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1、第三讲汽车电子控制系统 第二章 发动机电子控制系统,发动机的电子控制是汽车发展的必然,发动机电子控制系统的发展,发动机电子控制（电控汽油喷射与电控点火）的迅猛发展并得到广泛应用，主要是因为： 1）燃油经济性的要求； 2）排放法规的现实需要；,电子控制汽油喷射（EFI）装置,电子控制汽油喷射（Electronic Fuel Injection缩写为EFI）装置与传统的化油器式供油系统相比具有以下优点： 1）能提高发动机的比功率； 2）耗油量低，燃油经济性好； 3）能有效控制排放污染； 4）在低速时仍可以输出较大扭矩； 5）汽车的加速性能好； 6）体积小、无机械驱动、安装方便、便于布置。,第一节
2、电子控制汽油喷射的基本原理,电子控制汽油喷射示意图,一、传感器的种类及功用,二、电子控制单元（ECU）,电子控制单元（ECU）具备功能 （1）接受传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考（基准）电压，将输入的信号转变为ECU能接受的信号 （2）存储、计算、分析处理信息 （3）运算分析对比 （4）输出执行命令 （5）自诊断与自适应功能,三、执行器,执行器就是受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置 种类如下：(1)电磁式喷油器；(2)点火控制器(点火模块)；(3)怠速控制阀、怠速控制电机；(4)EGR阀；(5)进气控制阀；(6)二次喷射阀(7)活性炭罐排泄电磁阀；(8)车速控制电磁阀；(9)
3、汽油泵继电器；(10)冷却风扇继电器；(11)空调压缩机继电器；(12)AT档位电磁阀；(13)增压器释压电磁阀；(14)自诊断显示报警装置；(15)故障备用程序起动；(16)仪表显示器,电控燃油喷射（EFI） 电控点火装置（ESA） 怠速控制（ISC） 排放控制 进气控制 增压控制 警告提示 自诊断 备用功能与失效保护,发动机电子控制,发动机电子控制示意图,传感器A,ECU电子控制单元,传感器B,喷油器,KS爆震传感器,点火模块,HO2S氧传感器,点火时间反馈控制,喷油量反馈控制,第二节 车用电控汽油喷射系统的理论基础,电控汽油喷射系统的理论基础包括： 1）汽油机对燃油供给系的要求； 2）汽
4、油机对点火正时的要求； 3）汽油机排放及其控制； 4）汽油喷射发动机的控制理论,一、汽油机对燃油供给系的要求,1、混合气成分,混合气中空气与燃油的比例（质量比），称为空燃比（A/F）。1kg的汽油完全燃烧需要14.9kg的空气，因此最佳的空燃比应为14.9（也称为理论空燃比）。,1kg 14.9kg,燃烧1kg燃油实际提供的空气量与理论上所需要的空气量之比，称之为过量空气系数：, =1：标准混合气 1：稀混合气，=1.031.1：功率混合气 =0.40.5：燃烧下限；=1.31.4：燃烧上限,混合气的形成,理想供油特性曲线,化油器只能近似地实现，汽油喷射系统中可以由计算机精确地控制,2、混合气
5、的混合状态 理想的混合气应是燃料蒸气和空气均匀混合。 实际上燃料并不一定完全以蒸气状态混合，而很可能以油雾（细小油粒）、油滴（大油粒），甚至以油膜状态存在。,燃油供给系应尽可能使燃料以蒸气的形式与空气均匀混合。,3、混合气的分配 混合气的分配是指气缸内的各个区域（单缸机）以及进入各个气缸的混合气的数量、混合气的浓度及混合气中所含燃料的组成成分等的分布（多缸机）。,二、汽油机对点火提前角的要求,点火提前角即火花塞发出电火花到上止点所对应的曲轴转角。,点火提前角的影响因素,1）发动机转速。转速越大，点火提前角越大。 2）发动机负荷。负荷越大，点火提前角越小。 3）燃料性质。辛烷值越高，点火提前角越
6、大。 4）燃烧状况。产生爆震，点火提前角应减小。 5）其他次要因素：起动、怠速、进气温度、进气压力、发动机温度等,三、汽油机排放及其控制,1、汽油机的排放物 汽油机的排放主要有： 1）CO（一氧化碳）：因为不完全燃烧。 2）HC（碳氢化合物）：燃料或没完全燃烧的物质被分解、氧化而成。 3）NOx（氮氧化合物）：空气中的氮和氧在高温下发生反应的产物。 4）SO2（二氧化硫）：汽油中的硫与氧气发生反应的产物。 5）微粒、臭气等。汽油不完全燃烧、汽油的杂质燃烧的产物。,汽车污染气体的来源,2、影响排气污染物的主要因素,1）混合气成分,CO、HC和NO排放浓度与过量空气系数的关系,2）点火时间,点火时
7、间对排放的影响,3）运行工况,不同运行工况对排气成分的影响,4）燃烧温度,NO排放浓度与燃烧温度的关系,3、汽油机排出有害物的机外处理 汽油机排出有害物的机外处理方法有以下三种： 1）催化反应器。废气通过催化反应器时，有催化剂的作用下，使有害的CO、HC、NOX在较低的温度下，很快进行化学反应，转化为无害的CO2、H2O和N2。常用的为三元催化转化装置TWCC（Three Way Catalytic Converter）。但TWCC只在过量空气系数为1左右时才能发挥最佳效能，还需要其他装置配合。,2）废气再循环EGR(Exhaust Gas Recirculation) 废气再循环就是将一部分
8、排出的废气（5%20%）再次引入进气管到气缸进行燃烧，这对于降低氮氧化合物是有利的。引入的废气量应根据转速和负荷进行调整，在电控汽油喷射系统中只需要根据传感器的信号，由ECU控制电磁阀即可达到目的。,EGR系统管路及线路图（TOYOTA）,3）防止汽油蒸发 汽油机中气缸中经曲轴箱排到大气中的HC占其总量的20%25%，经油箱和化油器蒸发的HC占总量的20%。 防止汽油蒸发的措施有曲轴箱通风及过滤吸附。,曲轴箱通风示意图,汽油蒸发汽控制（GM）,四、汽油喷射发动机的控制理论,电控发动机的控制主要包括以下两个方面： 1）喷油量的控制 2）点火时间（点火正时）的控制,1、喷油量的控制,电脑控制喷油量
9、,基本喷油量的确定,增浓校正喷油量的确定,2、点火正时的控制 基本点火时间的确定,电控点火原理图,第三节 电控汽油喷射系统的组成、构造及功能,一、电控汽油喷射系统的种类,按喷油器在进气管道中安装部位来分，有单点喷射系统和多点喷射系统,单点喷射系统,多点喷射系统,单点喷射是将喷射器设在节气门上方，只能改善在节气门处的雾化以及加热管壁温度提高燃油的蒸发程度，但难以保证节气门后至进气门的一段管壁上不形成油膜或油滴，因此进气歧管的结构对混合气的输送和分配有重大影响，而且难以实现在所有工况下都能保持理想的混合气分配；,多点喷射是将喷射器设在每个气缸进气门处，燃油在热的进气门上进一步蒸发与空气充分混合后立
10、即通过进气门进入燃烧室，不受到进气歧管结构的影响，可以保证均匀一致的混合气分配。,按对空气量的检测方式不同来分，可分为D型汽油喷射系统和L型汽油喷射系统,D型汽油喷射系统框图,D型汽油喷射系统即为歧管压力计式电控汽油喷射系统，即将歧管绝对压力和转速信号输送到电子控制单元ECU，由ECU计算出充气量，再产生与之相对应的喷油脉冲，控制喷油器喷射适量的燃油。,L型汽油喷射系统由空气流量传感器直接测量进气歧管的空气量，并将该物理量转变为电信号输送到ECU，由ECU计算出与该空气量相适应的喷油量，以控制混合气空燃比在最佳值。L型比D型汽油喷射系统的控制精度高。,L型汽油喷射系统框图,二、电控汽油喷射系统
11、的组成,电控汽油喷射系统的组成包括进气系统、燃油系统和电子控制系统（喷油控制系统、点火控制系统、故障诊断与故障应急系统）,空气流动 路径,汽油流动 路径,电控燃油喷射系统三大系统的组成,1、燃油供给系统,燃油供给系统示意图,汽油流动路线,2、进气系统,进气系统示意图,进气流动路线,3、电子控制系统,电子控制系统控制示意图,燃料箱,燃料泵,燃料滤清器,缓冲器,冷起动喷油嘴,燃料压力调节器,喷油嘴,分配管,吸入空气,三、燃油供给系统部件的结构,燃料装置 (Fuel System),燃料箱,燃料泵,燃料滤清器,压力调节器,进气岐管,进气总管,喷射,喷射,喷油嘴,冷起动 喷油嘴,燃油供给系统主要由燃油
12、箱、电动燃油泵、汽油滤清器、燃油压力调节器、压力脉动衰减器、喷油器（冷起动喷油器）等。 1、电动燃油泵（Fuel Pump简FP） 电动燃油泵分为内装式和外装式两种，现多采用内装式（即安装在燃油箱内），其优点是节约空间并简化了燃油系统管路。,汽油泵的安装位置,2、燃油压力调节器 (Pressure Regulator简PR) 燃油压力调节器安装在喷油器输油管的前端，其作用是保持燃油压力和进气真空度之间的压力差为恒定值，通常为250kPa。,燃油压力调节器结构图,3、压力脉动衰减器 (Fuel Damper简FD) 压力脉动衰减器安装在输油管燃油的入口处，其作用是使由于喷油而造成的输油管内的燃油
13、压力脉动衰减，降低噪声，提高喷油量的精确度。,压力脉动 衰减器,4、喷油器（Fuel Injector简FI ） 喷油器通常安装在进气门前方（见下图）。,5、冷起动喷油器与热时间开关 冷起动喷油器是为改善发动机低温起动性能而设置的，在发动机冷态或起动时，提供较浓的混合气。,6、汽油滤清器 汽油滤清器用于过滤汽油中的杂质。,7、燃油箱和输油管,四、进气系统主要部件结构,进气系统的作用是为发动机提供适量的新鲜空气。主要由空气滤清器、进气管、节气门体及节气门位置传感器、进气歧管等组成。,1、空气流量传感器（Mass Air Flow Sensor简MAFS） 空气流量传感器用以测量入口处吸入的空气量
14、。该参数作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。 目前常见的空气流量传感器形式有以下几种： 1）叶片式空气流量传感器 2）热线式空气流量传感器 3）热膜式空气流量传感器 4）卡门涡旋式空气流量传感器,几种型式的空气流量传感器的比较,空气流量传感器 在车上的安装位置,叶片式空气流量传感器控制汽油泵工作的开关原理,热线式空气流量传感器 (Hot-Wire Air Flow Sensor),热线式空气流量传感器比叶片式空气流量计 有以下优点. 1.可以准确测量空气量. 2.响应性快. 3.无高度变化的误差. 4.无进气温度变化的误差. 5.无机械工作部位. 6. 设计简单.,热线式空气流量传感器 (Ho
15、t-Wire Air Flow Sensor),取样管,白金热线,温度补偿电阻,空气流,控制线路板,电连接器,惠斯顿电桥,电压信号的产生,3）卡门涡旋式空气流量传感器,超声波式卡门涡旋式空气流量传感器,卡门涡旋式空气流量传感器是利用卡门涡流理论来测量空气流量的。根据卡门涡流理论，当空气流经进气道正中间的一个流线形或三角形立柱时，有立柱后方的气流中会产生一列不对称却十分有规则的空气旋涡，这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向向后移动，其移动的速度与空气流速成正比。 因此，在单位时间内通过立柱后方某点的旋涡数量与空气流速成正比，即通过测量单位时间内旋涡的数量就可计算出空气流速和流量。 测量单位时间
16、内旋涡数量的方法有两种：一种是在卡涡旋式空气流量传感器后半部的两侧设置一对超声波发生器和接收器；另一种是在空气流量传感器内设置一对发光二极管和光敏三极管。,进气歧管绝对压力传感器MAPS(Manifold Absolute Pressure Sensor) 安装在节气门后面进气歧管中，以测定进气歧管的绝对压力（真空度），该压力值随节气门开度而变化，反映了发动机负荷的大小。作为D型电控燃油喷射系统喷油量的信号。,进气岐管绝对压力传感器 (Manifold Absolute Pressure Sensor),进气温度传感器IATS(Intake Air Temperature Sensor) 由于空气的流量（质量）与空气的温度（空气的密度）有关，因此在电控燃油喷射系统中设置空气流量传感器，检测空气温度，作为对空气流量的修正。 进气温度传感器采用的是负温度系数的热敏电阻式，其结构与输出特性见下图。,五、燃油喷射控制系统主要
