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汽车电子控制技术复习概要 内容 第一章概述第二章传感器第三章电控汽油喷射系统第四章汽油机点火控制第五章发动机辅助电控系统第六章典型发动机集中控制系统第七章自动变速器 第一章概述汽车电子控制系统的一般组成 电子控制系统一般由传感器 电子控制单元ECU 执行器组成 传感器 采集控制系统的信号 并转换成电信号输送给ECU 电子控制单元ECU 给各传感器提供参考电压 接受传感器信号 进行存储 计算和分析处理后向执行器发出指令 执行器 由ECU控制 执行某项控制功能的装置 汽油机的排放与净化 HC 碳氢化合物 的生成机理燃料不完全燃烧 混合气过浓过稀 怠速减速暖车HC排放增加 CO的生成机理局部缺氧 低温不完全燃烧 CO含量取决于空燃比 NOx NO2 NO 的生成机理空气高温反应 温度越高 高温时间越长 氧气越浓NOx生成量越多 影响排放中有害气体生成的因素 空燃比 A F CO 低于理论空燃比14 7浓度大 16附近起数值低 HC 17以内 随空燃比增大排放减少 大于17 燃烧不良排放浓度增加 NOx 15 5 16排放浓度最大 点火时刻CO 点火时刻对CO影响不大 过分推迟没时间氧化 排放会增加 HC 推迟点火排气温度上升 促进氧化 HC浓度下降 NOx 点火提前 燃烧温度增加 排放浓度增加 排气净化的后处理 三元催化转换器 废气再循环 EGR 用于减少NOx的排放量 二 汽油机对点火系统的要求 发动机对点火系的要求三个基本要求 能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压 火花应具有足够能量火花能量 火花电压 火花电流 火花持续时间 最佳点火提前角 点火时刻不同发动机最佳点火提前角不同 同一发动机不同工况最佳点火提前角不同 影响因素 发动机转速 转速越高 最佳提前角越大 负荷 同一转速下 负荷增大 混合气增多 燃烧速度加快 点火最佳提前角减小 空燃比 A F 11 7时 燃烧速度最快 最佳提前角最小 混合气变稀和变浓 燃烧速度都变慢 最佳提前都增大 进气压力 进气压力小 混合气雾化和扰流变坏 燃烧速度都变慢 最佳提前角增大 第二章传感器 2空气流量计4节气门位置传感器5氧传感器7爆燃传感器8曲轴位置传感器 第二节空气流量计 发动机电子控制系统的很重要的一项控制内容就是最佳空燃比的控制 这需要对进气量进行精确测量 空气流量计是测量发动机进气量的装置 它将吸入的空气量转换成电信号送至电脑 作为决定喷油量的基本信号之一 根据测量原理不同 空气流量计有 翼片式 也称叶片式 风门式 卡门旋涡式热线式热式热膜式 热式空气流量计的主要元件是热线电阻 可分为热线式和热膜式两种类型 其结构和工作原理基本相同 热式空气流量计 热式空气流量计实物 热式空气流量计的结构 热线电阻RH以铂丝制成 RH和温度补偿电阻RC均置于空气通道中的取气管内 与RA RB共同构成桥式电路 RH RC阻值均随温度变化 当空气流经RH时 使热线温度发生变化 电阻减小或增大 使电桥失去平衡 若要保持电桥平衡 就必须使流经热线电阻的电流改变 以恢复其温度与阻值 精密电阻RA两端的电压也相应变化 并且该电压信号作为热式空气流量计输出的电压信号送往ECU 热式空气流量计工作原理 工作原理 热线的传热性质 第四节节气门位置传感器 节气门位置传感器安装在节气门体上 与节气门轴同轴设置 节气门位置传感器将节气门开度转换成电压信号输出 常用有开关量输出和线性输出两种型式 第五节氧传感器 由于排气中的氧浓度可以反映空燃比的大小 氧传感器安装在排气管内 形成发动机电子控制系统的反馈控制 组成闭环控制系统提高控制精度 常用的有两种 二氧化钛氧传感器和二氧化锆氧传感器 一 二氧化钛氧传感器 氧化钛式氧传感器是利用导体二氧化钛的导电性随排气中的氧含量变化的特性 又称电阻型氧传感器 当废气中的氧浓度高时 二氧化钛的电阻值增大 反之 废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小 利用电路把电阻变量转换成电压信号输送给ECU 用来确定实际的空燃比 氧化钛式氧传感器有两个元件 一个感测排气中的氧含量 一个用作温度补偿 二 氧化锆式氧传感器 氧化锆式氧传感器的结构基本元件是二氧化锆 ZrO2 陶瓷 为固定电解质管 也称锆管 内表面与大气相通 外表面与排气相通 锆管接触氧气产生负氧离子 内外氧浓度不同 负氧离子浓度不同 负离子扩散至平衡 形成电动势 氧化锆式氧传感器的特性 在400 以上的高温时 若氧化锆内外表面处的气体中的氧的浓度有很大差别 在铂电极之间将会产生电压 当混合气稀时 排气中氧的含量高 传感器元件内外侧氧的浓度差小 氧化锆元件内外侧两极之间产生的电压很低 接近0V 反之 如排气中几乎没有氧 内外侧的之间电压高 约为1V 在理论空燃比附近 氧传感器输出电压信号值有一个突变 如右图 第七节爆燃传感器 爆燃传感器用来检测发动机有无爆燃发生 检测方法有三种 检测气缸压力 检测发动机振动 检测燃烧噪声目前常用检测发动机振动判断爆燃的发生 第八节曲轴位置传感器 曲轴位置传感器也称点火信号发生器 主要用于点火正时控制 同时还是发动机转速的信号源 常用的有磁脉冲式 霍尔式 光电式等 空气流量计只能够检测出每个单位时间内吸入的空气量 但是不能检测出每工作循环内吸入的空气量 因此为确定最佳空燃比的喷油量 还必须在已知单位时间空气流量的基础上 应检测发动机转速 同时为选取合适的喷油时刻和点火时刻 还需检测每缸曲轴转角的位置 故还须设有发动机转速与曲轴位置传感器 安装位置 传感器可装在曲轴中部或飞轮上 亦可装于分电器上 曲轴位置传感器的功用 第三章电控汽油喷射系统 1汽油喷射系统概述2空气供给系统3汽油供给系统4电控汽油喷射系统 汽油发动机电控喷射系统的基本组成及功用汽油发动机电控喷射系统主要由空气供给系统 燃油供给系统 电子控制系统三个子系统组成 空气供给系统为发动机形成可燃混合气提供空气 由空气滤清器 空气流量计 节气门 进气总管 进气支管组成 燃油供给系统依据发动机工况 进气量为发动机燃烧所需空燃比提供精确燃油量 电子控制系统 ECU 根据各种传感器的信息进行综合分析和处理 精确控制喷油量 使发动机在各种工况具有最佳性能 电控汽油喷射系统分类 按有无反馈 开环 闭环 按喷油器的位置和数量 进气支管 多点喷射 进气总管 单点喷射 缸内喷射 按喷射方式 喷射时间和顺序 同时喷射 顺序喷射 分组喷射 一 空气供给系统的组成作用 测量和控制汽油燃烧是所需要的空气量 组成 空气滤清器 空气流量计 进气支管 节气门 第三节汽油供给系统 一 汽油供给系统组成二 电动汽油泵的构造和工作原理三 汽油压力调节器的构造和工作原理四 汽油滤清器及脉动减振器五 电磁喷油器 一 汽油供给系统组成功用 向气缸内供给燃烧所需的汽油 汽油供给系统组成 喷油泵 压力调节器 滤清器 脉动阻尼器 喷油器 汽油压力调节器的构造和工作原理功用 使汽油压力相对于进气支管压力之差保持常数 一般为250kPa 即保持喷油压力与喷油环境压力的差值一定 以使ECU能以控制喷油时间的长短来控制喷油量 汽油压力调节器的构造和工作原理基本构造 使汽油压力相对于进气管负压保持一定 即保持喷油压力与喷油环境压力的差值一定 以使ECU能以控制喷油时间的长短来控制喷油量 工作原理 汽油压力调节器一般安装在燃油总管上 并采用膜片结构 膜片联动一个汽油阀门 并将弹簧室和汽油室隔开 弹簧室有一预紧弹簧 且和进气支管相连通 膜片两侧的压力平衡方程 脉动减振器 功用 在喷油器喷油时 在输油管道内会产生燃油压力脉动 脉动阻尼器的作用是使压力脉动衰减以减小这种波动和降低噪音 结构及原理 电磁喷油器电磁喷油器是发动机电控喷射系统的一个关键执行器 它接受ECU的喷油脉冲信号 精确计量汽油喷射量 要求 动态流量范围大 抗堵塞抗污染能力强 雾化性能好 结构类型 轴针式电磁喷油器球阀式电磁喷油器片阀式电磁喷油器 喷油器的分类方式 按用途分为SPI用和MPI用 按燃料的送入位置可分为上部给料式和下部给料式 按喷口形式分为孔式 球阀 片阀 和轴针式 按电磁线圈阻值可分为低阻式和高阻式 工作原理 ECU的喷油控制信号将喷油器与电源回路接通时 电磁线圈通电并在周围产生磁场 吸引衔铁移动 而衔铁与针阀一体 因此克服弹簧张力而打开 燃油即开始喷射 当ECU将电路切断时 吸力消失 弹簧使针阀关闭 喷射停止 喷油量的多少取决于针阀行程 喷口截面积及喷射环境压力与燃料压力的压差和喷油时间 当前述各因素确定时 喷油量就取决于针阀的开启时间 即电磁线圈的通电时间 喷油器驱动方式 驱动方式分为电流驱动与电压驱动两种方式 电流驱动只适用于低阻喷油器 电压驱动既可用于低阻喷油器 又可用于高阻喷油器 电流驱动低阻型方式无效喷油时间最短 动态响应好 电压驱动低阻型驱动方式其次 电压驱动高阻型驱动方式最差 喷油器驱动方式低电阻喷油器是指电磁线圈的电阻值为0 6 3 通常为2 3 高电阻喷油器是指电磁线圈的电阻值为12 17 通常为15 第四节电控汽油喷射系统 电控汽油喷射系统主要控制的项目包括 喷油器控制 喷油量控制 喷油时间控制 一 喷油器的基本工作情况与有关特性二 喷油正时的控制三 喷油量的控制四 汽油泵的控制 一 喷油器的基本工作情况与有关特性 喷油器的基本控制电路和工作原理间歇性喷射喷油器的控制原理电路 喷油器的喷油量取决于针阀行程 喷口面积 喷油压力等因素 这些因素确定后就唯一取决于喷油时间 即信号脉冲宽度 喷油器针阀的工作特性由于针阀的机械惯性和电磁线圈的磁滞 从脉冲开始到针阀最大升程需要一定的开阀时间T0 从脉冲消失到针阀完全关闭也需要一定的关阀时间TC T0 TC 称为无效时间T0受蓄电池电压影响TC不受蓄电池电压影响 二 喷油正时的控制喷油正时即确定喷油器开始喷射的时刻 同时喷油同步喷射分组喷油喷油时刻顺序喷油异步喷射同步喷射 与发动机旋转同步 在固定的曲轴转角位置进行喷射 异步喷射 喷射时刻与曲轴转角位置无关 如急加速临时性喷油 同时喷射早期发动机多用同时喷射 曲轴每转一圈 各缸同时喷射一次 发动机每循环各缸喷射两次 也称同时两次喷射 控制电路简单 驱动回路通用 混合气均匀性差 分组喷油分组喷射一般是把所有气缸的喷油器分成2 4组 四缸发动机一般把喷油器分成两组 微机分组控制喷油器 两组喷油器轮流交替喷射 顺序喷油顺序喷射也叫独立喷射 曲轴每转两转 各缸喷油器都轮流喷射一次 且像点火系一样 按照特定的顺序依次进行喷射 三 喷油量的控制喷油量的控制即喷油器喷射时间的控制 精确计算基本喷油持续时间和各种参数修正量 其目的是使发动机燃烧混合气的空燃比符合要求 微机控制喷射时间的对策 措施 方法 各个厂家不尽相同 本课介绍常见的基本做法 汽油喷射时间的控制分为两大类 是发动机起动后运行时的控制 根据进气质量来计算 是发动机起动时的控制 不是根据进气质量来计算的 汽油喷射时间的控制基本喷射时间修正发动机温度相关的修正加减速时的燃油修正理论空燃比的反馈修正起动后控制学习控制产生的修正大负荷高转速的修正蓄电池电压的修正 无效时间 同步控制燃油停供 断油 喷射基本喷射时间修正时间起动时控制控制发动机冷却水温度异步控制急加速时的异步喷射 与发动机温度相关的修正系数FET分三种情况 起动后燃油增量修正系数 起动后数十秒内 发动机低温起动后 进气门及气缸壁处汽油汽化不良附着在进气门及气缸壁上 混合气变稀 燃油增量修正分两步 根据起动时水温确定起动后燃油增量修正系数的初值 发动机完成爆震后 每隔一步长 时间或发动机转数 对起动后燃油增量修正系数衰减 暖机时燃油增量修正系数暖机燃油增量修正也是对发动机冷态燃油供给不足的一种补偿 在进行起动后燃油增量修正的同时 进行暖机燃油增量修正 前者在发动机完成爆震后数十秒内结束 而后者应一直到冷却水温度达到规定值 暖机燃油增量修正系数随着冷却水温度的上升而逐渐衰减 加减速运转时的燃油修正系数FAD在汽车进行加速 减速等过渡工况时 仅仅使用燃油基本喷射量 则混合气的空燃比相对于目标值会产生一定偏移 一般情况下 偏移趋向是 加速时混合气变稀 减速时混合气变浓 因此 要分别进行燃油增量和减量的修正 如果不进行加速减速时的燃油量修正 发动机就会产生 喘振 车辆产生前后方向的振动等现象 排气中的有害成分也会增加 加速时燃油修正 减速时燃油修正 理论空燃比的反馈修正 空燃比反馈控制的概念与控制过程在ECU根据氧传感器的输入信号 对喷油器喷射量进行修正时 由于发动机运转条件非常复杂 时刻在变化 不是修正一次就可以维持在理论空燃比状态的 在实际控制过程中 都是在一定的周期内重复加浓 增加喷射量 或重复减稀 减少喷射量 逐渐使其平均值达到理论空燃比 理论空燃比的反馈条件 在下列工况下解除反馈控制 发动机起动时 起动后燃油增量修正 加浓 时 冷却水温度使燃油增量修正时 节气门全开 大负荷 高转速 时 加 减速燃油量修正时 燃油中断停供时 无效喷射时间无效喷射时间 T0 TC 中 开阀时间T0受蓄电池电压的影响较大 关阀时间TC受蓄电池电压的影响较小 当蓄电池电压降低时 无效喷射时间增长 当蓄电池电压升高时 无效喷射时间变短 因此 在计算燃油喷射时间时 考虑蓄电池电压对无效喷射时间的影响 对喷射时间进行加法修正 第四章汽油机点火控制 1电控点火系统的组成和分类2点火提前角和闭合角的控制3发动机爆燃 爆震 的控制 概述电子控制的点火系统则能很好地根据转速 负荷等因素进行综合考虑 以电子的手段控制发动机各工况下的点火提前角 并进行通电时间控制和爆震控制 使发动机的功率 经济性和排放各方面达到最佳 电控点火系统控制的主要内容 点火提前角控制通电时间控制爆震控制 第一节电控点火系统的组成和分类 一 电控点火系统的组成与功能微机控制点火系的一般组成 监测发动机运行状况的传感器 处理信号 发出指令的微处理机 响应微机发出指令的点火器 点火线团等组成 一般组成 传感器 ECU 点火执行器 点火系统由电源 点火线圈 分电器 传感器 ECU 点火器 点火控制模块 和火花塞组成 基本组成 组成 电源 由蓄电池和发电机组成 提供点火能量 点火线 圈低电压转变为15 20kV高电压 分电器 依据发动机工作时序 将点火线圈的高电压分送火花塞 火花塞 将具有一定能量的电火花引入汽缸 传感器 有转速传感器 曲轴位置传感器 爆燃传感器 ECU 点火控制模块 是一个功率放大的驱动电路将点火信号送给点火线圈 点火系统的工作原理 发动机工作时 ECU根据接收的传感器信号 按存储器中的相关程序和数据 确定出最佳点火提前角和通电时间 并向点火控制器发出指令 点火控制器根据指令 控制点火线圈初级电路的导通和截止 当电路导通时 电流从点火线圈中的初级电路通过 点火线圈将点火能量以磁场形式储存 当初级电路被切断时 次级线圈中产生很高的感应电动势 经分电器或直接送至工作气缸的火花塞 对点火系的基本要求 能产生击穿电压 电火花具有足够的能量 点火时刻适应发动机工作情况点火时序按发动机时序 四缸机1 3 4 2六缸机1 5 3 6 2 4点火提前角 在压缩行程上止点前点火过迟 燃烧压力小 热损失大 发动机过热 功率下降点火过早 燃烧压力过大 负功多 易爆燃 功率下降 点火提前角对气缸压力的影响 最佳点火提前角 能使发动机获得最佳动力性 经济性和最佳排放时的点火提前角 称为最佳提前角 其一般保证燃烧压力最大值出现在上止点后10 15 影响最佳点火提前角的因素 转速 转速高提前角大 转速低提前角小 负荷 负荷大提前较小 负荷小提前角大 混合气成分 0 8 0 9时燃烧速度最快 此时提前角最小 过浓和过稀 提前角都增大 进气压力 进气压力小 提前角增大 二 电控点火系统分类 电控点火系统分为 有分电器式 ECU根据各输入信号 确定点火时间 并将点火正时信号送至点火控制器 简称点火器 当正时信号变为低电平时 点火线圈初级电路由于功率晶体管的截止而被切断 次级感应出高电压 由分电器按发火顺序送至相应气缸的火花塞产生电火花 无分电器式 现代的点火控制系统都是由计算机控制的直接点火系统 直接点火是指不用分电器而用计算机控制点火线圈 直接使火花塞跳火 有分电器式电控点火系统 1 主继电器 2 压力传感器 3 温度传感器 4 基准位置传感器 5 转速传感器 6 ECU 7 EFI控制 8 ESA控制 9 点火信号 10 通电开始 11 点火 12 电子点火器 13 点火监视回路 14 闭合角控制 15 点火线圈 16 点火开关 17 蓄电池 18 至分电器 19 至发动机转速表 无分电器式 特点 用电子控制装置取代了分电器 利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火 点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多 优缺点 分火性能较好 但其结构和控制电路复杂 根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同 该点火系统又可分为 单独点火方式 同时点火方式 二极管配电点火方式 单独点火方式特点是每缸一个点火线圈 即点火线圈的数量与气缸数相等 同时点火方式特点 点火线圈的数等于气缸数的一半 二极管配电点火方式特点 四个气缸共用一个点火线圈 无分电器式电控点火系统 双缸同时点火 一缸在压缩上止点前时点火 另一缸在排气上止点前点火 曲轴转360 两缸冲程对调 一个点火线圈的次级绕组分别与两个火花塞串联同时跳火 压缩行程一缸的压力高 火花塞击穿电压高 排气行程一缸的压力低 火花塞击穿电压低 阻抗绝大部分在压缩一缸的火花塞上 点火能量主要通过该火花塞释放 双缸同时点火 单独点火方式 这种点火方式相当于每一气缸单独采用一套独立的点火装置 分别独立对每一缸进行点火 在每一个气缸的火花塞上各配有一个点火线圈 这种点火方式特别适合在四气门发动机上装用 火花塞可安装在双凸轮轴中间 在每一缸火花塞上直接压装一个点火线圈 充分利用了安装空间 这对V型多缸发动机舱的合理紧凑布置具有重要的实用意义 无分电器单独点火 第二节点火提前角和闭合角的控制 点火提前角的控制分为开环控制和闭环控制 开环控制方式的基本点火提前角是靠预先台架上的试验方法测得的数据来确定的 这些数据存入ECU的只读存储器中 工作时根据发动机工况来选择调取 闭环控制方式是根据发动机实际运行结果的反馈信息来控制点火提前角 又称反馈控制 点火的闭环控制通常利用爆燃爆震传感器反馈爆震信号来控制点火提前角 目前广泛应用的电控点火系统是在开环控制的基础上配再和闭环控制的混合控制方式 点火提前角的控制模型 实际点火提前角 初始点火提前角 基本点火提前角 修正点火提前角 点火提前角的项目丰田汽车TCCS系统点火提前角的控制 初始点火提前角 丰田IG GEL发动机为上止点前10 在下列情况下 实际点火提前角等于初始点火提前角 起动时 发动机转速变化大 无法计算点火提前角 发动机转速低于400r min 发动机ECU后备系统工作 T端头短路或节气门怠速触点闭合 车速在2km h 基本点火提前角 怠速时基本点火提前角无空调4 有空调8 实际提前角为无空调14 有空调18 空调 转速高 负荷大 正常行驶时基本点火提前角依据发动机转速和负荷 进气量 负荷大提前较小 负荷小提前角大 点火提前角调整特性 转速 进气真空度 转速高 提前角大 转速低 提前角小 进气真空度大 压力小 提前角大 进气真空度小 压力大 提前角小 修正点火提前角 暖机修正发动机冷车起动后的暖机过程中 随冷却水温的提高 混合气的燃烧速度加快 燃烧过程所占的曲轴转角减小 点火提前角也应适当减小 过热修正发动机正常工作时 若过热 为避免爆燃 减小点火提前角 发动机怠速时 若过热 为避免长时间过热 增加点火提前角 二 闭合角的控制闭合角控制的作用是根据发动机转速和蓄电池电压调节闭合角 以保证足够的点火能量 在发动机转速上升和蓄电池电压下降时 使闭合角加大 防止一次线圈储能下降 确保点火能量 在发动机转速下降和蓄电池电压上升时 使闭合角减小 确保一次线圈安全 第三节发动机爆燃的控制 汽油发动机是利用火花塞点燃混合气 使火焰在混合气内不断传播进行燃烧 火焰传播途中 如果压力异常升高时 一些部位的混合气在火焰未到时就会发生自燃 造成瞬时爆发燃烧 这种现象称为爆燃 爆燃的主要危害 振动大 噪声大 发动机所受冲击负荷大 易损坏 消除爆燃的方法 采用抗爆性能好的燃油 改进燃烧室结构 加强冷却水循环 推迟点火提前角 尤其是推迟点火提前角对消除爆燃有明显作用 爆燃控制电控发动机常用闭环控制方式进行爆燃控制 利用发动机爆震信号作为反馈信息 ECU进行分析处理发出调整点火提前角的指令 控制点火时刻 一般使发动机始终处于临界爆燃的工况 此工况可获得最大动力性 经济性能也较高 爆燃现象 爆燃与点火时刻的关系 点火提前角越大 燃烧压力越大 越容易产生爆燃 爆燃控制系统用发生爆燃的循环次数与实际工作循环次数之比 爆燃率 衡量爆燃强度 分为4个等级 爆燃率在5 以下为微爆燃 5 10 为轻爆燃 10 25 为中爆燃 25 以上为重爆燃 当发动机出现1 5 的轻微爆燃时 其动力性 经济性接近最佳值 闭环控制按轻微爆燃来确定最佳点火提前角 爆燃控制的工作原理闭环控制时 ECU测出爆燃率对点火提前角进行调节 一定时间内无爆燃时就逐步增大点火提前角 直至发生轻微爆燃 爆燃率大于5 时减小点火提前角 直至爆燃消除 第五章发动机辅助控制 1怠速控制2排放控制 第一节怠速控制 怠速通常是指发动机在无负荷 对外无功率输出 情况的稳定运转状态 怠速转速过高 会增加燃油消耗量 但考虑排放和发动机的稳定运转 怠速转速也不能过低 另外 也要考虑所有怠速使用条件 如冷车运转与电器负荷 空调装置 自动变速器 动力转向伺服机构的接入等情况 因此 要对怠速进气量进行控制 一 怠速控制系统的组成与控制原理 怠速控制系统的组成传感器 ECU 怠速控制阀 1 功能 保证发动机排放要求且运转稳定的前提下 尽量使发动机保持最低稳定转速 降低怠