我的课程设计

1、山东理工大学课程设计汽车电器与电子技术课程设计说明书 课程设计题目：发动机电控系统线路设计与分析学 院：交通与车辆工程学院 专业班级： 交通运输1102 学生姓名： 李斌 指导教师： 曲金玉、韩加蓬、邵金菊一课程设计任务与要求 随着汽车产业的发展以及汽车电子技术高速发展，发动机电子控制系统EMS(ENGINE MANAGEMENT SYSTEM)已成为汽车产品研发的关键，汽车产业技术竞争实质上就是发动机电控技术的竞争。一般而言，与传统的化油器发动机相比，装用电控燃油喷射系统的发动机功率提高5-10。燃料消耗降低5-15，废气排放量减少20；由于扭矩特性的明显改善，瞬时响应快，汽车的加速性能大大

2、提高，怠速平稳,冷车起动更容易，暖机更迅速。 为了适应现代汽车技术的迅猛发展，本课题就华夏HX7160发动机电控系统的组成、类型的特点和发动机电控系统的各主要传感器、电控单元、执行元件的作用及其工作原理作了简要的分析与研究。本次课程设计的任务：1、全面系统掌握汽车电器与电子设备各系统的类 型、组成和工作原理； 2、详细分析系统主要部件结构和工作原理； 3、用计算机绘图软件protel（或Auto CAD）， 按绘图规则绘制各设计模块的线路图； 4、课程设计说明书（论文）内容详实，字数 不低于3.0千字。本次课程设计的要求：华夏轿车电器与电子设备线路设计，按绘图规则 绘制各系统的电路图。二相关设

3、计参数 华夏HX7160轿车汽车电器与电子设备线路设计相关的基本技术数据表1.1 线路设计相关的基本技术数据车型 华夏HX7160轮距（前/后）mm1480/1485驱动形式4×2前轮驱动最高车速km/h150自重kg1000功率(kw/r/min)76/5600总重kg1600排量L1.6整车外形尺寸（长×宽×高）mm4770 ×1800 ×1450发动机压缩比10.0轴距mm 2700电源系统电压V121 起动机和蓄电池的参数选择1.1 起动机的选择起动机的选择应根据发动机的功率、起动机与发动机曲轴的最佳传动比、蓄电池容量这三个参数来确定。

4、1.1.1 起动机功率的选择起动机必须具有足够的的功率才能保证迅速、可靠地起动发动机。功率的大小由发动机的最低起动转速和发动机的起动阻力矩决定， 即 式中：的单位为N·m，的单位为r/min。发动机的起动阻力矩有摩擦力矩、压缩损失力矩和发动机附件损失力矩三部分组成。其中摩擦力矩是活塞与缸壁的摩擦、曲轴轴承摩擦及搅油阻力等产生，占起动阻力矩的60%。压缩力矩与气缸容积和压缩比有关，约占起动阻力矩的25%。发动机附件阻力矩是发动机用于驱动发电机、分电器、汽油泵、风扇、水泵等所消耗的力矩，约占起动阻力矩的15%。一般由试验测定，也可用式来计算，即式中：C表示系数，本次课程设计取3040，此

5、处取C=35,，为发动机排量1.6L。 发动机的最低起动转速是保证发动机可靠起动曲轴的最低转速。汽油机在020时，根据汽油机的雾化条件，最低起动转速为应3040r/min。为保证低温起动，通常取起动转速为5070r/min，此处取。考虑到要有一定的功率储备，选取。1.1.2 起动机的传动比选择（1）最佳传动比的计算。所谓最佳传动比，即起动机工作在最大功率时，对应的起动机转速与发动机能可靠起动的曲轴转速之比，即式中：表示飞轮齿圈齿数； 表示起动机驱动齿轮齿数。查知大众高尔夫的飞轮齿圈21以下为=130，查汽车电器与电子控制技术教材知选用QD1225起动机，其驱动齿轮齿数=9。得：（2）传动比的实

6、际选择根据计算的传动比，结合飞轮齿圈的节圆直径和齿轮模数，确定实际传动比为14.4查手册知，在汽油机中，起动机与曲轴的传动比一般为1417，所以符合标准。1.1.3 蓄电池容量的选择汽车蓄电池的容量主要由起动机的功率确定，一般可按下式来选择蓄电池的额定容量：式中：为蓄电池的额定容量（Ah）；为起动机的额定功率（kW）；为起动机的额定电压(V)。U取电源系统电压U=12V则选取蓄电池额定容量为60，蓄电池的型号为6-QA-60S。2 充电系统的计算2.1 汽车用电设备及其功率：汽车上的用电设备数量较多,大致可分为起动装置、点火装置、照明信号装置、仪表和辅助装置以及电子控制装置等。汽车上的各用电设

7、备及其功率见表3.1。表3.1 汽车上的各用电设备及其功率灯泡名称数量功 率灯泡名称数量功 率前大灯260W油压报警灯13W前雾灯275W仪表灯13W倒车灯220W远光指示灯13W牌照灯15W开关照明灯13W前小灯25W制动液位指示灯13W前转向灯220W暖风/空调设备1200W后转向灯220W刮水电动机140W制动灯/尾灯220/5W点火系统150W室内灯110W音响系统112W示宽灯45W发动机电子控制系统170W充电指示灯13WABS与其它电子控制系统150 W制动报警灯13W其他设备1100W2.2 发电机的计算2.2.1 整车用电设备负载电流的计算。汽车用电设备按其工作性质不同可分为

8、长期用电负荷、连续工作用电负荷和短时间歇用电负荷；按其运行条件不同可分为冬季和夏季，白天和夜间，晴天和雨天等情况。因此计算整车用电设备负载电流时，应根据各个用电设备的工作性质确定其权值K（即用电设备的工作时间与发动机工作时间之比），然后再进行加权计算。表2-2列出了部分汽车用电设备的权值。另外，用电设备标定的额定电压（），和其实际工作电压（即发电机的输出的电压）还有差别，所以要计算每个用电设备的负载电流时应考虑其电压系数。综上所述，整车用电设备负载电流的计算公式为：式中：整车用电设备的数量；电压系数；第个用电设备的权值；第个用电设备的额定功率（W）；用电设备的额定电压（V）。表3.2 部分汽车

9、用电设备的权值负荷类型部件名称权值负荷类型部件名称权值长期工作点火系1.0连续工作空调0.5仪表1.0刮水器0.3发动机电子控制系统1.0ABS与其它电子控制系统0.5夜间长期工作小灯1.0收音机0.5前照灯近光0.2短时间歇工作电喇叭0.1前照灯远光0.8转向信号0.1尾牌照灯1.0制动灯0.1辅助前照灯0.3SRS系统0.12.2.2 发电机功率的计算。确定的发电机输出电流即发电机功率只是达到发电机供电系统的电能平衡（即=0）但是，为了保证蓄电池可靠地充电，使蓄电池的充、放电达到平衡，通常取一个蓄电池的充电系数，于是发电机的输出电流应为：一般取0.15左右。求取(A)为64.19A，从而所

10、需发电机功率为：2.2.3 发动机与发电机传动比的计算。通过合理确定发动机与发电机之间的传动比，使汽车常用车速与发电机的额定转速相对应。即取该车型的常用车速，求出对应的发动机转速，则发动机与发电机之间的传动比为：通过合理确定发动机与发电机之间的传动比，使汽车处于怠速时发电机的转速要大于发电机的空载转速，并且发动机在最高转速工作时，发电机不允许超过其最高转速。取发动机怠速时的转速为800r/min，发电机的最低转速为2000r/min（2000r/min时发电机发出的电流已经超过额定电流的60%）。则当发动机以最高转速5200r/min运转时，发电机的转速11200r/min在发电机最高转速范围

11、内。故取2.5时合理的。 3.3 发电机的选用发电机采用JFZ1714型发电机。三发动机管理系统线路主要部件的性能及选择发动机管理系统又称EMS（Engine Management System），通常可分为汽油机发动机管理系统和柴油机发动机管理系统。发动机管理系统EMS（Engine Management System）由电控单元控制发动机燃油喷射、点火时刻、怠速和排放等。发动机工作时，电控单元根据控制程序和各传感器输入的信号控制发动机的燃油喷射、点火时刻、怠速、燃油箱燃油蒸汽控制和排气再循环等。典型的发动机电子控制系统有博世公司的莫特朗尼克系统（MOTRONIC）、福特汽车公司的发动机电子

12、控制系统（EEC-）、通用汽车公司的数字燃油喷射系统（DFI）等 。3.1汽油发动机管理系统的组成和功能 控制系统基本类型功能主要控制燃油喷射控制系统多点喷射系统；单点喷射系统空燃比的闭环控制；燃油泵控制点火控制系统有分电器点火系统；无分电器点火系统闭合角控制；点火提前角控制；爆燃控制；点火高压分配辅助控制怠速控制系统旁通空气式；直通空气式怠速控制排放控制系统废气再循环；燃油箱蒸汽控制废气再循环控制；燃油箱蒸汽控制可变气门正时与气门升程电子控制 气门升程与气门正时控制进气增压控制废气涡轮增压：谐波增压进气增压控制通信与故障自诊断故障自诊断系统OBD-1；OBD-2故障诊断和检测通信S

13、CI;SPI;CAN;LIN;J1850通信接口数据通信3.2华夏HX7180轿车发动机电控系统采用博世公司的模特朗尼克系统，该发动机电控系统的特点：1 电控单元集中控制各缸喷油器、电动燃油泵、燃油蒸汽、点火线圈模块、实现各缸空燃比控制、点火时刻的闭环控制、邮箱燃油蒸汽和怠速控制等。2 采用热膜式空气流量计检测发动机进气量，在曲轴后端安装带缺齿齿环和用电器磁感应式发动机转速传感器，在凸轮轴前端安装霍尔式凸轮轴位置传感器。3 各缸喷油器采用顺序喷射方式，发动机每一工作循环各喷油器喷油一次。4采用无分电器点火系统，同时处于上止点的两缸共用一个点火线圈并同时点火。5 电控系统具有故障自诊断等功能，需

14、要使用诊断检测仪进行故障检测和诊断。莫特朗尼克电控系统的组成 1-AFS or MAPS 2-IATS 3-ECTS 4-HO2S 5-TPS 6-TPS开度信号 7-TPS怠速触点 8-ESS 9-CKPS and CMPS 10-KNKS 11-点火和起动信号 12-输入回路 13-A/D转换器 14-输入回路 15-I/O接口 16-输出回路 17-喷油器 18-燃油泵继电器 19-怠速电磁阀或步进电机 20-油箱燃油蒸汽炭罐电磁阀 21-发动机故障指示灯和故障诊断座 22-点火线圈或点火器 1-活性炭罐 2-进气阀 3-活性炭罐电磁阀 4-油压调节器 5-喷油器 6-EGR电磁阀 7-

15、点火线圈 8-凸轮轴位置传感器 9-二次空气泵 10-二次空气阀 11-AFS 12-发动机ECU 13-TPS 14-怠速控制阀 15-IATS 16-EGR阀 17-燃油滤清器 18-爆燃传感器 19-发动机转速与曲轴位置传感器 20-ECTS 21-HO2S 23-数据传输插座 24-故障指示灯 25-燃油蒸汽压差传感器 3.3发动机主要控制系统3.3.1燃油喷射系统 电子燃油喷射控制系统（electronic fuel injection 简称EFI或EGI系统），是一个以电子控制单元（electronic control unit 简称ECU ）为控制中心，利用安装在发动机不同部位上

16、的各种传感器，测得发动机的各种工作参数，按照在ECU中设定的控制程序，通过控制喷油器，精确地控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气。它通过ECU中的控制程序，能实现起动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制断油、自动怠速控制等功能，满足发动机特殊工况对混合气的要求，使发动机获得良好的燃料经济性和低排放污染，提高了汽车的使用性能，深受用户的青睐。 传感器：包括热膜式空气流量传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、爆燃传感器、氧传感器、发动机转速传感器等。 3.3.2点火控制系统电子点火系统与机械式点火系统完全不同，它有一个点火用电子控制装置，内

17、部有发动机在各种工况下所需的点火控制曲线图通过一系列传感器如发动机转速传感器、进气管真空度传感器(发动机负荷传感器)、节气门位置传感器、曲轴位置传感器等来判断发动机的工作状态，在MAP图上找出发动机在此工作状态下所需的点火提前角，按此要求进行点火。然后根据爆震传感器信号对上述点火要求进行修正，使发动机工作在最佳点火时刻。传感器 ：空气流量传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器、爆燃传感器、氧传感器、发动机转速传感器等。3.4发动机辅助控制系统 发动机辅助控制系统包括怠速控制系统、排放控制系统、进气增压控制系统、故障自诊断系统等3.4.1、怠速控制系统n 怠转

18、速运转、空调运行、起步等发动机负荷变化和降低燃油消耗的要求。n 怠速进气量速控制系统的作用是满足发动机怠速时暖车的控制方式怠速进气量的控制方式a）旁通空气式 b）直通空气式3.4.2排放控制系统 汽车排放控制装置，根据控制的方式不同，可分为三类：（1）、机内净化n 通过改善混合气的质量，降低燃烧产生的有害气体。这一类的排放控制装置主要有：A/F控制，进气温度自动控制装置、废气再循环控制装置、进气歧管真空度控制阀等。（2）、机外净化n 排放控制装置有：热反应器、氧化催化剂转化器、三元催化转化器、二次空气供给装置（AI-secondary air injection）等。目前广泛使用的发动机废气净

19、化装置是三元催化转化装置（3）、污染源封闭循环净化n 对曲轴箱气体及燃油箱燃油蒸发等HC排放源实施封闭化处理，以阻断向空气排放。这类控制装置有：曲轴箱强制通风装置、活性炭罐燃油箱燃油蒸汽控制等。目前广泛使用燃油箱燃油蒸汽控制，又称EVAP3.4.3进气增压控制（1）、废气涡轮增压n 用发机机排出的高温、高压废气，驱动涡轮增压器的废气涡轮高速旋转，并驱动动力涡轮一起转动，将空气加压后吸入气缸。为保证发动机在不同转速下及工况下都得到最佳增压值，并防止发动机爆燃同时限制热负荷，对涡轮增压系统常采用增压控制与爆燃控制相结合的控制方法。 n1-进气 2-动力涡轮 3-废气涡轮 4-排气系统 5-废气旁通

20、阀 6-节气门 7-节气门位置传感器 8-冷却液温度传感器 9爆燃传感器 10增压压力控制电磁阀 11ECU 12节气门位置传感器信号 13-增压进气温度 14-点火提前角 15-发动机转速信号 16-爆燃传感器信号 17-排气流 18-通过涡轮的气流 19-通过废气旁通阀的气流 P1-增压之前的进气压力P2-增压之后的进气压力 P2´-进气歧管压力 P3-排气背压（2）、谐波增压n 谐波增压又称AClS，AClS是“声控进气系统”的英文缩写。当气体高速流向进气门时，如果进气门突然关闭，进气门附近气体流动突然停止，由于惯性进气管仍在进气，于是进气门附近的气体被压缩，进气压力上升。当压

21、力增大到一定值后，被压缩的气体开始膨胀，向着进气气流相反方向流动，压力下降。膨胀气体的波传到进气管口时又被反射回来，形成压力波。如果在进气门刚要打开时，进气压力波恰好到达进气门附近，这样进气门打开时，就会提高进气效率。3.5、故障自诊断系统、故障运行和安全保险3.5.1、故障自诊断系统故障自诊断系统的功能是电控单元随时监视电控系统各部件的工作状况，当出现故障时，仪表板上的发动机故障指示灯点亮，以提醒驾驶员，并将故障信息存储在电控单元故障存储器中。检修时，检修人员用测试仪读取故障信息，即可迅速查明故障原因。3.5.2、故障运行和后备系统故障运行是指当某些传感器出现故障时，电控单元启用存储器中的代

22、用值，控制发动机继续运行。出现故障时具有代用值传感器有：冷却液温度传感器（80）、进气温度传感器（25）、空气流量传感器、进气压力传感器、节气门位置传感器等。n 当电控单元控制程序出现故障时，电控单元启用后备系统对发动机进行简易控制，使车辆维持运行，进入“跛行”状态。后备系统采用专用集成电路，将喷油时间、点火时刻、闭合角等发动机运行基本参数设定为某一固定值。3.5.3、安全保险功能安全保险是指当电控系统某些重要的部件出现故障时，为确保安全，终止系统运行的功能。例如：当电控单元检测出点火系统不工作时，电控单元即终止燃油喷射；当电控单元接受不到发动机转速信号时，电动燃油泵停止运转，点火系统停止工作

23、；当爆燃传感器出现故障时，电控单元推迟点火提前角并终止爆燃控制程序。 四、电控系统的组成及工作原理（参考附录图1）电控系统由检测发动机工况的各传感器、电控单元（ECU）和执行器三部分组成。各传感器向电控单元输入检测信号，电控单元根据存储的控制程序和输入信号计算各缸所需喷油量，并向各喷油器输出喷油脉冲信号，实现发动机空燃比控制。 五、EMS中各种传感器的作用及组成1、转速传感器 在L型系统中，转速信号由点火线圈负接线柱产生的脉冲信号作为转速信号。在LH型系统中，发动机转速传感器通常采用磁脉冲式。2、曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器（CKPS、CMPS） 磁脉冲式曲轴位置传感器：在飞轮端面上安装一

24、个钢质正时销，曲轴每转一圈产生一个交流电压信号，该信号于第一缸上止点位置一定，电控单元根据该信号即可确定第一缸上止点位置，结合转速信号可确定各缸上止点的位置。1-发动机转速传感器 2-永久磁铁 3-电磁线圈 4-发动机飞轮齿圈 5-正时销 6-发动机飞轮壳 7-曲轴位置传感器 3、热模式空气流量计采用热膜取代白金热线。热膜是由发热金属铂固定在树脂薄片上制成。它具有结构简单、工作可靠等特点。此外不需要额外加热以消除热膜上的污染物，将传感元件的热传导部件安装在传感器后方，以防止沉积物对传感元件产生影响。1控制电路 2进气 3热膜 4温度补偿电阻 5金属网 4、节气门位置传感器（TPS） n 节气门

25、位置传感器的作用是检测节气门的开度 开关式节气门位置传感器 1全负荷触点2导向凸轮3节气门轴4怠速触点5、冷却液温度传感器（ECTS）和进气温度传感器（IATS） 冷却液温度传感器安装在发动机冷却液管道上，其作用是检测发动机冷却液的温度。利用负温度系数热敏电阻的阻值随温度变化的特性，即阻值随温度升高而降低的特性。进气温度传感器安装在空气流量计的进气管道上，其作用是检测发动机进气温度，其结构和工作原理与冷却液温度传感器相似。 1电插头 2外壳 3负温度系数的热敏电阻 6、氧传感器（O2S、HO2S） 氧传感器又称传感器，安装在发动机排气管上，用于检测排气管中含氧的浓度，作为电控单元进行空燃比反馈

26、控制的输入信号。主要由二氧化锆（ZrO2）固态电解质制成的锆管、铂电极、保护套和加热元件等组成。1外壳 2陶瓷保护管 3传感器电缆 4带槽的保护管 5二氧化锆（ZrO2）固态电解质锆管 6传感器检测信号输出引线 7保护外套 8加热元件 9加热元件引线夹子六、华夏HX7160轿车发动机电控系统的电路分析1、供电电路分析ECU电子控制系统的T80/3脚和T80/1脚均为供电电压输入端，但两者供电线路不同。ECU3脚供电取自接线图上的30号线，该路供电与蓄电池直接相连，在停车或发动机熄火状态下均有电，用于为电控单元中的存储器保持电压。ECU1脚供电取自接线图上15号线，该路供电手点火开关的控制，只有

27、点火开关的相应档位接通时，15号线上的供电才会出现，电控单元ECU才会得以工作。2、传感器电路分析 华夏轿车汽油机电子控制系统所采用的传感器包括空气流量传感器G70、发动机转速传感器G28、霍尔传感器G40、发动机冷却液温度传感器G62、进气温度传感器G72、节气门电位计G88、爆燃传感器G61及G66、氧传感器G39。2.1空气流量传感器电路分析空气流量传感器供电电路：继电器盒30号线熔断丝S线路中插接器T81.5导线空气流量计端子2。信号输入电路：G70端子50.5导线电子控制单元J22插座T80端子13输入；负信号由G70端子3接J22插座T80端子12。2.2发动机转速传感器G28电路

28、分析转速正信号回路为:T3b/30.5导线J22 T80/56。转速负信号回路：T3b/20.5导线J22 T80/63。2.3 霍尔传感器G40电路分析霍尔传感器G40搭铁电路：G40端子30.5导线J22 T80/67G40供电电路：J22 T80/620.5导线G40端子1。G40信号输入回路：G40接线端子20.5导线J22 T80/762.4 发动机冷却液温度传感器G62电路分析G62接线端子1与J22 T80/67端子相连，是搭铁电路。G62接线端子3与控制单元T80/53相连为参考电压输出，同时也是信号输入。2.5 爆燃传感器G61及G66电路分析图为压电式传感器电路为：压电晶体

29、插接器T3a/20.5导线J22 T80/67搭铁，压电晶体插接器T3a/10.5导线J22 T80/68形成回路。3 执行器电路分析3.1燃油控制电路燃油控制电路主要由ECU的T80/4脚和燃油泵、燃油继电器组成。燃油泵的状态受到ECU T80/4脚输出信号的控制，当T80/4脚为低电平时，燃油泵继电器的线圈的电流通路形成，进入工作状态，时期内的常开触点被吸合，从而接通了燃油泵的供电通路，使燃油泵工作，向汽油喷射系统供给一定压力的燃油。3.2点火控制系统点火控制电路由T80/71、T80/78脚内电路及其外接的点火控制器、火花塞组成。其控制信号来自ECU，ECU根据各传感器提供的检测信号，确

30、定点火时间，并将点火正时信号送至点火控制器用于控制点火线圈初级绕组中电流的通断，以便在其次级线圈中感应出高电压，提供给相应缸火花塞产生电火花，已点燃混合气。3.3爆燃控制电路爆燃控制电路由电控单元的T80/68、T80/60脚内电路及其外接的两个爆燃传感器组成。当发动机爆燃时，爆燃传感器把发动机的机械振动转化为信号电压送入ECU的T80/68脚和T80/60脚内，ECU根据其内部事先储存的点火及其他程序，及时的计算并修正点火提前角，去推迟点火时间，以防爆燃的发生。3.4燃油箱燃油蒸汽污染控制燃油箱燃油蒸汽污染控制电路主要由ECU的T80/15脚内电路及其外接的活性炭电磁阀等组成。发动机工作时，

31、ECU根据发动机转速、温度、空气流量等信号，控制活性炭电磁阀的开闭来控制排放电磁阀的开度，当排放控制阀打开时，燃油蒸汽通过排放控制阀被吸入进气歧管。3.5排放控制排放控制电路由ECU的T80/2527脚内电路及其外在的氧传感器等组成。其中T80/27脚为氧传感器加热器控制端，当改叫为低电平时，等效于将氧传感器的T80/2脚接地，从而使氧传感器内的加热器工作，给氧传感器加热。氧传感器用来测定废气中氧的含量，向ECU反馈信息（经ECU的T80/25、T80/26脚），及时的修正喷油量使空燃比回到理论值。3.6曲轴和凸轮轴位置传感器电路电控单元的T80/76、T80/62脚外接凸轮轴位置传感器，用来

32、检测凸轮轴角度基准位置。T80/56、T80/63脚外接曲轴位置传感器，用来检测曲转角度（转速）。两者都是将检测到的信息提供到ECU，以控制点火的正时。3.7喷油器控制电路喷油器控制电路由ECU的T80/73、T80/80、T80/58、T80/65脚内电路组成及其外接的第14缸喷油器为主构成。3.8节气门控制电路节气门控制电路用来检测节气门的开度信号、怠速信号、全负荷信号，作为电控单元根据节气门状况计算或修正喷油量、点火时刻以及其他控制参数的依 据。ECU的T80/66、T80/59脚用于控制部件内部电动机M的工作状态，由电动机对电位计进行调整；T80/69脚和T80/75脚外接怠速开关和电位计；T80/74、T80/62脚为节气门位置信号输入端。3、9水温检测电路水温检测电路由ECU的53脚内电路及其外接的水温传感器等构成。水温传感器安装在发动机冷却水道上，检测冷却水的温度，从53脚进入ECU中，作为控