VQS电控发动机逻辑关系分析研究

目 录第一章 绪论 .11.1 汽车发动机电子控制技术的发展及现状 .11.2 汽车发动机电子控制系统的优势 .2第二章 发动机控制系统的组成及工作原理 .32.1 电子控制系统简介 .32.2 ECU 结构及工作原理 .42.2.1 ECU 结构 .42.2.2 ECU 工作原理 .42.2.3 ECU 工作过程 .52.3 控制系统主要传感器工作原理 .52.3.1 空气流量传感器 .52.3.2 曲轴与凸轮轴位置传感器 .62.3.3 车速传感器 .72.3.4 氧传感器 .82.3.5 爆震传感器 .82.3.6 温度传感器 .92.3.7 节气门开度传感器 .92.3.8 进气歧管绝对值压力传感器 .92.4 控制系统执行器的结构与工作原理 .102.4.1 电动燃油泵 .102.4.2 油压分配管与压力调节器 .112.4.3 电磁喷油器 .122.4.4 怠速控制阀 .12第三章 发动机试验台架及仪器简介 .143.1 发动机台架介绍 .143.2 数字型示波器 .17第四章 汽车发动机电子控制系统逻辑分析 .184.1 电控喷油系统 .184.1.1 电控喷油系统的分类 .194.1.2 电控喷油系统的控制机理逻辑关系分析 .204.2 电控点火系统 .254.2.1 电控点火系统的组成 .254.2.2 电控点火系统的控制机理逻辑关系分析 .254.3 电控怠速系统 .284.3.1 电控怠速系统的组成 .284.3.2 电控怠速系统的控制机理逻辑关系分析 .28结论 .30参考文献 .31谢辞 .33摘 要随着汽车技术的快速发展以及电子技术取得的巨大进步，汽车电子控制技术已经成为当代的主流技术。而汽车电子控制技术的精髓却在于传感器、ECU 和执行器之间的逻辑关系。本文以桑塔纳 2000 轿车所装备的 2VQS 发动机为研究对象，分析研究发动机电子控制技术的逻辑关系。首先是介绍发动机电子控制技术国内外的发展现状；再者分别叙述控制系统三大组成部分（传感器、ECU、执行器）的特点及工作原理；然后分析研究典型的电控喷油控制系统、电控点火控制系统以及电控怠速控制系统各自的控制的逻辑关系（主要是通过示波法来分析研究发动机电子控制系统传感器、ECU、执行器工作时的逻辑关系） ；最后对电子控制技术的未来发展进行展望。通过以上的分析研究可对汽车发动机电子控制技术有个全局性的了解，可为将来从事汽车电子方面的研发提供理论上的支持。关键词：汽车电子控制技术；逻辑关系；示波法AbstractWith the rapid development of automobile technology and electronic technology to open the tremendous progress made, automotive electronic control technology has become the mainstream of modern technology. The essence of auto electronic control technology is that sensors, ECU and the logical relationship between the actuator.In this paper, Santana 2000 sedans are equipped with 2VQS engine analysis for the study to the engine electronic control logic technology: first of all introducing the electronic engine control technology development status; followed by the control system were described in three components (sensors, ECU, actuator) of the characteristics and working principle; and then analysis of a typical electronically controlled fuel injection control system, electronic control systems and electronic control ignition control idle speed control system of their own logic(Mainly through the oscillometric method to analysis of electronic engine control system sensors, ECU, actuator the logic at work); Finally, the electronic control technology for the future development prospects.Control technology through the above analysis can be the vehicle engine electronic control technology has a global understanding for future research and development in auto electronics to provide theoretical support.Keywords：Auto Electronic Control Technology ; Logic ; Oscillography method 1第一章 绪论1.1 汽车发动机电子控制技术的发展及现状我们都知道，衡量一个国家工业化水平高低的三大标志是汽车技术，建筑技术和环境保护。而汽车技术不仅仅代表着社会物质生活发展水平，更是代表着科学技术发展水平。发动机是汽车的核心，而发动机电子控制技术又是发动机的核心。对于发动机电子控制技术的发展过程可以分为国外发展过程和国内发展过程两方面阐述。1、国外发动机电子控制技术的发展过程十九世纪三十年代初期，德国怀特兄弟发明向发动机进气管内连续喷射汽油来配置混合器的技术，同时成功研制出第一架采用燃油喷射式发动机的战斗机。1952年，德国博世公司则研制出了第一台机械控制汽油喷射式发动机，它可以将汽油直接喷射到气缸内，利用气动式混合器调节器调节空燃比，并装配在戴姆勒-奔驰300L 型赛车上。1958 年，德国博世公司再一次成功研制出向进气管内喷射汽油的机械控制汽油喷射式发动机，不过空燃比却是通过油量分配器进行调节的。1967 年，博世公司在 D 型燃油喷射系统的基础上。成功改进研制出 L 型燃油喷射系统，该系统采用了翼片式空气流量计直接测量进入气缸内的空气体积流量，使得检测精度和控制可靠度都大大地提升。1977 年，美国通用汽车公司开始采用微机点火系统，又称 MISAR 系统，它由 CPU、RAM、ROM、A/D 组成，是一套完整的电子控制系统。1979年，日本日产汽车公司也成功研制出能综合控制空燃比、点火系统、废弃再循环和怠速转速的微机控制系统 ECCS，需指出的是，该系统具备了自诊断功能。1980 年，日本丰田汽车公司开发出能综合控制点火时刻、爆震、空燃比、怠速转速，同时也具备自诊断功能的 TCCS。1981 年，博世公司在 L 型喷射系统的基础上，通过用新型的空气流量传感器取代翼片式空气流量计去直接测量进入气缸的空气流量。2、国内发动机电子控制技术的发展过程在国内，由于我国的轿车工业起步较晚，绝大部分相关的技术是从国外引进，但是在全球经济一体化的大环境，外加我国汽车油耗法规、排放法规的要求不断提高情况下，这无疑促进了国产汽车电子控制技术的发展。1995 年，上海大众汽车有限公司与博世公司合资成立了上海联合汽车电子有限2公司，并生产电子控制燃油喷射系统的零部件投放国内市场。1998 年北京地方法规规定：自 1999 年 1 月 1 日起，只允许销售装备电子控制燃油喷射系统，且带有三元催化器的轿车和轻型汽车。2000 年，我国政府规定：5 座以下化油器式汽车自 2001年 1 月 1 日起不准生产，5 月 1 日起不准上牌，9 月 1 日起不得销售，取而代之的则是电控燃油喷射式发动机汽车。到 2002 年为止，国内销售的轿车绝大部分都装备了电控燃油喷系统。目前，无论是进口汽车，抑或是国产汽车，都已广泛采用发动机电子控制技术。1.2 汽车发动机电子控制技术的优势汽车电子控制技术与传统的控制方式有很大的优势，在此，只论述发动机电子控制喷油系统与传统的化油器喷油系统的特点，我们将会很明显地看出发动机电子控制系统巨大的优越性。我们都知道，常用的化油器主要由节气门、浮子、喉管、主量孔、空气量孔、针阀、各种配剂、怠速调整以及真空和机械式省油器等供油装置组成，属机械操纵供油。主供油系为空气制动式，即利用空气的渗入来降低主量孔的真空度以减少燃油的供给，从而可以实现满足常用负荷的供油需要(A/F=12 到 16.5)，其他辅助装置则用于起动、怠速、加速及全负荷等工况的供油需要。由于主量孔和空气量孔的尺寸误差以及主、辅供油装置的过渡衔接都有一定的偏差，这样，一方面使产品化油器特性并不理想，常常偏离理想化油器特性。另一方面，发动机对可燃混合气偏浓不敏感，因为偏浓可使工作较为稳定。对偏稀却很敏感，因为偏稀往往会使发动机工作不稳或熄火。为确保发动机能可靠工作，在设计、制造、使用，往往都偏于较浓的供油状态，这样不仅造成油耗偏高，动力性差，而且发动机燃烧不完全、废气污染严重，不能达到当今越来越严格的废气排放法规要求，故化油器式供油装置的应用前景受到其他供油方式的挑战。因此汽车发动机电喷技术应运而生，它完全是按照发动机在各种工况工作时“要多少，就给多少”的方式进行精确控制的。也正因为如此，电控燃油喷射与化油器相比较，具有如下明显的优点：（1）燃油喷射控制系统故障小，十分可靠，远优于化油器。（2）各缸充气量大，动力性好，功率和转矩可提高 5%-10%1。（3）各缸进气均匀，汽油的雾化性好，没有气阻，发动机容易起动。（4）燃料经济性好，油耗可降低 7%左右 2，排污小。3（5）有利于 ABS 防抱死系统、辅助安全装置、恒速巡航、 、防盗、空调、音响等设备的配合使用，有利于实现全车的电子集中控制。第二章 发动机控制系统的组成及工作原理2.1 电子控制系统简介电子控制系统（简称电控系统）主要由下列三类装置组成：微机控制装置（简称 ECU)；各类传感器；各类执行器。电子控制系统的电气原理图如图 2-1 所示图 2-1 电控系统电气原理图 电控系统的简单工作原理如下：ECU 贮存有常规稳定工况下的最佳喷油量或最佳空燃比的脉谱图、最佳点火提前角脉谱图、多种外界输入参数变化校正曲线。当ECU 接收到传感器送来的发动机转速、发动机转速、空气流量等基本输入参数后，便立即通过上述内存的脉谱图查出对应的基本喷油量和点火提前角，另外再根据冷却水温度、进气温度、氧、爆震等传感器采集到的发动机实时蓄电池电压、海拔高4度、燃油辛烷值等工况信号以及外界输入参数变化信号，而后 ECU 便对基本喷油量和点火提前角作出修正，最后向喷油器和点火器发出最佳的喷油量和点火提前角指令。喷油量的多少是根据 ECU 的指令控制喷油器的持续喷油时间来确定，喷油持续时间越长则喷油量越大，反之则少，通常的喷油持续时间约为 2ms10ms。2.2 ECU 结构和工作原理2.2.1 ECU 的结构ECU 即是电子控制装置（Electronic Control Unit）的简称，它是一个由各类硬件和软件组成的高效微处理器，具有强大的数学运算、逻辑判断、数据处理以及数据管理等功能，它是汽车电子控制系统的控制中心，其最为主要的功用是分析处理传感器采集的各种信息、信号，然后向执行机构发出控制指令。图 2-2 为 ECU 电气原理方框图。图 2-2 ECU 电气原理方框图52.2.2 ECU 工作原理在 ECU 中最为核心的部分就是 CPU，它具有运算与控制的功能，发动机在运行时，它采集各传感器的信号，进行运算，并将运算的结果与存放在存储器 ROM 中存放的数据程序（该程序是经过精确计算和大量实验获取的数据为基础的）进行比较，这个固有程序在发动机工作时就启用，并不断地与各传感器采集来的信号进行比较和计算。把比较和计算的结果转变为控制信号，控制被控对象的工作。它同时还可以对存储器、输入/输出接口和其它外部电路的进行控制。2.2.3 ECU 工作过程ECU 工作大体的过程如下：(1)信号过滤和放大：传感器和其他装置的信号被输入电路接收，输入电路对信号进行过滤和放大。放大输入信号的目的是使信号增加到汽车电脑可以识别的程度，某些传感器，例如氧传感器，产生一个小于 1V 的低电压信号，只能产生极小的电流，这样的信号送入电脑内的微处理器之前必须放大，这个放大作用由电脑中输入芯片中的放大电路来完成。(2)模数转换：由于微处理器处理的是数字信号，而很多传感器产生的是模拟信号，所以必须把模拟信号转换为数字信号，这项工作由电脑输入芯片中的模数转换器完成。模数转换器以固定的时间间隔不断对传感器的模拟输入信号进行扫描，并对模拟信号赋予固定的数值，然后将这个固定值转换成二进制码。在一些汽车电脑中，输入处理芯片和微处理器制成一体。(3)微处理器将已经预处理过的信号进行运算，并将处理后的数据送至输出电路。输出电路将数字信号放大，有些还要还原为模拟信号，以驱动执行元件工作。2.3 控制系统主要传感器工作原理传感器是用来采集各种信号的，并把各种信号向 ECU 传递，电控发动机里面装配有各种用途的传感器，在此只介绍一些维持发动机正常工作中尤为重要的传感器的结构与工作原理。2.3.1 空气流量传感器空气