发动机综合控制系统课件.ppt
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1、8.1.1 汽车电子控制技术的现状与发展 1.汽车电子控制技术的现状 电子技术在解决汽车所面临的油耗、排放、安全、舒适性等方面正起着重要作用。(1)电子控制汽油喷射装置和电子点火装置的应用不仅可节油5%到10%,同时对排气净化也十分有利。(2)电子控制防抱死制动装置的应用不但可使汽车在泥泞路面上高速行驶,而且紧急制动时可防止侧滑,保证汽车安全制动。(3)在实现操纵自动化和提高舒适性等方面也离不开电器与电子设备的应用。随着汽车工业和电子工业的高速发展,汽车上所装用的电器与电子设备的数量将与日俱增,所起的作用也会越来越重要。第8章发动机综合控制系统 2.汽车电子控制技术的发展 从汽车电子化发展进程
2、来看,可分为三个阶段:(1)从20世纪60年代中期到70年代末期,起步阶段起步阶段。汽车上运用电子技术主要是对汽车电器产品进行电子技术改造,以改善部分性能。如晶体管电压调节器、交流发电机及晶体管点火装置等。(2)20世纪70年代末期到20世纪90年代中期,发展阶段发展阶段。得益于超大规模集成电路技术的飞速发展。其主要特征是,广泛采用机电一体化装置,解决机械系统无法解决的复杂的自动控制问题。(3)20世纪90年代中期至今,预计可延续到2019年,智能智能化阶段化阶段。其特征是强调以人车环境为主线的系统工程整体优化,主要体现在智能化上。8.1.2 汽车电子控制技术应用概况 目前汽车上应用较多、较为
3、成熟的电子控制装置大致可分为四个方面:1.1.仪表通信仪表通信 主要包括各种电子仪表,电话及其通信装置、各种报警、多路信息传输、光纤通信传输、惯性导航、卫星导航等。2.2.发动机及传动系发动机及传动系 主要包括发动机电控燃油喷射系统、电控点火系统、发动机辅助控制系统、电控自动变速器系统等。3.3.安全方面安全方面 防抱死制动系统、驱动防滑控制装置、电控悬架系统、安全气囊系统、防撞系统、防盗系统等。4.4.舒适性方面舒适性方面 空调自动控制、座椅自动调整、自动照明、红外线控制车门开关、车窗及车门自动开关(声控)、高级立体音响、无线电调谐自动预选、无钥匙开车、车用电视机及音响等。8.2.1 电控汽
4、油喷射系统简介 1.1.电控汽油喷射系统的发展历程电控汽油喷射系统的发展历程 (1)1952年,曾用于二战德军飞机的机械式汽油喷射技术被应用于轿车。(2)机械(K)机电(KE)电子(EFI)EFIElectronic Fuel InjectionEFIElectronic Fuel Injection (3)由单一控制到集中控制 2.2.电控汽油喷射系统分类电控汽油喷射系统分类 1)1)按系统控制模式分类按系统控制模式分类(1)开环控制第8章 发动机综合控制系统 8.2 电控汽油喷射系统概述 (2)闭环控制 采用闭环控制的燃油喷射系统后,可保证发动机在理论空燃比(14.7)附近很窄的范围内运行
5、,使三元催化转换装置对排气的净化处理达到最佳效果。闭环控制系统又称为反馈控制系统,其特点是加入了反馈传感器,输出反馈信号,反馈给控制器,以随时修正控制信号。2)2)按喷油实现的方式分类按喷油实现的方式分类(1)机械式机械式燃油喷射系统(K系统)如:K-Jectronic(2)机电混合式机电混合式燃油喷射系统(KE系统)如:KE-Jectronic(3)电子控制式电子控制式燃油喷射系统(E系统)EFI 由ECUECU控制 ECUElectronic Control UnitECUElectronic Control Unit3)3)按喷油器数目分类按喷油器数目分类(1)单点喷射(SPI Sing
6、le-Point InjectionSPI Single-Point Injection)(2)多点喷射(MPI Multi-Point InjectionMPI Multi-Point Injection)同时喷射 顺序喷射 分组喷射 4)4)按喷油器的喷射方式分类按喷油器的喷射方式分类(1)连续喷射连续喷射(2)间歇喷射间歇喷射 间歇喷射又可分为:同时喷射;分组喷射;顺序喷射5)5)按喷油器的喷射部位分类按喷油器的喷射部位分类(1)缸内喷射(2)缸外喷射 由于缸外喷射方式汽油的喷油压力(0.1到0.5MPa)不高,且结构简单,成本较低,故目前应用较为广泛。6)6)按空气量的检测方式分类按空
7、气量的检测方式分类(1 1)直接检测方式)直接检测方式,称为质量-流量(Mass-Flow)方式(如K型、KE型、L型、LH型等)L L型型EFI系统是用空气流量计空气流量计直接测量发动机吸入的空气量常用的空气流量计有以下几种:叶片式空气流量计叶片式空气流量计(测量体积流量)或称为翼板式空气流量计;卡门旋涡式空气流量计卡门旋涡式空气流量计(测量体积流量);热线式空气流量计热线式空气流量计(测量质量流量);热膜式空气流量计热膜式空气流量计(测量质量流量)。(2 2)间接检测方式)间接检测方式,又可分为:速度速度-密度密度(Speed-Density)(Speed-Density)方式方式(如DD
8、型型)节气门节气门-速度速度(Throttle-Speed)(Throttle-Speed)方式方式。D型EFI系统是通过检测进气歧管的压力(真空度)和发动机的转速,推算发动机吸入的空气量,并计算燃油流量的速度。L型通过空气流量计直接测量发动机的进气量,比用进气管绝对压力间接测量发动机进气量的方法精度高、稳定性好。8.2.2 电控汽油喷射系统的基本组成和工作原理 1.1.电控汽油喷射系统的基本组成和功能电控汽油喷射系统的基本组成和功能 组成:组成:由进气系统、燃油系统、电子控制系统 1)进气系统进气系统(又称空气供给系统)功能:功能:提供、测量和控制燃油燃烧时所需要的空气量,(以L型系统为例)
9、。2)燃油系统燃油系统 功能:功能:向发动机精确提供各种工况下所需要的燃油量。组成:组成:油箱、电动燃油泵、过滤器、燃油脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器、冷启动喷油器及供油总管等3)电子控制系统电子控制系统 功能:功能:是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。组成:组成:传感器、电控单元(ECU)、执行器。2.2.电控汽油喷射系统的工作原理电控汽油喷射系统的工作原理 喷油量由喷油器喷孔的横断面面积,汽油的喷射压力和喷油持续时间来决定。喷孔的横断面面积和喷油压力都是恒定的,汽油的喷射量只取决于喷油持续时间。喷油持续时间由ECU根据发动机的各种参数确定,ECU通过输出喷油脉冲信号
10、的长短控制喷油时间,即喷油量大小。1)D 1)D型型EFIEFI系统系统 D型型EFI系统的工作原理系统的工作原理 1喷油器;2冷启动阀;3燃油压力调节器;4电控单元(ECU);5节气门位置传感器;6怠速空气调整器;7进气压力传感器;8燃油泵;9滤清器;10水温传感器;11热限时开关(1)燃油压力的建立与燃油喷射方式(2)进气量的控制与测量(3)喷油量与喷油时刻的确定(4)不同工况下的控制模式 启动加浓、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2)L2)L型型EFIEFI系统系统叶片式电控汽油机燃油喷射系统热线式电控汽油机燃油喷射系统2)L2)L型型EFIEFI系
11、统系统3)Mono3)Mono系统系统1汽油箱;2电动汽油泵;3汽油调压器;4油压调节器;5喷油器;6进气温度传感器;7ECU;8怠速控制阀;9节气门位置传感器;10氧传感器;11冷却液温度传感器;12曲轴位置传感器;13蓄电池;14点火开关;15燃油喷射继电器4)燃油喷射控制(1)喷油正时(2)喷油正时分为同步喷射同步喷射和异步喷射异步喷射(3)同步喷射同步喷射指在既定的曲轴转角进行喷射(4)异步喷射是临时性的补充喷射(5)同步喷射又可分为同时喷射同时喷射、分组喷射分组喷射和顺顺序喷射序喷射三种类型 同时喷射同时喷射:每转各缸同时喷一次。简单,但不精确。分组喷射分组喷射:对每个气缸而言,每2
12、周喷一次。顺序喷射顺序喷射(独立喷射):在各缸排气冲程末开始喷油。需要判缸。l(2)喷油量的控制l喷油量即喷油持续时间或喷油脉宽 基本喷油持续时间 启动喷油控制 (水温确定)l 进气温度和电压修正 l 同步喷射l 基本喷油持续时间(由进气 l 启动后喷油控制 量、转速确定)多项修正l 启动喷油控制 异步喷射 加速喷油控制 l 启动喷油控制 启动时的基本喷油时间不是根据进气量和发动机转速确定的,而是根据启动信号和当时的冷却水温度,由内存的水温-喷油时间找出相应的基本喷油时间T TP P,然后加上进气温度修正时间T TA A和蓄电池电压修正时间T TB B,计算出启动时的喷油持续时间。由于喷油器的
13、实际打开时刻较ECU控制其打开时刻存在一段滞后,造成喷油量不足,且蓄电池电压越低,滞后时间越长,故需对电压进行修正。l 启动后的喷油控制 喷油信号持续时间喷油信号持续时间=基本喷油持续时间基本喷油持续时间喷油修正系数喷油修正系数 +电压修正值电压修正值A.基本喷油时间基本喷油时间 由进气歧管绝对压力或进气量与发动机转速确定。存储在ECU内。l 启动后的喷油控制 喷油信号持续时间喷油信号持续时间=基本喷油持续时间基本喷油持续时间喷油修正系数喷油修正系数 +电压修正值电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正 a.a.启动后加浓启动后加浓 喷油量的初始修正值根据冷却水温度确定,然后以一固定速度下降,
14、逐步达到正常。b.b.暖机加浓暖机加浓 l 启动后的喷油控制 喷油信号持续时间喷油信号持续时间=基本喷油持续时间基本喷油持续时间喷油修正系数喷油修正系数 +电压修正值电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正 c.进气温度修正进气温度修正 通常以20为进气温度信号的标准温度,低于20时,空气密度大,ECU增加喷油量,使混合气不致过稀;进气温度高于20时,空气密度减小,ECU使喷油量减少,以防混合气太浓。l 启动后的喷油控制 喷油信号持续时间喷油信号持续时间=基本喷油持续时间基本喷油持续时间喷油修正系数喷油修正系数 +电压修正值电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正 d.大负荷加浓大负荷加浓 发
15、动机在大负荷工况下运转时,要求使用浓混合气以获得大功率。大负荷的加浓量约为正常喷油量的10%到30%。e.过渡工况空燃比控制过渡工况空燃比控制 发动机在过渡工况下运行时(即汽车加速加速或减速减速行驶),为获得良好的动力性、经济性、响应性,空燃比应作相应变化,即需要适量增减增减喷油量。l 启动后的喷油控制 喷油信号持续时间喷油信号持续时间=基本喷油持续时间基本喷油持续时间喷油修正系数喷油修正系数 +电压修正值电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正 f.怠速稳定性修正怠速稳定性修正(只用于只用于D型型EFI系统系统)由于压力较转速滞后,转矩也较转速滞后,造成发动机转速上升时,转矩也上升,转速下降
16、时,转矩也下降。为了提高发动机怠速运转的稳定性,ECU根据PIM和Ne信号对喷油量作修正。随真空度P的增加或随转速N的下降而增加喷油量。(3)断油控制断油控制 减速断油减速断油 发动机在高速下运行急减速时,节气门完全关闭,为避免混合气过浓、燃料经济性和排放性能变差,ECU停止喷油。当发动机转速降到某预定转速之下或节气门重新打开时,喷油器投入工作 发动机超速断油发动机超速断油 为避免发动机超速运行,发动机转速超过额定转速时,ECU控制喷油器停喷。汽车超速行驶断油汽车超速行驶断油 某些汽车在汽车运行速度超过限定值时,停止喷油。(4)异步喷射异步喷射 启动喷油控制启动喷油控制 除了一般正常的曲轴转一
17、转或两转喷一次油外,在启在启动信号动信号STASTA处于接通状态时处于接通状态时,ECU从G(G1 1或G2 2)信号后检测到第一个Ne信号开始,以一个固定喷油持续时间,同时向各缸增加一次喷油。加速喷油控制加速喷油控制 为了改善起步加速性能,在普通电控燃油喷射系统中,ECU根据IDL信号从接通到断开时信号从接通到断开时,增加一次固定喷油持续时间的喷油。有些发动机中,当节气门急速开启或进气量突然变大节气门急速开启或进气量突然变大时时(急加速),为了提高加速响应特性,仅在加速期间,在同步喷射的基础上再加上异步喷射。8.2 电控汽油喷射系统结构与工作原理8.2.4 空气供给系统1.空气滤清器空气滤清
18、器2.2.节气门体节气门体 包括:节气门、节气门、节气门位置传感器、节气门位置传感器、怠速旁通气道和调整怠速旁通气道和调整螺钉螺钉等。有些车型的节气门体上还装有节节气门回位缓冲器气门回位缓冲器;有些节气门体的外围设有发动机冷却液通道发动机冷却液通道,用以对节气门体加温。怠速控制阀和附加空怠速控制阀和附加空气阀气阀等也安装在节气门体上 1)怠速旁通气道和怠速调整螺钉怠速旁通气道和怠速调整螺钉 发动机怠速时,空气是通过节气门体上的怠速旁通气道绕过节气门进入进气歧管的,怠速调整螺钉用以改变旁通气道的通道面积,从而控制怠速时的进气量,以调整怠速转速。怠速旁通道和蜡式怠速空气阀 1节气门;2怠速调整螺钉
19、;3阀芯;4冷却液出口;5冷却液进口;6蜡盒;7进气气流 2)怠速空气阀怠速空气阀 作用:在发动机低温运转时,增加进气量,使发动机快怠速运转,加强暖机过程,热机后减少空气量,使发动机由快怠速转入稳定的怠速运转。怠速旁通道和蜡式怠速空气阀 1节气门;2怠速调整螺钉;3阀芯;4冷却液出口;5冷却液进口;6蜡盒;7进气气流 常用的怠速空气阀有蜡式、双金属片式两种。(1)蜡式怠速空蜡式怠速空气阀结构与工作气阀结构与工作原理原理 (2)双金属片式怠速空气阀双金属片式怠速空气阀 在发动机启动的同时,电流通过加热线圈,使双金属片受热变形。随着温度的逐渐升高,阀片随之缓慢地关闭旁通气道,怠速转速便逐渐降到正常
20、转速。双金属片式怠速空气阀1出气口;2阀片;3进气口;4双金属片;5进水口;6加热线圈3.3.进气管进气管 (a)SPI系统发动机进气管 (b)(b)MPI系统发动机进气管(c)MPI系统发动机分开型进气管8.2 电控汽油喷射系统结构与工作原理8.2.5 燃油供给系统 一般包括燃油箱燃油箱、电动电动汽油泵、汽油汽油泵、汽油滤清器、汽油滤清器、汽油压力调节器、压力调节器、脉动阻尼减振脉动阻尼减振器、喷油器和器、喷油器和冷启动喷油器冷启动喷油器等装置。燃油供给系统1燃油箱;2电动汽油泵;3汽油滤清器;4回油管;5汽油压力调节器;6阻尼减振器;7喷油器;8输油管;9冷启动喷油器;10真空管分类:按泵
21、体结构的不同,电动汽油泵可分为滚柱式、涡轮式、齿轮式和叶片式;按安装位置的不同,电动汽油泵又可分为内装式和外装式。1.电动汽油泵 滚柱式电动汽油泵结构示意图 1安全阀;2滚柱泵;3驱动电动机;4单向阀;A进油口;B出油口1)1)滚柱式滚柱式电动汽油泵电动汽油泵 滚柱泵工作原理图滚柱式电动汽油泵的工作原理滚柱式电动汽油泵的工作原理 特点:特点:容积泵,滚柱泵泵油压力高,但油压脉动性较大,因此在汽油泵出油端还装有脉动阻尼减振器。2)涡轮式电动汽油泵涡轮式电动汽油泵 涡轮式电动汽油泵 1单向阀;2安全阀;3电刷;4电枢;5磁极;6叶轮;7滤网;8泵盖;9壳体;10叶片 特点:特点:涡流泵,涡轮式电动
22、汽油泵的特点是供油压力的脉动小,供油系统中不需要设置脉动阻尼减振器,但输送效率低。3)齿轮式和叶片式电动汽油泵齿轮式和叶片式电动汽油泵齿轮泵特点齿轮泵特点:容积泵,泵油压力高,脉动性较滚柱泵稍小。(a)齿轮式3)齿轮式和叶片式电动汽油泵齿轮式和叶片式电动汽油泵叶片泵特点:叶片泵特点:涡流泵,泵送汽油及其蒸汽的混合物能力强。(b)叶片式 双级泵双级泵 双级泵由初级泵和主输油泵组成。初级泵初级泵(一般为叶片泵叶片泵)分离蒸汽并以较低的压力输送到主输油泵。主输油泵主输油泵一般为齿轮式齿轮式或涡轮式涡轮式汽油泵,用以提高压力。双级泵具有良好的热输油性能。双级电动汽油泵 1初级泵;2主输油泵;3永磁电动
23、机;4壳体 4)电动汽油泵的控制电动汽油泵的控制 汽油泵的控制主要包括:汽油泵的开关控制开关控制和汽油泵转速转速控制控制两个方面。(1)汽油泵的开关控制汽油泵的开关控制(2)汽油泵开关控制的电路汽油泵开关控制的电路 la、只接通点火开关,不起动发动机,、只接通点火开关,不起动发动机,主继电器通电,但由于在空气流量计内的油泵开关不通,故电路断开继电器不通,油泵不工作。lb、起动时,、起动时,电路断开继电器线圈L2通时,继电器闭合,油泵工作。lc、发动机转动后,、发动机转动后,油泵开关接通,断路继电器线圈L1通电,保持继电器闭合,油泵工作。ld、熄火时,、熄火时,发动机停转,油泵开关断,此时即使点
24、火开关仍接通,断路继电器也断开,油泵停转。ECU ECU控制的汽油泵电路控制的汽油泵电路 与 油泵开关的控制基本相同,只是将油泵开关改为ECU内的开关晶体管VT,而VT的开关取决于分电器内的Ne信号。(2)油泵的转速控制油泵的转速控制 电阻器式电阻器式l a、接通点火开关,不起动发动机、接通点火开关,不起动发动机,电路断开继电器不通电,油泵不工作;l b、起动发动机、起动发动机,电路断开继电器通电,油泵继电器通,油泵工作。此时,由于低速、小负荷,ECU使Fp通电,油泵控制继电器B触点接通,油泵低速;l c、高转速、大负荷,、高转速、大负荷,ECU的Fp断电,油泵继电器触点A接通,油泵高速。(2
25、)油泵的转速控制油泵的转速控制 ECU ECU控制式控制式l 燃油泵由油泵控制ECU控制工作。当发动机高速大负荷发动机高速大负荷时,ECU由Fpc端子供给燃油泵ECU信号高电平信号,油泵高速(12v电源电压电源电压);当发动机低速小负荷发动机低速小负荷时,ECU由Fpc端子供给燃油泵ECU信号低电平信号,油泵ECU以9V提供电压至油泵,低速。2.2.汽油滤清器汽油滤清器 由纸质滤芯再串联一个棉纤维过滤网制成,能滤去直径大于0.01mm的杂质,汽车每行驶40000km才需更换。3.3.汽油压力调节器汽油压力调节器 作用:根据进气歧管压力的变化来调节进入喷油器的汽油压力,使两者保持恒定的压力差。这
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