第六章發(fā)動機電子控制系統(tǒng)控制過程

第六章發(fā)動機電子控制系統(tǒng)控制過程第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)噴油器與噴油正時的控制一、燃油噴射系統(tǒng)的組成“L”型燃油噴射系統(tǒng)的組成如圖6-1所示。曲軸位置傳感器CPS向ECU提供反映發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角的信號，凸輪軸位置傳感器CIS向ECU提供反映活塞上止點位置的信號，以便計算噴油量和確定噴油提前角；空氣流量傳感器AFS向ECU提供反映進(jìn)氣量多少的信號，以便計算噴油量；節(jié)氣門位置傳感TPS向ECU提供反映發(fā)動機負(fù)荷大小的信號，ECU根據(jù)TPS信號確定增加或減少噴油量；水溫傳感器CTS向ECU提供發(fā)動機冷卻液溫度信號，以便計算確定噴油量和點火提前角的修正值；氧傳感器EGO向ECU提供反映發(fā)動機可燃混合氣濃度的信號，以便確定增減噴油量的大小，實現(xiàn)空燃比反饋控制，降低廢氣排放量；車速傳感器VSS向ECU提供汽車車速信號，以便判斷發(fā)動機運行在怠速狀態(tài)（節(jié)氣門關(guān)閉、車速為零）還是運行在減速狀態(tài)（節(jié)氣門關(guān)閉、車速不為零），從而確定是否停止供油；點火啟動開關(guān)信號包括點火開關(guān)接通信號IGN和啟動開關(guān)接通信號STA，用于ECU判斷發(fā)動機工作狀態(tài)（啟動狀態(tài)或正常工作狀態(tài)）并運行相應(yīng)的控制程序。第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、噴油器的控制各種傳感器的信號輸入ECU后，ECU根據(jù)數(shù)學(xué)計算和邏輯判斷結(jié)果，發(fā)出脈沖信號指令控制噴油器噴油。當(dāng)脈沖信號的高電平“1”加到驅(qū)動三極管VT基極時，VT導(dǎo)通，噴油器線圈電流接通，產(chǎn)生電磁吸力將閥門吸開,噴油器線器開始噴油；當(dāng)脈沖信號的低電平“0”加到驅(qū)動三極管VT基極時,VT截止，噴油器線圈電流切斷，在復(fù)位彈簧彈力作用下閥門關(guān)閉，噴油器停止噴油。由于控制信號為脈沖信號,因此閥門不斷地開閉使噴出燃油霧化很好。霧化燃油噴射在進(jìn)氣門附近，與吸入空氣混合形成可燃混合氣。當(dāng)進(jìn)氣門打開時，再吸入氣缸燃燒做功。第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月在采用間歇噴射方式的電控燃油噴射系統(tǒng)中，電腦必須控制噴油器噴油的開始時刻，這就是噴油正時控制。其控制目標(biāo)一般是在進(jìn)氣行程開始前，噴油結(jié)束。同步噴油正時控制順序噴射正時控制分組噴射正時控制同時噴射正時控制異步噴油正時控制起動時異步噴油正時控制加速時異步噴油正時控制三、噴油正時控制第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月同步噴油正時控制：順序噴射正時控制特點：噴油器驅(qū)動回路數(shù)與氣缸數(shù)目相等。工作原理：ECU根據(jù)凸輪軸位置傳感器（G信號）、曲軸位置傳感器（Ne信號）和發(fā)動機的作功順序，確定各氣缸工作位置。當(dāng)確定各缸活塞運行至排氣行程上止點某一位置時，ECU輸出噴油控制信號，接通噴油器電磁線圈電路，該缸開始噴油。第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月同步噴油正時控制：分組噴射正時控制特點：把所有噴油器分成2～4組，由ECU分組控制噴油器。工作原理：以各組最先進(jìn)入作功的缸為基準(zhǔn)，在該氣缸排氣行程上止點前某一位置，ECU輸出指令信號，接通該組噴油器電磁線圈電路，該組噴油器開始噴油。第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月同步噴油正時控制：同時噴射正時控制特點：所有各缸噴油器由ECU控制同時噴油和停油。工作原理：噴油正時控制是以發(fā)動機最先進(jìn)入作功行程的缸為基準(zhǔn)，在該缸排氣行程上止點前某一位置，ECU輸出指令信號，接通該組噴油器電磁線圈電路，該組噴油器開始噴油。第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月起動時異步噴油正時控制在同步噴油基礎(chǔ)上，為改善發(fā)動機的起動性能，在增加一次異步噴油。在起動開關(guān)處于接通狀態(tài)時，ECU接受到第一個凸輪軸位置傳感器信號（Ne信號）后，接收到第一個曲軸位置傳感器信號（G信號）時，開始進(jìn)行起動時的異步噴油。加速時異步噴油正時控制為了改善加速性能，ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器中怠速信號從接通到斷開時，增加依次固定量的噴油。異步噴油正時控制第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月目的：使發(fā)動機在各種運行工況下，都能獲得最佳的噴油量，以提高發(fā)動機的經(jīng)濟性和降低排放污染。噴油量的控制是通過對噴油器噴油時間的控制來實現(xiàn)的。起動時的同步噴油量控制起動后的同步噴油量控制異步噴油量控制起步和暖機等速行駛高負(fù)荷行駛第二節(jié)噴油量控制第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月在發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于規(guī)定值或點火開關(guān)接通位于STA（起動）檔時：ECU根據(jù)水溫確定基本噴油時間，再根據(jù)進(jìn)氣溫度和蓄電池電壓進(jìn)行修正，得到起動時的噴油持續(xù)時間。噴油時間（ms）冷卻液溫度（℃）起動時的基本噴油時間一、發(fā)動機啟動時噴油量的控制第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月噴油持續(xù)時間=基本噴油持續(xù)時間×噴油修正系數(shù)+電壓修正基本噴油持續(xù)時間：根據(jù)傳感器信號，由電腦查表確定。D型：根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和進(jìn)氣管絕對壓力信號確定基本噴油時間；L型：根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和空氣流量計信號確定基本噴油時間。噴油修正系數(shù)：包括起動后加濃修正、暖機加濃修正、進(jìn)氣溫度修正、大負(fù)荷工況噴油量修正、過渡工況噴油量修正、怠速穩(wěn)定性修正等。電壓修正：考慮蓄電池電壓變化的修正。二、發(fā)動機啟動后噴油量的控制第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)動機起動和加速時的異步噴油量是固定，各氣缸噴油器以一個固定的噴油持續(xù)時間，同時向各氣缸增加一次噴油。異步噴油量控制第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月噴油量蓄電池電壓修正由冷卻液溫度確定基本噴油量起動后加濃修正暖機加濃修正加速增量(暖機時)蓄電池電壓修正大氣壓力修正進(jìn)氣溫度修正基本噴油量大負(fù)荷工況修正減速斷油發(fā)動機狀態(tài)起動(500rpm以下)起動節(jié)氣門全閉怠速行駛(暖機)加速正常行駛節(jié)氣門關(guān)閉(4188rpm以上)全負(fù)荷發(fā)動機制動節(jié)氣門全開(減速時)噴油修正系數(shù)總圖第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月減速斷油控制：當(dāng)駕駛員快速松開油門踏板使汽車減速時，ECU控制噴油器停止噴油，以降低HC和CO含量。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至規(guī)定值時又恢復(fù)正常。限速斷油控制：發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過安全轉(zhuǎn)速或汽車超過設(shè)定的最高車速時，ECU控制噴油器停止噴油，以防超速。清除溢流控制：清除溢以功能就是將發(fā)動機加速踏板踩到底，接通啟動開關(guān)啟動發(fā)動機時，ECU自動控制噴油器中斷噴油，以便排除氣缸內(nèi)的燃油蒸湯汽，使火花塞干燥，從而能夠跳火。減扭矩斷油控制：在配裝電子控自動變速器的汽車上，當(dāng)行駛中變速器自動升檔時，變速器ECU會向燃油噴油射系統(tǒng)ECU發(fā)出一個減速扭矩信號。燃油噴射ECU接收到這一信號后，將立即發(fā)出控制指令，暫時中斷個別氣缸噴油，降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，以便減輕換檔沖擊，這種控制功能稱為減扭矩斷控制。第三節(jié)斷油控制第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)怠速控制一、怠速控制系統(tǒng)組成怠速控制系統(tǒng)的組成如圖6-1所示，由各種傳感器、信號控制開關(guān)、電子控制器、怠速控制閥和節(jié)氣門旁通空氣道等組成。車速傳感器提供車速信號，節(jié)氣門位置傳感器提供怠速觸電開閉信號，這兩個信號來判斷發(fā)動機是否處于怠速狀態(tài)。發(fā)動機怠速時，節(jié)氣門關(guān)閉，節(jié)氣門位置傳感器的怠速觸電IDL閉合，傳感器輸出端子IDL輸出低電平信號。冷卻液溫度信號用于修正怠速轉(zhuǎn)速?？照{(diào)開關(guān)、動力轉(zhuǎn)向開關(guān)、空擋啟動開關(guān)信號和電源信號等等向ECU提供發(fā)動機負(fù)荷變化的狀態(tài)信息。

第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-1怠速控制

系統(tǒng)組成第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、怠速控制的實質(zhì)怠速控制內(nèi)容主要是發(fā)動機負(fù)荷變化控制和電器負(fù)荷變化控制。怠速控制的實質(zhì)是控制怠速時的充氣量（進(jìn)氣量）。當(dāng)發(fā)動機怠速負(fù)荷增大時，ECU控制怠速控制閥使進(jìn)氣量增大，從而使怠速轉(zhuǎn)速提高，防止發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定或熄火；當(dāng)發(fā)動機怠速負(fù)荷減小時，ECU控制怠速控制閥使進(jìn)氣量減少。從而使怠速轉(zhuǎn)速降低，以免怠速轉(zhuǎn)速過高。怠速時的噴油量則由ECU根據(jù)預(yù)先設(shè)定的怠速空燃比和實際充氣量計算確定。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月三、怠速控制過程怠速轉(zhuǎn)速控制過程如圖6-2所示。ECU首先根據(jù)怠速觸點IDL信號和車速信號，判斷發(fā)動機是否處于怠速狀態(tài)。當(dāng)判定為怠速工況時，再根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度傳感器信號、空調(diào)開關(guān)、動力轉(zhuǎn)向開關(guān)等信號，從存儲器存儲的怠速轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)中查詢相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速ng,然后目標(biāo)轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器檢測的發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速n進(jìn)行比較。當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷增大，需要發(fā)動機快怠速運轉(zhuǎn)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速高于實際轉(zhuǎn)速（ng>n）時，ECU將控制怠速控制閥（增大比例電磁閥式怠速控制閥的占空比，或增加步進(jìn)電機步進(jìn)的步數(shù)）增大旁通進(jìn)氣量來實現(xiàn)快怠速；反之，當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷減小，目標(biāo)轉(zhuǎn)速低于實際轉(zhuǎn)速，ECU將控制怠速控制閥減小旁通進(jìn)氣量來調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-2怠速轉(zhuǎn)速控制過程第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、怠速控制電路采用進(jìn)步電機式怠速控制閥的怠速控制線路如圖6-3所示。當(dāng)發(fā)動機怠速負(fù)荷變化時，在怠速轉(zhuǎn)速變化之前，ECU將按照一定順序，控制驅(qū)動電路中的三極管VT1、VT2、VT3、VT4適時導(dǎo)通，分別接通步進(jìn)電機定子繞組電流，使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動控制閥的閥芯移動，從而調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，是發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-3步進(jìn)電機式怠速控制閥控制電路第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)點火控制一、微機控制點火的組成微機控制點火系統(tǒng)主要由凸輪軸位置（上止點位置）傳感器CIS、曲軸位置（曲軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角）傳感器CPS、空氣流量（負(fù)荷）傳感器AFS、節(jié)氣門位置（負(fù)荷）傳感器TPS、冷卻液溫度傳感器CTS、進(jìn)氣溫度傳感器IATS、車速傳感器VSS。爆震傳感器DS。各種控制開關(guān)。電控單元ECU、點火控制器。點火線圈以及火花塞等組成，如圖6-4所示。第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-4微機控制點火系統(tǒng)的組成第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器--傳感器用來檢測與點火有關(guān)的發(fā)動機工作和狀況信息，并將檢測結(jié)果輸入ECU，作為計算和控制點火時刻的依據(jù)。

電子控制器--電子控制器（ECU）既是燃油噴射控制系統(tǒng)的控制核心，也是點火控制系統(tǒng)的控制核心。

點火控制器--點火控制又稱為點火電子組件、點火器或功率放大器，是微機控制點火系統(tǒng)的功率輸出級，它接受ECU輸出的點火控制信號并進(jìn)行功率放大，以便驅(qū)動點火線圈工作。第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、微機控制點火系統(tǒng)的控制原理

（一）控制原理--發(fā)動機工作時，CPU通過傳感器把發(fā)動機的工況信息采集到隨機存儲RAM中，并不斷檢測凸輪軸位置傳感器信號（即標(biāo)志位信號），判定是哪一缸即將到達(dá)壓縮上止點。當(dāng)接收到標(biāo)志信號后，CPU立即開始對曲軸轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行計數(shù)，以便控制點火提前角。與此同時，CPU根據(jù)反映發(fā)動機工況的轉(zhuǎn)速信號、負(fù)荷信號以及與點火提前有關(guān)的傳感器信號，從只讀存儲器中查詢出相應(yīng)工況下的最佳點火提前角。在此期間，CPU一直在對曲軸轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行計數(shù)，判斷點火時刻是否到來。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角等于最佳點火提前角時，CPU立即向點火控制器發(fā)出控制指令，使功率三極管截止，點火線圈初級電流切斷，次級繞組產(chǎn)生高壓，并按發(fā)動機點火順序分配到各缸火花塞跳火點著可燃混合氣。上述控制過程是指發(fā)動機在正常狀態(tài)下點火時刻的控制過程。當(dāng)發(fā)動機啟動、怠速或汽車滑行工況時，設(shè)有專門的控制程序和控制方式進(jìn)行控制。第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）控制軟件--微機控制點火系統(tǒng)采用實時控制，其控制精度高、運算速度快，因此一般都采用匯編語言編程。為了便于程序編制與調(diào)試，一般采用?；Y(jié)構(gòu)，將程序分成若干個程序進(jìn)行編制與調(diào)試。點火控制軟件的流程簡圖如圖6-5所示，主要由主程序、自檢程序、故障報警程序、啟動子程序、滑行子程序和怠速子程序等組成。主程序的主要功用是檢測判定發(fā)動機工作狀態(tài)，計算或從點火脈譜圖中查詢確定點火時間、點火提前時間（提前角），并發(fā)出點火指令、控制點火線圈初級電流接通與切斷。第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-5微機控制點火的控制流程簡圖第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月三、微機控制點火系統(tǒng)點火時刻的控制過程（一）點火提前角的確定微機控制的點火提前角θ由初始點提前角θi、基本點火提前角θb和修正點火提前角θc三部分組成，即θ=θi+θb+θc

1、初始點火提前角θi初始點火提前角又稱為固定點火提前角，其值大小取決于發(fā)動機型式，并由曲軸位置傳感器的初始位置決定，一般為上止點前BTDC6°-BTDC12°。2、基本點火提前角θb基本點火提前角是發(fā)動機最主要的點火提前角，是設(shè)計微機控制點火系統(tǒng)時確定的點火提前角。

第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月綜合考慮發(fā)動機油耗、扭矩、排放和爆震等因素，對試驗結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理后，即可獲得如圖6-6所示的以轉(zhuǎn)速和負(fù)荷為變量的三維點火特性脈譜圖。將脈譜圖以數(shù)據(jù)形式存儲在ECU的只讀存儲器ROM中，汽車行駛時，微機根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和負(fù)荷信號（由空氣流量和節(jié)氣門位置傳感器確定），即可從ROM中查詢出相應(yīng)的基本點火提前角來控制點火。

3、修正點火提前角θc為使實際點火提前角適應(yīng)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)情況，以便得到良好的動力性、經(jīng)濟性和排放性能，必須根據(jù)相關(guān)因素（冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、開關(guān)信號等等）適當(dāng)增大或減小點火提前角，即對點火提前角進(jìn)行必要的修正，修正點火提前角的項目有多有少，主要有暖機修正怠速修正。

第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-6三位點火特性脈譜圖第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）點火提前角的控制（三）點火導(dǎo)通角的控制點火導(dǎo)通角是指點火線圈初級電路的功率三極管導(dǎo)通期間，發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)過的角度。導(dǎo)通角的控制方法是：ECU首先根據(jù)電源電壓高低，在存儲器存儲的導(dǎo)通時間脈譜圖中查詢選擇導(dǎo)通的時間，然后根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速確定導(dǎo)通角的大小。第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、微機控制點火系統(tǒng)的配電方式及其控制（一）高壓配電方式的分類微機控制點火系統(tǒng)點火線圈高壓電分配方式可分為機械配電方式和電子配電方式兩種。機械配電方式是指由分火頭將高壓電分配到分電器蓋旁電極，再通過高壓線輸送到各缸火花塞上的傳統(tǒng)配電方式。電子配電方式是指在點火控制器控制下，點火線圈的高壓電按照一定的點火順序，直接加到火花塞上的直接點火方式。（二）雙缸同時點火的控制同時點是指點火線圈每產(chǎn)生一次高電壓，都使兩個氣缸的火花塞同時跳火，即雙缸同時點火。次級繞組產(chǎn)生的高壓電將直接加在四缸發(fā)動機的1