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1、第1章 汽车发动机电控技术概述1.1 概 述1.1.1 汽车发动机电控技术发展汽车发动机电控技术的发展始于20世纪60年代，可分为三个阶段:第一阶段，从20世纪60年代中期到70年代末期，主要是为改善部分性能而对汽车电器产品进行技术改造。第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期。进入20世纪70年代后，随着汽车数量的日益增多，汽车安全问题和排放污染日益严重，能源危机的影响更加突出。第三阶段，从20世纪90年代中期到现在，主要体现在以“人-车-环境”为主线的系统工程整体的优化上。1.1.2 电控技术对汽车发动机性能的影响 1.提高发动机的动力性。2.提高发动机的燃油经济性。3.改善发动机的
2、加速或减速性能。4.改善发动机的起动性能。5.降低排放污染。6.故障发生率大大降低。 1.2 应用在汽车发动机上的电子控制系统 目前应用在汽车发动机上常用的电子控制系统主要有:电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、进气控制系统、排放控制系统、增压控制系统、巡航控制系统、警告提示系统、自诊断与报警系统、失效保护系统和应急备用系统。1.电控燃油喷射系统 主要是根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气。2.电控点火系统 电控点火系统最基本的功能是控制点火提前角。该系统根据各相关
3、传感器信号判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，改善发动机的燃烧过程。3.怠速控制系统 根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等状况，并通过怠速控制阀对发动机进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。4.进气控制系统 进气控制系统的功能是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机的动力性。 5.排放控制系统 排放控制系统的功能主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。6.增压控制系统 增压控制系统的功能是对发动机进气增压装置的工作进行控制。 7.巡航控制系统 巡航控制系统的功用是驾驶员设
4、定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作，使汽车自动维持在一定的车速进行行驶。8.警告提示系统 由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示，如氧传感器失效、油箱油温过高等。 9.自诊断与报警系统 在发动机电控系统中，电子控制单元（ECU）都具有自诊断系统，对控制系统各部分的工作情况进行监测。 10.失效保护系统 失效保护系统的功能主要是当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。11.应急备用系统 应急备用系统的功能是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备
5、用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防止车辆停驶在路途中。应急备用系统只能维持发动机运转的基本功能，但不能保证发动机的性能。 1.3 汽车发动机电控系统的基本组成1.3.1 电控系统的基本组成类型1.电控系统的基本组成 任何一种电控系统，其主要组成都可分为信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行元件三大部分。信号输入装置是各种传感器。传感器的功用是采集控制系统所需的信号，并将其转换成电信号通过线路传输给ECU。电子控制单元（ECU）是一种综合控制电子装置，其功用是给各传感器提供参考（基准）电压，接收传感器或其他装置输入的信号，并对所接收的信号进行存储、计算和分析处理，根据
6、计算和分析的结果向执行元件发出指令。执行元件是受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。2.电控系统的类型 电控系统有两种基本类型:即开环控制系统和闭环控制系统。1.3.2 传感器的类型及功用 汽车发动机集中控制系统所用的传感器主要有:1.空气流量计（MAFS） 由空气流量计测量发动机的进气量，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。2.进气管绝对压力传感器（MAPS） 由进气管绝对压力传感器测量进气管内气体的绝对压力，并将该信号输入ECU，作为燃油和点火控制的主控制信号。3.节气门位置传感器（TPS） 节气门位置传感器检测节气门的开度及开度变化（如全关（怠速）、全开）以及节气
7、门开闭的速率（单位时间内开闭的角度）信号，此信号输入ECU，用于燃油喷射控制及其他辅助控制（如EGR、开闭环控制等）。4.凸轮轴位置传感器（CMPS） 凸轮轴位置传感器给ECU提供曲轴转角基准位置信号（G信号），作为供油正时控制和点火正时控制的主控制信号。5.曲轴位置传感器（CKPS） 曲轴位置传感器有时称为转速传感器，用来检测曲轴转角位移，作为供油正时控制和点火正时控制的主控制信号。6.进气温度传感器（IATS） 进气温度传感器的功用是给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。7.发动机冷却液温度传感器（ECTS） 发动机冷却液温度传感器给ECU提供发动机冷却液温度信号
8、，作为燃油喷射控制和发动机的修正信号。8.车速传感器（VSS） 车速传感器检测汽车行驶速度，给ECU提供车速信号（SPD信号），用于巡航控制和限速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。9.氧传感器（O2 S） 氧传感器用来检测汽车排气中的氧含量，向ECU输送空燃比的反馈信号，进行喷油量的闭环控制。10.爆燃传感器（KS） 爆燃传感器用来检测汽油机是否爆燃及爆燃强度，将此信号输入ECU，可作为点火正时控制的修正（反馈）信号。11.起动开关（STA） 发动机起动时，通过起动开关给ECU提供一个起动信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。12.空调开关（A/C）又称空调信号 空调信号用来检测空调
9、压缩机是否工作，空调信号与空调压缩机电磁离合器的电源在一起，ECU根据A/C信号控制发动机怠速时点火提前角、怠速转速和断油转速等，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。 13.挡位开关 自动变速器由P/N（停车或空挡）挡位挂入其他挡位时，发动机负荷将有所增加，挡位开关向ECU输入信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。14.制动灯开关 在制动时，由制动灯开关向ECU提供制动信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。15.动力转向开关 采用动力转向装置的汽车，当转向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时动力转向开关向ECU输入信号，作为燃油喷射控制和点火控制
10、的修正信号。16.巡航（定速）控制开关 当进入巡航控制状态时，由巡航控制开关向ECU输入巡航控制状态信号，由ECU对车速进行自动控制。随着控制系统应用的日益广泛及其功能的扩展，传感器的数量也将不断增加，以满足汽车更高的要求。1.3.3 电子控制单元的基本功能 发动机控制ECU的功能随车型而异，但都必须有如下基本功能:（1）给传感器提供标准2 V、5 V、9 V或者12 V电压，接收各种传感器和其他装置输入的信息，并将输入的信息转换成微机所能接受的数字信号。（2）储存该车型的特征参数和运算中所需的有关数据信息。（3）确定计算输出指令所需的程序，并根据输入信号和相关程序计算输出指令数值。（4）将输
11、入指令信号和输出指令信号与标准值进行比较，确定并储存故障信息。（5）向执行元件输出指令，或根据指令输出自身已储存的信息（如故障信息等）。（6）自我修正功能（学习功能）。1.3.4 执行元件的类型 在发动机集中控制系统中，执行元件主要有:喷油器、点火器、怠速控制阀、巡航控制电磁阀、节气门控制电动机、EGR阀、进气控制阀、二次空气喷射阀、活性炭罐排泄电磁阀、油泵继电器、风扇继电器、空调压缩机继电器、自诊断显示与报警装置、仪表显示器等。第2章 汽油机电控燃油喷射系统2.1 电控燃油喷射系统概述2.1.1 燃油喷射系统的基本概念 燃油喷射式是根据直接或间接测量空气的进气量，确定燃烧所需的汽油量并通过控
12、制喷油量开启时间来进行精确配制，使一定量的汽油以一定的压力通过喷油器喷射到发动机的进气道或汽缸内与相应空气形成可燃混合气。 2.1.2 燃油喷射系统的分类1.按控制装置的控制方式分类 按控制装置的控制方式的不同可分为机械控制式燃油喷射系统（K型）、机电混合控制式燃油喷射系统（K -E型）和电控燃油喷射系统（EFI）三类。2.按燃油喷射位置分类 按燃油喷射位置不同可分为缸内喷射和缸外喷射。 3.按喷油器安装部位分类 缸外喷射按喷油器安装部位又可分为单点喷射（SPI）和多点喷射（MPI）。（1）单点喷射是指在进气总管中的节流阀体内设置一只（或两只）喷油器，对各缸实行集中喷射如图2-4（a）所示。（
13、2）多点喷射多点喷射是在每缸进气门前分别设置一喷油器，实行各缸分别供油。多点喷射因其控制精度高而被广泛使用，如图2-4（b）所示。图2-4 单点喷射和多点喷射示意图1燃料;2空气;3节气门;4进气歧管;5喷油器;6发动机4.按燃油喷射方式分类 按燃油喷射方式不同可分为连续喷射和间歇喷射。（1）连续喷射是指在发动机运转期间汽油被连续不断地喷射，其喷油量的大小取决于燃油系统压力的高低。（2）间歇喷射间歇喷射又称脉冲喷射，是指在发动机运转期间汽油被间断地喷射。如图2-5所示。图2-5 喷油器喷射时序5.按空气量的计量方式分类 电控燃油喷射系统按对空气量的计量方式不同可分为进气歧管压力计量式（D型）和
14、空气流量计量式（L型）。如图2-6所示为桑塔纳2000GSi型轿车AJR发动机所用的L型电控燃油喷射系统。 图2-6 桑塔纳2000GSi型轿车AJR发动机所用的L型电控燃油喷射系统 1热线式空气流量计;2电子控制单元（ECU）;3电动燃油泵;4节气门控制器;5怠速电机（与节气门控制单元一体）;6进气温度传感器;7油压调节器;8喷油器;9爆燃传感器;10汽油滤清器;11点火线圈;12氧传感器;13冷却液温度传感器;14转速传感器 2.1.3 电控燃油喷射系统的组成及工作原理 电控燃油喷射系统一般由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统三大部分组成。如图2-7所示为常见电控燃油喷射系统在汽车上
15、的安装情况及零件分配图，如图2-8所示为电控燃油喷射系统的操作原理图。 图2-7 电控燃油喷射系统在汽车上的安装情况及零件分配图1喷油器;2燃油压力调节器;3辅助空气阀;4汽油滤清器;5温度时间开关;6水温传感器;7冷起动喷油器;8空气流量计;9节气门;10进气温度传感器;11节气门位置传感器;12电控单元;13降压电阻;14电动汽油泵;15汽油缓冲器图2-8 电控燃油喷射系统的操作原理图 1油箱;2汽油滤清器;3电动汽油泵;4辅助空气阀;5汽油缓冲器;6燃油压力调节器;7冷起动喷油器;8水温传感器;9喷油器;10温度时间开关;11节气门位置传感器;12怠速控制阀;13空气流量计;14进气温度传感器;15旁通空气道调整螺钉;16空气滤清器;17电子控制单元;18点火线圈;19点火开关;20EFI继电器;21电动汽油泵继电器 1.空气供给系统 空气供给系统的功用是根据发动机的工况提供适量的空气，并根据电控单元的指令完成空气量的调节。空气供给系统主要由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、进气歧管、辅助空气阀及空气滤清器等组成。2.燃油供给系统 燃油供给系统是根据电控单元的驱动信号，以恒定的压差将一定数量的汽油喷入进气管。燃油供给系统主要由油箱、电动汽油
