第1章电控发动机管理系统(EMS)ppt课件.ppt

全国汽车维修专项技能认证 第1章电控发动机管理系统 EMS 20世纪70年代开始 全球各大汽车制造厂陆续推出了电子控制燃油喷射系统 经过多年的努力 发动机电子控制的内容和精度不断增加 已经从简单的燃油和点火控制 逐渐发展成一个非常复杂的发动机管理系统 EngineManagementSystem 简称EMS 其内容主要包括 燃油喷射系统 点火控制系统 怠速转速控制 尾气排放性能控制 进气控制 增压控制 失效保护 后备系统 诊断和数据通讯等 另外 随着网络技术在汽车上的成功应用 在许多汽车上 如奔驰 宝马 奥迪 帕萨特 发动机管理系统已不再是一个独立的控制系统 它通过CAN ControllersAreaNetworks 技术和其他控制系统 如空调系统 巡航控制系统 防盗系统 音响和舒适系统 ABS和牵引力控制系统等 实现了网络互联 实时进行数据共享和网络通讯 这不仅提高了车辆的整体控制性能和控制精度 而且大大减少了传感器 信号线和电脑管脚的数量 控制系统的升级和配置更容易 更灵活 全国汽车维修专项技能认证 右图为凌志LS400发动机管理系统的构成示意图 可以看出发动机管理系统主要由以下三部分组成 传感器发动机控制模块 ECU 执行器 全国汽车维修专项技能认证 电控发动机管理系统 EMS 1 1发动机控制模块 ECU 及其电源电路 1 2电控燃油喷射系统 1 3点火系统 1 4怠速控制系统 1 5汽车排放污染物控制系统 1 6进气控制系统 1 7失效保护与后备系统 1 8发动机电控系统的其他扩展功能 1 9雅阁轿车发动机管理系统简介 全国汽车维修专项技能认证 1 1 1发动机控制模块 ECU 1 1 2发动机控制模块 ECU 电源电路 1 1 3发动机的控制模式和运行模式 工况 1 1发动机控制模块 ECU 及其电源电路 全国汽车维修专项技能认证 1 1 1发动机控制模块 ECU 发动机控制模块 EngineControlUnit 即ECU 俗称电脑 是发动机的 大脑 各种传感器则是发动机的 眼睛和耳朵 执行器就是发动机的 手和脚 发动机控制模块采集各传感器的信号并进行处理和运算后 控制执行器动作 最终控制发动机机械系统的运转 各汽车制造厂家对发动机控制模块的称呼不尽相同 如美国通用汽车公司称为ECM EngineControlModule 福特汽车公司开始叫做MCU MicroprocessorControlUnit 后来叫EEC EngineElectronicControl 本田公司在1995年度车型上 也称为ECM 但是1996年车型将发动机控制模块 ECM 和变速器控制模块 TCM TransmissionControlModule的缩写 集成在一个模块上 称为动力控制模块PCM 即PowertrainControlModule 现已成为SAE规定的标准语 全国汽车维修专项技能认证 上图为发动机控制模块的基本构成示意图 主要由输入回路 A D 模拟 数字 转换器 微处理器和输出回路组成 全国汽车维修专项技能认证 上图是红旗7220发动机控制模块图 下面我们从ECU控制模块的各个组成以及故障和维修进行详细的介绍 1 输入回路 2 A D 模拟 数字 转换器 3 微处理器 4 输出回路 5 发动机控制模块的故障与维修 全国汽车维修专项技能认证 1 输入回路微处理器只能识别0至5V的方波状数字信号 但传感器输送给发动机控制模块的信号有两种 对应于不同的输入信号 输入回路的作用也不相同 数字信号如霍尔式和光电式传感器 卡门式空气流量传感器以及各种开关的输入信号 其输入特性如下图所示 输入回路的作用就是对其进行削峰后转换成0至5V的方波 全国汽车维修专项技能认证 模拟信号如冷却液温度传感器 电位计式节气门位置传感器以及热线式空气流量传感器的输入信号 输入回路的作用就是将信号波形的杂波滤去 并削峰后输入到A D转换器将模拟信号转换成数字信号 全国汽车维修专项技能认证 2 A D 模拟 数字 转换器微处理器不能直接处理模拟信号 A D转换器的作用就是将模拟信号转换成数字信号 然后输入微处理器进行处理 全国汽车维修专项技能认证 3 微处理器微处理器主要由以下三部分组成 中央处理器 CPU 数据存储器 RAM ROM 输入输出 I O 接口 1 中央处理器 CPU 中央处理器 CPU 是整个控制系统的核心 所有的数据都要在CPU内进行运算 它主要由进行运算 逻辑运算的运算器 暂时存储数据的寄存器 按照程序执行各装置之间信号传送机控制任务的控制器等组成 当接受各传感器的信号后 中央处理器根据达到预先设计的要求进行算术运算和逻辑运算 并控制燃油喷射 点火 怠速以及排放等系统 全国汽车维修专项技能认证 2 存储器 RAM ROM 存储器主要是用来存储信息资料 存储器一般分为两种 一种是能读出也能够写入的存储器 叫随即存储器RAM RandomAccessMemory 另外一种是只能读出的存储器 叫只读存储器ROM ReadOnlyMemory 1 随即存储器 RAM RAM主要用来存储计算机操作的可变数据 如用来存储计算机输入 输出数据和计算过程中产生的中间数据等 根据需要 存储的数据可随时调出或更新 RAM在计算机中起暂时存储信息的作用 当电源切断是 所有存入RAM的数据会完全丢失 在发动机运行过程中 为了长期保存存入RAM的某些数据 如故障代码 空然比学习修正值等 防止点火开关关闭时这些数据的丢失 RAM一般都通过专用的电源后备电路与蓄电池直接连接 使它不受点火开关的控制 但如果专用电源后备电路断开或蓄电池上的电源线拔掉时 存入RAM的数据也会丢失 全国汽车维修专项技能认证 2 只读存储器 ROM ROM用来存储固定数据 即存放各种永久性的程序和永久性 半永久性的数据 如电子控制燃油喷射发动机系统中的一系列控制程序软件 喷油特性脉谱 点火控制特性脉谱以及其它特性数据等 这些信息资料一般都是在制造时由厂家一次性存入 运用中无法改变其中的内容 即计算机工作时 新的数据不能存入 需要时能读出存入的原始数据资料 当电源切断时 存入ROM的信息不会丢失 通电后又可以立即使用 为了方便使用 又相继开发了几种新的不同类型的只读存储器 如PROM EPROM EEPROM等 PROM ProgramableROM 为可编程只读存储器 这种存储器可由用户根据需要自行编写程序 但只能编写一次且使用时其信息不能改变 EPROM ErasableProgramableROM 为可擦除可编程只读存储器 其内部存储的程序可用紫外线照射的方法予以擦除 清除 然后再用专用编程器存入新的程序 EEPROM为电力擦除可编程只读存储器 这种存储器在通电的情况下 就可进行擦除和重新编程 全国汽车维修专项技能认证 3 输入与输出 I O 接口输入与输出接口是CPU与输入装置 传感器 输出装置 执行器 间进行信息交流的控制电路 输入 输出装置一般都通过I O接口才能与电脑连接 根据CPU的命令 I O接口以所需要的频率接收输入信号 并按发出控制信号的形式和要求 以最佳的速度将输出信号送出 或送中间存储器 此外输入 输出接口还起着数据缓冲 电瓶匹配 时序匹配等多个作用 全国汽车维修专项技能认证 4 输出回路电脑输出的是电压很低的数字信号 用这种信号一般不能直接驱动执行器工作 输出回路的作用就是将这种低电压的数字信号转换成可以驱动执行器工作的控制信号 输出回路一般采用大功率的电子元件 如三极管 场效应管 达林顿管等 由微处理器输出的信号控制其导通和截至 从而控制执行器的供电或搭铁回路来控制执行器的动作 目前的发动机控制模块除了上述基本装置外 还增设了电源装置 电磁干扰保护装置 自检装置 后备系统等 将它们紧凑地组装在一起 即节省空间又使其工作更加可靠 全国汽车维修专项技能认证 5 发动机控制模块的故障与维修目前 发动机控制模块 ECU 技术已经相当成熟 在正常使用情况下发动机控制模块本身不太容易出故障 但在实际维修中很多维修工不按照维修手册规定的程序诊断故障 他们在几次尝试仍未能解决发动机故障时 往往会将故障归咎于发动机控制模块 从而造成故障诊断的不准确 同时也增加了车主的经济负担 1 发动机控制模块的故障及产生原因发动机控制模块的故障主要是 焊点松脱 电容元件失效 集成块损坏 垫空单元固定脚螺栓松动 电子元件损坏等 发动机控制模块一旦出现故障 会造成发动机不能起动或难于起动 无高速 耗油量大等现象 出现这些故障除使用时间过长自然磨损老化外 一般由下列原因引起 全国汽车维修专项技能认证 1 环境因素 水是最主要的原因 如果发动机控制模块中进水 将造成短路和不可修复的磨损 接头损坏等 其次是过热和振动 这可能会在线路板中引起维修的裂纹 可修复 2 电压超载通常是因为电磁阀或执行器电路内的短路引起的 如果短路的电磁阀或执行器未被发现和修复就更换发动机控制模块 所造成的超载电压还可能会损坏新换的发动机控制模块 因此 在更换新电脑之前 一定要彻底查清原电脑损坏的原因 3 不规范的操作如在拆装过程中未采取静电防护措施 安装发动机控制模块之前未断开蓄电池 用内阻较小的电阻表测量其端子等 全国汽车维修专项技能认证 2 发动机控制模块的维修在更换新的发动机控制模块时必须注意以下几点1 准确识别发动机控制模块种类繁多 准确地识别是正确更换的前提 许多发动机控制模块表面上看上去完全一样 外壳大小和接头都相同 但其内部的电路和标定却可能不完全一样 对于更换发动机控制模块而言 十分接近时不够的 必须完全符合所修车辆的要求 正确地识别发动机控制模块不仅需要车辆的年 厂 型和发动机排量 还要知道发动机控制模块上写的OEM OriginalEquipmentManufacturer即原始设备制造商 零件号 大多数供应商都有这两种分类表 因此 如果不能确定 可以找出ECU上的OEM号 然后通过这个零件号在供货商的交叉索引中查找所需的ECU 标定芯片和PROM中存储着针对不同车型的程序 所以通常情况下不和ECU一起销售 在许多新车型上 使用 EEPROM 电子可擦写可编程只读存储器 如果更换的PROM没有按所修车型正确编程 在安装后必须进行重新编程 全国汽车维修专项技能认证 2 更换的技巧更换发动机控制模块实际上就是换一个盒子 对于有些车型 发动机控制模块可能不容易更换 因为它通常被埋在仪表板 杂物箱或控制台中其它零部件的下面或后面 无论发动机控制模块在哪儿 在拆卸旧发动机控制模块和安装新发动机控制模块之前都应当断开蓄电池 在装好发动机控制模块并重新连接后 再重新接上蓄电池 此时 工作并没有结束 许多发动机控制模块在安装后或断开电源后必须要经过 再学习 过程 对于某些车型 可能要经过特定程序才能建立基本怠速 而有些车型可能需要经过短时间的驾驶让电脑调整自己 具体要求可以参阅相应的维修手册 大多数发动机控制模块还将在日后的行使过程中继续学习并对燃油混合气和其它功能做小的调整 全国汽车维修专项技能认证 1 1 2发动机控制模块 ECU 电源电路 ECU必须有合适的供电电压才能控制发动机管理系统 ECU电源电路就是由蓄电池向ECU供电的电路 它主要是由蓄电池 EFI 电子燃油喷射 主继电器及点火开关等组成 ECU电源电路不但能保证ECU在点火开关接通时能立即获得电源电压 而且还要保证ECU特定端子 比如 BATT 端子 在点火开关关闭时也要与电源连通 即获得不间断的电源电压 当点火开关接通时 ECU经由一个保险丝 如通用车为10A 获得电源电压 并将蓄电池电压 一般为12V 14V 调节到5V或者12V后供给内部和外部元件使用 当点火开关关闭时 ECU也需要供电 以保存相应的车辆参数和诊断故障码等信息 因此 还有一个电路通过一个独立的保险丝 如通用车为20A 不间断为ECU提供蓄电池电压 若此电路断路 将使ECU中存储的怠速学习参数 燃油修正参数 故障码等信息全部丢失 全国汽车维修专项技能认证 ECU电源电路有三部分 ECU电源电路 ECU内部电源电路 微处理器电源电路 接地电路 下面先介绍电源电路中很重要的一个部件 EFI主继电器 然后再分别介绍这三部分电路以及诊断电源电路时应注意的事项 EFI主继电器 ECU电源电路 ECU内部电源电路 微处理器电源电路 接地电路 诊断电路时的注意事项 全国汽车维修专项技能认证 1 EFI主继电器 EFI主继电器的作用就是接通ECU和其电源间的连线 其功能是防止ECU电路的电压下降 点火开关接通时 电流流过继电器线圈 各触点接通 电源经保险丝流入ECU 对于未安装步进电动机式怠速空气控制阀的ECU电源电路 EFI主继电器由点火开关控制 对于安装步进电动机怠速空气控制阀的ECU电源电路 EFI主继电器由发动机控制模块直接控制 2 ECU电源电路 因为步进电动机怠速空气控制阀在点火开关断开后必须继续通电使其退回到初始位置 例如凌志LS400 而其它怠速空气控制阀的回位基本都是靠内部的回位弹簧实现 例如丰田佳美用的旋转滑阀式怠速阀 红旗车用的直动式怠速阀等 所以装有步进电机式怠速阀的发动机ECU电源电路与未装步进电机式怠速阀的发动机ECU电源电路也不同 全国汽车维修专项技能认证 这种电源电路如下图所示 图中EFI主继电器由点火开关控制 当接通点火开关后 主继电器吸合 电流通过继电器流向控制模块的 B 和 B1 端子 当断开点火开关后 继电器马上断开 流向发动机控制模块的 B 和 B1 端子的电源被切断 1 未装步进电动机式怠速空气控制阀的ECU电源电路 全国汽车维修专项技能认证 2 装有步进电动机式怠速空气控制阀的ECU电源电路 点火开关接通 ECU的 IGSW 端子供电 ECU通过内部的继电器控制电路 控制M REL 继电器电源 端子通电 将EFI主继电器吸合 蓄电池电压加到ECU的 B 和 B1 端子上 当断开点火开关后 ECU通过M REL端子继续供电让EFI主继电器延时断开 以便步进电机能有时间退回到初始位置 使旁通气道开度达到最大 为下一次起动作准备 全国汽车维修专项技能认证 由电路图可见上述两种电源电路都有一条导线通过EFI保险丝直接从蓄电池连接到发动机控制模块的 BATT 端子 其作用是不管点火开关在 ON 位置还是在 OFF 位置 蓄电池都能向发动机控制模块的随机存储器 RAM 持续供电 以保证发动机控制模块能随时存储故障代码 空然比修正值等数据 所以有些车型可以拔下EFI保险丝一定时间 如丰田车10s以上 通用车30s以上 的方法来清除RAM中存储的故障代码及冻结帧数据 其原因就是切断了持续供电电流 注意清除故障代码和冻结帧数据前 应先读取并打印出存储器中的故障代码和冻结帧数据 不要轻易断开蓄电池负极 否则将丢失存储器中的故障代码 冻结帧数据 设定的参数 紫石英参数 时钟信息甚至锁死音响系统 有些车型 在用扫描工具 SCANTOOL 对ECU进行编码 Recoding 或编程 Programming 时 ECU的供电电压必须正常 12V 14V 而且操作过程中不能断电 否则编码和编程就会失败 甚至会损坏ECU 全国汽车维修专项技能认证 3 ECU内部电源电路 ECU内部电源电路给微处理器和传感器提供电源 具体实现过程是施加在ECU的 B和 B1的蓄电池电压 12V 14V 通过内部电源电路 即 5V恒定电压电路 产生恒定的5V电压 并供应给微处理器和传感器 作为它们的电源电压 全国汽车维修专项技能认证 4 接地电路 ECU接地线对发动机管理系统的正常工作十分关键 因此 ECU一般至少有两个地线 以确保ECU总是有良好的接地 以丰田汽车的发动机控制模块 ECU 为例 它有以下三种类型的接地电路将ECU接地 如E1端子 将所有传感器接地 如E2端子 将喷油器或怠速空气调节阀等执行器的驱动电路接地 如E01和E02端子 全国汽车维修专项技能认证 5 诊断电源电路时的注意事项 一般汽车的ECU电源电路向发动机控制模块提供的电压在12V 14V之间 如果提供的电压过大 将可能烧毁ECU 而如果提供的电压过小 如小于10V 又会影响发动机控制模块正常工作甚至不工作 此外 如果EFI主继电器失灵 也会造成发动机控制模块不工作或工作不正常 所以当怀疑发动机控制模块有故障时 首先要检查ECU电源电路是否正常对电源电路进行诊断维修时 必须首先弄清楚电路中 哪几条线是接蓄电池正极 BATT 哪几条线是接点火开关控制的电源 B B1 哪些是由ECU提供的电源 5V 哪条是接地线 E1 E2 注意 测量ECU相关的电路时必须使用高内阻 10兆欧 的数字式万用表 否则 可能会导致ECU或外部元件损坏 全国汽车维修专项技能认证 1 1 3发动机的控制模式和运行模式 工况 掌握发动机的控制模式和运行模式对发动机的维修诊断具有重要的意义 因为在发动机不同的运行模式下 采用的控制模式以及发动机控制模块对各种传感器输入信号的处理也不同 所以在我们诊断故障时 必须首先明确故障具体出现在发动机的那个运行模式 在这种运行模式下发动机控制模块根据哪些传感器的输入信号进行控制 以及这时发动机以那种控制模式进行控制等 这样我们才能大大缩小诊断范围 准确作出判断 同时也可避免因盲目的猜测和换件而陷入诊断的误区 1 发动机的控制模式 开环控制 闭环控制 2 发动机的运行模式 工况 全国汽车维修专项技能认证 1 开环控制是一种直链式控制 是指控制模块根据传感器的信号控制执行器的工作 但控制模块不去检测控制结果 所以不能根据执行结果对原先的控制进行修正 也不能用执行结果纠正自身控制产生的相对误差 全国汽车维修专项技能认证 2 闭环控制又叫反馈控制 它是一种环形控制 与开环控制不同的是闭环控制增加了反馈环节 即设置某些传感器检测控制的结果并把这种结果返回控制模块 以便控制模块随时对原先的控制进行修正 用以调整未来的动作 使控制更精确 全国汽车维修专项技能认证 3 空然比闭环控制的过程 为了使三元催化转换器正常起作用以减少CO HC的排放 就要提高空然比的配制精度 将实际空然比尽可能控制在以理论空然比14 7 1为中心的非常狭窄的范围内 但是只用空气流量传感器 MAF 测得的进气量信号来确定喷油脉冲宽度达不到这么高的控制精度 因此必须借助安装在排气管上的 对实际空然比进行反馈控制 即闭环控制 根据氧传感器 O2S 的输出特性 其输出电压信号在混和气空燃比为14 7 1的时候会发生跃变 在闭环控制过程中 当实际空燃比比理论空燃比小 即混和气比较浓的时候 氧传感器向发动机控制模块输入高电压信号 此时发动机控制模块将减小喷油脉冲宽度 使空燃比增大 当空燃比增大到比理论空然比大时 氧传感器输出电压信号将突降至0 45V以下 此信号输入发动机控制模块后 发动机控制模块立即控制增加喷油脉冲宽度 空燃比又开始减小 只要空燃比刚减小到理论空燃比以下 氧传感器输出电压信号又突变 上升至0 45V以上 反馈给发动机控制模块 发动机控制模块又将控制减小喷油量 通过这种反馈控制 就能将空燃比精确地控制在理论空燃比14 7 1附近一个极小的范围内 在闭环控制模式 给发动机控制模块反馈信号的传感器主要有氧传感器 爆震传感器等 相应的闭环控制可以称为空燃比闭环控制 或空燃比反馈控制 和点火提前角闭环控制 或点火提前反馈控制 现代汽车发动机大多数情况下以闭环控制模式工作 但在某些工况下也需要开环控制 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 下图是氧传感器反馈控制示意图 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 前图所示为空燃比 氧传感器输入发动机控制模块的电压信号 发动机控制模块诊断判断混和气浓稀信号和空燃比反馈控制信号死者之间的波形关系 从整体上看 当混和气浓时 由于空燃比偏浓的时间比空燃比偏稀的相对时间长 故氧传感器输出高电平时间也相对较长 从而使修正系数向着减小的方向移动 最终导致空燃比在理论空燃比附近逐渐趋于平衡 在这段时间内 对偏浓的空燃比只能一点一点的进行修正 仅仅减稀一次并不能达到理论空燃比的要求 在发动机控制模块 ECU 根据氧传感器的输入信号对喷油器喷油量进行修正时 由于发动机运转条件非常复杂 而且时时刻刻在变化 往往不是修正一次就可以维持在理论空燃比上 在实际控制过程中 都是在一定的周期内重复加浓 增加喷射脉冲宽度 或重复减稀 减小喷射脉冲宽度 逐渐使其平均值达到理论空燃比 全国汽车维修专项技能认证 下图所示为发动机控制系统实现反馈 闭环 控制的电路 全国汽车维修专项技能认证 在OBD 第二代车载诊断系统 中 为了检测三元催化转换器的转化效率 一般在三元催化转换器的前后各装一个氧传感器 装在三元催化转换器的前段的称为主氧传感器 或上游氧传感器 装在三元催化转换器的后端的称为副氧传感器 或下游氧传感器 主氧传感器主要是向ECU反馈排气中的氧含量 以实现上述空燃比的闭环控制 副氧传感器的主要作用是检测三元催化转换器的转化效率 在自诊断系统中起着重要作用 全国汽车维修专项技能认证 对点火正时闭环控制 其控制原理与空燃比闭环控制一样 对于开环控制的电子点火系统 设计者通过大量的实验确定发动机在各种工况下的最佳点火提前角与转速 负荷的关系 即点火特性数据 然后编制程序 将点火特性数据存入发动机控制模块存储器中 发动机工作时 发动机控制模块根据转速与负荷信号确定唯一的存储地址 得到该工况下点火正时的最佳值 发动机控制模块不断检测发动机转速和负荷信号 随时给出对应工况的最佳点火提前角 一边发动机始终在设计的最佳点火正时状况下工作 因此 现在的电子控制点火系统中大多安装了爆震传感器 用它来检测发动机爆震现象 发动机控制模块在接到它所输入的爆震信号后 即按预编程序减小点火提前角 此时电子点火正时在闭环控制下工作 闭环控制的点火正时更为精确 并消除了爆震的趋势 全国汽车维修专项技能认证 4 空燃比开环控制的条件采用氧传感器的信号进行空燃比反馈控制 即闭环控制 期间 原则上供给的混和气浓度时在理论空燃比14 7 1附近 但在有些工况下是无法进行闭环控制的 在以下几种情况中应实行闭环控制的 1 发动机起动时以及刚起动后暖机运转时 由于发动机冷却液温度低 燃油的雾化能力差 这时需要较浓的混和气 如按闭环控制供给的混和气在理论空燃比附近 发动机可能会因为混和气过稀而熄火 2 发动机在大负荷 高转速时 由于追求的是发动机的动力性 也需要较浓的混和气 如按闭环控制供给的混和气在理论空燃比附近 则无法加浓混和气而造成发动机动力不足 3 加 减速燃油喷射脉冲宽地修正时或燃油供应中断时 4 从氧传感器送来的空燃比过稀信号持续时间大于规定值 如10S 以上时 5 从氧传感器送来的空燃比过弄信号持续时间大于规定值 如40S 以上时 6 氧传感器温度在300 C以下时 在以上情况中 发动机控制模块不采纳氧传感器的信号 而只是根据各种运行模式下其他各个传感器检测到的信号确定一个喷油脉冲宽度 至于该脉冲宽度到底合不合适 发动机控制模块暂时不予考虑 全国汽车维修专项技能认证 2 发动机的运行模式 工况 发动机工作时 有多种不同的运行模式 在不同的运行模式下 发动机控制模块可根据各种传感器的输入信号控制调整空燃比 点火正时等 来适应发动机不同运行模式的需要 以改善发动机的工作性能 对于不同的发动机管理系统 运行模式的划分略有不同 但一般来说 可分为点火开关接通 起动 暖车 高怠速 怠速 中负荷 加速 减速 全负荷和点火开关关闭等九个运行模式 有些车型还有淹缸清除模式 燃油切断模式 后备模式 跛行模式 等 1 点火开关接通模式 2 发动机起动模式 3 发动机暖车 高怠速 模式 4 怠速模式 5 中负荷模式 7 减速模式 9 点火开关关闭模式 6 急加速模式 8 全负荷模式 全国汽车维修专项技能认证 1 点火开关接通模式这种模式一般是指点火开关处于 ON 的位置 燃油泵开路继电器接通电东燃油泵工作 为发动机的起动准备必要的油压 如果点火开关接通一定时间 如通用轿车 本田轿车以及红旗CA488 CA4GE等为2s 切诺基为3s 内发动机控制模块没有接收到参考脉冲信号 发动机转速信号 则发动机控制模块将使燃油泵开路继电器断开 电动燃油泵停止工作 全国汽车维修专项技能认证 2 发动机起动模式起动模式时发动机空燃比凯欢控制 它是从起动机驱动曲轴转动开始 发动机控制模块根据起动信号或曲轴位置传感器的转速信号 接通燃油泵开路继电器 给喷油泵 电动燃油泵以及点火线圈等供电 同时 根据当时发动机冷却液的温度 自起动开始累计的转速和起动时间来确定喷油脉冲宽度 冷却液温度越低 喷油脉冲宽度越大 此外 发动机控制模块一般采用固定的点火提前角 全国汽车维修专项技能认证 3 发动机暖机 高怠速 模式发动机起动后进入空燃比开环控制的暖机 高怠速 模式 在这一模式下 发动机控制模块根据发动机冷却液温度传感器 节气门位置传感器 空气流量传感器 进气歧管绝对压力传感器 曲轴位置处肝气 发动机转速 空档起动开关 空调开关 动力转向压力开关 蓄电池电压和车速传感器等信号调节喷油器的喷油脉冲宽度和点火正时 并控制怠速转速 直至发动机冷却液温度达到正常工作温度后 进入怠速模式 全国汽车维修专项技能认证 4 怠速模式发动机怠速是 发动机进入空燃比闭环控制模式 发动机根据冷却液温度传感器 节气门位置传感器 空气流量传感器 进气歧管绝对压力传感器 曲轴位置传感器 发动机转速 空档起动开关 空调开关 动力转向压力开关 蓄电池电压和车速传感器等信号调节喷油器的喷油脉冲宽度 同时控制怠速空气控制阀调节发动机的怠速转速 通过控制压缩机离合器继电器的接通和断开 控制空调压缩机工作或停止工作 全国汽车维修专项技能认证 5 中负荷模式发动机中负荷运行时 发动机一般处在空燃比闭环控制模式下 发动机控制模根据空气流量传感器 或进气歧管绝对压力传感器 曲轴位置传感器 发动机冷却液温度传感器 节气门位置传感器 氧传感器 空档起动开关 空调控制开关 制动器开关 车流速度传感器 车速控制开关 超速开关等信号控制喷油器的喷油脉冲宽度 点火正时和尾气排放 通过控制空调压缩机离合器继电器的接通和断开 控制空调压缩机工作或停止工作 全国汽车维修专项技能认证 6 急加速模式当发动机急加速时 发动机进入空燃比开环控制模式 发动机控制模块将节气门开度变化率 速率 和进气量急剧增加的信号视为增加输出和加速的命令 于是增加喷油脉冲宽度以适应增加燃油的需要 全国汽车维修专项技能认证 7 减速模式当迅速关闭节气门急减速时 发动机进入空燃比开环控制模式 在这种模式时 发动机控制模块根据发动机冷却液温度传感器 空气流量传感器 或进气歧管饱对压力传感器 节气门位置传感器 曲轴位置传感器 氧传感器 空档起动开关 空调开关等信号 确定车辆处于减速模式 于是减少喷油量 使可燃混合气变稀 同时 发动机控制模块控制废气再循环电磁阀和燃油蒸发控制电磁阀关闭 使废气再循环系统和燃油蒸发系统停止工作 全国汽车维修专项技能认证 8 全负荷模式节气门全开 WOT 时 发动机进入全负荷模式 这也是空燃比开环控制模式 此时发动机控制模块通过节气门位置传感器感知节气门完全打开 它将控制燃油泵高速旋转 加大喷油脉冲宽度 将空燃比设定在12 5 1附近 同时控制空调离合器使压缩机停止工作 并关闭并关闭废气再循环控制电磁阀和燃油蒸发控制电磁阀 使废气再循环控制系统和燃油蒸发控制系统停止工作 全国汽车维修专项技能认证 9 点火开关关闭模式当把点火开关关闭 位于 OFF 或 LOCK 时 发动机控制模块使主继电器和开路继电器断开 有些车型需延时断开 给步进电机式怠速控制阀继续供电 供其复位 电动燃油泵 喷油器 点火线圈 氧传感器加热元件的电源被切断 燃油喷射和点火控制完全停止 全国汽车维修专项技能认证 1 2电控燃油喷射系统 1 2 1基本工作原理和发展过程 1 2 2电控燃油喷射系统的优点 1 2 3电控燃油喷射系统的分类 1 2 4燃油供给系统的构成 1 2 5电控燃油喷射的控制 全国汽车维修专项技能认证 1 2 1基本工作原理和发展过程 1 工作原理发动机控制模块 ECU 中存储了为各种工况条件设计的最理想空燃比数值 当发动机运行时 发动机控制模块根据检测到的空气流量信号以及各种工况信号 计算出发动机燃烧所需要的燃油量 喷油脉冲宽度 并在合适的喷射时刻开启喷油器 向进气通道中喷射适量的燃油 并与空气混合后 供给发动机 全国汽车维修专项技能认证 2 发展过程 燃油喷射技术的发展历史可以追溯到20世纪初期 但直到二次世界大战后 这项技术才逐渐被应用到汽车发动机上 在60年代以前 车用燃油喷射装置大多采用机械式柱塞喷射泵 控制功能也由机械装置实现 由于其结构复杂 价格昂贵所以发展缓慢且技术上没有重大突破 在这段时期 燃油喷射技术的应用仅仅局限于赛车和为数不多的豪华型轿车上 一般车用发动机仍然以化油器为主导 随着汽车数量的增大和汽车排放对大气污染的日趋严重 迫使世界汽车工业开始努力寻求各种技术途径 以降低燃油消耗和减少排放污染 1967年德国Bosch公司K Jetronic燃油喷射系统的研制成功 为燃油喷射技术开创了一个新的起点 自此燃油喷射技术进入一个新的起点 自此燃油喷射技术进入一个比较快的发展时期 全国汽车维修专项技能认证 上图为德国Bosch公司研制的燃油喷射系统 可以看出主要有以下几个过程 1 K Jetronic燃油喷射系统 2 KE Jetronic燃油喷射系统 3 D Jetronic电控燃油喷射系统 4 L Jetronic电控燃油喷射系统 5 LH Jetronic电控燃油喷射系统 6 单点燃油喷射系统 7 发动机管理系统 全国汽车维修专项技能认证 1 K Jetronic燃油喷射系统 1967年德国Bosch公司成功研制出K Jetronic燃油喷射系统 下面一页为1984年德国大众公司捷达轿车采用的K Jetronic燃油喷射系统 此外早期奔驰190E 300E 560SES等也用这种喷射系统 它是一种机械式的燃油喷射系统 这种系统曾广泛应用在德国奔驰公司和大众公司的发动机上 我国长春一汽生产的五缸奥迪也曾经装配过这套系统 它是由电动燃油泵和燃油压力调节器配合 形成一定的燃油系统压力 这种具有一定压力的燃油经燃油分配器输送给各个气缸的机械式喷油器 喷油器向进气口连续喷射所需要的燃油 该系统用一个圆形的挡板作为空气流量传感器 在检测进气量大小的同时带动燃油分配器中的柱塞上下运动 进而改变计量槽孔的导通面积来控制燃油的喷油量 对混合气浓度的调整则是通过控制柱塞上方的燃油压力来实现 图中发动机控制模块主要用于控制怠速 而不能控制燃油喷射 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 2 KE Jetronic燃油喷射系统 后来德国Bosch公司在K Jetronic燃油喷射系统的基础上 增加了电液式压差调节器 EHA 空气流量传感器 节气门位置传感器 TPS 发动机冷却液温度传感器 ECT 氧传感器 O2S 等元件 经改进发展成为机电混合控制的燃油喷射系统 即KE Jetronic系统 后面一页为1992年德国大众公司捷达轿车的燃油喷制系统 另外奥迪4000 5000也是这种燃油喷射系统 这种燃油喷射系统主要还是由空气流量感知板的移动带动控制柱塞上下移动 通过改变计量槽孔的导通面积来改变燃油的喷射量 而对混和气浓度的修正 是由发动机控制模块 ECU 根据各个传感器的信号 去控制电液式压差调节器 EHA 的电流流向和大小 进而改变燃油分配器上下室的压等 根据各工况凋节混合气的浓度 相对K Jetronic燃油喷射系统 KE Jetronic对混合气控制的精度有了明显的提高 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 3 D Jetronic燃油喷射系统 由于电子工业的飞速发展 促使汽车控制的电子化在上个世纪的后30年逐渐成为各国汽车工业的重要发展方向 首先是德国Bosch公司成功研制并开始批量生产出D Jetronic电控燃油喷射系统 这种电控燃油喷射系统是速度 密度型电子燃油喷射系统 它将进气歧管绝对压力信号和转速信号输送到发动机控制模块 ECU 由发动机控制模块根据该信号计算出进气量 再发出与之相对应的喷油脉冲宽度信号 控制电磁喷油器喷射出适量的燃油 国产桑塔纳2000GLi 奥迪C3A6 切诺基 富康 威驰以及丰田皇冠车都采用D型燃油喷射系统 见下图 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 4 L Jetronic电控燃油喷射系统 为了进一步提高发动机的控制精度 完善发动机的控制功能 在密度 速度型燃油喷射系统的基础上 Bosch公司用翼板式空气流量传感器 MAF 代替进气歧管绝对压力传感器 MAP 检测进气量来控制喷油器的喷油量 这种系统简称L Jetronic电控燃油喷射系统 其控制精度更高 稳定性更好 丰田佳美 丰田大霸王以及马自达MPV多用途汽车都采用这种燃油喷射系统 其图见下页 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 5 LH Jetronic电控燃油喷射系统 由于L Jetronic电控燃油喷射系统在进气道中设置了一个空气流量感知板 造成发动机进气阻力增加 限制发动机功率的提高 为进一步改善发动机的性能 Bosch公司又研制出LH Jetronic系统 它是用热线式或热膜式空气流量传感器 MAF 代替翼板式空气流量传感器 MAF 来检测发动机的进气量 因它可直接检测进气质量 听以无需对进气温度和大气压力进行修正 并且进气阻力较低 对驾驶员加速意图响应比较快 这种燃油喷射系统在桑塔纳2000GSi 捷达 别克 尼桑等轿车上都已采用 下图为1988年VOLVE 富豪 轿车采用的热线式电控燃油喷射系统 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 6 单点燃油喷射系统 在D型 L型和LH型电控燃油喷射系统刚刚普及时 其价格比较昂贵 超出一般家庭的购买能力 为了将电控燃油喷射系统进一步推广到普通家用轿车上 1980年美国GM公司研制成功一种结构简单 价格低廉的节气门体燃油喷射系统 TBI 又称单点喷射 随后德国Bosch公司又推出了Mono Jetronic低压中央喷射系统 这种单点喷射系统是在进气歧管原来安装化油器的部位安装了一个大功率电磁喷油器 集中进行燃油喷射 相对化油器系统而言 单点喷射系统能迅速使燃油通过节气门 在节气门上方没有或极少发生燃油附着管壁的现象 因而消除了混合气燃烧的延迟 缩短了供油和空燃比信息反馈之间的时间间隔 提高了控制精度 改善了排放效果 与多点燃油喷射相比 TBI系统用节气门的开启角度和发动机转速来控制空燃比 结构和控制方式更加简单 因此 这种单点喷射系统在排量小于2L的家用轿车上得到了迅速的推广应用 当然节气门体燃油喷射系统对混合气的控制精度不如多点燃油喷射 各个气缸的混合气的均匀性也比较差 目前我国奇瑞轿车就采用意大利玛瑞利公司生产的单点燃油喷射系统 I A W6F 实现了燃油喷油控制 点火控制以及怠速控制 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 7 发动机管理系统 为了在满足排放要求的前提下实现最佳的动力性和经济性 德国Bosch公司又生产了Motronic发动机集中控制系统 它是将电子点火控制和电控燃油喷射集于一体 集中控制 同时增加了怠速控制 排放控制等功能 所以这种控制系统已经发展成为一种发动机管理系统 Motronic发动机集中控制系统控制精度更高 效果更好 以上介绍的是德国Bosch公司开发的燃油喷射系统的发展过程 虽然各个汽车制造厂在发动机电控化的发展过程中都有控制功能越来越多 控制精度越来越高并最终发展成为发动机管理系统的特点 但实际上他们所经过的阶段以及各个阶段所设计开发的控制系统的特点也是不完全相同的 比如美国福特公司的发动机电控系统已经过了EEC EEC EEC EEC EEC 的发展过程 美国通用公司的发动机电控系统经过了MFI CMFI CSFI的发展过程 此外各汽车制造厂对其发动机管理系统的称谓也不相同 比如日本NISSAN公司的发动机管理系统称为ECCS系统 丰田公司发动机管理系统称为TCCS系统 奔驰S320 S420 E320所用发动机管理系统称为ME一SFl系统 宝马540i 740i等轿车所使用的发动机管理系统称为HFM Motronic系统 等等 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 现在的发动机管理系统在其控制功能增加的同时 自身所采用的传感器数量也在增加 各种控制模块间的联系也更多的采用了汽车网络技术 以奔驰轿车所用的ME SFI M Motor E Electronics 系统为例 介绍发动机管理系统 1 控制功能 电子燃油喷射控制 电子点火控制 怠速控制 巡航控制 尾气排放控制 可变进气控制 凸轮轴调整控制 发动机104 111 119 120和137 失效保护和后备系统 自诊断系统 数据通讯系统 防盗系统 全国汽车维修专项技能认证 2 所用的传感器 ME SFI控制模块主要接收以下传感器的信号 进气温度传感器 冷却液温度传感器 空气流量传感器 发动机转速传感器 节气门位置传感器 加速踏板位置传感器 采用电子油门控制系统 车速传感器 爆震传感器 全国汽车维修专项技能认证 3 CAN数据总线 有关CAN数据总线的具体概念见1 8节 以下控制模块通过CAN数据总线连接 不同的车型 车款和配置可能不尽相同 ME SFI控制模块 倒车灯 RFL 控制模块 电子控制变速箱 ECT 控制模块 电子控制牵引系统 ETS SPS 控制模块 电子稳定控制系统 ESP SPS ESP PML 控制块 防滑驱动控制系统 ASR SPS 控制模块 电子点火锁 仪表组 全国汽车维修专项技能认证 由发动机控制系统的发展可见 随着电子技术的发展和对汽车各种性能提出越来越高的要求 发动机控制已经经历了由机械控制燃油喷射发展到机械和电子结合控制燃油喷射 再发展到采用电子技术分别控制燃油喷射和点火系统 电子集中控制燃油喷射和点火系统 直至发展成为今天的发动机管理系统 EMS 发动机管理系统同时也大量采用了汽车网络技术 既提高了控制精度 也大大增强了汽车自诊断的能力 目前我国新生产的所有轿车产品都已全部采用了电子燃油喷射系统 发动机电控化并最终发展为发动机管理系统已经成为一种趋势 全国汽车维修专项技能认证 1 2 2电控燃油喷射系统的特点 相对化油器式的燃油供给系统而言 电控燃油喷射系统具有以下优点 第一 能提供发动机在各种运行工况下最合适的混合气浓度 使发动机在各种工况条件下保持最佳的动力性 经济性和排放性能 第二 电控燃油喷射系统配用排放物控制系统后 大大降低了HC CO和NOx三种有害气体的排放 第三 增大了燃油的喷射压力 因此雾化比较好 由于每个气缸均安装一个喷油器 多点喷射系统 所以各缸的燃油分配比较均匀 有利于提高发动机运转的稳定性 第四 当汽车在不同地区行驶时 对大气压力或外界环境温度变化引起的空气密度的变化 发动机控制电脑 ECU 能及时准确地作出补偿 第五 在汽车加减速行驶的过渡运转阶段 燃油控制系统能够迅速的作出反应 使汽车加速 减速性能更加良好 全国汽车维修专项技能认证 第六 具有减速断油功能 既能降低排放 也能节省燃油 减速时 节气门关闭 发动机仍以高速运转 进入气缸的空气量减少 进气歧管内的真空度增大 在化油器系统中 此时会使粘附于进气歧管壁面的燃油由于进气歧管内真空度骤升而蒸发后进入气缸 使混合气变浓 燃烧不完全 排气中HC和CO的含量增加 而在电控燃油喷射发动机中 当节气门关闭而发动机转速超过预定转速时 喷油就会减少或停止 使排气中HC和CO的含量减少 降低燃油耗 第七 在进气系统中 由于没有像化油器那样的喉管部位 因而进气阻力减小 再加上对进气管道的合理设计 就能充分利用吸入空气惯性的增压作用 增大充气量 提高发动机的输出功率 增加动力性 第八 在发动机起动时 可以用发动机控制模块 ECIJ 计算出起动时所需的供油量 并且能使发动机顺利经过暖机运转 使发动机起动容易 暖机性能提高 全国汽车维修专项技能认证 以上汇集了电控燃油喷射发动机的主要优点 从中可以看出 电控燃油喷射发动机能很好地适应当今社会对汽车的使用要求 即减少排放 降低油耗 提高输出功率及改善驾驶性能 因此 电控燃油喷射发动机已成为现代汽油发动机的主流 并已逐步取代了化油器式发动机 全国汽车维修专项技能认证 1 2 3电控燃油喷射系统的分类 前面我们已经讲述了电控燃油喷射系统的发展过程 从最初的K型燃油喷射系统发展到现在的发动机集中控制系统 已经出现了很多形式的燃油喷射系统 根据不同的分类方法 各个燃油喷射系统的优缺点也略有差异 下面我们就这方面的内容进行讲解 1 按喷油器与气缸的数量关系分类 2 按喷油器的喷射方式分类 4 按进气量检测方式的不同分类 3 按喷油器的控制方式分类 全国汽车维修专项技能认证 1 按喷油器与气缸的数量关系分类 按喷油器与气缸的数量关系进行分类 电控燃油喷射系统可以分为 单点燃油喷射 SPI 即SinglePointInjection 系统 多点燃油喷射 MPI 即 MultiportPointInjection 系统 全国汽车维修专项技能认证 1 单点燃油喷射系统 单点燃油喷射系统是在节气门体上安装一个或两个喷油器 向进气歧管中喷射燃油从而形成可燃混合气 这种喷射系统因喷油器安装在节气门体上集中进行燃油喷射 所以又称为节气门体燃油喷射系统 TBI 或集中燃油喷射系统 这种喷射系统用节气门的开启角度和发动机转速来控制空燃比 省去了空气流量传感器 MAF 结构和控制方式更加简单 又兼顾了发动机性能和成本 对发动机结构的影响也较小 但这种节气门体的燃油喷射系统对混合气的控制精度比较低 各个气缸混合气的均匀性也比较差 如GM公司TBI ThrottleBodyInjection 系统 Ford公司CFI CentralFuelIn jection 系统和Bosch公司Mono Jetronic系统 国内沈阳金杯 上汽奇瑞也用过这种单点电喷系统 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 2 多点燃油喷射系统 多点燃油喷射系统根据喷油器的安装位置又可分为进气道喷射 PFI 和缸内喷射 GDI 两种 1 进气道喷射 2 缸内喷射 全国汽车维修专项技能认证 1 进气道喷射 进气道喷射是指在每一个气缸的进气门前安装一个喷油器 喷油器喷射出燃油后 在进气门附近与空气混合形成可燃混合气 这种喷射系统能较好地保证各缸混合气总量和浓度的均匀性 目前大多数车型如奥迪A6 本田雅阁 捷达 桑塔纳以及GM公司的MFI系统 日产公司的EGI系统 ECCS系统 丰田公司的TCCS系统等都采用这种多点燃油喷射系统 全国汽车维修专项技能认证 全国汽车维修专项技能认证 2 缸内喷射 缸内喷射是指将高压燃油直接喷到气缸内 这种喷射技术使用特殊的喷油器 燃油喷雾效果更好 并可在缸内产生浓度渐变的分层混合气 从火花塞往外逐渐变稀 因此可以用超稀的混合气 急速时可达40 1 工作油耗和排放也远远低于普通汽油发动机 此外这种喷射方式使混合气体积和温度降低 爆震燃烧的倾向减