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1、内燃机电子控制系统 上海交通大学内燃机研究所 周校平 机械增压 概述 l 汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次 革命，汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车 水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车 性能最重要的技术措施。 l 增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺 取未来汽车市场的重要的有效手段。 l 衡量汽车发展的重要标志现代汽车电子技术 l 据统计，从1989年至2000年，平均每辆车上电子 装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16%增 至23%以上。一些豪华轿车上，使用单片微型计 算机的数量已经达到48个，电子产品占到整车成 本的50%以上，目前电子技术的应用几乎已经深 入到
2、汽车所有的系统。 l 按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽 车电子产品归纳为两类： l 一类是汽车电子控制装置，汽车电子控制装置要 和车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合 ”的汽车电子装置；它们包括发动机、底盘、车身 电子控制。例如电子燃油喷射系统、制动防抱死 控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、 电子控制自动变速器、电子动力转向等， l 另一类是车载汽车电子装置，车载汽车电子装置 是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和 汽车本身的性能并无直接关系。它们包括汽车信 息系统(行车电脑)、导航系统、汽车音响及电视 娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。 l 目前电子技术发展的方
3、向向集中综合控制发展 l 将发动机管理系统和自动变速器控制系统，集成 为动力传动系统的综合控制(PCM)； l 将制动防抱死控制系统(ABS)、牵引力控制系统 (TCS)和驱动防滑控制系统(ASR)综合在一起进行 制动控制； l 通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动 力传动等控制系统通过总线进行连接。控制器通 过复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车 辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控 制系统(UCC)。 l 由于汽车上的电子电器装置数量的急剧增多，为 了减少连接导线的数量和重量，网络、总线技术 在此期间有了很大的发展。 l 通讯线将各种汽车电子装置连接成为一个网络， 通过数据
4、总线发送和接收信息。 l 电子装置除了独立完成各自的控制功能外，还可 以为其它控制装置提供数据服务。 l 由于使用了网络化的设计，简化了布线，减少了 电气节点的数量和导线的用量，使装配工作更为 简化，同时也增加了信息传送的可靠性。 l 通过数据总线可以访问任何一个电子控制装置， 读取故障码对其进行故障诊断，使整车维修工作 变得更为简单。 l 汽车电子技术的应用将使汽车发生以下主要变化 l 汽车的机械结构还将发生重大的变化，汽车的各 种操纵系统向电子化和电动化发展，实现“线操控 ”。 l 用导线代替原来的机械传动机构，例如“导线制动 ”、“导线转向”、“电子油门”等。 l 汽车12伏供电系统向4
5、2伏转化。随着汽车电子装 置越来越多，消耗的电能正在大幅度地增加。现 有的12伏动力电源，已满足不了汽车上所有电气 系统的需要。 l 今后将采用集成起动机-发电机42伏供电系统，发 电机最大输出功率将会由目前的1千瓦提高到8千 瓦左右，发电效率将会达到80%以上。 l 42伏汽车电气系统新标准的实施，将会使汽车电 器零部件的设计和结构发生重大的变革，机械式 的继电器、熔丝式保护电路将被淘汰。 l 汽车电子技术的应用将使汽车更加智能化。智能 汽车装备有多种传感器，能够充分感知驾车者和 乘客的状况，交通设施和周边环境的信息，判断 乘员是否处于最佳状态，车辆和人是否会发生危 险，并及时采取对应措施。
6、 l 今天，社会进入了信息网络时代，人们希望汽车 不仅仅是一种代步工具，更希望在汽车是生活及 工作范围的一种延伸，在汽车上就像呆在自己的 办公室和家里一样，可以收听广播，打电话，上 互联网，处理工作。 l 随着数字技术的进步，汽车也将步入多媒体时代 。利用 windows 操作系统开发的车载计算机多媒 体系统，具有信息处理、通讯、导航、防盗、语 言识别、图像显示和娱乐等功能。 l 汽车装置自动导航和辅助驾驶系统，驾驶员可把 行车的目的地输入到汽车电脑中，汽车就会沿着 最佳行车路线行驶到达目的地。人们可以通过语 言识别系统操纵着车内的各种设施，一边驾驶着 汽车，一边欣赏着音乐电视，还可上网预定饭
7、桌 、机票等。 2005年中国汽车电子品牌市场结构 l 可以说汽车电子行业已经成为汽车全行业中最具发展潜力 、最具附加值的组成部分。但是中国的汽车电子工业的发 展却落后于中国汽车工业的发展速度。 l 计世资讯（CCW Research）的调研分析表明，2005年中国 汽车电子企业或涉及汽车电子生产的企业有1000多家，但 绝大部分企业规模都太小，中国汽车电子市场仍主要由全 球主力汽车电子厂商所掌控，多家厂商分踞市场，竞争激 烈，排名前十位的汽车电子厂商依次是博世、德尔福、伟 世通、德国大陆、现代莫比斯、深圳航盛、摩托罗拉、电 装、西门子VDO、法雷奥。 l 2005年这十家厂商占据了中国汽车电
8、子70.5的市场份额 ，其中博世市场占有率为18.5%，排名第一，博世以领先 于第二名德尔福7.5个百分点的绝对优势。 参考文献 l 汽车构造 2000年 人民邮电出版社 l 车排放污染物控制实用技术 1999年 人民交通出版社 l 现代汽车电子南京交通技师学院 控制技术 1998年 科学 技术文献出版社 l AUTOMOBILE ELECTRONIC 1995 ERIC CHOWANITZ SAE INTERNATIONAL l AUTOMOBILE ELECTRICAL & ELECTRONIC SYSTEMS 1995 TOM DENTON SAE INTERNATIONAL l 先进高
9、压共轨技术 Robert Bosch GmbH l 汽车柴油机动力系统Automotive Powertrain Diesel Systems. Siemens l HEUI电控系统，Caterpillar l ECD-U2电子控制系统，Denso l TDI发动机性能，Valkswagen 国家标准 l 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物 排放限值及测量方法（中国、阶段） (GB176912005) l 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限 值及测量方法（GB 3847 2005）自2005年7月1日起实 施。 l 点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双
10、怠速法及简易工况法）（GB 18285 2005）自2005年7 月1日起实施。 l 汽车加速行驶车外噪声限值及 测量方法（GB1495 2002） l 乘用车燃料消耗量限值（GB19578 2004） 一.汽油机的电子控制系统 1.为何要淘汰化油器式汽油机 2.了解电控汽油喷射系统的组成和工作原理。 3.了解电控汽油喷射系统的控制功能。 4.了解电控汽油机的发展趋势 二.柴油机的电子控制系统 1.了解柴油机电子控制燃油喷射系统的发展过程及发展趋 势。 2.掌握柴油机的三代电控燃油喷射系统的划分方法，及其 在喷油量控制、喷射压力控制、喷射定时控制、喷油速率 控制等方面的区别。 3.了解第一代位
11、置控制式和第二代时间控制式的电控燃油 喷射系统中的各种不同类型 4. 掌握柴油机电控系统是如何实现喷油过程和进气过程的 综合管理的。 5.了解柴油机排气后处理各种措施及相应装置的基本工作 原理。 一.汽油机的电子控制系统 前言 l影响汽油发动机排放的最主要因素是混合气的 空燃比， 理论上一公斤燃料完全燃烧时需要14.7 公斤的空气。这种空气和燃料的比例称为化学当 量比。 l空燃比小于化学当量比时供给浓混合气，此时 发动机发出的功率大，但燃烧不完全，生成的 CO、HC多。 l当混合气略大于化学当量比时，燃烧效率最高 ，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多。 l 供给稀混合气时，燃烧速度变慢，燃烧不
12、稳定， 使得HC增多。 l 在电控汽油喷射系统中采用闭环控制的方式，将 空燃比控制在化学当量比附近，并在排气系统中 消声器前安装一个三元催化转化器，对发动机进 行后处理，是当前减少汽车排气污染物的最有效 方法。在化学当量比附近，转化器的净化效率最 高。 化油器的功能和缺点 l 燃油雾化程度受空气密度影响 式中：dmax-油滴的最大半径；a汽油空气界面的表面张力系数（N/m）；wo油滴对 于空气流的相对速度（m/s）；空气密度（kg/m3）。 l 空燃比受空气密度的影响 l 多缸机混合气分配不均匀 l 负荷变动造成附加的燃油消耗和排放恶化 l 充气效率较低 l 化油器结冰 l 化油器浮子室工作受
13、发动机姿势的影响 l 发动机倒拖影响排放和油耗 l 没有喉口，流阻小，充量系数高 l 不需对进气管加热充量系数高 l 混合气的各缸分配均匀性好 l 在任何情况下都能获得精确的空燃比 l 汽车的加速性能好 l 汽油喷射有压力，不会出现气阻现象 l 适应环境能力强（寒暑，高原，颠簸路面） l 可减小和避免不规则的燃烧现象 l 经济性，排污性有很大改良 l 能降低发动机的总高度 l 有利于可变机构的推广应用，有利于维护保养，可靠性好 充气效率高 l 良好的起动性能和减速减油或断油 概述 l 电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection System）简称为EFI。 l 它利用
14、各种传感器检测发动机的各种状态，经微 处理器的判断、计算，使发动机在不同工况下均 能获得合适空燃比的混合气。 电控汽油喷射系统的发展史 电控汽油喷射系统主要由下列五部分组成： 进气系统 供油系统 控制系统 点火系统 后处理系统 工作原理 l 进气系统 降噪部件 降噪部件 水分离装置 热空气调节 发动机饰盖 油分离器 旁通阀 加热管 发动机 环境 防雪阀系统 (AASS) 新鲜空气进气管 干净空气进气管 进气歧管 空气滤清器 曲轴箱通风系统 空气质量流量计 增压发动机 涡轮增压器 中冷器 新鲜空气进气管 降噪设计 降噪部件 发动机 二次空气系统 进气系统结构示意图 网格 弹簧阀门 补充进气 前端
15、进气 3. 防雪阀系统 避免雪侵入空气滤清器滤芯，引起发动机熄火。 4. 功率损耗优化 生 产 流动模拟 包 装 热力学 成 本 噪 声 过 滤 开发标准 模拟计算 结 构 - 静态计算 - 动态计算 一维流动计算 - 脉动计算 - 管口噪声 - 发动机性能计算 三维流动计算 - 压降计算 - 气体混合计 - 涡流计算 噪 声 -管口噪声分析 l 怠速时节气门全关， 由怠速执行器根据冷却水温 、空调和动力转向等工况调节进气量 l 供油系统主要由油压调节器、喷油器和喷油泵组 成。 l 各类汽油规范的部分质量指标 供油系统 燃油泵 l 燃油泵装在油箱内，涡轮泵由电机驱动。当泵内 油压超过一定值时，燃油顶开单向阀向油路供油 。当油路堵塞时，卸压阀开启，泄出的燃油返回 油箱。 l 喷油器是电磁式的。当喷油器不 工作时，针阀在回位弹簧作用下 将喷油孔封住。当ECU的喷油控 制信号将喷油器的电磁线圈与电 源回路接通时，针阀才在电磁力 的吸引下克服弹簧压力、摩擦力 和自身重量，从静止位置往上升 起，燃油喷出。 多点喷油系统中喷油器通过绝缘垫圈安装 在进气歧管或进气道附近 的缸盖上，并用输油管将其固定。多点喷油系统每
