第三章 丰田佳美电控发动机-9.doc

第三章 丰田佳美电控发动机 3. 1 丰田佳美发动机的发展史丰田的“CAMRY”是我们所熟悉的最早进口到国内的中高级轿车，中文名称为“佳美”。自1983年推出至今已经快有近30年的历史，发展到了第6代车型。除了最早的ELICA CAMRY外，几乎每一代的CAMRY都有进口到中国。市场保有量之大，从某种程度上来讲，CAMRY与CROWN皇冠让国人真正认识了来自日本的丰田汽车。下面我们就通过以下的内容来详细了解下大众这款“80后”的丰田中高级轿车之王CAMRY的历史。第一代：1983-1986在此之前，本田雅阁已经上市许久，销售的很不错，所以丰田推出的CAMRY比它的对手更好更大！轴距2600MM，几乎比当时的雅阁要长15厘米。2.0L 92马力的4缸发动机，也超过当时雅阁的1.8L 86马力发动机，变速箱有5MT和4AT可选。凭借其过硬的质量，良好的性能，不错的舒适性和极佳的可靠性，CAMRY很快就成为畅销车型！第二代：1987-19911987年换代后，第二代CAMRY使用了更加现代化的2.0L DOHC发动机，16V设计使其马力提高到115马力，比当时的新一代雅阁（本田雅阁1986年完成升级）多17马力。新发动机在增大马力的同时，也大大降低了噪音和振动，因此舒适性更佳。大多数第二代CAMRY都使用了AT变速箱，技术的进步使档位转换已经轻微到不易察觉。第二代CAMRY的外表也经过了重新精致的雕琢，看起来比前代更具高档感。1988年关于CAMRY的重大新闻是丰田提供了2.5L V6发动机和全轮驱动供供消费者选装！2.5L V6发动机同样采用了先进的DOHC技术（顶置双凸轮轴技术），每缸拥有4个气门，输出功率为153 马力。这款精制的V6发动机使CAMRY在平稳安静的操作中获得更强有力的加速度。第三代：1992-1996为了迎合美国消费者的口味，第三代CAMRY在各种尺寸上都变得更大，正是在第三代，CAMRY晋级为中级轿车。长度加长了近15CM，宽度增加了近5CM，轴距和轮距也相应有所增加，第三代CAMRY为驾乘者提供的空间更宽阔、更舒适。光滑圆润的外形采用空气动力学设计，就算在门把手处也看不到生硬的棱角。新车进一步加强了隔音和发动机的平顺，使CAMRY高速时的安静程度超过很多昂贵的豪华车！第三代CAMRY同样非常注重安全性，增加了驾驶舱侧气囊、三点式安全带作为标配， ABS同样成为所有款式的标配！为了带动更重的车身，第三代CAMRY装备了更强劲的发动机。2.2L 130马力的四缸发动机，以及3.0L 185马力的V6发动机被装配在第三代CAMRY上。部分装配有V6发动机的较高端型号可以在8秒内完成0-100公里加速。第四代：1997-2001第四代的发动机也更加强劲有力，2.2L的四缸发动机现在可以输出133马力，V6发动机的功率更是高达194马力。而且，V6首次成为基本型的可选配置，装备有V6的基本型完成0-100公里仅需要8秒！第四代CAMRY几乎所有的型号都以ABS为标准配置，侧面气囊也在1998年成为所有型号的标配。第五代：2002-2005新开发的4缸发动机运用了TOYOTA的VVTi技术，2.4L可释放157马力！而3.0LV6发动机现在为192马力，比前代略低，这是为了降低排放、实现超低公害而做出的牺牲。V6只装配了4AT自动变速箱，而4缸发动机提供了4AT自动变速箱和5速手动变速箱供选配。改进的悬挂使车身转弯时得到了更好的控制，方向控制既轻松又改进了以前虚位过多的情况。2003年V6发动机也运用了VVTi技术，功率提高到210马力，匹配5AT自动变速箱。2004年CAMRY SE运动版装配了3.3L的225马力发动机和5AT自动变速箱。2004年第二代CAMRY Solara双门轿车问世，外形很有雷克萨斯SC430的影子，动力系统与5代CAMRY相同。2005年4缸发动机提升功率至160马力，并开始匹配5AT自动变速箱。3.3 佳美电控发动机的结构 3.2.1 佳美电控发动机的工作原理丰田佳美电控发动机以发动机转速和负荷作为反映发动机实际工况的基本信号，参照由试验得出的发动机各工况相对应的喷油量和喷油定时脉谱图来确定基本的喷油量和喷油定时，然后根据各种因素（如水温、油温、大气压力等）对其进行各种补偿，从而得到最佳的喷油量和喷油正时或点火定时，然后通过执行器进行控制输出。 3.2.2 佳美电控发动机的结构丰田佳美电控发动机结构如图3.1、3.2所示，它由空气供给系统、燃油供给系统、电子控制系统三大部分组成。图3.3为本论文实验用的古田佳美发动机实验台架。1-喷油器；2-稳压箱；3-节气门体；4-空气流量计；5-空气滤清器；6-附加空气阀；7-发动机。图3.1空气供给系统图1-油箱；2-燃油泵;3-燃油滤清器；4-回油管；5-燃油压力调节器；6-进气歧管；7-喷油器；8-输油管；9-稳压箱；10-冷启动喷油器；11-燃油压力脉动衰减器。图3.2 燃油供给系统图图3.3丰田佳美2500发动机台架 图3.4 丰田佳美3VZ发动机台架正面图1. 电子控制单元（ECU）电控单元（ECU）是发动机电子控制系统的核心。它完成发动机各种参数的采集和喷油量、喷油定时的控制，决定整个电控系统的功能。电子控制单元（ECU）的结构图如图3.5所示。图3.5ECU组成图2. 传感器传感器(Sensor)将发动机工况与环境的信息通过各种信号即时、真实的传递到ECU。换句话说，ECU所了解到的只是一个由诸多信号所构成的发动机。所以，传感器信息的准确性、再现性与即时性就直接决定控制的好坏。 丰田佳美发动机电控系统的传感器有：1） 空气流量计空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算（控制）喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。丰田佳美发动机空气流量传感器为叶片（翼板）式空气流量计，图3.6、图3.7、图3.8为它的的结构图及工作原理图。1-进气温度传感器 2-电动汽油泵触点 3-卷簧（回位弹簧） 4-电位计 5-导线连接器 6-CO调节螺钉 7-旋转翼片（测量片） 8-电动汽油泵静触点图3.6 叶片式空气流量传感器结构1-空气进口 2-进气温度传感器 3-阀门 4-阻尼室 5-缓冲片 6-旋转翼片（测量片） 7-主气路 8-支气路（旁通气道）图3.7 叶片式空气流量传感器与测量片同轴的电位计1-电动汽油泵开关 2-可变电阻 3-固定电阻 4-热敏电阻（进气温度传感器）图3.8 叶片式空气流量传感器电路原理图2）节气门位置传感器节气门位置传感器向ECU提供节气门开度信号与急加速、急减速信号，作为修正点火提前角与喷油量的依据之一，其工作特性见图3.9所示，与电控单元的连接图见图3.10所示。（a） 结构 （b）特性图3.9 线性可变电阻型节气门位置传感器结构与特性图3.10 线性可变电阻型节气门位置传感器与ECU的连接线路2） 曲轴位置传感器曲轴位置传感器向发动机ECU提供各缸压缩行程上止点信号，作为ECU控制 点火正时与喷油正时的基准。该传感器为磁感应式，位于油底壳上部并朝向曲轴带轮，图3.11为曲轴位置传感器的结构图，图3.12为曲轴位置传感器的电路图。1-G1感应线圈 2-No.2正时转子 3-No.1正时转子 4-G2感应线圈 5-Ne感应线圈图3.11丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器图3.12 曲轴位置传感器电路图Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号，相当于磁脉冲式曲轴位置传感器的1信号。该信号由固定在下半部具有等间隔24个轮齿的转子（No.2正时转子）及固定于其对面的感应线圈产生（如图3.11 所示）。G信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置，相当于磁脉冲式曲轴位置传感器的120信号。G信号是由位于Ne发生器上方的凸缘转轮（No.1正时转子）及其对面对称的两个感应线圈（G1感应线圈和G2感应线圈）产生的。其构造如图3.11所示。其产生信号的原理与Ne信号相同。G信号也用作计算曲轴转角时的基准信号。曲轴位置传感器输出信号的检查：拔下曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时，用万用表的电压档检测曲轴位置传感器上G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子间是否有脉冲电压信号输出。如没有脉冲电压信号输出，则须更换曲轴位置传感器。3）冷却水温度传感器冷却水温度传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上。与冷却水接触，用来检测发动机的冷却水温度，冷却水温度传感器的内部是一个半导体热敏电阻，它具有负的温度电阻系数。水温越低，电阻越大；反之，水温越高，电阻越小。水温传感器的两根导线都和控制单元相连接。其中一根为地线，另一根的对地电压随热敏电阻阻值的变化而变化。电控单元根据这一电压的变化测得发动机冷却水的温度，和其他传感器产生的信号一起，用来确定喷油脉冲宽度、点火时刻等。 图3.13为其结构图，图3.14为其电路图。图3.13 冷却水温度传感器a)构造 (b)电阻与水温的关系图3.14 冷却水温度传感器的电路4） 进气温度传感器进气温度传感与进气压力传感器一体安装于节气门之后的进气管上，用以检测进气温度，测量进气温度的目的是为了确定进气的密度，它与进气压力传感器联合使用，可以准确地反映进入气缸的空气量。进气温度传感器的材料采用负温度系数（NTC）热敏电阻，ECU根据进气温度传感器检测到的进气温度修正喷油量，使发动机自动适应外部环境的变化。结构图见3.15；图3.15 进气温度传感器1-热敏电阻 2-接线端子3） 爆振传感器爆震传感器是发动机电子控制系统中必有可少的重要部件，它的功用是检测发动机有无爆震现象。当发动机发生爆燃时产生5-10KHZ的压力波，这一压力波通过汽缸体传给爆震传感器，使压力元件上的压力发生变化，从而产生20mV左右的电动势并将信号送入发动机ECU。常见的爆震传感器的有两种，一种是磁致伸缩式爆震传感器，另一种是压电式爆震传感器。图3.16 爆震传感器的安装4） 氧传感器氧传感器基本上由一专用陶瓷体构成，其表面装有可透气的铝电极，如图3.8所示。传感器起作用的原理是陶瓷材料为多孔的，允许空气中的氧扩散（团体电解质），陶瓷在高温下是导电的。如果两电极端的含氧量不一样，则电极上产生一个电压，即测定出排气管中的含氧浓度，并随时向ECU反馈信号来修正喷油量，以保证空气和汽油混合气过量空气系数a=l.00（理想混合气）。 氧传感器的结构图如下3.17所示；图3.17 氧传感器l-接触部分 2-陶瓷衬套 3-传感陶瓷 4-护套（排气端） 5-电线接头 6-碟形弹簧 7-护套（空气端） 8-外壳（-） 9-电极（-） 10-电极（+）3. 执行器电控系统要完成的各种控制功能，是靠各种执行器来实现的。在控制过程中，执行器将ECU传来的控制信号转换成某种机械运动或电器的运动，从而引起发动机运行参数的改变，完成控制功能。丰田佳美电控发动机的执行元件如下：1） 喷油器喷油器实际上是一个电磁阀，主要由针阀、衔铁和电磁线圈组成，其中针阀和衔铁结合为一体。当微电脑发出指令使电磁线圈通电时，电磁线圈产生的电磁力将衔铁和针阀吸起，阀门打开，汽油便通过针阀与喷孔的环形间隙喷向进气门前方，也吸入进气歧管的空气混合后进入汽缸。当电源被切断后，针阀便在回位作用下关闭喷孔，停止喷油。喷油量与喷油器喷油的时间正比，而针阀打开的时间又由微电脑输出的电脉冲宽度控制。图3.18为轴针式喷油器的结构组成图。图3.18 轴针式电磁喷油器 1-电插头 2-滤清器 3-电磁线圈 4-喷油器体5-衔铁 6-喷嘴体 7-针阀2）怠速控制阀步进电机式怠速控制阀是世界上目前应用最多的一种怠速控制装置。用于汽车电喷系统旁通空气通道的开度，从而调节旁通气量，使发动机转速达到所要求的目标值。结构原理：由永久磁铁构成的转子，激磁线圈构成的定子和把旋转运动转换成直线运动的进给丝杆及阀门等部分组成。它利用系统供给的步进信号进行转换控制，使转子可以正转，也可以反转，从而使阀芯（丝杆）进行伸缩运动以达到调节旁通空气道截面的目的，从而稳定怠速，并达到理想的怠速转速。结构图3.19所示。图3.19 怠速控制阀的结构图1-阀；2-阀座；3-阀体；4-挡板；5-定子；6-转子。2） 点火线圈点火线圈之所以能将车上低压电变成高电压，是由于有与普通变压器相同的形式，初级线圈与次级线圈的匝数比大。但点火线圈工作方式却与普通变压器不一样，普通变压器是连续工作的，而点火线圈则是断续工作的，它根据发动机不同的转速以不同的频率反复进行储能及放能。 当初级线圈接通电源时，随着电流的增长四周产生一个很强的磁场，铁芯储存了磁场能；当开关装置使初级线圈电路断开时，初级线圈的磁场迅速衰减，次级线圈就会感应出很高的电压。初级线圈的磁场消失速度越快，电流断开瞬间的电流越大，两个线圈的匝比越大，则次级线圈感应出