汽车发动机电控技术教案 (4)

项目三进气系统控制学习目标1．了解电控汽油机进气系统的组成、功用。2．了解电控汽油机进气系统电控元件的种类、作用、工作原理。3．掌握电控汽油机进气系统电控元件测试方法与测试数据分析方法。【相关知识】进气系统由空气滤清器、空气流量计、进气压力传感器、节气门体、附加空气阀、怠速控制阀、谐振腔、动力腔和进气歧管等组成，如图3-1所示。进气系统的功用是尽可能均匀地向各个气缸供给可燃混合气或纯净的空气。发动机工作时，驾驶员通过加速踏板操控节气门的开度，以此来控制进气量，控制发动机的转速。进入发动机的空气经空气滤清器滤去浮尘和杂质后，流经空气流量计，沿节气门通道进入动力腔，再经进气歧管分配到各个气缸。发动机冷车怠速运转时，部分空气经附加空气阀或怠速控制阀绕过节气门进入气缸。图3-1电控发动机空气供给系统1、空气流量计空气流量计用于流量型汽油喷射系统，它的作用是将单位时间内吸入发动机气缸的空气量转换成电信号送至ECU，作为决定喷油量和点火正时的基本信号之一。按其结构形式和进气量的检测原理可以分为以下四种：翼板式空气流量计、卡门涡旋式空气流量计、热线式空气流量计、热膜式空气流量计。2、进气压力传感器在有些汽油喷射系统中，取消了空气流量计，但在系统中设置了检测进气歧管绝对压力的进气压力传感器。当发动机运转时，随着节气门开度和发动机转速的变化，进气管内的压力也随之变化，进气管压力的变化间接表征了进入汽缸的空气量的多少。发动机ECU检测到压力传感器的电信号，以确定基本喷油时间和基本点火提前角。进气压力传感器根据信号产生原理可分为电阻应变式、电容式和半导体压敏电阻式。3、节气门位置传感器节气门位置传感器装在节气门体上，跟随节气门同轴旋转，检测节气门的开度，并将其转换成为电信号发送给ECU，作为控制喷油量、点火正时、怠速转速和尾气排放的一个比较重要的参考信号。常用的节气门位置传感器有可变电阻式、触点（开关）式和组合式三种。实训任务一空气流量计测量【实训目标】了解空气流量计的种类、结构、工作原理和实际工作中的测量方法。图3-2热线测量空子流量原理示意图【知识点】1．热线式空气流量计工作原理热线式空气流量计测量原理示意如图。电热线放在发动机进气通道中，当气流通过热线会带走热量，通过的气流越大，热线散失的热量越多。为保持电热线具有恒定温度，就要增加通入电热线的电流。热线式空气流量计就是利用测量热线电流的大小，间接测量空气的流量。热线式空气流量计由白金热线（铂金属线）、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板、以及空气流量计的壳体等元件组成。图3-2热线测量空子流量原理示意图2．热膜式空气流量计热膜式空气流量计是热线式空气流量计的改进产品。热膜式空气流量计的发热元件是铂金属膜，又被称为热膜电阻。热膜式空气流量计结构如图3-3所示。发动机起动后，热膜电阻通电发热，空气流过其周围，使其热量散失，温度下降，阻值减小，电桥电压失去平衡，控制电路增大热膜电阻的电流，使其温度与温度补偿电阻之差恒定。当电桥电路电流增大时，取样电阻的电压升高，从而将空气流量转变为电压信号输入ECU，即可测得实际的空气流量。当进气温度变化时，发热元件的温度发生变化，测量进气量的精度就会受到影响。所以，设置温度补偿电阻（温度传感器），当进气温度降低使发热元件电流增大时，温度补偿电阻的电流相应增大，保证发热元件温度与温度补偿电阻温度之差保持恒定。图3-3热膜式空气流量计结构【实训活动】热膜式空气流量计试验下面以桑塔纳2000GSi型轿车热膜空气流量计为例，加以说明。如图3-4所示，该传感器有五个端子，其中1号端子为备用端子，没有连接导线，2号端子连接的为+12v电源线，3号端子连接的为搭铁线，4号端子连接的为ECU输出给传感器的5v电源线，5号端子为空气流量计的信号输出端子。1．试验设备万用表、桑塔纳2000GSi型轿车、四根自制跨接导线和电吹风机。2．试验步骤①将点火开关置于“OFF”档。②拔下空气流量计的导线连接器，从发动机上拆下空气流量计。图3-4空气流量计接线端子和电路原理图③打开点火开关，用万用表电压档检查发动机ECU侧接线端子的电压，并画图、填表，与资料对照。④关闭点火开关，使用自制跨接导线将传感器插头的2、3、4、5号端子与线束插头的2、3、4、5号端子连接。（也可在不断开接线器情况下，将探针从接线器后刺入3、5号端子。）⑤检查确认各端子间不会出现短路或短路。⑥将点火开关置于“ON”档。⑦使用电吹风机向空气流量计的进风口吹风，同时用万用表电压档测量端子3和5之间的电压，观察其值变化，并记录。⑧将电吹风机缓慢向后移动，使其与传感器入口的距离逐渐增大，观察其3和5两端子之间电压值的变化，并记录。⑨关闭点火开关，取下测试线，并接好接线器。【思考题】1．为何测量3与5号端子的电压变化？2．随风量的增加，传感器信号呈怎样变化趋势？实训任务二进气压力传感器试验【实训目标】了解进气压力传感器的种类、结构、工作原理和实际工作中的测量方法。图3-5绝压力传感器结构图3-6绝对压力传感器电路原理图【知识点】半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器由压力转换元件（硅膜片）和放大集成电路组成。它利用半导体压电效应原理，使用硅膜片置于一个腔室中，腔室内为绝对压力，硅膜片的另一侧导入发动机进气歧管压力。当进气歧管压力变化，硅膜片两端压力差会引起硅片变形，其变形使硅片的电阻改变，通过IC电路的处理，便可以将电阻的变化转变成电压信号输出。图3-5绝压力传感器结构图3-6绝对压力传感器电路原理图【实训活动一】威驰轿车真空压力传感器车上检测1．实训设备万用表、威驰轿车或8A发动机、自制跨接导线、手动真空泵、热吹风机。2．实训步骤①起动发动机，运转至正常水温；②拔下真空压力传感器上的真空管，如图3-7（a）所示，观察发动机转速变化。③将手动真空泵真空管接到真空压力传感器上，如图3-7（b）所示；④手动缓慢改变真空度，注意观察发动机转速变化并记录。（a）（b）图3-7真空压力传感器测试⑤拔下真空泵真空管，插上发动机真空管；⑥运转发动机，观察发动机运转状况并与④比较。⑦在压力传感器接线器1、2端插入探针，参看图6电路图，用万用表电压档检测两端电压值。⑧在压力传感器上接手动真空泵，改变真空度，观察电压的变化。⑨拔下真空泵，接好真空管，检查发动机运转情况。【实训活动二】夏利车真空压力传感器测试1．实训设备万用表、夏利轿车或5A发动机、自制跨接导线、手动真空泵、热吹风机。2．实训步骤夏利轿车发动机的压力传感器是直接安装在进气管上的，压力传感器上还有进气温度传感器。传感器电路原理如图3-8所示。进行压力传感器试验，可采取以下步骤。①将点火开关置于“OFF”档。②拔下进气压力传感器的导线连接器，从发动机上拆下进气压力传感器。③使用自制跨接导线将传感器插头的1、3号端子与线束插头的1、3号端子分别连接。图3-8夏利5A发动机真空压力传感器与电路④将传感器与手动真空泵连接，并密封其连接处。⑤确认各端子间不会短路。⑥将点火开关置于“ON”档。⑦操作手动真空泵，使传感器真空度缓慢增大，同时使用万用表电压档测量端子4与搭铁之间的电压，观察其电压值变化。并记录。⑧拆下自制跨接导线。⑨将跨接导线接在A和B端子上，同时使用万用表电阻档测量端子1和2之间的电阻。记录其电阻值。⑩用热吹风机或制冷剂改变传感器近处温度，观察其输出电阻值变化，并记录。【思考题】①为何需要检测进气管的温度？②进气管真空度受哪些因素影响而变化？③为何一定要用跨接线分别连接1和3号端子，才能进行试验？实训任务三节气门位置传感器测量【实训目标】了解节气门位置传感器（TPS）的种类、结构、工作原理；掌握节气门位置传感器的测量方法。【知识点】1．触点式节气门位置传感器如图3-9所示，触点式节气门位置传感器内部有两个触点：怠速触点（IDL）和全负荷触点（PSW）。触点断开时，输出端子输出高电平“1”；触点闭合时，输出端子输出低电平“0”。当节气门关闭时，IDL闭合，PSW断开，IDL输出端输出低电平“0”，PSW输出端输出高电平“1”。ECU接受TPS这两个信号，再根据车速传感器信号，判断发动机处于怠速状态还是减速状态。当节气门开度增大时，IDL断开，PSW断开，IDL输出端输出高电平“1”，PSW也输出端输出高电平“1”。ECU接受TPS这两个信号，判定发动机处于部分负荷。当节气门全开时，IDL断开，PSW闭合，IDL输出端输出高电平“1”，PSW输出端输出低电平“0”。ECU接受TPS这两个信号，判定发动机处于大负荷运行。2．可变电阻节气门位置传感器可变电阻节气门位置传感器是一种线性电位计。其可变电阻的滑臂随节气门轴一同转动，滑臂与输出端子连接。可变电阻式节气门位置传感器是利用可变电阻滑动触点的移动，将节气门的开度转换为电信号传递给发动机ECU。结构如图3-10所示，可变电阻的滑动触点由节气门轴带动，在节气门不同开度下，触点处在电阻的不同位置。在VTA与E2之间产生信号电压。ECU根据传感器输出电压的大小，判定节气门的开度，从而获得发动机的负荷状态，对喷油量和点火时间等指令进行修正。根据发动机控制系统设计的要求不同，有的节气门位置传感器内设计有怠速开关。图3-10节气门位置传感器结构与电路原理图E2-传感器搭铁线IDL-怠速信号VTA-位置信号VC-传感器电源E1-ECU搭铁【实训活动】丰田发动机节气门位置传感器检测1．实训设备丰田发动机、数字万用表、跨接线。2．实训步骤①拔下节气门位置传感器的插接器；②将万用表笔接到传感器侧VTA与E2端，如图3-11所示；③转动节气门，观察电阻值的变化，并根据节气门开度记录电阻值；④查维修参考，判断是否符合使用要求。⑤拔下节气门位置传感器的插接器；图3-11节气门位置传感器测量示意图⑥利用跨接线按图3-12所示分连接到传感器侧插接件两端；⑦将万用表红表笔接到VTA导线上，黑表笔搭铁；⑧打开点火开关，用手转动节气门，观察电压是否随节气门位置改变而变化，并画出节气门开度与电压的变化图线。⑨将电阻变化曲线与电压变化曲线进行比较，得到什么结论？图3-12节气门位置传感器电路原理图【思考题】1、如果节气门位置传感器VTA信号输出电压过低，会有什么现象出现？2、如果节气门位置传感器IDL线接地，会有什么现象出现？训任务四桑塔纳2000GSi型轿车节气门结构原理【实训目标】了解桑塔纳2000GSi型轿车节气门的结构特点和检测方法、理解传感器工作原理、学习用常规仪器进行测量，掌握传感器信号的测量与判断。【知识点】桑塔纳2000GSi型轿车怠速控制方式为节气门直动式，取消了节气门旁通空气道，由节气门控制组件对发动机的怠速进行综合控制。节气门控制组件由怠速控制开关、节气门怠速位置传感器、节气门位置传感器、怠速控制电机及减速机构等组成。节气门组件与电路如图3-13所示。(a)(b)图3-13节气门体组件与传感器电路原理图1．节气门位置传感器G69节气门位置传感器直接连接在节气门轴上，与驾驶员操纵的加速踏板联动。通过安装在节气门轴一端的滑臂在电位计电阻上滑动，将节气门开度转换为电信号输送给电控单元。如图3-14所示。2．节气门怠速位置传感器G88传感器安装在节气门内，与怠速控制电机连接在一起，可将节气门怠速时的开度位置信号输送给电控单元，当怠速节气门电位计到达调节范围极限时，电位计不再移动，节气门仍可继续开启。如图3-15所示。图3-14节气门位置传感器图3-15节气门怠速位置传感器3．怠速开关F60怠速开关与节气门位置传感器一起安装在节气门轴上，向电控单元提供怠速状态信息。当节气门关闭时，怠速开关触点闭合，电控单元判定发动机处于怠速状态，从而按怠速工况要求控制喷油量。知识点：对于桑塔纳2000GSi型轿车由节气门检测传感器，由于节气门体内有节气门位置和怠速位置两个传感器。其电路连接如图3-13（b）所示。图3-16节气门总成接线端子标号【实训活动】1．试验设备万用表、桑塔纳2000GSi型轿车、七根自制跨接导线。