汽油发动机电子控制系统

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影响汽油发动机排放的最重要因素是混合气的空燃比，理论上一公斤燃料完全燃烧时需要

14.7公斤的空气。这种空气和燃料的比例称为化学当量比。空燃比小于化学当量比时供应浓

混合气，此时发动机发出的功率大，但燃烧不完全，生成的CO、HC多：当混合气略大于化

学当量比时，燃烧效率最高，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多；供应稀混合气时，燃烧

速度变慢，燃烧不稳定，使得HC增多。在电控汽油喷射系统中采用闭环控制的方式，将空

燃比控制在化学当量比附近，并在排气系统中消声器前安装一个三元催化转化器，对发动机

进行后解决，是当前减少汽车排气污染物的最有效方法.在化学当量比附近，转化器的净化

效率最高。

IIIIIIIIIIIIIIII

电控汽油喷射系统(ElectronicFuellnjectionSystem)简称为EFL

它运用各种传感器检测发动机的各种状态，经微解决器的判断、计算，使发动机在不同

工况下均能获得合适空燃比的混合气。

1967年

Bosch公司推出D型

1973年

Jetronic模拟式汽油喷射系统

Bosch公司推出L型

1,9年Bosch公司推出Jetronic的汽油喷射系统，由于

了集点火与喷油于一体采用了测量空气流量的方法控制喷油

量，提高了控制精度同时还开发

的Motronic数字式发动机

出机械式汽油喷射系统。

综合电子控制系统。

在这期间美国GM公司

的DEFI、FORD公司的EEC,1995年

丰田公司的TCCS纷纷出场，

这些都是综合控制的电子美国在轿车上全部采用了电控

系统。V汽油喷射系统；欧洲的轿车采用汽油喷

射系统的占90%以上U

目前汽车工业发达的国家在汽油车上均采用汽油喷射系统，以满足日益严格的排放规定。

电控度油画雨系蚯的优点

在任何情况下都能获得精确的空燃比

混合气的各缸分派均匀性好

汽车的加速性能好

.充气效率高

＞良好的启动性能和减速减油或断油

妥够蜃逐——UL__==

电控汽油喷射系统重要由F列四部分组成：

进气系统供油系统控制系统点火系统

a进气系统

怠速时节气门全关，由怠速执行器根据冷却水温、空调和动力转向等工况调节进气量。

G共油系统

供油系统重要由油压调节器、喷油器和喷油泵组成。

燃油泵

燃油泵装在油箱内，漏轮泵由电机驱动。当泵内油压超过一定值时，燃油顶开单向阀向

油路供油。当油路堵塞时.卸压阀启动，泄出的燃油返回油箱。

喷油器

喷油器是电磁式的。当喷油器不工作时.针阀在回位

多点喷油系统中喷油器通过绝缘

弹簧作用下将喷油孔封住,当ECU的喷油控制信号将喷垫圈安装在进气歧管或进气道附近的

油器的电磁线圈与电源回路接通吐针阀才在电磁力的缸盖上，并用输油管将其固定。多点喷

油系统每缸有一个喷油器。英文称为

吸引下克服弹簧压力、摩擦力和自身重量，从静止位置往multipointinjection.简称为MPI。

上升起，燃油喷出。

喷油器

单点喷油系统的喷油器安装在节气门体上，各缸共享•个喷油器。英文为singlepoint

injection.简称为SPI»

油压力调节器

油压力调节器的功能是调节喷油压力。喷油器喷出的油量是用改变喷油信号连续时间来

进行控制的。由于进气歧管内真空度是随发动机工况而变化的，即使喷油信号的连续时间和

喷油压力保持不变，工况变化时喷油量也会发生少量的变化，为了得到精确的喷油量，必须

使油压A和进气歧管真空度B的总和保持不变。

联制系统

传感器

传感器是感知信息的部件，负责向ECU提供发动机和汽车运营状况。

爆震传感器

温度传感器节气门传感器

电子控制单元

ECU的功用是采集和解决各种传感器的输入

信号，根据发动机工作的规定（喷油脉宽、点火提中间的金属方盒为电子控制单元，箭头

前角等），进行控制决策的运算，并输出相应的控指向电子控制单元的部件为传感器，箭头从

制信号。当前电控发动机中除了控制喷油外，还控电子控制单元出去的部件为执行器。

制点火、EGR、怠速和增压发动机的废气阀等，由

于共享一个ECU对发动机进行综合控制，所以也

被称为发动机管理系统。

启动信号

喷油器驱动电路■一啧油81授地

变速就档位

曦耀传感器信号开关量馆入

空调信号燃油泵

■新输入怠速控制

EGR阀

歧管压力信号其它输出------A硅建电磁阀

冷却液温度空调

进气温度模拟值气传感冒加热器

蓄电池电压增压控制

02传琏器

号处理油耗用

愫出信号-------

车速故障灯

竹气门位置传感器

点火侑号输出点火功率模块

正时和

爆震处理

曲轴蕤角传感器------*新请求

校验测试

爆腐傀感器------提前角和■新

闭合角控制故障灯

在电控发动机中最重要的输入接口是传感器接口（例如转速、负荷、温度、压力等）。

最重要的输出接口是控制接口，它控制外部执行机构的动作（例如：喷油器、点火模块、喷

油泵、怠速执行器等）。

执行器

EGR阀

怠速执行器

喷油泵

。点火系统

点火控制系统由传感器、电子控制单元和执行器组成。

凸轮轴位置传感器

。爆震传感器

电子控制单元

点火线圈

火花塞和点火模块

执行器为点火模块和点火线圈。最常见的为无分电器点火系统，它是两个气缸共享一个点火

线圈。目前也有采用每个气缸一个点火线圈的。

宜接点火系统

捶副坳物

|空燃比控制|A

空燃比的控制方法

发动机工作时其空燃比由下列流程礴定

汽——机I：利------

查表得到的理想

一节气门位置绮殛己一起动信号空燃比值

一蓄电池电压一空档开关

一格位信号节气全开信号

n麻油爵标

——混皮信号——海拔高度信号

定数据

由以下两种方法

得到进气质里：

计算每工作循环

1.用空气流呈计测网姆工作循环的

的喷油量——A计算喷油脉宽

或进气量

2.由速度-密度法计算

得到f（歧管压力,进气

温度,发动机精速）

与点火嫌停相适

计算喷油器电控单兀蜒动应的喷油各工作

喷油始点嗓油/工作

点火控制.

点火提前角的控制

为了使发动机发出最大功率，应使最高燃烧压力出现在上止点后10°〜15°左右，点火

时刻用点火提前角来表达，它是指火花塞电极间跳火开始到活塞运营至上止点时这段时间内

曲轴所转过的角度。

点火过迟：使发动机功率下降，油耗增长。

点火过早：使功率下降，还容易产生爆震。

发动机的最佳点火提前侑，不仅要使发动机的动力性、经济性最佳，还应使有害排放物最

少。

最佳点火提前角的控制策略

起动期间:固定值

起动后

基本点火提前角的控制：由转速和负荷拟定

点火提前角的修正：

部分负荷工况根据冷却水温、进气温度和节气门位置等信号进行修正。

满负荷工况要特别小心控制点火提前角，以免产生爆震。

最大和最小提前角的控制：微解决器计算的点火提前先必须控制在一定范围

内，否则发动机很难正常运转。

闭合角控制

闭合角是沿用了传统点火系的概念C在电子控制的点火系统中是指初线电路接通的时间0点

火线圈的次级电压是和初级电路断开时的初级电流成正比。通电时间短时，初级电流小，会

使感应的次级电压偏低，容易导致失火。初级电流大，对点火有利；但通电时间过长，会使

点火线圈发热，甚至烧坏，还会使能耗增大。因此要控制一个最佳通电时间。

蓄电池电压下降时，在相同的通电时间里初级电流能达成的值会变小。因此必须对通电时

间修正。

爆震传感器

汽车发动机运用电火花将混合气点燃，并以火焰传播方式使混合气燃烧。假如在传播

过程中，火焰尚未到达时，局部地区混合气自行着火燃烧，使气流运动速度加快，缸内压力、

温度迅速增长，导致瞬时爆燃，这种现象称为爆震。

爆震会使气体强烈振动，产生噪音；也会使火花塞、燃烧室、活塞等机件过热，严重情况会

使发动机损坏。

在发动机结构参数已拟定的情况下，采用推迟点火提前角是消除爆震既有效乂简朴的

措施之一。

装有爆震传感器的发动机能检测爆震界线，通过电子控制单元将点火时刻调到接近爆

震极限的位置，从而改善了发动机的性能。

当发动机出现爆震时、ECU根据爆震限度，推迟点火时刻，爆震限度大的，不仅推迟的

角度大，并且是先快后慢，直到爆震消失为止。为了保证曼好的发动机性能，爆震消失后，又

将点火提前角逐步加大，增长的速率也分为快、慢两种。当发动机再次出现爆震时，点火提

前角再次推迟.通常点火梃前角推迟的速率要大于点火提前角增长的速率

废气再循环控制

废气再循环率对排放和燃油消耗率的影响

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过量空气系数废气再循环率

通常用EGR率表达EGR的控制量。它用进入气缸的混合气中废气的比例表达。EGR

率与发动机动力性、经济性和排放性能有关。

EGR率增长过大时，使燃烧速度太慢，燃烧变得不稳定，失火率增长，使HC也会增长;

EGR率过小,NOx排放达不到法规规定，易产生爆震，发动机过热等现象。因此EGR率必须

根据发动机工况规定进行控制。

EGR控制系统中,EGR阀是关键部件。不同的EGR率是通过EGR阀的调节来实现的。电控

发动机中广泛采用电子控制EGR阀方法。

直线型EGR阀是由ECU控制针阀位置，调节从排气进入进气歧管孔口的大小，精确地

控制EGR率。

EGR工作期间通过监测针阀位置反馈信号控制针阀位置。并根据冷却水温度、节气门

位置和进气流量控制EGR针阀的位置。

EGR的控制策略：

增长EGR率可以使NOx排出物减少，但同时会HC排出物和燃油消耗增长。因此在各

种工况采用的EGR率必须是对动力性、经济性和排放性能的综合考虑。

实验结果说明：当EGR率小于10%时,

燃油消耗量基本上不增长，当EGR率

大于20%时，发动机燃烧不稳定，工

作粗暴,HC排放物将增长10%。因此

通常将EGR率控制在10%〜20%范围

内较合适。

随着负荷增长EGR率允许值也增长（阴影部分）。

怠速和低负荷时，NOx排放浓度低，为了保证

稳

定燃烧，不进行EGR。

只有热态下进行EGR。发动机温度低时,NOx排

放浓度也较低，为了保证正常燃烧，冷机时不进

EGRo

大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时混合气较浓,NOx排放生成物

较少，可不进行EGR或减少EGR率。

废气再循环量对NOx排放和油耗的影响还受到空燃比、点火提前角等因素的影响。

因此在EGR率进行控制时，同时对点火等进行综合控制，就能得到较好的发动机性能。

燃油挥发的控制

式自燃油箱

清港空气

SB

.自空亶

-•麴泊黑汽

1.管路4.空气入口7.油箱做尼•

2.节气门体5.做修8.IPCVS

3.管路6.泊德管珞9.海相

海入空气

用ECM版宽利制法控制燃油蒸汽系统图

碳罐图

为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机

不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸

入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达成燃油蒸汽

的控制。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的碳氢化合物和节约燃料。

唆朦堡勒

缸内直喷汽油发动机

采用电控缸内直接喷射方法，在火花塞附近

供应浓混合气，以利着火；在其它区域供应稀

混合气，进行分段喷油。达成分层燃烧的目

的。据报导空燃比为30时，仍可燃烧。此种

方法可节约燃料三分之一以上。为了减少稀燃

时的NOx,在排气系统中安装了两只温度传感器、两只氧传感器和两级催化转化器。

减少排放物的新手段

实验结果表白：

CO、HC和NOx三种排放物在第一个十五工况循环中将占总排放量的70-80%,因此此

后解决排放的重点在：

减少HC排放；

改善怠速和暖机期间的排放：

尽也许地缩短催化器的加热时间，在催化器达成起燃温度之前，最大限度地减少发动机排

出的废气。

满足美国及欧洲共同体排放法规规定的途径：

关键方法的典型应用关键附加方法的典型应用

法规

中小型机动车用4一6缸发动机

加州Ticr01990

美国Ticr01990三元催化器

欧洲StepII992

加州Tier11992预热时就加热催化器（推迟点火提前角），

美国Ticrll993改善的三元催化器废气再循环

欧洲St叩【11996

进一步改善三元催化

LEV1994ULEV1994器，使催化器紧接排催化器快速加热，加强氧传感器闭环控制，涉及使

欧洲StcpII12023气总管、浓混合气加热用两个氧传感器、瞬态燃油控制和废气再循环。

欧洲StepIV2023和引入二次空气。

带有在集成诊断系统OBDII的发动机管理系统

真空压力执行装置

活性碳罐

油压力点火线89

切断阀

活性碳健।轮轴位

空气流量计净化阀