第13章發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)主要內(nèi)容：

發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)概況發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制功能擴(kuò)展發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制實(shí)例一、概況發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制發(fā)展：模擬電路單功能控制→微處理器集中控制→整車集中控制特點(diǎn)：共用傳感器、ECU、執(zhí)行單元簡化線路與結(jié)構(gòu)布置可靠性增強(qiáng)各系統(tǒng)控制的協(xié)調(diào)性和精度提高二、發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)功能擴(kuò)展除了EFI、ESA、ISCS、EGR、EVAP等之外，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)還有一些先進(jìn)的輔助控制系統(tǒng)。可變進(jìn)氣控制進(jìn)氣增壓控制電控節(jié)氣門冷卻風(fēng)扇及發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)故障自診斷系統(tǒng)失效保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)急備用系統(tǒng)1、可變進(jìn)氣控制原理

進(jìn)排氣系統(tǒng)對于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響主要體現(xiàn)在充氣效率，而配氣相位對充氣效率的影響很大。改善充氣效率的途徑：靜態(tài)效應(yīng)：減小流動(dòng)阻力動(dòng)態(tài)效應(yīng)進(jìn)氣慣性壓力脈動(dòng)1、可變進(jìn)氣控制系統(tǒng)目的：提高進(jìn)氣量，改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能。類型：動(dòng)力閥控制系統(tǒng)、諧波進(jìn)氣增壓系統(tǒng)（ACIS）、可變配氣相位控制系統(tǒng)（VTEC）等多種。動(dòng)力閥控制系統(tǒng)：是控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的空氣流通截面大小，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷時(shí)的進(jìn)氣量需求，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。諧波進(jìn)氣增壓系統(tǒng)：利用了進(jìn)氣管內(nèi)的壓力波與進(jìn)氣門的開啟配合，當(dāng)進(jìn)氣門開啟時(shí)，使反射回來的壓力波正好傳到該氣門附近，從而形成進(jìn)氣增壓的效果，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率和功率。可變配氣相位控制系統(tǒng)：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等參數(shù)變化來控制VTEC機(jī)構(gòu)工作，改變驅(qū)動(dòng)同一氣缸兩進(jìn)氣門工作的凸輪，以調(diào)整進(jìn)氣門的配氣相位及升程，并實(shí)現(xiàn)單進(jìn)氣門工作和雙進(jìn)氣門工作的切換。可變進(jìn)氣管系統(tǒng)影片ECU膜片真空氣室真空電磁閥動(dòng)力閥真空管空氣控制方式：ECU→真空電磁閥→真空→膜片真空氣室→動(dòng)力閥動(dòng)力閥控制系統(tǒng)在進(jìn)氣量較小的低速、小負(fù)荷工況下，使進(jìn)氣道空氣流通截面減小，可提高進(jìn)氣流速，從而提高充氣效率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能；在進(jìn)氣量較大的高速、大負(fù)荷工況下，適當(dāng)增大進(jìn)氣道空氣流通截面，可減少進(jìn)氣阻力，提高進(jìn)氣量，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的高速性能。VICS可變配氣相位控制系統(tǒng)VTEC中凸輪升程最大，次凸輪升程最小。主凸輪的形狀適合發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)單氣門工作的配氣相位要求；中凸輪的形狀適合發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)雙進(jìn)氣門工作的配氣相位要求。四個(gè)活塞安裝處VTEC工作原理VTEC工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，電磁閥斷電，油道關(guān)閉。在彈簧作用下，各活塞均回到各自孔內(nèi)，三個(gè)搖臂彼此分離。此時(shí)，主凸輪通過主搖臂驅(qū)動(dòng)主進(jìn)氣門，中間搖臂驅(qū)動(dòng)中間搖臂空擺（不起作用），次凸輪升程非常小，通過次搖臂驅(qū)動(dòng)次進(jìn)氣門微量開閉，以防止進(jìn)氣門附近積聚燃油。配氣機(jī)構(gòu)處于單進(jìn)、雙排氣門工作狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻液溫度及車速均達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電磁閥通電，油道打開。在機(jī)油作用下，同步活塞A和同步活塞B分別將主搖臂與中間搖臂、次搖臂與中間搖臂插接成一體，成為一個(gè)同步工作的組合搖臂。此時(shí)，由于中凸輪升程最大，組合搖臂由中凸輪驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)進(jìn)氣門同步工作，進(jìn)氣門配氣相位和升程與發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)相比，氣門的升程、提前開啟角度和遲后關(guān)閉角度均較大。此時(shí)配氣機(jī)構(gòu)處于雙進(jìn)、雙排氣門工作狀態(tài)。可變進(jìn)氣管長度變截面三（四）進(jìn)氣門進(jìn)氣控制三菱MIVECVVT-iACIS基本原理諧波增壓控制系統(tǒng)ACIS低速時(shí)，進(jìn)氣控制閥關(guān)閉，壓力波傳播距離長，發(fā)動(dòng)機(jī)低速性能好。高速時(shí)，進(jìn)氣控制閥打開，壓力波傳播距離短，發(fā)動(dòng)機(jī)高速性能好。進(jìn)氣控制閥進(jìn)氣道進(jìn)氣室真空驅(qū)動(dòng)器噴油器節(jié)氣門空氣濾清器ACIS組成ACIS控制電路控制方式：ECU→ACIS電磁閥→真空→真空驅(qū)動(dòng)器→進(jìn)氣控制閥ACIS電磁閥電阻：38.5～44.5Ω進(jìn)氣控制閥真空驅(qū)動(dòng)器ACIS電磁閥節(jié)氣門真空罐傳感器信號(hào)ECU二、增壓控制系統(tǒng)功能：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力的大小，控制增壓裝置的工作，以達(dá)到控制進(jìn)氣壓力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的目的。分類：根據(jù)增壓裝置使用的動(dòng)力源不同，增壓裝置分廢氣渦輪增壓和動(dòng)力增壓兩種。目前多采用廢氣渦輪增壓。典型廢氣渦輪增壓控制系統(tǒng)缸內(nèi)直噴三、電控節(jié)氣門系統(tǒng)電控節(jié)氣門系統(tǒng)的功能非線性控制怠速控制減小換檔沖擊控制驅(qū)動(dòng)力控制（TRC）穩(wěn)定性控制（VSC）巡航控制電控節(jié)氣門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LS400轎車節(jié)氣門電控系統(tǒng)電控節(jié)氣門系統(tǒng)工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)各傳感器輸入信號(hào)確定最佳的節(jié)氣門開度，并通過對控制電動(dòng)機(jī)和電磁離合器的控制改變節(jié)氣門開度。1、冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)功能：發(fā)動(dòng)機(jī)控制ECU根據(jù)冷卻液溫度傳感器信號(hào)和空調(diào)開關(guān)信號(hào)，通過風(fēng)扇繼電器來控制風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)電路的通斷，以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)扇的控制。原理：發(fā)動(dòng)機(jī)控制ECU控制風(fēng)扇繼電器線圈的搭鐵回路，當(dāng)冷卻液溫度低于98℃時(shí)，ECU斷開風(fēng)扇繼電器搭鐵回路，冷卻風(fēng)扇不工作；當(dāng)卻液溫度高于103℃時(shí)，冷卻風(fēng)扇工作。如果選擇空調(diào)開關(guān)信號(hào)，不管冷卻液溫度多少，風(fēng)扇始終工作。四、冷卻風(fēng)扇及發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)北京切諾基4.0L發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)電路圖2、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)功能：根據(jù)蓄電池電壓信號(hào)，控制發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)。原理：蓄電池電壓信號(hào)經(jīng)端子3輸送給ECU，ECU控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的搭鐵回路以調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出電壓的控制。1、故障自診斷系統(tǒng)的功能通過自診斷測試判斷電控系有無故障，有故障時(shí)，指示燈發(fā)出警報(bào)，并將故障碼存儲(chǔ)。在維修時(shí)，通過一定操作程序可將故障碼調(diào)出，進(jìn)行有針對性的檢查；當(dāng)傳感器或其電路發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)失效保護(hù)功能；當(dāng)發(fā)生故障導(dǎo)致車輛無法行駛時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急備用系統(tǒng)，以保證汽車可以繼續(xù)行駛。五、故障自診斷系統(tǒng)2、自診斷系統(tǒng)工作原理傳感器故障自診斷原理若傳感器輸入ECU的信號(hào)超出正常范圍，或在一定時(shí)間內(nèi)ECU收不到該傳感器信號(hào)，或該傳感器輸入ECU的信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化，自診斷系統(tǒng)均判斷定為“故障信號(hào)”。例如水溫傳感器，當(dāng)傳感器向ECU輸送的信號(hào)電壓低于0.3V或高于4.7V，自診斷系統(tǒng)會(huì)判斷為故障信號(hào)。執(zhí)行元件故障自診斷原理在沒有反饋信號(hào)的開環(huán)控制中，執(zhí)行元件如有故障，自診斷系統(tǒng)只能根據(jù)ECU輸出的執(zhí)行信號(hào)來判斷。原理與傳感器類似。帶有反饋信號(hào)的閉環(huán)控制工作時(shí)，自診斷系統(tǒng)還可根據(jù)反饋信號(hào)判別故障。3、自診斷系統(tǒng)的使用故障指示燈當(dāng)檢測到有故障時(shí)，儀表盤上的故障指示燈（CHECKENGINE）點(diǎn)亮，以警告駕駛員或維修人員。在使用中，點(diǎn)火開關(guān)接通，發(fā)動(dòng)機(jī)沒有起動(dòng)或起動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)，故障指示燈點(diǎn)亮是正?，F(xiàn)象，當(dāng)起動(dòng)后幾秒鐘內(nèi)或發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速（一般為500r/min）后，故障指示燈應(yīng)熄滅。4、OBD-Ⅱ簡介OBD是ON-BoardDiagnostics的縮寫，是由美國汽車工程學(xué)會(huì)（SEA）提出的，經(jīng)環(huán)保機(jī)構(gòu)（EPA）和加州資源協(xié)會(huì)（CARB）認(rèn)證通過的。20世紀(jì)70年代，汽車電控系統(tǒng)中開始采用了第一代隨車診斷系統(tǒng)（OBD-I）；1994年以后，美國、日本和歐洲的主要汽車制造廠家生產(chǎn)的電控汽車逐步開始采用第二代隨車診斷系統(tǒng)（OBD-Ⅱ）。OBD-Ⅱ的主要特點(diǎn)：汽車按標(biāo)準(zhǔn)裝用統(tǒng)一的16端子診斷座，并將診斷座統(tǒng)一安裝在駕駛室儀表盤下方。OBD-Ⅱ具有數(shù)據(jù)傳輸功能，OBD-Ⅱ具有行車記錄功能裝用OBD-Ⅱ的汽車，采用相同的故障碼代號(hào)及故障碼意義統(tǒng)一。1、失效保護(hù)系統(tǒng)的功能在電控系統(tǒng)中，當(dāng)自診斷系統(tǒng)判定某傳感器或其電路出現(xiàn)故障（即失效）時(shí)，由自診斷系統(tǒng)啟動(dòng)而進(jìn)入工作狀態(tài)，給ECU提供設(shè)定的目標(biāo)信號(hào)來代替故障信號(hào)，以保持控制系統(tǒng)繼續(xù)工作，確保發(fā)動(dòng)機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。六、失效保護(hù)系統(tǒng)2、失效保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)冷卻水溫度信號(hào)若冷卻水溫度傳感器或其電路發(fā)生故障時(shí)，失效保護(hù)系統(tǒng)給ECU提供設(shè)定的冷卻水溫度信號(hào)，通常按冷卻水溫度為80℃控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作，防止混合氣過濃或過稀。進(jìn)氣溫度傳感器當(dāng)進(jìn)氣溫度傳感器或其電路發(fā)生故障時(shí)，失效保護(hù)系統(tǒng)給ECU提供設(shè)定的進(jìn)氣溫度信號(hào)，通常按進(jìn)氣溫度為20℃控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作，防止混合氣過濃或過稀。點(diǎn)火確認(rèn)信號(hào)點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)生故障造成不能點(diǎn)火，ECU接受不到點(diǎn)火控制反饋的點(diǎn)火確認(rèn)信號(hào)時(shí)，失效保護(hù)系統(tǒng)使ECU立即切斷燃油噴射，使發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)

當(dāng)節(jié)氣門位置傳感器或其電路發(fā)生故障時(shí)，ECU將始終接受節(jié)氣門處于全開或全關(guān)狀態(tài)信號(hào)，無法對噴油量進(jìn)行精確控制。此時(shí)，失效保護(hù)系統(tǒng)中，通常按節(jié)氣門開度為0°或25°設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)氣門位置傳感器。點(diǎn)火提前角

爆燃傳感器或其電路發(fā)生故障時(shí)，失效保護(hù)系統(tǒng)使ECU將點(diǎn)火提前角固定在一個(gè)適當(dāng)值。凸輪軸位置傳感器

當(dāng)凸輪軸位置傳感器發(fā)生故障時(shí)，導(dǎo)致G1和G2兩個(gè)信號(hào)不能輸送給ECU，則只能利用應(yīng)急備用系統(tǒng)維持發(fā)動(dòng)機(jī)基本運(yùn)轉(zhuǎn)。失效保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)空氣流量計(jì)信號(hào)

若空氣流量計(jì)或其電路發(fā)生故障，ECU無法按進(jìn)氣量計(jì)算基本噴油量，將引起發(fā)動(dòng)機(jī)失速或不能起動(dòng)。此時(shí)，失效保護(hù)系統(tǒng)使ECU根據(jù)起動(dòng)信號(hào)和節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)按固定的噴射時(shí)間控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作。進(jìn)氣管絕對壓力傳感器信號(hào)如此傳感器發(fā)生故障，ECU無法按進(jìn)氣流量計(jì)算基本噴油量，失效保護(hù)系統(tǒng)使ECU按設(shè)定的固定值控制噴油量，或啟動(dòng)應(yīng)急備用系統(tǒng)維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。失效保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)七、應(yīng)急備用系統(tǒng)應(yīng)急備用系統(tǒng)的功能功能：由ECU內(nèi)的備用IC來完成，當(dāng)ECU內(nèi)的微處理器或少數(shù)重要的傳感器出現(xiàn)故障、車輛無法行駛時(shí)，該系統(tǒng)使ECU把燃油噴射和點(diǎn)火正時(shí)控制在設(shè)定的水平上，作為一種備用功能使汽車能維持基本行駛，以便把汽車開到最近的維修站或適宜的地方，所以又可稱為回家系統(tǒng)。該系統(tǒng)只能維持汽車的基本功能，而不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常性能運(yùn)行。應(yīng)急系統(tǒng)的工作原理當(dāng)啟動(dòng)備用系統(tǒng)工作后，備用IC根據(jù)控制所需的幾個(gè)基本傳感器信號(hào)，按照固定的程序?qū)?zhí)行元件進(jìn)行簡單的控制。應(yīng)急備用系統(tǒng)工作時(shí)，只能根據(jù)起動(dòng)開關(guān)信號(hào)和怠速觸點(diǎn)信號(hào)將發(fā)動(dòng)機(jī)的工況簡單地分為起動(dòng)、怠速和非怠速，并按預(yù)先設(shè)定的固定數(shù)值輸出噴油控制信號(hào)和控制信號(hào)。13.2發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制實(shí)例典型發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制有：日產(chǎn)ECCS（ElectronicConcentratedEngineControlSystem)豐田TCCS(Toyotacomputerc