汽車發(fā)動機管理系統(tǒng)課件第1章 電控汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)

第1章電控汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)

汽油發(fā)動機是汽車上重要的動力裝置形式，其性能的好壞直接影響汽車的動力性、經(jīng)濟性、可靠性及排放性能等。電控汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)能充分利用電子技術(shù)、計算機技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的優(yōu)勢，極大限度地優(yōu)化發(fā)動機的工作狀況，提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性等性能，降低汽車尾氣中有害物質(zhì)的排放量。目前，電控汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)是一個綜合型控制系統(tǒng)，除了包含兩個主要的控制功能：電控汽油噴射系統(tǒng)、電控點火系統(tǒng)，還包括進氣控制系統(tǒng)、排放控制系統(tǒng)、故障自診斷系統(tǒng)等輔助控制功能。1.1電控汽油噴射系統(tǒng)

電控汽油噴射系統(tǒng)的控制內(nèi)容主要包括噴油量控制與噴油時刻控制，將具有一定壓力的汽油適時噴射到進氣歧管或氣缸內(nèi)，使發(fā)動機在各種工況下都能提供適量的、霧化良好的汽油，獲得最佳空燃比的可燃混合氣，從而實現(xiàn)提高動力性、降低油耗、減少排氣污染等功能。

電控汽油噴射系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：1.進氣阻力小。進氣管道中沒有了喉管的阻礙作用，進氣歧管設(shè)計自由度大，使發(fā)動機的充氣效率得以提高，從而有效地提高了發(fā)動機的動力性。1.1.1電控汽油噴射系統(tǒng)概述

2.霧化效果好。汽油以一定壓力噴出，霧化質(zhì)量高，有助于形成空燃比適當、各缸均勻的混合氣，充分發(fā)揮汽油的效能，降低油耗和排氣污染。尤其在發(fā)動機處于低溫、低速時，仍具有良好的霧化效果，改善了發(fā)動機低溫起動性能和汽車爬坡性能。3.空燃比控制精度高。電控汽油噴射系統(tǒng)可直接或間接測量發(fā)動機的進氣量，進而計量出發(fā)動機燃燒所需的供油量，同時根據(jù)冷卻液溫度、尾氣中氧含量等參數(shù)進行適時修正，以此精確控制發(fā)動機各種工況下的空燃比，有效提高其動力性、經(jīng)濟性及排放性能。4.動態(tài)響應(yīng)快。由于汽油以一定的壓力直接噴射到進氣歧管或氣缸內(nèi)，其對節(jié)氣門的響應(yīng)速度快，可以消除發(fā)動機變工況時汽油供給的遲滯現(xiàn)象，有利于提高汽車的加速性能。5.便于協(xié)調(diào)控制。汽車各個電子控制系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制，可使汽車的安全性、舒適性、動力性及經(jīng)濟性進一步提高。例如，電控汽油噴射系統(tǒng)與電控點火系統(tǒng)、驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)等之間的協(xié)調(diào)控制。。1.按噴油器控制方式分類

按照噴油器控制方式不同，汽油發(fā)動機噴射系統(tǒng)可分為機械控制式、機電控制式及電子控制式三種。2.按噴油器安裝位置分類

按照噴油器安裝位置不同，電控汽油噴射系統(tǒng)可分為缸外噴射與缸內(nèi)噴射兩種形式。3.按噴油器的數(shù)目分類

按照噴油器的數(shù)目不同，電控汽油噴射系統(tǒng)可分為單點噴射（SPI）與多點噴射(MPI)兩種形式。1.1.2電控汽油噴射系統(tǒng)分類

4.按噴油器的噴射方式分類

按照噴油器的噴射方式不同，電控汽油噴射系統(tǒng)可分為連續(xù)噴射和間歇噴射兩種形式。間歇噴射又可分為同時噴射、分組噴射和順序噴射三種形式。5.按進氣量檢測方式分類

按照進氣量檢測方式不同，電控汽油噴射系統(tǒng)可分為間接檢測和直接檢測兩種形式。6.按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類

按照控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同，電控汽油噴射系統(tǒng)可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種形式。1.空氣供給系統(tǒng)

空氣供給系統(tǒng)的作用是控制和計量發(fā)動機工作所需要的空氣量。1.1.3電控汽油噴射系統(tǒng)組成與原理2.汽油供給系統(tǒng)

汽油供給系統(tǒng)的作用是供給發(fā)動機燃燒過程所需要的汽油，并對汽油進行過濾和霧化。

（1）汽油泵

汽油泵的作用是將汽油從油箱內(nèi)吸入、壓出，為汽油供給系統(tǒng)提供源源不斷的具有一定壓力的汽油。

（2）汽油壓力調(diào)節(jié)器

電控汽油噴射系統(tǒng)工作時，噴油器的噴油量由噴油器的噴油壓力及開啟時間確定，其中噴油壓力是指噴油器的前后壓力差值，數(shù)值上等于系統(tǒng)油壓與進氣歧管壓力之差。汽油壓力調(diào)節(jié)器的作用是使噴油器的系統(tǒng)油壓或噴油壓力保持穩(wěn)定，以保證控制單元（ECU）通過控制噴油器的噴油時間即可準確控制汽油噴射量。

按照調(diào)節(jié)方式的不同，汽油壓力調(diào)節(jié)器有絕對壓力調(diào)節(jié)和相對壓力調(diào)節(jié)兩種形式。

（3）噴油器

噴油器實質(zhì)上即為一個電磁閥，其是汽油供給系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，根據(jù)ECU發(fā)出的噴油脈沖信號，精確控制汽油噴射量，同時將汽油噴射后霧化。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，噴油器有幾種分類形式。根據(jù)噴油器的燃料送入方式，可分為頂供式噴油器和底供式噴油器；根據(jù)噴油器的用途，可分為單點式噴油器和多點式噴油器；根據(jù)噴油器的阻值大小，可分為低阻型噴油器和高阻型噴油器；根據(jù)噴油器的噴口特點，可分為軸針式、球閥式及片閥式噴油器。

3.電子控制系統(tǒng)

電子控制系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元（ECU）及執(zhí)行器三個部分組成，其作用是電子控制單元根據(jù)傳感器采集到的信號計算、確定最佳噴油量和最佳噴油時刻，發(fā)出指令控制執(zhí)行元件動作實現(xiàn)最佳噴油的控制。

（1）傳感器

傳感器是一種信號檢測與轉(zhuǎn)換裝置，安裝在發(fā)動機的相關(guān)部位，其功能是檢測發(fā)動機運行狀態(tài)的各種電量、物理量和化學(xué)量參數(shù)。電控汽油噴射系統(tǒng)中常見的傳感器有空氣流量計、進氣歧管壓力傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器及氧傳感器等。

①空氣流量計

空氣流量計通常安裝在空氣濾清器后面，其作用是將吸入發(fā)動機的空氣量轉(zhuǎn)換成電信號送至ECU?？諝饬髁坑嬓盘柺谴_定基本噴油量的主要依據(jù)之一，按照其測量原理可分為體積流量式和質(zhì)量流量式。

體積流量式空氣流量計測得的數(shù)據(jù)為每秒鐘多少毫升的空氣量，一般還要根據(jù)進氣溫度和大氣壓力修正為質(zhì)量流量，主要有翼片式與卡門旋渦式兩種。其中，翼片式空氣流量計現(xiàn)已基本淘汰。

質(zhì)量流量式測得的數(shù)據(jù)直接為每秒鐘多少克的空氣量，目前使用較多，主要包括熱線式與熱膜式兩種。

②進氣歧管壓力傳感器

進氣歧管壓力傳感器一般安裝在節(jié)氣門后方進氣管道上，其作用與空氣流量計相同，用于測量發(fā)動機的進氣量。與空氣流量計不同的是進氣歧管壓力傳感器依據(jù)發(fā)動機的負荷變化測量進氣歧管壓力的相應(yīng)值，

采用間接測量方式測算發(fā)動機的進氣量。

進氣歧管壓力傳感器根據(jù)信號產(chǎn)生的原理不同，可分為壓敏電阻式、電容式、可變電感式及表面彈性波式等類型。其中，電容式和壓敏電阻式在當今D型電控汽油噴射系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。。

③節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器通常安裝在節(jié)氣門體上，可以將節(jié)氣門開度、怠速、加減速等信號轉(zhuǎn)換成電信號傳送給ECU，以便ECU可以根據(jù)發(fā)動機的各種典型工況對噴油量及噴油時刻進行最優(yōu)控制。節(jié)氣門位置傳感器有開關(guān)量輸出和線性輸出兩種形式。

④溫度傳感器

判定發(fā)動機的熱狀態(tài)、計算進氣質(zhì)量流量及排氣凈化處理等，需要對發(fā)動機冷卻液溫度、進氣溫度及排氣溫度等進行連續(xù)精確地測量，因此電控汽油發(fā)動機上設(shè)置有一些溫度傳感器。其中，進氣溫度傳感器與冷卻液溫度傳感器普遍采用負溫度系數(shù)熱敏電阻式溫度傳感器，分別安裝于進氣管道、冷卻液管道上，用于感知進氣溫度和冷卻液溫度。

溫度傳感器有繞線電阻式、熱敏電阻式、擴散電阻式、半導(dǎo)體晶體管式、金屬芯式及熱電偶式等類型，在電控汽油噴射系統(tǒng)中應(yīng)用較多的是繞線電阻式和熱敏電阻式溫度傳感器。

⑤氧傳感器

氧傳感器安裝于排氣管上，是發(fā)動機空燃比控制的反饋信號，用于檢測發(fā)動機的實際空燃比，由此判斷實際可燃混合氣的濃和稀，向ECU提供空燃比的反饋信號，從而控制空燃比收斂于理論值附近的狹窄范圍內(nèi)，提高三元催化轉(zhuǎn)換器的凈化效果，降低排氣污染。

氧傳感器主要有傳統(tǒng)的氧化鋯式和氧化鈦式兩種類型，此外還有可用于稀薄燃燒控制的寬量程氧傳感器。

⑥曲軸位置傳感器

曲軸位置傳感器是電控汽油噴射系統(tǒng)的最重要傳感器之一，一般安裝于分電器內(nèi)或曲軸的前后端或凸輪軸的前后端，可提供發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角信號、氣缸（活塞）行程位置信號及發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，以此確定發(fā)動機的基本噴油量、噴油時刻及點火時刻。按照檢測原理的不同，曲軸位置傳感器可分為光電式、電磁式及霍爾式三種類型，由于電磁式、霍爾式傳感器抗污能力及高速時信號識別能力強，因此應(yīng)用較為廣泛。

（2）電子控制單元

電子控制單元（ECU）是電控汽油噴射系統(tǒng)的核心部件，其功能是根據(jù)各種傳感器和控制開關(guān)輸入的信號參數(shù)，對汽油噴射量和噴油時刻進行實時控制，以使發(fā)動機獲得最佳空燃比。ECU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由輸入回路、A/D轉(zhuǎn)換器、微型計算機及輸出回路等四部分組成，其控制核心為微型計算機。

汽油噴射控制主要是指噴油正時控制和噴油量控制。噴油正時主要依據(jù)曲軸位置傳感器和霍爾傳感器信號進行控制，實現(xiàn)最佳時刻噴射燃油（例如排氣行程上止點前70°曲軸轉(zhuǎn)角），其控制原理與點火時刻控制相似，將在后續(xù)章節(jié)介紹。噴油量控制即為噴射持續(xù)時間控制，其目的是根據(jù)電子控制單元所設(shè)定的目標空燃比來精確控制噴油量，使混合氣達到最佳空燃比。

發(fā)動機正常工作時，汽油噴射持續(xù)時間控制主要分為兩大類：一類是發(fā)動機起動后噴油量控制；一類是起動時噴油量控制，兩者的控制模型不完全相同。1.1.4電控汽油噴射系統(tǒng)控制原理1.起動后噴油量控制

電子控制單元首先根據(jù)發(fā)動機的進氣量和轉(zhuǎn)速信號確定基本噴油量，再根據(jù)水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氧傳感器等信號進行修正，確定出最佳的噴油持續(xù)時間，并發(fā)出指令控制噴油器動作，從而實現(xiàn)發(fā)動機在最佳空燃比狀態(tài)下工作。

（1）基本噴油量控制

基本噴油量是指發(fā)動機在正常的工作溫度下穩(wěn)定運行時為獲得最佳空燃比所需要的噴油量。由于噴油器的特征參數(shù)與噴油壓力差相對恒定，噴油器的噴油量與噴油持續(xù)時間成正比，因此基本噴油量控制實質(zhì)就是基本噴油時間控制?；緡娪蜁r間的確定方法主要有公式計算法和數(shù)值查尋法兩種。

①公式計算法

基本噴油時間是以一個進氣行程中吸入氣缸內(nèi)的空氣質(zhì)量為依據(jù)來進行計量的。如果已知某氣缸進氣行程吸入氣缸的空氣質(zhì)量（Ga）與目標空燃比（A/F），則可以確定該氣缸此時所需要的理論燃油質(zhì)量（Gf）。因此，只要獲得發(fā)動機每一轉(zhuǎn)吸入氣缸的空氣質(zhì)量、氣缸數(shù)以及目標空燃比（A/F），計算得到基本噴油量，從而進一步獲得基本噴油時間。

②數(shù)值查尋法

數(shù)值查尋法是將由試驗獲得的特定工況下發(fā)動機轉(zhuǎn)速、空氣流量（或進氣歧管壓力）與最佳基本噴油時間的關(guān)系數(shù)據(jù)事先存儲在電子控制單元的只讀存儲器ROM中。當發(fā)動機工作時，控制單元根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與空氣流量（或進氣歧管壓力），從ROM中查尋相應(yīng)數(shù)據(jù)即可獲得基本噴油時間。如果發(fā)動機的工作在非特定工況，ECU則根據(jù)該工況周圍的四個特定工況點的基本噴油時間，通過插值法獲得該工況的基本噴油時間。

（2）噴油量修正控制

噴油量修正控制的目的是使發(fā)動機在各種情況下都能獲得最佳空燃比，使發(fā)動機始終工作在最佳狀態(tài)。噴油量修正控制主要有以下幾個方面：①起動后燃油加濃修正

發(fā)動機起動后，為了保證發(fā)動機在溫度較低，燃油霧化不良的情況下能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，須進行起動后燃油加濃修正。在點火開關(guān)從“起動”位置轉(zhuǎn)到“點火”位置的瞬間，電子控制單元作出起動后燃油加濃修正控制。ECU根據(jù)冷卻液溫度信號確定起動后燃油加濃修正系數(shù)的初始值，再根據(jù)時間或發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)遞減燃油加濃修正系數(shù)。

②暖機時燃油加濃修正

發(fā)動機冷機起動后，即進入暖機階段。暖機時燃油加濃修正也是燃油氣化不足的一種補充措施。但是，起動后燃油加濃修正數(shù)十秒后即告結(jié)束，而暖機時燃油加濃修正則一直持續(xù)進行，直到冷卻液溫度達到規(guī)定值。暖機時燃油加濃修正系統(tǒng)伴隨著冷卻液溫度的上升而減小。③高溫時燃油加濃修正

高溫時燃油加濃修正的目的是提高發(fā)動機的熱起動性能。當發(fā)動機溫度過高時，燃油管內(nèi)的汽油就會蒸發(fā)產(chǎn)生汽油蒸氣，致使噴油器的實際噴油量減少。因此，為了解決高溫起動時混合氣稀化問題，需要進行高溫時燃油加濃修正，增加燃油噴射量。ECU根據(jù)起動信號和冷卻液溫度作出燃油加濃修正控制。

④加速時燃油加濃修正ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號做出加速時燃油加濃修正控制，根據(jù)空氣流量計或進氣歧管壓力傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器及冷卻液溫度傳感器的信號確定加速噴油修正量。⑤減速時燃油減量修正ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號作出減速時燃油減量修正控制，根據(jù)空氣流量計或進氣壓力傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器及冷卻液溫度傳感器的信號確定減速噴油修正量。修正系數(shù)與負荷變化率、冷卻液溫度關(guān)系與加速時燃油加濃修正相似，只是一個是加濃修正，一個是減量修正。

⑥大負荷、高轉(zhuǎn)速燃油加濃修正

當節(jié)氣門開度大于設(shè)定值時，ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號做出大負荷燃油加濃修正控制；當節(jié)氣門開度小于設(shè)定值時，大負荷燃油加濃修正立即取消。高轉(zhuǎn)速燃油加濃修正的控制目的與大負荷燃油加濃修正相似。ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器信號做出高轉(zhuǎn)速燃油加濃修正控制。⑦燃油停供修正

燃油停供修正的實質(zhì)是ECU停止給噴油器發(fā)送噴油脈沖信號，噴油器停止供油。進行燃油停供修正的情況有兩種：一種是汽車減速時停止供油，以降低燃油消耗和排放污染。另一種是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速過高時停止供油，即超速燃油停供，以防止發(fā)動機損壞。⑧蓄電池電壓變化時燃油量修正

當蓄電池電壓降低時，噴油器的無效噴射時間增加，噴油量相對減小；相反，當蓄電池電壓升高時，噴油器的無效噴射時間減少，噴油量相對增大。為了消除因蓄電池電壓變化而導(dǎo)致的噴油量偏差現(xiàn)象，ECU根據(jù)蓄電池電壓的變化對噴油器的通電時間進行修正。⑨理論空燃比反饋修正

為了有效地利用三元催化轉(zhuǎn)換裝置，需要對空燃比進行精確控制，使其維持在理論空燃比附近。當氧傳感器的信號電壓一直較高時，則說明此時混合氣較濃，ECU會適當減少噴油時間；當氧傳感器的信號電壓一直較低時，則說明此時混合氣較稀，ECU會適當增加噴油時間。使發(fā)動機的空燃比始終保持在理論空燃比附近較窄的范圍內(nèi)。

但是，在有些情況下是不適宜采用理論空燃比反饋修正的。如發(fā)動機低溫起動時，由于發(fā)動機冷卻液溫度較低，需要提供較濃的混合氣，若此時仍進行反饋修正，使空燃比在理論空燃比附近，則會使發(fā)動機起動困難；又如發(fā)動機在急加速時，也需要較濃的混合氣，若仍進行反饋修正，則會使發(fā)動機加速不良。⑩自適應(yīng)燃油量修正

自適應(yīng)燃油量修正也稱為學(xué)習(xí)空燃比修正，目的是進一步提高空燃比控制精度。自適應(yīng)燃油量修正就是通過計算實際空燃比與目標空燃比的偏離量，給出燃油量修正系數(shù)，并將符合當前情況的燃油修正量反映到噴射時間上，使空燃比的控制得以提高。

2.起動時噴油量控制

發(fā)動機起動時，由于進氣量少、轉(zhuǎn)速波動大，無論是空氣流量計還是進氣歧管壓力傳感器，都不能精確測量進氣流量，因此起動時通常不根據(jù)吸入的空氣質(zhì)量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來計算基本噴油時間，而是根據(jù)發(fā)動機冷卻液的溫度確定基本噴油時間，再根據(jù)進氣溫度、蓄電池電壓信號對基本噴油量進行修正，以此得到起動時的噴油持續(xù)時間。由于溫度低時，噴入的燃油不易氣化，從而使附著在進氣管和氣缸壁上的燃油增加，實際進入氣缸的燃油減少，因此為了使發(fā)動機能夠順利起動，基本噴油時間隨溫度的降低而呈增加趨勢。

1.2電控點火系統(tǒng)1.點火系統(tǒng)的基本要求

為保證汽油發(fā)動機在各種工況和使用條件下均能準確、可靠地點火，點火系統(tǒng)應(yīng)滿足下列的基本要求。

（1）具有足夠大的點火電壓

火花塞的點火電壓，即次級電壓，應(yīng)高于火花塞的擊穿電壓。擊穿電壓是指能擊穿火花塞電極間隙的基本電壓。

擊穿電壓的影響因素包括：火花塞間隙、氣缸內(nèi)混合氣的壓力與溫度、電極的溫度和極性、發(fā)動機的運行工況等。

1.2.1電控點火系統(tǒng)概述

（2）具有足夠高的點火能量

要使混合氣可靠點燃，火花塞產(chǎn)生的電火花必須具有一定的能量。汽車發(fā)動機工況變化范圍寬廣，所需的點火能量變化較大。為了提高經(jīng)濟性及減少有害排故物，當前汽車發(fā)動機廣泛采用稀薄燃燒技術(shù)，在工作時盡量提供空燃比（A/F）大于17的稀混合氣。由于稀混合氣難于點燃，因此需要增加火花的能量?；谏鲜鲈?，為了保證可靠點火，一般需要點火系統(tǒng)可靠提供50～80mJ，最大可達150mJ的點火能量，即所謂高能點火系統(tǒng)。

（3）具有適當?shù)狞c火時刻

最佳點火提前角隨發(fā)動機結(jié)構(gòu)、工況及使用條件而變化。幾乎所有發(fā)動機運行與結(jié)構(gòu)參數(shù)均能夠?qū)c火提前角產(chǎn)生影響，包括轉(zhuǎn)速、負荷、汽油辛烷值、壓縮比、混合氣的成分、進氣壓力、火花塞的數(shù)量等。綜上所述，點火提前角受制于燃燒速度和燃料性能，所有引起燃燒速度和燃料性能變化的因素，必將同時影響最佳點火提前角的數(shù)值。

因此，發(fā)動機對點火提前角的要求是多變的、復(fù)雜的、隨機的和相互制約的。而且，提高發(fā)動機性能的許多措施，比如稀薄燃燒技術(shù)和追求“微爆”的臨界工況，均會對點火系統(tǒng)提出新的要求。電控點火系統(tǒng)控制的目的即是在集中控制的框架下，對上述因素變化在點火系統(tǒng)中引起的反應(yīng)實施控制，追求發(fā)動機工作狀態(tài)的最佳效應(yīng)。

2.電控點火系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）在所有的工況及各種環(huán)境條件下，均可自動獲得理想的最佳點火提前角，從而使發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性、排放性及工作穩(wěn)定性等特性均處于最佳匹配狀態(tài)。

（2）在整個工作范圍內(nèi)，均可提供足夠高的點火能量，提高了點火的可靠性，有效的減少了能源消耗和廢氣有害成分。

（3）配合稀薄燃燒技術(shù)，在整個工作范圍內(nèi)提供所需點火能量。

（4）配合閉環(huán)反饋控制技術(shù)，與燃料供給系統(tǒng)實行綜合控制，可使點火提前角控制在剛好不發(fā)生爆震的臨界狀態(tài)。以此獲得較高的燃燒效率，有利于發(fā)動機各種性能的提高。

1.2.2電控點火系統(tǒng)組成與原理

電控點火系統(tǒng)由電源、傳感器、ECU、點火模塊、點火線圈、分電器（有分電器式點火系統(tǒng)）及火花塞等組成。

電控點火系統(tǒng)工作時，ECU不斷地采集發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷、冷卻液溫度、進氣溫度等信號，根據(jù)存儲器ROM內(nèi)存儲的相關(guān)程序和數(shù)據(jù)，確定該工況下的最佳點火提前角和通電時間，并向點火控制模塊發(fā)送指令。點火控制模塊根據(jù)ECU的點火指令，控制點火線圈初級回路的導(dǎo)通和截止。當初級繞組通電時，點火能量以磁場的形式被存儲起來；當初級繞組斷電時，就會在次級繞組中產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動勢，使相應(yīng)的火花塞跳火工作，點燃可燃混合氣。對于閉環(huán)控制的系統(tǒng)，ECU還可以根據(jù)爆震傳感器的信號判斷發(fā)動機的爆震程度，并將點火提前角控制在輕微爆震的范圍內(nèi)，使發(fā)動機能獲得較高的燃燒效率。

無分電器式電控點火系統(tǒng)（DLI）是在微機控制的基礎(chǔ)上，將點火系統(tǒng)中的分電器總成用電子控制裝置取而代之后制造而成。它利用電子配電控制技術(shù)將點火線圈的次級繞組直接與火花塞相連，即把點火線圈產(chǎn)生的高壓電直接送給火花塞進行點火，由此實現(xiàn)了點火系統(tǒng)全電子化的目標。DLI系統(tǒng)的ECU不僅具有根據(jù)發(fā)動機的工況對點火提前角進行控制的功能，同時還具備電子配電功能，即可控制點火線圈組中的點火線圈導(dǎo)通與截止的時序，以此控制火花塞依次擊穿點火的時序，完成點火控制過程。DLI系統(tǒng)根據(jù)配電方式不同，又可分為單獨點火、雙缸同時點火及二極管配電點火三種類型。1.2.3電控點火系統(tǒng)控制原理

電控點火系統(tǒng)的控制內(nèi)容主要包括點火時刻控制（即點火提前角控制）、通電時間控制、電子配電控制及爆震控制等，其中爆震控制為點火時刻控制的反饋控制。1.點火提前角控制

影響點火提前角的因素很多，而且關(guān)系復(fù)雜，難以找到精確的數(shù)學(xué)模型，所以實際中通常是采用實驗的方法來確定發(fā)動機在各種工作狀態(tài)下的最佳點火時刻。實驗時先將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷劃分若干個小區(qū)，形成一個轉(zhuǎn)速與負荷構(gòu)成的點陣，通過實驗獲得不同轉(zhuǎn)速、負荷時所對應(yīng)的點火提前角的最佳值，以此繪出點火提前角的三維控制脈譜(MAP)圖

點火提前角控制一般包括起動時點火提前角控制和起動后點火提前角控制兩個方面。

（1）起動時點火提前角控制

發(fā)動機起動時，由于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷（進氣壓力或進氣流量）變化較大，無法正確計算點火提前角，因此，在發(fā)動機起動且轉(zhuǎn)速在400r/min以下時，通常將點火提前角固定在初始點火提前角，即此時的實際點火提前角等于初始點火提前角。

但是，也有一些發(fā)動機為了提高起動性能，起動時的點火時刻并不是初始點火提前角，而是由ECU根據(jù)發(fā)動機的溫度和轉(zhuǎn)速對點火提前角進行適當?shù)目刂啤?/p>

（2）起動后點火提前角控制

當發(fā)動機起動后，點火開關(guān)提供的起動信號消失，ECU隨即進入起動后點火提前角控制程序。起動后點火提前角控制主要包括基本點火提前角控制和修正點火提前角控制兩個方面，基本點火提前角控制包括怠速和正常行駛兩種情況；修正點火提前角控制主要包括怠速暖機修正、怠速穩(wěn)定修正、過熱修正、空燃比反饋修正等。

①基本點火提前角

基本點火提前角通常以二維表的形式儲存在ECU的ROM存儲器中，分為怠速與正常行駛兩種情況。②點火提前角修正

通過上述方法得到基本點火提前角后，再通過修正方可得到最終實際控制的最佳點火提前角。點火提前角修正一般分為：怠速暖機修正怠速穩(wěn)定修正過熱修正空燃比反饋修正極限提前和推遲控制

此外，當發(fā)動機的后備系統(tǒng)工作時，點火提前角通常被設(shè)定為初始點火提前角；當發(fā)動機產(chǎn)生爆震時，也應(yīng)對點火提前角進行適當修正，以消除爆震。

2.通電時間控制

當點火線圈的初級電路接通后，初級電流是按照指數(shù)規(guī)律增長的，因此初級電路被斷開瞬間初級電流所能達到的數(shù)值與初級電路接通的時間長短有關(guān)。只有通電時間達到一定值時，初級電流才能達到飽和，從而使次級電壓達到最大值，因此必須保證足夠的通電時間。但是通電時間過長，也會使點火線圈過熱，造成電能消耗增大甚至點火線圈損壞，所以最佳通電時間的確定要兼顧上述兩個方面的要求。

影響初級繞組通電時間的主要因素有發(fā)動機轉(zhuǎn)速與蓄電池電壓。由于通電時間是以曲軸轉(zhuǎn)角來度量的，對于不同的轉(zhuǎn)速，單位曲軸轉(zhuǎn)角所代表的的絕對時間各不相同。

同時，當蓄電池電壓發(fā)生變化時，點火線圈初級電流的上升速率也會發(fā)生變化，這就導(dǎo)致在相同的通電時間里初級電流的大小會有所變化，因此有必要根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與蓄電池電壓對通電時間進行修正。

發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)輸入的蓄電池電壓和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，從通電時間數(shù)據(jù)表中查出相應(yīng)的數(shù)值，通過點火線圈驅(qū)動電路對初級繞組通電時間進行控制。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速高時，適當增加通電時間，以防止初級繞組通電電流值減小、次級電壓下降而造成點火困難。當蓄電池電壓較高時，減小初級電路的通電時間，以防止因初級電流過大而造成電能消耗增大甚至點火線圈損壞；當蓄電池電壓較低時，則增加初級電路的通電時間，以保證能形成足夠大的初級電流，提供足夠的點火能量。3.電子配電控制

（1）輸入信號

曲軸位置傳感器由G1、G2及Ne所對應(yīng)的三個線圈組成，用于判別氣缸行程及檢測曲軸轉(zhuǎn)角的位置，以此確定點火提前角和通電時間。Gl信號產(chǎn)生的原理與普通電磁式信號發(fā)生器的工作原理相同，只要G1線圈信號出現(xiàn)，即表示第六缸處于壓縮行程上止點位置，主要用于確定點火時刻基準。G2線圈與Gl線圈相位相差360°曲軸轉(zhuǎn)角，因此當G2信號出現(xiàn)時，即表示第一缸活塞處于壓縮行程上止點位置，其作用與G1信號相同。Ne信號傳感器轉(zhuǎn)子有24個齒，每轉(zhuǎn)一圈將產(chǎn)生24個脈沖信號，其周期長度為30°曲軸轉(zhuǎn)角。將此脈沖信號整形后，再通過電路將24個脈沖進行720脈沖分頻，即可產(chǎn)生1°曲軸轉(zhuǎn)角信號，主要用于計量點火提前角和點火線圈的通電時間。

（2）輸出信號ECU依據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣量、冷卻液溫度、起動開關(guān)等信息，精確計算點火提前角，并向點火控制模塊發(fā)出IGd1、IGd2及IGt信號。其中，IGt為點火信號，用于各缸點火提前角的控制，而信號IGd1和IGd2為判缸信號。點火控制模塊可據(jù)此判定氣缸的點火次序，依次完成對點火線圈點火過程的控制。

由于EFI系統(tǒng)中噴油器驅(qū)動信號也來自于曲軸位置傳感器。若點火系統(tǒng)出故障使火花塞不點火，而曲軸位置傳感器工作正常，噴油器會照常噴油，因此會造成汽油進入氣缸，導(dǎo)致發(fā)動機狀態(tài)異常，或繼續(xù)運轉(zhuǎn)時三元催化轉(zhuǎn)換器過熱。為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)定當完成點火過程后，點火控制模塊應(yīng)及時向ECU返回點火確認信號IGf，若其3～5個工作循環(huán)均無IGf信號反饋時，ECU便以此判定點火系有故障，發(fā)出指令強行斷油，使發(fā)動機熄火。

4.爆震控制

汽油發(fā)動機是利用火花塞點燃混合氣，通過火焰?zhèn)鞑サ姆绞竭M行燃燒，以此完成可燃混合氣在氣缸內(nèi)的膨脹做功過程。如果氣缸壓力、氣體溫度異常升高，則可能造成部分混合氣不等火焰?zhèn)鞑ザ孕兄鹑紵?，從而在氣缸?nèi)瞬時形成多個燃燒火源促使溫度升高，產(chǎn)生強大的壓力波，這種現(xiàn)象稱為爆震。爆震會造成發(fā)動機噪聲過大、機構(gòu)損壞及火花塞電極或活塞產(chǎn)生熔損現(xiàn)象等危害，因此有必要對發(fā)動機的爆震現(xiàn)象進行抑制。通常，抑制爆震現(xiàn)象的措施主要有采用抗爆性好的燃料、改進燃燒室的結(jié)構(gòu)、加強冷卻液的冷卻效果、推遲點火時刻等，其中推遲點火時刻對取消爆震的效果最為明顯。

（1）爆震與點火時刻關(guān)系

爆震產(chǎn)生和發(fā)動機點火時刻密切相關(guān)，如圖1.61所示。如果點火時刻早，燃燒的最高壓力會過高，則爆震容易發(fā)生。通常發(fā)動機發(fā)出最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的點火時刻將處在產(chǎn)生爆震對應(yīng)的點火時刻附近（MBT曲線）。傳統(tǒng)點火系統(tǒng)除根據(jù)油料品質(zhì)選擇點火提前角外，并無其他爆震控制系統(tǒng)。點火時刻設(shè)定遠離爆震界限，點火時刻滯后，導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和功率下降，燃料消耗增加。

（2）爆震傳感器

爆震傳感器用于檢測發(fā)動機的爆震趨勢與程度，以實現(xiàn)發(fā)動機點火時刻的閉環(huán)控制，從而有效地抑制爆震現(xiàn)象的發(fā)生。此外，由于閉環(huán)控制系統(tǒng)可將發(fā)動機的燃燒過程控制在輕微爆震狀態(tài)，故能有效地提高發(fā)動機的工作性能。爆震傳感器是點火閉環(huán)控制系統(tǒng)中不可缺少的信號反饋元件。

發(fā)動機爆震檢測方法通常有氣缸壓力法、機體振動法及燃燒噪聲法。其中氣缸壓力檢測法，精度最佳，但傳感器直接接觸爆震源，耐久性差且安裝困難。燃燒噪聲檢測法采用非接觸式檢測法，故耐久性很好，但精度和靈敏度偏低。采用檢測發(fā)動機機體振動法的爆震傳感器有磁致伸縮和壓電式兩種類型，壓電式又分共振型和非共振型結(jié)構(gòu)。

（3）爆震控制原理

爆震現(xiàn)象一般是ECU根據(jù)爆震傳感器信號進行判別的。爆震傳感器通常安裝在發(fā)動機的缸體上，它將發(fā)動機缸體的振動信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并輸入ECU作為判別爆震現(xiàn)象的控制信號。由于爆震傳感器輸出的電壓信號中還包含有各種頻率的其它電壓信號，因此需要用識別電路來鑒別爆震信號。ECU首先利用濾波電路對爆震傳感器送來的信號進行濾波處理，將特定頻率范圍內(nèi)的爆震信號與其他信號分離，再將濾波后的信號峰值與爆震判別基準值進行比較，判別發(fā)動機是否發(fā)生爆震以及爆震的強度。1.3輔助控制系統(tǒng)

在不改變發(fā)動機氣缸容積的情況下，增加進入氣缸的空氣量及噴油量，可以增加可燃混合氣的總量，提高發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩與功率。目前，提高進入氣缸空氣量的進氣控制系統(tǒng)主要包括：進氣諧波增壓控制系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓控制系統(tǒng)、可變氣門控制系統(tǒng)及電子控制節(jié)氣門系統(tǒng)等。1.進氣諧波增壓控制系統(tǒng)2.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)3.可變氣門控制系統(tǒng)4.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)1.3.1進氣控制系統(tǒng)1.3.2怠速控制系統(tǒng)

怠速是指節(jié)氣門關(guān)閉，加速踏板完全松開，且發(fā)動機對外無功率輸出并保持最低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的工況。在汽車使用中，發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)的時間約占3O%，怠速轉(zhuǎn)速的高低直接影響燃油消耗和排放污染。怠速轉(zhuǎn)速過高，燃油消耗增加。怠速轉(zhuǎn)速過低，當電器負荷增大(如打開空調(diào)或車載音響)、自動變速器掛入檔位、動力轉(zhuǎn)向開啟時，由于負載增加，容易導(dǎo)致發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至熄火，另外，也會增加排放污染。

在怠速工況下，駕駛?cè)藷o法控制發(fā)動機進氣量。發(fā)動機怠速控制(ISC)的目的就是在保證發(fā)動機排放要求且運轉(zhuǎn)穩(wěn)定的前提下，由ECU自動控制怠速工況下的空氣供給量，維持發(fā)動機以穩(wěn)定怠速運轉(zhuǎn)，以降低燃油消耗量，即實現(xiàn)對熱機怠速工況進氣量和空燃比的閉環(huán)反饋控制。在怠速工況時，空氣通過節(jié)氣門縫隙或旁通節(jié)氣門的怠速空氣道進入發(fā)動機，并由空氣流量傳感器(或進氣歧管絕對壓力傳感器)對進氣量進行檢測，ECU根據(jù)各傳感器信號控制噴油器，保證發(fā)動機的怠速運轉(zhuǎn)。隨著電控技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，怠速控制已成為發(fā)動機集中控制系統(tǒng)的基本控制內(nèi)容之一。

1.怠速控制系統(tǒng)組成與分類

（1）怠速控制系統(tǒng)組成

怠速控制系統(tǒng)主要由傳感器、ECU和執(zhí)行元件三部分組成。傳感器的功用是檢測發(fā)動機的運行工況和負載設(shè)備的工作狀況，ECU則根據(jù)各種傳感器的輸入信號確定一個怠速運轉(zhuǎn)的目標轉(zhuǎn)速，并與實際轉(zhuǎn)速進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制執(zhí)行元件工作，以調(diào)節(jié)進氣量，使發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速達到所確定的目標轉(zhuǎn)速。

（2）怠速控制系統(tǒng)分類

怠速控制的實質(zhì)就是對怠速工況下的進氣量進行控制，而怠速進氣量實際上是指發(fā)動機最小進氣量。最小進氣量有兩種限制方式：節(jié)氣門直動式和旁通空氣式。

2.節(jié)氣門直動式怠速控制系統(tǒng)

節(jié)氣門直動式實現(xiàn)怠速控制的結(jié)構(gòu)形式較多。怠速執(zhí)行機構(gòu)由直流電動機、減速齒輪、絲杠等部件組成。怠速執(zhí)行的傳動軸與節(jié)氣門操縱臂的全閉限制器相接觸。當ECU控制直流電動機通電時，直流電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，通過減速齒輪使旋轉(zhuǎn)力矩增大，然后又通過絲杠變角位移為傳動軸的直線運動。通過傳動軸的旋入或旋出調(diào)節(jié)節(jié)氣門處空氣通路截面，實現(xiàn)怠速轉(zhuǎn)速控制。

3.旁通空氣式怠速控制系統(tǒng)

如前所述，旁通空氣式怠速控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)主要有步進電動機、旋轉(zhuǎn)電磁閥、占空比控制電磁閥等。

（1）步進電動機式怠速控制閥

（2）旋轉(zhuǎn)電磁閥型怠速控制閥

（3）占空比控制電磁閥型怠速控制閥

（4）開關(guān)型怠速控制閥1.3.3排放控制系統(tǒng)

汽油發(fā)動機排入大氣中的有害成分主要是一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)等。對汽車發(fā)動機排放的控制和凈化，各國都進行了大量的研究工作，除了對發(fā)動機本身的改進之外，現(xiàn)代汽車采取了多種排放控制系統(tǒng)來減少汽車的排氣污染，主要有燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)、三元催化轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)及二次空氣噴射控制系統(tǒng)等。1.3.4故障自診斷系統(tǒng)

現(xiàn)代汽車每一個電子控制系統(tǒng)(特別是發(fā)動機電子控制系統(tǒng))，都配置有相應(yīng)地故障自診斷子系統(tǒng)。顧名思義，故障自診斷就是電子控制系統(tǒng)監(jiān)測自身的運行情況，自行及時地找出系統(tǒng)故障，并采取相應(yīng)地控制措施。1.故障自診斷系統(tǒng)組成

故障自診斷系統(tǒng)主要由傳感器監(jiān)測電路、執(zhí)行器監(jiān)測電路、軟件程序、故障診斷通信接口TDCL(Troub1eDiagnosticCommunicationLink)以及各種故障指示燈等組成。

2.故障自診斷系統(tǒng)功能

自診斷系統(tǒng)的功能包括三個方面：一是監(jiān)測控制系統(tǒng)工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)某只傳感器或執(zhí)行器參數(shù)異常，就立即發(fā)出報警信號；二是將故障內(nèi)容編成代碼(稱為故障碼)存儲在隨機存儲器RAM中，以便維修時調(diào)用或供設(shè)計參考；三是啟用相應(yīng)的后備功能(又稱為“回家功能”)，使控制系統(tǒng)處于應(yīng)急狀態(tài)運行。（1）發(fā)出報警信號（2）存儲故障碼（3）啟用后備功能

3.第二代故障自診斷系統(tǒng)(OBD-Ⅱ)

自診斷系統(tǒng)自1979年在美國通用汽車公司正式使用以來，經(jīng)歷了一個發(fā)展過程，隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展，自診斷系統(tǒng)日益復(fù)雜和完善。

與OBD-I相比，OBD-Ⅱ在保持以前診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對電控裝置的監(jiān)測范圍更廣，并具有以下主要特點：采用統(tǒng)一形狀的16端子診斷座，并安裝在駕駛室儀表板下方；采用統(tǒng)一的故障代號及含義；具有數(shù)據(jù)傳輸與分析功能；具有行車記錄功能；具有由儀器直接清除故障碼功能。

4.故障自診斷測試內(nèi)容

故障自診斷測試的內(nèi)容主要包括讀取與清除故障碼、數(shù)據(jù)流分析、監(jiān)控執(zhí)行器和編程匹配等。

（1）讀取與清除故障碼

（2）數(shù)據(jù)流分析

（3）監(jiān)控執(zhí)行器

（4）編程匹配1.4汽油發(fā)動機集中控制系統(tǒng)

發(fā)動機集中控制技術(shù)(亦稱為集成控制、綜合控制等)代表當今發(fā)動機乃至整車控制技術(shù)的發(fā)展趨勢。

隨著汽車控制