《电控汽油发动机构造与检修》课件

电控汽油发动机构造与检修•本课程概述：•电控发动机技术是一门专业核心课程。发动机是汽车的心脏，多数汽车故障都是由于发动机技术状况不良而引起的，因此，对电控发动机构造及工作原理的熟悉和掌握是修理汽车的必要条件！本课程学习内容•电控汽油发动机概述•电控汽油发动机进气控制系统•电控汽油发动机燃油供给系统•电控汽油发动机电子控制系统•电控汽油发动机怠速控制系统•电控汽油发动机电子点火系统•电控汽油发动机排放控制系统•电控汽油发动机故障诊断与检测第一章电控汽油发动机概述学习目的：1、掌握发动机各电子控制系统的控制内容及功能2、理解发动机燃油喷射系统的基本组成与控制原理3、认识现代电控发动机的整体机构、元件位置•概述•现代汽车各个系统越来越多地使用各种电控系统，各个系统之间又有不同程度的联系和影响，故汽车整体性能的良好表现有赖于各系统的协调控制。•因此现代的汽车电控系统都是多系统控制，同时各系统既相互独立执行相应的控制任务，又相互间交换大量的信息和数据。如丰田轿车的控制模式。•发动机电控系统的控制功能•（1）主要控制功能•燃油控制：控制喷油量和喷油正时•点火控制：控制点火提前角、闭合角和爆震控制•（2）辅助控制功能•怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、失效保护、后备系统、自诊断系统等。节气门控制电脑•发动机集中控制的主要控制功能是进行点火控制、最佳空燃比控制、怠速控制、排放控制等（如丰田2JZ-GE发动机控制系统）•电脑参与控制的系统，即发动机电控系统。与一般的集成电路控制不同（普桑电控点火系、电压调节器发电机的控制）•单一系统控制----集中控制•发动机控制模块：不同的厂商说法不一。ECU（EngineControlUnit）、美国通用ECM（EngineControlModule）、福特MCU（MicroprocessorControlUnit）、EEC（EngineElectronicControl）、本田ECM（EngineControlModule）、PCM（PowertrainControlModule）•特点：共用传感器；一块电脑实现多种控制功能。•传感器数量越多，检测越精确；执行器数量越多，功能越强。ECU一、电控燃油喷射概述•电控燃油喷射系统使汽车在正常行驶过程中，尽可能达到理论空燃比，保证适当的功率输出、燃油消耗量和废气排放水平，在其他工况，如暖机、加速、减速或高速工况下，发动机ECU通过各种传感器探测到这些状况并修正喷油量以便随时匹配最佳的空燃比，满足各种行驶条件的要求。20世纪30年代由于军用飞机上，1954年德国奔驰公司在奔驰300SL上装了机械式汽油喷射系统（K型）；20世纪60年代在K型的基础上发展了机电组合式汽油喷射系统（KE型）；20世纪60年代后期，随着电子技术的发展，德国BOSCH公司研制出电控燃油喷射系统（EFI）。（一）汽油喷射系统的发展下一页一、电控燃油喷射概述Bosch公司燃油喷射系统的发展过程电控燃油喷射系统的组成和特点•1、组成：空气供给系统、燃油供给系统、电子控制系统、点火系统1.能提供发动机在各种工况下最合适的混合气浓度；2.用排放物控制系统后，降低了HC、CO和NOX三种有害气体的排放；3.增大了燃油的喷射压力，因此雾化比较好；4.在不同地区行驶时，发动机控制ECU能及时准确地作出补偿；2、电控燃油喷射系统的优点下一页5.在汽车加减速行驶的过渡运转阶段，燃油控制系统能迅速的作出反应；6.具有减速断油功能，既能降低排放，也能节省燃油；7.在进气系统中，由于没有像化油器那样的喉管部位，因而进气阻力小；8.发动机起动容易，暖机性能提高。（二）电控燃油喷射系统的功能•一、喷射正时控制•二、喷油量的控制•三、燃油停供控制•四、燃油泵控制在采用间歇喷射方式的电控燃油喷射系统中，电脑必须控制喷油器喷油的开始时刻，这就是喷油正时控制。其控制目标一般是在进气行程开始前，喷油结束。一、喷射正时控制1．同步喷油正时控制2．异步喷油正时控制（1）顺序喷射正时控制（2）分组喷射正时控制（3）同时喷射正时控制1.同步喷油正时控制分为:（1）起动时异步喷油正时控制（2）加速时异步喷油正时控制2.异步喷油正时控制目的：使发动机在各种运行工况下，都能获得最佳的喷油量，以提高发动机的经济性和降低排放污染。1.起动时的同步喷油量控制2.起动后的同步喷油量控制3.异步喷油量控制二、喷油量的控制•在发动机转速低于规定值或点火开关接通位于STA（起动）档时，喷油时间的确定见左图，ECU根据冷却液传感器信号（THW信号）和冷却液温度——喷油时间确定基本喷油时间，根据进气温度传感器（THA信号）对喷油时间作修正（延长或缩短）。然后在根据蓄电池电压适当延长喷油时间，以实现喷油量的进一步的修正，即电压修正。1.起动时的同步喷油量控制D型根据发动机转速信号和进气管绝对压力信号确定基本喷油时间；L型根据发动机转速信号和空气流量计信号确定基本喷油时间。同时,还必须根据各种传感器输送来的各种运行工况信息，对基本喷油量时间进行修正。喷油持续时间=基本喷油持续时间×喷油修正系数+电压修正2.起动后的同步喷油量控制下一页起动后加浓修正暖机加浓修正进气温度修正大负荷工况喷油量修正过渡工况喷油量修正怠速稳定性修正发动机起动和加速时的异步喷油量是固定，各气缸喷油器以一个固定的喷油持续时间，同时向各气缸增加一次喷油。3.异步喷油量控制减速断油控制——当汽车减速时，ECU将会切断燃油喷射控制电路，停止喷油，以降低HC及CO的排放量。限速断油控制——加速时，发动机超过安全转速或汽车车速超过设定的最高车速时，ECU将切断燃油喷射控制电路，停止喷油，防止超速。三、燃油停供控制当点火开关打开或发动机熄灭后，电控燃油喷射系统中的燃油泵一般预先或延迟工作2～3S，以保证燃油系统必须的油压。在发动机起动过程和运转过程中，燃油泵应保持正常工作。打开点火开关但不起动发动机，或关闭点火开关后，应适时切断燃油泵控制电路，使燃油泵停止工作。四、燃油泵控制1.按喷射方式分类：同时喷射分组喷射顺序喷射2.按空气量的计量方式分类：D型电控燃油喷射系统L型电控燃油喷射系统3.按喷射位置分类多点喷射系统单点喷射系统4.按有无信号分类开环控制系统闭环控制系统三、电控喷射系统的分类——将各气缸的喷油器并联，所有喷油器有电脑的同一个指令控制，同时喷油，同时断油。同时喷射：——将各气缸的喷油器分成几组，同一组喷油器同时喷油或断油。分组喷射——喷油器由电脑分别控制，按发动机各气缸的工作顺序喷油。顺序喷射——在根据进气量和发动机转速确定基本喷油量（比L型更精确）。插图D型电控燃油喷射系统——利用空气流量计直接测量发动机的进气量，电脑不必进行推算，可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量。插图L型电控燃油喷射系统——每缸进气门处装有一个中央喷射装置，由ECU控制喷射。其燃油分配均匀性好，但控制系统复杂，成本高。主要用与中、高级轿车。插图多点喷射系统——在节气门上方装一个中央喷射装置，由1～2个喷油器集中喷油。采用顺序喷射方式。结构简单，故障少、维修调整方便。广泛的应用于普通轿车和货车。插图单点喷射系统（无氧传感器）通过实验室确定的发动机各工况的最佳供油参数预先存入电脑，在发动机工作时，电脑根据系统中各传感器的输入信号，判断自身所处的运行工况，并计算出最佳喷油量。其精度直接依赖于所设定的基准数据和喷油器调整标定的精度。当使用工况超出预定范围时，不能实现最佳控制。开环控制系统（有氧传感器）在系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，在通过电脑与设定的目标空燃比进行比较，并根据误差修正喷油量。空燃比控制精度较高。闭环控制系统二、电控点火系统（ESA）•主要控制：•一、点火提前角的控制•二、通电时间的控制•三、爆燃的控制一、点火提前角的控制1．点火提前角对发动机性能的影响2．最佳点火提前角确定依据3．控制点火提前角的基本方法4．点火提前角的修正1．点火提前角对发动机性能的影响•点火提前角是从火花塞发出电火花，到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度。•当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角的改变而变化。对应于发动机每一工况都存在一个“最佳”点火提前角•适当点火提前角，可使发动机每循环所做的机械功最多（曲线阴影部分）发动机转速随着转速的升高点火提前角增大。采用电控点火系统，更接近理想的点火提前角。发动机负荷歧管压力高（真空度小、负荷大），点火提前角小，反之点火提前角大。采用电控点火（ESA）系统时，可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。燃料性质汽油辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大，反之应减小。其他因素燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度。2．最佳点火提前角确定依据发动机起动时，按ECU内存储的初始点火提前角（设定值）对点火提前角进行控制。起动时点火提前角的设定值随发动机而异，对一定的发动机而言，起动时的点火提前角是固定的，一般为10°左右。发动机正常运转时（起动后），主ECU根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他有关信号进行修正，最后确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出点火执今信号，以控制点火系的工作。3．控制点火提前角的基本方法发动机起动过程中，进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角，一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角。此时的控制信号主要是发动机转速信号（Ne信号）和起动开关信号（STA信号）。A．起动时点火提前角的控制B．起动后基本点火提前角的确定发动机起动后怠速运转时，ECU根据节气门位置传感器信号（IDL信号）、发动机转速传感器信号（Ne信号）和空调开关信号（A／C信号）确定基本点火提前角。发动机起动后在除怠速以外的工况下运转时，ECU根据发动机的转速和负荷（单位转数的进气量或基本喷油量）确定基本点火提前角。不同的发动机控制系统中，对点火提前角的修正项目和修正方法也不同。修正方法有修正系数法和修正点火提前角法两种。主要修正项目有：（1）水温修正；（2）怠速稳定修正；（3）空燃比反馈修正。4．点火提前角的修正（1）水温修正水温修正又可分为暖机修正和过热修正。发动机冷车起动后的暖机过程中，随冷却水温的提高，混合气的燃烧速度加快，燃烧过程所占的曲轴转角减小，点火提前角也应适当减小，如右图所示。ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角，低于目标转速，应增大点火提前角，反之，推迟点火提前角。控制信号有：发动机转速信号（Ne信号）、节气门位置传感器信号（IDL信号）、车速传感器信号（SPD信号）、空调开关信号（A／C信号）（2）怠速稳定修正由于空燃比反馈控制系统，是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的，所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正，如右图所示。（3）空燃比反馈修正二、通电时间控制1．通电时间对发动机工作的影响2．通电时间的控制方法3．点火线圈的恒流控制1．通电时间对发动机工作的影响在发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。要兼顾上述两方面的要求，就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制。现代电控点火系统和传统的分电器不同，传统的点火线圈初级电路的通电时间取决于断电器触点的闭合角和发动机转速。而现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转度信号和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并控制点火器输出指令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间。2．通电时间的控制方法3．点火线圈的恒流控制由于现代车采用了高能点火线圈，改善点火性能。为了防止初级电流过大烧坏点火线圈，在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。恒流的基本方法是：在点火器功率晶