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1、汽车电器 与电子控制系统 主讲:季海成,第十三章 发动机集中电子控制系统,13.1 概述,1.配气相位可变控制 a.传统的自然吸气式发动机，其配气机构的配气相位和气门升程都是固定的，这就使进气量相对是固定的，动力性、经济性以及排放性的潜力均未完全发挥。 b.丰田公司的VVT-i技术和本田公司的VTEC技术由于能有效提高发动机的充气效率，改善发动机的燃烧效率，大幅度地提高了发动机的性能。,a.可变配气相位控制系统VTEC,中凸轮升程最大，次凸轮升程最小。 主凸轮的形状适合发动机低速时单气门工作的配气相位要求；中凸轮的形状适合发动机高速时双进气门工作的配气相位要求。,四个活塞安装处,VTEC工作原
2、理,VTEC工作原理,发动机低速时，电磁阀断电，油道关闭。在弹簧作用下，各活塞均回到各自孔内，三个摇臂彼此分离。此时，主凸轮通过主摇臂驱动主进气门，中间摇臂驱动中间摇臂空摆（不起作用），次凸轮升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量开闭，以防止进气门附近积聚燃油。配气机构处于单进、双排气门工作状态。 发动机高速运转，且发动机转速、负荷、冷却液温度及车速均达到设定值时，电磁阀通电，油道打开。在机油作用下，同步活塞A和同步活塞B分别将主摇臂与中间摇臂、次摇臂与中间摇臂插接成一体，成为一个同步工作的组合摇臂。此时，由于中凸轮升程最大，组合摇臂由中凸轮驱动，两个进气门同步工作，进气门配气相位和升程与发动
3、机低速时相比，气门的升程、提前开启角度和迟后关闭角度均较大。此时配气机构处于双进、双排气门工作状态。,b.VVT-i控制器结构与工作原理,由一个固定在进气凸轮轴上的叶片、一个与从动正时链轮一体的壳体、一个锁销组成。控制器有气门正时提前室和气门正时滞后室这两个液压室。 通过凸轮轴正时机油控制阀的控制，它可在进气凸轮轴上的提前或滞后油路中传送机油压力，使控制器叶片沿圆周方向旋转，连续改变进气门正时，以获得最佳的配气相位。,2.进气压力波增压系统 发动机工作中，由于进排气门的不断开关，进气流在进气歧管内出现压力脉动。利用进气行程进气管内高速流动的气体的惯性效应、波动效应来提高充气效率。为此，可按照气
4、体压力波传播的特点设计进气道，使进气道的长度、形状都可改变。 进气管细长时，压力波波长长，可使发动机中低转速区功率增大；进气管短粗时，压力波波长短，可使发动机高转速区功率增大。 a.动力阀控制系统：是控制发动机进气道的空气流通截面大小，以适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。 b.谐波进气增压系统：利用了进气管内的压力波与进气门的开启配合，当进气门开启时，使反射回来的压力波正好传到该气门附近，从而形成进气增压的效果，提高发动机的充气效率和功率。,控制方式：ECU真空电磁阀真空膜片真空气室动力阀,a.动力阀控制系统（进气管截面积可变技术）,在进气量较小的低速、小负荷工况
5、下，使进气道空气流通截面减小，可提高进气流速，从而提高充气效率，改善发动机的低速性能； 在进气量较大的高速、大负荷工况下，适当增大进气道空气流通截面，可减少进气阻力，提高进气量，从而改善发动机的高速性能。,ACIS基本原理,b.谐波增压控制系统 ACIS,低速时，进气控制阀关闭，压力波传播距离长，发动机低速性能好。 高速时，进气控制阀打开，压力波传播距离短，发动机高速性能好。,ACIS组成,ACIS控制电路,控制方式：ECUACIS电磁阀真空真空驱动器进气控制阀,ACIS电磁阀电阻：38.544.5,可随负截变化调节进气路程长短，来提高低速区的扭矩和高速区时保持最大功率。,可变长度进气道,3.
6、电子节气门 电子节气门控制系统被广泛地运用于汽车的怠速控制（ISC）、巡航控制（CCS）、驱动防滑控制（ASR）及车辆稳定性控制（VSC）等汽车动力控制系统中并逐渐成为标准配置。,加速踏板位置传感器,加速踏板位置传感器由发动机控制单元提供5V电压，若慢慢将加速踏板踏下，加速踏板位置传感器G79提供的电压信号为5V的12%97%并逐渐均匀升高，加速踏板位置传感器G185提供的电压信号为4%49%且也逐渐均匀升高。加速踏板位置传感器G79提供的电压信号始终是G185提供的电压信号的两倍。,加速踏板位置传感器产生反应加速踏板下踏量大小和变化速率的电压信号输入电子控制单元，用于检测加速踏板的位置变化情
7、况。,节气门驱动装置由执行电机和机械传动机构组成，其作用是按照电子控制单元的指令动作，及时将节气门调整到适当开度。 节气门位置传感器用于将节气门的位置信息反馈给电子控制单元。,在发动机不转，点火开关打开时，发动机控制单元只根据加速踏板位置传感器的信息控制辅助节气门驱动电机。即，如果加速踏板踏到油门行程的一半，那么节气门也大约打开一半。 发动机运转（带负荷）时，节气门位置传感器随时监测节气门的位置并把节气门的开度信号反馈给电子控制单元，当节气门的开度与最佳开度参数不一致时，电子控制单元把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动执行电机使节气门处于最佳的开度位置。由此看出，整个系统控制过程是典型的闭
8、环反馈控制。因此，可能会出现这种情况：加速踏板踏到油门行程的一半，但节气门已完全打开。,4.断缸控制 对于汽缸数多、发动机输出功率较大的汽车，在发动机处于小负荷工况时，使部分缸自动停止工作。 部分缸断油、断火。为避免其他问题，应使进气门关闭、排气门打开，保持汽缸温度。,5.废气涡轮增压 利用发动机排出的高温高压废气的热能和动能，驱使涡轮增压器中的动力涡轮带动同轴的增压涡轮一起转动，从而加大循环进气量，提高发动机的输出功率，提高动力性和经济性。 增压后进气温度提高，混合气可以适当变稀，从而可以使CO和HC的排放量有所降低。,典型废气涡轮增压控制系统,转子的工作转速高达每分钟数万转至二十多万转，需
9、要有单独的润滑油供应管路，并为浮动轴承提供油膜支撑。,涡轮增压器的润滑,增压压力控制系统,G72,G28,G71,海拔 高度,N75,13.2 发动机集中电子控制系统实例,一.日产公司的（ECCS） 1.燃油压力控制装置 热机起动及起动后的3秒内，截断进气管真空度对燃油压力调节器的作用，使燃油压力适当提高。 2.辅助空气阀 用于冷机起动后的快速暖机控制，双金属片式、石蜡式。 3.ECCS怠速控制电磁阀 电脑信号控制实现高低怠速的控制。 4.进气管真空控制阀 防止节气门突然关闭使缸内混合气恶劣，由高真空度打开阀额外增加空气。 5.混合比加浓 与4类似，在停车时不起作用。 6.二次空气阀 将新鲜空
10、气引入排气管，促使灼热废气重的CO、HC进一步氧化。,二.丰田公司的（TCCS） 1.特点 包含了自动变速器控制功能，进气压力传感器、节气门缓冲器。 2.系统 燃油泵控制ECU、谐波增压系统ACIS。,谐波增压系统ACIS,燃油泵控制ECU,13.3发动机集中电子控制系统的故障检修,一.电子控制系统的故障自诊 a. ECU中设置了判别个输入信号的监控程序和有关诊断标准参数，用于电子控制系统的故障自诊断。 b.有故障时，指示灯发出警报，并将故障码存储。 c.故障运行，维持发动机基本运行。 d.安全保障，某些故障出现时，会停止发动机工作。,传感器故障自诊断原理 若传感器输入ECU的信号超出正常范围
11、，或在一定时间内ECU收不到该传感器信号，或该传感器输入ECU的信号在一定时间内不发生变化，自诊断系统均判断定为“故障信号”。 例如水温传感器，当传感器向ECU输送的信号电压低于0.3V或高于4.7V，自诊断系统会判断为故障信号。 执行元件故障自诊断原理 在没有反馈信号的开环控制中，执行元件如有故障，自诊断系统只能根据ECU输出的执行信号来判断。原理与传感器类似。 带有反馈信号的闭环控制工作时，自诊断系统还可根据反馈信号判别故障。,故障指示灯 当检测到有故障时，仪表盘上的故障指示灯（CHECK ENGINE）点亮，以警告驾驶员或维修人员。 在使用中，点火开关接通，发动机没有起动或起动后的短时间
12、内，故障指示灯点亮是正常现象，当起动后几秒钟内或发动机达到一定转速（一般为500r/min）后，故障指示灯应熄灭。,OBD-简介,OBD是ON-BOARD DINGOSITICS的缩写，是由美国汽车工程学会（SEA）提出的，经环保机构（EPA）和加州资源协会（CARB）认证通过的。1994年以后，美国、日本和欧洲的主要汽车制造厂家生产的电控汽车逐步开始采用第二代随车诊断系统（OBD-）。 OBD-的主要特点： 汽车按标准装用统一的16端子诊断座，并将诊断座统一安装在驾驶室仪表盘下方。 OBD-具有数据传输功能， OBD-具有行车记录功能 装用OBD-的汽车，采用相同的故障码代号及故障码意义统一
13、。,失效保护系统的功能 在电控系统中，当自诊断系统判定某传感器或其电路出现故障（即失效）时，由自诊断系统启动而进入工作状态，给ECU提供设定的目标信号来代替故障信号，以保持控制系统继续工作，确保发动机仍能继续运转。,冷却水温度信号 若冷却水温度传感器或其电路发生故障时，失效保护系统给ECU提供设定的冷却水温度信号，通常按冷却水温度为80控制发动机工作，防止混合气过浓或过稀。 进气温度传感器 当进气温度传感器或其电路发生故障时，失效保护系统给ECU提供设定的进气温度信号，通常按进气温度为20控制发动机工作，防止混合气过浓或过稀。 点火确认信号 点火系统发生故障造成不能点火，ECU接受不到点火控制
14、反馈的点火确认信号时，失效保护系统使ECU立即切断燃油喷射，使发动机停止运转。,节气门位置传感器信号 当节气门位置传感器或其电路发生故障时，ECU将始终接受节气门处于全开或全关状态信号，无法对喷油量进行精确控制。此时，失效保护系统中，通常按节气门开度为0或25设定标准的节气门位置传感器。 点火提前角 爆燃传感器或其电路发生故障时，失效保护系统使ECU将点火提前角固定在一个适当值。 凸轮轴位置传感器 当凸轮轴位置传感器发生故障时，导致G1和G2两个信号不能输送给ECU，则只能利用应急备用系统维持发动机基本运转。,空气流量计信号 若空气流量计或其电路发生故障，ECU无法按进气量计算基本喷油量，将引
15、起发动机失速或不能起动。此时，失效保护系统使ECU根据起动信号和节气门位置传感器信号按固定的喷射时间控制发动机工作。 进气管绝对压力传感器信号 如此传感器发生故障，ECU无法按进气流量计算基本喷油量，失效保护系统使ECU按设定的固定值控制喷油量，或启动应急备用系统维持发动机运转。,二.发动机电子控制系统部件的检修 1.传感器的检修 （1）曲轴位置传感器 （2）空气流量传感器 （3）进气压力传感器 （4）冷却液温度传感器 （5）节气门位置传感器 （6）氧传感器 （7）爆震传感器 已在前部分章节中讲解,2.执行器的检修 （1）喷油器 （2）燃油泵 （3）电子点火模块 （4）怠速控制阀 （5）EGR电磁阀 已在前部分章节中讲解,
