发动机控制培训讲义—CCM

汽油发动机控制李秋生CCM发动机控制室技术培训资料目录一、概述二、发动机控制系统的定义及构成三、控制系统的基本原理及主要工作四、今后的发展方向一、概述综述众所周知,车用汽油机在正常工况运行中，其输出功率的调节是由驾驶员来控制的。驾驶者通过油门踏板，根据驾驶需要控制节气门的开度，调节进气量的大小，也就是汽缸循环充气量的多少，从而决定发动机的输出功率。一款发动机能够获得良好的性能需要三方面来保证:1.燃油:品质优良的燃油是发动机性能的保障之源。2.排气后处理：通过催化器来对燃烧后的气体进行再处理（氧化或还原），消声器来降低发动机噪音。3.发动机性能：取决于发动机设计和发动机控制,其中最根本基础是发动机设计,其设计的目的是让发动机内的热力过程按照理想的方式进行,同时保持良好的润滑及摩擦损失以提高机械效率!而控制的主要目的是保证发动机内的热力过程按照理想的方式进行,使发动机设计的思想得以实现。良好的发动机设计与控制是发动机性能保障之“本”。上述三个方面既相互影响，又相互支持。专业术语•发动机的功率=f*转速*扭矩,其中f为参数1/9550•进气量与汽油供给量的比值，称为空燃比。通常汽油机为14.7•燃烧是由点火提前角来控制。•过量空气系数入是实际空燃比和理论空燃比的比值。•入1时,氧含量大,即富氧，稀混合气•入1时,氧含量小,即稀氧，浓混合气行业背景目前，国际上参与汽车发动机电子控制系统部分产品开发与应用的厂商主要有伟世通、法雷奥、西门子、飞利浦、NEC、德州仪器、ST（意法半导体）、东芝、日立、富士通、珀金斯、霍尼韦尔、马瑞利等。在国内，汽车消费市场的飞速增长与自主开发汽车电子产品的空白形成鲜明的对比。一汽、二汽、上汽所提供国内占主导轿车消费市场的车型，其主要汽车电子配件产品，包括汽车发动机电子控制系统基本由外商垄断。国内市场70%以上的汽车电子市场份额被国外企业如美国Dephi（德尔福）、日本DENSO（电装）、德国Bosch（博世）三家占领，剩余的30％也被玛瑞利、摩托罗拉、西门子等所掌控。国内主要汽车整车制造商还不具备自主开发、生产配套汽车电子产品的能力。一些致力于发展民族品牌的汽车制造商（奇瑞、吉利、哈飞、柳州五菱等）在采用国产发动机（37x、462、465、491、485等型号发动机）配套发动机电子控制系统时，由于国内汽车发动机管理技术的空白，也不得不委托国外企业提供配套产品。目前状况•DPCA现有发动机控制系统情况如下:–德国BOSCH公司的ME745及ME744系统,用于TU5JP4发动机上–意大利MM公司的6LP和6KP系统,用于EW系列发动机上–法国VALEO公司J34P系统,用于TU3AF发动机上二、发动机控制系统的定义及构成汽车发动机电子控制系统（EngineElectronicControlSystem，简称EECS）通过电子控制手段对发动机点火、喷油、空气与燃油的比率、排放废气等进行优化控制，使发动机工作在最佳工况，达到提高性能、安全、节能、降低废气排放的目的。系统定义汽车发动机电子控制系统主要部件包括：(1)传感器：把各种反映发动机工况和汽车运行状况的参数（非电量参数）转变为电信号（电压或电流）提供给电控单元，使电控单元正确地控制发动机运转或汽车运行。主要包括空气流量传感器、空气温度传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、转速传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆燃传感器、车速传感器、氧传感器等。(2)执行器：用来完成电控单元发出的各种指令，是电控单元指令的执行者。主要包括喷油器、点火控制模块、怠速空气控制阀以及各种电磁阀等。(3)电子控制模块ECM（ElectronicControlModule）和控制算法程序软件：其作用是通过采集各种传感器输入信号并将信号进行调理，根据发动机管理控制算法进行运算，然后输出控制信号并进行功率放大给执行器。同时检测传感器信号正常状态，出现故障时报警。气门喷油器输油管进气支管电控燃油喷射系统的分类1.按喷射器安装位置分每一个气缸有一个喷油器。（1）多点喷射SPI调压器喷油器节气门体位置传感器节气门（2）单点喷射SPI几个缸共用一个喷油器，又称节气门体喷射TBI。将燃料直接喷入气缸内，需较高的喷射压力。（3）气缸内喷射4.按多点喷射的喷油间隔来分（1）同时喷射（2）分组喷射（3）顺序喷射3.按进气量检测方法来分（1）间接测量（2）直接测量（2）闭环控制传感器电子控制单元执行器发动机开环控制氧传感器闭环控制2.按控制方式来分（1）开环控制系统特征(一)目前国内4缸车用汽油发动机电控管理系统大多数是采用电脑闭环控制多点燃油顺序喷射（MPFI为multi-pointfuelinjection缩写）,无分电器直接点火和三元催化器后处理技术。下面我们就以德国BOSCH公司ME744系统为例，进行系统介绍。系统特征(二)该系统对发动机的供油和怠速采用的是闭环控制.闭环控制系统能够消除系统及相关机械零部件的制造差异,提高整车的综合一致性,还可消除车辆在实际使用后由于磨损等原因造成的误差.系统按照发动机的着火工作顺序1-3-4-2，依次进行供油和点火的控制,从而使汽油进行最优化控制.系统采用三元催化器对发动机燃烧后的气体进行后处理,使之转化为无害气体排到大气.发动机控制系统原理图碳罐相位传感器点火线圈燃油分配管总成碳罐控制阀Airmass电子控制器(ECU)故障指示灯诊断接口防盗油门踏板节气门(ETC)爆震传感器电动燃油泵后氧传感器前催化器前氧传感器主催化器CAN进气温度传感器ETCEOBDRLFS===UAES零部件Source:GS/VSA6402e转速传感器温度传感器电子油门车内诊断(欧洲）无回油供油系统电喷零部件构成图(ECM)系统及零部件-系统电源系统采用的是12伏直流电源.来自电瓶的电流分两路进入系统和发动机控制模块(ECM):一路是通过点火钥匙开关进入系统.它是系统工作的主电源.另一路是通过保险丝直接进入ECM.这个不间断的电源使ECM保持了系统在发动机运转后自学习的参数,以及在关机时系统为发动机的下一次起动进行准备步骤.系统电源也向ECM传递系统工作电压信号,ECM根据工作电压实时地修正对执行机构的控制.J2-A6J1-C16J2-B1BJ1-D7AJ1-C7J1-D16J1-C5+-4343121216432CT-1ECM系统及零部件-发动机控制模块(ECM)发动机控制模块是一个以单片机为核心的微处理器.它的功能就是处理来整车不同部位的传感器数据,判断发动机的工作状况,再通过执行器对发动机的进行准确的控制.系统及零部件-控制模块•电路板是实时系统的心脏，由它负责对来源于传感器的数据进行分析，与程序中的已编译的标定值对比，计算待完成的及通过发动机执行器已完成的功能•主要的汽车微信息处理器供应商有：Motorola,Intel系统及零部件-控制模块•微处理器16-32位(金属氧化物晶体管0.3µm)•主频--32MHz(充电率75%)•RAM--4k-32kbytes•Flash--512-768kbytes(1-2Mo短期）•传输速率（执行器控制满足)波特率Baud•集成模/数转换器10bit•输入/输出行(全或空)•CAN通信和K线•监控微处理器(证实输入/输出的一致,主要微处理器,矢量测试,监视器的正常工作)标定用PC机配置.微处理器32-64bits•CPUQuartz--3GHz•内存RAM--2G•缓存Flash--1-2M系统及零部件-控制模块ECU硬件框图系统及零部件-发动机转速与曲轴位置传感器发动机转速与曲轴转角传感器为磁电式.系统使用它决定曲轴旋转的位置和转速.曲轴转角传感器安装于变速箱离合器壳上.它与飞轮上的58x齿圈共同工作系统高分辨率的58齿(60齿减2齿)目标齿轮曲轴位置信号探测装置,为系统提供间隔仅6度曲轴转角的参考信号.No.20No.50No.01No.01No.011-42-31-42-3No.02系统及零部件-发动机转速与曲轴位置传感器系统及零部件-进气压力、温度传感器（1）进气压力、温度传感器DS—S—TF安装在进气歧管用来测量进气歧管的压力和进气温度,ECM通过此信号判断进入发动机的空气量.其中压力传感器由一个密封的弹性膜片和一个铁磁心组成.膜片和磁心精确地放置在线圈内,当感应到压力时,就产生一个与输入压力成正比的0~5V输出信号.•进气温度传感器是CTN型的（负变化型热敏电阻），其阻值随温度升高而减小（见图）系统及零部件-进气压力、温度传感器（2）系统及零部件-节气门传感器(TPS)节气门位置传感器装在节流阀体总成上,与油门拉杆和节气阀门同轴.它是线性可变电阻结构,其滑动端子由节气门轴带动.节气门的开度不同,该传感器所反应给ECM的电阻信号也不同.系统根据它输出的信号值及其变化速率判定发动机的实时负载和动态变化状况,及时对发动机进行精确的控制.系统及零部件-冷却液温度传感器(CTS)冷却剂温度传感器装配在发动机的冷却液小循环通道上.它采用负温度系数的热敏电阻作为感应元件.ECM通过设计在自身内部的一个电阻为冷却剂温度传感器提供一5伏的的参考信号,并测量该电阻的压降.系统及零部件-氧传感器(O2)氧传感器安装在发动机的排气歧管之上,是闭环燃油控制系统的一个重要标志性零件.氧传感器的主要敏感材料是氧化锆.氧化锆被排气加热(300C)激活后,氧离子穿过氧化锆元件到达其外部电极.氧化锆元件感应发动机排气中的氧的含量并改变其输出电压值.氧传感器采用特氟隆绝缘导线,不锈钢材料的成型元件.参考空气由导线输入,无阻塞问题.当参与发动机燃烧的空然比变稀时,排气之中的氧聚集含量增加,氧传感器的输出电压降低;反之输出电压值则增高.由此向ECM反馈发动机实时的空然比状态.系统及零部件-燃油供给系统(一)系统的燃油是靠一只燃油泵来提供的.ECM收到发动机转动的信号之后,驱动油泵继电器来接通燃油泵电源,燃油泵开始向供油系统提供压力燃油,压力燃油经调压器稳压后,经喷嘴喷出.发动机管理系统在未收到发动机转速信号时,出于安全角度,将不驱动燃油泵工作,确保燃油系统的安全性能.安全控制功能也保证了燃油泵不会在无油状况下长时间干运转.燃油泵燃油泵继电器ECM系统及零部件-燃油供给系统(二)系统的供油是采用闭环控制多点顺序喷射系统.“闭环燃油控制”是根据在排气系统安装的氧传感器反馈的氧含量化变信号(即:发动机工作时的实际空燃比),实时地对发动机供油进行修正和补偿.以强化催化转化器的转化效率.闭环控制系统的自动修正功能,能对发动机所存在的制造误差和实际使用的老化影响进行适度修正补偿.ECM接点火开关系统及零部件-燃油供给系统(三)顺序喷射的是按照活塞着火顺序1-3-4-2,ECM依次给各缸的喷嘴发出指令,燃油和空气在进气门口处充分混合后,在进入气缸内燃烧。喷油时刻是由系统根据发动机反馈的信号,由标定后的数据确定的.1、同时喷射：所有喷油器并联，同时喷油。两次喷完一个循环的供油量。进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605407200喷油喷油将气缸分为两组，所需燃油一次喷完。进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605400喷油喷油2、分组喷射按各缸的进气顺序间歇喷油。进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605400喷油喷油3、顺序喷射系统及零部件-燃油导轨总成(油轨)油轨是由燃油导油管,稳压仓,喷油嘴,压力调节器和一些固定部件所组成,它安装在进气管上.油轨提供了高压燃油的调压容积和流向各喷嘴的管路,以及固定喷嘴的支撑.系统及零部件-喷油嘴喷嘴结构是一个电磁开关装置.线圈引出两极经过发动机线束与ECM连通.线圈受ECM控制加上电压后,产生磁力克服弹簧力,燃油的压力和歧管的真空吸力,吸起铁芯,燃油就穿过与铁芯一体的球阀密封面,从导向喷孔喷出,形成