汽车电控技术

第二章2.1.1汽油机电控系统的组成一、传感器将反映发动机运行状况的机械动作、热状态等物理量，转换成电量（模拟或数字电信号）的完整测量装置；一个电控系统具有的传感器个数，取决于控制功能和控制精度，控制功能越多，控制精度越高，所需的传感器也越多。二、电控单元（ECU或ECM）电控单元是电控系统的核心。主要任务：向各种传感器提供基准电压；接受传感器或其他装置输入的信号，并将它们转换为数字信号；储存输入的信息，输入信息进行运算分析，输出控制指令；根据发动机性能的变化，自动修正预置的标准值；输入信息的分析比较，储存异常数据，启动异常控制功能。三、执行器执行器是完成特定功能的电器装置。电控系统一般通过控制执行器电磁线圈的搭铁回路，控制执行器。2.1.2汽油机电控系统的主要控制功能一、汽油喷射控制（一）、喷油正时控制：喷油开始时刻控制（对进气管喷射系统为固定值）；（二）、喷油持续时间控制：喷油量控制（由进气量和A/F决定）；（三）、停油控制：减速和超速停油控制（停止供油和恢复供油）；（四）、电动汽油泵控制：电动油泵运行控制。二、点火控制（一）、点火正时控制：实际最佳点火提前角控制；（二）、闭合角控制：点火线圈的初级线圈通电时间控制；（三）、和爆震反馈控制：基于爆震的最佳点火提前角反馈修正。三、怠速控制（一）、无负荷怠速控制（暖机工况及空载怠速转速控制）；（二）、有无负荷怠速控制（空调、动力转向等接入时怠速转速控制）。四、排气净化控制（一）、空燃比反馈控制在闭环控制工况，使A/F始终保持在14.7或14.6，使三元催化转化器的净化效率达到最高。（二）、废气再循环控制（EGR）把发动机排出的一部分废气重新引入进气管参加循环，降低燃烧温度，以减少NOx的生成量。（三）、二次空气喷射控制在采用浓混合气的工况，把新鲜空气引入排气管，氧化CO和HC，以减少CO和HC的排放量（四）、活性炭罐清洗控制等。定时用新鲜空气清洗碳罐；并把清洗后油气混合物引入汽缸，以减少燃油蒸发的HC对大气环境的污染。五、进气控制（一）、进气谐振增压控制通过改变进气歧管的长度解决进气惯性增压和减小进气阻力。（二）、配气定时控制（三）、废气涡轮增压控制控制废气涡轮增压放气阀，控制增压压力（四）、进气涡流控制六、故障自诊断（一）、故障自诊断（对传感器输入信号、执行器的执行反馈及电控单元的状态的不间断）；（二）、故障警示及信息储存（异常信号和状态的提示和信息储存）；（三）、带故障运行控制（出现异常情况后运行控制）。2.2.1按喷射位置分类一、缸内喷射方式（图2.2）汽油喷入汽缸内、喷油器安装在缸盖上（三菱GDI系统→Dingo）；能够实现分层稀薄燃烧；低污染和超低污染发动机的发展方向。二、进气管喷射方式汽油喷入进气歧管、喷油器安装在进气歧管或进气总管上（广泛采用）。单点喷射系统、多点喷射系统（一）、单点喷射系统（图2.3）使用一~二个喷油器，安装在进气总管上；结构简单、故障少、改装方便等/对A/F的控制不够精确（Bosch公司的：Mono系统）。（二）、多点喷射系统（图2.4）每个汽缸使用一个喷油器，喷油器安装在进气歧管上；结构较简单，改装方便、对A/F控制精确等，故障较单点高，控制较复杂等（绝大多数电控汽油机采用多点喷射）。（二）、分组喷射（图2.6）对于多缸发动机,若干个汽缸为一组，分成若干组，组与组之间交替喷射，组内为同时喷射。各缸混合气均匀性有改善，控制复杂性增加/应用较广。如：SGM的赛欧等。（三）、顺序喷射（图2.7）ECU根据各缸工作顺序，以相同的喷油正时及喷油量依次向各缸喷油。各缸可以具有相同的最佳混合气形成时间和相同的均匀性；控制复杂。为了满足更严格的排放标准，目前已在电控汽油机中广泛应用。2.2.3按喷射系统的控制方式分类一、机械式汽油喷射系统（一）、机械式汽油喷射系统(图2.8)特点：进气计量装置和燃油计量分配器组合在一起/喷射方式上属于连续喷射Bosch公司于1972年推出，称为K—Jetronic系统（二）、机电混合式汽油喷射系统（图2.9）K—Jetronic系统的改进系统。特点：在K—Jetronic系统的燃油分配器上安装了一个电液式压差调节器，能对A/F进行修正。/喷射方式上仍属于连续喷射。Bosch公司于1982年推出，称为KE—Jetronic系统。二、汽油机电控系统（一）、单一电控汽油喷射系统特点：ECU只对汽油喷射进行控制，不具备其它控制功能。如：早期的D—Jetronic系统，L—Jetronic系统，LH—Jetronic系统。（二）、发动机集中管理系统(图2.10)由Bosch公司在1979年推出，最初仅具备汽油喷射和电控点火功能，现在已可以具备如前所述的其它功能Bosch公司的：Motronic系统2.2.4按进气量测量方式分类一、间接测量方式（一）、节流——速度方式通过测量节气门开度和发动机转速，由ECU计算出每一循环进入发动机汽缸的空气量，由此确定相应的喷油量。优点：过度工况响应特性好（二）、速度——密度方式通过测量进气歧管的绝对压力和发动机转速，由ECU计算出每一循环进入发动机汽缸的空气量，由此确定相应喷油量优点：检测方式简单，燃料调节精度易控制缺点：过度工况及采用EGR时由于压力波动较大对空气量的计算结果有影响。Bosch公司的：D—Jetronic系统（图2.11）二、直接测量方式体积流量方式、质量流量方式（一）、体积流量方式采用翼片式空气流量计或卡门涡旋式空气流量计测量进入发动机汽缸的空气体积流量，ECU根据进气温度、压力换算出进气质量、由此确定相应的喷油量。优点：结构简单、价格便宜缺点：需要进行大气压力和温度的修正Bosch公司的：L—Jetronic（图2.12）（二）、质量流量方式采用热线式或热膜式空气流量计测量进入发动机汽缸的空气质量流量，由此确定相应的喷油量。优点：结构紧凑、响应快、目前广泛用于中高档轿车中Bosch公司的：LH—Jetronic（图2.13）2.3电控汽油喷射的主要优点一、改善了各缸混合气的均匀性：惯性效应进气管末端稍浓二、提高了发动机的经济性和动力性：充气效率三、大大降低了汽油机有害物排放量：空燃比的精确控制；三元催化净化装置四、改善了汽油机对过度工况的响应特性：变化平缓，响应快五、提高了汽油机低温启动及暖机性能：油量、空气量与发动机温度六、提高了汽油机对地理及气候环境的适应性：空气的质量与喷油量第三章控制原则：以ECU（ECM）为控制核心；发动机转速和负荷为基本工况参数；A/F和点火提前角为控制参数；喷油器、点火模块等为控制对象。目的：以降低汽油机有害物排为首要目的，同时兼顾经济性和动力性。组成：空气供给系统、燃油供给系统、完成控制所需的传感器和电控单元等组成。3.1空气供给系统系统组成：由空气滤清器、空气计量装置、负荷控制装置（节气门体和节气门位置传感器）、进气总管和进气歧管等组成。(图3.1)空气计量装置：对进入发动机的空气质量进行间接或直接的测量（空气流量计或进气歧管绝对压力传感器）；负荷调节装置：根据发动机的负荷，调节进气量。3.1.1空气量计量装置一、空气流量计（一）、翼片式空气流量计1、一般构造：（图３.２）、（图3.3）、（图3.4）翼片部分：测量翼片、缓冲翼片、回位弹簧等组成；把空气的流速转为翼片的转角。电位器：把翼片的转角转换为电阻的变化→把电阻的变化转换为输出电压信号的变化（图３.５）接线插座：与ECU连接→输入基准电压→输出与空气流量相对应的电压信号2、一般工作原理3、输出电压信号的处理→Us/UB（图３.６）（二）、卡门涡旋式空气流量计1、测量原理：旋涡数→流体的流速2、一般构造及基本工作原理：锥状旋涡发生器、旋涡计数（旋涡发生频率f）3、旋涡检测方法与装置（三）、热线式和热膜式空气流量计1、热线式空气流量计（1）、热线式空气流量计的一般构造（图3.13）由采样管2；70µm的铂丝热线3（发热体）；铂膜电阻4（也称为冷线）；（2）、工作原理（图3.14）空气流过热线，发生热量的交换，热线变冷电阻变小。惠斯顿电桥不平衡；增大流过热线的电流加热热线，直至电桥平衡；加热热线所需的电流与流过热线的空气质量成对应关系。质量流量不变的情况下，温度变化也会使带走的热量发生变化，解决的方法布置一个温度补偿电阻R4（冷线）。（3）、主要特点优点：响应速度快（几毫秒）；测量精度高；进气阻力小；结构紧凑，不会磨损；可直接测量进气空气的质量流量等优点。缺点：价格较高；热线表面易尘埃玷污，影响精度；空气流速分布不均匀影响测量精度；热线易断线等。2、热膜式空气流量计（图3.15）、（图3.16）原理同热线优点：热膜式空气流量计以普通金属热膜代替铂金热线，有利于降低制造成本低，提高发热体强度、可靠性和使用寿命；结构紧凑和不易被尘埃玷污。缺点：空气流速不均匀对测量精度有影响。热线式空气流量计用于波许公司的LH-Jetronic汽油喷射系统及别克、日产MAXIMA、沃尔沃等车型。热膜式空气流量计的国产轿车有上海大众的桑塔纳2000型时代超人、Passat和一汽的红旗、捷达王等。二、半导体压敏电阻式绝对压力传感器（一）、一般构造（图3.17）真空室和压力转换组件4、测压通道4和混合集成电路2等构成。（二）、工作原理（图3.18）、（图3.19）测压通道通过软管把进气歧管内的真空引到硅薄膜上；气体压力使硅薄膜发生拱曲变形；压敏电阻阻值发生变化，电桥不平衡，输出与进气歧管绝对压力对应的输出电压。（三）、主要特点外形尺寸小、精度高、成本低、响应速度快、重复性和耐振性都非常好；输出信号与进气歧管绝对压力呈线性关系；在-30~100℃使用温度范围内，测量精度基本不受温度的影响等突出优点，得到了广泛的应用。如：波许公司的D-Jetronic电控汽油喷射系统、上桑塔纳99系列、SGM的赛欧和别克、一汽大众的奥迪、二汽的富康、天津的夏利、广州的本田雅阁、三江雷诺等。3.1.2节气门体和节气门位置传感器一、节气门体(一)、一般构造（图3.20）节气门体一般由节气门3、怠速旁通气道1、怠速调节螺钉2、辅助空气阀等组成。（二）、各组成部分的作用节气门：发动机运行时根据负荷变化调节发动机的进气量;怠速旁通气道：提供怠速运转所需要的空气量；怠速调整螺钉：调整怠速时的空气量，以调整怠速转速；二、石蜡式补充空气阀（一）、补充空气阀作用：与主进气道并联，提供低温启动及暖机过程所需的空气量。（二）、石蜡式补充空气阀的一般构造及工作原理1、一般构造：感温及驱动元件、阀门和弹簧等（3.21）2、工作原理：利用石蜡固态液态体积变化产生的作用力,推动辅助空气阀气道阀门，改变旁通气道流通截面的大小，进而起到调节补充空气量的作用。气道阀门开度随冷却水温度的上升而逐渐减少，水温达到正常时气道阀门完全关闭暖机时的空气量=怠速空气量+辅助空气阀补充的空气量（3.22）三、节气门位置传感器（一）、线性输出型节气门位置传感器（图3.23）1、一般构造:滑动电刷2、3；基板上的电阻体1；接线插座等组成。2、工作原理：当节气门开度变化时，电刷2、3在电阻体1上滑动，VTA与E2之间的电阻值发生变化；若E2与VCC间的电压不变，则E2和VTA间的电压与电阻，也即节气门的开度；由于E2和VTA间的电阻与节气门百分比开度成线性，故E2和VTA间的电压也与节气门百分比开度成线性关系。（图3.24）（二）、开关量输出型节气门位置传感器（图3.25）本质上是一个开关：由一个动触点和两个固定触点（怠速触点和大负荷触点）组成→发动机工作时有三种状态（图3.26）怠速触点ON，大负荷触点OFF→怠速状态（节气门开度为0%）怠速触点OFF，大负荷触点OFF→中等负荷状态（0%节气门开度50%）怠速触点OFF，大负荷触点ON→大负荷状态（节气门开度大于50%）系统组成：油箱3、电动汽油泵2、燃油滤清器1、燃油分配管5、喷油器6、压力调节器4等组成。（图3.28）3.2.1电动汽油泵一、外装式电动油泵布置在油箱的外面，固定在油箱和燃油分配管之间油路上的任