汽车发动机电控技术

《汽车发动机电控技术》教案模块一概述课题一发动机电子控制技术发展史一、汽油机电子控制技术发展史为适应降低汽油机燃油消耗和有害物排放量的要求，汽油机燃油供给技术经历了从机械控制汽油喷射到现在的发动机集中管理系统，以及目前正在迅猛发展的缸内直喷技术。1934年，德国怀特（Wright）兄弟发明了向发动机进气管内连续喷射汽油来配制混合气的技术。1952年，德国Bosch公司研制成功了第一台机械控制缸内喷射汽油机。1958年，Bosch公司研制成功了机械控制进气管喷射汽油机。1953年美国本迪克斯公司（Bendix）开始研制由真空管电子控制系统控制的汽油喷射装置，并在1957年研制成功。1967年，德国博世（Bosch）公司根据美国本迪克斯公司的专利技术，开始批量生产利用进气歧管绝对压力信号和模拟式计算机来控制发动机空燃比A/F的D型燃油喷射系统（D-Jetronic）。1973年，德国Bosch公司在D型燃油喷射系统（D-Jetronic）的基础上，改进发展成为L型燃油喷射系统（L-Jetronic）。1973~1974年，美国通用（General）汽车公司生产的汽车装上了集成电路IC点火控制器。1976年，美国克莱斯勒（Chrysler）汽车公司研制成功微机控制点火系统，取名为“电子式稀混合气燃烧系统ELBS”。1977年，美国通用汽车公司研制成功了数字式点火控制系统。1979年，德国Bosch公司开发出了M—Motronic系统，即发动机集中管理系统。1979年，日本日产（Nissan）汽车公司研制成功了集点火时刻控制、空燃比控制、废气再循环控制和怠速转速控制与一体的发动机集中控制系统ECCS。1980年，日本丰田（TOYOTA）公司开发出了具有汽油喷射控制、点火控制、怠速转速和故障自诊断功能的丰田计算机控制系统TCCS。1981年，Bosch公司开发出了LH-Jetronic系统。1987~1989年，Bosch公司开发出电控单点汽油喷射系统。1995年，日本三菱（MITSUBISHl）汽车公司公布了电控缸内直喷汽油机（即GDI系统）。2001年，Volkswagen/Audi集团研制出独有的FSI（FuelStratifiedInjection）缸内直喷系统。1994年上海大众推出采用D-Jetronic电控汽油喷射系统的桑塔纳2000型轿车。2000年，我国政府规定：5人座以下的化油器式发动机汽车自2001年1月1日起停止生产。二、柴油机电子控制技术发展史20世纪70年代典型的产品有德国Bosch公司电控VE分配泵，日本Zexel公司的电控系统。20世纪80年代基于时间控制方式的新型电控喷油泵和高压喷射系统的开发取得了巨大成功。典型产品有第二代电控VE分配泵的ECD—Ⅱ；德国Bosch公司可变预行程直列柱塞式电控喷油泵。三、发动机电控技术发展趋势①喷油规律的控制②混合气浓度分布控制③输出扭矩控制④可变EGR控制课题二发动机电子控制系统的组成就总体结构而言，发动机电子控制系统都是由传感器、电子控制单元（ElectronicControlUnit，简称ECU）和执行器3部分组成。桑塔纳2000GSi、3000型轿车发动机电子控制系统的传感器有空气流量传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、怠速节气门位置传感器和节气门位置传感器（两只传感器与节气门控制组件J338制作成一体）、冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器、爆震传感器和车速传感器。发动机电控单元（ECU）除了接收上述传感器输送的信号外，还要接收点火启动开关、空调开关、怠速开关F60、电源电压以及空挡安全开关（对装有自动变速器的汽车而言）信号，以便判断汽车运行状态并采取相应的控制措施。桑塔纳2000GSi、3000型轿车发动机电子控制系统的执行器有电动燃油泵、电磁喷油器、怠速控制电动机（在节气门控制组件J338内），活性炭罐电磁阀、点火控制器和点火线圈。发动机上不同的执行器完成不同的控制功能。一个执行器和若干个传感器组合起来，构成了发动机电子控制系统中一个子系统，有的子系统同时具有多种控制功能。这些子系统有燃油喷射控制系统、微机控制点火系统、空燃比反馈控制系统、怠速控制系统、燃油蒸气回收系统、发动机爆震控制系统、超速断油控制系统、减速断油控制系统、溢流清除控制系统、故障自诊断系统等。课题三汽油机燃油喷射系统的分类一、按喷油器的喷射部位分类按喷油器喷射燃油的部位不同，汽油机燃油喷射系统可分为进气管喷射系统和缸内喷射系统两种类型。其中进气管喷射又可分为单点喷射（SPI、TBI或CFI）和多点喷射（MPI）两种类型，多点喷射又可分为压力型（即D型）和流量型（即L型）多点喷射系统两种类型。1．进气管喷射系统对于进气管喷射系统，按喷油器的安装部位不同，又分为单点喷射系统和多点喷射系统。（1）单点喷射系统单点喷射系统（SinglePointFuelInjectionSystem，缩写为SPFI或SPI）也称节气门体喷射或集中喷射系统，是指在多缸发动机节流阀体（即节气门体）的节气门上方安装一只或并列安装两只喷油器的燃油喷射系统。（2）多点喷射系统多点喷射系统（Multi-PointFuelInjectionSystem，缩写为MPFI或MPI）是指在发动机每个汽缸进气门前方的进气歧管上均设计安装一只喷油器的燃油喷射系统。发动机工作时，燃油适时喷在进气门附近的进气歧管内，空气与燃油在进气门附近混合，使各个汽缸都能得到混合均匀的混合气。2．缸内喷射系统缸内喷射系统又称为缸内直接喷射系统，其主要特点是：喷油器安装在汽缸盖上，喷油器以较高的燃油压力（约3~4MPa）把汽油直接喷入发动机汽缸内，并与空气混合形成可燃混合气，如图1-7所示。目前，大众（VAG）、宝马（BMW）、奔驰（Mercedes-Benz）、通用（GM）以及丰田（ToyotaLexus）等公司已经开始使用缸内喷射系统。二、按喷油器喷射方式分类按喷油器喷射方式分类，汽油机燃油喷射系统可以分为连续喷射系统和间歇喷射系统两种类型。1．连续喷射系统连续喷射系统是指在发动机运行期间，喷油器连续不断地喷射燃油的燃油喷射系统。2．间歇喷射系统间歇喷射系统是指在发动机运转期间，喷油器间歇喷射燃油的燃油喷射系统。间歇喷射系统按照各缸喷油器的喷油时序不同，分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种方式。（1）同时喷射同时喷射是指各缸喷油器开始喷油和停止喷油的时刻完全相同。一般发动机曲轴每转一圈，各缸喷油器同时喷油一次，发动机一个工作循环所需的油量，分二次喷入进气管。（2）分组喷射分组喷射是指把发动机所有汽缸分成2组（四缸机）或3组（六缸机），ECU用两个或三个控制电路控制各组喷油器。发动机工作期间，各组喷油器依次交替喷射，每个工作循环各组喷油器都喷射一次(或两次)。（3）顺序喷射顺序喷射又称次序喷射，是指在发动机运行期间，喷油器按各缸的工作顺序，依次把汽油喷入各缸的进气歧管。发动机曲轴每转二圈，各缸喷油器轮流喷油一次。三、按喷射系统的控制方式分类按汽油喷射系统的控制方式不同，汽油机燃油喷射系统可分成机械控制式汽油喷射系统、机电结合式汽油喷射系统和电子控制式汽油喷射系统。1．机械控制式汽油喷射系统机械控制式汽油喷射系统是指利用机械机构实现燃油连续喷射的汽油喷射系统。2．机电结合式汽油喷射系统3．电子控制式汽油喷射系统电子控制式汽油喷射系统是指由电控单元直接控制燃油喷射的系统。现代电喷汽油机已全部采用电子控制式汽油喷射系统，但汽油机电控系统发展的初期，都是仅具有单一电控汽油喷射控制功能，现已全部被发动机集中管理系统所代替。发动机集中管理系统由德国Bosch公司于1979年首先推出，称为Motronic系统，该系统是一个集汽油喷射控制、点火控制和空燃比反馈控制等多项控制功能于一体的电控系统。现代汽油机发动机集中管理系统的基本控制除了以上三项外，还增加了怠速控制、活性炭罐清洗控制、故障自诊断和带故障运行等基本控制功能。此外，根据需要配置相关的装置和系统，还能增加废气再循环控制、二次空气喷射控制、进气谐振增压控制、进气涡流控制、配气定时控制等控制内容和功能。四、按进气量测量方式分类按空气量测量方式分类，可分为间接测量方式汽油喷射系统和直接测量方式汽油喷射系统两类。1．间接测量方式汽油喷射系统ECU通过测量发动机转速、节气门开度或进气歧管压力，计算出发动机吸入的空气量。按所需测量的参数分类，可分为节流-速度方式和速度-密度方式两种。（1）节流-速度方式节流-速度方式是指ECU通过测量节气门开度和发动机转速，根据节气门开度、发动机转速和发动机进气量的关系，计算出每一循环进入汽缸的空气量，从而确定循环基本喷油量。（2）速度-密度方式速度-密度方式是指ECU通过测量进气歧管压力和发动机转速，根据进气歧管压力、发动机转速和发动机进气量的关系，计算出每一循环进入汽缸的空气量，从而确定循环基本喷油量。Bosch公司的D-Jetronic系统。2．直接测量方式汽油喷射系统直接测量方式采用空气流量传感器直接测量发动机单位时间吸入的空气量，ECU根据流量传感器测出的空气流量和发动机的转速，计算出每一工作循环发动机吸入的空气量，从而确定循环基本喷油量。对于直接测量方式，按测出的是空气的体积流量，还是质量流量，可分为体积流量方式和质量流量方式。（1）体积流量方式体积流量方式采用翼片式空气流量传感器或卡门旋涡式空气流量传感器，测量发动机单位时间吸入的空气体积。（2）质量流量方式质量流量方式利用热线式或热膜式空气流量传感器，测量发动机单位时间吸入的空气质量。。模块二传感器及检测课题一空气流量传感器根据检测进气量的方式不同，空气流量传感器分为D型（即压力型）和L型（即空气流量型）两种类型。“D”型来源于德文“Druck（压力）”的第一个字母，是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。装备“D”型传感器的系统称为“D”型燃油喷射系统，控制系统利用该绝对压力和发动机转速来计算吸入汽缸的空气量。“L”型来源于德文“Luftmengen（空气流量）”的第一个字母，是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。汽车采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、涡流式）传感器和质量流量型（如热丝式和热膜式）传感器。一、翼片式空气流量传感器翼片式空气流量传感器是一种体积式空气流量传感器。结构简单、工作可靠、价格便宜，但体积大、进气阻力大、急加速反应迟缓。1．翼片式空气流量传感器的结构翼片式空气流量传感器（又称叶片式空气流量传感器）安装在空气滤清器与节气门之间的进气管路上。翼片式空气流量传感器主要由翼片组件和电位计组件两部分组成。翼片组件和电位计组件是同轴结构，轴端有盘形回位弹簧。翼片组件主要由计量翼片和缓冲翼片构成。调整齿轮用来调整回位弹簧的预紧力矩，对流量传感器的输出特性进行调整。旁通气道的流通截面积可由一个CO调整螺钉进行调整。汽油泵开关设置在空气流量传感器内，由滑臂控制。在空气流量传感器内还设有进气温度传感器。2．翼片式空气流量传感器的测量原理电阻转变成ECU接收的电压信号的方法有两种（即空气流量信号的选择方法有两种）：方法一：蓄电池通过VB端子向传感器提供电源电压；VC端子是两电阻之间的一个电压输出端，在两电阻值不变时，其电压值仅与VB端子的蓄电池电压有关；VS是滑臂在电阻膜片滑动时得到的电压，该电压随节气门开度的增大而增大，同时当蓄电池电压变化时，该电压值也变化。在这种电路中，一般用（VC－VS）/VB作为传感器的输出信号，该信号与空气流量成反比而且线性下降。采用（VC－VS）/VB作为传感器的输出信号可以消除蓄电池电压VB的波动对测量结果的影响。方法二：在该传感器电路中，直接用传感器滑臂上的输出电压作为传感器的输出信号电压。该电路中的电源电压由ECU的稳压电路提供。3．翼片式空气流量传感器的工作电路4．翼片式空气流量传感器的检测翼片式空气流量传感器的常见故障有：翼片轴卡滞、气道脏污、插接器松动、导线断开、无工作电压、油泵触点接触不良、电位计滑臂与