能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。但采用機(jī)械控制的發(fā)動(dòng)機(jī)，要同時(shí)滿足以上三項(xiàng)目標(biāo)是不可能的，只有采用電子控制技術(shù)才能同時(shí)達(dá)到這三項(xiàng)目標(biāo)。汽車尾氣中有害物質(zhì)的排放量與進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣燃料比（空燃比）的大小有直接關(guān)系（見(jiàn)圖 2 1 ）。從圖中可見(jiàn)，當(dāng)混合氣圖 2 1 發(fā)動(dòng)機(jī)有害物質(zhì)排放與空燃比的關(guān)系曲線濃度較低時(shí)，有害物質(zhì)的排放量大為減少。而采用低濃度混合氣就必須采用特殊的混合方式和燃燒方式。否則燃燒將會(huì)不穩(wěn)定，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降，排放及油耗反而上升，特別是采用稀薄混合氣燃燒實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。而隨著排

21、放法規(guī)的嚴(yán)格化，即便采用稀薄燃燒方式，也不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)所有工況下的排放要求。于是采用一種三元催化轉(zhuǎn)換器來(lái)凈化排氣已成為凈化汽車尾氣的重要手段。但催化劑的轉(zhuǎn)換效率與混合氣的空燃比有很大的關(guān)系，圖 2 2 是空燃比與催化轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系曲線，圖 2 3 是空燃比與發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗之間的關(guān)系。從這兩圖中可見(jiàn)，空燃比只有在理論空燃比附近時(shí)，三元催化轉(zhuǎn)換器才有較高的轉(zhuǎn)換效率，而這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性并不是最好，二者相互矛盾。但采用電子控制技術(shù)后，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元根據(jù)各傳感器傳送來(lái)的信息，分析發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的各種參數(shù)，并予以綜合處理，以達(dá)到較為滿意的效果。 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中另一個(gè)重要參數(shù)是點(diǎn)火提前角，它直接影響發(fā)動(dòng)

22、機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性。通常氣缸內(nèi)達(dá)到最大爆發(fā)壓力點(diǎn)處于上止點(diǎn)后 10 ° 15 °時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性均處于最佳值范圍。所以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火時(shí)間，就可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的比油耗，然而燃油噴射量和點(diǎn)火時(shí)間與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)有很大的關(guān)系，而且這種關(guān)系不是簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系。*離心與真空調(diào)節(jié)的機(jī)械式點(diǎn)火系統(tǒng)只能在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的個(gè)別點(diǎn)能達(dá)到最佳狀態(tài)，而在大部分工況下，均不能達(dá)到最佳值。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的空燃比在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的各個(gè)階段，各種工況下要求均不相同。如果通過(guò)采用微電腦的電子控制系統(tǒng)，就能很容易地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在各種不同工況下均能達(dá)到最佳值的要求。2 1 2 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制的實(shí)現(xiàn)1

23、 輸人信號(hào)的采集電子控制單元要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效地控制就必須對(duì)其輸入諸如：發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量，進(jìn)氣溫度，轉(zhuǎn)速，負(fù)荷率，冷卻水溫度等信息。而這些信息需要通過(guò)各種傳感器來(lái)采集。如空氣流量必須通過(guò)空氣流量計(jì)或進(jìn)氣管絕對(duì)壓力來(lái)測(cè)定。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元根據(jù)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和空氣流量傳感器的信息，確定每一工作循環(huán)噴入各氣缸的基本油量，并確定一個(gè)基本的點(diǎn)火提前角。為了精確地控制點(diǎn)火提前角，電子控制單元還需采集有關(guān)曲柄位置及上止點(diǎn)信號(hào)，這樣就需設(shè)置曲柄位置和上止點(diǎn)傳感器。同樣為了精確地控制噴油量，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能和動(dòng)力性能，電子控制單元還需采集有關(guān)節(jié)氣門(mén)位置、進(jìn)氣溫度、冷卻水溫度等信息。電子控制單元根據(jù)節(jié)氣

24、門(mén)位置傳感器送來(lái)的信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)渡工況，如汽車的加速和減速。根據(jù)進(jìn)氣溫度和冷卻水溫度傳感器送來(lái)的信號(hào)對(duì)基本噴油量進(jìn)行補(bǔ)償，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性要求。同時(shí)為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃的產(chǎn)生及凈化排氣，還需設(shè)置爆燃傳感器和氧傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元根據(jù)這兩個(gè)傳感器所采集的信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火和噴油量進(jìn)行反饋控制，以達(dá)到最佳的運(yùn)行工況。2 控制信號(hào)的輸出電子燃油噴射控制與常規(guī)的機(jī)械化油器控制相比，具有供油精確、響應(yīng)快、動(dòng)力性好及各缸油量分配均勻等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)油氣比和點(diǎn)火時(shí)間的精密控制以及與催化排氣凈化裝置的配合使用，使得排氣中的有害物質(zhì)含量下降到最低的程度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)

25、機(jī)處于最佳經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)行狀態(tài)。電子燃油噴射控制的趨勢(shì)是采用微電腦控制的多點(diǎn)噴射（ MPI ）方式，分別控制各缸的噴油量。電子點(diǎn)火具有點(diǎn)火能量高、控制精確等優(yōu)點(diǎn)，因而得到普遍應(yīng)用。其它諸如怠速控制、廢氣再循環(huán)控制、二次空氣控制等只是在供油、點(diǎn)火基礎(chǔ)上的輔助控制，用以進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，特別是廢氣再循環(huán)和二次空氣輔助燃燒僅在某些車型的發(fā)動(dòng)機(jī)中采用。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的框圖如圖 2.4 所示。各傳感器送來(lái)的信號(hào)通過(guò)輸入電路轉(zhuǎn)換成微電腦可以接受的數(shù)字信號(hào)，微電腦通過(guò)對(duì)各種輸入信號(hào)的計(jì)算、判斷后發(fā)出各種控制信號(hào)，但這種信號(hào)是比較微弱的數(shù)字信號(hào)，不足以直接驅(qū)動(dòng)各種控制動(dòng)作的執(zhí)行器，必須通過(guò)輸出電路把信號(hào)

26、放大后去控制燃油噴射過(guò)程和點(diǎn)火過(guò)程等。2 1 3 發(fā)動(dòng)機(jī)控制方式1 開(kāi)環(huán)控制發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況的控制參數(shù)，如基本噴油量及基本點(diǎn)火提前角等，均存于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元中的只讀存儲(chǔ)器（ ROM ）中。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，微電腦檢查發(fā)動(dòng)機(jī)各傳感器傳送來(lái)的信號(hào)，通過(guò)這些信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前所處的運(yùn)行工況，并從 ROM 中查取相應(yīng)的控制參數(shù)，輸出控制信號(hào)，而不去檢測(cè)控制結(jié)果，對(duì)控制結(jié)果的好壞不能做出分析，這種控制稱為開(kāi)環(huán)控制。所以在 ROM 中固化的參數(shù)必須是經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)分析和優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果，是發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下運(yùn)行的理論最佳值。2 閉環(huán)護(hù)空制所謂閉環(huán)控制實(shí)際上就是反饋控制。控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到的反饋信號(hào)來(lái)決定

27、增減控制量的大小，而這時(shí)不再根據(jù)其它輸入信號(hào)進(jìn)行控制。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由開(kāi)環(huán)控制所確定的某一空燃比的油氣混合物進(jìn)入氣缸燃燒后，通過(guò)氧傳感器檢測(cè)排氣中的氧濃度來(lái)判斷進(jìn)入氣缸的油氣混合物的濃度。如果太濃時(shí)就需減少噴油量，反之太稀時(shí)增加噴油量。點(diǎn)火控制也是如此，采用爆燃傳感器檢查發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生爆燃來(lái)決定點(diǎn)火時(shí)間提前還是滯后。由于開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制各有其一定的特點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)不能全部采用一種控制方式。實(shí)際上當(dāng)代的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)均同時(shí)采用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)這兩種控制方式，開(kāi)環(huán)控制作為基本控制手段，而閉環(huán)控制則作為精密控制手段，互助互補(bǔ)，以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)高精度控制的目的。2 2 汽油機(jī)控制當(dāng)前對(duì)

28、汽油機(jī)的控制是由一個(gè)集成控制系統(tǒng)來(lái)完成的。該集成控制系統(tǒng)不僅將燃油噴射控制，而且還將點(diǎn)火時(shí)間控制、爆燃控制、怠速控制和系統(tǒng)故障診斷通過(guò)一臺(tái)微電腦有機(jī)地集成在一起。采用這種集成控制系統(tǒng)可使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于最佳的工作性能狀態(tài)，因而有助于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，凈化排氣，降低油耗等。汽油機(jī)集成控制系統(tǒng)如圖 2.5 所示，控制系統(tǒng)的指揮中樞是電子控制單元（ ECU ）。圖 2.6 則表示了該 ECU 的工作原理框圖。1 油箱；2 燃油泵；3 燃油濾清器；4 調(diào)壓器；5 電子控制單元；6 點(diǎn)火線圈；7 分電器；8 火花塞；9 噴油器；10 節(jié)氣門(mén)；11 節(jié)氣門(mén)伺服電機(jī)；12 空氣流量計(jì)；13 空氣溫度傳

29、感器；14 氧傳感器；15 冷卻水溫度傳感器；16 怠速控制閥（ ISCV ）；17 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器；18 蓄電池；19 點(diǎn)火啟動(dòng)開(kāi)關(guān)；20 空氣調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)； 圖 2.5 汽油機(jī)集成控制系統(tǒng)2 2 1 電子燃油噴射控制電子燃油噴射控制主要是用來(lái)改善汽油機(jī)動(dòng)力性能，凈化尾氣排放，降低燃油消耗以及提高汽車的驅(qū)動(dòng)性能等工作性能指標(biāo)。如圖 2.6 中所示的各傳感器輸出的是關(guān)于汽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的信息，電子燃油噴射控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)所接收到的來(lái)自各傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，確定發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃油量，并控制燃油的噴入，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終具有一個(gè)最佳的空燃比。噴入發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃油量是由噴油器噴油持續(xù)時(shí)間來(lái)確定。1 電子燃

30、油噴射控制系統(tǒng)的功能大部分電子燃油噴射控制是采用同步控制方式，即每一氣缸中的噴油器隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步控制。同步噴射可改善汽車的加速性能。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后的油氣加濃補(bǔ)償 該補(bǔ)償是在一固定的期間內(nèi)，通過(guò)增加噴入氣缸的燃油量來(lái)穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。所要求的補(bǔ)償系數(shù)是由發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后的冷卻水溫度所決定。發(fā)動(dòng)機(jī)升溫期間的油氣加濃補(bǔ)償 在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，為了改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度較低時(shí)，通過(guò)增加噴人發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的燃油量來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫度升高，其油氣加濃補(bǔ)償一直到發(fā)動(dòng)機(jī)升溫終止才結(jié)束。這一期間所需的補(bǔ)償系數(shù)是由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度決定。發(fā)動(dòng)機(jī)升溫期間汽車加速過(guò)程時(shí)油氣加濃補(bǔ)償 為在發(fā)動(dòng)機(jī)升溫期間改善

31、汽車的加速性能，需要向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)噴入比正常加速時(shí)多的燃油，因此需對(duì)噴射持續(xù)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償系數(shù)仍由發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫度所決定。防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱的油氣減濃補(bǔ)償 當(dāng)汽車處于滿負(fù)荷行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自身及尾氣催化轉(zhuǎn)換器會(huì)處于過(guò)熱狀態(tài)，為了防止過(guò)熱，必須給發(fā)動(dòng)機(jī)提供比正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)較為稀薄的油氣混合物。對(duì)油氣混合物的補(bǔ)償是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量、轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門(mén)位置等因素所決定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷條件來(lái)確定。海拔高度變化補(bǔ)償 在海拔較高的地區(qū)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)的真空度增加，單位體積空氣中的含氧量下降。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃油能正常燃燒，必須對(duì)不同海拔高度下的油氣混合濃度加以補(bǔ)償。隨著海拔高度的增加，應(yīng)對(duì)油氣混合物進(jìn)行加

32、濃補(bǔ)償?？杖急确答佈a(bǔ)償 采用催化轉(zhuǎn)換器可使汽車廢氣中的 CO ， HC 和 NO x ，物質(zhì)含量明顯降低，具有較高的尾氣凈化率。但要使經(jīng)過(guò)催化轉(zhuǎn)換器后的汽車尾氣的凈化率保持在一個(gè)最高的水平，就必須對(duì)進(jìn)入氣缸的空燃比進(jìn)行精確的控制，使其保持在最接近以化學(xué)計(jì)量比計(jì)算所得的一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)。為了達(dá)到這一目的，需要控制汽車排氣中的含氧量。通過(guò)對(duì)排氣含氧量的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)噴射時(shí)間的反饋補(bǔ)償控制，從而使排氣中的氧濃度不至于升得太高或降得太低。這就要求進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的油氣濃度維持在理論空燃比附近。完成這一控制需要氧量傳感器（即氧傳感器），氧傳感器具有這樣的一種特性，當(dāng)進(jìn)入氣缸的油氣濃度達(dá)到化學(xué)計(jì)量比附近時(shí)，傳感器

33、的輸出電壓急速變化，由氧傳感器的特性所構(gòu)成的反饋回路用于油氣混合比的反饋控制（見(jiàn)圖 2 8 ）。電子控制單元接收來(lái)自氧傳感器的電壓信號(hào)，并判斷油氣混合物是否處于適當(dāng)?shù)目杖急葼顟B(tài)。當(dāng)氧傳感器檢測(cè)到油氣混合物的濃度太高時(shí)， ECU 作出減少燃油噴射量的指示。當(dāng)情況相反時(shí)，控制系統(tǒng)執(zhí)行反饋補(bǔ)償控制，增加噴射量。當(dāng)氧傳感器的輸出電壓降至參考電壓以下時(shí)，補(bǔ)償系數(shù)大幅度階躍變化，以提高反饋補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)能力。由于氧傳感器在冷態(tài)時(shí)其輸出信號(hào)不準(zhǔn)確，因此應(yīng)該注意到當(dāng)氧傳感器的溫度尚未達(dá)到其工作溫度時(shí)不能實(shí)現(xiàn)反饋控制。所以有些氧傳感器與加熱器做成一體。這樣當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，氧傳感器就能立即投入使用。2 2 汽油機(jī)控制

34、 2 2 1 電子燃油噴射控制 1 電子燃油噴射控制系統(tǒng)的功能 常用的燃油噴射控制除了具有基本的同步噴射功能外還具有下述功能。 （ 4 ）供油切斷i 發(fā)動(dòng)機(jī)減速期間供油切斷 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)尚處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)而節(jié)氣門(mén)已完全關(guān)閉時(shí)，即汽車處于滑行或剎車的狀態(tài)下，這一控制功能可起到減少不必要的燃油噴入氣缸的作用。在切斷燃油噴射控制的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)尚能吸入少量的空氣。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速跌至設(shè)定的轉(zhuǎn)速以下時(shí)，則恢復(fù)燃油噴射。供油切斷的特性曲線見(jiàn)圖 2 9 。ii 發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)的供油切斷 為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)超速而引起危險(xiǎn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)定值后，燃油噴射暫時(shí)被切斷。（ 5 ）發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的噴射特性由于發(fā)動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)而不帶任何負(fù)

35、荷時(shí)，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量較小而不能被空氣流量傳感器所精確測(cè)定。因此這時(shí)的燃油噴射持續(xù)時(shí)間是用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度傳感器的信號(hào)來(lái)計(jì)算（見(jiàn)圖 2 10 ）。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定值后，燃油噴射量由通常的同步燃油噴射方法來(lái)確定。圖 2 9 供油切斷的特性曲線 圖 2 10 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的噴射特性（ 6 ）異步噴射異步噴射主要發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及加速時(shí)，噴射與曲軸的旋轉(zhuǎn)和角度無(wú)關(guān)，是一種隨機(jī)噴射。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和加速過(guò)程中采用與正常（同步）噴射不同的異步噴射方式。當(dāng)啟動(dòng)鑰匙打到啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置時(shí)，就立即開(kāi)始噴油，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能而噴油時(shí)間與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同步。為此，在異步噴射控制系統(tǒng)中需要安裝一個(gè)特

36、殊的電磁閥（冷啟動(dòng)噴油器）。當(dāng)汽車加速時(shí)，汽車的加速度是通過(guò)各有關(guān)的傳感器送來(lái)的信號(hào)所決定，而這時(shí)的噴射控制是根據(jù)該加速度作出。這樣可以提高汽車的加速性能。燃油噴射控制一般只用于多點(diǎn)噴射系統(tǒng)（ MPI ），所謂多點(diǎn)噴射系統(tǒng)是指在汽油機(jī)每一氣缸的進(jìn)氣管處安裝噴油器，而此系統(tǒng)中的進(jìn)氣風(fēng)門(mén)相當(dāng)于普通汽車的節(jié)氣門(mén)，無(wú)單獨(dú)的化油器。燃油噴射時(shí)間取決于下述不同的噴射方式，安裝在氣缸進(jìn)氣管處的噴射器與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步的單缸獨(dú)立噴射方式、每轉(zhuǎn)同時(shí)噴射及每轉(zhuǎn)分組噴射方式。圖 2 11 顯示了一臺(tái)四缸發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立、同時(shí)（一轉(zhuǎn)一次）和分組（ 2 組）噴射方式的典型的噴射時(shí)序。2 電子燃油噴射控制系統(tǒng)所用的傳感器（ 1

37、）空氣流量傳感器（ MAS ）空氣流量傳感器是由安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中的電加熱元件（如采用鉑熱線的電熱絲）所構(gòu)成。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)的氣流將電熱元件冷卻，使電熱絲的阻值發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)流過(guò)電熱絲中的電流測(cè)定就可測(cè)得進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣流量?？諝饬髁總鞲衅鞯募訜嵩c橋式電路構(gòu)成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，當(dāng)電熱絲的溫度差別處于一固定范圍內(nèi)，傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)與流過(guò)傳感器的電流密度成一定的比例關(guān)系。采用熱線氣體流量測(cè)量系統(tǒng)的空氣流量?jī)x結(jié)構(gòu)如圖 2 12 所示，圖 2 13 顯示其輸出特性曲線。熱線空氣流量?jī)x與后面將要介紹的其它類型的空氣流量測(cè)試系統(tǒng)相比較，其顯著的優(yōu)點(diǎn)是熱線空氣流量?jī)x測(cè)定的是進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣

38、質(zhì)量（或重量）流量，不需要對(duì)因進(jìn)氣溫度及進(jìn)氣壓力的變化對(duì)進(jìn)氣質(zhì)量流量的影響進(jìn)行補(bǔ)償。（ 2 ）曲柄轉(zhuǎn)角傳感器（ CRNS ）電子燃油噴射控制系統(tǒng)中的曲柄轉(zhuǎn)角傳感器用來(lái)感知曲柄角的位置，進(jìn)而確定活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的位置。此傳感器一般設(shè)在曲軸輸出皮帶輪上或分電器轉(zhuǎn)軸上。有些發(fā)動(dòng)機(jī)除裝有曲柄轉(zhuǎn)角傳感器還裝有一個(gè)凸輪軸位置傳感器?，F(xiàn)以分電器轉(zhuǎn)角傳感器為例進(jìn)行說(shuō)明。在分電器內(nèi)除了設(shè)有曲柄轉(zhuǎn)角傳感器外，還設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。由這兩個(gè)傳感器發(fā)出兩種脈沖信號(hào)（見(jiàn)圖 2 14 ）。其中： G 信號(hào)是提供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射電子控制單元的一個(gè)曲柄轉(zhuǎn)角參照信號(hào)。用來(lái)確定相對(duì)于每缸上止點(diǎn)的噴油定時(shí)和點(diǎn)火定時(shí)。 N e

39、 信號(hào)是提供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射電子控制單元的一個(gè)實(shí)際曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)，從中可以計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。該信號(hào)用來(lái)確定基本噴射時(shí)間和基本點(diǎn)火提前角。分電器內(nèi)的傳感器由定時(shí)轉(zhuǎn)子（ N e ），信號(hào)轉(zhuǎn)子（ G ）和兩組電磁式檢測(cè)線圈所組成，其結(jié)構(gòu)如圖 2 15 所示。圖 2 16 顯示了該傳感器中的 G 信號(hào)和 N e 信號(hào)的工作原理，而圖 2 17 則給出了分電器內(nèi)兩傳感器的信號(hào)關(guān)系。在圖 2 15 和圖 2 16 所示的曲柄轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)中， G 信號(hào)轉(zhuǎn)子只有兩個(gè)齒（齒間角 180 °），而 N e 信號(hào)轉(zhuǎn)子卻有 24 個(gè)齒（齒間角 15 °），這兩轉(zhuǎn)子均隨發(fā)動(dòng)機(jī)分電器的軸而轉(zhuǎn)動(dòng)。

40、它們的探頭線圈輸出交變波形。分電器每轉(zhuǎn)一周（相當(dāng)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)兩周）， G 信號(hào)轉(zhuǎn)子發(fā)出兩個(gè)脈沖波，對(duì)于 6 缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言，分別可以檢測(cè)出 1 缸和 6 缸的上止點(diǎn)位置（曲柄轉(zhuǎn)角的基準(zhǔn)位置），而 N e 信號(hào)轉(zhuǎn)子發(fā)出 24 個(gè)脈沖波。通過(guò)對(duì) N e 轉(zhuǎn)子發(fā)出的脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔的測(cè)定和計(jì)算，電子控制單元可得出發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)。（ 3 ）冷卻水溫度傳感器（ CTS ）發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度，通常該傳感器安裝在冷卻水節(jié)溫器附近。傳感器內(nèi)裝有嵌入式熱敏電阻，其電阻值隨發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度變化而較大幅度地變化。圖 2 18 顯示了該傳感器的結(jié)構(gòu)及其工作特性曲線。（

41、 4 ）節(jié)氣門(mén)位置傳感器（ TPS ）節(jié)氣門(mén)位置傳感器安裝在節(jié)氣門(mén)閥體內(nèi)，并設(shè)有一個(gè)與節(jié)氣門(mén)擋板一起動(dòng)作的電位計(jì)。傳感器輸出的電壓與擋板開(kāi)度成正比，傳感器的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電路如圖 2 19 所示。（ 5 ）氧傳感器（ O 2 S ）安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管內(nèi)的氧傳感器用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中所含氧的濃度，并將測(cè)定的氧濃度信號(hào)送到電子控制單元中，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣中的空燃比是否高于或低于理論空燃比。圖 2 20 是氧傳感器的剖面結(jié)構(gòu)圖。氧傳感器的測(cè)頭元件是以氧化鋯為主要材料，制成像試管的形狀，在其內(nèi)外壁面均覆蓋有多孔的鉑電極。傳感器測(cè)頭元件的外表面暴露在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中，直接與煙氣接觸。傳感器的原動(dòng)力是氧化鋯與電

42、極之間的電位勢(shì)差，電位勢(shì)差的高低由排氣管內(nèi)尾氣中氧百分濃度的大小所決定。氧傳感器的工作原理及特性曲線如圖 2 21 所示。傳感器的原動(dòng)力是氧化鋯與電極之間的電位勢(shì)差，電位勢(shì)差的高低由排氣管內(nèi)尾氣中氧百分濃度的大小所決定。氧傳感器的工作原理及特性曲線如圖 2 21 所示。目前在市場(chǎng)上銷售的另一種氧傳感器是由鈦陶瓷制成的，而不是用氧化鋯。由鈦陶瓷所制成的 N 型的半導(dǎo)體，其電阻值的大小取決于汽車尾氣中氧的分壓力。鈦陶瓷的這種特性非常適用于制做氧傳感器。圖 2 22 顯示了鈦陶瓷傳感器的結(jié)構(gòu)和油氣比與其電阻值之間的特性曲線。當(dāng)空燃比一旦超過(guò)理論空燃比值時(shí)，從圖 2 ， 22 中可見(jiàn)，鈦陶瓷氧傳感器的

43、輸出特性曲線的變化相當(dāng)大，呈階躍變化。由鈦陶瓷制成的一種富氧濃度傳感器已投入實(shí)際使用，這種傳感器在富氧濃度的范圍內(nèi)工作，其輸出的特性曲線與油氣混合比幾乎成線性關(guān)系。由于在富氧濃度范圍內(nèi)燃料在汽油機(jī)內(nèi)的燃燒是處于比理論空燃比更為稀薄的范圍內(nèi)進(jìn)行，所以這種燃燒方式也稱之為稀薄燃燒方式。3 電子燃油噴射控制系統(tǒng)的執(zhí)行器噴油器電子燃油噴射控制系統(tǒng)中，使用的噴油器是電磁式的，噴油器通過(guò)絕緣墊圈安裝在各缸的進(jìn)氣管上，并用輸油管與其相連，噴油器的結(jié)構(gòu)如圖 2 23 所示。當(dāng)來(lái)自電子控制單元的輸出信號(hào)到達(dá)嵌在噴射器金屬殼體內(nèi)的電磁線圈時(shí)，挺桿被磁力吸起，固定在挺桿上的針閥開(kāi)啟，噴油開(kāi)始。噴油器的形式根據(jù)它的結(jié)

44、構(gòu)大致可分為兩種，即針閥型和孔型。針閥型噴油器的噴口不易堵塞，而孔型噴油器噴孔所噴出的燃油霧化較好。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃油泵向噴油器提供大約為大氣壓力 2 倍的一個(gè)恒定的供油壓力。當(dāng)噴油器噴嘴內(nèi)的針閥開(kāi)啟時(shí)，燃油隨即噴出。由于設(shè)計(jì)的噴油器針閥抬起量是固定的，也就是說(shuō)燃油的噴射與針閥開(kāi)啟的時(shí)間成正比，這樣只要通過(guò)電子控制單元控制給電磁線圈通電的時(shí)間，就能完全控制燃油的噴射量。4 其它的空氣流量測(cè)量傳感器電子燃油噴射控制很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的測(cè)定，以進(jìn)氣量作為參照值來(lái)控制噴油量，來(lái)滿足進(jìn)入氣缸時(shí)的最佳油氣比。因此非常精確地測(cè)定進(jìn)氣量對(duì)電子燃油噴射控制系統(tǒng)是很必要的。除用已介紹的熱線空氣流量計(jì)

45、測(cè)量外，進(jìn)氣管壓力測(cè)量法、卡門(mén)渦街測(cè)量法和風(fēng)門(mén)型空氣流量計(jì)也適用于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量的測(cè)量。（ 1 ）進(jìn)氣管壓力測(cè)量法進(jìn)氣管壓力測(cè)量法是用一個(gè)壓力傳感器檢測(cè)節(jié)氣門(mén)后進(jìn)氣管內(nèi)的負(fù)壓壓力，通過(guò)測(cè)得的負(fù)壓和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速間接地計(jì)算出進(jìn)入的空氣流量。因此這種測(cè)量法又稱為“速度密度測(cè)量法”。此法中所用的半導(dǎo)體壓力傳感器由硅片、集成電路和真空室組成，其結(jié)構(gòu)及其輸出特性曲線如圖 2 24 所示。壓力傳感器的工作原理是利用半導(dǎo)體硅片的壓電效應(yīng)進(jìn)行壓力變送。封裝在真空室內(nèi)的硅片，由于一側(cè)受進(jìn)氣壓力的作用，另一側(cè)是真空，所以在進(jìn)氣壓力變化時(shí)硅片產(chǎn)生變形，使硅片的電阻值發(fā)生變化，導(dǎo)致橋式電路的輸出電壓發(fā)生變化。但傳感器實(shí)

46、際輸出值是經(jīng)過(guò)空氣溫度補(bǔ)償及放大后的值。由于壓差的關(guān)系引起壓電元件所組成的橋式電路中電阻阻值的變化而使電流偏流，通過(guò)對(duì)橋式平衡電路中電壓變化的測(cè)定即可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量。（ 2 ）卡門(mén)渦街測(cè)量法卡門(mén)渦街傳感器結(jié)構(gòu)及其輸出特性曲線如圖 2 25 所示。安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)的漩渦發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)不對(duì)稱的漩渦，這種漩渦稱之為卡門(mén)渦街流。漩渦產(chǎn)生的頻率與進(jìn)氣流速成正比，根據(jù)這一機(jī)理只要通過(guò)對(duì)漩渦產(chǎn)生的頻率進(jìn)行檢測(cè)就可測(cè)定進(jìn)氣流量，由卡門(mén)漩渦所產(chǎn)生的微小的氣流壓力波動(dòng)，通過(guò)一連接孔傳遞到一個(gè)細(xì)小的金屬鏡面上，在交錯(cuò)漩渦壓力的作用下，使金屬薄片鏡面產(chǎn)生振動(dòng)。由于鏡面的振動(dòng)使傳感器中發(fā)光二極管照射到該鏡面，

47、并折射到光電管的光線發(fā)生變化。這樣漩渦的頻率在渦流壓力作用下轉(zhuǎn)換成鏡面的振動(dòng)頻率，鏡面振動(dòng)頻率通過(guò)光電耦合器轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)。進(jìn)氣量愈大，脈沖信號(hào)的頻率愈高；進(jìn)氣量愈小，脈沖信號(hào)的頻率愈低。這樣采用光學(xué)的方法檢測(cè)金屬鏡面的振動(dòng)頻率就可測(cè)出進(jìn)氣流量。（ 3 ）風(fēng)門(mén)型空氣流量計(jì)風(fēng)門(mén)型空氣流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖 2 26 所示，其內(nèi)部電路及其輸出特性曲線如圖 2 27 所示。經(jīng)過(guò)空氣濾清器的清潔空氣在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸前通過(guò)此流量計(jì)。流量計(jì)內(nèi)的測(cè)量平板因氣流的壓力而開(kāi)啟，測(cè)量板的開(kāi)啟角度是由氣流壓力和作用在該板上的恢復(fù)彈簧力的大小所決定。為了檢測(cè)測(cè)量板的開(kāi)啟角度以計(jì)算進(jìn)氣流量，在測(cè)量板轉(zhuǎn)軸上接有電位差計(jì)，可將進(jìn)

48、氣流量所決定的測(cè)量板開(kāi)啟角度信號(hào)轉(zhuǎn)換成可由電子控制單元進(jìn)行計(jì)算的電壓信號(hào)。圖 2 27 風(fēng)門(mén)型空氣流量計(jì)內(nèi)部電路及其輸出特性曲線 1 燃油泵開(kāi)關(guān)； 2 電位計(jì) 2 2 2 發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火過(guò)程 點(diǎn)火提前角是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響很大。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)混合氣燃燒時(shí)，最高壓力點(diǎn)在上止點(diǎn)后 10 ° 15 °時(shí)所發(fā)出的功率最大。最高壓力點(diǎn)的位置主要是由著火延遲期所決定，而著火延遲是由點(diǎn)火提前角決定。發(fā)動(dòng)機(jī)最佳點(diǎn)火提前角與其轉(zhuǎn)速及進(jìn)氣管負(fù)壓壓力有關(guān)（見(jiàn)圖 2.28 ）。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，要求增大點(diǎn)火提前角。進(jìn)氣管中的負(fù)壓程度越高，要求的點(diǎn)火提前角也就越大。發(fā)

49、動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中的負(fù)壓程度主要取決于節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。雖然，經(jīng)過(guò)調(diào)整后的點(diǎn)火提前角與最佳點(diǎn)火提前角有相同的趨勢(shì)。但是，點(diǎn)火提前角的最佳值還和許多因素有關(guān)，如：燃燒室的幾何形狀，冷卻水溫度，進(jìn)氣溫度和壓力及燃料的性質(zhì)等。為了減少排氣中有害物質(zhì)的含量也要求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行精確的控制。在電子技術(shù)尚未應(yīng)用于汽車工業(yè)時(shí)，汽油機(jī)點(diǎn)火時(shí)間是由一離心執(zhí)行機(jī)構(gòu)并通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的負(fù)壓下運(yùn)行的真空控制器來(lái)進(jìn)行控制。這種機(jī)械式的點(diǎn)火方式無(wú)法運(yùn)用于復(fù)雜的、精確的控制。在現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制系統(tǒng)中，這種機(jī)構(gòu)的控制方式受到了極大的限制。而電子技術(shù)的引入，使汽油機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間得到最佳的控制，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性

50、能不斷提高。由于在電子點(diǎn)火控制中取消了原來(lái)的機(jī)械控制系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行可*性也得以提高。電子點(diǎn)火控制動(dòng)作是由事先儲(chǔ)存在電子控制單元存儲(chǔ)器內(nèi)的，在各種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件下應(yīng)具有的最佳點(diǎn)火時(shí)間來(lái)作出。即電子控制單元根據(jù)從各相關(guān)傳感器傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行判斷，并確定當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件，然后送出發(fā)動(dòng)機(jī)最佳點(diǎn)火時(shí)間的信號(hào)對(duì)點(diǎn)火器發(fā)出點(diǎn)火火花的時(shí)刻進(jìn)行控制。1 電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)功能電子點(diǎn)火控制單元接收來(lái)自相關(guān)傳感器的信號(hào)及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信息，通過(guò)判斷處理，確定當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)所處的狀態(tài)。然后電子點(diǎn)火控制單元計(jì)算出當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)所處狀態(tài)下的最佳點(diǎn)火時(shí)間，并將點(diǎn)火控制信號(hào)發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器的控制電路中。點(diǎn)火提前角由下式給出點(diǎn)

51、火提前角初始點(diǎn)火提前角十基本點(diǎn)火提前角十補(bǔ)償點(diǎn)火提前角（ 1 ）初始點(diǎn)火提前角初始點(diǎn)火提前角是點(diǎn)火基準(zhǔn)角。隨發(fā)動(dòng)機(jī)而異，作為點(diǎn)火的參考角度。（ 2 ）基本點(diǎn)火提前角基本點(diǎn)火提前角是發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的點(diǎn)火角度，它取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。在電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)中，電子控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度及進(jìn)氣量等信息從控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中查取相應(yīng)的點(diǎn)火提前角。這一角度是在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做大量實(shí)驗(yàn)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求進(jìn)行優(yōu)化處理而得到的。（ 3 ）補(bǔ)償點(diǎn)火提前角補(bǔ)償點(diǎn)火提前角是電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正和補(bǔ)償，使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)步提高。i 發(fā)動(dòng)機(jī)升溫時(shí)的點(diǎn)火提前補(bǔ)償當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后即進(jìn)行如圖 2.29 所示的點(diǎn)火提前補(bǔ)償，以提高汽