汽车电控技术高职层次.pptx

第二章发动机综合控制系统学 习 目 标第一节燃油喷射系统第二节计算机控制点火系统第三节辅助控制系统第四节典型发动机综合控制系统第1页/共56页学 习 目 标第2页/共56页第一节燃油喷射系统一、燃油喷射系统概述1.燃油喷射的定义图2-1燃油配置方式a)化油器式供油b)燃油喷射式供油2.汽油发动机对可燃混合气的要求第3页/共56页第一节燃油喷射系统(1)空燃比对发动机性能的影响将进入发动机的空气的质量与燃油的质量之比称为空燃比，用A/F表示。图2-2空燃比对发动机性能的影响a)对动力性、燃油经济性影响b)对排放性影响第4页/共56页第一节燃油喷射系统(2)发动机各种工况对混合气的要求发动机在实际运行过程中，其工况在工作范围内不断变化。1)稳定工况对混合气的要求。图2-3汽油机负荷变化时需要的混合气空燃比第5页/共56页第一节燃油喷射系统 怠速和小负荷工况。怠速工况下节气门处于关闭状态，此时吸入气缸内的可燃混合气不仅数量极少，而且汽油雾化蒸发也不良，进气管中的真空度很高，当进气门开启时，缸内压力仍高于进气管压力，使得缸内混合气中的废气率较大。此时，为保证混合气能正常燃烧，必须提高其浓度，如图2-3中的A点。当发动机随着负荷的增加和节气门稍微开大而转入小负荷工况时，吸入混合气的品质逐渐改善，所以在小负荷工况时，发动机对混合气成分的要求如图2-3中的AB段，即发动机在小负荷运行时，供给混合气也应加浓，但加浓的程度随负荷的增加而减小。第6页/共56页第一节燃油喷射系统 中等负荷工况。发动机大部分时间处于中等负荷状态工作，此时节气门有足够大的开度，上述影响因素已不存在，因此可供给稀混合气，以获得最佳的燃油经济性，如图2-3中的BC段，空燃比约为1617。大负荷和全负荷工况。在大负荷时，节气门开度已超过75，此时应随节气门开度开大而逐渐加浓混合气，以满足发动机功率的要求，如图2-3中的CD段。在节气门尚未全开之前，若要获得更大的转矩，只需将节气门开大即可。因此，在节气门全开之前所有的部分负荷工况都应按经济混合气配制。只是在全负荷工况时，节气门已经全开，为获得该工况下的最大功率，必须供给功率混合气，如图2-3中的D点。在从大负荷工况过渡到全负荷工况的过程中，混合气的加浓应逐渐变化。第7页/共56页第一节燃油喷射系统2)过渡工况对混合气的要求。冷起动。发动机要求供给浓混合气，以保证混合气中有足够的汽油蒸气，使发动机能够顺利起动。暖机。暖机过程中，由于温度较低燃油雾化较差，因此需要供给空燃比较小的浓混合气，而且随着发动机温度升高其空燃比逐渐增大，直至达到正常工作温度，发动机进入怠速工况。第8页/共56页第一节燃油喷射系统 加速和减速。加速时，节气门突然开大，进气管压力随之增加，由于汽油的流动惯性和进气管压力增大后汽油蒸发量的减少，大量的汽油颗粒被沉积在进气管壁面上，形成较厚的油膜，而进入气缸内的实际混合气则瞬时被稀释，严重时会出现过稀现象，使发动机转速下降，因此，应向进气管喷入一些附加汽油以弥补加速时混合气的暂时稀释，从而获得良好的加速性能。减速时，节气门突然关闭，由于惯性作用发动机仍保持很高的转速，进气管真空度急剧增高，促使附着在进气管壁面上的汽油蒸发汽化，并在空气量不足的情况下进入气缸，造成混合气过浓，严重时甚至导致发动机熄灭，因此减速时应供给较稀的混合气。3.燃油喷射系统的分类第9页/共56页第一节燃油喷射系统(1)按燃油喷射系统的控制方式分燃油喷射系统分为机械控制式燃油喷射系统、机电结合式燃油喷射系统和电子控制式燃油喷射系统。1)机械控制式燃油喷射系统。图2-4机械控制式燃油喷射系统第10页/共56页第一节燃油喷射系统2)机电结合式燃油喷射系统。图2-5机电结合式燃油喷射系统第11页/共56页第一节燃油喷射系统3)电子控制式燃油喷射系统。图2-6电子控制式燃油喷射系统第12页/共56页第一节燃油喷射系统(2)按空气量检测方式的不同分燃油喷射系统分为直接检测式燃油喷射系统和间接检测式燃油喷射系统两种。图2-7空燃比控制系统a)质量流量方式b)速度密度方式c)节气门速度方式(3)按喷油器喷油部位的不同分燃油喷射系统分为缸内喷射系统和进气管喷射系统。第13页/共56页第一节燃油喷射系统 缸内喷射系统。该系统的喷油器将燃油直接喷射到气缸内部，故又称为缸内直接喷射系统，如图2-8a所示。喷油器安装在气缸盖上，并以较高的燃油压力(34MPa)将燃油直接喷入气缸。由于汽油粘度低而喷射压力较高，且缸内工作条件恶劣(温度高、压力大)，因此对喷油器的技术条件和加工精度要求较高。进气管喷射系统。该系统的喷油器将燃油喷射在节气门体前方或进气门附近进气管内，故又称为缸外喷射系统，如图2-8b所示。目前，汽车燃油喷射系统大都采用进气管喷射系统。与缸内喷射系统相比，进气管喷射系统对发动机机体的设计改动量较小，喷油器不受燃烧高温、高压的直接影响，设计喷油器时受到的制约较少，且喷油器工作条件得到大大的改善。第14页/共56页第一节燃油喷射系统(4)按喷油器数量的不同分燃油喷射系统分为单点燃油喷射系统和多点燃油喷射系统。1)单点燃油喷射系统(SPI)。图2-8喷油器喷油位置a)缸内喷射b)进气管喷射第15页/共56页第一节燃油喷射系统2)多点燃油喷射系统(MPI)。图2-10M型多点燃油喷射系统1油箱2电动汽油泵3汽油滤清器4油压缓冲器5ECU6点火线圈7配电器8火花塞9喷油器10燃油分配管11油压调节器12冷起动喷油器13怠速调节螺钉14节气门15节气门位置传感器16翼片式空气流量传感器17进气温度传感器18氧传感器19冷起动限时开关20冷却液温度传感器21怠速控制阀22CO调节螺钉23凸轮轴位置传感器24曲轴位置传感器25蓄电池26点火开关27燃油喷射主继电器28汽油泵继电器第16页/共56页第一节燃油喷射系统(5)按喷油器喷油方式的不同分燃油喷射系统分为连续喷射系统和间歇喷射系统。1)连续喷射系统。2)间歇喷射系统。图2-11喷油器喷射时序a)同时喷射b)分组喷射c)顺序喷射第17页/共56页第一节燃油喷射系统 同时喷射系统。该系统在发动机运转期间，由ECU同一个指令控制所有喷油器同时开启或关闭。此外，当采用分组喷射或顺序喷射的燃油喷射系统发生故障或控制系统处于应急状态运行时，一般都采用同时喷射方式喷油，供给充足的燃油维持发动机运转，以便将汽车行驶到维修厂进行修理。分组喷射系统。该系统将喷油器分组，由ECU分别发出喷油指令控制各组喷油器喷射燃油，同一组喷油器同时喷油。大部分中、低档轿车采用了分组喷射方式喷油，如夏利TJ7130E、日产千里马等轿车。顺序喷射系统。该系统在发动机运转期间，由ECU控制喷油器按进气行程的顺序轮流喷射燃油，又称为次序喷射。第18页/共56页第一节燃油喷射系统(6)按电子控制系统控制模式的不同分燃油喷射系统分为开环控制燃油喷射系统和闭环控制燃油喷射系统。1)开环控制系统。2)闭环控制系统。4.电控燃油喷射系统的优点1)可直接或间接地测量发动机的进气量，进而精确计算出发动机燃烧所需的供油量，并同时根据发动机负荷、温度等参数进行适时地修正，能精确控制发动机各种工况下的空燃比，实现发动机的最优控制，有效提高发动机的动力性、燃油经济性和排气净化程度。第19页/共56页第一节燃油喷射系统2)进气管无须喉管节流，流通阻力减少；可采用较大气门重叠角，有利于废气排出，从而提高发动机的充气效率，提高发动机的动力性。3)采用进气谐振控制技术，根据发动机转速选择进气管的有效长度，利用进气谐振增压效应，进一步提高发动机的充气效率。4)可使发动机的各个气缸获得均匀的混合气，提高发动机的燃烧质量和稳定性，减少废气中CO和HC的含量，提高发动机排气净化程度。5)可提高燃油的雾化质量，故无须采用进气管预热方法来加速燃油蒸发，有利于进气管的设计和布置。6)发动机可在较稀的混合气条件下运行，能减少废气中有害物的排放，节约能源。第20页/共56页第一节燃油喷射系统7)采用了电子控制方式，动态响应较好，故汽车加速行驶时，由于空燃比控制系统能迅速响应，消除了汽车变工况时燃油供给的迟滞现象，有利于提高发动机的加速性能。8)由于燃油是在一定压力下以雾状喷出的，所以发动机冷起动时基本不影响混合气的形成质量，使发动机具有良好的低温起动性能。9)在反馈控制基础上，增加了学习控制功能，且与三元催化转化装置配合使用，可最大限度地减少CO、HC及NOx等有害气体，有效提高发动机的排放性能。二、电控燃油喷射系统的组成第21页/共56页第一节燃油喷射系统图2-12电控燃油喷射系统(D型)1油箱2电动汽油泵3油压调节器4汽油滤清器5冷起动喷油器6温度传感器7进气管8进气压力传感器9喷油器10辅助空气阀11节气门位置传感器12冷却液温度传感器13蓄电池14热时间开关15ECU16冷却液管道17来自点火开关的信号18分电器第22页/共56页第一节燃油喷射系统图2-13电控燃油喷射系统(L型)1油箱2电动汽油泵3汽油滤清器4分电器5ECU6蓄电池7继电器8回油管9油压调节器10翼片式空气流量传感器11节气门12冷起动喷油器13喷油器14进气管15热时间开关16冷却液温度传感器17节气门位置传感器18辅助空气阀19辅助空气管20进气温度传感器21、23旁通道22、24调节螺钉第23页/共56页第一节燃油喷射系统1.空气供给系统图2-14空气供给系统a)旁通空气式b)直接供气式1空气滤清器2空气流量传感器3怠速控制阀4进气歧管5动力腔6节气门体第24页/共56页第一节燃油喷射系统(1)旁通空气式空气供给系统旁通空气式空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量传感器、进气软管、旁通空气道、怠速控制阀、进气歧管、动力腔、节气门位置传感器和进气温度传感器等组成。(2)直接供气式空气供给系统直接供气式空气供给系统是指在怠速转速状态下采用节气门直接控制的发动机控制系统，未设置旁通空气道。(3)空气供给系统的结构特点发动机空气供给系统的进气道较长且设置有动力腔，以充分利用进气管内的空气动力效应，增大各种工况下的进气量，提高发动机的动力性。第25页/共56页第一节燃油喷射系统图2-15燃油供给系统1油箱2电动汽油泵3输油管4回油管5喷油器6油压调节器7燃油分配管8汽油滤清器第26页/共56页第一节燃油喷射系统2.燃油供给系统3.电子控制系统图2-16电子控制系统(桑塔纳2000GSi型轿车)第27页/共56页第一节燃油喷射系统(1)信号输入装置信号输入装置包括各种传感器和开关，其中传感器安装在发动机的不同部位，用于检测发动机运行状态的各种参数，并将其转换成计算机能够识别的电信号输入ECU。1)空气流量传感器(AFS)。翼片式空气流量传感器。翼片式空气流量传感器由测量板(叶片)、缓冲板、阻尼室、旁通气道、怠速调整螺钉和回位弹簧等组成，此外内部还设有电动汽油泵开关及进气温度传感器等，如图2-17所示。当点火开关接通而不起动发动机时，电动汽油泵开关控制电动汽油泵不工作，一旦翼片式空气流量传感器中有空气流过时，此开关即闭合，电动汽油泵开始工作。第28页/共56页第一节燃油喷射系统图2-17翼片式空气流量传感器第29页/共56页第一节燃油喷射系统图2-18翼片式空气流量传感器的电位计内部电路与工作原理a)电位计内部电路b)工作原理1电位计2来自空气滤清器的空气3到发动机的空气4测量板5电位计滑动触点6旁通空气第30页/共56页第一节燃油喷射系统 卡门旋涡式空气流量传感器。卡门旋涡式空气流量传感器直接用电子方法测量进气量，与翼片式空气流量传感器相比，具有体积小、质量轻、进气道简单、进气阻力小等优点。卡门旋涡式空气流量传感器在进气管道中央设置了一个锥体状的涡流发生器，当空气流过时，在涡流发生器的后部将会不断产生称之为卡门旋涡的涡流串，若能测出卡门涡流的频率，便可测量进气量。按照旋涡数检测方式的不同，卡门涡旋式空气流量传感器有超声波检测方式和反光镜检测方式两种。第31页/共56页第一节燃油喷射系统 热线式空气流量传感器与热膜式空气流量传感器。热线式空气流量传感器与热膜式空气流量传感器均可直接检测发动机吸入空气的质量和流量，检测原理完全相同。热线式空气流量传感器的检测元件是铂金属丝，而热膜式空气流量传感器的检测元件是铂金属膜。铂金属检测元件的响应速度快，能在几毫秒内反映出空气流量的变化，因此测量精度不受进气气流脉动的影响(气流脉动在发动机大负荷、低转速运转时最为明显)。此外热线式空气流量传感器与热膜式空气流量传感器还具有进气阻力小、无磨损部件等优点，在中、高档轿车上应用广泛。第32页/共56页第一节燃油喷射系统图2-19热线式空气流量传感器1传感器密封盖2印刷控制电路板3卡环4防护网5温度补偿电阻丝(冷丝)6铂金丝(热线)7取样管8CO调节螺钉9防护塞10接线插座第33页/共56页第一节燃油喷射系统2)进气歧管绝对压力传感器(MAP)。电容式歧管压力传感器。电容式歧管压力传感器利用传感器的电容效应测量进气歧管绝对压力，主要由氧化铝膜片及厚膜电极等构成，图2-20电容式歧管压力传感器第34页/共56页第一节燃油喷射系统 半导体压敏电阻式歧管压力传感器。半导体压敏电阻式歧管压力传感器利用半导体的压阻效应测量进气歧管的绝对压力，由压力转换元件和将转换元件输出信号进行放大的混合集成电路等构成，如图2-21所示。该传感器的压力转换元件是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片，硅膜片为约3mm2的正方形，其一面是真空室，而另一面则导入进气歧管压力；其中部经光刻，腐蚀形成一定尺寸的薄膜，薄膜周围安置有4个应变电阻，且以惠斯顿电桥方式连接而成，控制信号输出；此外，进气歧管绝对压力越大，硅膜片受力变形越大，输出的信号越大。第35页/共56页第一节燃油喷射系统图2-21半导体压敏电阻式歧管压力传感器3)曲轴位置传感器(CPS)和凸轮轴位置传感器(CIS)。第36页/共56页第一节燃油喷射系统图2-22霍尔式凸轮轴位置传感器a)结构b)电路1凸轮轴套2凸轮轴位置传感器3固定螺栓4定位螺栓与座圈5信号转子6缸体第37页/共56页第一节燃油喷射系统4)节气门位置传感器(TPS)。图2-23组合式节气门位置传感器a)内部结构b)电路1可变电阻滑动触点2电源电压(5V)3绝缘部件4节气门轴5怠速触点5)温度传感器(IATS)。第38页/共56页第一节燃油喷射系统图2-24热敏电阻式温度传感器a)外形b)两端子式c)单端子式第39页/共56页第一节燃油喷射系统6)氧传感器或O2传感器(EGO)。图2-25氧化钛式氧传感器1加热元件2二氧化钛传感元件3基片4垫圈5密封圈6壳体7滑石粉填料8密封釉9护套10电极引线11连接焊点12密封衬垫13传感器引线第40页/共56页第一节燃油喷射系统图2-26氧化锆式氧传感器1钢质护管2排气3壳体4防水护套5电极引线6陶瓷加热元件7排气管8锆管9加热元件电源端子10加热元件搭铁端子11信号输出端子第41页/共56页第一节燃油喷射系统7)车速传感器(VSS)。8)点火开关信号(IGN)。9)起动开关信号(STA)。10)空调开关信号(AC)。11)电源电压信号(UBAT)。12)空档起动开关信号(NSW)。(2)电控单元(ECU)ECU又称为电子控制器或电子控制组件，俗称计算机。(3)执行器执行器又称为执行元件，是电子控制系统的执行机构。第42页/共56页第一节燃油喷射系统 电动汽油泵。电控燃油喷射系统均采用电动汽油泵，向喷油器提供油压高于进气歧管压力250300kPa的燃油。电动汽油泵输出油压需达到450600kPa，其供油量比发动机最大耗油量大得多，多余的燃油将从回油管返回油箱。按汽油泵结构的不同，电动汽油泵可分为滚柱式电动汽油泵、叶片式电动汽油泵、齿轮式电动汽油泵、涡轮式电动汽油泵和侧槽式电动汽油泵五种。目前常用的有滚柱式、叶片式和齿轮式三种汽油泵；按汽油泵安装方式的不同，电动汽油泵可分为外装式电动汽油泵和内装式电动汽油泵两种。外装式电动汽油泵安装在燃油箱外的输油管路中，内装式电动汽油泵安装在油箱内。目前，大多数汽车都采用内装式电动汽油泵。因为内装式电动汽油泵不易产生气阻和泄漏，有利于电动汽油泵的冷却，且噪声较小。第43页/共56页第一节燃油喷射系统图2-27电动汽油泵1进油口2限压阀3电枢4泵壳5接线端子6出油口7单向阀8永久磁铁9泵体第44页/共56页第一节燃油喷射系统图2-28轴针式喷油器1、7形圈2插座3弹簧4针阀阀体5线束阀座6轴针8电磁线圈9滤网10进油口第45页/共56页第一节燃油喷射系统 喷油器。电磁喷油器简称喷油器，俗称喷嘴，用于计量燃油喷射系统的喷油量。按结构的不同，喷油器可分为轴针式喷油器、球阀式喷油器和片阀式喷油器，目前主要采用球阀式喷油器；按喷油器电磁线圈电阻的不同，喷油器可分为高电阻型喷油器(1318)和低电阻型(13)喷油器。图2-29喷油器阀体1弹簧座2导杆3球阀4针阀第46页/共56页第一节燃油喷射系统 油泵继电器。油泵继电器控制电动汽油泵电路的接通与切断。怠速控制阀或控制电动机。怠速控制阀或控制电动机用于调节发动机的怠速转速。在发动机正常怠速运转时稳定怠速转速，防止发动机熄火和降低燃油消耗；发动机怠速运转，当发动机负载增加(如接通空调器、动力转向器或液力变矩器等)时，自动提高怠速转速，防止发动机熄火。活性炭罐电磁阀。接收ECU发出的控制指令，控制汽油蒸气回收管路的开、闭，回收燃油蒸气，减少HC的排放量，从而减少排气污染。三、电控燃油喷射系统的控制过程1.喷油器控制2.喷油正时控制第47页/共56页第一节燃油喷射系统(1)同时喷射控制同时喷射控制是指各缸喷油器同时喷油，其控制电路如图2-32a所示，各缸喷油器并联在一起，电磁线圈电流由一只功率管VT驱动控制。图2-31桑塔纳2000系列轿车喷油器控制电路第48页/共56页第一节燃油喷射系统图2-32同时喷射控制a)控制电路b)喷油控制信号波形c)喷油正时关系第49页/共56页第一节燃油喷射系统(2)分组喷射控制将喷油器喷油分组进行控制，一般将四缸发动机分成两组，六缸发动机分成三组，八缸发动机分成四组。(3)顺序喷射控制顺序喷射是指各缸喷油器按一定的顺序喷油，由于各缸喷油器独立喷油，因此也称为独立喷射，其控制电路如图2-34a所示。图2-33分组喷射控制a)控制电路b)喷油正时关系第50页/共56页第一节燃油喷射系统3.发动机起动时喷油量的控制图2-35发动机起动时喷油量控制第51页/共56页第一节燃油喷射系统4.发动机起动后喷油量控制5.发动机断油控制图2-36发动机起动后喷油量控制第52页/共56页第一节燃油喷射系统(1)超速断油控制超速断油控制指当发动机转速超过允许的极限转速时，ECU立即控制喷油器中断燃油喷射。图2-38超速断油控制曲线第53页/共56页第一节燃油喷射系统(2)减速断油控制减速断油控制是指当汽车在高速行驶中突然松开加速踏板减速时，ECU立即控制喷油器中断燃油喷射。节气门位置传感器信号表示节气门关闭。发动机冷却液温度达到正常工作温度(80)。发动机转速高于燃油停供转速。图2-39减速断油控制曲线第54页/共56页第一节燃油喷射系统(3)清除溢流控制发动机起动时，燃油喷射系统将向发动机供给较浓的混合气，以便顺利起动。(4)减转矩断油控制安装电控自动变速器的汽车，当行驶中变速器自动升档时，变速器ECU向发动机ECU发出一个减转矩信号，发动机ECU接收到该信号后，立即发出控制指令，暂时中断个别气缸喷油，降低发动机转速，以便减轻换档冲击，这种控制功能称为减转矩断油控制。第55页/共56页感谢您的观看。第56页/共56页