模块汽车发动机电控技术概述.ppt

汽车发动机电控系统结构与维修,主讲教师：高红花,课程培养目标：掌握发动机喷油系统、点火系统、怠速系统、废气循环系统、油箱蒸发回收系统的工作原理和检修方法，并能进行发动机综合故障诊断。,模块1汽车发动机电控系统概述,学习内容：项目1汽车电子控制技术概述项目2发动机电控系统的组成与工作原理项目3发动机控制模块ECU的组成及检测,学习目的：1.熟悉发动机电控技术的发展历程；2.认识发动机电控系统；3.掌握发动机电控系统基本组成与控制原理。,第一节发动机电控技术的发展第二节应用在发动机上的电子控制系统,模块1汽车发动机电控技术概述,汽车发动机的基本构造,四冲程发动机的工作过程,四冲程发动机的工作原理,吸气冲程,压缩冲程,做功冲程,排气冲程,发动机排量活塞由上止点运动到下止点扫过的容积乘以缸数,基本名词定义,压缩比气缸最大容积与燃烧容积之比,空燃比空燃比缸内空气的质量/缸内燃料的质量,过量空气系数,=1Kg燃料完全燃烧时实际的空气量/1Kg燃料完全燃烧时理论所需的空气量=1，完全燃烧1，空气过量，稀混合气1，空气不足，浓混合气,柴油,汽油,发动机燃料的分类,汽油的牌号指辛烷值，辛烷值越高，抗爆性越好。,柴油的牌号根据凝固点来确定。,代用燃料,HC,NOx,CO,汽油机的有害排放物组成,1、20世纪30年代真空电子管收音机是汽车电子技术的第一次出现。2、20世纪60年代，轿车中开始使用硅二极管，极大地改善了汽车的使用性能。3、汽车电子控制技术的真正发展是在1967年，首次将集成电路应用到汽车中。随后，美国克莱斯勒公司的汽车中配置电子控制点火装置，BOSCH公司开发出电控燃油喷射装置。4、20世纪70年代末期，为解决汽车安全、污染和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统,一、汽车电控技术的发展历史,第一节发动机电控技术的发展,5、20世纪80年代以后，微型计算机向智能化方向发展，并扩展到多个领域：主要有辅助驾驶、安全装置、型号装置、舒适方便装置等。6、20世纪90年代以后，微型计算机不断更新，极大地促进了汽车电子技术的发展。当前的汽车的电子技术分类有：动力控制系统、车辆行驶姿态控制、车辆内部控制和信息传送等。电控系统控制：独立控制集中控制整车控制技术,总的来说发动机电控技术发展分为三个阶段：第一阶段，从20世纪60年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，如在车上装了晶体管收音机；第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期，为解决安全、污染、和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统；第三阶段，20世纪90年代中期以后，电子技术广泛的应用在底盘、车身、和车用柴油发动机多个领域。,二、电控技术对发动机性能的影响,1.提高发动机的动力性2.高发动机燃油经济性3.降低排放污染4.发动机的加速和减速性能5.改善发动机的起动性能,为什么电喷？,动力性经济性排放性,燃油经济性好瞬态响应快捷、及时改善冷起动和暖机过程怠速控制好降低排放,电喷系统的优越性,电喷系统主要控制模块,Coldstartcontrol冷起动控制Idlingcontrol怠速控制Accelerationcontrol加速控制Decelerationcontrol减速控制Cut-offcontrol断油控制Fullloadcontrol全负荷控制,Barometriccorrection大气压力修正Knockcontrol爆震控制Revlimitercontol转速限制控制Fuelpumpcontrol燃油泵控制Systemself-adaptivity系统自适应Electricalbalance电力平衡,欧洲排放法规,欧、欧、欧和欧的限值,汽油电喷系统+三元催化装置是满足上述要求的强有力手段。,食物/水,空气,排泄,工作,消化吸收,燃油,空气,排放,工作,燃烧,发动机,排放监控,喷油控制,喷油器,变速箱,进气管,催化转换器,车辆传动系统,节气门,点火控制,空气,燃油,动力,排放,何为“闭环控制”,燃油量,空气量,发动机,排气,氧传感器读取,空燃比控制,燃油量修正,燃油量控制原理,氧传感器及三元催化器系统功能示意图,内燃机,废气,混合气形成,ECU,燃料,空气,氧传感器,氧传感器测出排气管中废气的含氧量，经电子控制系统对信号进行处理，输出控制信号，控制机构分别对混合气中的空气量和供油量进行调整，从而能保证在整个工况范围内值在1附近。只有在1附近时，三元催化器的转化效率最高，能同时大大的降低HC、CO和NOX。,空燃比约为14.7时：（1Kg燃料完全燃烧时实际的空气量）此时，定义为=1=1，完全燃烧1，空气过量，稀混合气，=1.4时过稀不能燃烧；1，空气不足，浓混合气，=0.4时过浓不能燃烧。,过量空气系数,空燃比控制是排放的最大影响因素。电喷系统能够精确控制空燃比，是其最大优点。,电喷系统的实质,空气进气量f(进气温度，进气压力，）速度/密度计算法,燃油量f(油轨压力，进气管压力，喷油器开启时间),一、电子燃油喷射系统二、电控点火系统三、怠速控制系统四、排放控制系统五、进气控制系统六、增压控制系统七、巡航控制系统八、警告系统九、自诊断与报警系统十、失效保护系统十一、应急备用系统,第二节应用发动机上的电子控制系统,功用：根据进气量确定基本喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号等对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。,一、电子燃油喷射系统（EFI）,何时喷？,燃油控制,喷多少？,喷油正时,喷油脉宽,功用：是点火提前角控制。根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。,二、电控点火系统（ESA）,何时点火？,点火控制,点火能量？,点火正时,闭合角控制,功用：是在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。,三、怠速控制系统（ISC）,功用：主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括：废气再循环（EGR）控制，活性炭罐电磁阀控制，氧传感器和空燃比闭环控制，二次空气喷射控制等。,四、排放控制系统,功用：主要是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机动力性。,五、进气控制系统,功用：是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增加装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。,六、增压控制系统,3.节气门位置传感器作用反映节气门开度（负荷）的大小，判定发动机怠速、部分负荷、全负荷工况，实现不同的控制模式；反映节气门变化快慢（加速、减速），实现加速加浓和减速减油或断油控制。安装节气门拉线对面,4.进气温度传感器作用：检测进气温度安装进气温度传感器可独立装于气路，或与进气流量传感器、进气压力传感器组成为一体；可以在节气门前或节气门后。,5.发动机转速和曲轴位置传感器作用产生发动机曲轴转速信号，决定基本喷油量和基本点火提前角；产生曲轴基准位置信号（一缸上止点信号），计算曲轴转角；产生发动机曲轴转角信号，判定曲轴（或活塞）位置。,曲轴位置传感器,安装曲轴、凸轮轴、分电器,丰田8A-FE发动机的曲轴位置传感器,6.凸轮轴位置传感器作用判定凸轮轴位置（一缸压缩上止点位置）安装分电器、凸轮轴,7.冷却液温度传感器作用：检测冷却液温度安装：冷却液温度传感器装于缸体、缸盖的水套中。,空燃比控制对排放转化效率的影响,1,1.01,0.99,l,ConversionEfficiency,NOx,CO,HC,高效率转化效率带是十分严格的!,改进动态控制,优化燃烧氧化反应,空燃比的波动有利于催化转化效率的提高,富氧环境有利于CO、HC的转化,贫氧环境有利于Nox的转化,铂、铑催化剂,氧的零平衡,发动机瞬态控制,燃油的瞬态管理,湿壁现象,怠速区,中间加速区,完全加速区,节气门开度,怠速维持开度,发动机转速控制区域划分,怠速控制节气门开度：1.0/1.2度区分怠速的唯一信号：节气门开度,二、马瑞利电喷系统构成,电喷系统组成部分,传感器ECU控制器执行器,发动机,传感器,控制器ECU（含硬件和软件）,执行器,接收并分析得到的信息决定如何调整发动机发出指令至执行器,接收控制器指令按指令实行动作,监控发动机工况将传感器信息传输至控制器ECU,传感器,节气门位置传感器空气温度/压力传感器冷却液温度传感器凸轮轴/转速传感器相位传感器氧传感器爆震传感器车速传感器空调请求信号整车输入信号,传感器信号源,05000毫伏,ECU控制器,ECU：发动机控制单元,执行器,怠速步进电机喷油器油泵点火线圈碳罐控制阀爆震控制信号风扇控制信号空调控制信号仪表盘输出信号诊断输出信号防盗功能,执行器指令,喷油量点火时刻点火能量怠速步进电机碳罐开闭风扇开启空调开启仪表盘信号,执行器电源,12伏特,IAW系统零件总览(输入/输出),三、电喷系统零部件,1.发动机13.仪表板2.空气压力传感器14.喷油器3.空气温度传感器15.氧传感器(加热器)4.上止点转速传感器16.燃油泵5.相位传感器17.碳罐电磁阀6.节气门位置传感器18.风扇控制（两个速度档）7.爆震传感器19.压缩机继电器控制8.冷却温度传感器20.怠速步进电机9.氧传感器(信号)21.诊断接口10.空调请求22.防盗器11.转速传感器23.继电器12.点火线圈和火花塞,IAW49C系统总览,1.油箱2.油泵3.多功能阀4.安全阀5.燃油输送管6.发动机7.电瓶8.点火开关9.惯性开关10.系统继电器11.空调压缩机12.碳罐电磁阀13.保险丝14.活碳滤清器15.编码16.压力传感器,17.上止点转速传感器18.火花塞19.发动机冷却温度传感器20.喷油器21.节气门位置传感器22.怠速步进电机23.油轨24.空气滤清器25.点火线圈26.氧传感器27.警示灯28.转速计29.催化器30.爆震传感器31.相位传感器,节气门位置传感器,Idleadjustmentactuator怠速步进电机,Throttlepositionsensor节气门位置传感器,用来测量节气门开度,空气循环:怠速调节执行器,1.步进电机2.旁通管3.作动器4.节气门5.节气门阀体,空气温度/压力传感器,空气温度/压力传感器用来测量进气管内的空气温度和压进气管绝对压力信号：进气管绝对压力传感器，标志充气量和扭矩。进气管空气温度信号：进气管进气温度传感器，标志充气量修正。,AirtemperatureandabsolutepressuresensorsTPRT03温度和绝对压力传感器,a-signalgnd(pin54)信号接地b-Airtemperaturesignal(pin55)空气温度信号c-5volsensorsupply(pin68)5伏传感器供电d-pressuresignal(pin75)压力信号,冷却液温度传感器,用来测量发动机的工作温度；,氧传感器,氧传感器的安装位置,氧传感器位置,1.排气歧管2.氧传感器3.三元催化转化器4.消音器,发动机转速及上止点(T.D.C)传感器(CVM02),1.电磁传感器2.插头3.音轮60-2齿,间隙:0.51.5mm电阻:R=11501400欧20C,发动机转速传感器用来测量发动机转速和曲轴转角位置；,IAW59FB,PowertrainSystems,转速/上止点传感器,凸轮轴相位传感器,1.传感器位置2.霍尔传感器3.凸轮轴驱动轮,相位传感器用来测量发动机各缸冲程位置,各缸上止点T.D.C.凸轮轴转角音轮信号凸轮轴信号,上止点T.D.C./转速RPM-相位信号,PowertrainSystems,系统管理信号图,A.Crankshaftangles曲轴转角B.Phonicwheelsignal音轮信号,爆震传感器能够明确区分爆震信号与发动机的正常振动噪音,Knockingdetectionsensor爆震传感器,检测到某缸的爆震信号以后，该点火提前角将逐步向下调整，直至爆震消失，ECU并对此进行记忆。,爆震传感器,1.Sensorconnector传感器接头2.Knocksensor爆震传感器3.Sensorwiring传感器配线4.Fasteningnut锁紧螺母,Knocksensor爆震传感器,1.Knocksensorposition爆震传感器位置2.Knocksensorassembly爆震传感器的装配3.Knocksensorcableandconnector爆震传感器线索和接口,怠速控制步进电机,步进电机作用,维持怠速改善驾驶性改善加速换挡缓冲送油门缓冲,电子喷嘴(IWP064),1.O-型圈2.O-型圈3.燃油输入4.线圈5.插头端子6.插头,SPRAYPATTERNRANGE,SMALLCONEANGLE(DOWNTO30),LARGECONEANGLE(UPTO90),BENTSPRAY(AXISDEVIATIONUPTO20),喷油效果,油轨,1.进油口2.喷油器3.油轨,3.5bar,油位浮子油泵体滑动电阻,“半无回油”供油系统,1.FuelFeedPipes输油管2.FuelReturnPipe回油管3.Fueltank燃油箱4.FuelFilter燃油滤清器5.Pump油泵6.Injectors喷油器7.FuelRail油轨,油泵循环“无回油系统”,1.燃油导轨2.燃油管路3.循环管路4.加油口5.燃油箱6.燃油输送单元7.喷嘴8.Schrader阀,燃油压力:3,5bar,喷油器,进气歧管,燃油压力调节器,燃油返回,油轨燃油压力,发动机热量,燃油进入,油箱,油泵,燃油滤清器,带回油系统油路,有效参考压力,油轨压力,调整压力,Tank,燃油压力调节器,调整压力=油轨压力,3,5bar,燃油进入,FuelFilter,Pump,无回油系统油路,回油,喷油器,“半无回油”供油系统的优越性,发生事故时，无回油管将着火的可能性降至最低。油箱中燃油温度较低，燃油蒸气量较少。降低成本。,碳罐控制阀,松散安装在软管上，或者与进气歧管一体安装由ECU控制,碳罐控制阀,防止燃油蒸发和燃油蒸汽再循环系统,点火线圈,ECU,ECU软件结构分为两部分作数据处理：“应用”部分:通过传感器测得的工程参数计算喷油器、点火线圈和怠速步进电机的控制参数来控制发动机。“基本”部分:从传感器采集数据并将其转化成工程数据，通过“应用”软件计算的参数控制执行器。并管理各种传感器和执行器的自诊断程序，通过串口“K”线还可以与外接诊断仪通信。,ECU软件构造,IAW49C硬件配置,ON/OFF中等功率输出,喷嘴,点火,ON/OFF低功率输出,ON/OFF&PWM高功率输出,电源,钥匙开关,模拟量输入,CAN,爆震输入,音轮,串口线,执行器,ECU,系统特性,点火/喷射系统集成相位的定义硬件/软件爆震控制燃油的自适应调节空调控制系统风扇控制系统自动变速箱控制系统防盗器控制系统发动机转速输出管理水温报警灯管理自我诊断修复管理,点火喷油ECU针脚定义：1.未使用42.未使用2.未使用43.未使用3.未使用44.氧传感器接地4.转速信号45.未使用5.未使用46.未使用6.未使用47.15/54电源(点火钥匙)7.未使用48.空调开启信号8.未使用49.未使用9.氧传感器信号(-)50.车速信号10.未使用51.未使用11.未使用52.碳罐电磁阀控制12.未使用53.上止点/转速传感器信号正极(+)13.双向防盗线54.传感器接地14.风扇继电器控制55.空气温度信号15.喷油继电器控制56.爆震传感器信号(+)16.未使用57.怠速步进电机控制阶段C17.冷却液过热警示灯连接58.怠速步进电机控制阶段D19.未使用59.点火线圈控制气缸1-420.氧传感器信号(+)60.节气门传感器电源(+5V)21.高速风扇请求61.未使用22.未使用62.冷却温度传感器信号23.未使用63.爆震传感器接地24.未使用64.怠速步进电机控制阶段B25.诊断(串行K线)65.怠速步进电机控制阶段A26.喷油系统失效警示灯控制66.点火线圈控制气缸2-327.电源地(-VBat)67.上止点/转速传感器信号(-)28.电源地(-VBat)68.传感器电源(+5V)29.ECU电源(+12VBat)69.相位传感器30.未使用70.爆震传感器信号(-)31.未使用71.气缸喷油器控制132.未使用72.气缸喷油器控制433.未使用73.未使用34.未使用74.未使用35.低速风扇请求75.压力传感器信号36.未使用76.节气门位置传感器信号37.未使用77.上止点/转速和相位传感器接地38.未使用78.气缸喷油器控制339.未使用79.气缸喷油器控制240.低速风扇继电器控制80.未使用41.空调压缩机继电器控制,马瑞利电喷系统线路图,线束,三元催化器系统的作用,循环工况中催化器内的温度情况,约70%的排放产生于工况循环的开始100秒。催化器内的催化反应在300C时开始。必须尽量缩短催化器的预热时间。,工况循环中排气温度,循环工况中催化器温度,风扇控制不带空气调节发动机ECU管理发动机冷却风扇的工作。用一两根针脚(针脚40用于低速，针脚14用于高速)使风扇马达的电源线路闭合，给继电器线圈通电，执行风扇控制。风扇控制和增加空气量组合在一起可对额外的发动机负荷进行补偿。发动机温度由相应的传感器测量。没有温度控制系统的车辆发动机ECU通过针脚40，当冷却液温度超过97C时控制风扇继电器，当温度降至94C以下时中止工作。恢复如果冷却液温度传感器发生故障，风扇将持续工作下去。,风扇控制:带空气调节,恢复:如果风扇一级转速发生故障，风扇在二级转速工作。如果冷却液温度传感器发生故障，风扇将持续工作下去。,1.爆震传感器5.点火开关2.点火线圈6.继电器3.相位传感器7.点火/喷油ECU4.转速传感器8.保险丝,1.ECU防盗器16.冷却液温度过热报警灯2.爆震传感器17.车速计传感器3.点火线圈18.怠速步进电机4.油泵19.上止点/转速传感器5.惯性开关20.空调6.喷油器21.风扇继电器(一级转速)7.氧传感器22.风扇继电器(二级转速)8.碳罐电磁阀23.诊断插座9.点火开关24.电瓶10.系统失效警示灯25.继电器11.转速计26.相位传感器12.空气压力传感器27.空气温度传感器13.节气门位置传感器14.冷却液温度传感器15.冷却液温度计,ECUI.A.W.49CM.P.I.控制策略,冷起动控制加速控制减速控制断油控制全负荷控制风扇控制,大气压力修正转速极限控制燃油泵控制系统的自适应调节电力平衡,防盗器系统,Rev.Signalandwaterovertemperaturelamp转速信号和水温过高指示灯,Revsignalpin4on-offsignal0-12Volt转速信号端口4originatedbythecranckshaftsignalandelaborated开-闭合信号0-12伏，由曲轴信号和产生并经处理,Waterovertemperaturelampdrivingpin17水温过高指示灯光，端口17,IAW49C,Ignitionsystem点火系统,1.Rev/T.D.C.Sensor转速传感器2.Phonicwhell(60-2tooth)音轮3.Battery电池4.Key钥匙5.Sparkplug火花塞,6.Ignitioncoil4exit点火线圈7.Systemsupplyrelays系统供电继电器8.Electroniccontrolunit电控单元9.Fuse(20A)保险丝10.Knocksensor爆震传感器,Climatecontrolsystem空调控制系统,1.Battery电池2.Fusebox保险丝3.Key钥匙4.Derivationcontrolu