汽油发动机管理系统

第3章汽油发动机管理系统EMS：EngineManagementSystem为了实现低排放、良好的燃油经济性、驱动性能，可以从以下几个方面努力：燃烧室的形状火花塞的位置进气门的数目发动机机械设计空燃比点火时刻电控部分3.1电控系统的基本概念1.自动控制的定义:自动控制是采用控制装置使被控制对象(如机器设备的运行或生产过程的进行)自动地按照给定规律运行,使被控制对象的一个或数个物理量(如电压、电流、速度、位置、温度、流量等)能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。2.电子控制系统:采用电子设备(如计算机)作为自动控制系统的控制装置。（一）自动控制系统概述（一）自动控制系统概述3.电子控制系统的基本形式:①开环控制②闭环控制4.开环控制的组成与特点开环控制的组成:开环控制的特点:在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用。5、闭环控制的组成与特点:（1）闭环控制的组成（2）闭环控制的特点:在控制器与被控对象之间,不仅存在着正向作用,而且存在着反馈作用,即系统的输出量对控制量有直接影响。（3）各部分的功能:测量元件对被控对象的被控参数进行测量;变换发送单元将被测参数变成电压(或电流)信号,并反馈给控制器;控制器将反馈回来的信号与给定值进行比较。输入量测量元件变换发送单元执行机构控制器被控对象被控参数（一）自动控制系统概述（二）微机控制系统1、微机控制系统的组成如果把闭环控制中的控制器用微机代替,就组成微机控制系统。2、微机控制系统的控制过程①数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测,并输送给计算机将涉及到传感器、信号变换、放大等处理环节。②控制:对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律确定控制过程，适时对执行机构发出控制信号。（不同工况应采取什么适当的控制算法）③上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的控制指标进行工作，并对被控参数和设备本身出现的异常状态及时监督、迅速处理。现代发动机电控系统属于微机控制系统,早期采用开环控制,现在大部分采用闭环控制。汽车电子技术发展始于20世纪60年代，分为三个阶段。目前发动机上常用的电控系统有：电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、排放控制系统、增压控制系统、警告提示系统、自我诊断与报警系统、失效保护系统和应急备用系统等。3.2发动机电控系统的发展过程（二）现代汽车电子控制系统的发展趋势1.单独控制:早期的汽车电控系统多采用一个ECU控制汽车的某一个系统,如果有多个系统就要采用多个ECU控制。2.集中控制系统:利用微处理器使控制功能集中化,将多种控制功能集中到一个ECU上,就可以不必设置多个传感器和ECU。现代汽车都采用集中控制系统。（一）发动机电控技术发展3.3发动机电控系统的基本组成及工作原理（一）电控系统的基本组成与类型组成：信号输入装置—各种传感器，采集控制系统的信号，并转换成电信号输送给ECU。电子控制单元ECU——给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后执行器发出指令。执行元件—由ECU控制，执行某项控制功能的装置。电控系统的类型：开环控制——ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。闭环控制——反馈控制，在开环的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU，对原先的控制进行修正。3.4发动机电控系统的基本组成及工作原理（二）信号输入装置及输入信号①空气流量计（MAF）:测量发动机吸入空气量，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。②进气(歧管绝对)压力传感器（MAP）：测量进气管压力，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。③发动机转速与曲轴位置传感器：检测曲轴位置信号和曲轴转角信号，并输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。④凸轮轴位置传感器：也叫同步信号传感器，是一个气缸判别定位装置，是点火控制的主控制信号。⑤上止点位置传感器：向ECU提供1缸上止点位置信号，作为点火控制的主控制信号。⑥缸序判别传感器：向ECU提供各缸工作顺序，作为点火控制的主控制信号。⑦冷却液温度传感器:给ECU提供冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。⑧进气温度传感器：检测进气温度信号（修正信号）。⑨节气门位置传感器：检测节气门的开度及开度变化，信号输入ECU。⑩氧传感器：检测排气中的氧含量，向ECU输入反馈信号。11爆震传感器：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。12大气压力传感器：检测大气压力，修正喷油和点火控制。13车速传感器：控制发动机转速，实现超速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。14起动信号：发动机起动时，给ECU提供一个起动信号。作为喷油量和点火提前角的修正信号。15发电机负荷信号：发电机负荷增大时,作为喷油量和点火提前角的修正信号。16空调作用信号：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。17挡位开关信号和空挡位置开关信号：自动变速器由P/N挡挂入其他档时，发动机负荷增加,向ECU输入信号。当挂入P/N挡时向ECU提供P/N挡信号才能启动发动机。19、离合器开关信号：在离合器接合和分离时,由离合器开关向ECU输入离合器工作状态信号,修正喷油量和点火提前角。20、制动开关信号：在制动时,由制动开关向ECU提供制动信号,作为对喷油量、点火提前角、自动变速器等的控制信号。21、动力转向开关信号：由于动力转向液压泵工作使发动机负荷加大,动力转向开关向ECU输入修正信号。20、EGR阀位置传感器：向ECU提供EGR阀的位置信号。22、巡航(定速)控制开关：ECU输入巡航控制状态信号,由ECU对车速进行自动控制。（一）信号输入装置及输入信号12（1）电子控制单元的功能①接收传感器或其他装置输入的信息；给传感器提供参考电压；将输入的信息转变为微机所能接受的信号。②存储、计算、分析处理信息；计算输出值所用的程序；存储该车型的特点参数；存储运算中的数据、存储故障信息。③运算分析。根据信息参数求出执行命令数值;将输出的信息与标准值对比，查出故障。④输出执行命令。把弱信号变成强的执行命令信号；输出故障信息。⑤自我修正功能(自适应功能)（三）电子控制单元(ECU)的功能与组成（2）发动机集中控制系统ECU的构成主要由输入回路、A/D转换器、微机和输出回路四部分组成。①输入回路：从传感器来的信号,首先进入输入回路。在输入回路里,对输入信号进行预处理,一般是在去除杂波和把正弦波变为矩形波后,再转换成输入电平。②A/D转换器：微机不能直接处理模拟信号,A/D转换器是将模拟信号转换为数字信号后再输入微机。如果传感器输出的是脉冲(数字)信号,经过输入回路处理后可直接进入微机。（三）电子控制单元(ECU)的功能与组成14（2）发动机集中控制系统ECU的构成①微机：是发动机电控系统的核心。它能根据需要，把各种传感器送来的信号，按内存的程序对数据进行运算处理，并把处理结果送往输出回路。②输出回路：将微机发出的指令，转变成控制信号来驱动执行器工作。输出回路一般起着控制信号的生成和放大等功能。（三）电子控制单元(ECU)的功能与组成15执行器是受ECU控制,具体执行某项控制功能的装置。常见的执行器有:电磁式喷油器点火控制器怠速控制阀进气控制阀EGR阀等。（四）执行器（五）电子控制系统的基本工作过程I.发动机起动时,ECU进入工作状态,某些程序从ROM中取出,进入CPU。这些程序可以用来控制点火时刻、燃油喷射、怠速等。II.通过CPU的控制,一个个指令逐个地进行循环执行。执行程序中所需要的发动机信息,来自各个传感器。III.从传感器来的信号,首先进入输入回路进行处理。如果是数字信号直接经I/O接口进入微机；如果是模拟信号经A/D转换器转换成数字信号后才经I/O接口进入微机。IV.大多数信息暂时存储在RAM内,根据指令再从RAM送到CPU。有时需将存储在ROM中的参考数据引入CPU,使输入传感器的信息与之进行对比。V.对来自有关传感器的每个信息依次取样,并与参考数据比较。VI.CPU对这些数据进行比较运算后,作出决定并发出输出指令信号,经I/O接口,必要的信号还要经D/A转换器变成模拟信号,最后经输出回路去控制执行器动作。第3章汽油发动机管理系统EMS：EngineManagementSystem为了实现低排放、良好的燃油经济性、驱动性能，可以从以下几个方面努力：燃烧室的形状火花塞的位置进气门的数目发动机机械设计空燃比点火时刻电控部分影响汽油发动机排放的最主要因素是混合气的空燃比，理论上，1公斤燃料完全燃烧时需要14.7公斤的空气。这种空气和燃料的比例称为化学当量比。空燃比小于化学当量比时供给浓混合气，此时发动机发出的功率大，但燃烧不完全，生成的CO、HC多；当混合气略大于化学当量比时，燃烧效率最高，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多；供给稀混合气时，燃烧速度变慢，燃烧不稳定，使得HC增多。在电控汽油喷射系统中采用闭环控制的方式，将空燃比控制在化学当量比附近，并在排气系统中消声器前安装一个三元催化转化器，对发动机进行后处理，是当前减少汽车排气污染物的最有效方法。在化学当量比附近，转化器的净化效率最高。发动机管理系统空气的流量由通道中的节气门来控制（节气门由油门踏板操作）。踩下油门踏板时，节气门打开，进入的空气量多。怠速时，节气门关闭，空气由旁通道通过。EMS（发动机管理系统）是集成燃油喷射、点火角和排放控制为一体的汽油发动机管理系统，主要包括控制器、传感器、执行器三大组成部分。EMS采用各种传感器，把发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号，送入控制器。控制器将这些信息与储存信息比较，精确计算后输出控制信号。EMS不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等，极大地提高了发动机性能。发动机管理系统采用综合点火和喷油控制，确保发动机在所有工况下处于最佳工作状态，从而净化排放、降低燃油消耗、提高功率、改善驾驶性。基于微处理器的电子控制单元以及大量电子和电磁传感器和执行器，应具有以下功能：喷油系统能够提供正确的混合气空燃比控制确保发动机所有运行工况正确和精确的点火定时能检测和控制大量的其他参数，如怠速转速、排气再循环、空调的运转、燃油蒸发排放物等基于微处理器的电子控制单元简图3.5电控汽油喷射系统（EFI）EFI：ElectronicFuelInjectionEFI系统利用各种传感器检测发动机和汽车的各种状态，经过微机的判断、计算，确定喷油脉宽、点火正时等参数。在闭环系统中采用氧传感器实现反馈控制，使空燃比的控制在14.7附近，精度进一步提高。电控汽油喷射系统发展历程目前汽车工业发达的国家在汽油车上均采用汽油喷射系统，以满足日益严格的排放要求。（一）电控喷射系统的特点混合气的各缸分配均匀性好，减少了爆震现象，提高了发动机工作的稳定性。同时，也降低了废气排放和噪声污染。在任何工况下都能获得精确空燃比的混合气加速性能好——喷油器装在进气门附近，汽油又以一定压力从喷油器喷出，形成雾状，极易与空气混合，使送入气缸的混合气空燃比能及时随节气门开度变化而立即改变。良好的起动性能和减速减油或断油——通过检测冷却液温度、起动转速、起动经历次数和时间等因素来确定起动时混合气的浓度，因而可精确控制空燃比。充气效率高——汽油以一定压力喷出，雾化良好，可与空气充分混合，不需要喉管，进气通道截面增大，提高充气效率。（二）EFI分类按喷油器数量分多点喷射（MPI）：每个气缸有一个喷油器，喷油器安装在进气歧管中，在进气门附近单点喷射（SPI）：多个气缸共享一个喷油器，安装在节气门体上。进气冲程时燃油混合气被吸入气缸内。（二）EFI分类按喷油地点分缸内喷射：在压缩行程开始前或刚开始时将燃油喷入气缸，用于稀燃汽油机。喷在节气门上方：用于单点喷射系统喷在进气门前：喷油器在进气歧管上，用于多点喷射系统（二