22发动机电控系统概述

第一章发动机电控系统概述第一节电控系统的基本概念第二节发动机电子控制系统的发展过程第三节发动机电控系统的功能第四节发动机电控系统的基本组成及工作原理第一节电控系统的基本概念1、自动控制2、电子控制系统3、开环控制与闭环控制4、微机控制过程1、自动控制自动控制是采用控制装置使被控对象（如机器设备的运行或生产过程的进行）自动地按照给定的规律运行，使被控对象的一个或数个物理量（如电压、电流、速度、位置、温度、流量、浓度、化学成分等）能够在一定精度范围内按照给定的规律变化。而系统是指为达到某一目的，由相互制约的各个部分按一定规律组织成的、具有一定功能的整体。2、电子控制系统采用电子设备（如计算机等）作为自动控制系统的控制装置，就构成了电子控制系统。3、开环控制与闭环控制。开环控制是一种最简单的控制方式，其特点是，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，即系统的输出量对控制量没有影响。闭环控制的特点是：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。4、微机控制过程如果把图1—2中的控制器用微型计算机来代替，就组成了微型计算机控制系统。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。计算机控制系统的控制过程通常可归结为以下二个步骤：1、数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并输给计算机；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，决定控制过程，适时地对控制机构发出控制信号。现代发动机电控系统基本上是计算机控制系统，有开环控制，也有闭环控制。返回第二节发动机电子控制系统的发展过程一、发展过程二、单独控制三、集中控制一、发展过程始于20世纪60年代，分为三个阶段：第一阶段，从20世纪60年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，如在车上装了晶体管收音机；第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期，为解决安全、污染、和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统；第三阶段，20世纪90年代中期以后，电子技术广泛的应用在底盘、车身、和车用柴油发动机多个领域。二、单独控制60年代后期到70年代，汽车电控系统多采用模拟电路的ECU（电子控制单元），单独对汽车某一系统，如燃油喷射系统、点火系统等进行控制。由于在采用模拟电路的ECU控制系统中，如果要增加控制功能，就必须增加与实现该项功能控制逻辑相应的电路，这样必然会使ECU的尺寸增加很大，对于安装空间有限的汽车来讲很不适用。所以这一时期的汽车电控系统多采用一个ECU控制汽车的一个系统的单独控制方式。随着电子技术的飞速发展，用于汽车电控系统的ECU由于采用了数字电路及大规模集成电路，其集成度越来越高，微处理机速度的不断提高和存储容量的增加使其控制功能大大增加，并具有各种备用功能。另外，与汽油喷射控制、点火控制及其他控制系统相关的各种控制器，由于所用的传感器很多都可通用，如水温传感器，进气温度传感器，负荷、车速（转速）传感器等，因此利用控制功能集中化，就可以不必按功能不同设置传感器和ECU，而是将多种控制功能集中到一个ECU上，不同控制功能所共同需要的传感器也就只设置一个。这种控制方式就叫做集中控制系统，也就是汽车微机控制系统。三、集中控制系统返回第三节发动机电子控制系统功能一、电控发动机的优点二、应用发动机上的电子控制系统及功能一、电控发动机的优点1.提高发动机的动力性2.高发动机燃油经济性3.降低排放污染4.发动机的加速和减速性能5.改善发动机的起动性能二、应用发动机上的电子控制系统及功能1、电控燃油喷射（EFI）系统2、电控点火系统（ESA）3、怠速控制系统（ISC）4、排放控制系统5、进气控制系统6、增压控制系统7、警告系统8、自诊断与报警系统9、失效保护系统10、应急备用系统电控燃油喷射（EFI）系统该系统根据各传感器输送来的信号，能有效控制混合气空燃比，使发动机在各种工况下，空燃比达到最佳值，从而实现提高功率、降低油耗、减少排气污染等功效。该系统可分为开环和闭环两种控制。电控燃油喷射主要包括喷油量、喷射正时、燃油停供及燃油泵的控制。电控点火（ESA）系统该系统可使发动机在不同转速、进气量等因素下，在最佳点火提前角工况下工作，使发动机输出最大的功率和扭矩，而将油耗和排放降低到最低限度。该系统分为开环和闭环两种控制。电控点火装置闭环控制系统通过爆震传感器进行反馈控制，其点火时刻的控制精度比开环高，但排气净化差些。点火装置的控制主要包括点火提前角、通电时间及爆震控制等方面。怠速控制（ISC）系统发动机在汽车运转、空调压缩机工作、变速器挂入挡位、发电机负荷加大等不同怠速运转工况下，由ECU控制怠速控制阀，使发动机都能处在最佳怠速转速下运转。（四）排放控制排放控制项目主要有:排气再循环控（EGR），氧传感器及三元催化转化器开环、闭环控制，二次空气喷射控制，活性碳罐电磁阀控制等。进气控制进气控制包括：动力阀控制、涡流控制阀、进气惯性控制系统（ACIS）、VTEC可变气门正时和升程电子控制技术、巡航与电控节气门等方面。增压控制ECU根据进气压力传感器（MAP）检测的进气压力信号去控制释压电磁阀，以控制排气通路切换阀，改变排气通路的走向，从而控制废气涡轮增压器进入工作或停止工作。警告提示ECU控制各种指示和警告装置，显示有关控制系统的工作状况，当控制系统出现故障时能及时发出警告信号。如氧传感器失效、催化剂过热、油箱油温过高等。自我诊断与报警系统该系统利用ECU，对电子控制系统中的各部件进行监测、诊断，根据发动机电子控制系统的工作情况，能自行地及时地找出发动机电子控制系统出现的故障。失效保护当ECU检测到传感器或电路中出现故障时，仍然会按照ECU设定的程序和数据使控制系统继续工作（此时性能会有所下降）或停机。主电脑故障备用控制系统后备系统也叫后备功能。它是当ECU内微机控制程序出现故障时，ECU把燃油喷射和点火正时控制在预定水平上，作为一种备用功能使车辆继续行驶。该系统只能维持基本功能，而不能保持正常的运行性能。当发动机进入后备系统工作时，也叫进入“跛行”状态，还有的称其为“缓慢回家”状态。返回第四节发动机电控系统的基本组成及工作原理发动机控制系统的组成如图所示，主要由信号输入装置、电子控制单元（ECU）、执行器等组成。一、信号输入装置及输入信号发动机控制系统的信号输入主要是通过各种传感器或其他控制装置将各种控制信号输入ECU的。发动机控制系统用的传感器和输入信号主要有下列种类。l．空气流量计（MAF）--在L型EFI中，由空气流量计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）--在D型EFI中，由进气压力传感器测量进气管压力（真空度），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．转速和曲轴位置传感器--检测曲轴（或活塞）位置信号和曲轴转角信号（转速信号）输入ECU，作为点火和燃油喷射的主控制信号。4．凸轮轴位置传感器--也叫同步信号传感器，它是一个气缸判别定位装置，向ECU输入凸轮轴位置信号，是点火控制的主控制信号。5．上止点位置传感器--向ECU提供一缸上止点位置信号，作为点火控制主控信号。6．缸序判别传感器--向ECU提供各缸工作顺序信号，作为点火控制主控信号。7．冷却水温度传感器--检测发动机冷却水温度，向ECU输入温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号，同时也是其他控制系统的控制信号。8．进气温度传感器--检测进入进气歧管的空气温度，向ECU输入进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号。9．节气门位置传感器节气门位置传感器检测节气门的开度状态，如怠速（全关）、全开及节气门开、闭的速率信号，输入ECU，控制燃油喷射及其他控制系统，如EGR，开、闭环控制等。10．氧传感器检测排气中氧的含量，向ECU输入空燃比的反馈信号，进行喷油量的闭环控制。11.爆震传感器爆震传感器向ECU输入爆震信号，经ECU处理后，控制点火提前角，抑制爆震产生。12．大气压力传感器检测大气压力，向ECU输入大气压力信号，修正喷油和点火控制。13.车速传感器检测车速，向ECU输入车速信号，控制发动机转速，实现超速断油控制。在发动机和自动变速器共同控制时，也是自动变速器的主控制信号。14.起动信号发动机起动时，由起动系向ECU提供一个起动信号，作为喷油量、点火提前角的修正信号。15.发电机负荷信号当发电机负荷因开启用电量较大的电器设备而增大时，向ECU输入此信号，作为喷油量与点火提前角的修正信号。16．空调作用信号（A／C）当空调开关打开，空调压缩机进入工作，发动机负荷加大时，由空调开关向ECU输入空调作用信号，作为对喷油量及点火提前角控制的修正信号。17．挡位开关信号和空挡位置开关信号自动变速器由P/N挡挂入其他挡位时，发动机负荷将有所增加，挡位开关向ECU输入信号，作为对喷油量及点火提前角的修正信号。当挂入P或N挡时，空挡位置开关提供P/N挡位置信号，防止不在P或N挡时发动机起动。18．蓄电池电压信号当ECU检测到蓄电池和电源系的电压过低时，将对供油量进行修正，以补偿由于电压过低，造成喷油持续时间短所带来的影响。19．离合器开关信号在离合器接合和分离过程中，由离合器开关向ECU输入离合器工作状态信号，作为喷油量及点火提前角控制的修正信号。20．刹车开关信号在制动时，由刹车开关向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．动力转向开关信号采用动力转向装置的汽车，当转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，此时动力转向开关向ECU输入修正信号，调整喷油量及点火提前角。22．EGR阀位置传感器EGR阀位置传感器向ECU提供EGR阀的位置信号。23．巡行（定速）控制开关信号当进入巡行控制状态时，由巡行控制开关向ECU输入巡行控制状态信号，由ECU对车速进行自动控制。随着控制功能的扩展，输入信号也将不断增加。从上述所列传感器及输入信号中可以看出，发动机集中控制系统所用的传感器及输入信号有很多都是相同的。这就意味着，在发动机集中控制系统中，可以减少大量的传感器数目，一个传感器或一个输入信号，可以多次重复使用，作为几个控制系统的输入信号。二、电子控制单元（ECU）的功能与组成1、传感器或其它装置输入的信息，给传感器提供参考（基准）电压：2V（伏）、5V、9V、12V；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（随机存取）、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。把弱信号变为强的执行命令；输出故障信息。5、自我修正功能（自适应功能）。ECU主要由输入回路、A/D转换器（模／数转换器）、微型计算机（微机）和输出回路四部分组成。三、执行器执行器是受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。一般是由ECU控制执行器电磁线圈的搭铁回路，也有的是由ECU控制的某些电子控制电路，如电子点火控制器等。1、电磁式喷油器；2、点火控制器（点火模块）；3、怠速控制阀、怠速电机；4、EGR阀；5、进气控制阀；6、二次空气喷射阀；7、活性碳罐排泄电磁阀；8、车速控制电磁阀；9、燃油泵继电器；10、冷却风扇继电器；11、空调压缩机继电器；12、自动变速器挡位电磁阀；13、增压器释压电磁阀；14、自诊断显示与报警装置；15、故障备用程序启动装置；16、仪表显示器。随着控制功能的增加。执行器也将相应增加。四、电子控制系统的简要工作过程发动机启动时，电子控制器进入工作状态，某些程序或步骤从ROM中取出，进入CPU