模块1汽车发动机电控技术概述1

主讲教师：高红花课程培养目标：掌握发动机喷油系统、点火系统、怠速系统、废气循环系统、油箱蒸发回收系统的工作原理和检修方法，并能进行发动机综合故障诊断。模块1汽车发动机电控系统概述学习内容：项目1汽车电子控制技术概述项目2发动机电控系统的组成与工作原理项目3发动机控制模块ECU的组成及检测学习目的：1.熟悉发动机电控技术的发展历程；2.认识发动机电控系统；3.掌握发动机电控系统基本组成与控制原理。第一节发动机电控技术的发展第二节应用在发动机上的电子控制系统模块1汽车发动机电控技术概述汽车发动机的基本构造四冲程发动机的工作过程四冲程发动机的工作原理吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程发动机排量活塞由上止点运动到下止点扫过的容积乘以缸数基本名词定义压缩比气缸最大容积与燃烧容积之比空燃比空燃比＝缸内空气的质量/缸内燃料的质量过量空气系数λλ=1Kg燃料完全燃烧时实际的空气量/1Kg燃料完全燃烧时理论所需的空气量λ=1，完全燃烧λ＞1，空气过量，稀混合气λ＜1，空气不足，浓混合气柴油汽油发动机燃料的分类汽油的牌号指辛烷值，辛烷值越高，抗爆性越好。柴油的牌号根据凝固点来确定。代用燃料HCNOxCO汽油机的有害排放物组成1、20世纪30年代真空电子管收音机是汽车电子技术的第一次出现。2、20世纪60年代，轿车中开始使用硅二极管，极大地改善了汽车的使用性能。3、汽车电子控制技术的真正发展是在1967年，首次将集成电路应用到汽车中。随后，美国克莱斯勒公司的汽车中配置电子控制点火装置，BOSCH公司开发出电控燃油喷射装置。4、20世纪70年代末期，为解决汽车安全、污染和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统一、汽车电控技术的发展历史第一节发动机电控技术的发展5、20世纪80年代以后，微型计算机向智能化方向发展，并扩展到多个领域：主要有辅助驾驶、安全装置、型号装置、舒适方便装置等。6、20世纪90年代以后，微型计算机不断更新，极大地促进了汽车电子技术的发展。当前的汽车的电子技术分类有：动力控制系统、车辆行驶姿态控制、车辆内部控制和信息传送等。电控系统控制：独立控制→集中控制→整车控制技术总的来说发动机电控技术发展分为三个阶段：第一阶段，从20世纪60年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，如在车上装了晶体管收音机；第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期，为解决安全、污染、和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统；第三阶段，20世纪90年代中期以后，电子技术广泛的应用在底盘、车身、和车用柴油发动机多个领域。二、电控技术对发动机性能的影响1.提高发动机的动力性2.高发动机燃油经济性3.降低排放污染4.发动机的加速和减速性能5.改善发动机的起动性能为什么电喷？•动力性•经济性•排放性•燃油经济性好•瞬态响应快捷、及时•改善冷起动和暖机过程•怠速控制好•降低排放电喷系统的优越性点火提前角空燃比怠速汽油电喷系统的基本控制任务电喷系统主要控制模块•Coldstartcontrol冷起动控制•Idlingcontrol怠速控制•Accelerationcontrol加速控制•Decelerationcontrol减速控制•Cut-offcontrol断油控制•Fullloadcontrol全负荷控制•Barometriccorrection大气压力修正•Knockcontrol爆震控制•Revlimitercontol转速限制控制•Fuelpumpcontrol燃油泵控制•Systemself-adaptivity系统自适应•Electricalbalance电力平衡欧洲排放法规欧Ⅰ、欧Ⅱ、欧Ⅲ和欧Ⅳ的限值欧Ⅰ（g/km）欧Ⅱ（g/km）COHC+NOxPMCOHC+NOxPM汽油车2.720.972.20.5柴油车2.720.970.141.00.70.08直喷式柴油车2.721.360.201.00.90.10欧Ⅲ（g/km）欧Ⅳ（g/km）COHCNOxHC+NOxPMCOHCNOxHC+NOxPM汽油车2.30.20.151.00.10.08柴油车0.640.50.560.050.50.250.300.025汽油电喷系统+三元催化装置是满足上述要求的强有力手段。人食物/水空气排泄工作消化吸收发动机燃油空气排放工作燃烧发动机排放监控喷油控制喷油器变速箱进气管催化转换器车辆传动系统节气门点火控制空气燃油动力排放何为“闭环控制”燃油量空气量发动机排气氧传感器读取空燃比控制燃油量修正燃油量控制原理氧传感器及三元催化器系统功能示意图内燃机废气混合气形成ECU燃料空气氧传感器氧传感器测出排气管中废气的含氧量，经电子控制系统对信号进行处理，输出控制信号，控制机构分别对混合气中的空气量和供油量进行调整，从而能保证在整个工况范围内λ值在1附近。只有λ在1附近时，三元催化器的转化效率最高，能同时大大的降低HC、CO和NOX。空燃比约为14.7时：（1Kg燃料完全燃烧时实际的空气量）此时，定义为λ=1λ=1，完全燃烧λ＞1，空气过量，稀混合气，λ=1.4时过稀不能燃烧；λ＜1，空气不足，浓混合气，λ=0.4时过浓不能燃烧。过量空气系数λ•空燃比控制是排放的最大影响因素。•电喷系统能够精确控制空燃比，是其最大优点。电喷系统的实质空气进气量＝f(进气温度，进气压力，）速度/密度计算法燃油量＝f(油轨压力，进气管压力，喷油器开启时间)一、电子燃油喷射系统二、电控点火系统三、怠速控制系统四、排放控制系统五、进气控制系统六、增压控制系统七、巡航控制系统八、警告系统九、自诊断与报警系统十、失效保护系统十一、应急备用系统第二节应用发动机上的电子控制系统功用：根据进气量确定基本喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号等对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。一、电子燃油喷射系统（EFI）何时喷？燃油控制喷多少？喷油正时喷油脉宽功用：是点火提前角控制。根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。二、电控点火系统（ESA）何时点火？点火控制点火能量？点火正时闭合角控制功用：是在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。三、怠速控制系统（ISC）功用：主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括：废气再循环（EGR）控制，活性炭罐电磁阀控制，氧传感器和空燃比闭环控制，二次空气喷射控制等。四、排放控制系统功用：主要是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机动力性。五、进气控制系统功用：是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增加装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。六、增压控制系统3.节气门位置传感器作用•反映节气门开度（负荷）的大小，判定发动机怠速、部分负荷、全负荷工况，实现不同的控制模式；•反映节气门变化快慢（加速、减速），实现加速加浓和减速减油或断油控制。安装•节气门拉线对面4.进气温度传感器作用：检测进气温度安装进气温度传感器可独立装于气路，或与进气流量传感器、进气压力传感器组成为一体；可以在节气门前或节气门后。5.发动机转速和曲轴位置传感器作用•产生发动机曲轴转速信号，决定基本喷油量和基本点火提前角；•产生曲轴基准位置信号（一缸上止点信号），计算曲轴转角；•产生发动机曲轴转角信号，判定曲轴（或活塞）位置。曲轴位置传感器安装曲轴、凸轮轴、分电器•丰田8A-FE发动机的曲轴位置传感器CrankshaftPositionSensor6.凸轮轴位置传感器作用•判定凸轮轴位置（一缸压缩上止点位置）安装•分电器、凸轮轴7.冷却液温度传感器作用：检测冷却液温度安装：•冷却液温度传感器装于缸体、缸盖的水套中。空燃比控制对排放转化效率的影响11.010.99lConversionEfficiencyNOxCOHC高效率转化效率带是十分严格的!!!改进动态控制优化燃烧氧化反应空燃比的波动有利于催化转化效率的提高富氧环境有利于CO、HC的转化贫氧环境有利于Nox的转化铂、铑催化剂氧的零平衡发动机瞬态控制燃油的瞬态管理湿壁现象怠速区中间加速区完全加速区节气门开度怠速维持开度发动机转速控制区域划分怠速控制节气门开度：1.0/1.2度区分怠速的唯一信号：节气门开度二、马瑞利电喷系统构成电喷系统组成部分•传感器•ECU控制器•执行器发动机传感器控制器ECU（含硬件和软件）执行器•接收并分析得到的信息•决定如何调整发动机•发出指令至执行器•接收控制器指令•按指令实行动作•监控发动机工况•将传感器信息传输至控制器ECU传感器•节气门位置传感器•空气温度/压力传感器•冷却液温度传感器•凸轮轴/转速传感器•相位传感器•氧传感器•爆震传感器•车速传感器•空调请求信号•整车输入信号传感器信号源•0－5000毫伏ECU控制器•ECU：发动机控制单元执行器•怠速步进电机•喷油器•油泵•点火线圈•碳罐控制阀•爆震控制信号•风扇控制信号•空调控制信号•仪表盘输出信号•诊断输出信号•防盗功能执行器指令•喷油量•点火时刻•点火能量•怠速步进电机•碳罐开闭•风扇开启•空调开启•仪表盘信号执行器电源12伏特IAW系统零件总览(输入/输出)三、电喷系统零部件1.发动机ＥＣＵ13.仪表板2.空气压力传感器14.喷油器3.空气温度传感器15.氧传感器(加热器)4.上止点／转速传感器16.燃油泵5.相位传感器17.碳罐电磁阀6.节气门位置传感器18.风扇控制（两个速度档）7.爆震传感器19.压缩机继电器控制8.冷却温度传感器20.怠速步进电机9.氧传感器(l信号)21.诊断接口10.空调请求22.防盗器11.转速传感器23.继电器12.点火线圈和火花塞IAW49C系统总览1.油箱2.油泵3.多功能阀4.安全阀5.燃油输送管6.发动机ＥＣＵ7.电瓶8.点火开关9.惯性开关10.系统继电器11.空调压缩机12.碳罐电磁阀13.保险丝14.活碳滤清器15.ＥＣＵ编码16.压力传感器17.上止点／转速传感器18.火花塞19.发动机冷却温度传感器20.喷油器21.节气门位置传感器22.怠速步进电机23.油轨24.空气滤清器25.点火线圈26.氧传感器27.警示灯28.转速计29.催化器30.爆震传感器31.相位传感器节气门位置传感器Idleadjustmentactuator怠速步进电机Throttlepositionsensor节气门位置传感器用来测量节气门开度空气循环:怠速调节执行器1.步进电机2.旁通管3.作动器4.节气门5.节气门阀体空气温度/压力传感器•空气温度/压力传感器用来测量进气管内的空气温度和压•进气管绝对压力信号：进气管绝对压力传感器，标志充气量和扭矩。•进气管空气温度信号：进气管进气温度传感器，标志充气量修正。abcdTPRT3abcd癟a(-)b(+)MAPAirtemperatureandabsolutepressuresensorsTPRT03温度和绝对压力传感器a-signalgnd(pin54)信号接地b-Airtemperaturesignal(pin55)空气温度信号c-5volsensorsupply(pin68)5伏传感器供电d-pressuresignal(pin75)压力信号冷却液温度传感器•用来测量发动机的工作温度；a.电极(+)与外界空气接触b.电极(-)与发动机尾气接触1.陶瓷保护套2.保护管3.铁保护套4.电阻l=1理论空燃比.l1稀混合气在排气中有过多的氧l1浓混合气空气过少,在排气中有非常少的氧氧传感器氧传感