汽車發(fā)動機電子控制系統

汽車發(fā)動機電子控制系統第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一隨著汽車技術和電子技術的飛速發(fā)展，汽車電控單元采用功能強大的微機控制系統，使發(fā)動機點火、噴油、怠速等許多功能由一臺微機來控制，由此產生了現代發(fā)動機集中控制系統采用集中控制系統后，有利于發(fā)動機點火、噴油的優(yōu)化控制，改善了發(fā)動機的動力性、經濟性、和排放凈化性能。整個系統只需一臺微機，傳感器可共用，由于采用集中控制，減小了體積、增加了功能、簡化了結構、成本了降低。因此，發(fā)動機集中控制系統是現代汽車電系的發(fā)展趨勢精確的控制空燃比和點火時間是發(fā)動機集中控制系統的主要功能。怠速、廢氣再循環(huán)、進氣增壓、電動燃油泵、冷卻風扇、極限轉速等輔助功能，也被不同程度的應用在各種類型的汽車上第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一汽油發(fā)動機的工作原理汽油發(fā)動機是一種使汽油和空氣的混合物在其缸體內部燃燒產生熱能，并將熱能轉變?yōu)闄C械能的動力裝置目前汽車采用的發(fā)動機多數是內燃機，無論是以汽油機為代表的點燃式還是以柴油機為代表的壓燃式，都是將燃料燃燒放出的熱能轉換為機械能，并通過機械系統進行有效輸出的機器第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一為了產生動力，汽油發(fā)動機必須先將燃料和空氣吸入氣缸，經過壓縮后使之燃燒發(fā)出熱能，再通過曲柄連桿機構轉化為機械能，最后還要將燃燒后的廢氣排出氣缸，至此，完成一個工作循環(huán)此循環(huán)周而復始的進行，發(fā)動機便連續(xù)不斷產生動力第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一四沖程發(fā)動機的工作循環(huán)，按其作用分為進氣沖程、壓縮沖程、作功沖程和排氣沖程見圖第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一發(fā)動機常用名詞空燃比-混合氣中空氣與汽油的質量之比通常用A/F表示理論空燃比-理論上1Kg汽油完全燃燒所需要的空氣為14.7Kg，因此把空燃比為14.7Kg的混合氣稱為標準混合氣，14.7：1被稱為理論空燃比上止點-是活塞頂平面在氣缸中運動所處最高點下止點-是活塞頂平面在氣缸中運動所處最低點行程-從上止點到下止點之間的距離叫活塞行程用長度（mm）表示

氣缸工作容積-活塞在氣缸內從上止點移動到下止點或由下到上所掃過的氣缸容積稱之為單缸工作容積（L升）第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一排量-氣缸工作容積*缸數稱為排量（L升）壓縮比-氣缸總容積／燃燒室容積是指單個氣缸的總容積與燃燒室容積之比，也就是壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后最小容積之比發(fā)動機工況-發(fā)動機的工作狀況簡稱工況，通常用發(fā)動機的功率與轉速或發(fā)動機負荷與轉速來表示第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)電控汽油噴射系統

電控汽油噴射系統（縮寫為EFI），是利用各種傳感器檢測并輸出發(fā)動機工況信號到電控單元ECU，由ECU進行精確計算和綜合處理，確定該工況下所需的最佳噴油量，輸出噴油信號，控制噴油器的噴油量大小和噴油時機。使發(fā)動機獲得最大的功率、最低的油耗和最小的污染第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一一、電控汽油噴射系統的分類按檢測進氣量方式分有：壓力型和流量型壓力型（D）電控汽油噴射系統基本特點是：ECU根據節(jié)氣門后方進氣管內安裝的壓力傳感器測量的進氣壓力（該壓力是負壓，它表示發(fā)動機的負荷）和發(fā)動機轉速信號，確定發(fā)動機的基本噴油量流量（L）型電控汽油噴射系統基本特點是：ECU根據安裝在空氣濾清器之后的空氣流量傳感器測量進氣流量（它表示發(fā)動機的負荷）和發(fā)動機轉速信號，確定發(fā)動機的基本噴油量第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一按控制模式分有：開環(huán)控制和閉環(huán)控制開環(huán)控制是指發(fā)動機運轉時，ECU根據各個傳感器的輸入信號，判斷發(fā)動機的目前所處的運行工況，找出事先存儲在ROM中所對應的基本噴油量的數據，按照ECU內的預先設置的程序和修正計算方法進一步優(yōu)化處理，確定出發(fā)動機在該工況下的最佳噴油量并發(fā)出控制信號，驅動電磁噴油器動作，從而達到精確地控制混合氣的空燃比第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一開環(huán)控制的優(yōu)點是：簡單易行。但控制精度直接取決于ECU儲存的基本數據的準確度、程序及處理方法的適用度、各種傳感器的性能和精度及電磁式噴油器調整精度等當噴油器和傳感器性能變化時混合氣就不能保持在原預設的空燃比值上。不能通過反饋控制噴油量的自行修正因此，它對發(fā)動機及控制系統的各個組成部分精度要求高，系統本身抗干擾能力較差，當使用工況超過預定范圍時，不能實現最佳控制第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一閉環(huán)控制它是在排氣管上加裝1-2個氧傳感器，以隨時檢測廢氣中的氧含量，并將檢測結果轉變?yōu)殡娦盘柤皶r反饋給ECU，ECU可隨時修正噴入氣缸的燃油量，使混合氣的空燃比保持在理論空燃比的附近，得到最好的三元催化效果第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一閉環(huán)控制的優(yōu)點是：空燃比精度高，可消除因元器件質量和磨損等引起的性能變化對空燃比的影響，工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強?？杀ＷC發(fā)動機運行在理論空燃比14.7附近很窄的范圍內，使三元催化裝置對排氣凈化處理達到最佳效果但是，由于發(fā)動機某些特殊運行工況（如起動、暖機、加速、怠速滿負荷）等，需要控制系統提供較濃的混合氣來保證發(fā)動機的各種性能因此，在現代汽車發(fā)動機電控汽油噴射系統中，常采用開環(huán)與閉環(huán)相結合的混合控制方式第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一按噴油器數目分類有：單點噴射（SPI）和多點噴射（MPI）單點噴射（SPI）單點噴射是在節(jié)氣門上方，只安裝一個或兩個噴油器，將汽油集中噴射在進氣管中，又稱為節(jié)氣門噴射或集中噴射多點噴射（MPI）多點噴射是每個氣缸安裝一個噴油器，將汽油直接噴射到各個氣缸進氣門前方，又稱為進氣門噴射單點噴射與多點噴射相比，結構簡單第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一二、電控汽油噴射系統的組成與基本原理

電控汽油噴射系統（EFI）一般由空氣供給系統、燃油供給系統、電控系統三大部分組成。具體組成部件因電控汽油噴射系統的類型、生產廠家及生產年代而不相同圖為L型電控汽油噴射系統組成

第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一該系統的燃油供給系統主要由：汽油箱、電動汽油泵、汽油濾清器、噴油器、冷起動噴油器、油壓調節(jié)器、回油管等組成空氣供給系統主要由：空氣濾清器、空氣流量傳感器、節(jié)氣門、輔助空氣閥、進氣歧管、進氣門等組成電控系統主要包括：ECU和各種傳感器等，如發(fā)動機轉速傳感器、空氣流量傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、冷卻水溫度傳感器、進氣溫度傳感器、氧傳感器等第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一電控汽油噴射系統電工作時，ECU接收空氣流量傳感器和發(fā)動機轉速傳感器輸入的信號，計算出基本噴油量，再根據其它各種傳感器等輸入的與發(fā)動機工況有關的信號，對基本噴油量進行修正，確定出與發(fā)動機工況相適應的最佳噴油量，并輸出一個與最佳噴油量相對應的有一定脈沖寬度的的噴油信號，經驅動電路放大后，控制電磁式噴油器的噴油時間，將適量的燃油噴入進氣管或氣缸第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一

三、噴油正時控制噴油正時控制是指ECU控制電磁式噴油器什么時刻開始噴油電控汽油噴射系統大多采用多點間歇式噴射方式，其噴射方式是斷續(xù)進行的，每次噴射都有一個持續(xù)期和間歇期多點間歇式噴射可分為：同步噴射和異步噴射第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一同步噴射--是指噴油頻率與發(fā)動機轉速同步由曲軸位置傳感器觸發(fā)異步噴射--是指噴油頻率與發(fā)動機轉速無關，多屬于臨時補充供油性質，如急加速時的補充噴油等同步噴射可分為：同時噴射、分組噴射和順序噴射第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一同時噴射早期生產的電控汽油噴射系統，通常采用間歇同時噴射噴油正時控制方式如圖其特點是：所有噴油器均并聯，共用一個之所以油器驅動電路。ECU根據曲軸位置傳感器的信號來觸發(fā)驅動電路，控制功率三極管的導通和截止，同時接通或切斷各噴油器的電磁線圈電路，使噴油器同步動作，產生噴油過程。通常曲軸每轉一圈，噴油器噴射一次，第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一同時噴射方式中各缸噴油器同步動作，噴油正時與發(fā)動機進氣、壓縮、作功、排氣的循環(huán)無關。因此，各缸噴油器的噴射時刻不可能達到最佳，造成各缸混合氣濃度不均勻但因其方式簡單、對各缸活塞位置不需要判定，故目前一些汽車上仍采用第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一分組噴射是指噴油器噴油過程分組進行如圖四缸發(fā)動機的噴油器通常分為兩組，ECU控制兩組噴油器交替進行噴射。其工作原理與同時噴射方式相同，也是由曲軸位置傳感器的信號觸發(fā)第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一順序噴射又叫獨立噴射，噴油器每循環(huán)各噴射一次，但噴油過程是按照特定的順序依次獨立進行。如圖第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一順序噴射的控制系統通常需具備氣缸位置判定功能，曲軸位置傳感器可用來提供軸軸轉角信號及活塞位置判斷信號。ECU可根據曲軸位置傳感器的輸出信號，準確判斷活塞位置，及時驅動相應的噴油器線圈，噴油器開啟噴油。噴油時刻通常控制在各缸排氣行程的上止點前70度左右為宜第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一因順序噴射的噴油時間可以設置在最佳時間進行，控制精度好，混合氣形成十分有利，故對提高發(fā)動機的燃油經濟性及環(huán)保有利但其控制系統的電路及控制軟件較為復雜所以多應用在高檔轎車的發(fā)動機電控汽油噴射系統第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一

四、噴油量控制在電控燃油噴射系統中，傳感器將發(fā)動機的各種工況信號提供給ECU，ECU根據這些信號控制噴油器噴射適量的燃油或中斷噴油，以滿足發(fā)動機各種工況的需要噴油器的噴油量分為：基本噴油量和補充（額外）噴油量第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一

其控制原理如下：基本噴油量發(fā)動機一轉動就會產生兩個信號：發(fā)動機轉速信號和負荷狀況信號發(fā)動機轉速信號由轉速傳感器提供發(fā)動機負荷信號由空氣流量計或進氣管壓力傳感器所測量的進氣量決定ECU根據這兩個信號所決定的噴油量稱為基本噴油量第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一補充噴油量在許多工況下，除基本噴油量外，還需要額外噴油量，如：在起動時或大負荷工況下，需供給發(fā)動機補充噴油量在電控汽油噴射系統中精確地提供噴油量，是由ECU收集各種傳感器送來的信號運算后決定的。它根據實際需要提供噴油量，因此使用電控汽油噴射系統，具有省油、動力性好、污染小一系列優(yōu)點第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一冷卻液溫度決定的補充噴油量只要冷卻液溫度低于80度，冷卻液溫度傳感器測量冷卻液溫度后產生補充噴油信號。因此，冷卻液溫度不同，由其所決定的補充噴油量也不同空氣溫度決定的補充噴油量只要空氣溫度低于40度，進氣溫度傳感器就能十分精確的測量進氣溫度變化，產生所需的補充噴油量信號，當進氣溫度高于40度時，產生較少補充噴油量的信號第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一節(jié)氣門開度決定的補充噴油量當節(jié)氣門開度變化時，由節(jié)氣門位置傳感器內的怠速觸點和全開觸點的接通或斷開或節(jié)氣門電阻值的變化，可測量節(jié)氣門的開關變化情況，發(fā)出補充噴油量的信號第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一點火開關決定的補充噴油量點火開關在“ST”（起動）位置時，產生補充噴油量信號。點火開關所控制的補充噴油量有以下四個方面冷起動補充噴油量當點火開關位于“ST”位置時，冷車起動閥起作用，將補充噴油量噴入進氣管，可使發(fā)動機在較短的時間內起動第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一起動補充噴油量無論冷卻液溫度高、低，只要點火開關位于“ST”位置時，發(fā)動機就會得到一定量的補充噴油量。此補充噴油量受點火開關控制，只要點火開關在“ST”位置上，就存在補充噴油量第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一起動后補充噴油量發(fā)動機起動后，點火開關由“ST”檔轉到“ON”（點火）檔，此時起動補充噴油量消除，起動后補充噴油量建立起來隨著發(fā)動機運轉時間增長，“起動后補充噴油”逐漸減少，最后為0

起動后補充噴油量的多少由冷卻液決定第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一怠速后補充噴油量在怠速工況下，當踩下加速踏板使汽車起步時，怠速后補充噴油量的供給，能使汽車較為平穩(wěn)地起步和加速，此噴油量依據冷卻液溫度自動控制此外，還有節(jié)氣門全開補充噴油量節(jié)氣門全開是指節(jié)氣門開啟34度以上時的補充噴油，節(jié)氣門全開補充噴油可使發(fā)動機在行駛時達到最平穩(wěn)和最佳燃燒值狀態(tài)。節(jié)氣門全開補充噴油量大約是基本噴油量的13%左右第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期一油量中斷減速斷油當發(fā)動機減速，特別是在汽車緊急制動時，ECU會向噴油器發(fā)出停止噴油的信號，使燃油供應中斷。此功能可節(jié)省燃油、減少污染、使汽車有良好的制動效果燃油中斷信號是在放開加速踏板時，節(jié)氣門位置傳