发动机电子控制系统

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1、第九章第九章 发动机电子控制系统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、

2、无机械驱动、安装方便、便于布置 。第一节 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序 号输入装 置或信 号功用1空气流 量计(L型)计量发动机吸入的空气量，将信号 输入ECU，为喷油和点火控制的主控制信 号 2进气歧管绝 对压 力传 感器MAP(D型)测量进气歧管绝对压 力，将信号输 入ECU，为喷油和点火控制的主控制信号 3转速和曲 轴位置传 感器检测曲轴转角（转速）信号，作为喷油 和点火控制的主控制信号 4凸轮轴 位 置传感 器检测凸轮轴转 角（转速）信号，作为喷 油和点火控制的主控制信号5 上止点位 置传感器检测一缸上止点位置信号，点火控制 的主信号，6 缸

3、序判别 传感器提供各缸的工作顺序信号，点火主控 信号7 冷却水温 度传感器检测发动 机冷却水温度，喷油和点火 正时的修正信号，其他控制系统的信 号 8 进气温度 传感器检测进 气温度，喷油和点火正时的修 正信号9 节气门 位置传感 器检测节 气门开度状态（怠速，全开及 节气门的速率），喷油及其他控制系 统，如EGR、开闭环控制等10 氧传感 器检测排气中氧的含量，喷油量的闭环 控制11 爆震传 感器提供工作的爆震信号，点火控制信号12大气压力 传感器检测大气压力，喷油和点火正时的修 正信号13 车速传 感器检测车 速，控制发动机转速，实现超 速断油控制14 起动信 号起动信号，喷油和点火正时的

4、修正信 号15发电机负 荷信号检测发电 机的工作状态，喷油和点火 修正控制信号16 空调作 用信号提供空调工作的信号，喷油和点火修 正控制信号17档位开关 信号和空 档位置信 号档位开关信号和空档位置信号，防止不 在P/N档时起动发动 机18蓄电池电 压信号提供蓄电池电压信号，喷油的修正控 制信号，以补偿电压过 低所带来的影 响 19离合器开 关信号提供离合器工作的状态信号，喷油和 点火正时的修正信号20制动开关 信号检测制动装置的工作状态，喷油量和 点火正时、自动变速器的控制信号21 动力转 向开关 信号动力转向装置工作时，喷油量和点火 更正时修正控制信号22EGR阀位 置传感器向ECU提供

5、EGR阀的位置，实现废 气 再循环的控制23巡航（定 速）控制 开关信号提供巡航控制工作状态，由ECU对车 速进行自动控制二、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

6、) 活性炭罐排泄电磁阀；(8)车速控制电磁阀； (9)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

7、基础包括： 1）汽油机对燃油供给系的要求； 2）汽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

8、喷射系统中可以由 计算机精确地控制2、混合气的混合状态 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

9、越小。 3）燃料性质。辛烷值越高，点火提前角越大。 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

10、 浓度与过量空气系 数的关系2）点火时间点火时间对排放的影响3）运行工况不同运行工况对排气成分的影响排气成分怠速工况加速工况定速工况减速工况HC/ppm （以正已烷计 算 ）800 300010000540 300800485 2505505000 300012000NOX/ppm （以NO2计算）23 10501543 100040001270 100030006 550CO/% CO2/%4.9 10.21.8 12.117 12.43.4 6.04）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

11、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

12、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PCV阀的作用汽油蒸发汽控制（GM） 汽油蒸发汽控制（TOYOTA） 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 基本喷油量的确定基本喷油量的控制框图增浓校正喷油量的确定闭环控制传感器ECU喷油器气缸HO2SHO2S的结构HO2S的工作原理氧浓度与电压 值之间的关

13、系氧传感器的输 出电压波形起动加浓 喷油量 的措施冷起动喷 油器方式 加浓方式起动加浓 喷油量 的另种 一措施没有冷起动喷 油器，而是通 过延长喷油时 间加浓电瓶电压校正 安全断油 加速增浓 减速稀化 2、点火正时的控制 基本点火时间的确定点火时间的确定电控点火系统结构示意图电控 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1）按喷油器安装在气缸内还是安装在气缸外， 可分为缸内喷射和缸外喷射缸外喷射缸内喷射2）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3）按喷射顺序来分，可分为同时喷射、分组喷 射和顺序喷射分

14、组喷射顺序喷射4）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。D型汽油喷 射系统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L型汽油喷射 系统示意图（ BOSCH公司）二、电控汽油喷射系统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