第2章汽油机电控系统概述

汽车电控技术1第2章汽油机电控系统概述2.1汽油机电控系统的基本组成2.2汽油机燃油喷射系统的分类2.3电控汽油喷射的优点汽车电控技术2信号输入装置（各种传感器）Sensors电子控制单元(ECU)执行元件Actuators电控系统的基本组成传感器执行器2.1.1发动机电控系统的构成任何一种电子控制系统，其主要组成都可分为信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行元件三部分。2.1发动机电控系统的基本组成汽车电控技术3信号输入装置：各种传感器，用于采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。常用的传感器有：空气流量计、进气管绝对压力传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、爆燃传感器、起动开关、空调开关、档位开关、制动灯开关等。电子控制单元（ECU）：给传感器提供参考电压，接受传感器或其他装置输入的电信号，并对所接受的信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行元件发出指令。执行元件：受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。常用的执行元件有：喷油器、点火器、怠速控制阀、EGR阀、炭罐电磁阀、油泵继电器、节气门控制电机、二次空气喷射阀、仪表显示器等。汽车电控技术4空气流量计MAFS：测量发动机的进气量，将信号输入ECU。进气管绝对压力传感器MAPS：测量进气管内气体的绝对压力，将信号输入ECU。节气门位置传感器TPS：检测节气门的开度及开度变化，信号输入ECU。凸轮轴位置传感器CMPS：提供曲轴转角基准位置信号。曲轴位置传感器CKPS：检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号。进气温度传感器IATS：检测进气温度信号。冷却液温度传感器ECTS：给ECU提供冷却液温度信号。车速传感器VSS：检测汽车的行驶速度，给ECU提供车速信号（SPD信号）。传感器的类型及功用：汽车电控技术5氧传感器O2S：检测排气中的氧含量。爆燃传感器KS：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。空调开关A/C：当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向ECU输入信号。档位开关：自动变速器由空档挂入其他档时，向ECU输入信号。起动开关STA：发动机起动时，给ECU提供一个起动信号。制动灯开关：制动时，向ECU提供制动信号。动力转向开关：当方向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时向ECU输入信号。巡航控制开关：当进入巡航控制状态时，向ECU输入巡航控制状态信号。汽车电控技术62.1.2发动机电控系统的功能电子燃油喷射系统（EFI）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。电控点火系统（ESA）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。汽车电控技术7怠速控制系统（ISC）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。排放控制系统功用：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。进气控制系统功用：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。汽车电控技术8增压控制系统功用：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。巡航控制系统功用：设定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作，使汽车自动维持一定车速行驶。警告提示功用：由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示。汽车电控技术9自诊断与报警系统功用：用来提示驾驶员发动机有故障；同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围。失效保护系统功用：主要是当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。应急备用系统功用：是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防车辆停驶在路途中。汽车电控技术102.2.1按喷射位置分类缸内直接喷射：喷油器装在气缸盖上，把燃油直接喷入气缸内。目前未全面推广。进气管喷射：燃油喷在进气管上。按喷油器数量不同，又分为：单点喷射系统：在节气门上方有一个中央喷射装置，用1～2个喷油器集中喷射。又称为节气门体喷射TBI或中央喷射CFI。多点喷射系统：每缸进气门处装有1个喷油器，由ECU控制喷油。单点喷射系统多点喷射系统2.2汽油机燃油喷射系统的分类汽车电控技术11类型燃料供给方式连续喷射方式（K型、KE型）在发动机运转期间，汽油连续不断地喷射到进气道内。间歇喷射方式（EFI型）在发动机运转期间，将汽油间歇喷入进气道内。同时喷射所有喷油器同时喷油、同时断油分组喷射将喷油器分成几组。同组喷油器同时喷油及断油顺序喷射各喷油器按发动机工作顺序喷油2.2.2按喷射时序分类汽车电控技术12同时喷射特点：所有各缸喷油器由ECU控制同时喷油和停油。工作原理：喷油正时控制是以发动机最先进入作功行程的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。汽车电控技术13分组喷射特点：把所有喷油器分成2～4组，由ECU分组控制喷油器。工作原理：以各组最先进入作功的缸为基准，在该气缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。汽车电控技术14顺序喷射特点：喷油器驱动回路数与气缸数目相等。工作原理：ECU根据凸轮轴位置传感器（G信号）、曲轴位置传感器（Ne信号）和发动机的作功顺序，确定各气缸工作位置。当确定各缸活塞运行至排气行程上止点某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸开始喷油。汽车电控技术152.2.3按进气量的计量方式分类汽车电控技术16开环控制系统：对发动机及控制系统的精度要求高，控制精度低。（无氧传感器）通过实验室确定的发动机各工况的最佳供油参数预先存入电脑，在发动机工作时，电脑根据系统中各传感器的输入信号，判断自身所处的运行工况，并计算出最佳喷油量。其精度直接依赖于所设定的基准数据和喷油器调整标定的精度。当使用工况超出预定范围时，不能实现最佳控制。闭环控制系统：装有氧传感器。可达到较高的空燃比控制精度。•（有氧传感器）在系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，在通过电脑与设定的目标空燃比进行比较，并根据误差修正喷油量。空燃比控制精度较高。目前普遍采用开环和闭环相结合的控制方案。注意2.2.4按有无反馈信号分类汽车电控技术172.2.5按喷射系统的控制方式分类机械式汽油喷射系统：机械式汽油喷射系统：喷射装置和计量装置都是机械装置机电混合式汽油喷射装置：改进型的K系统，在机械控制装置上增加了电控单元、传感器和电液式压差调节器电控式汽油喷射系统：单一电控汽油喷射系统：用单一的ECU控制单一的电控系统发动机集中管理系统：Motronic系统，将多项控制功能集中在一起统一管理，目前电控系统都采用集中管理系统汽车电控技术182.2.6按喷油压力高低分类高压燃油喷射系统：高于进气管压力200KPa以上，广泛运用于MPI系统。低压燃油喷射系统：低于进气管压力200KPa以下，广泛运用于SPI系统。汽车电控技术192.3电控燃油喷射系统的优点电子控制技术在汽油机上的应用全面提高了汽油机的综合性能，与化油器式汽油机相比，电控汽油喷射在以下几个方面有明显的改善和提高。1.改善了各缸混合气的均匀性在化油器式汽油机中，当混合气在通过不同截面、不同长度和具有一定弯曲弧度的进气管时，由于空气和汽油微粒的密度不同，空气比较容易改变方向，而汽油微粒受惯性力的作用继续向进气管的末端运动，造成了各缸混合气浓度不均匀。对于微机控制的多点喷射系统，燃油喷在各缸的进气歧管内，从进气总管分流到各缸的仅仅是空气，这样就能使各缸混合气的浓度基本一致，有利于降低CO和HC的排放量，改善发动机的经济性。汽车电控技术202.发动机的动力性和经济性有了一定程度的提高由于电控汽油喷射采用压力喷射方式形成混合气，因此进气管中不需要设置喉管，这样可以降低进气系统的阻力，减少进气压力损失，使发动机具有较高的充气效率，从而有利于提高发动机的经济性和动力性。另外，电控汽油机一般不采用进气预热，这样可以提高进气的密度，有利于提高发动机的升功率。3.有害物排放量显著减少现代电控汽油机都采用空燃比反馈控制，因而在闭环控制时，都能把空燃比精确控制在14.7：1附近（即λ＝1）。此时，三元催化转化器具有最高的净化效率，使排人大气中的CO、HC和NOx大大减少。另外，有些电控汽油机还采用废气再循环、二次空气喷射、进气涡流强度控制、废气涡轮增压等多种综合措施。这些综合措施不仅可以提高发动机的其他性能，而且可以进一步减少汽油机有害物的排放量。汽车电控技术214.改善了汽油机过渡工况响应特性发动机运行工况发生变化，电控系统能根据传感器的输入信号迅速调整喷油量或增加异步喷射，提供与发动机运行工况相适应的空燃比，不仅提高了汽油机变工况响应速度，而且也改善了工况过渡的平稳性。另外，电控汽油机采用压力喷射方式，汽油的雾化质量好、蒸发速度快，在各种工况下混合气都有良好的品质，也有利于提高汽油机非稳定工况的性能。5.改善了汽油机对地理及气候环境的适应性由于电控系统是根据进气质量来确定喷油量的，因此当汽车在不同地理环境或不同气候条件的地区行驶时，由大气压力和温度变化引起的进气密度变化，对电控系统的空燃比控制没有影响，使汽车在各种地理环境及气候条件下都能保持良好的排放性能。汽车电控技术226.提高了汽油机高、低温起动性能和暖机性能发动机在高温或低温条件下起动时，电控系统根据起动时发动机冷却水的温度，提供与起动条件相适应的喷油量，使汽油机在高温和低温条件下都能顺利起动。低温起动后，电控系统又能根据发动机冷却水温度，白动调整怠速空气供给量和喷油量，缩短了汽油机暖机时间，使发动机很快进入带负荷运行状态。综上所述，电控系统使汽油机在低排放、低油耗和高功率等方面有了质的飞跃和提高。随着科学技术的进步与发展，电控系统的控制功能将会进一步拓展，制造和使用成本将进一步降低，可靠性和使用寿命将进一步提高。电子控制技术将会使汽车发动机的综合性能迈上新的台阶。