汽车发动机电控系统维修一课件.ppt
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1、学习情境一学习情境一认识汽车发动机电子认识汽车发动机电子控制系统控制系统学习目标学习目标通过本情境的学习,读者能够认识发通过本情境的学习,读者能够认识发动机电子控制系统,并能够做好进入车间动机电子控制系统,并能够做好进入车间维护维修的准备工作。维护维修的准备工作。具体学习目标如下。具体学习目标如下。认识发动机电控系统的组成和功能。认识发动机电控系统的组成和功能。认识电子控制系统的工作过程。认识电子控制系统的工作过程。能够注重职场安全,做好维修前的准备能够注重职场安全,做好维修前的准备工作。工作。学习任务学习任务为了帮助读者认识发动机电子控制系为了帮助读者认识发动机电子控制系统并能够做好进入车间
2、维护维修的准备工统并能够做好进入车间维护维修的准备工作,本情境安排的学习任务如下。作,本情境安排的学习任务如下。任务一任务一认识发动机电子控制系统。认识发动机电子控制系统。任务二任务二认识电子控制系统工作过程。认识电子控制系统工作过程。任务三任务三电控发动机维修前的准备工作。电控发动机维修前的准备工作。任务一任务一 认识发动机电子控制系统认识发动机电子控制系统任务二任务二 认识电子控制系统工作过程认识电子控制系统工作过程任务三任务三 电控发动机维修前的准备工作电控发动机维修前的准备工作任务一任务一 认识发动机电子控制系统认识发动机电子控制系统一、学习目的一、学习目的汽车的安全、环保和节能是当今
3、汽车汽车的安全、环保和节能是当今汽车技术发展的主要方向,而解决环保和节能技术发展的主要方向,而解决环保和节能两大难题是现代发动机的主要目标。两大难题是现代发动机的主要目标。在发动机上采用燃油喷射及电子点火在发动机上采用燃油喷射及电子点火等电子控制系统,可以改善电控发动机的等电子控制系统,可以改善电控发动机的工作状况,节省燃料消耗,并减少有害气工作状况,节省燃料消耗,并减少有害气体的排放。体的排放。通过本任务的学习,读者对发动机电通过本任务的学习,读者对发动机电控系统的功能和组成会有一个初步的认识。控系统的功能和组成会有一个初步的认识。二、相关知识二、相关知识(一)汽油发动机电子控制系(一)汽油
4、发动机电子控制系统概述统概述1为什么使用发动机电控系统为什么使用发动机电控系统汽油发动机通过汽油和空气混合气体汽油发动机通过汽油和空气混合气体的燃烧产生动力。的燃烧产生动力。汽油发动机产生动力的汽油发动机产生动力的3个基本要素为良个基本要素为良好的空气好的空气燃油混合气、很高的压缩力、正确燃油混合气、很高的压缩力、正确的点火正时及强烈的火花,如图的点火正时及强烈的火花,如图1-1所示。所示。为了同时达到这为了同时达到这3个要素,严格控制空个要素,严格控制空气与燃油混合气的比例和点火正时是最重气与燃油混合气的比例和点火正时是最重要的。要的。在在1981年以前,唯一存在的发动机控年以前,唯一存在的
5、发动机控制系统是电控燃油喷射(制系统是电控燃油喷射(EFI)系统,使用)系统,使用计算机控制喷油量。计算机控制喷油量。为了与发动机及车辆的各种工况相适为了与发动机及车辆的各种工况相适应,现在的发动机上使用了更多的计算机应,现在的发动机上使用了更多的计算机控制系统,包括电子控制点火提前控制系统,包括电子控制点火提前(ESA)、怠速控制()、怠速控制(ISC)、诊断系统等,)、诊断系统等,所以又常称为发动机集中控制系统或发动所以又常称为发动机集中控制系统或发动机管理系统(机管理系统(EMS)。)。如如Bosch公司的公司的Motronic系统、系统、GM公公司的司的DEFI系统、系统、FORD公司
6、的公司的EEC系统、系统、丰田公司的丰田公司的TCCS系统、日产公司的系统、日产公司的ECCS系统等,控制功能越来越完善。系统等,控制功能越来越完善。2电子控制系统电子控制系统一个计算机系统要正常进行工作,通一个计算机系统要正常进行工作,通常应该包括输入设备、处理器和输出设备。常应该包括输入设备、处理器和输出设备。汽车上的电子控制系统由传感器、电汽车上的电子控制系统由传感器、电子控制单元(子控制单元(ECU)和执行器三大部分组)和执行器三大部分组成,传感器、执行器和电子控制单元通过成,传感器、执行器和电子控制单元通过线束连接,如图线束连接,如图1-2所示。所示。典型汽油发动机电控系统组成如图典
7、型汽油发动机电控系统组成如图1-3所示。所示。(二)发动机电控系统的功能(二)发动机电控系统的功能 1电控燃油喷射(电控燃油喷射(EFI)电控燃油喷射系统使用各种传感器探电控燃油喷射系统使用各种传感器探测发动机和车辆的运行工况,根据来自这测发动机和车辆的运行工况,根据来自这些传感器的信号,些传感器的信号,ECU计算喷油量并驱动计算喷油量并驱动喷油器以喷射合适的油量,如图喷油器以喷射合适的油量,如图1-4所示。所示。2电子控制点火提前(电子控制点火提前(ESA)电子控制点火提前系统根据各种传感器电子控制点火提前系统根据各种传感器的信号(如发动机转速和发动机负荷),感的信号(如发动机转速和发动机负
8、荷),感知发动机工况,然后选择适合当前情况的最知发动机工况,然后选择适合当前情况的最佳点火正时,如图佳点火正时,如图1-5所示。所示。3辅助控制辅助控制辅助控制系统包括怠速控制、进气谐辅助控制系统包括怠速控制、进气谐波增压控制、可变气门正时控制、涡轮增波增压控制、可变气门正时控制、涡轮增压控制、排放控制等。压控制、排放控制等。怠速控制(怠速控制(ISC)系统通过控制怠速,)系统通过控制怠速,使发动机可在各种工况(暖机、高负荷等)使发动机可在各种工况(暖机、高负荷等)下保持正常工作,如图下保持正常工作,如图1-6所示。所示。为了将排气中的有害成分(为了将排气中的有害成分(HC、CO、NOx)降到
9、最低,发动机使用了二次空气)降到最低,发动机使用了二次空气喷射、燃油蒸发排放(喷射、燃油蒸发排放(EVAP)控制、三元)控制、三元催化转化(催化转化(TWC)器、废气再循环)器、废气再循环(EGR)和曲轴箱强制通风()和曲轴箱强制通风(PCV)等排)等排放控制系统(见图放控制系统(见图1-7)。)。4诊断系统诊断系统发动机发动机ECU有自诊断的功能。有自诊断的功能。ECU不断地监视由各种传感器传来的不断地监视由各种传感器传来的信号,如果它监测到一个故障的输入信号,信号,如果它监测到一个故障的输入信号,就用诊断故障代码(就用诊断故障代码(DTC)记录该故障并)记录该故障并点亮故障指示灯(点亮故障
10、指示灯(MIL)。)。在进行诊断维修时,可使故障指示灯在进行诊断维修时,可使故障指示灯闪烁来读出故障代码,或者使用检测仪输闪烁来读出故障代码,或者使用检测仪输出故障代码或其他数据,如图出故障代码或其他数据,如图1-8所示。所示。(三)汽油发动机电控系统的优点(三)汽油发动机电控系统的优点喷油器可以安装在进气门附近,使进气喷油器可以安装在进气门附近,使进气管的设计更合理,改善了各缸混合气的均管的设计更合理,改善了各缸混合气的均匀性。匀性。电控汽油机采用压力喷射方式,汽油的电控汽油机采用压力喷射方式,汽油的雾化质量好。雾化质量好。进气管中不需要设置喉管,通常不采用进气管中不需要设置喉管,通常不采用
11、进气预热,减少了进气阻力,提高了进气进气预热,减少了进气阻力,提高了进气密度及发动机的动力性和经济性。密度及发动机的动力性和经济性。通过精确控制空燃比和采用排放净化措通过精确控制空燃比和采用排放净化措施,使有害物排放量显著减少。施,使有害物排放量显著减少。电控系统根据传感器的输入信号随时判断电控系统根据传感器的输入信号随时判断发动机运行工况的变化,调整喷油量,改善发动机运行工况的变化,调整喷油量,改善了汽油机过渡工况响应特性。了汽油机过渡工况响应特性。在各种环境条件下可以准确计算进气量,在各种环境条件下可以准确计算进气量,改善了汽油机对地理及气候环境的适应性。改善了汽油机对地理及气候环境的适应
12、性。电控系统根据起动时发动机冷却水的温电控系统根据起动时发动机冷却水的温度,提供与起动条件相适应的喷油量,提度,提供与起动条件相适应的喷油量,提高了汽油机高低温起动性能和暖机性能。高了汽油机高低温起动性能和暖机性能。(四)丰田(四)丰田3SZ-FE发动机控制系统发动机控制系统零部件零部件要认识发动机电控系统,应该熟悉发要认识发动机电控系统,应该熟悉发动机控制系统的零部件位置。动机控制系统的零部件位置。丰田丰田3SZ-FE发动机控制系统零部件位发动机控制系统零部件位置如图置如图1-9图图1-11所示。所示。任务二任务二 认识电子控制系统工作过程认识电子控制系统工作过程一、学习目的一、学习目的各汽
13、车制造厂生产的电子控制系统在工各汽车制造厂生产的电子控制系统在工作原理方面很相似,通过本任务的学习,读作原理方面很相似,通过本任务的学习,读者能够认识电子控制系统工作过程,并理解者能够认识电子控制系统工作过程,并理解复杂的电子控制系统。复杂的电子控制系统。二、相关知识二、相关知识(一)发动机电子控制系统组成(一)发动机电子控制系统组成发动机电控系统包括传感器、发动机发动机电控系统包括传感器、发动机ECU、执行器、执行器3个组成部分,其工作关系如个组成部分,其工作关系如图图1-12所示。所示。1传感器传感器传感器是感知发动机信息的部件,把传感器是感知发动机信息的部件,把非电量信号转换成电量信号,
14、功用是向控非电量信号转换成电量信号,功用是向控制单元提供汽车运行状况和发动机工况。制单元提供汽车运行状况和发动机工况。发动机电子控制系统中常见的传感器发动机电子控制系统中常见的传感器及其作用如下。及其作用如下。空气流量计(空气流量计(MAF)测量发动机的测量发动机的进气量。进气量。进气压力传感器(进气压力传感器(MAP)测量进气测量进气管内气体的绝对压力。管内气体的绝对压力。节气门位置传感器(节气门位置传感器(TPS)检测节检测节气门的开度及开度变化。气门的开度及开度变化。凸轮轴位置传感器(凸轮轴位置传感器(CMP)提供凸提供凸轮轴转角基准位置信号。轮轴转角基准位置信号。曲轴位置传感器(曲轴位
15、置传感器(CKP)提供发动提供发动机转速信号和曲轴转角信号。机转速信号和曲轴转角信号。进气温度传感器(进气温度传感器(IAT)检测进气检测进气温度。温度。冷却液温度传感器(冷却液温度传感器(ECT)给给ECU提供发动机冷却液温度信号。提供发动机冷却液温度信号。车速传感器(车速传感器(VSS)检测汽车行驶检测汽车行驶速度。速度。氧传感器(氧传感器(TPS)检测排气中的氧检测排气中的氧含量。含量。爆震传感器(爆震传感器(O2S)检测汽油机是检测汽油机是否爆震及爆震强度。否爆震及爆震强度。2发动机发动机ECU发动机发动机ECU接收来自传感器的信息,经接收来自传感器的信息,经信息处理后发出相应的控制指
16、令给执行器。信息处理后发出相应的控制指令给执行器。发动机发动机ECU根据空气流量计或进气歧根据空气流量计或进气歧管压力传感器和转速传感器的信号确定空管压力传感器和转速传感器的信号确定空气流量,再根据空燃比要求确定基本供油气流量,再根据空燃比要求确定基本供油量,然后进行点火提前角、温度、节气门量,然后进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正,确开度、空燃比等各种工作参数的修正,确定某一工况下的最佳喷油量。定某一工况下的最佳喷油量。发动机发动机ECU主要由输入处理器、中央主要由输入处理器、中央处理器、存储器和输出驱动器等组成,如处理器、存储器和输出驱动器等组成,如图图1-13所
17、示。所示。3执行器执行器执行器执行发动机执行器执行发动机ECU的指令,从而的指令,从而完成控制目的。完成控制目的。发动机电控系统主要的执行器有电动发动机电控系统主要的执行器有电动燃油泵、喷油器、怠速控制阀、点火器等。燃油泵、喷油器、怠速控制阀、点火器等。(二)发动机电子控制系统工作过程(二)发动机电子控制系统工作过程 1传感器的电信号传感器的电信号传感器的电信号可以分为模拟电压信传感器的电信号可以分为模拟电压信号和数字电压信号两种。号和数字电压信号两种。(1)模拟电压信号)模拟电压信号模拟电压信号是在一定范围内连续变模拟电压信号是在一定范围内连续变化的信号,模拟电压信号的示例如图化的信号,模拟
18、电压信号的示例如图1-14所示。所示。大多数车用电控系统中的传感器产生大多数车用电控系统中的传感器产生的是模拟电压信号。的是模拟电压信号。(2)数字电压信号)数字电压信号数字电压信号不是高电压就是低电压。数字电压信号不是高电压就是低电压。如果开关迅速接通或断开,就有一个如果开关迅速接通或断开,就有一个数字电压信号从开关加到灯泡上(见图数字电压信号从开关加到灯泡上(见图1-15)。)。在发动机控制单元中,中央处理器每在发动机控制单元中,中央处理器每秒钟能产生很多数字电压信号,用于控制秒钟能产生很多数字电压信号,用于控制系统中的各种继电器和电器元件。系统中的各种继电器和电器元件。中央处理器根据精确
19、控制的要求,改中央处理器根据精确控制的要求,改变数字信号中高电压或低电压的持续时间。变数字信号中高电压或低电压的持续时间。(3)数字电压信号和二进制码)数字电压信号和二进制码数字信号不是高值就是低值,低值数数字信号不是高值就是低值,低值数字信号可用数字字信号可用数字0代表,高值数字信号可用代表,高值数字信号可用数字数字1代表,这种给数字信号赋予数值的方代表,这种给数字信号赋予数值的方式叫二进制编码。式叫二进制编码。在二进制编码系统中只有两个数字,在二进制编码系统中只有两个数字,就是就是0和和1(见图(见图1-16)。)。在发动机控制单元中,信息以二进制在发动机控制单元中,信息以二进制码的形式进
20、行交换,状态、数字和字符都码的形式进行交换,状态、数字和字符都用多位用多位0和和1的组合表示。的组合表示。2输入信号的处理输入信号的处理输入信号通过控制单元的输入处理电输入信号通过控制单元的输入处理电路进行处理。路进行处理。输入处理电路主要由放大器和模输入处理电路主要由放大器和模/数转数转换器构成,具有放大作用和模换器构成,具有放大作用和模/数转换的作数转换的作用,如图用,如图1-17所示。所示。(1)输入信号放大)输入信号放大输入信号放大的目的是使输入信号增输入信号放大的目的是使输入信号增加到发动机控制单元可用的程度。加到发动机控制单元可用的程度。(2)模)模/数转换(数转换(A/D)由于传
21、感器产生模拟信号,而中央处由于传感器产生模拟信号,而中央处理器处理的是数字信号,所以必须把模拟理器处理的是数字信号,所以必须把模拟信号变为数字信号。信号变为数字信号。3中央处理器和存储器中央处理器和存储器(1)中央处理器)中央处理器中央处理器是发动机控制单元中的计中央处理器是发动机控制单元中的计算和决策芯片,如图算和决策芯片,如图1-18所示。所示。(2)存储器)存储器存储器中含有程序和中央处理器进行存储器中含有程序和中央处理器进行运算所需的汽车数据,存储器芯片在外形运算所需的汽车数据,存储器芯片在外形上与中央处理器芯片相似。上与中央处理器芯片相似。如图如图1-19所示为燃油油量信号的存储所示
22、为燃油油量信号的存储和读取。和读取。存储器中存储着有关汽车各种工况下存储器中存储着有关汽车各种工况下理想的控制信息(如空燃比、点火提前角)理想的控制信息(如空燃比、点火提前角),称为标定信息。,称为标定信息。4控制单元对信息的处理控制单元对信息的处理(1)信号由传感器的输入及处理)信号由传感器的输入及处理以进气温度传感器的信号输入与处理以进气温度传感器的信号输入与处理为例,介绍发动机控制单元是如何处理信为例,介绍发动机控制单元是如何处理信息的。息的。进气温度传感器向发动机控制单元输进气温度传感器向发动机控制单元输送模拟电压信号,送模拟电压信号,A/D转换器再把这个信转换器再把这个信号转换成数字
23、信号(见图号转换成数字信号(见图1-20)。)。中央处理器收到数字信号后访问存储中央处理器收到数字信号后访问存储器中的信息,从查询表中查出此空气温度器中的信息,从查询表中查出此空气温度对应的空气密度,把空气密度信息传给中对应的空气密度,把空气密度信息传给中央处理器,中央处理器控制输出驱动器和央处理器,中央处理器控制输出驱动器和燃油喷油器,提供发动机所需要的准确数燃油喷油器,提供发动机所需要的准确数量的燃油(见图量的燃油(见图1-21)。)。(2)信号输出驱动器和执行器)信号输出驱动器和执行器中央处理器通过输出驱动器控制执行器。中央处理器通过输出驱动器控制执行器。发动机控制单元的输出驱动器由很多
24、晶发动机控制单元的输出驱动器由很多晶体管组成,执行器通常是一些继电器、电磁体管组成,执行器通常是一些继电器、电磁线圈或显示器等。线圈或显示器等。例如,每个燃油喷油器都有一个电磁例如,每个燃油喷油器都有一个电磁线圈,蓄电池为每个执行器供电。线圈,蓄电池为每个执行器供电。当中央处理器输出信号令输出驱动器当中央处理器输出信号令输出驱动器接通执行器时,输出驱动器就给执行器送接通执行器时,输出驱动器就给执行器送去一个去一个“接地接地”信号(见图信号(见图1-22)。)。(三)发动机电子控制系统电源电路(三)发动机电子控制系统电源电路和接地电路和接地电路1电源电路电源电路电源电路的作用是为发动机电源电路的
25、作用是为发动机ECU提供电源。提供电源。这些电路包括点火开关、这些电路包括点火开关、EFI主继电器等。主继电器等。电源电路在汽车中主要采用以下两种方式。电源电路在汽车中主要采用以下两种方式。(1)点火开关控制式)点火开关控制式点火开关控制式电源电路如图点火开关控制式电源电路如图1-23所示。所示。(2)ECU控制式控制式ECU控制式电源电路如图控制式电源电路如图1-24所示。所示。2接地电路接地电路发动机发动机ECU接地电路如图接地电路如图1-25所示,所示,它包含了以下它包含了以下3种基本的接地电路。种基本的接地电路。(1)ECU工作的接地电路工作的接地电路E1端子是发动机端子是发动机ECU
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