汽车发动机电控系统维修-学习情境一

学习情境一认识汽车发动机电子控制系统学习目标·通过本情境的学习，读者能够认识发动机电子控制系统，并能够做好进入车间维护维修的准备工作。·具体学习目标如下。①认识发动机电控系统的组成和功能。②认识电子控制系统的工作过程。③能够注重职场安全，做好维修前的准备工作。学习任务·为了帮助读者认识发动机电子控制系统并能够做好进入车间维护维修的准备工作，本情境安排的学习任务如下。任务一认识发动机电子控制系统。任务二认识电子控制系统工作过程。任务三电控发动机维修前的准备工作。任务一认识发动机电子控制系统任务二认识电子控制系统工作过程任务三电控发动机维修前的准备工作任务一认识发动机电子控制系统一、学习目的·汽车的安全、环保和节能是当今汽车技术发展的主要方向，而解决环保和节能两大难题是现代发动机的主要目标。·在发动机上采用燃油喷射及电子点火等电子控制系统，可以改善电控发动机的工作状况，节省燃料消耗，并减少有害气体的排放。·通过本任务的学习，读者对发动机电控系统的功能和组成会有一个初步的认识。二、相关知识（一）汽油发动机电子控制系统概述1．为什么使用发动机电控系统·汽油发动机通过汽油和空气混合气体的燃烧产生动力。·汽油发动机产生动力的3个基本要素为良好的空气—燃油混合气、很高的压缩力、正确的点火正时及强烈的火花，如图1-1所示。·为了同时达到这3个要素，严格控制空气与燃油混合气的比例和点火正时是最重要的。·在1981年以前，唯一存在的发动机控制系统是电控燃油喷射（EFI）系统，使用计算机控制喷油量。·为了与发动机及车辆的各种工况相适应，现在的发动机上使用了更多的计算机控制系统，包括电子控制点火提前（ESA）、怠速控制（ISC）、诊断系统等，所以又常称为发动机集中控制系统或发动机管理系统（EMS）。·如Bosch公司的Motronic系统、GM公司的DEFI系统、FORD公司的EEC系统、丰田公司的TCCS系统、日产公司的ECCS系统等，控制功能越来越完善。2．电子控制系统·一个计算机系统要正常进行工作，通常应该包括输入设备、处理器和输出设备。·汽车上的电子控制系统由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三大部分组成，传感器、执行器和电子控制单元通过线束连接，如图1-2所示。·典型汽油发动机电控系统组成如图1-3所示。（二）发动机电控系统的功能1．电控燃油喷射（EFI）·电控燃油喷射系统使用各种传感器探测发动机和车辆的运行工况，根据来自这些传感器的信号，ECU计算喷油量并驱动喷油器以喷射合适的油量，如图1-4所示。2．电子控制点火提前（ESA）·电子控制点火提前系统根据各种传感器的信号（如发动机转速和发动机负荷），感知发动机工况，然后选择适合当前情况的最佳点火正时，如图1-5所示。3．辅助控制·辅助控制系统包括怠速控制、进气谐波增压控制、可变气门正时控制、涡轮增压控制、排放控制等。·怠速控制（ISC）系统通过控制怠速，使发动机可在各种工况（暖机、高负荷等）下保持正常工作，如图1-6所示。·为了将排气中的有害成分（HC、CO、NOx）降到最低，发动机使用了二次空气喷射、燃油蒸发排放（EVAP）控制、三元催化转化（TWC）器、废气再循环（EGR）和曲轴箱强制通风（PCV）等排放控制系统（见图1-7）。4．诊断系统·发动机ECU有自诊断的功能。·ECU不断地监视由各种传感器传来的信号，如果它监测到一个故障的输入信号，就用诊断故障代码（DTC）记录该故障并点亮故障指示灯（MIL）。·在进行诊断维修时，可使故障指示灯闪烁来读出故障代码，或者使用检测仪输出故障代码或其他数据，如图1-8所示。（三）汽油发动机电控系统的优点①喷油器可以安装在进气门附近，使进气管的设计更合理，改善了各缸混合气的均匀性。②电控汽油机采用压力喷射方式，汽油的雾化质量好。③进气管中不需要设置喉管，通常不采用进气预热，减少了进气阻力，提高了进气密度及发动机的动力性和经济性。④通过精确控制空燃比和采用排放净化措施，使有害物排放量显著减少。⑤电控系统根据传感器的输入信号随时判断发动机运行工况的变化，调整喷油量，改善了汽油机过渡工况响应特性。⑥在各种环境条件下可以准确计算进气量，改善了汽油机对地理及气候环境的适应性。⑦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，提高了汽油机高低温起动性能和暖机性能。（四）丰田3SZ-FE发动机控制系统零部件·要认识发动机电控系统，应该熟悉发动机控制系统的零部件位置。·丰田3SZ-FE发动机控制系统零部件位置如图1-9～图1-11所示。任务二认识电子控制系统工作过程一、学习目的·各汽车制造厂生产的电子控制系统在工作原理方面很相似，通过本任务的学习，读者能够认识电子控制系统工作过程，并理解复杂的电子控制系统。二、相关知识（一）发动机电子控制系统组成·发动机电控系统包括传感器、发动机ECU、执行器3个组成部分，其工作关系如图1-12所示。1．传感器·传感器是感知发动机信息的部件，把非电量信号转换成电量信号，功用是向控制单元提供汽车运行状况和发动机工况。·发动机电子控制系统中常见的传感器及其作用如下。·空气流量计（MAF）—测量发动机的进气量。·进气压力传感器（MAP）—测量进气管内气体的绝对压力。·节气门位置传感器（TPS）—检测节气门的开度及开度变化。·凸轮轴位置传感器（CMP）—提供凸轮轴转角基准位置信号。·曲轴位置传感器（CKP）—提供发动机转速信号和曲轴转角信号。·进气温度传感器（IAT）—检测进气温度。·冷却液温度传感器（ECT）—给ECU提供发动机冷却液温度信号。·车速传感器（VSS）—检测汽车行驶速度。·氧传感器（TPS）—检测排气中的氧含量。·爆震传感器（O2S）—检测汽油机是否爆震及爆震强度。2．发动机ECU·发动机ECU接收来自传感器的信息，经信息处理后发出相应的控制指令给执行器。·发动机ECU根据空气流量计或进气歧管压力传感器和转速传感器的信号确定空气流量，再根据空燃比要求确定基本供油量，然后进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正，确定某一工况下的最佳喷油量。·发动机ECU主要由输入处理器、中央处理器、存储器和输出驱动器等组成，如图1-13所示。3．执行器·执行器执行发动机ECU的指令，从而完成控制目的。·发动机电控系统主要的执行器有电动燃油泵、喷油器、怠速控制阀、点火器等。（二）发动机电子控制系统工作过程1．传感器的电信号·传感器的电信号可以分为模拟电压信号和数字电压信号两种。（1）模拟电压信号·模拟电压信号是在一定范围内连续变化的信号，模拟电压信号的示例如图1-14所示。·大多数车用电控系统中的传感器产生的是模拟电压信号。（2）数字电压信号·数字电压信号不是高电压就是低电压。·如果开关迅速接通或断开，就有一个数字电压信号从开关加到灯泡上（见图1-15）。·在发动机控制单元中，中央处理器每秒钟能产生很多数字电压信号，用于控制系统中的各种继电器和电器元件。·中央处理器根据精确控制的要求，改变数字信号中高电压或低电压的持续时间。（3）数字电压信号和二进制码·数字信号不是高值就是低值，低值数字信号可用数字0代表，高值数字信号可用数字1代表，这种给数字信号赋予数值的方式叫二进制编码。·在二进制编码系统中只有两个数字，就是0和1（见图1-16）。·在发动机控制单元中，信息以二进制码的形式进行交换，状态、数字和字符都用多位0和1的组合表示。2．输入信号的处理·输入信号通过控制单元的输入处理电路进行处理。·输入处理电路主要由放大器和模/数转换器构成，具有放大作用和模/数转换的作用，如图1-17所示。（1）输入信号放大·输入信号放大的目的是使输入信号增加到发动机控制单元可用的程度。（2）模/数转换（A/D）·由于传感器产生模拟信号，而中央处理器处理的是数字信号，所以必须把模拟信号变为数字信号。3．中央处理器和存储器（1）中央处理器·中央处理器是发动机控制单元中的计算和决策芯片，如图1-18所示。（2）存储器·存储器中含有程序和中央处理器进行运算所需的汽车数据，存储器芯片在外形上与中央处理器芯片相似。·如图1-19所示为燃油油量信号的存储和读取。·存储器中存储着有关汽车各种工况下理想的控制信息（如空燃比、点火提前角），称为标定信息。4．控制单元对信息的处理（1）信号由传感器的输入及处理·以进气温度传感器的信号输入与处理为例，介绍发动机控制单元是如何处理信息的。·进气温度传感器向发动机控制单元输送模拟电压信号，A/D转换器再把这个信号转换成数字信号（见图1-20）。·中央处理器收到数字信号后访问存储器中的信息，从查询表中查出此空气温度对应的空气密度，把空气密度信息传给中央处理器，中央处理器控制输出驱动器和燃油喷油器，提供发动机所需要的准确数量的燃油（见图1-21）。（2）信号输出驱动器和执行器·中央处理器通过输出驱动器控制执行器。·发动机控制单元的输出驱动器由很多晶体管组成，执行器通常是一些继电器、电磁线圈或显示器等。·例如，每个燃油喷油器都有一个电磁线圈，蓄电池为每个执行器供电。·当中央处理器输出信号令输出驱动器接通执行器时，输出驱动器就给执行器送去一个“接地”信号（见图1-22）。（三）发动机电子控制系统电源电路和接地电路1．电源电路·电源电路的作用是为发动机ECU提供电源。·这些电路包括点火开关、EFI主继电器等。·电源电路在汽车中主要采用以下两种方式。（1）点火开关控制式·点火开关控制式电源电路如图1-23所示。（2）ECU控制式·ECU控制式电源电路如图1-24所示。2．接地电路·发动机ECU接地电路如图1-25所示，它包含了以下3种基本的接地电路。（1）ECU工作的接地电路·E1端子是发动机ECU单元接地端子，并且通常在发动机进气管上搭铁。（2）传感器接地电路·端子E2和E21是传感器接地端子，这两个端子与ECU内部电路中的E1端子相连。（3）用于驱动器工作的接地电路·E01和E02端子是执行器接地端子，并且与E1端子一样，在发动机进气管上搭铁。任务三电控发动机维修前的准备工作一、学习目的·各种电控发动机的结构设计不同，必须选择适合的维修手册、工作场所和设备，这是维修的基础工作。·通过本任务的学习，读者可了解维修准备工作的基本信息。二、相关知识（一）车间的安全知识·汽车维修车间的每一个人必须遵守车间安全规则，以避免车间内发生危险，避免人身伤害和汽车损坏等财产损失。1．汽车维修车间的主要危险①汽油和油漆等易燃液体必须适当处理和储存，否则容易引起火灾。②易燃材料（如浸油的抹布）必须适当存放，以免火灾。③蓄电池含有硫酸溶液，充电时会产生能够爆炸的氢气。④松动的排水沟（井）盖可能引起脚或脚趾损伤。⑤腐蚀性液体（如清洗液等）对皮肤和眼睛有害。⑥车间压缩空气系统的高压空气如果穿透皮肤进入血管是非常危险的。⑦电器设备或电灯导线破损可导致严重的触电事故。⑧危险废料如废旧蓄电池必须正确处理，以免造成人身伤害。⑨汽车排出的一氧化碳是有毒的。⑩宽松的衣服和长发可能缠绕在设备或汽车的旋转部件上，导致严重的人身伤害。2．人身保护措施①在车间内一定要戴安全眼镜或戴面罩，车间常用保护人身的安全装备如图1-28所示。②如果在高噪声环境下工作时应戴耳塞或耳罩。③一定要穿适合保护脚的靴子或鞋子。·在汽车维修车间工作时，适合穿厚底靴子或足尖处有钢板盖的鞋子，能够防止重物下落、火花飞溅以及腐蚀液体对脚的伤害。④在进行汽车维修作业时，不要戴手表、首饰和戒指，避免将电路搭铁短接引起火灾。⑤不要穿宽松的衣服，长发要束在脑后，宽松的衣服和长发容易缠绕到旋转的部件上。⑥当在粉尘环境下工作时应戴呼吸器以保护肺部。3．汽车维修车间安全守则①保持车间地面清洁，有任何东西污染了地面应立即进行清洁。②油漆或其他易燃液体应储存在密闭的储存器内。③沾上了油的抹布必须放在安全、有盖的废物箱内，避免产生自燃，引起火灾。④保持车间整洁，不要将重物（如用过的零件等）留在工作台上。（二）基本操作规范·在汽车维修车间里进行工作时，遵守基本的操作规范是非常重要的。1．