第八章發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)-第二節(jié)

《汽車電器與電子技術(shù)》

第八章發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)天津科技大學機械工程學院汽車系談炳發(fā)2/7/20231第八章發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)概述第一節(jié)電控汽油噴射系統(tǒng)的分類第二節(jié)發(fā)動機電控汽油噴射系統(tǒng)組成和工作原理第三節(jié)發(fā)動機怠速控制第四節(jié)發(fā)動機排放控制第五節(jié)燃油噴射系統(tǒng)實例2/7/20232概述

一、空氣供給系統(tǒng)

二、燃油供給系統(tǒng)

三、控制系統(tǒng)

四、汽油噴射控制第二節(jié)發(fā)動機電控汽油噴射系統(tǒng)組成和工作原理2/7/20233以電控單元(ECU)為控制核心，以空氣流量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速為控制基礎(chǔ)，以噴油器、怠速空氣調(diào)整器等為控制對象，保證獲得與發(fā)動機各種工況相匹配的最佳混合氣成分。相同的控制原則決定了各類電控汽油噴射系統(tǒng)具有相同的組成和類似的結(jié)構(gòu)。

它主要包括空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個部分。概述2/7/20234

空氣供給系統(tǒng)又稱進氣系統(tǒng)，其功能是提供、測量和控制汽油燃燒時所需要的空氣量，為發(fā)動機可燃混合氣的形成提供必需的空氣。在進氣支管內(nèi)，噴油器噴出的汽油與空氣混合形成混合氣后被吸入氣缸。

行駛時，空氣量由節(jié)氣門來控制。

怠速時，節(jié)氣門關(guān)閉，空氣量由旁通氣道或節(jié)氣門間隙控制。1.空氣供給系統(tǒng)的功能一、空氣供給系統(tǒng)2/7/202352.空氣供給系統(tǒng)的組成空氣供給系統(tǒng)主要由空氣濾清器、空氣流量計(進氣壓力傳感器)、進氣溫度傳感器、節(jié)氣門體及節(jié)氣門位置傳感器、進氣總管、進氣支管等組成。(如圖)進入氣缸內(nèi)的空氣量由節(jié)氣門的開度控制，并由空氣流量計進行計量。ECU把空氣流量信號作為控制噴油量和點火的主要依據(jù)之一。（1）空氣流量計（2）進氣壓力傳感器（3）節(jié)氣門體（4）節(jié)氣門位置傳感器2/7/20236

外界空氣經(jīng)空氣濾清器過濾后流經(jīng)空氣流量計、節(jié)氣門、進氣總管和進氣歧管，當某缸進氣門打開時進入該氣缸。返回2.空氣供給系統(tǒng)的組成2/7/20237空氣流量計的作用是計量進入發(fā)動機的空氣量，用于L型EFI系統(tǒng)?？諝饬髁坑嬘性S多類型，流量型電控汽油噴射系統(tǒng)采用葉片式、卡門渦旋式、熱線式和熱膜式空氣計量器，直接檢測空氣質(zhì)量流量；

D型電控汽油噴射系統(tǒng)根據(jù)進氣管絕對壓力間接測量空氣流量。（1）空氣流量計2/7/202381）葉片式空氣流量計葉片式空氣流量計又稱活門式或翼片式空氣流量計。它由葉片、電位計和接線插頭三部分組成。工作原理：

空氣通過流量計主通道時，葉片被推開；空氣流量增大，則氣流壓力增大，使轉(zhuǎn)角增大。同時，電位計中的滑臂與葉片轉(zhuǎn)軸同軸偏轉(zhuǎn)，插頭間電阻減小，輸出電壓降低，ECU感知空氣量的大小。返回2/7/202392）卡門渦旋式空氣流量計卡門渦旋式空氣流量計，它由在空氣通道中的錐狀渦旋發(fā)生器、渦旋頻率檢測器和接線插頭三部分組成。工作原理：

當空氣流過卡門渦旋發(fā)生器時，在渦旋發(fā)生器的后部產(chǎn)生卡門渦旋，測出卡門渦旋的頻率而感知空氣流量的大小。有反光鏡檢測和超聲波檢測。返回2/7/2023103）熱線式空氣流量計熱線式空氣流量計，主要由感知空氣流量的鉑金熱線和對空氣溫度進行修正的溫度補償電阻（冷線）以及接線插頭三部分組成。工作原理：

利用熱線與空氣的熱傳遞進行空氣流量測定。當空氣質(zhì)量流量增大時，空氣帶走的熱量增多，為保持熱線溫度，控制電路使通過熱線RH的電流增大，反之減小。返回2/7/202311熱線電流IH隨空氣質(zhì)量流量增大而增大，隨空氣質(zhì)量流量減小而減小。輸出信號是單臂電橋中電阻R1上的電壓降。

R2是溫度補償電阻，R3是電橋電阻，RH是熱線?？刂破髟O(shè)有穩(wěn)壓電路，控制熱線兩端電壓保持恒定，而不受外部電源變動的影響；熱線電流IH是空氣質(zhì)量流量的單一函數(shù)，在測量中不需要對進氣密度進行修正。返回3）熱線式空氣流量計2/7/2023124）熱膜式空氣流量計熱膜式空氣流量計與熱線式空氣流量計的結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同，只是將發(fā)熱體由熱線改為熱膜，即將熱線、補償電阻、精密電阻等鍍在一塊陶瓷片上，或?qū)l(fā)熱金屬鉑固定在薄的樹脂膜上。

發(fā)熱體不直接承受空氣流動產(chǎn)生的作用力，增加了強度，提高了流量計的可靠性和使用壽命，同時降低了制造成本。返回2/7/202313（2）進氣壓力傳感器進氣壓力傳感器是一種間接檢測空氣流量是傳感器，用于D型EFI系統(tǒng)中。ECU根據(jù)進氣管的負壓值推算空氣密度，然后再根據(jù)空氣密度和轉(zhuǎn)速計算發(fā)動機的進氣量。常用的有半導體壓敏電阻式和真空膜合式。

主要由硅膜片、集成電路、濾清器、真空室和殼體組成。2/7/202314（3）節(jié)氣門體節(jié)氣門體裝在空氣流量計與發(fā)動機進氣總管之間的進氣管上。它由節(jié)氣門、怠速旁通氣道、怠速調(diào)節(jié)螺釘、附加空氣閥組成。節(jié)氣門與加速踏板聯(lián)動，由加速踏板控制節(jié)氣門開度，對發(fā)動機的輸出功率進行控制。2/7/202315

怠速旁通氣道和調(diào)節(jié)螺釘發(fā)動機怠速時，節(jié)氣門處于關(guān)閉位置。怠速運轉(zhuǎn)所需要的空氣量由旁通氣道或節(jié)氣門間隙提供。在旁通氣道中，安裝有能改變通道截面積的怠速調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速。返回怠速旁通氣道2/7/202316附加空氣閥附加空氣閥常用的有雙金屬片式和石蠟式兩種。它們都是根據(jù)發(fā)動機的溫度變化，自動改變旁通閥的流通截面大小，調(diào)節(jié)旁通道的附加空氣流量。返回2/7/202317雙金屬片式是根據(jù)發(fā)動機溫度和電熱絲加熱使雙金屬片彎曲的程度改變閥板孔位置。返回2/7/202318石蠟式是根據(jù)冷卻液溫度使恒溫石蠟熱脹冷縮的程度改變錐閥的開度。返回2/7/202319(4)節(jié)氣門位置傳感器（TPS）安裝在節(jié)氣門體上，是檢測節(jié)氣門開度的傳感器。將節(jié)氣門不同開度下的角度信號轉(zhuǎn)換成電信號由ECU控制噴油量。怠速觸點（IDL）信號用于斷油控制和點火提前角的修正。有線性輸出型和開關(guān)量輸出型兩種。2/7/2023201）線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器測量與節(jié)氣門開度相對應(yīng)的線性輸出電壓，判斷節(jié)氣門開度大小。怠速觸點，全閉時接通，輸出高電壓。返回2/7/2023212）開關(guān)量輸出型節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門關(guān)閉，可動觸點與怠速觸點接通，輸出低電壓。節(jié)氣門全開，可動觸點與全開觸點接通，輸出高電壓。返回2/7/202322二、燃油供給系統(tǒng)1.燃油供給系統(tǒng)的功能

燃油供給系統(tǒng)的功能是向發(fā)動機精確提供各種工況下所需要的燃油量。燃油由燃油泵從油箱中泵出，經(jīng)過過濾器，除去雜質(zhì)及水分后，再送至燃油脈動阻尼器，以減少其脈動，由壓力調(diào)節(jié)器調(diào)壓。具有一定壓力的燃油流至供油總管，再經(jīng)各供油歧管送至各缸噴油器。2/7/2023232.燃油供給系統(tǒng)的組成

燃油系統(tǒng)由燃油泵、燃油濾清器、燃油緩沖器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、噴油器、冷起動噴油器和溫度-時間開關(guān)及燃油分配管等組成。返回2/7/202324

燃油泵的功用是從燃油箱吸出燃油，加壓后供給噴油器。目前普遍使用濕式電動燃油泵。

（1）電動汽油泵

溢流閥可避免因油管路阻塞時壓力過高造成油管破裂或燃油泵損壞。

單向閥可防止燃油倒流，使發(fā)動機熄火后管路內(nèi)仍能保持油壓力，減少氣阻現(xiàn)象，使發(fā)動機高溫起動容易。電動汽油泵有滾柱泵、齒輪泵、渦輪泵和側(cè)槽泵等形式。返回2/7/202325（2）壓力調(diào)節(jié)器燃油壓力調(diào)節(jié)器作用是使燃油分配油管的油壓與進氣支管壓力之差為恒定值。當進氣壓力恒定時，噴油量的多少主要與噴油持續(xù)時間和噴油壓力有關(guān)，噴射時間越長、噴油壓力越大，噴油量就越多。返回現(xiàn)代的電控燃油噴射系統(tǒng)中，一般通過燃油壓力調(diào)節(jié)器的控制作用使噴油壓力與進氣管內(nèi)的壓力差為恒定值。這樣，噴油器的噴油量便只與噴油時間有關(guān)，ECU就通過控制噴油器的噴油時間來控制噴油量的多少。2/7/202326

彈簧室1由真空軟管與進氣支管連接彈簧力作用在膜片上。

燃油室4有兩個管口分別與燃油分配管及回油管連接。當燃油壓力超過預(yù)定的數(shù)值時，燃油將推動膜片，打開回油孔，流回油箱，保持噴油壓力恒定。電動燃油泵停止工作時，膜片在彈簧力作用下將回油孔關(guān)閉，使油泵單向閥和燃油壓力調(diào)節(jié)器之間的油管路內(nèi)保持一定的油壓力。返回2/7/202327(3)噴油器

噴油器是一種電磁式執(zhí)行器，受ECU的指令，將燃油噴入進氣歧管使其霧化，并與空氣混合形成可燃混合氣?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖工作原理分類返回2/7/202328發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)傳感器的輸入信號發(fā)出控制信號，使控制電路中的大功率管導通，噴油器電磁線圈電路接通產(chǎn)生電磁吸力。

當電磁吸力超過閥的彈簧力和燃油壓力的合力時，鐵心被吸起，噴油器閥打開并開始噴油，當大功率管截止時，電磁線圈斷電，停止噴油。返回噴油器工作原理2/7/202329噴油器的分類1）按用途可分為：SPI用噴油器和MPI用噴油器2）按燃油送入位置分：上部給料式和下部給料式3）按噴口的形式分：軸針式和孔式（球閥、片閥）4）按電磁線圈阻值分：低阻式和高阻式返回2/7/202330（4）冷起動噴油器

冷起動噴油器也是一種電磁式噴油器，安裝在進氣總管中部節(jié)氣門前，只在發(fā)動機低溫起動時工作，一般根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度由冷起動噴油器溫度時間開關(guān)控制。由于冷起動噴油器安裝在進氣總管上，對各缸的供油均勻性較差，因而，有的車已取消了冷起動噴油器，冷起動的噴油任務(wù)改由各缸的噴油器完成。冷車起動時，在點火開關(guān)和溫度時間開關(guān)均接通后，電磁線圈通電，閥打開而噴油。燃油在噴出時具有較大的噴射錐角，且在噴嘴處形成旋轉(zhuǎn)運動，改善了燃油的霧化性能。返回2/7/202331功能：是根據(jù)發(fā)動機工況和車輛運行狀況確定汽油的最佳噴射量，使發(fā)動機既可獲得較大的動力，又可具備良好的經(jīng)濟性，同時又能滿足對排放的要求。結(jié)構(gòu)組成：由傳感器、執(zhí)行器、ECU組成。ECU是電控汽油噴射系統(tǒng)的核心。

總體結(jié)構(gòu)示意圖三、控制系統(tǒng)工作原理圖返回2/7/202332返回2/7/202333ECU是電子控制的中心，具有空燃比控制、點火正時控制、加減速控制、下坡斷油控制、超速控制、怠速控制、空調(diào)控制等功能。返回2/7/2023341.傳感器

（1）溫度傳感器

（2）發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸位置傳感器（3）爆燃傳感器（4）大氣壓力傳感器

返回2/7/202335

冷卻液溫度傳感器的功能是檢測發(fā)動機冷卻液溫度，將信號輸入給ECU。

進氣溫度傳感器的功能是檢測發(fā)動機吸入空氣的溫度，將信號輸入給ECU。一般安裝在空氣測量部位。溫度傳感器主要有繞線電阻式、熱敏電阻式、熱電偶式等。返回（1）溫度傳感器2/7/202336

熱敏電阻式溫度傳感器是利用半導體的電阻隨溫度變化而改變的特性制成的。有NTC（負溫度系數(shù)）和PTC（正溫度系數(shù)）兩種。使用溫度一般限于300度以內(nèi)。返回熱敏電阻式溫度傳感器2/7/202337（2）發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸位置傳感器其功能是檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn)角位置。可分為電磁式、光電式、霍爾式三大類。安裝位置有：曲軸前端、凸輪軸前端、飛輪上、分電器內(nèi)。（3）爆燃傳感器功能是檢測發(fā)動機的工作狀態(tài)，將信號傳給ECU，判斷發(fā)動機有無爆燃現(xiàn)象。用于點火閉環(huán)控制。檢測方法有：氣缸壓力、發(fā)動機機體振動、燃燒噪聲。（4）大氣壓力傳感器功能是檢測大氣壓力，將信號輸給ECU，對燃油噴射量進行修正。當采用葉片式和卡門渦旋式空氣流量計時，因吸入空氣的密度隨大氣壓力變化，會影響空燃比。返回2/7/2023382.執(zhí)行器執(zhí)行器主要使用繼電器。接受ECU的指令，執(zhí)行具體動作，完成控制功能。

包括主繼電器和斷路繼電器返回2/7/202339（1）主繼電器

主繼電器一般采用滑閥型。當點火開關(guān)ON，電流通過主繼電器線圈，滑閥被吸引，觸點閉合，電源向EFI供電。當點火開關(guān)OFF，主繼電器斷開，EFI的供電電源被切斷。返回2/7/202340（2）斷路繼電器

功能是控制電動汽油泵的電源。通常僅在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時接通電路。接汽油泵發(fā)動機運轉(zhuǎn)信號

點火開關(guān)STA，線圈W2通電，觸點閉合，汽油泵通電泵油。

發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時,W2失電,FC接通,W1通電,觸點處于閉合狀態(tài),汽油泵正常供油。返回電源供給回路分析2/7/202341返回電動汽油泵電源供給回路分析2/7/2023423.電子控制單元

電子控制單元（ECU）是電子控制系統(tǒng)的核心部件，基本功能有：（1）接收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，將輸入的信息轉(zhuǎn)變?yōu)镋CU能接受的信號。（2）存儲、計算和分析處理信息存儲車型的特點參數(shù)、運算數(shù)據(jù)、故障信息。（3）運算分析根據(jù)輸入信息計算執(zhí)行命令的數(shù)值，同時與標準值進行比較，判斷故障。（4）輸出執(zhí)行命令向執(zhí)行器輸出執(zhí)行命令、輸出故障信息。（5）自我修正功能返回2/7/202343ECU的基本結(jié)構(gòu)ECU主要由輸入回路、A/D轉(zhuǎn)換器、微型計算機輸出回路四部分組成。2/7/202344輸入回路輸入回路的作用是將系統(tǒng)中各傳感器檢測到的信號經(jīng)過I/O接口送入微型計算機，對汽油機運行工況進行實時檢測和控制。根據(jù)輸入信號的類型不同，輸入ECU后的處理方法也不一樣。輸入信號有模擬信號和數(shù)字信號。返回2/7/202345輸入模擬信號輸入的模擬信號有：空氣流量、空氣溫度、冷卻液溫度、發(fā)動機負荷、電源電壓、氧傳感器電壓等。模擬信號通常是隨時間緩慢變化的連續(xù)信號，需要先轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，才能輸入ECU進行處理。返回2/7/202346輸入數(shù)字信號輸入的數(shù)字信號有：曲軸位置傳感器、車速傳感器等脈沖信號。傳感器的脈沖信號經(jīng)過輸入回路整形成有規(guī)則的脈沖，通過I/O接口直接送入微機。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時，輸出電壓的幅值就增大；當發(fā)動機低速時，電壓信號顯得較弱，通過整形電路，將其放大和整形成規(guī)則的脈沖，再送入微機。返回2/7/202347A/D轉(zhuǎn)換器的作用是：將微機不能直接處理的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再送入微機。微機的作用是：根據(jù)汽車運行工況，對傳感器送來的信號進行運算處理，并把處理的結(jié)果送往輸出回路。輸出回路的作用是：把電壓較低的微機輸出信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動執(zhí)行元件按要求工作的信號。如：噴油器驅(qū)動信號、點火控制信號、電動汽油泵驅(qū)動信號。返回2/7/202348ECU根據(jù)發(fā)動機的進氣量和轉(zhuǎn)速計算出基本噴油脈寬（噴油持續(xù)時間）；再根據(jù)冷卻液溫度、進氣溫度、節(jié)氣門開度等與發(fā)動機工況有關(guān)的參數(shù)，對基本噴油脈寬進行修正，確定最佳噴油脈寬，獲得該工況下的最佳空燃比。噴油定時則是由ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸位置傳感器檢測到的上止點位置曲軸轉(zhuǎn)角和判缸等信號確定的。汽油噴射控制包括三個方面：

四、汽油噴射控制返回噴油正時、噴油持續(xù)時間（噴油量）斷油控制2/7/202349（一）噴油正時控制噴油正時是噴油器噴油的開始時刻。異步噴射是ECU根據(jù)傳感器輸入信號控制開始噴油時間，與曲軸轉(zhuǎn)角位置無關(guān)。同步噴射是指汽油的噴射與發(fā)動機旋轉(zhuǎn)同步，ECU根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角位置控制開始噴油時間。連續(xù)噴射：燃油噴射的時間占有全循環(huán)的時間。連續(xù)噴射僅限于進氣管噴射的情況。間歇噴射：也叫脈沖噴射，進一步可分為：

同時噴射、分組噴射、順序噴射三種。返回2/7/2023501.同時噴射所有噴油器在ECU的同一指令下同時開始噴射和停止，其噴油脈寬相等。在同時噴射方式中，又有單循環(huán)雙噴油（即曲軸每轉(zhuǎn)一圈噴油一次）和單循環(huán)四噴油（即曲軸每轉(zhuǎn)一圈噴油兩次）兩種。返回同時噴射正時圖同時噴射電路圖2/7/202351返回各噴油器電磁線圈電路同時接通和切斷，使各缸噴油器同時噴油。圖中曲軸每轉(zhuǎn)一周，各缸噴油器同時噴一次油，即在發(fā)動機的一個工作循環(huán)中噴油兩次。兩次噴射的燃油在進氣門打開時一起進入氣缸。多缸同時噴射正時圖2/7/202352多缸同時噴射電路圖所有的噴油器并聯(lián)，ECU根據(jù)曲軸位置傳感器輸入的基準信號，輸出噴油器控制信號，控制功率三極管的導通和截止。同時噴射的方式控制電路簡單，但是各氣缸對應(yīng)的噴射時間不可能最佳，致使各缸混合氣成分略有不同。返回2/7/2023532.多缸分組噴射將一臺發(fā)動機的全部氣缸根據(jù)氣缸總數(shù)的多少分為2～4組（一般四缸分2組，六缸分2或3組，八缸分4組），同一組噴油器采用同時噴射方式，不同組的噴油器進行交替噴射。每個工作循環(huán)每組噴射一次或二次。分組噴射正時圖分組噴射電路圖返回2/7/202354ECU分別控制兩組噴油器交替噴射在每一工作循環(huán)中，各噴油器均噴油一次。多缸分組噴射正時圖2/7/202355多缸分組噴射電路圖2/7/2023563.各缸順序噴射在發(fā)動機的一個工作循環(huán)內(nèi)，各噴油器按照發(fā)動機的工作順序，依次在本氣缸排氣行程上止點前噴油一次。比如，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為4600r/min時，相應(yīng)噴油間隔時間僅為0.0065s，所以說，順序噴射方式控制精度高，各缸混合氣均勻性好，提高了發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及排放凈化程度。返回順序噴射正時圖順序噴射電路圖2/7/202357返回噴油正時大多在排氣行程上止點前60°

~70°。順序噴射可以根據(jù)發(fā)動機工況設(shè)定最佳的噴油時刻，對混合氣形成有利。各缸順序噴射正時圖2/7/202358各噴油路受ECU的單獨控制，且要具有精確的噴油正時，一般需要正時和缸序兩個信號。由于進、排氣存在氣門重疊角問題，如果噴油過早，容易和上一循環(huán)的廢氣相混而排出；過晚將會使噴射的燃油不能全部進缸，影響發(fā)動機的輸出功率。返回各缸順序噴射電路圖2/7/202359（二）噴油持續(xù)時間（噴油量）控制汽油噴射持續(xù)時間實際上就是由ECU運算后輸送給噴油器的噴油脈沖信號的寬度。EFI系統(tǒng)對噴油量控制的核心是精確地確定和控制噴油的持續(xù)時間。根據(jù)發(fā)動機工況，噴油持續(xù)時間有三類：

返回1.起動時噴油持續(xù)時間2.起動后噴油持續(xù)時間3.起動后異步噴射2/7/202360發(fā)動機起動時，轉(zhuǎn)速波動大，無論D系統(tǒng)、L系統(tǒng)都不能精確地確定進氣量，無法計算噴油時間。ECU根據(jù)起動工況，依據(jù)存儲的冷卻液溫度---噴油時間圖中找出相應(yīng)的基本噴油時間，再用進氣溫度和蓄電池電壓進行修正，得到起動時的噴油持續(xù)時間。有的EFI系統(tǒng)，在起動工況，ECU根據(jù)冷卻液溫度控制噴油器或冷起動噴油器進行異步噴射。1.起動時噴油持續(xù)時間返回2/7/202361（1）基本噴射持續(xù)時間根據(jù)空氣流量和曲軸位置信號確定，對于體積流量，用進氣溫度和大氣壓力修正。（2）溫度修正系數(shù)冷起動、低溫起動、夏天高溫行駛后熄火10~30分鐘后起動，需要增量修正。（3）加減速運轉(zhuǎn)時的修正系數(shù)加速時