1、电控发动机技术李桂花他爹书第一讲第一章 汽车发动机电控系统概述1-1电控系统的基本概念一、自动控制系统概述1、自动控制的定义:自动控制是采用控制装置使被控制对象(如机器设备的运行或生产过程的进行)自动地按照给定的规律运行,使被控制对象的一个或数个物理量(如电压、电流、速度、位置、温度、流量等)能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。2、电子控制系统:采用电子设备(如计算机)作为自动控制系统的控制装置。3、电子控制系统的基本形式: 开环控制 闭环控制4、开环控制的组成与特点（1）开环控制的组成: （2）开环控制的特点:在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用。5、闭环控制的组成
2、与特点:（1）闭环控制的组成 （2）闭环控制的特点:在控制器与被控对象之间,不仅存在着正向作用,而且存在着反馈作用,即系统的输出量对控制量有直接影响。（3）各部分的功能:测量元件对被控对象的被控参数进行测量;变换发送单元将被测参数变成电压(或电流)信号,并反馈给控制器;控制器将反馈回来的信号与给定值进行比较。二、微机闭环控制1、 微机控制系统的组成如果把闭环控制中的控制器用微机来代替,就组成了微机控制系统。2、微机控制系统的控制过程数据采集:对被控参数的瞬时值进行检测,并输送给计算机控制:对采集到的表征被控参数的状态量进行分析,并按已定的控制规律确定控制过程,适时地对执行机构发出控制信号。上述
3、过程不断重复,使整个系统能够按照一定的控制指标进行工作,并对被控参数和设备本身出现的异常状态及时监督、迅速处理。现代发动机电控系统属于微机控制系统,早期采用开环控制,现在大部分采用闭环控制。1-2发动机电控系统的发展过程一、发动机电控技术发展汽车电子技术发展始于20世纪60年代，分为三个阶段。目前发动机上常用的电控系统有：电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、排放控制系统、增压控制系统、警告提示系统、自我诊断与报警系统、失效保护系统和应急备用系统。二、现代汽车电子控制系统的发展趋势1、单独控制:早期的汽车电控系统多采用一个ECU控制汽车的某一个系统,如果有多个系统就要采用多个ECU控制
4、。2、集中控制系统:利用微处理器使控制功能集中化,将多种控制功能集中到一个ECU上,就可以不必设置多个传感器和ECU。现代汽车都采用集中控制系统。1-3发动机电控系统的功能一、电控燃油喷射(EFI)系统ECU主要根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气。电控燃油喷射主要包括喷油量、喷射正时、燃油停供和燃油泵的控制。二、电控点火装置(ESA)ESA的功能是点火提前角控制。根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程。
5、三、怠速控制系统发动机辅助控制系统。四、排放控制系统对发动机控制装置的工作实行电子控制。五、进气控制系统六、增压控制系统七、巡航控制系统八、警告系统九、自诊断与报警系统十、失效保护系统十一、应急备用系统1-4发动机电控系统的基本组成及其工作原理一、电控系统的基本组成与类型1、组成有三部分组成：- 信号输入装置各种传感器，采集控制系统的信号，并转换成电信号输送给ECU。- 电子控制单元ECU，给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后执行器发出指令。- 执行元件由ECU控制，执行某项控制功能的装置。2、类型开环控制ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，而控制的结果是否达
6、到预期目标对其控制过程没有影响。闭环控制也叫反馈控制，在开环的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU， 进行原先的控制修正。二、信号输入装置及输入信号1、空气流量计（MAF）:测量发动机吸入空气量，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。2、进气(歧管绝对)压力传感器（MAP）：测量进气管压力，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。3、发动机转速与曲轴位置传感器：检测曲轴位置信号和曲轴转角信号，并输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。4、凸轮轴位置传感器：也叫同步信号传感器，是一个气缸判别定位装置，是点火控制的主控制信号。5、上止点位置传感器：
7、向ECU提供1缸上止点位置信号，作为点火控制的主控制信号。6、缸序判别传感器：向ECU提供各缸工作顺序，作为点火控制的主控制信号。7、冷却液温度传感器：给ECU提供冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。8、进气温度传感器：检测进气温度信号（修正信号）9、节气门位置传感器：检测节气门的开度及开度变化，信号输入ECU。10、氧传感器：检测排气中的氧含量，向ECU输入反馈信号。11、爆震传感器：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。12、大气压力传感器：检测大气压力，修正喷油和点火控制。13、车速传感器：控制发动机转速，实现超速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。14、起动信号：发动机起动时，
8、给ECU提供一个起动信号。作为喷油量和点火提前角的修正信号。15、发电机负荷信号：发电机负荷增大时,作为喷油量和点火提前角的修正信号。16、空调作用信号：当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向ECU输入信号。17、挡位开关信号和空挡位置开关信号：自动变速器由P/N挡挂入其他档时，发动机负荷增加,向ECU输入信号。当挂入P/N挡时向ECU提供P/N挡信号才能启动发动机。18、蓄电池电压信号：当ECU检测到蓄电池和电源系的电压过低时,将对供油量进行修正。19、离合器开关信号：在离合器接合和分离时,由离合器开关向ECU输入离合器工作状态信号,修正喷油量和点火提前角。20、制动
9、开关信号：在制动时,由制动开关向ECU提供制动信号,作为对喷油量、点火提前角、自动变速器等的控制信号。21、动力转向开关信号：由于动力转向液压泵工作使发动机负荷加大,动力转向开关向ECU输入修正信号。20、EGR阀位置传感器：向ECU提供EGR阀的位置信号。22、巡航(定速)控制开关： ECU输入巡航控制状态信号,由ECU对车速进行自动控制。三、电子控制单元(ECU)的功能与组成电子控制单元的功能接收传感器或其他装置输入的信息;给传感器提供参考电压;将输入的信息转变为微机所能接受的信号。 存储、计算、分析处理信息;计算输出值所用的程序;存储该车型的特点参数;存储运算中的数据、存储故障信息。运算
10、分析。根据信息参数求出执行命令数值;将输出的信息与标准值对比,查出故障。 输出执行命令。把弱信号变成强的执行命令信号;输出故障信息。自我修正功能(自适应功能)四、发动机集中控制系统ECU的构成ECU主要由输入回路、A/D转换器、微机和输出回路四部分组成。1、输入回路从传感器来的信号,首先进入输入回路。在输入回路里,对输入信号进行预处理,一般是在去除杂波和把正弦波变为矩形波后,在转换成输入电平。2、A/D转换器微机不能直接处理模拟信号,A/D转换器是将模拟信号转换为数字信号后再输入微机。如果传感器输出的是脉冲(数字)信号,经过输入回路处理后可以直接进入微机。3、微型计算机微型计算机是发动机电控系
11、统的核心。它能根据需要,把各种传感器送来的信号,按内存的程序对数据进行运算处理,并把处理结果送往输出回路。微型计算机由中央处理器、存储器和输入/输出口等部分组成。中央处理器：中央处理器常叫CPU,主要由进行算术、逻辑运算的运算器,暂时存储数据的寄存器,按照程序执行各装置之间信号传送及控制任务的控制器等构成。 存储器：存储器的主要功能是存储信息资料。存储器一般分为随机存储器和只读存储器。输入/输出口 输入/输出口是CPU与输入装置(传感器)、输出装置(执行器)间进行信息交流的控制电路。总线：总线是一束传递信息的内部连线,在微机系统中,中央处理器、存储器与输入/输出口,通过传递信息的总线连接起来它
12、们之间的信息交换均要通过总线进行。总线按传递信息的类别可分为数据总线、地址总线和控制总线。4、输出回路将微机发出的指令,转变成控制信号来驱动执行器工作。输出回路一般起着控制信号的生成和放大等功能。五、执行器执行器是受ECU控制,具体执行某项控制功能的装置。常见的执行器有:电磁式喷油器、点火控制器、怠速控制阀、进气控制阀、EGR阀等等。六、电子控制系统的简要工作过程1、发动机起动时,ECU进入工作状态,某些程序从ROM中取出,进入CPU。这些程序可以用来控制点火时刻、燃油喷射、怠速等。2、通过CPU的控制,一个个指令逐个地进行循环执行。执行程序中所需要的发动机信息,来自各个传感器。3、从传感器来
13、的信号,首先进入输入回路进行处理。如果是数字信号直接经I/O接口进入微机；如果是模拟信号经A/D转换器转换成数字信号后才经I/O接口进入微机。4、大多数信息暂时存储在RAM内,根据指令再从RAM送到CPU。有时需将存储在ROM中的参考数据引入CPU,使输入传感器的信息与之进行对比。5、对来自有关传感器的每一个信息依次取样,并与参考数据进行比较。6、CPU对这些数据进行比较运算后,作出决定并发出输出指令信号,经I/O接口,必要的信号还要经D/A转换器变成模拟信号,最后经输出回路去控制执行器动作。第二讲第二章 汽油机燃油喷射系统(1/8)2-1 现代汽油喷射系统的分类一、电控燃油喷射系统的分类1.
14、按喷射系统执行机构不同分类多点喷射系统（MPI）：多点喷射系统是指在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器,喷油器适时喷油。单点喷射系统（SPI）：单点喷射系统是指在节流阀体上安装一只或两只喷油器,向进气歧管中喷油形成燃油混合气,进气行程时燃油混合气被吸入气缸内。2.按喷射控制装置的形式不同分类机械式：空气计量器与燃油分配器组合在一起,空气计量器检测空气流量的大小后,靠连接杆传动操纵燃油分配器的柱塞动作,以燃油计量槽开度的大小控制喷油量,达到控制混合气空燃比的目的。电子控制式：根据各种传感器送至电脑的发动机运行状况的信号,由电脑运算后,发出控制喷油量和点火时刻等多种执行指令,实现多种机能的控制.
15、即为发动机电子集中控制系统。机电一体混合式：在燃油分配器上安装了一个由电脑控制的电液式压差调节器,电脑根据水温、节气门位置等传感器的输入信号控制电液式压差调节器动作,以调节燃油供给量。3.按喷射方式不同分类间歇喷射系统：在发动机运转期间汽油间歇喷射是在进气过程中的某时间内进行的,喷油量大小取决于喷油器持续开启时间,即电脑指令的喷油脉冲宽度。连续喷射系：燃油喷射的时间占有全部工作循环的时间,连续喷射都是喷在进气道内,大部分燃油是在进气门关闭后喷射。4按喷射位置的不同分类进气道喷射式缸内直接喷射式5.按喷射时序分类同时喷射：同时喷射是指发动机在运转期间,各缸喷油器同时开启且同时关闭,由电脑的同一个
16、喷油指令控制所有的喷油器同时动作。分组喷射：分组喷射是指将喷油器分成两组交替喷射,电脑发出两路喷油指令,每路指令控制一组喷油器。顺序喷射：顺序喷射是指喷油器按发动机各缸进气行程的顺序轮流喷射,它具有喷射正时,由电脑根据曲轴位置传感器提供的信号,辨别各缸的进气行程,适时发出各缸的喷油脉冲信号,以实现次序喷射的功能。 a）同时喷射 b）分组喷射 c）顺序喷射6.按空气流量的检测方式分类汽油喷射系统: 歧管压力计量式（D型EFI系统）翼片式或叶片式（L型EFI系统）卡门旋涡式（L型EFI系统）热线式（LH型EFI系统）热膜式（LH型EFI系统）1）、歧管压力计量式 将歧管压力和转速信号输送到电脑,由
17、电脑根据该信号计算出充气量,再产生与之相对应的喷油脉冲,控制喷油器喷射适量的燃油. 2）、翼片式和卡门旋涡式 其计量方式属于体积流量型,即通过计量气缸充气的体积,将物理量转变成电信号输送至电脑,电脑计算出与该体积的空气相适应的喷油量以控制混合气空燃比。3）、热线式和热膜式 直接测量进入气缸内空气的质量,将该空气的质量转换成电信号,输送给电脑,由电脑根据空气的质量计算出与之相适应的喷油量,以控制空燃比在最佳值。二、电控汽油喷射系统的优点1. 能实现空燃比的高精度控制2. 充气效率高3. 瞬时响应快4. 起动容易,暖机性能好5. 节油和排放净化效果明显6. 减速断油功能也能降低排放,节省燃油7.
18、便于安装。2-2汽油发动机电子控制系统的组成及功能一、进气系统1、组成:空气滤清器、空气流量计、节气门、进气总管、进气歧管、怠速控制装置。2、功能:为发动机可燃混合气的形成提供必须的空气。3、工作原理:行驶时,空气的流量由通道中的节气门来控制。怠速时,节气门关闭,空气由旁通气道通过。怠速控制是由怠速调整螺钉和怠速空气调整器调整流经旁通道的空气量来实现的。如图所示：二、燃油系统1、组成: 燃油泵、燃油滤清器、燃油脉动减振器、喷油器、燃油压力调节器及供油总管等组成。2、功能: 提供洁净和压力稳定不变的燃油,并根据电脑指令喷射适量的燃油。3、工作原理:具有一定压力的燃油送到各喷油器,喷油器根据电脑的
19、喷油指令,开启喷油阀,将适量的燃油喷于进气门前,待进气时将燃油混合气吸入气缸。三、点火系统1、组成: 点火电子组件、点火线圈、火花塞、及高压导线等。2、功能: 计算出点火时刻和通电时间。3、工作原理: 电脑根据曲轴位置传感器和转速、水温等工况传感器信号计算出点火时刻和通电时间,将计算结果送到点火电子组件,由点火电子组件控制点火线圈的初级电路接通和断开,使火花塞点火。四、电子控制系统、1、组成: 传感器、ECU和执行器三部分组成。2、功能: 根据发动机各种传感器送来的信号控制喷油时间、点火时刻等等。3、工作原理: 电脑根据空气流量计计算进气量，根据进气量和转速计算出基本喷油持续时间，然后进行温度
20、、海拔高度、节气门开度等各种工作参数的修正,得到最佳喷油持续时间。第三讲第二章 汽油机燃油喷射系统(2/8)2-2 系统的工作原理一、EFI系统的工作原理（一）型系统1、燃油压力的建立与燃油喷射方式油箱内的燃油被燃油泵吸出并加压至350KPa左右,经燃油滤清器滤去杂质后,被送至发动机上方的燃油分配油管.分配油管与安装在各缸进气歧管上的喷油器相通.喷油器是一种电磁阀,由ECU控制.通电时电磁阀开启,压力燃油以雾状喷入进气歧管内,与空气混和,在进气行程中被吸进气缸.分配油管的未端装有燃油压力调节器,用来调整分配油管中汽油的压力,使油压保持某一定值（约250-300KPa）.多余的燃油从燃油压力调节
21、器上的回油口经回油管返回油箱。2、进气量的控制与测量进气量由驾驶员通过加速踏板操纵节气门来控制。节气门开度不同，进气量也不同，同时进气歧管内的真空度也不同。在同一转速下，进气歧管真空度与进气量有一定关系。进气压力传感器可将进气歧管内真空度的变化转变成电信号的变化，并传送给ECU，ECU根据进气歧管真空度的大小计算出发动机进气量。3、喷油量与喷油时刻的确定喷油量由ECU控制。ECU根据进气压力传感器测量得的信号计算出进气量，再根据分电器中的曲轴位置传感器测得信号计算出发动机转速，根据进气量和转速计算出相应的基本喷油量；ECU控制各缸喷油器在每次进气行程开始之前喷油一次，并通过控制每次喷油的持续时
22、间来控制喷油量。喷油持续时间愈长，喷油量就愈大。一般每次喷油的持续时间2-10ms。各缸喷油器每次喷油的开始时刻则由ECU根据曲轴位置传感器测得的1缸上止点的位置来控制。由于这种类型的燃油喷射系统的每个喷油器在发动机一个工作循环中只喷油一次，故属于间歇喷射方式。4、不同工况下的控制模式电控燃油喷射系统能根据各个传感器测得的发动机各种运转参数，判断发动机所处的工况，选择不同模式的程序控制发动机的运转，实现起动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等功能。D型系统具有结构简单、工作可靠等优点，但由于采用压力作为控制喷油量的主要因素，因此，存在这样的缺点：在汽车突
23、然制动或下坡行驶中节气门关闭时，加速反应效果不良；当大气状况较大变化时，会影响控制精度。现代汽车使用的D型 系统都是经过改进了的，即采用运算速度快、内存容量大的ECU，大大提高了控制精度，控制的功能也更加完善。这种系统通常用于中档车型上，如丰田HIACE小客车、丰田CROWN轿车等。(二)L型系统L型系统是在D型系统的基础上，经改进而形成的。它是目前汽车上应用最广泛的燃油喷射系统。L型系统的构造和工作原理与D型系统基本相同，但它以空气流量计代替D型系统中的进气压力传感器，可直接测量发动机进气量，提高了控制精度。(三)Mono系统该系统是一种低压中央喷射系统，是单点喷射系统。在原来安装化油器的部
24、位仅用一只电磁喷油器进行集中喷射，与化油器相比，能迅速地输送燃油通过节气门，在节气门上方没有或极少发生燃油附着管壁现象，因而消除了由此而引起的混合与燃烧的延迟，缩短了供油和空燃比信息反馈之间的时间间隔，提高了控制精度，改善了排放。二、燃油喷射控制（一）喷油正时控制电控汽油喷射系统的控制功能包括喷油正时控制、喷油量控制、燃油停供控制和燃油泵控制。对于多点间歇喷射发动机，喷油正时分为同步喷油和异步喷油。同步是指发动机各缸工作循环，在既定的曲轴转角进行喷油，同步喷油有规律性。异步喷油与发动机的工作不同步，无规律性，是在同步喷油的基础上，为改善发动机的性能额外增加的喷油。1同步喷油正时控制（1）同时喷
25、射原理：各缸喷油器都由ECU控制，同时喷油和停油。喷油正时控制是以发动机最先进入作功行程的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路开始喷油。同时喷射控制电路图同时喷射特点，如下图所示 每个工作循环同时喷油2次各缸喷油时间不可能最佳，混合气质量不一致电路结构与软件较简单，早期多采用同时喷射正时图（2）分组喷射原理：把所有喷油器分成24组，由ECU分组控制喷油器。以各组最先进入作功的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，开始喷油。分组喷射控制电路图特点：每个工作循环各组均喷射1次（或2次）分组喷射正
26、时图（3）顺序喷射原理：喷油器驱动回路数与气缸数目相等。ECU根据凸轮轴位置传感器（G信号）、曲轴位置传感器（Ne信号）和发动机的作功顺序，确定各缸工作位置。当确定各缸活塞运行至排气行程上止点某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸开始喷油。顺序喷射控制电路图顺序喷射特点：能够设立最佳喷油时间，对混合气形成有利；喷油正时在排气上止点前60-70；控制软件复杂。 顺序喷射正时图（二）喷油量控制1起动喷油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，ECU根据冷却液传感器信号（THW信号），由内存的水温喷油时间图，确定基本喷油时间，根据进气温度传感器（TH
27、A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。2起动后喷油量控制喷油持续时间 = 基本喷油持续时间喷油修正系数 + 电压修正值（1）基本喷油时间：D型EFI系统的基本喷油时间是根据发动机转速信号和进气管绝对压力信号确定。L型EFI系统的基本喷油时间是由发动机转速信号和空气流量计信号确定。（2）起动后各工况下喷油量的修正：起动后加浓修正:根据冷却液温度确定喷油时间的初始修正值；暖机加浓修正:在达到正常温度之前，根据冷却液温度信号进行喷油时间修正；进气温度修正:根据进气温度传感器提供的进气温度信号（THA信号），对喷油时间进行
28、修正；低于20是空气密度大，ECU适当的增加喷油时间，高于20的适当的减少喷油时间。大负荷加浓:根据PIM信号和Vs信号以及节气门位置传感器输送的全负荷信号（PSW信号）或VTA信号判断发动机负荷状况，大负荷时适当增加喷油时间。过渡工况空燃比控制:主要根据PIM信号或Vs信号、Ne信号、SPD信号、VTA信号、NSW信号判断过渡工况，对喷油时间进行修正。怠速稳定性修正:ECU根据PIM信号和Ne信号对喷油量进行修正，随着进气管绝对压力增大或怠速降低，适当增加喷油时间；反之，减少喷油时间。3断油控制- 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，以降低碳氢化合物及一氧化碳
29、的排放量。- 超速行驶断油加速时，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。4异步喷油量控制发动机起动和加速时的异步喷油量是固定，各缸喷油器以一个固定的喷油持续时间，同时向各缸增加一次喷油。第四讲第二章 汽油机燃油喷射系统(3/8)2-3汽油机燃油供给系统的工作原理燃油供给系统由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、脉动阻尼器及油管组成。一、电动燃油泵1作用：给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。2类型：（1）按安装位置不同分为：内置式安装在油箱中，具有噪声小、不易产生气阻、不易泄漏、管路安装简单。外置式串接在油箱外部的输油管路中
30、，易布置、安装自由大，单噪声大，易产生气阻。（2）按电动燃油泵的结构不同分为：涡轮式、滚柱式、转子式和侧槽式。3电动燃油泵的结构1）涡轮式电动燃油泵（1）结构：主要由燃油泵电动机、涡轮泵、出油阀、卸压阀组成。（2）原理油泵电动机通电时，电动机驱动涡轮泵叶片旋转，由于离心力的作用，使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳，将燃油从进油室带往出油室。由于进油室的燃油不断增多，形成一定的真空度，将燃油从进油口吸入；而出油室燃油不断增多，燃油压力升高，当达到一定值时，顶开出油阀出油口输出。出油阀在油泵不工作时阻止燃油流回油箱，保持油路中有一定的压力，便于下次起动。如图涡轮式电动燃油泵结构示意图1前轴承2电动机定
31、子3后轴承4出油阀5出油口6卸压阀7电动机转子 8叶轮 9进油口 10泵壳体 11叶片（3）优点泵油量大、泵油压力较高、供油压力稳定、运转噪声小、使用寿命长等优点。此外，由于不需要消声器所以可以小型化，因此广泛的应用在轿车上。如捷达、本田雅阁。2）滚柱式电动燃油泵（1）结构主要由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成。（2）原理当转子旋转时，位于转子槽内的滚柱在离心力的作用下，紧压在泵体内表面上，对周围起密封作用，在相邻两个滚柱之间形成工作腔。在燃油泵运转过程中，工作腔转过出油口后，其容积不断增大，形成一定的真空度,当转到与进油口连通时，将燃油吸入；而吸满燃油的工作腔转过进油口后，容积不断减小，使燃油压
