毕业论文-多点电喷发动机电控系统的总体设计.doc

重庆理工大学毕业论文 多点电喷发动机电控系统总体设计目 录摘要1abstract21.绪论32. 发动机基本参数及其计算53. 发动机控制单元ecu73.1电子控制单元的功用73.2电子控制单元的结构组成73.3电控单元的工作过程73.4电子控制单元的控制功能83.5电控单元（ecu)选型83.6 ecu引脚定义104. 电控燃油喷射系统124.1电控燃油喷射系统的系统概述124.2电控燃油喷射系统的传感器与执行器124.3电控汽油供给系统各个部件的结构与工作原理184.4电控燃油供给系统234.5汽油喷射控制244.6 喷油系统逻辑图275. 发动机电控点火系统295.1发动机点火系统的概述295.2点火系统的基本要求295.3电子控制单元控制点火系统的组成295.4微机控制的点火配电方式335.5爆震控制系统345.6 点火控制流程图376. 进排气系统396.1怠速控制系统396.2电子节气门控制系统（etc）426.3可变气门正时系统456.4 闭环控制系统476.5汽油蒸发控制系统516.6冷却风扇控制系统53总结56致谢57参考文献58文献综述.58摘 要随着汽车行业的飞速发展，发动机作为汽车的心脏部件，发动机电控系统的设计成为了发动机设计中重要的一部分。本文以 hma gn16-vf1 电控汽油机作为研究对象，完成了发动机电控系统的总体设计，设计具体工作如下：1. 完成了发动机电控系统中电控单元的分析，对ecu进行了选型设计。2. 完成了发动机电控系统中电控燃油喷射系统及其子系统燃油供给系统的控制形式选型分析，并对燃油喷射系统相关传感器及执行器进行了选型设计。3. 完成了发动机电控系统中电控点火系统的控制形式及其子系统爆震控制系统的选型分析，并对点火系统相关传感器及执行器进行了选型设计。4. 完成了发动机电控系统中进排气系统的分析，及其子系统怠速控制系统、节气门控制系统、可变气门正时系统、闭环控制系统、汽油蒸发控制系统、冷却风扇控制系统的控制模式的分析，对其主要执行元件进行了选型设计。 由以上对发动机电控系统四大模块的分析及其传感器与执行器的选型，对发动机的电控系统在实体发动机上的总体安装提供了基础。关键词：电控燃油喷射系统 、电控点火系统、电控单元、传感器执行器选型abstractwith the rapid development of automobile industry, the engine as the heart of the auto parts, engine electronic control system design has become an important part of engine design. based on hma gn16 - vf1 electronic control gasoline engine as the research object, completed the overall design of the electronic engine control system, design the specific work is as follows:1. completed the analysis of the engine electronic control system of electronic control unit ecu for the selection of design.2. complete the engine electronic control system of electronic control fuel injection system and its subsystems of fuel supply system, the control form selection analysis, and the related sensors and actuators, fuel injection system for the selection of design.3. complete the engine electronic control system of electronic control ignition system control forms and its subsystems selection analysis of knock control system, and the ignition system related sensors and actuators for the selection of design.4. complete the engine electronic control system in the analysis of the exhaust system, idle speed control system and its subsystem, throttle control system, variable valve timing system, lambda closed-loop control system, gasoline evaporation control system, the analysis of the control mode of the control system of cooling fan for selection of the main components of the design.by the above analysis of the engine electronic control system four big modules and the selection of sensors and actuators, the engine electronic control system in the real engine on the overall installation provides the basis.keywords: electronic fuel injection system, electronic control ignition system, electronic unit, sensor actuator selection1.绪论1.1电控系统发展史 燃油喷射系统首先应用在汽车发动机上是在1940年左右，由德国奔驰公司与拜耳发动机制造厂合成。在50年代初期，机械式燃油缸内喷射系统首先在奔驰公司生产的奔驰汽车发动机应用。直到五十年代后期，美国的朋迪克斯公司首先进行发动机电喷系统的设计，进而电喷系统才面世，成为发动机电控系统的一个里程碑。随着新时代的到来，电控技术的发展，各国排放问题，世界能源危机，种种原因，使发动机现有的排放标准，及其耗能标准已经不能是适应汽车工业的发展，想要继续发展就必须发展更加节能，排放更低的发动机管理系统。于60年代电控喷油系统才开始广泛的应用于汽车发动机，已达到节能减排的目的。由于发动机电控喷射系统在汽车发动机的广泛的应用，化油器在汽车喷油系统上的应用少之又少，八十年代末期化油器基本上已经被淘汰，进入了时代的角落。现在世界各国的汽车产业都在飞速发展，而发动机电控系统也在从节能减排到舒适性转变。现代多点电喷发动机的电控系统的几大巨头基本上代表了这个行业的巅峰，如博世公司、日本株式会社等，现代汽车的高端管理系统都是应用以上公司的发动机电控系统。而现代汽车发动机上应用熟练，高端的电控技术主要由以下几种：1）电控点火中的无触点点火，能够增大发动机中做功冲程的转换率，还有燃烧热效率。2）可变气门正时系统（vvt）。发动机在不同的时间工况不一样，发动机所需要的进气量，进排气时间等等都不一样，而vvt能够根据发动机的实际工况对配气相位和气门升程进行调整，以达到发动机最佳的工况。3）缸内直喷技术。现代发动机的喷油通过高压油管送油到喷油嘴，不同于喷到进气歧管，而是把汽油喷到发动机气缸内使燃油与空气进行混合燃烧。4）涡轮增压技术。合理利用排气的能量，利用机械的原理增加进气的压力，达到增加进气量的目的。现在我国的汽车发动机电控系统的核心技术真正自主研发掌握的十分的少，因为我国还是处于发动机电控系统研究的起步阶段，我国汽车发展的基础较低。现在我国的发动机的管理系统主要是由德尔福和联电两家公司进行生产，博世公司和德尔福公司掌握了高端技术；而ngk公司对发动机的排气系统中的重要部件进行垄断性的生产；国内的主要生产发动机的企业比如沈阳三棱、东风日产、一汽丰田等都是需要国外公司的技术支持，不能够自主研发高端的发动机技术。所以说我国的发动机电控系统的发展情况十分的艰难，与国外的技术有断层，想要追赶上国外经过几代发展的电控技术有难度，不过我国可以根据国外的研究，站在巨人的肩上眺望未来未必不能赶上时代的进步，发展出适用于国内的电控系统。2. 发动机基本参数及其计算 图 2.1 发动机参数基本数据的计算：理论汽油燃烧等式为：实际汽油的化学式可以表示为：c7h17其理论空燃比为： 式-2.1又因为：，根据上述公式空燃比左右气缸标准充气量为公式为： 式-2.2本发动机的缸径为79mm，为四冲程，当转速的时候：空气流量的计算： 式-2.3设发动机在转速的时候发动机的排量为，进气歧管绝对压力 ，进气绝对温度所以空气流量为： 喷油脉宽计算： 式-2.4本发动机修正系数（）在之间，由于发动机的修正系数始终在变化不好量化计算，所以我取理论修正系数，而c为常数根据喷油脉宽计算经验值取值2500，空气流量上面已经计算出了，发动机在转速，发动机汽缸数。而燃油修正系数的计算公式为： 式-2.5理想的状态本发动机短期燃油修正量（stft=0），长期燃油修正量（ltft=0）。所以我们确定的理想状态的燃油修正系数（=0）。所以喷油脉宽为：设发动机在转速、的时候根据公式2.1、2.3、2.3、2.4、2.5分别计算出空气流量与喷油脉宽，计算结果总结如表一：转速n(r/min)空气流量f（g/s）喷油脉宽w（ms）10003.5392.20920007.072.209300010.612.210400014.1542.947500017.692.211600021.232.211表一 计算结果总结3. 发动机控制单元ecu3.1电子控制单元的功用 发动机的控制单元（ecu）是发动机的大脑。ecu根据事先标定好的工况信息对接收到的转速、相位、温度等等信号进行处理，然后对比标定的工况的各个工况的信号大小进行判断，然后传输电信号对相关的执行器进行调节，使发动机能够达到最优，如此反复的快速的控制发动机。3.2电子控制单元的结构组成 电子控制单元（ecu）的构成主要有：a/d（模拟/数字）模数转换器、输入回路、输出电路还有处理器 ，如图3.1。图3.1 电子控制单元的构成3.3电控单元的工作过程 电子控制单元（ecu）当发动机开始启动后开始工作，各种传感器的信号传入发动机电控单元中，cpu根据工况进行处理，从而得到发动机匹配工况所需的转速、点火、喷油的时刻等，然后输出控制信号控制发动机的各个执行器，使发动机达到最佳工况。如图3.2所示。图 3.2 电子控制单元ecu的内部结构3.4电子控制单元的控制功能各种传感器检测到的信息与继电器的开闭信号传递给电控单元，通过判断完成以下的控制功能： 启动控制暖机控制、怠速控制、燃油喷射控制、点火正时控制、混合气闭环控制、蒸发排放控制、换档正时控制。3.5电控单元（ecu)选型 1） 电控单元（ecu) 功能需求分析 对本发动机来说，搭配的ecu应该具有模拟信号输入通道为九（加速踏板行程、节气门开度、空气质量、电瓶电压、进气温度、发动机水温、爆震强度、前氧传感器、后氧传感器信号），路数字信号输入通道为五路（曲轴转速、凸轮轴位置、传动机构、车速信号），开关输入通道为八路（各种开关信号）的要求。存储能够使用flash1.5，sram94kb存储器能够满足要求。2）电控单元（ecu) 的选型本海马发动机的电控系统的控制单元参考装载在海马s5系列gn15-tf发动机的控制单元ecu选用的是：型号： 博世公司 motronic me7.8.8 图3.3 me7 组成示意图 图3.4 me7的参数3.6 ecu引脚定义 在完成电控系统各个传感器和控制器的选型之后，我们对ecu的引脚进行定义，根据我们定义的引脚在安装传感器与执行器的时候，传感器与执行器引脚与ecu引脚正确的连接实现应有的功能。对电控单元的引脚进行定义如图3.5：针脚号定义针脚号定义针脚号定义针脚号定义1点火42点火23点火地4点火35点火16喷油器47喷油器28发动机转速输出9车速输出10上游氧传感器信号11爆震信号a12爆震信号b13点火开关14主继电器控制15空调温度信号16加速踏板信号17上游氧传感器加热18喷油器119下游氧传感器加热20进气压力信号21节气门信号22冷却水温度信号23加速踏板信号24进气温度信号25炭罐控制阀26喷油器327风扇128节气门信号29下游氧传感器信号30车速信号31节气门执行器32风扇233油泵继电器34空调开关35相位传感器36can高37can低 图3.5 ecu引脚定义4. 电控燃油喷射系统4.1电控燃油喷射系统的系统概述 在电控燃油喷射系统中电动燃油泵为喷油器提供喷射压力，电动燃油泵是沉浸在油箱中的燃油之中。油箱燃油由油泵压出，并且油压升高，再通过汽油滤清器去除杂质后输出给油管。而油管中的燃油又输送给喷油器，汽油通过喷油进入进气歧管。而喷油器是一种由电控单元直接调节的电磁阀门。当ecu输出喷油的信号时喷油器的电磁开关闭合，在高压的情况下燃油变成雾状送入进气歧管。而在进气歧管内雾状燃油又与空气混合，随着进气行程进入燃烧室进行燃烧。而燃油压力调节器固定在油管的末尾，其作用是使油管的油压始终维持在喷油器需要的值左右。还有较多的燃油经过回流通道送回燃油箱。4.2电控燃油喷射系统的传感器与执行器 图4.1 电控燃油喷射系统主要电控元件4.2.1发动机水温传感器 在发动机的数据计算中冷却液的温度可以表达为发动机温度。1）水温传感器的作用水温传感器能够把发动机的冷却水温度信号转变为电信号并且输入ecu。然后发动机根据水温信号进行喷油量的修正、点火提前角的修正、在温度高低对比标定温度做出正确的判断。如当发动机水温较低时适当加大点火提前角、发动机水温较高时减小点火提前角。 2）水温传感器的选择测量介质：水 测量范围：-40c100c根据汽车用发动机冷却水及润滑油温度传感器，传感器的响应时间要小于，而发动机在正常运转的时候冷却水温度一定低于100。备选型号有：品牌型号价格（元）适用车型天博126528海马肇庆爱晟电子科技有限公司vt2k051fb90c3435b-l25t5d5 10通用天博116124金杯根据以上信息我们选择型号：vt2k051fb90c3435b-l25t5d5 参数为：图4.2 发动机水温传感器参数图4.3传感器电路图4.2.2进气压力与温度传感器总成 进气温度传感器还有进气歧管压力传感器结合组成一个总成进气压力与温度传感器固定在进气歧管之上。 1）进气压力与温度传感器的原理进气岐管压力传感器中有硅芯片，收到的压力信号通过电路分析计算后，输出一个与电压相关联的电压信号。进气温度传感器中由负温度系数电阻组成，带电阻的电路能偶测量出电阻的改变，而电阻值与温度相关能够测出一组电压信号。如图4.4、图4.5. 2）压力传感器的传递函数：ua=(c1 pabs+c0)us式中，ua =信号输出电压（v）us =电源电压（v）pabs =绝对压力（kpa）c0=-0.1/105c1=0.85/105（1/kpa）由计算可知，在正常大气压下，压力传感器的测量后送出电压与供电电压比较，差距十分的小。当供电电压为5v和节气门全开，压力传感器的送出的电压信号为4v。 3）特性曲线图4.4 压力传感器特性曲线 图4.5 温度传感器特性曲线 4）选型这款发动机为hma gn16-vf1它的进气歧管压力大约在25kpa，而一般发动机的进气温度一般值在1050之间，供电电压一般为5v，响应时间越短越好，所以用进气压力与温度传感器一体的传感器，集成式的传感器更加容易安装，更换更加简单。所以选用：公司：德尔福公司的型号：ds-s-tf-115压力与温度传感器特性参数：图4.6 压力与温度传感器参数 5）特点1.使用机械式结构测量测量精度高，价格比较低。2.便于拆装、硬度高比较耐用。3.对进气管道内的地点占用较小。4.信号传输可靠。4.2.3凸轮轴相位传感器1) 概述发动机ecu依据凸轮轴相位传感器传输的信号和发动机转速传感器，经过运算，能够得到发动机曲轴的上止点对应的角度，为之后的计算提供最基本的依据。 2) 原理 由于发动机运转的时候，钢制转子一起跟着运转，在转动中有磁场的周期性的变化，能够作为计数的依据。会产生对应的霍尔电压还有对应的信号脉冲。凸轮轴只有一半有信号，当要计算的时候需要把另一部分结合起来算出发动机的上止点。图4.7。图4.7 霍尔传感器工作原理1-表示接地 2-表示信号输出 3-表示接电源正极图4.8 相位传感器引脚图3）选型参考中国一汽公司凸轮轴位置传感器总成有传感器可检测的转速范围：工作电压：参考中国一汽传感器选择手册，选择型号：pg-1相位传感器特性参数图4.9 相位传感器参数特点1） 应用广泛，在非接触测量位置角度还有发动机转速都有应用。2） 测量的精度高、稳定。3）对环境的的要求不高，可用于相对恶劣的环境下。4.2.4转速传感器1）概述发动机的转速依据霍尔原理，感应磁场的变化把转速信号转换为电信号输出，这就是转速传感器，非直接性的测量，制造方法也是多种多样。不同的传感器的输出信号也不相同，有模拟信号还有数字信号。 2）结构原理 曲轴转速传感器由一个磁感电阻组成（图4.10）。在发动机的测量地方头部有安装的磁性物质，当曲轴旋转的时候，输出的脉冲与曲轴的转速有关联，通过电路转化得到转速。图4.10 安装结构图3）选型本发动机的曲轴转速最高为6000rpm，参考联合电子的转速传感器应用技术规范。因为转速传感器是汽车非常重要的选型之一，运用被动式传感器使ecu接收到的转速信号波动更加的小，依据上海大众汽车公司公布的转速传感器通用标准。参考型号有：品牌型号价格（元）适用车型雷诺dg663海马国产dfzg35通用由于转速传感器使发动机ecu参数计算的基础，我们选用更加优异的传感器，所以我们采用被动式线束型转速传感器-dg6技术性能参数：(1) dg9传感器是一款被动式转速传感器，其优点是无须电源供电，传感器送出的信号是正弦的电压信号。(2) 输出信号：图4.11 输出信号uss：最大电压和最小电压的差值（缺齿处的电压除外）(3) 线圈电阻(23 c)：1200(120%) (4) 线圈电感(1000 hz,串联电路)：7500(120%) mh(5) 测量范围：0-7000(6) 测量精度：1%4.3电控汽油供给系统各个部件的结构与工作原理4.3.1电动汽油泵1）功用通过对汽油加压，把燃油供给给油道。并且供给过量的油量用来维持燃油喷射系统的燃油压力。 2）汽油泵的选择及其标准本次发动机设计中选择的是无回油燃油供给方式，电动燃油泵选型为涡轮式电动燃油泵（图4.13），而电动电动燃油泵的选型依据燃油排量的大小，假如电动燃油泵的排量太小发动机供油太少继而影响到发动机的功率，使其降低。假如电动燃油泵的排量过大，对供电单元来说是一种负担。备选型号：品牌型号价格（元）压力（mpa）creditpartsep386803博世公司0 580 453 408653 在技术参数差别不大的情况下选用博世公司的0580453408 电动汽油泵因为性价比更高，品牌较好。 4）电动汽油泵关键的技术参数：汽车电动燃油泵的关键技术参数参阅德国博世公司的0580453408：(在电压，额定压力的情形下)： 图4.12 电动汽油泵参数图4.13 涡轮式电动汽油泵结构 5）电动汽油泵的驱动电路图4.14 驱动电路 此电路的油泵为单级转速，燃油泵的开关与点火线圈的初级绕组点火发生的脉冲相关。4.3.2压力调节器1）概述压力调节器主要是用于使进气歧管的压力与燃油管的总成之间的压力差稳定不变。 2）原理压力调节器由膜片式泄流阀门组成（图4.15），右下图可以看出是当进气歧管的压力与弹簧的压力相平衡的时候上面的组件压紧。当油管内的压力升高超过进气歧管压力的时刻阀片打开，这个时候多余的而后通过阀门流回油箱，压力又平衡恢复正常状态。 1-进气歧。管 接头， 2-弹。簧， 3-压板。回油口，4-膜。片， 5-阀。片， 6-进。油 口， 7-出油口图4.15 压力调节器结构图3）选型一般的汽车的燃油压力，在发动机冷车怠速压力为0.3mpa-0.5mpa ，热车怠速压力只要不低于0.15mpa就可以，所以我们选择的压力调节器应该满足以下的技术参数。图4.15 压力调节器参数特点：利用领域广；固定简便；重量轻，构造紧凑；防腐蚀能力强；使用寿命长。4.3.3 喷油器1）结构发动机中电控喷油系统中的喷油器（图4.18）是一个重要的零件，在电控单元输出信号的实时控制之下，把油管送来的汽油雾化喷入进气歧管与空气混合合成可燃混合气，或者直接喷入气缸内形成混合可燃气。在电控喷射系统中使用的都是电磁式的喷油器，当电控单元输出喷油信号的时刻，喷油器内部的阀门打开使燃油喷出雾化，形成混合气，喷油器喷油的时间是通过ecu发出的脉冲的宽度来控制的。普通的喷油器的喷油时间约为，而喷油量的多少由喷油长短确定。 2）选型本发动机的最大功率为90kw，转速为6000r/min总功 ：汽油的热值 ：发动机的热效率（）所需汽油： 发动机所需空气质量：发动机曲轴每转一周喷油器喷油两次，所以在1min内喷油12000次，所以每次最大的喷油量：每次喷油时间（喷油脉宽如表一计算可知为2.211ms）所以对喷油器喷油量的要求为所以选择为：型号：bosch ev6电磁喷油器特点：重量轻巧；优异的阀座密封功能；在发动机的各个工况下喷油器的响应.时间的误差值十分的小；燃烧需要的喷油量都能够精确的得到；特性参数：图4.16 电磁喷油器参数引脚：此喷油器对应的两个引脚，一边为油泵继电器输.出 端，另一边为ecu的信号输。入 端。图4.17 喷油器电路图1o形圈， 2滤。网 ， 3带电插头喷。油 器体，4线圈， 5弹簧，6带线圈衔。铁 的阀针，7带喷。孔 板的阀座。图4.18 喷油器结构图4.4电控燃油供给系统 此款发动机为，采用的是无回油的燃油供给系统，其燃油滤清器、燃油调节装置、还有电动汽油泵都是淹没在燃油箱之中，而燃油管到油箱只有一条油管，通过燃油调节器在邮箱内完成回流，这样相对来说没有回流的汽油只有流出的汽油。如图4.19。无回油供给系统有如下优点：因为就在邮箱内完成回油所以汽油蒸发造成的损失相对较少，可以较少排放；由于只有一根油管降低了燃油泄漏的可能性，从而减少了汽车燃烧的可能性安全性得以保障；因为只有一根油管燃油供给系统相对来说燃油压力比较高对于喷油器来说更加利于燃油的雾化，促进燃烧。图4.19 无回油燃油供给系统4.5汽油喷射控制1）喷油器的驱动方式的选择对本款发动机的喷油器选择来说，我们选用的喷油器是高电阻的，而驱动喷油器的模式为电压驱动。喷油器的驱动电路如图4.20。因为现代发动机的喷油器的选择有一个选择规律：电流驱.动 的模式只匹配与低电阻类型的喷油器，而电压驱.动的方式能够同时匹配高电阻和低电阻的喷油器。4.20 喷油器电压驱动回路 2）喷油方式的选择ecu根据进气量的多少以及目标空燃比确定所需要的汽油量，然后计算出控制喷油器的喷油脉宽，通过喷嘴喷出汽油，喷油正时是喷油器开始喷油的时间。 由于在确认凸轮.轴 位置传感器信号之前ecu无法识别气缸的位置，所以ecu无法按照气缸的工作顺序进行顺序喷射，此时ecu依据曲轴角度传感器传来的信号同时喷射。当气缸位置可以被识别的时候，ecu再依据气缸的工作的顺序进行顺序喷射。顺序喷射的时候，每缸采用首喷和尾喷两次喷射，使喷油量控制更加精确。 3）喷油次序的选择如今关于电喷发动机的电喷元件，在发动机的循环的时候，燃油以确定的压力在极短的时间喷出燃油，喷射方式有同时喷射和依次喷射两种方式。同时喷射和顺序喷射各有各的优点。对于同时喷射来说不需要凸轮轴传感器驱动数量也相对较少，这样能够使性价比更高，工作的可靠性得到保证。而对于顺序喷射来说能够在发动机的点火行程相匹配的进行燃油喷射保证发动机各个缸的燃油需求。通过对喷油的次序的控制，合理的利用同时喷射能够使同时喷射的响应时间和混合气的均匀程度达到顺序喷射的状态。总的来说能够用同时喷油和顺序喷油相结合的方式，到达匹配发动机的各个工况的目标。 而发动机采用的是顺序喷油的方式（图4.22）。当发动机曲轴旋转两圈，每缸的电控喷油器都依次喷油1次，这种方式与分配点火的方式一样，都是按照发动机点火的缸序进行喷油。 图4.21顺序喷射控制电路 图4.22 顺序汽油喷射正式图 对顺序喷射系统的控制电路（图4.21）的解释：ecu的四个功率放大电路分别控制发动机的四个缸的喷油器。如果发动机采用的是顺序喷油的方式，则发动必然有气缸判别信号，该信号多来自凸轮轴角度传感器与曲轴角度传感器，具有缸序和正时两种控制功能。 4）喷油提前角的控制已知本发动机在1000r/min时喷油提.前 角为6，喷油持续时间为2ms。当喷油开始算起知道活塞运行到排气上止点的是这一段时间，曲轴所转过的度数为其喷油时间控制喷油提前角。 曲.轴 位置传感器（gps信号）和凸.轮 轴位置传感器（cis信号）的工作状况可知：当发动机的曲轴旋转两转，判缸信号会通过凸轮轴位置传感器检测出来送入ecu，并且在第一缸压缩行程的上止点前90产生信号下降沿信号。5）喷油量（喷油脉宽）的控制燃油喷射系统的喷油量的控制是通过ecu对电磁喷油发出的脉冲宽度进行调整的。在不同的工况下发动机的电控单元收到转速信号和空气流量计的信号得到基本的喷油脉宽，但是实际情况下还需要ecu收到的发动机的其他信号参数进行修正，最后得到正确的喷油脉宽。由表2.1可知计算出了发动机的六个转速情况下的喷油脉宽都在2.211ms左右。 6）启动时喷油脉宽的控制 启动时，由于启动时进入的空气不能准确的检测、发动机进气的空气量较少、转速不稳定，所以启动时计算喷油脉宽我们不依据空气流量计提供的数据。启动时喷油时间由冷却液的温度来确定，冷却液温度越低，汽油的雾化越差，因此须要加浓的可燃混合气。冷却液与喷油时间的关系如图（4.23）。图4.23 冷却液与喷油时间的关系无具体数据，没有计算。 7）启动后的脉宽确定 实际中由目标空燃比决定的喷油脉宽可用下式计算：当喷油器收到信号开始喷油，电控单元使喷油器的喷油信号始终维持在高电压，通过周期性的震动规律控制喷油的长短，当喷油时间达到2.25ms时，电控单元立即将喷油脉冲信号转变为低电压，使晶体管截止，达到中断喷油的目的。由于发动机时，喷油脉宽为2.209ms相当于曲轴转角。4.6 喷油系统逻辑图图4.24 喷油系统逻辑图 由系统程序确定并且计算出理论空燃比，计算得到喷油量的多少控制喷油器喷出燃油并且计算喷出燃油的时间计算喷油量，最后关闭喷油阀完成喷油。5. 发动机电控点火系统5.1发动机点火系统的概述 电控发动机要能够正常的运行要求有这几点：1）点火能量足够大2）满足发动机工况的燃气混合比例、压缩比例。在发动机中能够实现点火相关的所有部件，组成了点火系统。5.2点火系统的基本要求 在发动机运行过程中的遇到的各种工况都能够快速并且可靠的点燃发动机气缸内的混合气，这样才是一套优秀的点火系统。我们对点火系统的能力有以下几点：1）一般来说点火能量在之间就能够保证发动机缸内正常点火，但是发动机启动时其点火能量应该。 2）点火系统的点火时刻是经过ecu计算过后得到的实际的点火时刻。 3）点火的电压可以击穿电极间隙达到点火的目的。 4）使用年限长。5.3电子控制单元控制点火系统的组成电子控制单元控制点火系统主要是由点火控制模块、电子控.制 单元、传感器和各种控.制 开关、点火线圈、电源等组成。1）发动机在各种工况下需要通过各种开关信号和传感器采集到的信息来判定发动机的工作状态，ecu接收到的传.感 器信号作为，发动机的点火和其他计算的的依据；2）传感器与开关主要包括空调开关和空挡启动开关、车速传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、空气流量计等等，这些传感器数据用于修正点火时刻。3）ecu的点火系统是发动机系统的一部分，控制方法，及其算法是实现最佳点火时刻和最佳点火提前角的基础。5.3.1原始参数的计算： 设当曲轴转速在时的最优点火提前角为发动机运行上止点前。发动机的判别气.缸 的信号在第1压缩上止点前。ecu的内部晶体的振动频率为f=40mhz（周期t=1/f=0.000025ms）发动机凸轮轴位置传感器的凸轮的小齿缺脉冲宽度均为一周的，三度计算所得的时间，则1的转角 。当曲轴旋转1时所对应ecu内部晶体震动次数（脉冲信号书）n为5.3.2点火信号的计算 初始电源电压为12v，及点火线.圈 的一级绕组为12v，在6000r/min时，发动机一分钟内做功6000次，相当于每缸做功次功，又因为本发动机采用的是分组点火，所以每缸点火3000次，所以点火时间间隔为，此时点火信号如图5.1所示。图5.1 发动机点火信号5.3.3点火线圈 1）功用 点火装置的关键构件是点火线.圈 和开关装置，增大点火线圈的能量，打火火花塞就能爆发出足够能量的火花，这是点火装置顺应现代发动机运转的基本条件。2） 选型为了使发动机气缸内能够正常的点火点火的能量应该在左右，但是发动机刚刚开始运行的时候能量应该大于，根据中国汽车工业出版的汽车电.气设备产品型号编.制 方法的要求，备选点火线圈有：品牌型号价格（元）国产bjyyl19670车顺cs-9149140博世zsk-2x2e130选型：zsk-2x2e点火线圈特点：各个部件不能旋转更加可靠、其线路安全性高、噪声比较低；定位比较方便；电路为集成的模式，可以节省更多的ecu资源，使得电控系统更加的稳定、性价比更高；点火线圈的外部材料在高温高压的情况下能够使内部元件运行稳定。参数为：图5.2 点火线圈参数图5.3 点火线圈电路图引脚：低电压侧：1、31号与2号绕组控制端，分别接对应的ecu信号通道； 2接电源正极； 4接地。高电压侧：1、2、3、4各个接各缸火花塞。总共四个zsk-2x2e点火线圈共有有8个引脚，四个高压引脚与四个低压引脚。5.3.4点火提前角的控制过程如图5.4。图5.4 控制信号图 a为判缸信号：当凸轮轴位置传感器的判别缸数信号g1的下降沿进入电控单元时表明，第一缸活塞正在活塞的上止点前的地方。 b是标准信号：把基准信号定为电控单元开始计数的信号，它是由电控单元自己控制，对于四缸发动机，发动机曲轴每转动180就出现一个计数基准信号，由于曲轴位置传感器第一个高电平信号在判断缸序信号的下降沿之后七度出现，所以上表的基准信号g2对应于第一缸上止点前的地方。 c是分频信号：ecu从基准信号btdc前83前开始计数，由3.2.1的换算可知，ecu每累计3320个脉冲信号便产生1的曲轴转角信号，直到上止点前20，共发出63个1信号，计数63次。 d是点火驱动信号：当累计计数63次后，第64次计数时ecu向点火控制器发出点火电信号，从而准确的调节最优点火角。5.3.5点火提前角的控制 关于发动机的最优点火提前角能够使发动机的废气排放降低，还能够使燃油经济性及其发动机的功率转矩等等有所改善达到发动机当前工况的最优。有教科书上所知在上止点后的左右，发动机的输出功率达到最高值，而且还是缸内燃烧压力的最高值。气缸压力与点火时刻的关系如下图。 图5.5 压力与点火时刻的关系 图5.6点火提前角的计算发动机正常运行的时候点火提.前 角控制点火，点火提前角的计算如下：图5.7控制逻辑图5.4微机控制的点火配电方式 本发动机的点火方式采用了二极管分配同时点火的方式。在该点火控制系统中的点.火 线圈由点火线圈直接与火花塞相连，一个点火线圈廉洁一个缸的火花塞，无高压线。如图5.8 ，当发动机运作时，电控单元依据各个传感器的测量的信号进行气缸的判别，将各缸的点火信号传到点火器，点火线圈次级绕组发出高电压，实现点火。图5.8 二极管分配同时点火方式电路原理 5.4.1通电时间控制 ecu发出点火信号以后点火系统中的线圈电路通电，它的开始的电流是有一定的形式的变化的。当初始电路断电的那一刻，初始电流可以到达的大小与电路通电时过程的大小相关，当ecu发出的脉冲信号较长，达到规定的大小的时候初始的电流才可以达到标准。因为初始电流与二级电路电压大小的峰值，二级电压的大小也与点火系统的运转的安全性能有关，因此在发动机运转的时候，应该要有基本大小的信号脉冲长度。但是如果脉冲长度过大，绕组的热负荷也在增大，热损失也在增大。所以就要照顾2方面的性能，需要对初级点火的脉冲长度进行调整。5.5爆震控制系统5.5.1爆震传感器1）功用 用来查看发动机的爆震水平，爆震传感器作为点火控制的一个子控制传感器用来控制点火的提前角实现闭环控制，有效的避免爆震的出现。2）类型及工作原理 最先的应用于汽车发动机的爆震传感器为磁芯伸缩型的爆震传感器，有磁性物质、铜线圈磁棒等组合而成。现在应用于汽车发动机的爆震传感器为压电式的共振类的爆震传感器，现在主要是安装在发动机的上表面，用压电效应把发动机的震动信号转变为电压类的信号（图5.9）。 图5.9 爆燃传感器控制过程示意图图5.10 爆震传感器电路图 3）选型 本hma gn16-vf1型号考虑到信号输出问题用共振型爆震传感器，不需要进行信号的转换。发动机采用的压电式的爆震传感器在正中频率处，其测量的精度能够达到，在振动幅度为的大小内体现出了十分优秀的线性程度因此我们选择共振型压电式爆震传感器。型号：德尔福 10456240图5.11 爆震传感器参数5.5.2爆震控制系统概述 爆震是电喷点燃式发动机运行中十分伤害发动机各个部分的1种混合燃气不正常燃烧的现象。如果发动机持续发生爆震，活塞或者火花塞电极可能产生熔损、过热，构成对发动机的伤害，因而必需避免爆震的发生。5.5.3爆震控制系统的组成 爆震控制系统由检测振动传感器、电路自检、控制爆震电路和点火器及喷油嘴构成。发动机振动传感器定位在发动机最容易测得震动的位置，在发动机爆震的时候能够得到机械振动的信号转变为电信号，而发动机振动传感器中的压电构件，就是此传感器的核心元件，电信号经过ecu处理之后，如果由ecu判定是爆震则ecu发出信号控制电路使点火的时间进行调整。（如图5.12）图5.12 爆震控制系统图5.13 爆震控制逻辑图 1）拾取爆震信号：爆震一般来说在大负荷和小于3000r/min的中低速产生并且一般在燃烧过程活塞上止点直到活塞上止点后的发动机一转的转角出现。2） 确定基准电压：开始对发动机震动传感器采集到的信号进行波形过滤和波形整形，然后求得发动机振动传感器输出电压信号的平局值，最后计算出我们需要的标准的参考电压。3） 爆震强度的判别：利用计算出来的标准参考电压对发动机振动传感器检测到的信号进行波形整理。然后对整形以后的波形求积分，根据最后积分值的大小判断发动机震动的强度的大小，两者之间成正比关系。当计算所得的值越过计算出的标准参考电压的线时，发动机电控单元确定发动机产生爆燃。5.6 点火控制流程图图5.14 点火控制流程图 主要的流程为判定是否为点火时刻，确定则计算点火提前角，点火然后传感器返回信号并且重新调整点火提前角重新点火，完成一整套的闭环控制。6. 进排气系统6.1怠速控制系统6.1.1怠速控制系统的功用和组成怠速工况是汽车发动机在只是维持发动机自己运转的情况下，无负载的工作状态。怠速控制系统各个构成元件和功能如图6.1：图6.1 构成元件与功能6.2怠速控制方框图 ecu依据发动机各个传感器检测到的信号检测现在的发动机运转的工况进行计算，并且与内置工况参数相比较得到一个怠速工况下的转速，还与现实的转速等等进行比较。最后ecu输出电信号到相关的执行元件，用来使进气的多少匹配现有工况，达到目标转速。6.1.2怠速空气提供方式怠速执行元件的作用就是调整怠速工况的进入气缸内的气量的多少，执行元件有两种形式。 旁通空气式：在怠速时节气门全部闭合。设有旁通节气门其他的气体通道，由控制阀调节流经怠速气体通道的空气量，使用在各种发动机之上。节气门直动式（图6.3）：当怠速的时分不踩油门踏板，但是节气门不会全部闭合，继续通过节气门进入空气是发动机不熄火维持工况。 图6.3 节气门直动式 本发动机采用的是直动式的节气门，因为此种直动式节气门构造简单、发动机怠速稳定性好，但是调节到怠速情况下的过程时间较长、反应的速率比较慢。6.1.3直接进气式怠速控制机构直接进气式的怠速控制系统没有另外的进气气管，用控制气门阀的开启角度来控制充气量，实现对怠速的调整。 直接进气式的节气门（图6.4）控制组件主要组成为：节气门控制机构、阻尼机构等组成，如下图。怠速时，ecu直接控制节气门控制单元的正反转和转动量，直流电机驱动阻尼齿轮机构精确的控制节气门的开度，达到控制怠速的时候空气吸入量和怠速的目标。节气门调节机构中的怠速节气门电位检测机构检测怠速时节气门的开度，正常值为3-4，开空调为5-6，并把信号传到ecu，使节气门实际的角度与目标角度进行对比，当有偏差调整节气门位置。1-节气门操纵臂 2-节气门体 3-怠速执行机构 4-喷油器 5-压力调节器 6-节气门7-防转动六角孔 8-弹簧 9-直流电动机 10-节气门角度传感器1、11-节气门角度传感器2、13-减速齿轮 12-传动轴 14-丝杠图6.4直接进气式结构图6.2电子节气门控制系统（etc）6.2.1电子节气门控制系统的定义及其特点定义：没有了以前的用拉锁调节节气门的开启角度，现在是ecu根据收到的传感器信号做出判定然后输出信号对节气门的开启角度进行直接的调整。 特点：使油