第2章汽油机电控系统概述

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1、第2章 汽油机电控系统概述,2.1 汽油机电控系统的基本组成 2.2 汽油机燃油喷射系统的分类 2.3 电控汽油喷射的优点,电控系统的基本组成,2.1.1 发动机电控系统的构成 任何一种电子控制系统，其主要组成都可分为信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行元件三部分。,2.1 发动机电控系统的基本组成,信号输入装置：各种传感器，用于采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。 常用的传感器有：空气流量计、进气管绝对压力传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、爆燃传感器、起动开关、空调开关、档位开关、制动灯

2、开关等。 电子控制单元（ECU）：给传感器提供参考电压，接受传感器或其他装置输入的电信号，并对所接受的信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行元件发出指令。 执行元件：受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。 常用的执行元件有：喷油器、点火器、怠速控制阀、EGR阀、炭罐电磁阀、油泵继电器、节气门控制电机、二次空气喷射阀、仪表显示器等。,空气流量计MAFS：测量发动机的进气量，将信号输入ECU。 进气管绝对压力传感器MAPS：测量进气管内气体的绝对压力，将信号输入ECU。 节气门位置传感器TPS：检测节气门的开度及开度变化，信号输入ECU。 凸轮轴位置传感器CMPS：提供曲轴转

3、角基准位置信号。 曲轴位置传感器CKPS：检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号。 进气温度传感器IATS：检测进气温度信号。 冷却液温度传感器ECTS：给ECU提供冷却液温度信号。 车速传感器VSS：检测汽车的行驶速度，给ECU提供车速信号（SPD信号）。,传感器的类型及功用：,氧传感器O2S：检测排气中的氧含量。 爆燃传感器KS：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。 空调开关A/C：当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向ECU输入信号。 档位开关：自动变速器由空档挂入其他档时，向ECU输入信号。 起动开关STA：发动机起动时，给ECU提供一个起动信号。

4、 制动灯开关：制动时，向ECU提供制动信号。 动力转向开关：当方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，此时向ECU输入信号。 巡航控制开关：当进入巡航控制状态时，向ECU输入巡航控制状态信号。,2.1.2 发动机电控系统的功能 电子燃油喷射系统（EFI） 功用：根据进气量确定基本喷油量，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）信号等对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。 电控点火系统（ESA） 功用：是点火提前角控制 。根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择

5、最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。,怠速控制系统（ISC） 功用：是在发动机怠速工况下，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，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。 排放控制系统 功用：主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括：废气再循环（EGR）控制，活性炭罐电磁阀控制，氧传感器和空燃比闭环控制，二次空气喷射控制等。 进气控制系统 功用：主要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

6、动力性。,增压控制系统 功用：是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增加装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。 巡航控制系统 功用：设定巡航控制模式后，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，使汽车自动维持一定车速行驶。 警告提示 功用：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 。,自诊断与报警系统 功用：用来提示驾驶员发动机有故障；同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围。 失效保护系统 功用：主要是当

7、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。 应急备用系统 功用：是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防车辆停驶在路途中。,2.2.1 按喷射位置分类 缸内直接喷射：喷油器装在气缸盖上，把燃油直接喷入气缸内。目前未全面推广。 进气管喷射：燃油喷在进气管上。按喷油器数量不同，又分为： 单点喷射系统：在节气门上方有一个中央喷射装置，用12个喷油器集中喷射。又称为节气门体喷射TBI或中央喷射CFI。 多点喷射系统：每缸进气门处装有1个喷油器，由ECU控制喷油。,单点喷射系统,多点

8、喷射系统,2.2 汽油机燃油喷射系统的分类,2.2.2 按喷射时序分类,同时喷射 特点：所有各缸喷油器由ECU控制同时喷油和停油。 工作原理：喷油正时控制是以发动机最先进入作功行程的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。,分组喷射 特点：把所有喷油器分成24组，由ECU分组控制喷油器。 工作原理： 以各组最先进入作功的缸为基准，在该气缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。,顺序喷射 特点：喷油器驱动回路数与气缸数目相等。 工作原理：ECU根据凸轮轴位置传感器（G信号

9、）、曲轴位置传感器（Ne信号）和发动机的作功顺序，确定各气缸工作位置。当确定各缸活塞运行至排气行程上止点某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸开始喷油。,2.2.3 按进气量的计量方式分类,开环控制系统：对发动机及控制系统的精度要求高，控制精度低。 （无氧传感器）通过实验室确定的发动机各工况的最佳供油参数预先存入电脑，在发动机工作时，电脑根据系统中各传感器的输入信号，判断自身所处的运行工况，并计算出最佳喷油量。其精度直接依赖于所设定的基准数据和喷油器调整标定的精度。当使用工况超出预定范围时，不能实现最佳控制。 闭环控制系统：装有氧传感器。可达到较高的空燃比控制精度。

10、（有氧传感器）在系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，在通过电脑与设定的目标空燃比进行比较，并根据误差修正喷油量。空燃比控制精度较高。 目前普遍采用开环和闭环相结合的控制方案。,注意,2.2.4 按有无反馈信号分类,2.2.5 按喷射系统的控制方式分类,机械式汽油喷射系统： 机械式汽油喷射系统：喷射装置和计量装置都是机械装置 机电混合式汽油喷射装置：改进型的K系统，在机械控制装置上增加了电控单元、传感器和电液式压差调节器 电控式汽油喷射系统： 单一电控汽油喷射系统：用单一的ECU控制单一的电控系统 发动机集中管理系统：Motronic系统

11、，将多项控制功能集中在一起统一管理，目前电控系统都采用集中管理系统,2.2.6 按喷油压力高低分类 高压燃油喷射系统：高于进气管压力200KPa以上，广泛运用于MPI系统。 低压燃油喷射系统：低于进气管压力200KPa以下，广泛运用于SPI系统。,2.3 电控燃油喷射系统的优点,电子控制技术在汽油机上的应用全面提高了汽油机的综合性能，与化油器式汽油机相比，电控汽油喷射在以下几个方面有明显的改善和提高。 1.改善了各缸混合气的均匀性 在化油器式汽油机中，当混合气在通过不同截面、不同长度和具有一定弯曲弧度的进气管时，由于空气和汽油微粒的密度不同，空气比较容易改变方向，而汽油微粒受惯性力的作用继续向

12、进气管的末端运动，造成了各缸混合气浓度不均匀。对于微机控制的多点喷射系统，燃油喷在各缸的进气歧管内，从进气总管分流到各缸的仅仅是空气，这样就能使各缸混合气的浓度基本一致，有利于降低CO和HC的排放量，改善发动机的经济性。,2.发动机的动力性和经济性有了一定程度的提高 由于电控汽油喷射采用压力喷射方式形成混合气，因此进气管中不需要设置喉管，这样可以降低进气系统的阻力，减少进气压力损失，使发动机具有较高的充气效率，从而有利于提高发动机的经济性和动力性。另外，电控汽油机一般不采用进气预热，这样可以提高进气的密度，有利于提高发动机的升功率。 3.有害物排放量显著减少 现代电控汽油机都采用空燃比反馈控制

13、，因而在闭环控制时，都能把空燃比精确控制在14.7：1附近（即1）。此时，三元催化转化器具有最高的净化效率，使排人大气中的CO、HC和NOx大大减少。另外，有些电控汽油机还采用废气再循环、二次空气喷射、进气涡流强度控制、废气涡轮增压等多种综合措施。这些综合措施不仅可以提高发动机的其他性能，而且可以进一步减少汽油机有害物的排放量。,4.改善了汽油机过渡工况响应特性 发动机运行工况发生变化，电控系统能根据传感器的输入信号迅速调整喷油量或增加异步喷射，提供与发动机运行工况相适应的空燃比，不仅提高了汽油机变工况响应速度，而且也改善了工况过渡的平稳性。另外，电控汽油机采用压力喷射方式，汽油的雾化质量好、

14、蒸发速度快，在各种工况下混合气都有良好的品质，也有利于提高汽油机非稳定工况的性能。 5.改善了汽油机对地理及气候环境的适应性 由于电控系统是根据进气质量来确定喷油量的，因此当汽车在不同地理环境或不同气候条件的地区行驶时，由大气压力和温度变化引起的进气密度变化，对电控系统的空燃比控制没有影响，使汽车在各种地理环境及气候条件下都能保持良好的排放性能。,6.提高了汽油机高、低温起动性能和暖机性能 发动机在高温或低温条件下起动时，电控系统根据起动时发动机冷却水的温度，提供与起动条件相适应的喷油量，使汽油机在高温和低温条件下都能顺利起动。低温起动后，电控系统又能根据发动机冷却水温度，白动调整怠速空气供给量和喷油量，缩短了汽油机暖机时间，使发动机很快进入带负荷运行状态。 综上所述，电控系统使汽油机在低排放、低油耗和高功率等方面有了质的飞跃和提高。随着科学技术的进步与发展，电控系统的控制功能将会进一步拓展，制造和使用成本将进一步降低，可靠性和使用寿命将进一步提高。电子控制技术将会使汽车发动机的综合性能迈上新的台阶。,