清华大学 课件 汽车构造I(9) 发动机管理系统.ppt

造I,汽车构造I,（9）,主要内容和学时安排,柴油机燃油供给系统（4学时）汽油机点火系统（2学时）发动机冷却系统（2学时）发动机润滑系统（2学时）发动机起动系统与电源（1学时）发动机管理系统（2学时）,汽车发动机基本知识（4学时）发动机机体（2学时）曲柄连杆机构（3学时）气门机构（3学时）进排气、增压系统及排放控制装置（3学时）汽油机燃油供给系统（4学时）,汽油机管理系统,管理内容系统组成传感器执行器控制器,汽油机管理系统管理内容（1）,满足发动机动力,性、燃油经济性、排放控制及操纵舒适、安全、方便等要求基本功能,燃油喷射电子点火,汽油机管理系统管理内容（2）,其它控制功能可变气门驱动控制限制输出转矩、转速巡航控制自适应巡行控制自动变速器换高档位时转矩控制载荷瞬变控制（对驾驶员需求平滑响应）转矩协调（外部转矩干预）,其它控制功能怠速转速控制闭环空燃比控制汽油蒸发污染控制（碳罐系统）爆震控制废气再循环（EGR）控制二次空气喷射控制涡轮增压器控制可变进气管长度控制,汽油机管理系统管理内容（3）,自诊断功能,监测发动机管理系统是否有发生故障的迹象，存储故障信息，以便于故障诊断和修理。,监测ECU的输入信号：判断传感器及引线的工作状态、,是否断路、对电源或地短路,监测传感器的供电电压,检查传感器测量值是否在正常范围内（如冷却水温在-40150C之间）,如有可相互印证的两个传感器的测量值，则进行可信度检查（如比较曲轴和凸轮轴转速）,对非常重要的传感器采用冗余设置，以判断和比较相关的信号的可信度（如加速踏板采用两个位置传感器）,汽油机管理系统管理内容（4）,监测ECU的输出信号：判断执行器及引线的工作状,态，执行器是否发生故障，是否断路、短路,通过输出驱动电路监测输出信号，判断是否对电源短路，断路、对地短路，是否信号中断,将管理系统中的数据与执行器控制信号进行比较，判断执,行结果的真实性。如EGR系统中，要判断进气歧管压力值,是否在规定范围内，以及进气歧管压力值对执行器控制的反应是否正确。,监测ECU之间的数据通讯、ECU内部工作情况,汽油机管理系统管理内容（5）,对故障的处理,故障识别,故障码存储,跛行回家功能发生故障后，管理系统启动应急功能，,用预先设定的喷油、点火值使发动机进入简易控制状态，从而能继续工作，让汽车行驶回家。,提供诊断接口，供检修用,各厂家自诊断功能大同小异，但无统一标准,汽油机管理系统管理内容（6）,车载诊断功能（On-boarddiagnostics）,发动机管理系统必须持续监测与排放控制有关的系统和零部件，以使排放符合法规要求；,与排放控制有关的系统和零部件发生故障要报警；,自诊断功能集成到OBD中，OBD已是发动机管理系统,中标准化配置（与厂家无关）,OBDI（美国加州，1988）OBDII（美国加州，1994）,EPAOBD（美国环保署强制其它州1994施行，与OBDII略,有不同）,EOBD（欧洲2000施行，基于EPAOBD）,汽油机管理系统,管理内容系统组成传感器执行器控制器,汽油机管理系统组成（1）,发动机管理系统的主要开发商,德国BOSCH，世界第二汽车零部件供应商美国Delphi，最大,日本Denso（电装），第三德国SiemensVDO,意大利Magneti-Marelli,各公司开发的系统大同小异,汽油机管理系统组成（2）,BoschM-Motronic,驾驶员通过加速踏板操纵节气门，控制进气量及输出转矩；怠速执行器控制怠速空气量。确定空气质量流量和每缸循环进气量：用空气质量流量计测量，或根据进气歧管绝对压力、进气温度和发动机转速，用速度密度法计算；根据发动机工况确定基本喷油量和点火提前角，再根据节气门位置、蓄电池电压、变速器档位、冷却液温度、进气温度、爆震倾向等进行修正。,电控汽油喷射系统组成.swf,汽油箱,空气流量计,节气门位置传感器,油箱泄漏诊断模块,碳罐,发动机ECU,诊断接口故障指示灯,变速器接口,EGR阀,二次空气泵,二次空气阀,点火线圈凸轮轴相及火花塞位传感器,VVT传感器执行器,喷油器,油箱压力传感器,爆震传感器,曲轴转速传感器,冷却液温度传感器,BOSCHM-Mochonic,氧传感器,氧传感器,脱附控制阀进气歧管压力传感器,可变进气,1：电动汽油泵2：汽油滤清器3：炭罐脱附电磁阀4：炭罐5：点火线圈6：相位传感器7：喷油器8：油压调节器9：节气门控制组件10：空气流量计11：氧传感器12：冷却水温传感器13：爆震传感器14：发动机转速传感器15：进气温度传感器16：ECU,Motronic，Santana2000,DelphisystemforDonganengine,汽油机管理系统组成（3）,BOSCHME-Motronic,采用电动节气门，无怠速执行器。驾驶员通过加速踏板设定发动机的工作状态。,根据加速踏板位置信号，将驾驶员的意图转换为发动机转矩；再基于大量的发动机运行的当前数据，将转矩转换为,进入气缸的新鲜空气充量（通过电控节气门实现）喷油量（通过燃油喷射系统实现）点火提前角（通过点火系统实现）,碳罐,脱附控制阀,空气流量计,诊断接口,故障指示灯,点火线圈凸轮轴相及火花塞位传感器,VVT传感器执行器,喷油器,进气歧管压力传感器,节气门组件,氧传感器,氧传感器,曲轴转速传感器,冷却液温度传感器,爆震传感器,EGR阀发动机ECU加速踏板模块,BOSCHME-Mochonic,汽油机管理系统组成（4）,BOSCHDI-Motronic,基于ME-Motronic，多出一个汽油高压油路；比ME-Motronic复杂,需要确定,空气充量（电控节气门实现）喷油压力（高压泵实现）,喷射时刻中高速大负荷均质充量（进气冲程喷射）、低速低负荷分层充量（压缩冲程末期，点火之前喷射）喷入燃烧室的油量点火提前角,碳罐,空气流量计发动机ECU,诊断接口,故障指示灯,点火线圈凸轮轴相及火花塞位传感器,VVT传感器执行器,曲轴转速传感器,冷却液温度传感器,喷油器爆震传感器,脱附控制阀进气歧管压力传感器氧传感器,氧传感器,氧传感器,废气温度传感器,高压泵带油量控制阀,节气门组件EGR阀加速踏板模块,BOSCHDI-Mochonic,AudiA3BOSCHDI-Mochonic,汽油机管理系统组成（5）,Mono-Motronic,与M-Motronic相比，只是再节气门体处安置一个喷油,器,目前极少应用,BoschMono-Jetronic,汽油箱,电动汽油泵,汽油滤清器,氧传感器,分电器及曲轴,位置传感器,冷却水温,传感器,油压调节器怠速控制阀,喷油器进气温度传感器,ECU,节气门及其位置传感器继电器,蓄电池,点火,开关,汽油机管理系统组成（6）,发动机管理系统硬件构成,传感器、ECU、执行器，,传感器、执行器分布在发动机上的具有独立功能的各子系统中,空气系统供油系统点火系统,排放控制系统附件系统,曲轴转速及上止点,凸轮轴位置变速器档位车速,氧传感器的加热器,VVT控制油箱通风可变进气控制二次空气EGR,传感器加速踏板位置节气门位置空气质量流量蓄电池电压进气温度冷却液温度爆震强度氧传感器,ECU,执行器点火线圈及火花塞电控节气门驱动器喷油器主继电器发动机转速表燃油泵继电器,ME-Mochonic,发动机控制单元,自诊断接口,节气门控制组件,喷油器,点火线圈组件,炭罐脱附电磁阀,辅助信号,电动燃油泵氧传感器,发动机转速空调器压缩机,空气流量计,发动机转速传感器,相位传感器,节气门控制组件,进气温度传感器冷却水温传感器,氧传感器爆振传感器,辅助信号,车速空调器,SANTANA2000,相位传感器,节气门控制组件,空气流量计炭罐爆振传感器爆振传感器,炭罐脱附电磁阀,发动机控制单元,氧传感器冷却水温传感器,传感器插头支架,进气温度传感器发动机转速传感器电动燃油泵,喷油器油压调节器SANTANA2000,Polo1.4L,汽油机管理系统组成（7）,测量载荷的传感器翼片式空气流量计热线式空气流量计热膜式空气流量计进气歧管压力传感器（与进气温度传感器、发动机转速一起用于计算空气量）节气门位置传感器,空气系统节气门怠速执行器（电动节气门则无怠速执行器）测量载荷的传感器可变进气可变气门驱动废气再循环（EGR）,汽油机管理系统组成（8）,供油系统电动汽油泵汽油滤清器油压调节器汽油蒸发污染控制系统油轨喷油器缸内直喷系统不同,点火系统点火线圈火花塞,汽油机管理系统组成（9）,排放控制一个或两个三效催化转换器（初级催化转换器和主催化转换器）氧传感器，初级催化转换器前、后端各一二次空气喷射装置EGR发动机装废气温度传感器,附件系统冷却风扇空调压缩机发动机工作信息传感器曲轴转速凸轮轴相位冷却液温度进气温度爆震强度,汽油机管理系统,管理内容系统组成,传感器执行器控制器,汽油机管理系统传感器,空气质量流量传感器温度传感器压力传感器,转速和转角位置传感器位置传感器氧传感器,汽油机管理系统传感器空气质量流量传感器（1）,翼片式,通过流量计的空气推动翼片（带回位弹簧卷簧）转动，气流速度（体积流量）越大，由弹簧力和气流推力决定的翼片转角越大。,翼片带动的电位计，将翼片角度转换为电信号。缓冲室起阻尼作用，使翼片转动平稳，避免发生摆振。,工作可靠，有进气阻力，易磨损。已经基本不用,翼片,进气温度传感器,接到ECU缓冲片缓冲室电位计翼片式空气流量计,汽油机管理系统传感器空气质量流量传感器（2）,铂热丝,温度补偿电阻微调电阻,混合电路,热线式热线铂金属丝；惠斯通电桥（铂丝为其中一电阻）；混合电路热线工作时通电加热，要求热线表面与周围环境保持固定温,差；测量电阻,铂热丝,精密测量电阻,温度补偿电阻,汽油机管理系统传感器空气质量流量传感器（3）,热线式,经过热线表面的空气会带走热线散发的一部分热量，铂丝温度及电阻减小，电桥失去平衡；混合电路自动增大通过铂丝的电流，增大其温度和电阻，电桥恢复平衡。,流经热线的空气量越大，混合电路供给热线的加热电流也越大。加热电流是空气流量的单值函数。,加热电流通过一精密电阻产生的压降作为输出信号。,无运动件、无磨损，灵敏度高，响应快。但任何方向运动的空气都会带走热量，故在进气管气流脉动较强的场合（如四缸机）易导致误判；且热线污染时会发生零点飘移。,金属防护网,测试管,控制电路板,电接头,铂热丝温度补偿电阻壳体,热线式空气流量计,测量原理与热线式相同；利用热膜与空气的热传递来测量空气流量；热膜：铂金属片固定在树脂薄膜上。与热线式相比，提高了可靠性和耐用性。不会被灰尘污染。,汽油机管理系统传感器空气质量流量传感器（4）电接头热膜式,测管混合电路热膜壳体空气分流通路,壳体,热膜元件混合电路盒电插头主流热膜式空气流量计,金属防护网导流隔栅SANTANA2000,上海联合电子（BOSCH）,汽油机管理系统传感器,温度传感器（1）,发动机温度传感器（冷却液温度传感器）,装在气缸体上，测量冷却液温度；测量范围40130C,空气温度传感器,装在进气总管或进气质量流量计上；测量范围40120C,与进气压力传感器一起，用于计算进气质量,用于各种控制（EGR、增压压力）,机油温度传感器,装在缸体主油道，用于计算维修间隔；测量范围40170C,燃油温度传感器,装在柴油机低压油路，用于精确计算喷油量；测量范围,40120C,汽油机管理系统传感器温度传感器（2）,冷却液,测温电阻,安装螺纹,密封垫圈,引线接头,壳体,大多采用负温度系数（NTC）热敏电阻式，其电阻值随温度升高而降低。,将热敏电阻与一标准电阻串连，并提供稳定电压（5V）。温度变化时，标准电阻分压值发生变化。冷却水温传感器：导热的金属套管隔水密封封装。进气温度传感器：贯通的保护套式封装，以直接接触被测气体，提高灵敏度。,热敏电阻,热敏电阻,导热的绝缘填充物,进气温度,冷却水温,Deiphi冷却液温度传感器,Deiphi进气温度传感器,冷却液温度传感器,进气温度传感器,上海联合电子（BOSCH）,汽油机管理系统传感器,压力传感器（1）,进气歧管压力传感器,装在进气总管上，测量进气绝对压力,用于计算进气质量，以及用于控制增压压力,大气压力传感器,装在ECU上或发动机仓内，用于海拔高度修正,机油压力传感器,装在机油滤清器内或主油道，用于监测润滑系统的工作情况,燃油压力传感器,装在燃油滤清器上，用于监测滤芯的堵塞程度,汽油机管理系统传感器压力传感器（2）,引线真空室玻璃封装引线端子,硅膜片玻璃基座外罩引压管,半导体压敏电阻型主要元件单晶硅材料制成的硅膜片，一侧是真空，一侧是引入的进气管压力。用集成电路加工技术在膜片上制成四个阻值相等的压敏电阻（固态电阻），构成,惠斯通电桥。进气管压力传感器,引线,端子真空管,电极引线底座,金线电极,压敏电阻,锡焊封口,硅膜片,真空室,硅杯壳体,硅膜片,压敏电阻,硅膜片,压敏电阻,压敏电阻型进气管压力传感器,汽油机管理系统传感器,压力传感器（3）,Delphi进气管压力传感器,半导体压敏电阻型（续）,在压力作用下，膜片产生应变，压敏电阻阻值变化，电桥平衡被打破。若电桥输入电压一定，则其输出也会变化，反映出进气管压力的大小。,输出电压与进气管压力成线性关系。,温度传感器,传感器下体进气歧管密封圈,引线端子,传感器外罩压力测量组件进气管压力/温度传感器,Delphi进气管压力/温度传感器,北京现代SONATA2.0L,进气压力/温度传感器（无空气流量计）,汽油机管理系统传感器压力传感器（4）厚膜压敏电阻型用真空沉积法将金属沉积在玻璃板或铝板上，形成厚膜；厚膜上的四个压敏电阻构成一个桥路原理同半导体压敏电阻型压力传感器。,压敏电阻测量桥路,膜片,基准压力室陶瓷载体,电气接头混合电路金属膜片带变形电阻桥路高压通道固定螺纹,汽油机管理系统传感器压力传感器（5）高压传感器,缸内直喷汽油机油轨压力传感器，装在油轨上；用于通过压力控制阀闭环调整油轨压力使之随转速、负荷而变（MAP图）；实际油压范围50120bar。柴油机机油轨压力传感器，用于闭环控制油轨压力，实际最高1600bar。,汽油机管理系统传感器转速及转角位置传感器（1）,由装在曲轴、凸轮轴、分电器轴上的齿型信号盘与固定在机体上的传感器组成。,曲轴上安置的信号盘和缸体上固定的传感器可以计算曲轴转速，以及给出上止点。但只能给出每转一次的转角信号，不能判断是压缩上止点还是进排气上止点；要实现顺序喷油和顺序点火，必须测出凸轮轴（或分电器轴）相位，即给出一个工作循环内的转角信号。主要两种,磁电感应式霍尔效应式,铁芯感应线圈,机体信号盘,汽油机管理系统传感器转速及转角位置传感器（2）永磁铁传感器壳体磁电感应式信号盘58个齿，每齿占,6转角，另有一个缺齿占12转角。缺齿位置可为某一缸上止点。,汽油机管理系统传感器转速及转角位置传感器（3）,磁电感应式,传感器的电磁铁或永磁铁发出的磁力线通过信号盘形成回路。信号盘旋转时，盘边齿型缺口使传感器与信号盘磁隙发生变化，通过感应线圈的磁通发生变化，产生感生电动势，经整型放大形成一连串方波信号。,可装在曲轴前端、中间或后端（飞轮）,Polo1.4L,上海联合电子（BOSCH）磁电式转速传感器,汽油机管理系统传感器转速及转角位置传感器（4）,霍尔效应式利用霍尔效应产生电压脉冲信号。半导体晶片（霍尔元件）被磁力线穿过，外加电流在垂直磁力线方向通过晶片，则在与磁力线、电流都垂直的方向产生电位差，称霍尔电压。若电流一定，则霍尔电压与磁场强度成正比。,永磁铁,霍尔元件外加电流,汽油机管理系统传感器转速及转角位置传感器（5）,霍尔效应式信号盘用不导磁材料（铝或工程塑料）制成，固定于曲轴或凸轮轴。触发叶片转过霍尔传感器的永磁铁与霍尔元件之间的气隙时，霍尔电压为零；转过后，输出一定电压。结构型式多样，但原理基本相同,霍尔元件,触发叶片,Polo1.4L,DeiphiHall效应凸轮轴位置传感器,汽油机管理系统传感器,节气门位置传感器（1）,机械式节气门发动机,节气门转角位置是表征负荷的辅助信号，与空气流量计信号对照互检,判断发动机工况：怠速、部分负荷、大（全）负荷根据节气门转角变化率，确定加减速修正喷油量,空气流量计发生故障时，作为跛行回家或紧急情况下的负荷信号,电动节气门发动机,用于闭环控制节气门转角,冗余设计，用两个电位计且参考电压不同,汽油机管理系统传感器节气门位置传感器（2）,滑膜电滑臂节气门轴阻1、2及触点,大多采用滑,膜电阻式电位计，节气门轴带动电位计滑动触点。节气门开度不同，电位计输出电压不同。电路接头,Deiphi节气门位置传感器,北京现代SONATA2.0L,节气门位置传感器,汽油机管理系统传感器,爆震传感器,装在缸体侧面，用于确定点火提前角而避免发生爆震。,直列机至少装一个，V型机两侧至少各装一个。,压电晶体式振动传感器，将缸体振动转变为电信号爆震时发动机缸体振动频率与传感器固有频率相同，传感器内的惯性质量的惯性力压压电晶体，使之产生电信号。,压电陶瓷,惯性质量,外壳,紧固螺钉,SiemensVDO接触表面电接头缸体Delphi,汽油机管理系统传感器氧传感器（1）,初级催化转换器,主催化转换器,装在进气歧管与三效,催化转换器之间，或催化转换器前后。监测废气中氧的浓度，用于闭环控制空燃比，使三效催化转换器工作在高效转换区。有多种布置方式NOx传感器,BMWV8,汽油机管理系统传感器,氧传感器（2）,氧化锆型,ZrO2固体电解质，具氧离子电导特性；,ZrO2陶瓷管内外两侧镀多孔铂膜做电极，内侧与空气接触，外,侧与排气接触。,高温下（300），内外侧氧离子化，氧离子浓度不同，产,生流动，在两电极间产生电位差。,铂：催化作用，使浓混合气燃烧产物中残存O2与HC、CO发生,氧化反应而消除。,加热管：保证ZrO2管700。,多孔涂层电极,排气管氧化锆,废气外壳连接件,连接件,汽油机管理系统传感器氧传感器（3）,壳体,接线端子,带槽保护管氧化锆,连接线,连接线,陶瓷支承管加热管,外套,盘型弹簧,BOSCH氧传感器,保护套管,TiO2厚膜元件,连接线,汽油机管理系统传感器氧传感器（4）氧化钛型TiO2常温下具有很高电阻的半导体。高温排气中，,随其中氧含量有（稀混合气）无（浓混合气），电阻值由高到低阶跃变化。设加热器，保持高温。设温度补偿电路，使其电阻不随温度变化。氧传感器和一同阻值电阻,串连，接稳压电源；取其分压值为输出。,汽油机管理系统传感器氧传感器（5）,检测单元泵氧单元扩散间隙废气,基准氧气室,加热器,控制电路,泵氧电流,宽域氧传感器可测很宽范围的空燃比（10:135:1），用于缸内直喷稀燃发动机。,宽域氧传感器输出特性,检测单元,BOSCH宽域氧传感器,汽油机管理系统,管理内容系统组成传感器执行器控制器,汽油机管理系统ECU,采集、各种处理各种传感器输入信号，根据发动机工作要求进行控制决策的运算，并输出相应的控制信号。硬件组成,微计算机：微处理器、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、时钟脉冲发生器、输入输出接口、总线等数字电路（包括A/D、D/A转换器）,功率输出级，