第七章-发动机电子控制系统(新)要点.ppt

第七章发动机电子控制系统 第一节 汽油喷射系统概述 一 发动机汽油喷射的发展过程 二 汽油喷射系统的分类 1 按喷油器安装位置 单点喷射 SPI 也称节气门体喷射 TBI 多点喷射 MPI 2 按喷射时序 同时喷射 所有喷油器同时喷油 分组喷射 两个喷油器同时喷油 顺序喷射 按各缸进气行程的顺序轮流喷射 3 按喷油方式 连续喷射 多用于机械式或机电结合式汽油喷射系统 喷油量大小不取决于喷油器 间歇喷射 广泛应用于现代电控汽油喷射系统 喷油量大小取决于喷油器喷油阀开启时间 4 按喷射部位 缸内喷射 汽油直接喷射入气缸内 目前应用少 需要较高喷射压力 约3 5MPa 喷油器结构和布置比较复杂 缸外喷射 将喷油器安装在进气管或歧管上 喷射压力低 约0 20 0 35MPa 5 按控制装置 机械式汽油喷射系统 汽油的计量是通过机械方式实现的 如Bosch公司K Jetronic系统 机电结合式汽油喷射系统 汽油的计量是通过机械和电液方式实现的 如Bosch公司KE Jetronic系统 电控式汽油喷射系统 汽油的计量是通过电控单元和电磁喷油器实现的 如Bosch公司Motronic系统 6 按空气量检测方式 直接测量式 压力型 将歧管绝对压力和转速信号输送到ECU计算出进气量 如Bosch公司D Jetronic系统 间接测量式 流量型 用空气流量计测量进气量 如Bosch公司L Jetronic系统 二 汽油发动机电控系统的基本组成及功用 1 空气供给系统 空气的流量由通道中的节气门来控制 节气门由油门踏板操作 踩下油门踏板时 节气门打开 进入的空气量多 怠速时 节气门关闭 空气由旁通道通过 2 电控系统 电子控制系统的功用是根据各种传感器的信号 由计算机进行综合分析和处理 通过执行装置控制喷油量等 使发动机具有最佳性能 3 汽油供给系统 汽油由汽油泵从油箱中泵出 经过汽油过滤器 除去杂质及水分后 再送至汽油脉动减振器 这样具有一定压力的汽油流至供油总管 再经各供油歧管送至各缸喷油器 第二节主要元件构造和工作原理 1 电动汽油泵的结构及工作原理功用 是从油箱中吸入汽油 将油压提高到规定值 然后通过供给系统送到喷油器 滚柱式电动汽油泵 装有滚柱的转子与泵体间偏心安装 转子凹槽内的滚柱在旋转惯性力的作用下紧压在泵体内表面上 相邻两滚柱与泵体内表面形成一个油腔 在转子转动过程中 油腔的容积不断发生变化 在转向进油腔时容积增大 吸入汽油 在转向出油腔时 容积减小 压力升高并泵出汽油 涡轮式电动汽油泵 汽油泵部分主要由一个或两个叶轮 外壳和泵盖组成 当叶轮旋转时 叶轮边缘的叶片把汽油从进油口压向出油口 特点是供油压力的脉动小 供油系统中不需要设置减振器 易于小型化 适合装在油箱内 简化供油系统管路 降低噪声 由于它输送率低 故主要用于低压且输送量大的场合 1 改进滚柱滚道的廓线 2 改进涡轮泵叶片设计 3 采用特殊的阻尼装置 4 采用双级泵的结构型式 电动汽油泵的性能改善 2 汽油压力调节器的构造和工作原理 143 汽油压力调节器的主要功用是 使系统油压 即供油总管内油压 与进气歧管压力之差保持常数 一般为250kPa 这样 从喷油器喷出的汽油量便唯一地取定于喷油器的开启时间 3 汽油过滤器 4 汽油压力脉动减振器 当喷油器喷射汽油时 在输送管道内会产生汽油压力脉动 汽油压力脉动减振器是使汽油压力脉动衰减 以减弱汽油输送管道中的压力脉动传递 降低噪声 5 电磁喷油器 1 密封圈2 轴针3 针阀4 衔铁5 回位弹簧6 电磁线圈7 进油管接头8 滤网 对于单点电控汽油喷射系统而言 它是将一只或两只电磁喷油器 压力调节器和传感器等安装在节气门体上 其总成被称之谓中央喷射单元 6 冷起动喷油器和热限时开关 在低温下发动机冷起动时 吸入的混合气中有一部分汽油冷凝 为了补偿这部份汽油的损失 必须在冷起动时附加地喷入一定量的汽油 上世纪九十年代中期以前的电控系统 这部分附加的喷油量是由冷起喷油器喷入进气管的 冷起动喷油器的开启持续时间取决于发动机的温度 由热限时开关控制 随着电子技术的发展 现代发动机通常采用增加喷油脉冲宽度来补偿 冷起喷油器是一个电磁阀 装在充满压力油的阀体内腔中的阀门是一个衔铁 它被弹簧紧压在阀座上 阀门上还绕有磁化线圈 当点火开关和热限时开关接通后 磁化线圈被励磁产生磁场 将阀门吸离阀座 汽油就通过旋流式喷嘴 喷散成细油雾 进入节气门后的进气管道内 以加浓混合气 热限时开关控制 热限时开关是一种通过感受发动机冷却水温度 以控制冷起动喷油器动作的一种电热式开关 热限时开关由电热线圈和双金属片等组成 当双金属片受热至一定程度时 触点即张开 即发动机在热状态下起动时 热限时开关处于断开状态 冷起动喷油器不喷油 而在低温起动时 触点闭合 冷起动喷油器附加喷油 同时电热线圈加热 双金属片受热变形也将使触点张开 冷起动喷油器停止喷油 a 冷起动 b 起动后1 2 电热线圈3 热限时开关4 冷起动喷油器5 点火开关 7 汽油分配管总成 汽油分配管总成安装在上部进气通风系统的下面 发动机分配管由铸铝制成 汽油分配管包括喷油器的内装管接头 供油管和压力调节器 汽油分配管总成用螺栓固定安装在进气歧管下部的四个固定座上 汽油分配管与喷油器相连接 并向喷油器分配汽油 第三节电控汽油喷射系统 一 汽油泵控制1 汽油泵开关控制的汽油泵控制电路 2 ECU控制的汽油泵控制电路 与油泵开关控制式相比 ECU控制式的主要区别在于开路继电器线圈L1的接地端由发动机ECU 电子控制单元 控制 当发动机ECU接收到分电器传来的发动机转速信号 Ne信号 后 ECU内的三极管导通 于是电流流经线圈L1 开路继电器保持闭合 油泵连续工作 2 具有转速控制的汽油泵控制电路 1 电阻器式电阻式汽油泵转速控制电路 是在汽油泵控制电路中 增设一个电阻 降压电阻 和汽油泵控制继电器 或称电阻器旁路继电器 发动机工作时 ECU根据发动机转速和负荷 对汽油泵控制继电器进行控制 汽油泵控制继电器则控制电阻是否串入在汽油泵控制电路中 以此控制汽油泵电机上的不同电压 进而实现汽油泵转速变化 2 发动机ECU直接控制式随着发动机功率的增大 汽油泵的泵油量也必然增大 因而导致汽油泵消耗的电功率和汽油泵的噪声都比较大 为了尽可能减少电能的消耗和噪声污染 近年来研制成功一种发动机ECU直接控制式 由发动机ECU直接控制汽油泵的工作电压 二 喷油器控制 发动机工作时 ECU根据有关信号 经运算判断后输出控制信号 控制大功率三极管导通与截止 当大功率管导通时 即接通喷油器电磁线圈电路 产生电磁吸力 当电磁力超国针阀弹簧力和油压力的合力时 磁心被吸动 针阀随之离开阀座 即阀门打开 喷油器开始喷油 当大功率三极管截止时 则喷油器电磁线圈电路被切断 电磁力消失 当针阀弹簧力超过衰减的电磁力时 弹簧力又使针阀返回到阀座上 使阀门关闭 喷油器停止喷油 喷油器的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 又可用于高阻喷袖器 ECU与限时开关协同控制电路中 单独使用限时开关控制时 冷起动喷油器喷油范围如阴影部分A所示 它决定的是基本喷油量 为改善发动机冷机起动性能 起动更迅速 热机混合气浓度过渡更平缓 在一些车上不但设限时开关控制基本喷油量 还由ECU根据冷却液温度传感器监测到的冷却液温度对冷起动喷油量进行修正 图中阴影B即表示用ECU控制冷起动喷油器喷油的范围 3 喷油量的控制 喷油器的基本控制电路 1 起动工况起动时的喷油脉宽通常不采用根据进气量 或进气压力 和发动机转速计算确定 这与起动机起动后的控制不同 在发动机起动时 转速波动大 无论D型系统中的进气压力传感器还是L型系统中的空气流量计 都不能精确地确定进气量 进而影响合适的喷油脉宽的确定 因此 在起动时 ECU根据当时的发动机冷却液温度 由存储器中的冷却液温度 喷油时间图找出相应的喷油脉宽图 然后用进气温度和蓄电池电压等参数进行修正 得到起动时的喷油脉宽 2 起动后喷油控制发动机转速超过预定值时 ECU确定的喷油脉宽信号满足下式 喷油脉宽 基本喷油脉宽 喷油修正系数十电压修正值 1 断油控制 1 减速断油 2 发动机超速断油 3 汽车超速行驶断油2 加速喷油控制为保证发动机有良好的加速性能 电脑使喷油器在加速时额外地喷射部分汽油 电脑根据如下信号作出加速喷油量修正 1 节气门位置传感器信号 当节气门开度迅速增大时 电脑在正常喷油脉冲之间又额外地输出一个喷油脉冲信号 使喷油器多喷一次油 2 冷却水温传感器信号 发动机温度较低时 加速时的喷油时间相对较长 3 其它情况的喷油控制方式 第四节典型电控汽油喷射系统 一 电子控制汽油喷射系统简称EFI ElectronicFuelInjectionSystem 是用电子控制器控制执行机构 喷油器 在合适的时刻供给发动机所需要的汽油量 当发动机运转时 ECU接收多种传感器送来的信息 对这些信息进行处理 并根据专门程序对发动机在各种工况下所需的汽油量进行计算 然后向喷油器发出指令 使喷油器在合适的时刻将汽油直接喷射到发动机的燃烧室 或喷入进气管 与空气混合后进入发动机的气缸 二 电子控制汽油喷射系统的优点1 提高了发动机的输出功率和转矩 电控汽油喷射系统对进气系统进行了较大的改进设计 取消了喉管 减小了进气阻力 提高了充气效率 在供油量相同的情况下 进一步提高了燃烧效率 使发动机的输出功率和转矩得以提高 2 降低了汽油消耗 它具有各种各样的精确修正功能和高精度的空燃比控制性能 能提供各种工况下最适当的空燃比 且汽油是以一定压力下喷射的 其混合气雾化好 各缸供油均匀 汽油利用率提高 降低了汽油消耗 3 减少了排放污染 它采用了闭环控制空燃比 燃烧效率提高 燃烧完全 又采用了废气再循环和三元催化转化等措施 进一步降低了发动机排放污染 4 改善了使用性能 以ECU为控制中心的电子控制系统 使车辆在加 减速和低温起动的过渡过程中 空燃比响应速度快 反应灵敏 发动机的使用性能得到提高 1 Bosch公司D Jetronic系统 奔驰280SE丰田CROWN等 进气压力传感器测量进气量 补充空气阀和怠速调节螺钉控制怠速进气 早期电控系统采用 后采用怠速控制阀 热时间开关控制冷起动喷油 有分电器的电控点火系统 D型系统是根据发动机进气管的压力和发动机转速的变化推算出吸入的空气量 并计算出所需要的燃油量 D 是德文 压力 的第一个字母 D型汽油喷射系统也称为压力型或速度密度型汽油喷射系统 D型系统由燃油供给系统 空气供给系统和电子控制三个子系统构成 1 汽油箱2 电动汽油泵3 汽油滤清器4 发动机温度传感器5 热时间开关6 喷油器7 进气管压力传感器8 补充空气阀9 冷起动喷嘴10 节气门位置传感器11 进气温度传感器12 燃油压力调节器13 蓄电池14 分电器15 电控单元 2 Bosch公司L Jetronic系统 空气流量计测量进气量 补充空气阀和怠速调节螺钉控制怠速进气 早期电控系统采用 后采用怠速控制阀 热时间开关控制冷起动喷油 有分电器的电控点火系统 L型系统也是由汽油供给 空气供给和ECU三个子系统组成 汽油系统油路构成与D型系统类似 只是汽油压力调节器采用了相对压力控制 即将压力控制在比进气歧管压力高196 294kPa间的某个值 这样 喷射更精确 喷油器采用同时喷射 简化了ECU程序结构 为了防止大量混合气积聚在进气歧管中 L型系统采用半油量喷射 第一次在一缸上止点时喷油 以后隔360 喷油一次 喷油信号是在ECU接收到三个点火脉冲 六缸 或两个点火脉冲 四缸 后产生一个控制信号 1 氧传感器2 火花塞3 喷油器4 燃油压力调节器5 怠速调整螺钉6 速旁通道7 空气流量传感器 热丝式 8 空气进入9 燃油箱10 燃油泵1l 燃油滤清器12 怠速辅助空气通道13 怠速调节电磁阀14 燃油泵电动机连接导线15 节气门位置传感器16 电子控制单元17 发动机冷却液温度传感器 用热线风速计代替了L型的机械式空气流量计 控制空然比的精度提高 动力性经济性更好 热时间开关控制冷起动喷油 有分电器的电控点火系统 3 Bosch公司HL Jetronic系统 空气流量计测量进气量 L型传感器有叶板式空气流量传感器或卡尔曼涡流式空气流量传感器 通过计量进入气缸的空气体积量 并将该物理量转变为电信号送至ECU ECU计算与该体积空气相适应的喷油量 BOSCH公司将该类型称为L Jetronic型电控汽油喷射系统 LH型传感器是热线式或热膜式空气流量传感器 直接测量进入气缸的空气质量 并将其转换为电信号送至ECU ECU控制与之相适应的喷油量 保证空燃比最佳 4 Bosch公司Motronic系统 SANTANA2000GSi 热膜式空气流量计测量进气量 无分电器电控点火系统 节气门直动式怠速进气控制 全电脑控制冷起动喷油 驾驶员通过节气门控制进气量 节气门位置传感器检测节气门开度的信息传给电控单元 ECU 由电控单元综合诸因素调整喷油量 使混合气最佳 发动机工作时 节气门位置传感器检测驾驶员控制的节气门开度 进气压力传感器检测进入气缸的空气量 这两个信号作为燃油喷射的主要信息输入EC 由ECU计算出喷油量 再根据水温 进气温度 氧 爆震等四个传感器输入的信息 ECU对主喷油量进行必要的修正 确定出实际喷油量 最后再根据霍尔传感器检测到的曲轴转角信号 ECU确定出最佳喷油和点火时刻并指令喷油器喷油 火花塞跳火 ECU存储着发动机点火提前角脉谱图及喷油脉谱图 5 K型汽油喷射系统 K型系统是一种机械控制的汽油喷射系统 K是德文 Kontin uerlich 的第一个字母 含义是连续喷射 K型系统主要由汽油供给和汽油配剂两部分组成 并且为了修正各种不同工况 K型系统还设有冷起动 暖车调节器 怠速稳定调节器和全负荷加浓器等 1 油器2 冷起动喷油器3 燃油计量槽4 柱塞5 压差阀6 压力调节器7 暖机控制装置8 油箱9 燃油泵10 蓄压器11 热限时开关12 空气阀13 空气计量板14 空气15 空气计量器16 汽油滤清器 6 KE型汽油喷射系统KE型系统是一种机电混合汽油喷射系统 它是在K型系统的基础上增设了电子控制单元 ECU 以提高控制精度和对工况的适应性 KE型系统的ECU可根据发动机水温 节气门位置等检测传感器信号作为输入信息 计算出控制电流大小 控制电一液式系统压力调节器的输出压力 达到控制混合气浓度的目的 KE型系统的常用传感器有 节气门开度 发动机转速 发动机温度 进气压力及氧传感器等 控制电路一般采用模拟电路 1 汽油箱2 电控单元3 电动汽油泵4 汽油滤清器5 蓄压器6 发动机温度传感器7 节气门位置传感器8 热时间开关9 喷油器10 冷起动喷嘴11 补充空气阀12 空气计量器13 燃油分配器14 电 液油压调节器15 系统油压调节器 第四节微机控制的点火系 由点火线圈和微机控制装置产生的点火信号 将电源的低压电变成高压电 它还可以进一步取消分电器 由微机系统直接进行高压电的分配 是现代最新型的无分电器点火系 1 电控点火系统的主要优点 1 在各种工况下 可自动获得最佳的点火提前角 使发动机的动力性 经济性 排放性及稳定性均处于最佳 2 在整个工作过程中 均可对点火线圈初级电路的通电时间和电流进行控制 不仅提高了点火的可靠性 而且可有效地减少电能消耗 防止点火线圈烧损 3 采用爆燃控制功能后 可使点火提前角控制在爆燃的临界状态 以此获得最佳的燃烧过程 2 微机控制点火系统组成 主要由传感器 电子控制器 点火器 点火线圈等组成 1 传感器及传递信号传感器是监测发动机各种运行工况信息的装置 主要传感器有 曲轴位置传感器 曲轴转角 发动机转速 信号 活塞位置 上止点 信号 空气流量计 绝对压力传感器 进气量信号 水温传感器 水温信号 氧传感器 空燃比浓稀信号 节气门位置传感器 节气门开闭或全开 全闭 加速信号 车速传感器 车速信号 空档开关 变速器空档信号 点火开关 点火开关接通及起动信号 空调器开关 空调信号 蓄电池 电池电压信号 进气温度传感器 进气温度信号 爆震传感器 爆震信号 2 电子控制器 电控单元ECU 电子控制器的作用是根据发动机各传感器的输入信息及内存数据 进行运算 处理 判断 然后输出指令 信号 控制执行器的动作 达到快速 准确控制发动机的工作目的 电子控制器的基本构成见图4 43 它包括输入回路 输出回路 A D转换器 微型计算机以及电源电路 备用电路等 3 点火器点火器的作用是根据电子控制器输出的指令 信号 通过内部大功率管的导通与截止 控制初级电流的通断完成点火工作 有些还具有恒流控制 闭合角控制 气缸判别 点火监视等功能 3 微机控制点火系统的分类1 非直接点火系统该系统仍然保留分电器 点火线圈产生的高压电是经过分电器中的配电器进行分配的 即由分火头和分电器盖组成的配电器 依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸 使各缸火花塞依次点火 有分电器电控点火系统由分电器将点火线圈高压电按发火顺序依次传给各缸火花塞 只有一个点火线圈 2 直接点火系系统 无分电器点火系统 直接点火系统取消了分电器 该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞相连 工作时 点火线圈产生的高压电直接送至各火花塞 由微机根据各传感器输入的信息 依照发动机的点火顺序 适时的控制各缸火花塞点火 无分电器电子点火系相对于有分电器的电子点火系 具有以下优点 1 由于无机械传动 减少了分火头与旁电极这一中间跳火间隙的能量损耗及由此产生的射频干扰 2 无分火头 分电器盖和高压线等处的漏电现象 能保持电火花强度稳定 3 无分电器传动机构的机械磨损带来点火时刻的变化 提高了点火时刻的控制精度 4 由于无分电器 也使发动机各部件的布置更容易 更合理 无分电器点火系统类型有 无分电器点火系统根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同 分为单独点火方式和同时点火方式 1 单独点火方式单独点火方式取消了公共的点火线圈 每一个缸都配置一个有各自独立的点火线圈 直接安装到火花塞的上方 但由于不需要高压线 点火能量损耗更小 高压部分被安装在汽缸盖的金属罩内被屏蔽 点火系对无线电的干扰进一步大幅降低 无分电器单独点火方式控制系统1 点火线圈2 火花塞3 点火器4 ECU5 传感器信号 2 同时点火方式同时点火方式是点火线圈每产生一次高压 都使成对的两个缸火花塞跳火 这里成对的两个缸 通常称为同步缸 即两个缸的活塞同时到达上止点位置 但一个缸为压缩行程的上止点 另一个缸为排气行程的上止点 因此 两个缸的同时点火 有一个为有效点火 有一个为无效点火 由于无效的点火缸处于排气行程 缸内气体的温度较高而压力较低 废气中导电离子较多 火花塞电极间的击穿电压很低 所以对有效点火缸火花塞的点火电压和跳火放电的能量影响很小 无分电器同时点火方式控制系统 4 电控点火系统的控制 1 点火提前角控制1 起动时点火提前角的控制起动过程中 转速变化大且低 进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定 ECU无法正确计算点火提前角 一般将点火时刻固定在设定的初始