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1、汽 车 电 子 控 制 技 术,沈阳大学 凌永成,第2章 发动机电子控制系统,2.3 电控点火系统,在发动机控制系统中，点火控制包括点火提前角控制、通电时间控制和爆燃控制三个方面。,与传统的触点式点火系统相比，普通无触点电子点火系统在提高点火能量、改善工作特性方面有很大提高。,但对于点火提前角的控制，仍然由离心式和真空膜片式两套机械点火提前角调节装置来完成。,由于机械系统的滞后效应、磨损及装置本身的机械结构的限制等因素的影响，对于点火提前角的调节与控制，就很难保证发动机在各种工况及工作条件下都能处于最佳状态。,此外最佳点火提前角除与发动机的转速和负荷(进气管真空度)有关之外，还与发动机燃烧室形

2、状、燃烧室内温度、空燃比、汽油辛烷值、大气压力、冷却液温度等因素有关。,这些对于机械式点火提前调节装置是无能为力的。,电控点火系统，不仅能随发动机转速控制初级绕组的通电时间(闭合角)和实现恒流控,制，保证在发动机各种工况及工作条件下都能得到足够高的次级电压和跳火持续时间，还能在发动机各种工况及工作条件下都能得到最佳点火提前角。,当采用由爆燃传感器组成的点火提前角闭环控制系统时，则能把点火提前角控制在发动机刚好不至于发生爆燃的状态，即能做到使发动机点火提前角曲线沿着爆燃界限变化，两者之间仅留有较小的安全角。,因此，电控点火系统能使发动机在各种工况及工作条件下均获得理想的点火正时，从而使发动机在动

3、力性、运转平稳性、经济性和尾气排放方面达到最佳状况。,1. 电控点火系统的组成,与电控燃油喷射系统相同，电控点火系统也是由信号输入装置、ECU和执行器三部分组成，如图2.103所示。,由该图可看出，在所有用的传感器中，除爆燃传感器为电控点火系统所专用之外，其他传感器基本上都与电控燃油喷射系统所共用，而且都由一个ECU集中控制。,有的车型甚至将点火器也集成在ECU中，这样电路更简单，结构紧凑，又有助于提高系统的控制精度和工作可靠性。,2. 电子点火控制系统工作过程,现代的点火控制系统都是由计算机控制的电子控制系统。,按高压配电方式可分为两大类：一类是有分电器的，另一类是无分电器的。,无分电器式点

4、火系统的高压配电方式有二极管分配式和点火线圈分配式两种形式。,点火线圈分配式点火系统又有双缸同时点火和各缸独立点火方式。,1) 分电器式电控点火系统,图2.104所示即为有分电器电控点火系统电路。,ECU根据各输入信号，确定点火时间，并将点火正时信号IGt送至点火控制器(简称点火器)。,当IGt信号变为低电平时，点火线圈初级电路由于功率晶体管的截止而被切断，次级感应出高电压，再由分电器按发火顺序送至相应气缸的火花塞上产生电火花。,在该种点火系统的分电器中，有的除保留了传统的机械式配电结构外，不再有传统的分电器中的断电器、离心式和真空式点火提前角调节器。,在有些车型的分电器中可装有曲轴位置传感器

5、和凸轮轴位置传感器(Ne信号和G信号)。,为了产生稳定的次级电压和保证系统的可靠工作，在点火器中设有闭合角控制回路和点火确认信号(IGf)发生电路。,闭合角控制回路的作用是根据发动机转速和蓄电池电压(电源电压)的变化调节闭合角，保证闭合时间(初级绕组通电时间)稳定，以保证足够的点火能量和次级电压。,在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，闭合角控制电路使闭合角增大，延长初级绕组的通电时间，防止初级储能下降，确保点火能量。,点火确认信号发生电路的作用是在点火线圈初级电流切断，初级绕组产生自感电动势时，输出点火确认信号IGf给ECU，以监视点火控制电路是否工作正常。,当点火器中的功率晶体管不能正常导通

6、和截止时，ECU就接收不到由点火器反馈回来的点火确认信号IGf，表明点火系统发生故障，ECU将切断燃油喷射脉冲信号，使电磁喷油器停止喷油。,如果由于某种原因，偶尔出现一次不正常信号，ECU并不会判定为故障，一般需点火器六次没有点火确认信号(IGf)反馈给ECU，才判定为点火系统故障，停止喷油。,2) 无分电器式电控点火系统,无分电器式电控点火系统高压配电方式有二极管分配式和点火线圈分配式两种。,(1) 二极管分配式,二极管分配式无分电器点火系统采用同时点火方式，工作原理如图2.105所示。,点火顺序为1342的四缸发动机，当ECU接收到曲轴位置传感器相应信号时，向点火控制器发出触发点信号，控制

7、器的控制回路使Tr1截止，初级绕组A中的电流被切断，在次级绕组中感应出下“+”上“”的高压电，经四缸和一缸火花塞构成回路，两个火花塞均跳火，,此时一缸接近压缩终了，混合气被点燃，而四缸正在排气，火花塞点空火。,曲轴转过180后，ECU接到传感器信号后再次向点火控制器发出触发信号，Tr2截止，初级绕组B中电流被切断，次级绕组感应出上“+”下“”的高压电，并经二缸和三缸火花塞构成回路，同时跳火，此时三缸点火做功，二缸火花塞点空火。,依次类推，发动机曲轴转两圈，各缸做功一次。,(2) 点火线圈分配式,点火线圈分配式无分电器点火系统是将来自点火线圈的高压电直接分配给火花塞，有双缸同时点火和各缸单独点火

8、两种形式。, 双缸同时点火式,如图2.106a和b所示，每两个气缸共用一个点火线圈，其次级绕组的两端分别与同一曲柄位置的两个气缸上的火花塞相连接。,当一缸处于压缩上止点前时，另一缸则处于排气上止点前。曲轴旋转360后，两缸所处的冲程正好相反。,一个点火线圈的次级绕组分别与两个火花塞串联同时跳火。,由于处于压缩行程一缸的气缸压力高，火花塞击穿电压高，而处于排气行程一缸的气缸压力低，接近大气压力，火花塞击穿电压低。,这种点火系统一般都采用闭磁路点火线圈，与分电器式点火系统所用闭磁路点火线所不同的是其次级绕组一端不再与初级绕组连接，而是两端直接用高压导线与两缸的火花塞连接。,因此两个火花塞串联同时跳

9、火时，其阻抗几乎绝大部分都在压缩行程一缸的火花塞上，它承受了大部分电压降，点火能量也主要通过该火花塞释放，而排气行程一缸火花塞跳火只损失很少的点火能量。, 单独点火方式,这种点火方式实际上相当于每一气缸单独采用一套独立的点火装置，分别独立对每一缸进行点火。其电路结构如图2.107所示。,在每一个气缸的火花塞上各配有一个点火线圈。,这种点火方式特别适合在四气门发动机上装用，火花塞可安装在双凸轮轴中间，在每一缸火花塞上直接压装一个点火线圈，充分利用了安装空间，这对V型多缸发动机舱的合理紧凑布置具有重要的实用意义。,同时由于无机械配电方式分火头与分电器盖旁电极之间的附加跳火间隙和高压导线，因而能量传

10、导损失、漏电损失小，系统可靠性提高，故障率减少。,而且各缸的点火线圈和火花塞均由金属层包覆，其对无线电干扰大大减少，这对发动机电控系统的正常工作也是十分重要的。,DLI无分电器点火系统采用小型闭磁路点火线圈，如图2.108所示。,与分电器式电控点火系统所用闭磁路点火线圈相比，在结构上主要有以下两点区别：,其一是DLI闭磁路点火线圈的初、次级绕组没有连接，各自独立构成回路。,其二是次级绕组中串联了一只高压二极管，其作用是为避免点火控制器功率晶体管导通时，点火线圈诱生的次级电压造成火花塞误跳火的现象发生。,因为在功率晶体管导通瞬间，初级电流按指数规律增长，点火线圈铁心磁场变化，在初级绕组和次级绕组

11、分别产生自感电动势和互感电动势，在次级绕组产生大约1000V电压。,在一般分电器式点火系统中，1000V的次级电压不可能同时击穿分火头与旁电极之间的空气间隙及火花塞间隙，因此火花塞不可能跳火。,而在无分电器独立点火系统中，次级绕组产生的1000V电压全部直接加在火花塞上。,由于点火系统采用了恒流及闭合角控制，当发动机低速运转时，功率晶体管导通时刻气缸已完全进入压缩冲程，气缸压力已开始升高，1000V的次级电压使火花塞跳火的可能性很小。,而当发动机高速运转时，功率晶体管大约在进行冲程的末期就开始导通，此时气缸压力很低，甚至低于大气压力。,因此，1000V的次级电压很可能使火花塞误跳火，尤其是当火

12、花塞间隙较小而电源系统电压又大于规定值14V时，火花塞跳火的可能性更大。,这将会引起进气管回火等现象发生，使发动机无法正常运转。,为防止上述现象产生，在点火线圈的次级绕组中串联一只高压二极管，如图2.109所示。,当功率晶体管导通瞬间，次级绕组产生的1000V反向电压，由于反向加于高压二极管上，二极管反向截止，火花塞就无法跳火。,而当功率晶体管由导通变为截止时，在次级中产生的高电压正向加在高压二极管上，二极管处于正向电压作用下，因此不会影响火花塞正常跳火。,单独点火式无分电器点火系统由点火线圈与火花塞直接相连为一体，安装空间小，故采用一种更小型紧凑高效的闭磁路点火线圈。,这种点火线圈采用比一般

13、点火线圈小的时间常数(小的初级电感L和初级绕组电阻R)，在初级电路接通时，初级电流上升速率很快，即使在9 000r/min的高速时，也能获得足够大的初级断开电流，从而提供足够的点火能量和次级电压。,在无分电器电控点火系统中，由于有多个点火线圈，因此其点火控制器在分电器式点火系统点火控制器电路的基础上，增加了以下两部分电路：,a控制点火线圈初级绕组通断的功率晶体管及其驱动电路增多，其数目与点火线圈的个数相同，并各自独立控制相应的点火线圈。,b增添了判缸信号(IGdA和IGdB)和气缸判别电路。,判缸信号IGdA和IGdB存于ECU的存储器中，微处理器根据G、Ne信号查表选择IGdA、IGdB的信

14、号状态(见图2.106)，输送给点火控制器，气缸判别电路根据判缸信号IGdA和IGdB的信号状态，决定接通哪条驱动电路，并将IGt点火正时信号送往与此驱动电路相连接的点火线圈，完成相应气缸的点火。,3. 点火提前角控制,由于发动机生产厂家的不同，点火提前角的控制方法也不同，但一般用以下两种方法。,1) 基本点火提前角乘水温修正系数法,在一些电子点火控制系统中，点火提前角是用基本点火提前角乘以冷却水温修正系统的方法产生的，即,实际点火提前角=基本点火提前角水温修正系数,具体做法是：将点火提前角与发动机转速、负荷的关系列表存储在ECU的存储器中，并将水温修正系数也存储在ECU的存储器中。,系统工作

15、时，从存储器中查出基本点火提前角和水温修正系数，然后相乘得到实际的点火提前角。,以日产汽车公司ECCS系统为例，其基本点火提前角表格及水温修正系数如图2.110以及图2.111所示。,正常行驶时，就用基本点火提前角和水温修正系数求得实际点火提前角，并以此进行控制。,当怠速及减速时，节气门位置传感器怠速触点闭合，ECU进入怠速或减速点火提前角控制模式。,其控制特性如图2.112所示。,由图可知，当冷却水温在50以下、车速不大于8km/h、发动机转速在1200r/min以上时，点火提前角几乎保持在上止点前10不变。,当启动时启动开关接通，ECU进入启动时的点火提前角控制模式，其控制特性如图2.11

16、3所示。,由图看出，当水温在0以上启动时，其点火提前角均为16；而在0以下启动时，还要适当增加点火提前角。,2) 原始点火提前角加基本点火提前角加修正点火提前角控制法,这种控制方法可以表示为：,实际点火提前角=原始点火提前角基本点提前角修正点火提前角,原始点火提前角是发动机固有的点火提前角，它不随工况变化，是一恒定值。,基本点火提前角的概念同前，也是与发动机转速及负荷有关的一级数据，以表格形式存储在存储器中。,实际的点火提前角由查表得到的基本点火提前角、修正点火提前角与原始点火提前角相,加得到，日本丰田汽车公司TCCS系统采用的就是这种点火提前角控制方法。,丰田IG-GEL发动机的原始点火提前

17、角、基本点火提前角及修正点火提前角分别如下所述。,原始点火提前角(也称为固定点火提前角)为上止点前10，适用以下工况：,(1) 发动机启动；,(2) 发动机转速在400r/min以下；,(4) 车速为2km/h；,(5) 发动机ECU内后备系统开始工作。,(3) 节气门位置传感器怠速触点闭合；,基本点火提前角分为怠速和平常行驶两种情况。,怠速的基本点火提前角在空调系统工作时为8，空调不工作时为4。,由于怠速时点火提前角不必修正，所以实际的点火提前角为原始点火提前角加上怠速时的基本点火提前角，即空调系统工作时的实际点火提前角原始点火提前角空调系统工作时的基本点火提前角108=18。,空调系统不工

18、作时的实际点火提前角原始点火提前角空调系统不工作时的基本点火提前角104=14。,正常行驶时的基本点火提前角与日产ECCS系统一样，以表格的形式存储在ECU的存储器中，如图2.114所示。,修正的点火提前角分为暖机和稳定怠速两种特性，如图2.115和图2.116所示。,正常行驶时，发动机的实际点火提前角就是上述三种点火提前角之和。,点火提前角的修正，除暖机和稳定怠速修正外，在有的车型上还采用空燃比反馈修正。,由于空燃比反馈控制系统是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃,比控制的，所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。,为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行

19、修正，喷油量与点火提前角的关系如图2.117所示。,4. 通电时间控制,在传统的蓄电池点火系统中，断电器触点的开闭是由分电器轴上的凸轮控制的。分电器的凸轮决定了断电器触点的闭合角度。,当发动机转速一定时，断电器触点的闭合时间，即点火线圈一次线圈的通电时间就是一定的，而且通电时间随发动机转速的提高而缩短。,在现代电子点火系统中，由于不再使用断电器，分电器也不设凸轮，取而代之的是灵敏可靠的点火正时传感器(即曲轴位置传感器)和晶体管开关。,因此，通电时间的长短可以通过ECU进行控制，其控制模型如图2.118所示。,由图可知，闭合角是电源电压和发动机转速的函数。,电源电压越高，所需的闭合时间越短；发动

20、机转速越高，所需闭合时间越长。,将图示数学模型存储于ECU的存储器中，ECU就可以用查表的方法，查出实际电源电压,和转速下的闭合角或通电时间，并通过ECU的输出信号IGt控制点火器中晶体管的导通时间。,由于电子点火控制系统中所使用的点火线圈均为高能型的，其电流幅值可达30A以上。,为防止点火线圈的损坏，在有些系统中，在控制通电时间的同时，还加入恒流控制。,恒流控制的基本方法是在点火器功率晶体管的输出回路中设置一个电流采样电阻，用采样电流在该电阻上形成的压降反馈控制晶体管的基极电流，只要这种反馈为负反馈，就可以稳定晶体管的集电极电流，从而达到恒流控制的目的。,5. 爆燃控制,由前述可知，推迟点火

21、是消除爆燃的有效办法。,在传统点火系统和无爆燃控制的点火系统中，为防止爆燃的发生，其点火时刻的设定远离爆燃边缘。,这样势必降低发动机效率，增加燃油消耗。,而具有爆燃控制的点火系统，点火时刻到爆燃边缘只留一个较小的余量。,或者说，就在爆燃界面上工作，既控制了爆燃的发生，又能更有效地得到发动机的输出功率。,爆燃控制的点火提前角如图2.119所示。,爆燃控制系统实际就是加了爆燃传感器的点火控制闭环系统。,爆燃传感器安装在发动机缸体上，它把缸体的振动转换成电信号输入ECU，ECU内部经滤波电器，滤除与爆燃无关的信号，而只允许含有爆燃信号的特定频率范围的信号通过。,然后，再将此信号与设定的爆燃强度基准值

22、进行比较，若该信号大于基准值，说明该振动信号为爆燃引起的，则比较器输出爆燃信号至ECU，以便进行爆燃控制处理。,由于发动机振动频繁且剧烈，为防止错误的爆燃判别，ECU只在容易发生爆燃的每缸点火之后的一段时间内允许振动信号进入比较电路进行比较，即只在此时间范围内进行爆燃判别。,当ECU有爆燃信号输入时，点火控制系统采用闭环控制方式，并在原点火提前角的基础上推迟点火提前角；,如果爆燃不消失，则再推迟点火，直至爆燃消失。,当爆燃消失后，在一段时间内维持当前的点火提前角。,若无爆燃发生，则逐渐加大点火提前角一直到爆燃发生，然后又重复上述控制过程。,可见，这是一种反馈控制过程，其控制原理如图2.120所

23、示。,点火提前角的控制如图2.121所示。,由于发动机的负荷低于一定值时，一般不会发生爆燃，所以在此负荷以内点火控制为开环控制；,而当发动机的负荷超过某一值时，系统转入闭环的爆燃控制点火。,系统的开环或闭环控制，由ECU根据负荷传感器输入的信号决定。,2.4 其 他 控 制,2.4.1 怠速控制(ISC),汽油机在正常运行工况下，是用由驾驶员通过加速踏板控制节气门开度，调节进气量的方法来控制发动机输出功率的。,燃油喷射发动机怠速时，节气门处于全关闭状态，空气通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通路进入发动机，由空气流量计(或进气歧管压力传感器)检测该进气量，并根据转速及其他修正信号控制喷油量，

24、使输出扭矩与发动机本身内部阻力矩相平衡，保证发动机在怠速下稳定运转。,当发动机的内部阻力矩发生变化时，怠速运转转速将会发生变化。,发动机控制系统怠速控制装置的功能就是由ECU自动维持发动机怠速稳定运转。,怠速控制(ISC)是通过调节空气通路面积以控制空气流量的方法来实现的。,1. 怠速控制装置分类,怠速控制的内容包括启动后控制、暖机过程控制、负荷变化的控制和减速时的控制等。,怠速控制的实质是通过调节空气通道的流通面积来控制怠速的进气量。,目前使用的怠速控制装置，按控制原理可分为节气门直动控制式和旁通空气控制式两类，如图2.122所示。,其中，旁通空气控制装置按其结构和控制方式，又可分为步进电动

25、机调节机构、旋转电磁阀调节机构、占空比电磁阀控制机构和真空电磁阀控制机构等。,1) 节气门直动控制机构,节气门直动控制式是直接通过对节气门最小开度的控制来控制怠速，图2.123所示为节气门直动控制机构的结构。,由ECU控制直流电动机的正反转和转动量。,直流电动机驱动减速齿轮并通过螺旋传动将转动量转变成直线移动，从而控制节气门开度的大小，达到控制怠速进气量和怠速转速的目的。,这种控制形式的优点是结构简单、工作稳定性好，缺点是采用了齿轮减速机构后执行速度慢、动态响应性差。,2) 旁通空气控制机构,旁通空气控制机构是通过改变旁通道的流通面积来控制怠速进气量，以达到怠速控制的目的。,在多点燃油喷射系统

26、中多采用控制旁通空气通路的执行机构，其类型主要有以下几种：,(1) 步进电机式怠速控制机构, 步进电机式怠速控制机构的结构和工作原理。,步进电机与怠速控制阀做成一体，装在进气总管内，其结构如图2.124所示。,电机可顺时针或逆时针旋转，使阀沿轴向移动，改变阀与阀座之间的间隙，调节流过节气门旁通通道的空气量。,该种怠速控制阀还可用来控制发动机的快怠速，而不需要辅助空气阀。,步进电机的内部结构如图2.125a和b所示，由定子和转子组成。,转子上制有8对永磁磁极，其N、S极相间排列于转子圆周上，以构成该电机的主磁场；,定子由A、B两组构成，每一级均带有16个齿有铁心，且交错装配，每个铁心上绕有2个定

27、子线圈，且方向相反。,步进电机的转动方向可通过改变4个定子线圈的通电顺序来实现。,转子一周分为32个步级进行，每个步级转动一个爪的角度，即11.25(一般步进电动机为2到125个步级)。,控制电路如图2.126所示。, 步进电机式怠速控制阀的控制过程。,步进电机式怠速控制阀的控制原理如图2.127所示，步进电机式怠速控制阀对怠速的控制主要有以下几种情况：,A. 初始值设定。,为了改变发动机再启动时的启动性能，在发动机点火开关关闭后，ECU将控制怠速控制阀全部打开，为下次启动做好准备。,B. 暖机控制。,启动时，旁通阀设定在全开位置，便于发动,机启动。,启动后，当发动机转速达到一定值时，ECU控

28、制将怠速控制阀关小到当时冷却水温相应的最佳怠速转速值。,如果是冷机启动(70以下)，启动后以较高的怠速(快怠速)运转，当水温达70时，暖机控制结束。,C. 反馈控制。,在怠速运转过程中，如果此时由于某种原因使发动机转速与目标转速相差超过20r/min，ECU会对怠速控制阀相应增减旁通空气量，使发动机转速与目标转速相同。,D. 怠速转速变化预控制。,在某些情况下，负荷的变化(自动变速器空挡开关、空调开关的通断)会引起发动机转速发生可以预见的较大幅度的变化。,为了防止这种转速变化，ECU控制怠速空气阀提前开大或关小一定的值。, 其他控制。,由于负荷等引起电源电压降低时，ECU会自动控制提高发动机转

29、速，保证系统正常供电。,随着机件的磨损等，ECU原来控制步进电动机的步进数已达不到原来的控制效果，此时,发动机会通过发动机转速的反馈控制，使其达到原来的目标值。,这种控制方式又称为怠速控制的学习控制功能。,(2) 旋转电磁阀式怠速控制机构,旋转电磁阀装在节气门体上，通过永久磁铁及周围的磁化线圈控制机构来控制阀门的旋转角度，从而改变怠速空气通道的截面积。,其结构如图2.128所示。,从金属带一端连接着带有凹槽的挡块，一端固定图2.128(a)、(c)，冷却水流过阀体，当水,温发生变化时，双金属带产生变形带动挡块一端转动。,挡块的凹槽限制阀门轴上方头的旋转，控制阀门的最大和最小开度。,ECU的控制

30、脉冲信号的占空比大小，即控制线圈L1、L2中平均电流的大小，使电磁阀旋转一定的角度。,占空比指ECU控制信号在一个周期内通电时间与通电周期之比，如图2.129所示。,当占空比为50%时，线圈L1、L2的平均通电时间相等，产生的磁场作用力相互抵消，阀轴停止转动。,占空比超过50%时，线圈L2磁场强度大于线圈L1的磁场强度，阀门转过一定角度，打开旁通口，旋转电磁阀的工作原理如图2.130ab和图2.130cd所示。,ECU对旋转电磁阀的控制有启动、暖机、稳定怠速预测转速变化控制及学习控制功能。,(3) 占空比型电磁阀怠速控制机构,占空比控制型电磁阀工作时，由ECU确定控制脉冲信号的占空比，磁化线圈

31、中平均电流的大小取决于占空比。,占空比越大，磁化线圈中平均电流越大，磁场强度越大，阀门升程越大，旁通道开度越大。,结构及控制原理如图2.131所示。,ECU对占空比控制也有启动、暖机、稳定怠速、预测转速变化控制及自适应功能。,上述三种形式的区别是，ECU控制步进电机的数据是步进电机的步数，而后两种形式的数据是控制脉冲的占空比。,(4) 真空电磁阀怠速控制机构,真空电磁阀怠速控制机构如图2.132所示。,ECU根据各种传感器的输入信号控制VSV阀打开和关闭，控制旁通空气量，使发动机保持稳定怠速运转。,控制信号只存在开、关两种状态。怠速时，ECU发出指令打开此阀，升高到某预定值时，切断电源，阀门关

32、闭。,真空电磁阀怠速控制机构，由ECU根据发动的工作状况进行接通和断开的控制，在满足以下几种条件之一时，接通电磁阀开关；其他工况下，电磁阀均关断：, 发动机启动工作时或刚刚启动后；, 怠速触点IDL闭合，且发动机转速下降到规定转速以下时；, 怠速触点IDL闭合，且变挡位从空挡“N”换到其他行驶挡位后的几秒钟内；, 怠速触点IDL闭合，灯开关接通或后窗去雾器开关接通。,对于占空比控制型和开关控制型怠速控制装置，由于控制的旁通空气量少，因而仍需辅助空气阀控制快怠速。,2.4.2 进气控制,1. 动力阀控制系统,某些发动机上采用动力阀控制系统，它根据发动机的不同负荷改变进气量，从而改变发动机的动力性

33、能。,如图2.133所示，真空控制的动力阀装在进,气管上，控制进气管空气通道的大小。,当发动机小负荷运转时，ECU控制真空电磁阀关闭，动力阀也关闭，进气通道变小，发动机输出较小功率；,当发动机负荷增大，ECU根据转速、温度、空气量等信号接通真空电磁阀，真空管内的真空度提高而将动力阀打开，进气通道变大，发动机输出较大功率。,2. 进气惯性增压控制系统(ACIS),进气惯性增压控制系统即谐波增压进气控制系统，是利用进气流惯性产生的压力波提高进气效率。,1) 压力波的产生,当气体高速流向进气门时，如果进气门突然关闭，进气门附近气体流动突然停止。,但是由于惯性，进气管仍在进气，于是进气门附近的气体被压

34、缩，压力上升。,当气体的惯性消失后，被压缩的气体开始膨胀，向与进气流相反的方向流动，压力下降。,膨胀产生的波传到进气管口时又被反压回来，形成压力波。,2) 压力波的利用方法,如果上述进气压力脉动波与进气门开闭配,合好，使反向的压力波集中到要打开的进气门旁，在进气门打开时就会形成增压进气的效果。,一般进气管长度长时，压力波波长大，可使发动机中、低速区功率增大；进气管长管短时，压力波波长短，可使发动机高速区功率增大。,如果进气管长度可改变，则可兼顾增大功率和增大扭矩，但一般进气管长度是不可能改变的，因此利用惯性增压一般都按最大扭矩所对应的转速区域利用。,3) 长度可变的进气惯性增压系统,图2.13

35、4所示为进气惯性增压系统原理图。,当空气室出口的控制阀关闭时，进气管内的脉动压力波传递长度为空气滤清器到进气门的距离，这一距离较长，适应发动机中、低速工况形成气体动力增压效果。,当控制阀打开时，接通真空罐，打开进气增压控制阀。,由于大容量空气室的参与，在进气道控制阀处形成气帘，使进气脉动压力只能在空气室出口和进气门之间传播，缩短了压力波的传播距离，以满足发动机高速工况下的气体动力增压要求。,3. 废气涡轮增压控制,图2.135为废气涡轮增压控制系统工作原理图。,控制废气流动路线的切换阀驱动气室的控制。,在涡轮增压器出口与驱动气室之间的管路上装有ECU控制的释压电磁阀，释压电磁阀控制进入驱动气室

36、的气体压力。,当ECU检测到的进气压力在0.098MPa以下时，受ECU控制的释压电磁阀的搭铁回路断开，释压电磁阀关闭。,此时，由涡轮增压器出口引入的进气压力，经释压阀进入驱动气室，克服气室弹簧的压力,推动切换阀将废气进入涡轮室的通道打开，同时将旁路通道关闭，此时废气流经涡轮室使进气增压。,当进气压力高于0.098MPa时，ECU将释压电磁阀搭铁回路接通，释压电磁阀打开，通往驱动气室的压力空气被切断，在气室弹簧力作用下，驱动切换阀，关闭进入涡轮室的通道；,同时将排气旁通口打开，废气不经涡轮室直接排出，增压器停止工作，进气压力将下降，直至进气压力降到规定的压力时，ECU又将释压阀关闭，切换阀又将

37、进入涡轮室的通道口打开，增压器又开始工作。,2.4.3 排放净化系统,为了减少汽车排放污染，现代汽车采用了由ECU控制的多种排气净化装置，如三元催化转换、废气再循环(EGR)、活性炭罐蒸发控制系统等。,1. 三元催化转换与空燃比控制,三元催化转换器安装在排气管中，功用是通过三元催化剂与HC、CO的NOx发生反应，把废气中的有害气体转换成无害气。,催化剂常用的是铂(或钯)和铑的混合物。,图2.136所示为三元催化转换器转换效率与空燃比的关系曲线。,由图可见，只有发动机在理论空燃比14.71附近运行时，三元催化器的转换效率最佳。,为此，必须对发动机的空燃比进行精确地控制，即把空燃比保持在理论空燃比

38、附近很窄的范围内。,发动机在开环控制过程中，ECU根据转速、进气量、冷却水温度和进气温度等确定喷油量，这种控制方式不可能很精确，也就很难将空燃比控制在14.7附近很窄的范围内。,因此，在发动机控制系统中普遍采用由氧传感器组成的空燃比反馈控制方式，即闭环控制。,在三元催化转化器前的排气歧管或排气管内装有氧传感器，其功能是用来检测排气中氧的含量，以确定实际空燃比是比理论空燃比浓还是稀，并向ECU反馈相应的电压信号，ECU根据此信号，控制喷油量的增加或减少。,氧传感器的结构和工作原理在前述相应章节已详述。,根据氧传感器的输出特性可知，其输出电压在理论空燃比处有一个突变。,ECU有效地利用这一空燃比反

39、馈信号，将其与基准电压比较，判断混合气的浓稀，以便进行控制，控制喷油量的增加或减少。,采用闭环控制的实质是保持空燃比在14.7左右，因而非理论空燃比运行工况只能采用开环控制。,发动机进入开环或闭环控制，均由ECU根据有关输入信号确定。,下列工况应采用开环控制：,(1) 怠速运转；,(2) 节气门全开，大负荷；,(3) 减速断油；,(4) 发动机启动；,(5) 发动机冷却水温低或氧传感器温度未达到工作温度；,(6) 氧传感器失效或其线路出现故障。,2. 废气再循环,废气再循环是指发动机工作过程中，将一部分废气引入新鲜空气(或混合气)中重返气缸进行再循环。,废气在燃烧过程中吸收热量，降低了最高燃烧

40、温度。,由于废气再循环过度会影响发动机怠速、低转速小负荷、暖机工况的性能，因而废气再循环率(参与废气再循环的比例)必须适量控制。,1) 废气再循环阀,废气再循环阀通过特殊通道使排气歧管连通，其真实管上方的真空度由废气再循环装置系统的真空电磁阀控制。,ECU根据转速、空气流量、进气压力以及温度信号，控制真空电磁阀的占空比，从而控制废气再循环的开度来改变废气再循环率。,废气再循环阀结构如图2.137所示。,2) 可变废气再循环率控制系统,可变废气再循环控制系统工作时，ECU根据传感器的输入信号确定发动机工况，然后进行查阅和计算修正，发出适当指令，控制电磁阀开度，以调节废气再循环率。,有关数据由发动

41、机台架试验确定废气再循环率与转速、进气量的对应关系，然后存入存储器中。,图2.138所示为可变废气再循环率控制系统。,真空控制电磁阀(VCM)由废气再循环电磁控制阀和怠速调节电磁阀组成。,ECU根据传感器输入信号、点火开关和电源电压等，给废气再循环控制阀提供不同占空比的控制脉冲信号，调节真空调节阀真空管进入的空气量，控制废气再循环阀的真空度，从而改变废气再循环率。,占空比越大，电磁控制阀打开时间越长，进入真空调节阀的空气量越多，真空度越小，废气再循环阀开度越小，废气再循环率越小，直至达到某值时，废气再循环阀关闭停止工作；,反之，占空比越小，废气再循环率越大。,3. 活性炭罐蒸发污染控制装置,此

42、装置是为了防止油箱内的汽油蒸汽向大气排放产生污染而设置的。,如图2.139所示，油箱中的汽油蒸汽通过单向阀进入炭罐上部，空气从炭罐下部进入清洗活性炭。,在炭罐右上方，有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀。,ECU控制炭罐电磁控制阀的开度，调节排放控制阀上方的真空度，从而控制排放控制阀的开度。,当排放控制阀打开时，汽油蒸汽通过排放控制阀吸入进气歧管。,2.5 电控汽油喷射系统的故障诊断与检修,2.5.1 常用维修工具及设备,当诊断和查找电控汽油喷射系统故障时，需要借助于一些工具和仪表。,在使用这些工具和仪表前，必须详细了解其结构性能及使用注意事项，以决定其适合哪些电气系统的测量。,发动机电子

43、控制系统对电压非常敏感，对其检查修理时必须小心，不可随意地试验与修理。,下面简单介绍几种常用工具和专用测试仪。,1. 跨接线,简单的跨接线就是一段多股导线，它的两端分别接有鳄鱼夹或不同形式的插头，它具有多种样式。,工具箱内必须有多种形式的跨接线，以用作特定位置的测量。,跨接线虽然比较简单，但却是非常实用的工具，它的作用只是起一个旁通电路的作用。,如某一电气部件不工作，首先将跨接线连接在被测试部件接线点“”极与车身搭铁之间，此时部件工作说明其搭铁电路开路；,如搭铁电路很好，就将跨接线连接在蓄电池“”极与被测试部件的电源接柱之间，此时部件工作，说明部件电源电路有故障(断路或短路)；,如部件仍不工作

44、，说明部件有故障。,注意事项：, 用跨接线将电源电压加至试验部件之前，必须先确认被测试部件的电源电压是否应为12V。,如有的喷油器电源电压为4V，如果加上12V电压就可能致使喷油器损坏。, 跨接线不可错误地连接在试验部件“”接头与搭铁之间。,2. 测试灯,1) 12V测试灯,12V测试灯由12V测试灯、导线、各种型号接头组成。,它主要是用来检查系统电源电路是否给电器部件提供电源。,将12V测试灯一端搭铁，另一端接电器部件电源接头。,如灯亮，说明电器部件的电源电路无故障；,如灯不亮，再去接向电源方向的第二接线点，如灯亮，则故障在第一接点与第二接点之间，电路出现的是断路故障。,如灯仍不亮，则再去接

45、第三接点，直到灯亮为止。,若故障在最后被测接头与上一个被测接点间的电路上，则大多为断路故障。,2) 自带电源测试灯,自带电源测试灯与12V测试灯基本相同，它只是在手柄内加装两节1.5V干电池。它用来检查电器电路断路和短路故障。,(1) 断路检查,首先断开与电器部件相连接的电源电路，将测试灯一端搭铁，另一端接电路各接点(从电路首端开始)。,如果灯不亮，则断路出现在被测点与搭铁之间，如灯亮，断路则出现在此时被测点与上一个被测点之间。,(2) 短路检查,首先断开电器部件电路的电源线和搭铁，测试灯一端搭铁，一端与余下电器部件电路相连接。,如灯亮，表示有短路故障(搭铁)存在，然后,逐步将电路中连接器拨开

46、，开关打开，拆除部件等，直到灯灭为止，则短路出现在最后开路部件与上一个开路部件之间。,注意：不可用测试灯检查发动机微机控制系统，除非维修手册中有特殊说明，方可进行。,否则，容易对发动机微机控制系统中的精密电子元件造成破坏。,3. 万用表,万用表可用来测量交流电压、直流电压、电流和导体电阻等。汽车修理中常用万用表来测量电阻、电压、电压降等，以判断电路的通、断和电器设备的技术情况。,1) 电阻测量的方法,将开关转到电阻()挡的适当位置，校零后即可测量电阻。,汽车上很多电器设备的技术状态都可以用检查电阻的方法来判断，如检查断路、短路、搭铁故障。,注意：测量电阻时绝不能带电操作，否则易烧坏万用表。,2

47、) 直流电压测量的方法,将开关转到直流电压(V)挡的适当位置(选择量程)。,注意表笔的“”、“”极应和电路两端的正负一致；用测电压的方法可以检查电路上某点是否存在电源电压，以及电路通过电器部件电压降的大小。,4. 手持式真空泵,在现代汽车上采用了许多真空控制系统，诊断和排除真空控制系统的故障，可用手持式真空泵检测。,手持式真空泵有多种形式。它主要由一个真空表和一个吸气筒等组成。,在检测时，被测部件无须拆卸，可在车上对其检测，通过推拉手持式真空泵手柄，施加,给部件一个适当的真空度，即可确定部件上控制阀打开、关闭时的真空度。,当发动机运转时，进气歧管处产生真空，真空控制系统的真空源大都利用进气歧管

48、的真空，可用真空表对真空源进行检测。,5. 压力表,压力表可用来测量管路、容器及设备内流体或气体压力。,由于使用方便、价格便宜，在汽车修理中使用广泛。,1) 气缸压力表,气缸压力表是用来测量气缸内压缩终了时的压力，它是利用火花塞孔对气缸压力进行测量的。,2) 燃油压力表,燃油压力表是用来测量燃油供给和喷射系统工作是否正常的。,一般电控汽油喷射系统的供油总管上设有专用的油压检测口，用于和燃油压力表连接。,6. 喷油器清洗器,喷油器堵塞后，将导致混合气变稀，喷射形状差，燃油雾化不良，发动机性能变坏。,因此，必须定期对其检查、清洗。喷油器清洗器有多种，大致可分为车下清洗和车上清洗两大类。,1) 车下

49、清洗所用的清洗器,美国太阳公司生产的超声波喷油清洗及流量测定系统，在10min内可同时彻底清洗八个喷油器，并完成检漏及流量测定等作业项目。,2) 车上清洗所用的清洗器,该清洗器最大的优点是无须拆下喷油器即可随车进行清洗。,清洗器内装有除炭剂和一只电动燃油泵。,电动泵所用电源为220V交流电，清洗时清洗器的接管与供油总管上的油压检测口相连接，油压调节器回油管与清洗器相连接，断开汽油泵驱动电路。,启动发动机，并使发动机使用除炭剂在2000r/min运转10min后，停止发动机运转，喷油器清洗即告完成。,7. 专用测试仪,在检修发动机微机控制系统时，利用诊断测试仪协助查找故障是十分有效的。,当前占领

50、汽车修理业市场的专用诊断测试仪大多是台式的发动机故障分析仪。,但市面上销售的一些便携式发动机计算机测试仪也是十分实用的。,这些测试仪一般都有诊断接口，将诊断接口与发动机舱内或仪表板下方的故障诊断插座相连，然后操纵测试仪控制面板上的按键指令，即可对发动机微机控制系统的传感器、执行器及其电路进行检测。,这类测试仪的优点是携带方便，操作简单。,尽管它们的售价较高，相当于一台发动机控制计算机的平均价格，但使用它能避免检修时盲目地更换尚未损坏的部件，且能大大提高检修的速度和效率。,因此，对购买者来说，其经济效益是显而易见的。,便携式发动机计算机测试仪一般都具备如下功能：,(1) 在发动机运转或汽车行驶时

51、，对发动机微机控制系统的参数进行动态测试。,(2) 从发动机计算机的存储器中读取所存储的故障码。,(3) 发动机检修后，根据操作者的指令清除发动机计算机中所存储的故障代码。,目前，国内已开始销售一些从美国进口的发动机计算机测试仪，不同的测试仪适用于对不同的发动机微机控制系统进行诊断测试，但也有适用于多种发动机微机控制系统的，即所谓综合计算机测试仪。,如美国欧瓦顿诺工具公司(Owatonna Tool Company)销售的计算机测试仪，被称作OTC监测器(OTC Monitor)。,该监测器为液晶屏以菜单形式显示，测试时，操作控制按键选择菜单项目即可，使用简便，显示明了。,与诊断插座相连的诊断

52、数据传输电缆配有,多个接口，适用于插接各种车型的诊断插座。,测试器尾部有PROM插座，测试不同车系时，插接相应的PROM磁卡，磁卡适用于克莱斯勒(CHRYSLER)、福特(FORD)和通用(GM)车系等。,若发动机微机控制系统改进后，只需使用新修订版本的磁卡，即可进行测试。,因此，该监测器能适用于不同年代出厂的各种车型，应用范围较广。,如果修理厂为单一车系的专业修理厂，也可选用相应的专用测试仪，如测试德国大众系的V.A.G1552、美国克莱斯勒车系的,DRB(Diagnostic Readout Box)和福特车系的STAR(Self-Test Automatic Readout)等。,这些专

53、用测试仪的性能及使用方法与OTC监测器基本相同。,有些还可以与个人计算机及打印机联机，使其功能大大扩展。,常用专业测试仪使用方法详见产品使用说明书，这里不再赘述。,2.5.2 电控汽油喷射系统维修注意事项,进行电子控制汽油喷射系统的检修时，应注意下列事项：,(1) 电控汽油喷射系统工作可靠，故障很少，在一般检修中不要轻易拆检，特别是电控单元(ECU)。,只有在确定发动机本身及点火系统等无故障时，才可对电控汽油喷射系统进行检修。,(2) 电控汽油喷射系统的常见故障一般是机械故障，如接线不良，喷油器或滤清器被脏物堵塞等。,因此，出现故障时，应先从机械故障查起。,(3) 电控单元应远离其他有可能产生

54、无线电干扰的设备(如无线电收发报机，电台等)。,检修过程中禁止使用大功率仪器，禁止用电启动设备启动装有电控汽油喷射系统的汽车。,(4) 对具有故障部位自诊断功能的电控汽油喷射系统，拆检时先读取电控单元记忆的故障代码，然后再拆除蓄电池搭铁线。,因为蓄电池的搭铁线拆除后，记忆在存储器中的故障部位的故障代码将被清除。,点火开关处于接通(ON)位置时，绝不可拆,除或连接电线插头，尤其是控制装置，不能拆除或安装电瓶线。,(5) 检修L型燃油喷射系统的压力时，应拆下蓄电池至继电器的送电回路；,拆开任何油路部分，首先应降低燃油系统的压力，检修油路系统时，千万不能吸烟，并要远离明火。,(6) 检测电子控制系统

55、时应格外小心谨慎，以免造成新的故障或损坏，更不能打开电控系统微机的盖子。,因为它是不可修的，只能更换，但如果原来是好的，将盖子打开后，就有可能被损坏。,(7) 各连接处的密封垫圈均为一次性使用件，不得重复使用(特别是喷油器处的O形圈)。,橡胶密封件千万不要沾染汽油，各接头螺栓应按厂家的规定力矩拧紧。,(8) 音响设备的天线应离计算机尽可能远些，天线的连接应远离计算机连线，其距离应不少于20cm。,拆卸计算机连接线或安装计算机连接线时，一定要关闭点火开关。,(9) 当拔下油尺、拆开机油盖及曲轴箱通风管等时，可能会引起发动机运转不稳。,进气系统管路不能有裂纹、漏气，否则会引起发动机运转不稳。,(1

56、0) 一般故障可用万用表或其他通用仪器检测，但有些故障只有用电控汽油喷射系统专用分析仪(或检测仪)才能进行精确测量。,(11) 维修完毕后应重新检查点火正时、怠速转速及怠速混合气浓度等，必要时重新进行调整。,(12) 电控汽油喷射系统的大多数零件只能更换，不能进行修理。,(13) 最后特别提请注意以下几点：电控单元出现故障的可能性非常小；蓄电池正负极不可接,反；无生产厂家的详细维修资料或对电控汽油喷射系统不懂时，切勿胡乱动手修理电控汽油喷射系统，以免造成新的损坏。,2.5.3 诊断与检查方法,1. 基本检查,1) 客户意见,为了迅速查找到故障源，首先必须了解故障出现的情形、条件、如何发生及是否

57、已检修过等与故障有关的情况和信息。,为此，必须认真倾听车主或驾驶员对故障现象的描述，尽管车主或驾驶员的描述可能被,曲解或不全面，也可能是自相矛盾的，但它时常有可能把握住问题的关键。,最好的做法是：在倾听车主或驾驶员的初步意见之后，思索一下，进行一次初步诊断，随后询问一些有关的问题来帮助确定或否定初步诊断结论。,同时，认真填写客户意见调查表。,此表所含项目是发动机微机控制系统故障现象的写真记录，与诊断测试结果一起构成找故障源的依据。,2) 目测检查,目测检查的目的是为了在进入更为细致的测试和诊断之前，能消除一些一般性的故障因素。,目测检查的内容包括如下项目。,(1) 拆除空气滤清器检查滤芯及其周

58、围是否有脏物、杂质或其他污染物，必要时更换。,(2) 检查真空软管是否破裂、老化或挤坏；检查真空软管经过的途径和接头是否恰当。,(3) 检查微机控制系统电线束的连接状况：, 传感器或执行器的连接是否良好；, 线束间的连接是否松动或断开；, 电线是否有断裂或断开的现象；, 电线连接器是否插接就位；, 线束是否有磨破或线间短路的现象；, 线束连接器的插头和插座有无腐蚀现象等。,(4) 检视每个传感器和执行器有无明显的损伤。,(5) 运转发动机并检视进、排气歧管及排气氧传感器处是否有泄漏。,(6) 对故障进行必要的排除，并重新装上空气滤清器。,3) 基本检查,基本检查主要包括基本怠速和基本点火正时的

59、检查与调整。,在进行基本检查时，必须使发动机水温达到正常工作温度(约80以上)，同时，关闭车上所有附属电器装置，如空调、除霜、音响等。,并且应在水箱风扇未动作时进行检查与调整，以免风扇动作的电源消耗，影响怠速的正确性，微机控制的直接点火系统(DIS)，其基本点火角度大多为固定式的，无法也无须再作调整，故只作点火正时的检查。,在通用公司、福特公司和丰田公司的某些车辆中，还需跨接诊断接头使系统进入场地维,修模式(Field service Mode)状态，再实施基本检查。,不同的车种，其进行基本检查的步骤不尽相同，具体的操作详见相应的维修手册。,下面仅以丰田公司凌志LS400轿车为例加以说明。,(1) 基本怠速的检查, 启动发动机使水温达到正常工作温度；, 关掉所有附属电器装置；, 关掉空调电源开关；, 变速操纵杆置于N挡位置；, 连接转速表，转速表信号接柱接诊断插座的“IG0”接头，置转速表于“四缸”挡；, 检查怠速： 正常范围： 600r/min到700r/min(进气温度10以上)， 750r/min到850r/min(进气温度10以下)；, 若怠速不在规定范围内，调节节气门位置调整螺钉。若仍不符合要求，则按疑难故障诊断测试处理。,(2) 基本点火正时的检查, 启动发动机使水温达到正常温度；, 变速操纵杆置于N挡位置；, 使发动机转速稳定在怠速运转；, 用跨接线连接诊断插座的T