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1、陈志祥,Jetta 1.6L 2V E2 64kW发动机 SIMOS 3PW发动机管理系统 发动机试装间 TRY-OUT 过 刚,发动机基础培训3(Engine Management System 1),点燃式发动机,火花点燃式发动机(Otto-Motor) 原理：一种外源点火内燃机，可燃混合气在缸外配制，供入气缸后被点燃，燃料燃烧释放能量，转化为动能对外输出。,陈志祥,可燃混合气与空燃比,火花点燃式发动机运行时要求一个特定的空气和燃料比例 空燃比(A/F):可燃混合气中空气质量与燃料质量的比值。 理论空燃比: 1kg燃料完全燃烧时所需要的空气质量L0,称L0 (L0 :1)为化学计量比(理论
2、空燃比)。 汽油L0=14.7；柴油L0=14.3。 过量空气系数:燃烧1kg燃料实际提供的空气量L与理论空气量L0之比。 =1 标准混合气; 1 稀混合气; 1 浓混合气。 汽油机(=0.81.2) =0.850.95 , 功率混合比; =1.051.1 , 经济混合比; 1.31.4 , 火焰传播下限; 0.40. 5 , 火焰传播上限。,陈志祥,空燃比与发动机性能的关系,陈志祥,空燃比与发动机有害排放物的关系,陈志祥,发动机尾气组成及催化转换器转化示意图,陈志祥,HC、CO和NOx 铂(Pt)/钯(Pd)和铑(Rh),催化转化器转换效率随空燃比的变化,陈志祥,点火系统,功能：在适当时刻点
3、燃被压缩的可燃混合气，开始燃烧从而对外作功。稳定可靠点火是催化转换器有效运行的前提条件。 火花产生及能量积蓄：火花塞两极间产生一个短暂放电而形成电火花，点火线圈提供足够高的电压(2530kV)，储备了足够的能量(60120mJ)。 点火正时：混合气从被点燃到完全燃烧约2ms，点火火花必须及早在适当时刻产生，以便在发动机所有运行工况下都能提供理想燃烧压力。将点火正时与曲轴上止点联系起来，叫做点火提前角，点火正时(最佳点火提前角)应满足：发动机输出功率最大；燃油消耗率最低；避免发动机爆震；废气“清洁”。,陈志祥,燃油喷射优点、分类,优点： 降低燃油消耗； 改善性能； 即时加速响应好； 改善冷启动性
4、和预热性； 低废气排放。,分类： 1.按喷油器安装位置分为： 单点喷射和多点喷射； 2.按喷油方式分为： 连续喷射和间歇喷射； 3.按喷射时序分为： 同时喷射、分组喷射和顺序喷射； 4.按喷射装置分为： K型(机械式)、KE型(机电)、D型(压力)、L型(空气质量)；,陈志祥,SIMOS 3PW发动机管理系统简介,SIMOS 3PW发动机管理系统是一个集喷油、点火、怠速、爆震、空调、自诊断及跛行回家等功能于一体的集中电子控制系统。该系统为多点顺序燃油喷射系统，使用氧传感器实现闭环控制。 电脑（ECU）根据各种传感器和开关提供的发动机和整车工况信息，以及存储器中存储的发动机各工况的最佳控制参数和
5、修正系数，结合氧传感器信号，进行比较，判断和计算，最终对发动机的喷油脉宽，点火提前角，怠速转速，空调及爆震等进行实时最佳控制。 电脑在线检测发动机管理系统重要的输入输出电路及相应的零部件。如果发现故障，便将与此故障相对应的故障代码存入电脑中的故障代码存储单元。本系统利用诊断仪（VAG1551或VAG1552）可将已存储的故障代码读出，供检测维修使用。 当系统某些零部件出现严重故障时，系统用其它相关的传感器或备份数据代替发生故障元件的信号，保证汽车能够带病行驶，此功能称为跛行回家功能（Limp home function）。,陈志祥,Jetta 1.6L 2V E2 64kW发动机管理系统概貌,
6、陈志祥,Simos 3PW发动机管理系统示意图,1.氧传感器 2.冷却液温度传感器 3.点火线圈 4.火花塞 5.喷油嘴 6.爆震传感器 7.转速传感器 8.节流阀体 9.进气压力/温度传感器 10.压力调节器 11.燃油分配管 12.碳罐电磁阀 13.发动机电控单元 14.活性碳罐 15.燃油滤清器 16.燃油泵 17.相位传感器,陈志祥,系统的基本工作过程,系统的基本工作过程,陈志祥,发动机基本工况的识别,1 启动工况:电脑根据曲轴转速传感器给出的发动机转速信号识别启动工况,当转速位于某一转速范围(如70400r/min)内,识别为启动工况. 2 运行工况:当发动机转速高于某一转速时,识别
7、为运行工况. 2.1怠速工况:电脑根据节流阀体中的怠速开关信号识别怠速工况. 2.2部分负荷工况:电脑根据节流阀体位置传感器信号大小识别部分负荷工况;ECU将根据氧传感器信号进行最佳空燃比控制,形成闭环控制. 2.3全负荷工况:电脑根据节流阀体位置传感器信号大小识别全负荷工况; ECU将忽略氧传感器信号,进行全负荷加浓,以保证发动机输出最大功率. 2.4加减速过渡工况:电脑根据节流阀体位置传感器信号变化率的大小和正负识别加减速过渡工况.当节流阀体位置传感器信号变化率增大并超过一定值时,进入加速工况;当节流阀体位置传感器信号变化率减小并超过一定值时,进入减速工况.,陈志祥,启动工况,电脑根据转速
8、传感器、节流阀体位置传感器、进气压 力/温度传感器和冷却液温度传感器等提供的发动机 工况信息，以及电脑存储器中存储的最佳控制参数， 计算出启动喷油量、点火提前角和节气门位置。然后 根据曲轴位置传感器和凸轮轴相位传感器提供的信息， 确定出喷油时刻/顺序和点火时刻/顺序。最后通过驱 动电路发出喷油控制信号、点火控制信号和怠速直流 电机控制信号，控制各执行器工作，使发动机运转。,陈志祥,运行工况,电脑根据转速传感器，节流阀位置传感器，绝对压力传感器， 氧传感器，进气温度传感器和冷却液温度传感器等提供的发动 机和整车工况信息，以及电脑存储器中存储的最佳控制参数， 计算出基本喷油量和修正喷油量，基本点火
9、提前角和修正点火 提前角。 根据相位传感器提供的判缸信号,确定出喷油顺序和点火顺序。 根据转速传感器提供的信息,确定出喷油时刻和点火时刻。 最后通过驱动电路将控制信号分别输出到喷油器和点火线圈等 执行器。,陈志祥,怠速工况,电脑根据冷却液温度传感器信号计算出发动机怠速目标转速，并与从发动机转速传感器获得的实际转速进行比较，根据转速差（目标转速-实际转速）的正负和大小，确定怠速直流电机的旋转方向和节流阀目标位置，再根据当时的怠速节流阀位置传感器信号确定出节流阀开度增量，最后由怠速直流电机将节流阀驱动到目标位置，使发动机转速达到目标值。,陈志祥,加减速过渡工况,电脑根据截流阀开度变化率的大小及正负
10、计算出喷油修正量（加浓和减稀）和点火提前角修正量（减小或增大），以保证加速迅速平稳，减速节油和降低排放。,陈志祥,电脑(ECU-电控单元),系统核心。它接收各传感器传来的信号，进行分析、计算，确定出喷油时间、点火时刻等数值，控制执行元件的动作。当某传感器出现故障时，控制单元用其它信号计算出一替代值，实现”跛行回家“功能。控制单元监控各传感器的工作状态，可实现故障自诊断，并将故障存储于故障存储器中。,陈志祥,传感器及开关,转速传感器 相位传感器（霍尔传感器） 进气压力传感器和进气温度传感器 节流阀体 冷却液传感器 爆震传感器 氧传感器 附加信号,陈志祥,转速传感器G28,工作原理：根据电磁感应原
11、理工作 传感器功能：为控制单元提供发动机转速信号及1、4缸上止点参考点信号（曲轴位置信号）。 信号作用：A确定喷油时间B确定点火时刻C确定点火顺序D其它控制，包括怠速稳定控制，发动机最高转速控制，超速切断控制，油泵继电器接合控制等。 信号中断影响：5V机，停转；2V机，可继续运转，但动力性受影响，发动机发闷。 其它说明：在很多系统中使用此类型传感器来测量转速，齿圈与传感器间隙、齿圈材质等对信号有影响。G28有静电屏蔽线，可减弱外界电磁场对信号的影响,陈志祥,转速传感器G28示意图,陈志祥,工作原理：霍尔传感器按霍尔原理工作 传感器功能：判别1缸 信号作用：确定爆震所在缸，确定喷油顺序 中断影响
12、：不能识别爆震所在缸，推迟点火角，动力性和经济性受损 其它说明：故障实例，齿形皮带错齿，记忆为传感器有故障,霍尔传感器G40,陈志祥,霍尔传感器G40示意图,陈志祥,发动机点火、喷油顺序及时刻的确定,1缸上止点,1,3,4,2,曲轴转2周( 720),发动机转速信号,相位传感器信号,陈志祥,进气压力传感器G71和温度传感器G42,进气压力传感器和进气温度传感器集成在一起，安装在进气管膨胀箱上。 绝对压力传感器(负荷传感器)向电脑提供一个05伏的电压信号，怠速工况时，发动机吸入的空气量很小，绝对压力传感器的输出电压较低；全负荷工况时，发动机吸入的空气量很大，绝对压力传感器的输出电压较高。电脑根据
13、此信号确定喷油量(基本喷油脉宽)及点火时刻 进气温度传感器是一个负温度系数热敏电阻。当温度升高时，热敏电阻的电阻值下降；当温度下降时，其电阻值升高。ECU根据进气温度传感器检测到的进气温度来修正喷油量、点火时刻和怠速，使发动机自适应外部环境的变化。,陈志祥,进气压力G71和温度传感器G42示意图,陈志祥,节流阀体,节气门电位计(G187)：其输出电压与节流阀开度成反比；电脑根据节流阀位置传感器输出电压的大小和电压变化率的大小及正负，能够确定发动机是处于全负荷工况，部分负荷工况，加速工况或减速工况，据此进行不同工况的喷油量和点火提前角等控制参数的修正。 怠速节气门电位计(G188) ：其输出电压
14、与节流阀开度成反比 ；电脑根据怠速节流阀位置传感器输出电压的大小和发动机实际转速与目标转速之差，决定怠速电机的旋转方向（正转或反转）和移动量（旋转角度），将节流阀开大或关小，从而进行怠速控制。 怠速开关(F60)：怠速开关装在节流阀体内,此开关仅在节流阀人工操纵机构复位时闭合。电脑根据怠速开关闭合信号能够判定发动机工作在怠速工况，据此进行怠速工况的喷油量，点火提前角和怠速转速等控制。,陈志祥,节流阀体示意图,陈志祥,冷却液传感器G62、G2,工作原理：NTC热敏电阻 传感器功能：提供冷却液温度信号 信号作用：修正喷油量；修正点火时刻（温度高，点火角小）；修正怠速 中断影响：冷、热起动困难；怠速
15、自适应性能差；油耗排放 其它说明：当冷却液温度50时，活性碳罐电磁阀才能开始工作；当冷却液温度120时，切断空调系统工作。,陈志祥,冷却液传感器G62、G2示意图,陈志祥,爆震传感器G61、G66,爆震传感器是一压电陶瓷元件，其输出电压与一定频带的振动强度相关，振动增强时，其输出电压增加；振动减弱时，其输出电压减小。 2V MPI车装有2个爆震传感器，用来检测发动机的振动强度，电脑根据爆震传感器输出电压的大小能够确定发动机是否存在爆震燃烧。如果存在爆震燃烧，电脑将推迟点火，以消除爆震。爆震消除后，电脑再将点火提前角逐渐恢复到爆震发生前的水平。SIMOS 3PW系统具有爆震选缸推迟点火提前角的功
16、能。,陈志祥,爆震传感器G61、G66示意图,陈志祥,氧传感器G39,工作原理：氧化锆式是以陶瓷材料氧化锆为敏感元件，在氧化锆内外表面覆盖一层铂薄膜电极氧化锆陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，当温度高于350度时，氧气发生电离，如果陶瓷体内侧与外侧氧气含量不同，即存在着氧浓度差时，氧离子从大气侧向尾气侧扩散，使氧化锆元件内形成微电池，氧化锆内外两侧极间就产生一个电压。当混和气稀时，排气中氧含量高，传感器内外两侧的浓度差小，产生的电压低（接近0V）反之，电压高（接近1V）。信号强度与工作温度有关，一般要在350至400度才能正常工作。氧化钛式以二氧化钛作为敏感元件，其工作原理是二氧化钛的电阻值随尾气中氧含量的大小而变化。常温下二氧化钛有很高的电阻值，当尾气中氧气含量少时，氧分子脱离，使晶体出现缺陷，更多的电子用来传递电流，从而降低了电阻值。但若将二氧化钛连续使用，必须作温度补偿。 传感器功能：提供尾气中剩余氧含量信息 信号作用：判断混合气浓度，修正喷油量，使 =1 中断影响：油
