毕业设计（论文）-汽车发动机设计.doc

专科生毕业设计（论文）摘 要由于现在汽车的数量不段增长，汽车尾气的大量排放，造成空气污染，成为人们所需要关注的焦点。本课题设计一个汽油机喷油系统，可以减少尾气排放，大大降低尾气中含有的有毒物质，从而可以减少空气污染。本设计以MOTRONIC1.5.4发动机为例介绍了电子控制系统的原理、基本组成、基本功能和控制策略。这个系统两类配置的差别及故障诊断的原理、系统维修安全事项及诊断排查步骤，并以装配AFE发动机的桑塔纳轿车为例，详细阐述了几种常见故障的诊断步骤。关键字：MOTRONIC1.5.4；汽油机；电子控制；故障诊断AbstractAs the number of vehicles, not paragraph growth, while a large number of vehicle exhaust emissions, air pollution, it is required to become a focus of attention. This issue to design a gasoline engine fuel injection system can reduce emissions and greatly reduce the exhaust contains toxic substances, which can reduce air pollution.Through the design of comprehensive training students to use auto-detection technology, computer control technology, electronics technology, and power system automation expertise; familiar with the various methods of monitoring of motor vehicles. And comprehensive use of students have learned basic theories, professional knowledge and skills, independent analysis and problem-solving skills, to enable students to be scientific research and engineering design of basic training, to meet the requirements of professional training objectives.Papers mainly MOTRONIC-1.5.4 as an example to introduce the electronic engine control systems theory, basic composition, the basic function and control strategy. This system the difference between two types of configuration and the principle of fault diagnosis, system maintenance and diagnostic investigation safety steps, and engine assembly Santana AFE for example, described in detail several common fault diagnosis steps.Keyword: MOTRONIC-1.5.4; gasoline engine; electronic control; fault diagnosis目 录摘 要I绪 论1第一章汽油机电子控制系统的基本原理21.1汽油机电子控制系统的基本组成21.1.1 传感器21.1.2 电子控制单元21.1.3 执行器21.1.4 桑塔纳GLi安装位置图3第二章 汽油机电子控制系统的基本功能与控制策略122.1 喷油控制122.1.1 燃油系统122.1.2燃油定量电子控制122.1.3汽油机燃油定量电子控制的核心问题122.1.4汽油机燃油定量电子控制的实施132.1.5喷油器单位时间喷油量保持恒定142.1.6燃油定量的闭环控制152.1.7 燃油定量电子控制的各工况控制策略152.1.8 超速断油控制182.1.9 拖断油控制192.2点火控制192.2.1 点火提前角192.2.2点火提前角对汽油机性能和排放的影响192.2.3点火正时电子控制的核心问题192.2.4点火正时电子控制的实施192.2.5 点火正时和点火闭合角电子控制192.2.6点火闭合角192.2.7爆震及爆震控制202.2.8 点火闭合角对发动机性能的影响202.2.9 点火闭合角的优化202.3 排放控制212.3.1 蒸发排放物质控制212.4 怠速控制222.4.1怠速转速调节22第三章故障诊断233.1系统故障诊断基本原理233.1.1故障信息记录233.1.2故障状态233.1.3故障类型233.1.4故障频度计数器233.1.5跛行回家243.1.6故障报警243.1.7故障读出243.1.8故障信息记录的清除263.1.9故障查找263.1.10其他故障诊断工具263.2系统维修安全事项283.2.1汽油电喷控制系统诊断维修注意安全事项283.2.2安全措施283.3故障的诊断与排除293.4 案例分析 为何怠速不稳31结论36致谢37参考文献38IV绪 论随着我国国民经济的发展，汽车保有量不断增加，环保法规也在不断地严格化。传统的化油器式汽油机，已不可能满足排放法规的要求。同时，为缩短与发达国家的汽车工业的差距，挑战面临WTO后激烈的全球化市场竞争，从2001年9月1日起，我国已经不准新出厂的装备化油器式汽油机的乘用车和小型客车（轻型车）注册和上牌。这表明在我国电子控制汽油机的时代已经开始。由于闭环控制的汽油定量技术跟二效催化转化器相结合有可能将汽车排放的有毒物质减少90%以上，所以用电子控制汽油喷射技术取代化油器已经成为不可逆转的发展趋势。联合汽车电子有限公司作为国内最大、最有影响的汽车发动机电子控制汽油喷射系统的供应商，从1996年开始向国内各大汽车公司供货。其中有很大一部分是从德国BOSCH公司引进的MOTRONICM1.5.4系统。所谓MOTRONIC ,是一种商品名，产不具备特定的含义。不过，MOTRONIC系统确实具有一定的技术特点，这就是发动机的燃油定量电子控制和点火正时电子控制系统合二为一。原来分开的两个系统共享一套传感器。不言而喻，MOTRONIC系统都具备点火正时电子控制功能，这使得发动机的性能有明显的改善。德国BOSCH公司作为全球第二大汽车发动机电子控制喷射系统的供应商,在汽油机电子控制系统的研究日新月异,层出不穷。相继推出MOTRONICM1、 MOTRONICM3、 MOTRONICM5、 MOTRONIC7、 MOTEONICMONO 、 MOTRONICME等。其中MOTRONICM1在我国内汽车应用较多。本论文在认真M1.5.4系统的基础上，重点阐述电子控制汽油喷射系统的组成和工作原理及故障的诊断及排除。由于论文篇幅的限制，本文有重点的介绍了部分零部件的构造和性能。第一章汽油机电子控制系统的基本原理1.1汽油机电子控制系统的基本组成任何电子控制系统，包括汽油机电子控制系统，都是由以下三部分组成的：1.1.1 传感器将发动机的各种非电学物理量转变成电学量，借此将各种信息提供给电子控制单元；传感器是电子控制系统的耳目。用于M1.5.4电子控制系统的传感器有： 进气岐管绝对压力传感器（负荷信息） 节气门位置传感器（负荷信息、负荷范围信息、加速减速信息） 霍尔传感器（转速信息、曲轴位置和相位信息） 感应式转速传感器（转速信息和曲轴位置信息） 凸轮轴相位传感器（曲轴相位信息） 进气温度传感器（空气密度信息） 冷却液温度传感器（发动机温度信息） 空调蒸发器温度传感器（空调蒸发器温度信息） 氧传咸器（过量空气系数大于1或者小于1的信息） 爆震传感器（爆震信息）1.1.2 电子控制单元整个电子控制系统的大脑（ECU）。它对传感器提供的各种信息进行分析和处理，将得出的结论以指令的开工发送给执行器，从而使发动机在优化的状态下运行。1.1.3 执行器执行电子控制单元的指令。执行器是电子控制系统的手脚。用于M1.5.4电子控制系统的执行器有： 电动燃油泵 电磁喷油器 用于带分电器系统的ZSKROV点火线圈 用于无分电器系统的ZSK22双火花点火线圈 带步进电机的怠速执行器 EWD3怠速执行器 炭罐控制阀1.1.4 桑塔纳GLi安装位置图桑塔纳GLi轿车配装的AFE型发动机配用了上海联合汽车有限公司引进的MOTRONIC1.5.4系统为。由于桑塔纳配装AFE型发动机的这两各种车型市场上较多，维修企业能见的较多，所以本论文就以这两种车型常见的故障为案例进行的。下面简单介绍一下。桑塔纳GLi轿车AFE发动机所用的燃油喷射系统主要部件如下图所示，这些部件在车上的安装位置见图所示图1.1 AFE发动机连接示意图图1.2 AFE发动机燃油喷射系统主要部件在车上位置一 M1.5.4系统分类及配置的差别M1.5.4汽油机电子控制系统是一种兼有燃油定量电子控制和点火正时电子控制功能的系统。联合汽车电子有限公司生产的M1.5.4汽油机电子控制系统可以有不同的配置。例如，为了提供转速信息和曲轴相位信息，可以采用带霍尔元件的分电器，也可以采用脉冲盘感应传感器加上凸轮轴相位传感器。后者相应地采用无分电器点火系统。又如，为了实现怠速转速的闭环控制，可以采用EWD3怠速执行器，也可以采用带步进电机的怠速执行器。联合汽车电子有限公司匹配生产了21种车型的M1.5.4汽油机电子控制系统。根据转速传感器的不同，这些系统可以分成两种类型。下面总结出M1.5.4汽油机电子控制系统两类配置表：（表11）表1.1类配置表：M1.5.4系统分类配置表序号类别类类配置有分电器无分电器采用步进电机怠速执行器采用EWD3怠速执行器采用EWD3怠速执行器1传感器进气岐管绝对压力传感器2节气门位置传感器3霍尔传感器4感应式转速传感器5凸轮轴相位传感器6进气温度传感器7冷却液温度传感器8空调蒸发器温度传感器9氧传感器10爆震传感器11电子控制单元（ECU） 接下表 续上表12执行器电动燃油泵13电磁喷油器14ZSKROV点火线圈15ZSK22双点火线圈16怠速执行器步进电机17怠速执行器EWD318炭罐控制阀19继电器主继电器20油泵继电器21空调压缩机电磁离合器继电器22冷却风扇继电器二 M1.5.4电子控制系统的实际组成图1.3有分电器的M1.5.4电子控制系统图1.4无分电器的M1.5.4电子控制系统综上所示，M1.5.4系统两类配置的主要差别是传感器和执行器有部分不同，有分电器的以霍尔传感器取代感应式转速传感器和凸轮轴相位传感器。以ZSKROV点火线圈取代ZSK22双火花点火线圈。以下将从分别介绍这几个部件的组成原理和结构以突出这两类配置的差别。霍尔传感器原理霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的。（具体结构略）感应式转速传感器a 简图和针脚（图15）感应式传感器电路图图1.5b 用途感应式传感器跟脉冲盘相配合，用于无分电器点火系统中提供发动机转速信息和曲轴上止点信息。c 组成和原理感应式转速传感器由一个永久磁铁和磁铁外面的线圈组成。脉冲盘是一个齿盘，原本有60个齿，但是有两个齿空缺。脉冲盘装在曲轴上，随曲轴旋转。当齿尖紧挨着感应式转速传感器的端部经过时，铁磁材料制成的脉冲盘切割着感应式转速传感器中永久磁铁的磁力线。在线圈中产生感应电压，作为转速信号输出。d 信号处理脉冲盘感应式转速传感器的输出信号是一连串脉冲信号，因为每两个脉冲的间隔时间对应于6度曲轴转角，所以ECU可以根据单位时间内收到的脉冲数测定发动机的转速。当脉冲盘上空缺了两个齿的部位经过感应式转速传感器时，主生一个特殊的信号，根据这个信号，ECU可以判别什么时候轼轴上止点。但是仅仅依靠感应式转速传感器无法判别四冲程发动机的压缩上止点和排气上止点。当系统要求能区分这两个上止点时，可以在凸轮轴上加装一个凸轮轴相位传感器。凸轮轴相位传感器PGI（适用于无分电器系统）a简图（图16）b用途本传感器用于无分电器的场合跟脉冲盘感应传感器相配合，为ECU提供曲轴相位信息，即区别曲轴的压缩上止点和排气上止点。图1.6凸轮轴相位传感器简图c 组成和原理本传感器由一个霍尔传感器和一个钢板制成的转子组成。霍尔传感器固定，转子装在凸轮轴上。转子是一个范围为180的圆柱面形钢质叶片。当叶片遮住霍尔传感器时没有输出信号，否则有输出信号。d 信号处理本传感器在凸轮轴的半周有输信号，另半周没有输出信号。由于凸轮轴的两个半周合起来相当于曲轴的两整周，借此可以区分曲轴的压缩上止点和排气上止点。点火线圈ZSKROV（带分电器的系统）a简图和针脚（图17）点火线圈（用于带分电器系统）点火线圈电路图（用于带分电器系统）图1.7b功能火线圈ZSKROV将初级绕阻的低压电转变成次级绕阻的高压电，通过火花塞放电产生火花，引燃气缸内的燃油空气混合气。C组成和原理点火线圈ZSKROV由初级攻阻、次级绕阻和铁蕊、外壳等组成。当蓄电池的电压加到初级绕阻上时，初级绕阻充电。一旦ECU将初级绕阻回路切断则充电中止，同时在次级绕阻中感应出高压电。双火花点火线圈ZSK22（适用于无分电器系统的四缸发动机）a 简图和针脚（图18） 点火线圈（用于无分电器系统） 点火线圈电路图（用于无分电器系统）图1.8b 功能点火线圈ZSK22将蓄电池的低压电转变成高压电，通过火化塞放电产生火化，引燃气缸内的燃油空气和混合气。c 组成原理点火线圈ZSK22由两个初级绕阻、两个次级绕阻和铁蕊、外壳等组成。当某一个初级绕阻的接地通道接通时该初级绕阻充电，一旦ECU将初级绕阻电路切断，则充电中止，同时在绕阻中感应出高压电，使火花塞放电。跟带分电器的点火线圈不同的是，点火线圈ZSK22绕阻的两端各连接一个火花塞，所以这两个火花塞同时打火。两个初级绕阻交替地通电和断电，相应地两个绕阻交替地放电。怠速执行器EWD3.1a 简图和针脚（图19）怠速执行器EWD3图1.9b 功能M1.5.4系统的怠速执行器EWD3旁通跨接在工气门的两侧，形成一个旁通的进气通道。当节气门关闭时，空气通过这个旁通通道进入发动机。ECU可以调节这个旁通通道的截面积，进而调节进入发动机的空气量，并根据空气量调节喷油量。怠速时通过增大或减少这个旁通通道的截面积提高或降低发动机转速，实现发动机怠速转速的闭环控制。c 组成和原理EWD3利用直流电机带动一个旋转的滑阀来调节旁通通道中被遮盖的截面积大小，滑阀的位置以PWN方式调节，由ECU发出的电脉冲占空比控制。怠速执行器步进电机DLAa 简图和针脚（图110）怠速执行器步进电机图1.10b 功能带步进电机的怠速执行器同样提供一个旁通的进气通道。当节气门关闭时，空气通过这个旁通通道进入发动机。ECU可以通过一台步进电机调节这个旁通通道的截面积，进而调节进入发动机的空气量，并根据空气量调节喷油量。怠速时通过增大或减少这个旁通通道的截面积提高或降低发动机转速，实现发动机怠速转速的闭环控制。c 组成和原理步进电机是一台微型电机，它由围成一圈的多个钢质定子和一个转子组（图111）成。见下图。每个钢质定子上都绕着一个线圈；转子是一个永久磁铁，永久磁铁的中心是一个螺母。所有的定子线圈都始终通电。只要改变其中某一个线圈的电流方向，转子就转过一个角度。当各个定子线圈按恰当的顺序改变电流方向时，就形成一个旋转磁场，使永久磁铁制成的转子按一定的方向旋转。如果将电流方向改变的顺序颠倒过来，那么转子的旋转方向也会颠倒过来。连接在转子中心的螺母带动一根丝杆。因为螺旋杆设计成不能转动，所以它只能在轴线方向上移动，故又称直线。丝杆的端头是一个塞头，塞头因此而可以缩回或伸出，从而增大或减少怠速执行器旁通进气通道的截面积，直至将它堵塞。每当更换某线圈的电流方向时，转子就转过一个固定的角度，称为步长，其数值等于360除以定子或线圈的个数。本步进电机转子的步长为15。相应地，螺旋杆每一步移动的距离也固定。ECU控制更换线圈电流方向的次数来控制步进电机的移动步数，从而调节旁通通道的截面积及流经的空气流量。图1.11怠速执行器步进电机剖面图第二章 汽油机电子控制系统的基本功能与控制策略 2.1 喷油控制2.1.1 燃油系统电子控制汽油喷射发动机的燃油系统由燃油箱、电动燃油泵、燃油澄清器、输油管、燃油分配泵、燃油压力调节器、是磁喷油器、回油管等组成。多个气缸由同一个喷油器供油的系统称为单点喷射系统；每个气缸由一个单独的喷油器供油的系统称为多点喷射系统。M1.5.4电子控制系统是多点喷射系统。四冲程发动机多点喷射的喷油方式同时喷射：各缸喷油器同时喷油。每缸每循环喷油两次。成组喷射：偶数缸发动机相继点火的两个缸同时喷油，如四缸机中1、3缸同时喷油；曲轴转过360以后2、4缸同时喷油。每缸每循环喷油一次。顺序喷射：各缸喷油器都在各自固定的曲轴相位喷油。每缸每循环喷油一次。同时喷射的场合，各缸混合气生成的状况有差别，对发动机工作过程最不利。顺序喷射的场合，各缸混合气生成的状况相同，对发动机工作过程最有利。成组喷射居于两者之间。2.1.2燃油定量电子控制这是汽油机电子控制系统最重要的功能，对汽油机的动力性、经济性和排放以及整车的行驶性和舒适性有举足轻重的作用，涉及闭环控制、起动控制、起动后控制、暖机控制、怠速控制（即怠速转速控制）、部分负荷控制、全负荷控制、加速减速控制、超速断油控制、倒拖断油控制和蒸发排放物控制（炭罐控制）等。2.1.3汽油机燃油定量电子控制的核心问题汽油机燃油定量电子控制的核心问题是对混合气的空燃比或过量空气系数的控制。化油器发动机依靠化油器控制过量空气系数，精度有限；电子控制汽油喷射发动机依靠电子控制系统可以将过量空气系数精确的控制在要求的数值范围之内。由于混合气的实际空燃比或过量空气既和空气量有关，又和燃油量有关，所以汽油机电子控制系统既和空气有关，又和燃油有关。简单地说，汽油机电子控制系统要根据气缸每循环吸入空气的质量多少来决定喷入多少燃油。目前使用的车用汽油机一般都是多点、间歇喷射的，所以必须根据每缸每循环喷入的燃油量。这是汽油机燃油定量电子控制的核心问题。当然其间还要考虑其它因素如发动机温度等。2.1.4汽油机燃油定量电子控制的实施ECU根据传感器提供的负荷、转速、进气温度、冷却液温度、节气门转角、蓄电池电压和空燃比等信息确定每次喷油的持续时间，发出电脉冲给喷油器令其开启并保持开启相应的时间。简单介绍电磁喷油器EV6（见图21）喷油器有很多种类。例如有单喷孔的，也有两喷孔或四喷孔的；油束中心线有跟喷油器一致的，也有不一致的；外壳有带定位块的，也有不带定位块的；单位时间内的喷油量更有大有小。因此，外形相同，能够装得上的喷油器未必就是合适的喷油器，维修时采用的喷油器的零件号必须跟原来的喷油器一致，不允许换错。汽油喷油器简图电磁喷油器电路图燃油分配管上的喷油器电磁喷油器剖面图O型圈 2燃油滤网 3带电接头的外壳 4电磁线圈 5回位弹簧 6带衔铁的针阀 7带喷孔板的阀座图2.1ECU发出电脉冲给喷油器的线圈，形成磁场力。当磁场力上升到足以克服回位弹簧的压力、针阀的重力和磨擦力的全力时，针阀开始升起，喷油过程开始。针阀最大升程不超过0.1mm。当喷油脉冲截止时，回位弹簧的压力使针阀重又关上。2.1.5喷油器单位时间喷油量保持恒定喷油器每缸每循环的喷油量跟喷油持续时间和单位时间内的喷油量即喷油速率有关。所以，燃油定量的控制可以通过控制喷油持续时间和或单位时间内的喷油量来实现。当然为了使问题简化，希望这两个参数中有一个固定不变。人们可以选择令喷油时间保持不变，也可以选择令喷油速率保持不变。对于计算机来说，控制喷油持续时间比控制喷油速率方便得多，所以目前的汽油喷射电子控制系统几乎都是令喷油速率保持不变，通过改变喷油持续时间来控制空燃比。对于确定的喷油器来说，喷油速率取决于喷油器里面跟外面的压力差。为了使喷油速率保持不变，说必须使这个压力差保持不变。喷油器的油直接来自油轨，所以喷油器里面的压力就是进气歧管压力。进气歧管压力是随着节气门转角的增大而增大的。换句话说，这个压力是不断改变着的，所以油轨压力也必须跟着它改变才能保持喷油器内外的压力差不变。这项任务由燃油压力调节器完成。燃油压力调节器DR-2简图 燃油压力调节器剖面图图2.2燃油压力调节器DR-2组成和原理：如图22所示，一张由橡胶纤维制成的柔性薄膜将燃油压力调节器分隔成上、下两个腔室。上腔室通过侧向的接头用软管跟进气歧管连接，上腔室内有弹簧。下腔室充满从燃油分配管经过压力调节器底面周围的一圈进油口流入的燃油。薄膜的下方受到燃油分配管的燃油分配管的燃油压力，上方受到进气歧管压力和弹簧压力之和。薄膜可以变形而带动阀座，使阀开启或关闭，但因其变形量很小，弹簧的作用力可认为保持不变。所以阀的启闭主要由下腔室的燃油压力跟上腔室的进气歧管压力之差决定。假定起初阀是关闭的，后来或者由于发动机负荷减少，进气歧管压力下降，或者由于燃油压力升高，导致上述的压力差增大，最终薄膜被燃油压力顶起，阀开启，燃油通过压力调节器中央的回油口泄流回到燃油箱，燃油压力下降，直到阀关闭。如此，使得在发动机工况改变时，燃油分配管的压力与进气歧管的压力之差大体上保持不变。这是燃油定量电子控制得以实施的基本前提，实际上，当燃油流量增加时，压力差按线性略有增大，当进气歧管绝对压力变动时，压力差也略有波动。2.1.6燃油定量的闭环控制为了使三效催化转化器能够最大限度地净化发动机排放的有害物质，要求在满足一定条件的情况下使混合气的过量空气系数保持在0.99到1.00的一个狭小的范围内。此，在三效催化转化器前面的排气管上装设一个氧传感器。ECU根据氧传感器反馈的信息调节燃油定量，使保持在接近于1的一个很小的范围内。此时信息和物质的流动构成一个封闭的环形，故得名闭环控制。燃油定量的闭环控制保证了发动机能够满足严格的排放法规。M1.5.4系统具有闭环控制功能，但并不是在任何情况下都会开通这种功能。为了避免催化器过热和保证发动机性能良好，以下工况不进行闭环控制，即进行开环控制。发动机起动期间起动后加浓期间大负荷加浓期间冷却水温度低于规定值时断油时氧传感器输出空燃比稀，信号持续时间大于规定值时氧传感器输出空燃比浓，信号持续时间大于规定值时当某些重要的传感器或执行器发生故障时闭环控制空燃比修正系数为0.81.2；开环控制时，修正系数为1.0。2.1.7 燃油定量电子控制的各工况控制策略一 空气系数空燃比指的是空气和燃油的混合气（以下简称混合气）中含有的空气我燃油的质量比；理论当量空燃比指的是理论上当混合气中的燃油完全燃烧、空气和燃油两者都无过剩时空气了燃油的质量比。理论当量空燃比是一个常数，因燃料而异，对汽油和柴油而言，大约为14.7：1。混合气的实际空燃比跟理论当量空燃比之间的比例称为过量空气系数，用希腊字母表示。1表示混合气的实际空燃比等于理论当量空燃；1表示混合气的实际空燃比大于理论当量空燃比，混合气偏稀；1表示混合气的实际空燃比小于理论当量空燃比，混合气偏浓。二混合气的实际空燃比对汽油机性能和排放的影响。汽油机要求气缸中组成混合气的空气和燃油的比大致接近理论当量空燃比14.7：1。或者说，要求混合气的过量空气系数大致在1附近，精确地说，在0.85和1.10之间变化，具体数值的选择因发动机的负荷、转速和温度等参数而异。混合气的实际空燃比和空气系数对汽油机的性能和排放具有至关重要的影响（见图11）。例如，为了使汽油机具有最大的扭矩，要求混合气的0.850.90；为了使汽油机具有最低的油耗，则要求混合气的1.1左右。过量空气系数对汽油机排放的因排放的有害物质种类而异。例如，1.1时氮氧化物NOx的最糟糕，碳氢化合物CH的排放则几乎是最少；而一氧化碳CO的排放则大体上随着的增大而减少，但当1.1时，对CO排放的影响就很小了。太小或太大都可能导致混合气点火失败。冷起动时由于发动机会生成燃油壁膜而使混合气中的燃油浓度下降，所以混合气必须加浓。加速时也必须加浓。见（图2-3）过量空气系数对输出功率P和燃油耗率的影响 过量空气系数对废气排放的影响a浓混合气（空气不足）b稀混合气（空气过量） 图2.3空燃比对发动机性能和排放的影响图三 每缸每循环吸入的空气量及其测定定工况下，发动机的负荷即阻力矩是跟气缸压力主生的扭矩相平衡的。当发动机的拜师确定后，发动机的扭矩主要由喷入的燃油量决定。但是，汽油机中喷入的燃油量受吸入的空气量制约。如前所述，汽油机要求混合气的过量空气系数保持在0.85和1.10之间，不许越出这个范围。这意味着，每缸每循环吸入的空气量决定了每缸每循环所能喷入的燃油量。进而决定了究动机的扭矩。所以每缸每循环吸入的空气量反映了发动机的负荷，称为负荷信息。每缸每循环吸入空气量的测定方法可以分成直接测定和间接测定两种。直接测定法用传感器，例如空气质量流量传感器直接单位时间吸入的空气量。对于目前普遍用于汽车的四冲程发动机，每秒钟吸入的空气量除以气缸数，再除以发动机每秒钟转过的圈数之半即得每缸每循环吸入的空气量。间接测定法根据节气门转角和发动机转速间接地得出每缸每循环吸入的空气量，低负荷低转速时这种方法的精度较差。当发动机转速确定时，进气歧管绝对压力取决于节气门转角，所以也可以用进气歧管绝对压力代替节气门转角，结合发动机转速确定每缸每循环吸入的空气量，而且精度较高。M1.5.4系统正是如此。综上所述可见，为了测定负荷信息即每缸每循环吸入的空气量，除了需要吸入空气的流量，或者节气门转角，或者进气歧管绝对压力等信息以外，还需要转速信息。由于转速本来就是一个重要的工况参数，转速信息为各种控制所必需，所以将它从负荷信息中分离出来，而将吸入空气的流量、节气门转角和进气歧管绝对压力等称为负荷信息。总之，确定每缸每循环吸入的空气量所需的、最重要的两类信息是负荷信息和转速信息。四 荷信息传感器空气流量传感器、节气门位置传感器和进气歧管绝对压力传感器等称为负荷信息传感器。各种负荷信息传感器的精度和工作可靠性等特点都不同。负荷信息传感器的选用要根据实际情况决定。节气门位置传感器和进气歧管绝对压力传感器得到的结果受空气温度的影响，所以要根据进气温度进行修正。M1.5.4系统利用节气门位置传感器和进气歧管绝对压力传感器作为负荷信息传感器。正常情况下ECU以进气歧管绝对压力传感器的信号作为负荷信息。只有在进气歧管绝对压力传感器发生故障的情况下才会以节气门位置传感器的信号作为负荷信息的替代值。五 转速传感器及曲轴位置和曲轴相位信息传感器M1.5.4系统利用装在分电器中的特殊的霍尔传感器或脉冲盘感应传感器作为转速传感器。它们除了提供转速信息以外，同时还提供曲轴位置或曲轴相位信息。所谓曲轴位置信息就是某缸曲轴距离上止点的曲轴转角信息。四冲程发动机每个工作循环转两转，有两个上止点，即压缩上止点和排气上止点。所以，同一个曲轴位置却可能对应于两个不同的曲轴相位。在顺序喷射和成组喷射的场合，以及后面将要讲述的有分电器点火系统，必须区分压缩上止点和排气上止点。在同时喷射的场合以及无分电器点火系统的场合，不必区分压缩上止点和排气上止点。装在分电器中的特殊的霍尔传感器能够区分这两个上止点。但是脉冲盘感应传感器不能区分这两个上止点。所以脉冲盘感应传感器用于必须区分这两个上止点的发动机中，还要在凸轮轴上装一个凸轮轴相位传感器以获取相位信息。六 启动控制起动工况是指发动机从静止开始，由起动电机拖转到一个设定的转速并且点燃和发火的过程。ECU根据节气门位置传感器和转速传感器信号识别起动工况。起动工况结束时的转速是根据发动机冷却液温度设定的。起动工况需要特别加浓的混合气，因此要比正常情况下多喷很多油。就是一个工作循环而言，混合气加浓的程度跟发动机冷却液温度起动过程中经历的时间以及转速的变化等因素有关。七 启动后控制起动后工况因为紧跟在混合中浓的起动工况之后，而且发动机转速还比较低，所以要在起动后的一段时间内加浓，在此期间逐渐减少到正常喷油水平。八 暖机控制发动机冷却液温度达到正常水平之前都称为暖机。暖机工况可以跨越从起动后、怠速倒拖、部分负荷、加速、减速到全负荷的各种工况。暖机工况下，因为发动机温度低，也要求混合气加浓，加浓的程度取决于当时的冷却液温度传感器信号。九部分负荷工况部他负荷工况是指节气门开启的工况。ECU根据节气门位置传感器信号识别部分负荷工况。如果不考虑排放的话，部分负荷工况燃油定量控制的目标是降低油耗。所以要求混合气略偏稀。但是，当其它条件符合时，为了提高三效催化转化器的转化效率以降低排放，部分负荷可以实行闭环控制，此时混合气不稀也不浓。十全负荷工况全负荷工况是指节气门接近全开的工况。ECU根据节气门位置传感器信号识别全负荷工况。全负荷工况燃油定量控制的目标是高的扭矩。所以要求混合气偏浓。十一 加速减速控制节气门迅速地加大或减小的过程称为加速减速。ECU根据节气门位置传感器信号识别加速或减速工况。加速时混合气要加浓，减速时混合气要减稀。加浓或减稀的过程取决于节气门转动的角速度、冷却液温度、进气温度、负荷和转速等因素。2.1.8 超速断油控制发动机转速超过发动机标定转速一定程度时，ECU就会停止喷油，以避免发动机超速运转，发生危险。断油后转速下降到低于标定转速一定程度时恢复喷油。2.1.9 拖断油控制在发动机转速超过一定水平的场合，如果完全松开油门踏板，那么节气门会迅速关闭，喷油停止，发动机转速迅速降低。此时离合器应该是接合着的，变速箱应该是接合着的，变速箱应该是挂着挡的。与正常运转的情况相反，此时汽车依靠惯性拖转发动机，称为拿倒拖。倒拖时，发动机断油，因此不但不输出功，而且消耗功，可以帮助汽车制动。本来，油门踏板完全松开时，发动机应该进入怠速状态，不应该断油。但是由于当时的转速太高，ECU会切断喷油，等到转速下降到接近怠速转速时又恢复喷油，以避免重新起动发动机。2.2点火控制2.2.1 点火提前角点火提前角就是火花塞打火时曲轴位置超前于压缩上止点的曲轴转角度数。2.2.2点火提前角对汽油机性能和排放的影响在发动机的绝大多数工况下，提高点火提前角可以提高发动机的扭矩的效率，降低油耗，但是会提高CH和NOx的排放。过大点火提前角会导致爆震。2.2.3点火正时电子控制的核心问题点火正时电子控制的核心问题就是点火提前角的控制。应在不发生爆震，而且排放不超过标准的前提下，尽可能地将点火提前角调节到能产生最大功率、扭矩和最低油耗的数值。2.2.4点火正时电子控制的实施ECU根据负荷、转速、冷却液温度和进气温度等信息，计算出应选择的点火提前角，一旦发生爆震，就开通爆震控制功能。2.2.5 点火正时和点火闭合角电子控制这是汽油机电子控制系统仅次于燃油定量的重要功能，同样对汽油机的动力性、经济性和排放以及整车的行驶性和舒适性有重要的作用，包括爆震电子控制。2.2.6点火闭合角点火线圈的初级绕阻电路不断地重复着闭合和断开的过程。初级绕阻电路保持闭合的这段时间内曲轴转过的角度就是点火闭合角。在这段时间内点火线圈从蓄电池获得能量，使线圈充磁。所以点火闭合角的意义重大。蓄电池电压超高，则线圈充磁所需的时间越短，同样转速下只需要较小的点火闭合角就可以获得足够充磁时间；发动机转速超高，获得同样的充磁时间所需要的点火闭合角也越大。2.2.7爆震及爆震控制爆震是气缸内未燃混合气突然自燃的现象。爆震对发动机的危害极大，严重的爆震会损坏发动机。爆震跟许多参数有关，如点火时刻、汽油的辛烷值等。但是这些参数中能够在发动机电子控制系统中加以调节的却只有点火提前角。减小点火提前角可以减少发生爆震的倾向性。爆震的发生具有随机性。同样的点火提前角，平时可能不发生爆震，可是在某些偶然因素的影响下也可能发生爆震。所以为了防止爆震的发生，选择点火提前角时要留有余地。传统的化油器发动机就是因为爆震的缘故，不得不选择了较小的点火提前角，因而如前所述限制了发动机扭矩、功率的提高和油耗和降低。电子控制汽油喷射发动机由于具备爆震控制功能，在行将发生爆震时可以将点火提前角调小来避免爆震的发生，所以在平时可以采用较大的点火提前角，明显地提高了发动机的扭矩和功率，降低了油耗。电子控制汽油喷射发动机的爆震控制利用点火提前角的闭环控制，由爆震传感器检测爆震界限，把点火时刻控制在接近爆震极限的位置，使发动机输出功率提高。ECU把爆震传感器输出信号进行滤波处理并判定有无爆震或爆震的强弱，推迟点火时刻。爆震强，推迟点火角度大；爆震弱，推迟点火角度小，每次调整都以一固定的角度递减，直到爆震消失为止；而后又以一固定的角度提前，当发动机再次出现爆震时，ECU又使点火提前角再次推迟，调整过程如此反复，控制在爆震极限位置。如下图所示爆震控制过程及特性。2.2.8 点火闭合角对发动机性能的影响在一定的转速下，如果点火闭合觥够大，则点火时间不够长，点火能量不足，可能导致缺火，影响扭矩、功率和排放。点火闭合角越大，则线圈充磁的时间越长，充磁越充分，气缸内的混合气燃烧得越好，发动机的扭矩和功率也越大。2.2.9 点火闭合角的优化如前所述，若点火闭合角不够大，则点火能量不足，可能导致缺火。增大点火闭合角可以获得更大的点火能量。但是，点火闭合角太大，则电流在初级线圈的铜阻上产生大量的热量，使线圈发热，甚至烧毁。2.3 排放控制2.3.1 蒸发排放物质控制利用炭罐（简图剖、面图和安装图见图2-5）储存的活性炭吸收燃油箱中的燃油蒸汽，可以控制燃油蒸发排放物外逸减少环境污染。可是，炭罐中的活性炭不能无限制地吸收燃油蒸汽。所以要在适当的时候将活性炭吸收的燃油蒸汽通过进气管送入气缸燃烧，于是形成了炭罐清洗气流。但是，炭罐清洗气流什么时候流通，以及以多大的流量流通，都要由ECU通过炭罐控制阀加以控制炭罐控制阀TEV2炭罐控制阀剖面图 图2.5 炭罐控制阀安装图1来自油箱2炭罐3大气4炭罐控制阀5通往进气岐管2.4 怠速控制2.4.1怠速转速调节汽车油门踏板完全松开，发动机保持在一个设定的、能维持稳定运转的低转速，这种工况称为怠速。为了降低油耗，减少排放，应当尺可能降低怠速转速。但是过低的怠速会使发动机运转不稳，甚至熄火。所以怠速转速要恰当。ECU内的软件主要根据发动机温度设定怠速转速的目标值，并且在转速实际值跟目标值不相符时将实际值调节到目标值。怠速转速的目标值还跟汽车变速箱的类型和空调等有关。怠速时虽然油门踏板完全松开，但是仍有空气进入气缸。怠速空气进入气缸的渠道有两种方案。对目前市场上的大多数发动机来说，所谓油门踏板完全松开就意味着节气门全关，因此要设置一个跨接在节气门两端的旁通通道让怠速空气进入气缸。但是也有一些发动机在油门踏板完全松开时利用一个步进电机将节气门顶开一点点，留出通道让怠速空气进入气缸。M1.5.4系统的怠速执行器都采用节气门旁通通道控制怠速转速，旁通通道的截面积由ECU控制。M1.5.4系统的怠速执行器有EWD3和步进电机两种类型。注意，怠速执行器步进电机跟上顶开节气门的步进电机不是一回事。怠速转速的调节通过调节点火提前角和怠速空气量来实现。当实际的怠速转速低于软件设定的怠速转速目标值时，ECU一方面提高点火提前角，另一方面令怠速执行器将怠速空气通道的截面积增大，吸入空气的流量增加，ECU相应地增加喷油时间、喷入更多的燃油，使发动机的扭矩增大，怠速转速上升。反之亦然。第三章故障诊断3.1系统故障诊断基本原理3.1.1故障信息记录电子控制单元不断地监测着传感器、执行器、相关的电路、故障指示灯和电压等等，乃至电子控制单元本身，并对传感器输出信号、执行器驱动信号和内部信号（如闭环控制、爆震控制、怠速转速控制和电压控制等）进行可信检测。一旦发现某个信号值不可信，电子控制单元立即在RAM的故障存储器中设置故障信息记录。故障信息记录以故障码的开工储存，并按故障出现的顺序显示。故障存储器中至多可以储存12个故障信息记录。故障按其出现的频度可分成“稳态故障”和“偶发故障”（例如由于短暂的线束断路或者接插件接触不良造成）3.1.2故障状态如果一个被识别到的故障出现的持续时间第一次超过设定的稳定化时间，ECU认定它是一个稳定的故障，并将它储存为“稳态故障”。如果这个故障消失，就将它储存为“偶发故障”和“不存在的”。如果这个故障重又被识别到，则它仍是“偶发故障”，但是“存在的”。3.1.3故障类型a) 对电源正极短路b) 对地短路c) 断路（在输入级有上拉或下拉电阻的场合，ECU会将输入口的断路故障识别为输入口对电源正极短路或对地短路故障）d) 信号不可信3.1.4故障频度计数器针对每一个被识别到的故障都设置一个独立的频度计数器数值（HZ）频度计数器的数值HZ决定了被识别到的故障消失（故障排除）后该故障信息记录继续储存在存储器中的时间。第一次识别到一个故障时，HZ被设置成初始值为40。如果故障状况没有改变不，那么这个数值将一直保持下去。一旦识别到故障已经消失，而且保持住了一定的时间，则每逢发动机成功地起动（转速超过了起动结束的转速）一次，HZ就减去1，此时，ECU认为该故障已经消失，但是故障信息记录依然存在。如果故障（例如由于接触不良引起的频繁地出现和消失，则HZ就增加1，但不超过设定的上限值100。如果HZ值减到了零，则将该故障存储器内的故障信息记录完全清除。3.1.5跛行回家对于一些被识别到的重要故障，当其持续时间超过了设定的稳定化时间，ECU会采取适当的软件对策，例如关闭氧传感器闭环控制等某些控制功能，并为某些被认为不强信的数据设置替代值等等。此时，虽然发动机的工作善比较差，但是汽车还能够行驶。这样做的目的是让汽车勉强行驶回家或到维修站去检修，以避免汽车在高速公路上或野外抛锚的窘迫。一旦识别到故障已经消失，HZ降到了40以下，则重新恢复使用正常的数据。3.1.6故障报警某些装备了M1.5.4系统的车型带有故障指示灯。当一些重要部件如ECU、进气歧管绝对压力传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、爆震传感器、氧传感器、相位传感器、喷油器、怠速执行器EWD3、怠速执行器步进电机的两个驱动级、碳罐控制阀、风扇继电器发生故障，相应的故障位置位时，ECU会通过故障指示灯发光报警，直至该故障位复位。但是并非装备了M1.5.4系统的每一种车型都具有故障报警功能。3.1.7故障读出故障信记录可以用故障诊断仪从电子控制单元中调出，也可以通过闪烁码输出的形式读出。如果故障涉及到燃油空气混合