汽车电子电气第08章发动机综合控制系统.ppt

,第8章发动机综合控制系统,1.发动机电子控制系统的优点,（1）提高了发动机的充气效率，从而增加了发动机的输,出功率和扭矩；,（2）因进气温度较低而使爆震燃烧得到有效控制，因,而可采用较高的压缩比；,（3）由于采用高能点火装置，因此发动机燃用稀薄混合,气；,（4）提高了发动机的冷起动性和加速性；,8.1电控汽油喷射系统的概述,8.1电控汽油喷射系统的概述,（5）可对混合气成分和点火提前角进行精确的控制，使发动机在任何工况下都处于最佳的工作状态，尤其是对过渡工况的动态控制，更是传统化油器式发动机所无法做到的；,（6）采用多点燃油喷射系统可使发动机各缸混合气分,配更加均匀；,（7）可节省燃油并减少废气中的有害成分，因为在市区行驶的一些工况中（例如汽车制动、向前滑行、下坡等），可完全切断燃油供应。,8.1电控汽油喷射系统的概述,2.发动机电子控制系统的主要控制内容及功能,1）电控汽油喷射(EFI)电控汽油喷射主要包括喷油量、喷油正时、减速断油及限速断油、燃油泵控制等。2）电控点火装置(ESA)点火装置的控制主要包括点火,提前角、通电时间及爆震控制等方面。,3）怠速控制（ISC）（空调接通与切断、变速器挂,档、动力转向泵接通与切断）,4）排放控制（废气再循环、空燃比反馈控制、活性碳,罐电磁阀控制、CO控制、二次空气喷射）,8.1电控汽油喷射系统的概述,3）进气控制（进气引导通路切换、涡流控制阀）4）增压控制（泄压阀、废气涡轮增压器）5）警告控制,6）自我诊断和报警系统,7）传感器故障预诊参考系统（失效保护）8）ECU故障备用控制系统,8.2电控汽油喷射系统的分类一、按喷油器的喷射位置分类：,1、缸内喷射,2、进气管喷射（缸外喷射）：单点喷射（节气门体喷射或集中喷射SPI、TBI或CFI）和多点喷射（MPI）,注：现在的电控汽油喷射发动机绝大多数采用多点喷射,8.2电控汽油喷射系统的分类,二、按控制方式分类,1、机械式汽油喷射系统（K型）,8.2电控汽油喷射系统的分类,2、机电混合式汽油喷射系统（KE型）,8.2电控汽油喷射系统的分类,3、电子控制式汽油喷射系统,8.2电控汽油喷射系统的分类,三、按喷射方式分1、连续喷射方式（又称稳定喷射）2、间歇喷射方式（脉冲喷射）1）同时喷射2）分组喷射3）顺序喷射（独立喷射）,注：现在绝大多数电控汽油机采用顺序喷射,8.2电控汽油喷射系统的分类,四.按空气流量测量方式分,1、质量流量方式利用空气流量直接测出吸入的空气,量（L型、LH型）。,2、速度密度方式根据进气管压力和发动机转速，推,算吸入的空气量，并计算燃油流量（D型）。,3、节流速度方式根据节气门开度和发动机转速，推,算吸入的空气量并计算燃油流量,五.按控制系统的有无反馈信号分类,1、开环控制,2、闭环控制汽油喷射系统闭环控制是利用在排气管,上安装的氧传感器，,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,控制原则：以电控单元（ECU）为控制核,心，以空气流量和发动机转速为控制基础，以喷油器为控制对象，保证发动机在各种工况下都能获得与所处工况相匹配的最佳空燃比。,它主要包括空气供给系统、燃油供给系统和,控制系统三个部分。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,一、空气供给系统,1.空气供给系统的功用,空气供给系统的功能是测量和控制汽油燃烧时所需,的空气量，为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气；在进气歧管内，喷油器喷出的汽油与空气混合后被吸入汽缸。行驶时，空气量由节气门来控制；怠速时，节气门关闭，空气量由旁通气道或节气门间隙控制。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,2.空气供给系统的组成,空气供给系统由空气滤清器、进气总管、空气流量,计（进气压力传感器）、进气温度传感器、节气门体及节气门位置传感器、进气歧管等组成。,（1）空气流量计,空气流量计是测量发动机进气量的装置，用于L型,EFI系统。根据测量原理不同，空气流量计有叶片式、卡门涡旋式、热线式及热膜式几种。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理1）叶片式空气流量计,叶片式空气流量计又称活门式或翼片式空气流量计，它由叶片部分、电位计部分和接线插头三部分组成叶片式空气流量计的结构1阻尼室2测量板3旁通道4怠速混合气调整螺钉5补偿板,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,2）卡门涡旋式空气流量计,卡门祸旋式空气流量计工作原理结构简图,1空气进口2管路3光敏晶体管4板弹簧5导孔6涡流发,生器7卡门涡旋8整流栅,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,3）热线式空气流量计,热线式空气流量计主要有感知空气流量的铂金热线和对进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）。,热线式空气流量计,1热线2防止回火的滤网3取样管4铂热线5上流温度,传感器6电子电路7电源接线盒,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,4）热膜式空气流量计,热膜式空气流量计,l控制回路2通往发动机3热膜4上流温度传感器5金属网,6空气,四种空气流量传感器性能对比,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,（2）进气压力传感器,进气压力传感器是一种间接检测空气流量的传感,器，其作用与空气流量计相当，用于D-Jetronic汽油喷射,系统中。,进气压力传感器由压力转换元件和放大压力转换元件,输出信号的混合IC构成。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,（3）节气门体,节气门体装在空气流量计与发动机进气总管之间的,进气管上。它由节气门、怠速旁通气道、怠速调整螺钉、附加空气阀组成。节气门与加速踏板联动，驾驶员通过加速踏板控制节气门开度，对发动机的输出功,率进行控制。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,双金属片式附加空气阀,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,线性输出型节气门位置传感器的结构,1电阻体2检查节气门开度的电刷3检查节气门全闭的电刷VTA电源VTC节气门开度输出信号IDL怠速触点E地线,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,开关量输出型节气门位置传感器结构,1导向凸轮2节气门轴3控制杆4可动触点5怠速触点6功率触点7联接装置8导向凸轮槽,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,二、燃油供给系统,1.燃油供给系统的功用,燃油供给系统的功能是向气缸内供给燃烧所需要的汽,油。汽油由电动汽油泵从油箱中泵出，经燃油管、燃油滤清器，由压力调节器调压，然后经燃油分配管配送给各个喷油器和冷起动喷油器，喷油器根据ECU发出的指令，将适量的汽油适时喷入各进气歧管或进气总管。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,2.燃油供给系统的组成,MPI燃油供给系统结构图,1油箱2燃油泵3汽油滤清器4回油管5燃燃压力调节器6输出管7冷起动喷油器8稳压箱9喷油器10各缸进气歧管,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,（1）电动汽油泵,电动汽油泵的功能是将汽油从油箱中吸出，加压后经,喷油器供给发动机。,电动汽油泵的结构示意图,1滤网2叶轮3磁极4电枢5电刷6卸压阀7单向阀8泵壳,9泵盖10叶轮11壳体12出口13入口14叶片,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,（2）压力调节器,压力调节器的功能,是使系统油压与进气歧管压力差保持恒定。这样，从喷油器喷出的汽油量便唯一地取决于喷油器的开启持续时间。,燃油压力调节器结构,1弹簧室2进气负压3弹簧4膜片5阀6燃油,室7自输油管道形由8至油箱回油,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,（3）喷油器,喷油器的功能是根据ECU送来的喷油脉冲信号，,精确地进行燃油喷射。电控汽油喷射系统用喷油器有几种不同的方式：,1）按用途可分为SPI用喷油器和MPI用喷油器；2）按燃料的送入位置可分为上部给料式和下部给料,式；,3）按喷口的形式可分为轴针式和孔式（球阀式、片阀,式）等；,4）按电磁线圈阻值可分为低阻式和高阻式。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,喷油器的基本结构,1阀体2行程3铁心4电磁线圈5电器接头6燃料接头7虑清器8弹簧9调整垫10凸缘部1l针阀12壳体,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,三、控制系统,控制系统的功能是根据发动机工况和车辆运行状况,确定汽油的最佳喷射量，使发动机既可获得较大的动力，又可具备良好的经济性，同时又能满足对排放的要求。该系统由传感器、电控单元（ECU）和执行器组成,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,电子控制系统部件总体构成图,1断路继电器2主继电器3起动装置4电动汽油泵,5油箱6汽油滤清器,7蓄电池,8曲轴转角传感器（分电器）,9点火开关10点火线圈,l1大气压力传感器,12空气滤清器,13进气温度传感器14空气,流量计15冷起动喷油器,16空气阀,17节气门开度传感器,18燃油压力调节器19氧传,感器20温度时间开关21冷却水温度传感器,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,（1）传感器,1）温度传感器,水温传感器的功能是检测发动机冷却水温度，安装在,发动机冷却水通路上，将水温的信号输入到ECU。,进气温度传感器的功能是检测发动机吸入空气温度，,通常将进气温度传感器安装空气流量计的空气测量部位。,温度传感器主要有绕线电阻式、热敏电阻式和热电偶式,等。目前用得较多的是热敏电阻式温度传感器,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,负温度系数热敏电阻式温度传感器的结构与特性a）温度传感器的结构b）温度传感器的特性,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,2）爆震传感器,发动机电控系统应用了点火闭环控制，有效地抑制,了发动机爆震现象的发生。爆震传感器功用是检测发动机有无爆震现象，并将信号传送给发动机电控单元。,3）大气压力传感器,当使用翼片式和卡门涡旋式空气流量计时，随着大,气压力的变化，吸人空气的密度发生变化，从而影响燃料的空燃比。为此，需要检测大气压力，以便对燃油喷射量进行修正。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,（2）执行器,1）主继电器,主继电器的构造,1线圈2可动铁芯（滑阀）3调整块4触点,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,2）断路继电器,断路继电器的构造与回路,a）断路继电器的构造b）断路继电器的回路,1可动片2线圈3触点,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,（3）电子控制单元,电子控制单元（ECU）是电子控制系统的核心部件，,其基本功能如下：,1）接受传感器或其他装置输入的信息2）存储、计算、分析处理信息,3）运算分析,4）输出执行命令,5）自我修正功能（自适应功能）。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,四、汽油喷射控制,汽油喷射控制包括三个方面：即喷射正时控制、喷油,持续时间一（喷油量）控制和断油控制。,一）喷油正时控制,喷油正时是喷油器喷油的开始时刻，可分为同时喷,射、分组喷射、顺序喷射三种类型，它们对喷油正时的要求各不相同。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,1.同时喷射,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,2.分组喷射,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,3.顺序喷射,顺序喷射也叫独立喷射,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,二）喷油持续时间（喷油量）控制,根据发动机的运行特点，）喷油持续时间可分为两,大类，即：起动时喷射持续时间和起动后喷射持续时间。另外，起动后异步喷射。,1.起动时喷射持续时间,在发动机起动时，ECU根据起动装置的开关信号和,发动机转速，判定为起动工况。起动时的基本喷射持续时,间是ECU根据当时的冷却水温度，从内存的水温喷油时间MAP图中找出相应的基本喷油时间，然后进行进气温度和蓄电池电压修正，得到起动时的喷油持续时间。,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,2.起动后喷射持续时间,1）基本喷射持续时间,2）与发动机温度相关的修正系数3）加减速运转时的燃油修正系数4）理论空燃比反馈的修正系数,5）学习空燃比控制产生的修正系数6）大负荷、高转速运转时的修正系数7）怠速稳定化的修正系数8）无效喷射时间修正系数,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,3.起动后异步喷射,异步喷射的时间图,8.3发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理,三）断油控制,所谓断油控制，是指ECU停止给喷油器发送燃油喷,射信号，喷油器停止喷油。断油控制可分为两种情况：第一种是减速时以降低燃油消耗和改善排气净化为目的的减速断油控制；第二种是发动机高转速时的防止发动机损坏为目的发动机超速断油控制。,1.减速时断油控制,2.发动机超速断油（最高转速限制）,8.4发动机怠速控制,节气门旁通的怠速空气流量的控制,1空气流量计2旁通调节螺钉3怠速调节螺钉4节流阀休,5稳压管6空气阀,8.4发动机怠速控制,一、怠速控制系统组成,发动机怠速控制系统主要由发动机主控制器ECU、执行器和各种传感器等组成，具体组成部分及其功用见表。,8.4发动机怠速控制,二、怠速控制执行机构及控制方法,怠速控制的方式随车型有所不同，对电控汽油喷射系统来说，,目前可分为两种：一种是控制节气门最小开度的的节气门直动式；另一种是控制节气门旁通通路中空气流量的旁通空气式。,怠速空气量的节气门直动式控制方式,1节流阀2最发动机3节流阀操纵臂4执行元件5加速踏板拉线,8.4发动机怠速控制,控制怠速旁通空气量的怠速控制阀的结构形式有：真空控制式、步进电机式、旋转滑阀式、电磁控制式、占空比控制式和开关控制式等,8.4发动机怠速控制,真空控制式,8.4发动机怠速控制,步进电机式,8.4发动机怠速控制,旋转电磁阀式,8.4发动机怠速控制,占空比控制式,8.5发动机排放控制,一、三元催化转换器、氧传感器与闭环控制,1、三元催化转换器,为了对排气中,的CO、HC、NOx三种成分同时获得高净化率，采用三元催化转化器。,三元催化转换器转换效率与空燃比的关系,8.5发动机排放控制,2.氧传感器,氧传感器安装在三元催化转换器前面的排气歧管或排,气管内，是用来检测排气中的氧气含量,氧化锆式氧传感器结构和工作原理,a)结构b)工作原理,1-氧化锆陶瓷体2-铂电极3、4-电极引线触点5-排气管6-陶瓷防护,层7-排气8-大气,8.5发动机排放控制,3.空燃比的反馈控制过程,ECU利用空燃比反馈信号，将其信号电压与基准电压进行比较，判断混合气的浓度对空燃比以进行反馈控制。,空燃比反馈控制过程,8.5发动机排放控制,在下列情况下需要采用开环控制：,（1）发动机起动时；,（2）起动后加浓修正时；（3）暖机加浓修正时；,（4）节门全开、大负荷高转速时；（5）加减速燃油量修正时；,（6）燃油停供时；,（7）从氧传感器送来的空燃比过稀信号持续时间大于规定值时；,（8）从氧传感器送来的空燃比过浓信号持续时间大于规定值时；,（9）氧传感器温度未达到工作温度或氧传感器失效、其配,线发生故障时。,8.5发动机排放控制二、废气再循环控制（EGR）EGR阀的结构与工作原理,a）结构,b）外形,c）原理,8.5发动机排放控制,三、活性碳罐蒸发污染控制,活性炭罐蒸发污染控制装置图,8.6气体燃料发动机及其电子控制,一、两用燃料发动机,气体燃料供给形式有两大类：缸外供气形式和缸内,供气形式。缸外供气形式主要有混合器预混合供气、缸外进气阀处喷射供气；缸内供气形式主要有缸内高压喷射供气和低压喷射供气。,8.6气体燃料发动机及其电子控制,原车为化油器改装为两用燃料CNG汽车的专用装置系统原理图,1充气阀2气瓶阀3气瓶4高压管路5外套管6混合器7汽油电磁阀8回油单向阀9.汽油泵10化油器11供气三通管12减压器13减压器电磁阀14CNG进气口15CNG输出口16压力表（选购件）17散热器18加热水入口19恒温器20怠速调节螺钉21蓄电池22点火开关23高压线圈24熔断,器25燃料转换开关26点火提前调节器,8.6气体燃料发动机及其电子控制,原电控燃油喷射燃油供给系统改装为,闭环两用燃料的CNG汽车的专用装置系统原理图,1A充气阀1B气瓶阀1C气瓶2高压管路3外套管讲4混合器5供气三通管6进气歧管7喷油器8真空管9真空稳定器10电控调节阀11减压器12天然气电磁阀13CNG进气口14CNG输出口15压力表16散热器17加热水入口18恒温器19怠速调节螺钉20空气测量叶片强制开启器21空气流量计22蓄电池23点火开关24高压线圈25熔断器26燃料转换开关27控制器（燃气ECU）28氧传感器29氧传感器加热电源线30氧传,感器信号线31模拟器,32喷油器转接插座33点火提前调节器,8.6气体燃料发动机及其电子控制,图8-59原装化油器的车辆改装为两用燃料LPG汽车的专用装置系统原理图,1ALPG充气阀1B组合阀1C防泄漏密封盒2LPG钢瓶3充气管4高压管5混合器6LPG电磁截止阀7蒸发减压器8汽油电磁截止阀9功率调节阀10化油器11循环水三通接头12电子油气转换开关13汽油泵14燃气入口15燃气出口16散热器17循环水入口18循环水出口19怠速调节螺栓20减压,器电磁阀21电瓶22点火钥匙23高压线圈24保险25回油阀,8.6气体燃料发动机及其电子控制,图8-60原装电控燃油喷射燃供系统的车辆改装为开环两用燃料的LPG汽车的专用装,置系统原理图,1A充气阀1B组合阀1C防泄漏密封盒2LPG气瓶3充气管4高压管5喷,油器转换插座,6模拟器7LPG电磁截止阀8混合器9电控燃料选择开关10熔断器11高压线圈12点火开关13功率调节阀14进气歧管15喷油器16蓄电池17空气流量计18空气测量叶片强制开启器19减压器20怠速调节螺钉21减压器电磁,阀22LPG进气口23LPG输出口24加热水出口,25散热器26加热水入口,8.6气体燃料发动机及其电子控制,液化石油气汽油两用燃料发动机的性能,（1）LPG发动机着火特性和（起）动性能,（2）LPG发动机的动力性能和经济性能,（3）LPG发动机的排气和噪声,8.6气体燃料发动机及其电子控制单燃料发动机,压缩天然气发动机车用压缩天然气装置由以下两个系统组成：天然气储气系统主要由充气阀、高压截止阀、天然气储气瓶、高压管线、高压接头、传感器及气量显示器等组成；天然气供给系统主要由天然气滤清器、减压阀、混合器等组成；,8.6气体燃料发动机及其电子控制液化石油气燃料发动机,液化石油气燃料供给系的主要部件与压缩天然气燃料供给的系统基本相同。但储气瓶内装用的是液化石油气，压力不高，因此其系统布置与部件稍有不同。使用液化气体时，在进入混合器与气缸之前，必须预先得到蒸发。液化石油气的储气瓶1蒸气输出阀2安全阀3液面指示器4最大充量液面监视器5充气阀6液态气输出阀7三通输出阀,8.6气体燃料发动机及其电子控制,液化石油气的蒸发器,1进水管2蒸发器壳体3螺旋管4进、出气的接头5出水管6支架,8.6气体燃料发动机及其电子控制双燃料发动机的优点：,（1）柴油机压缩比高，而天然气的辛烷值也很高，这样可充分利用天然气良好抵抗抗爆震性能，获得满意的动力性能。（2）保持了柴油机的高压缩比，因而具有较