《汽车电气技术》ppt课件

1、汽车电气技术8哈工大网络与电气智能化研讨所刘勇2021秋第八章发动机综合控制系统发动机电子控制系统的主要控制功能是控制燃料放射，因此又将其称为发动机电子控制燃料放射系统。目前，按发动机所用燃料可分为电控汽油放射系统、电控柴油放射系统和气体燃料发动机控制系统。电控汽油放射系统的主要功用是对燃油放射和点火进展控制。除此之外，还控制发动机的起动、怠速转速、空燃比、爆燃、减速断油、燃油蒸发、废气再循环、发动机输出电压、电动燃油泵等，具有系统自诊断等辅助功能。电控柴油放射系统对喷油量、喷油时间、喷油压力、喷油率进展控制，同时，也进展变速器控制、EGR控制、进气量控制等，还具有缺点自诊断、缺点应急处置、数

2、据通讯等功能。气体燃料发动机的控制包括双燃料发动机控制、单燃料发动机控制和两用燃料发动机控制。第八章发动机综合控制系统第一节电控汽油放射系统的分类与传统化油器式发动机相比，装用电控汽油放射系统的发动机具有以下优点：1)提高了发动机的充气效率，从而添加了发动机的输出功率和转矩。2)因进气温度较低而使爆燃得到有效控制，因此可采用较高的紧缩比。3)由于采用高能点火安装，因此发动机可燃用稀薄混合气。4)提高了发动机的冷起动性和加速性。5)可对混合气成分和点火提早角进展准确地控制，使发动机在任何工况下都处于最正确的任务形状，尤其是对过渡工况的动态控制，更是传统化油器式发动机所无法做到的。6)采用多点汽油

3、放射系统可使发动机各缸混合气分配更加均匀。7)可节省燃油并减少废气中的有害成分，由于在市区行驶的一些工况中例如汽车制动、向前滑行、下坡等，可完全切断燃油供应。电控汽油放射系统可按放射位置、控制方式、放射方式、空气流量丈量方式和有无反响信号等进展分类。1按喷油器的放射位置分类根据汽油的放射位置，汽油放射系统可分为两大类：缸内放射和进气管放射。(1)缸内放射缸内放射是将喷油器安装在气缸盖上直接向缸内喷油。因此，要求喷油器阀体能接受燃气产生的高温高压，另外气缸盖在构造设计上需保管喷油器的安装位置，它是燃油放射技术的开展趋势之一。(2)进气管放射 进气管放射是将喷油器安装在进气总管或者进气支管上，汽油

4、由喷油器喷入进气总管或进气支管的进气门前。进气管放射按喷油器的安装部位又可分为单点放射和多点放射，如图8-1所示。1)单点放射( SPI)在节气门体上只装1- 2只喷油器，向进气总管内喷油，构成可燃混合气。图8-1单点放射和多点汽油放射系统表示图a电控单点放射系统b电控多点放射系统1-发动机2-进气支管3-燃油入口4-空气入口5-喷油器6-节气门这种放射系统因喷油器位于节气门体上集中放射，故又称为节气门体放射或集中放射，也称中央燃油放射( CFI)。2)多点放射(MPI)在每一缸的进气门前均安装一只喷油器，汽油直接放射到各缸的进气门附近并与空气混合构成混合气。多点放射由于每一缸都有一个喷油器，

5、因此各缸混合气的均匀性得到很大的改善。多点放射系统是目前运用较为普遍的放射系统。2按控制方式分类(1)机械式汽油放射系统机械式汽油放射系统是将空气流量计与燃油计量分配器组合在一同，空气流量计检测空气流量的大小后，靠衔接杆杠杆传动支配燃油计量分配器的柱塞动作，以燃油计量槽孔开度的大小控制喷油量，以到达控制混合气空燃比的目的，如Bosch公司的K-Jetronic即为这类汽油放射系统，如图8-2所示。图8-2K-Jetronic机械式汽油放射系统1-喷油器2-节气门位置开关3-热限时开关4-辅助空气阀5-最高转速切断阀6-速度继电器7-蓄能器8-混合气控制器9-燃油滤清器10-电动燃油泵11-油箱

6、12-暖机调理器13-燃油分配器14-冷起动喷油器(2)机电混合式汽油放射系统机电混合式汽油放射系统是在机械式汽油放射系统的根底上加以改良，它与机械式汽油放射系统的主要区别在于：在燃油计量分配器上安装了一个由ECU控制的电液式压差调理器，电控单元根据冷却液温度、节气门开度等传感器的输入信号控制电液式压差调理器的动作。经过改动燃油计量分配器燃油计量槽孔进出口油压差，以调理燃油供应量，到达对不同工况混合气空燃比修正的目的，如Bosch公司的KE-Jetronic系统即为这类汽油放射系统，如图8-3所示。(3)电子控制式汽油放射系统电子控制式汽油放射系统是根据各种传感器送至ECU的发动机运转情况的信

7、号，由电控单元运算后，发出控制喷油量和点火时辰等多种执行指令，实现了多种功能的控制，如Bosch公司的Motronic系统也称为L型系统即为这类汽油放射系统，如图8-4所示。图8-3KE-Jetronic机电混合式汽油放射系统1-喷油器2-热限时开关3-温度传感器4-节气门位置开关5-怠速空气调理器6-电子控制器7-蓄能器8-燃油滤清器9-电动燃油泵10-油箱11-油压调理器12-混合气控制器13-电液式压差调理器14-燃油分配器15-冷起动喷油器图8-4Motronic电子控制式汽油放射系统1-油箱2-燃油泵3-燃油滤清器4-油压调理器5-空气流量计6-微电脑7-怠速空气调理器 8-节气门位

8、置开关 9-曲轴转角传感器 10-冷却液温度传感器11-喷油器12-高压电分电盘13-点火线圈14-氧传感器和发动机速度传感器3按放射方式分类按放射方式，汽油放射系统可分为间歇放射和延续放射两种。(1)间歇放射又称为脉冲放射汽油的放射以脉冲方式在某一时间段内喷入进气管。因此，ECU可以根据各种传感器所获得的发动机运转参数，准确计量和控制喷油量。由于这种方式的控制精度高，因此被现代发动机集中控制系统广泛采用。间歇放射方式按各缸喷油器任务顺序又分为同时放射、分组放射、顺序放射三种类型。(2)延续放射又称为稳定放射其特点是在发动机运转期间汽油延续不断地放射到进气支管内，与发动机的任务顺序没有关系，大

9、多运用于机械式或机电结合式汽油放射系统中，如Bosch公司的机械式(K型)和机电式KE型放射系统。4按空气流量丈量方式分类(1)质量流量方式利用空气流量计直接测出吸入的空气量(L型、LH型)。(2)速度密度方式根据进气管压力和发动机转速，推算吸入的空气量，并计算燃油流量(D型)。(3)节流速度方式根据节气门开度和发动机转速，推算吸入的空气量并计算燃油流量。这种方式比较少用，在赛车中见过运用实例。5按控制系统有无反响信号分类(1)开环控制把根据实验确定的发动机各种工况最正确参数，事先存入电控单元(ECU)；当发动机运转时，电控单元根据各传感器的输入信号判别发动机的运转工况，从内部存储器中查出相应

10、的控制参数，输出信号对执行机构进展控制。汽油放射系统开环控制是电控单元给喷油器发出事先设定的指令喷油脉冲，对控制结果空燃比不予以反响，即不能检测、分析和调理控制结果，所以控制精度和抗干扰才干比较差。(2)闭环控制闭环控制是ECU以事先设定的控制参数控制发动机任务，同时还不断地检测发动机相关任务参数，根据检测到的信号对控制参数进展修正。汽油放射系统闭环控制是利用在排气管上安装的氧传感器，根据废气中氧含量的变化计算出熄灭过程中混合气的实践空燃比，并将其与电控单元中预设的目的值比较，以便发出指令改动喷油脉冲修正供油量，使实践空燃比坚持在目的值附近，到达最正确的控制效果。因此，闭环控制可以到达较高的空

11、燃比控制精度，可以消除因产品差别和磨损等引起的性能变化对空燃比的影响，任务的稳定性好，抗干扰才干强。图8-5 D型电子控制式汽油放射系统闭环控制可使汽油机空燃比控制在实际空燃比14.7附近很窄的范围内，使三元催化转化器对排气净化的处置效果到达最正确。以下图为典型的电子控制汽油放射D系统。1-喷油器2-冷起动喷油器3-油压调理器4-ECU5-节气门位置传感器6-怠速空气调理器7-支管压力传感器8-燃油泵9-燃油滤清器10-冷却液温度传感器11-热限时开关第三节发动机怠速控制在汽车正常运转工况下，驾驶员经过加速踏板来控制节气门开度、调理进气量，以控制发动机的输出功率；而在发动机怠速时，加速踏板完全

12、松开，节气门封锁，空气经过节气门缝隙或者节气门旁通的怠速调理通路进入发动机，由空气流量计或进气支管压力传感器检测进气量，并根据转速及其它修正信号控制喷油量，保证发动机在怠速下稳定运转。当发动机的内部阻力矩发生变化时，怠速运转转速将会发生变化。怠速控制(ISC)是经过调理空气通路面积以控制空气流量的方法来实现的，如图8-36所示。汽车在交通密度大的道路上行驶时，约有30%的燃油耗费在怠速工况。因此，发动机怠速转速的高低，不但对油耗有严重的影响，对发动机的排放污染、暖机时间和运用寿命等都有一定程度的影响。另外，还应思索如冷车运转、空调及电器负荷、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况都会引起怠速

13、转速变化，使发动机运转不稳甚至引起熄火。图8-36节气门旁通的怠速空气流量的控制1-空气流量计 2-旁通调理螺钉 3-怠速调理螺钉 4-节流阀体 5-稳压管 6-空气阀一、怠速控制系统组成发动机怠速控制系统主要由发动机主控制器ECU、执行器和各种传感器等组成。表8-4怠速控制系统的组成及其功能组成部件组 件功 能传感器转速传感器(Ne信号)检测发动机转速节气门位置传感器检测发动机处于怠速形状冷却液温度传感器检测发动机冷却液温度起动开关信号检测发动机正在起动中空调开关(A/C)检测空调的任务形状(ON、OFF)空挡起动开关信号(P/N)检测换挡手柄位置液力变矩器负荷信号检测液力变矩器负荷变化动力

14、转向开关信号检测动力转向任务形状发电机负荷信号检测发电机负荷的变化车速传感器检测车速(续)表8-4怠速控制系统的组成及其功能组成部件组 件功 能执行器怠速控制阀(ISCV)控制节气门旁通空气通道控制单元(ECU)根据从各传感器输入的信号，将实践转速和目的转速相比较。比较的差值，确定相当于目的转速的控制量，以驱动控制空气量的执行机构，使怠速转速坚持在目的转速上二、怠速控制执行机构及控制方法怠速转速控制的本质是对怠速进气量进展控制，以获得适宜的空燃比，使发动机在不同怠速工况时都在最正确转速下稳定运转。怠速控制的方式随车型有所不同，对电控汽油放射系统来说，目前可分为两种：一种是控制节气门最小开度的节

15、气门直动式；另一种是控制节气门旁统统路中空气流量的旁通空气式。1节气门直动式控制节气门直动式是直接经过控制节气门开度，调理空气通路的截面，到达控制进气量，从而实现怠速控制。如图8-37所示，电控单元根据输入信号确定目的怠速转速，发出指令调理节气门的偏转量，以控制空气的流通面积，保证与目的怠速转速相顺应的空气量。1-节气门2-发动机3-节流阀支配臂4-加速踏板拉线5-执行元件图8-37怠速空气量的节气门直动式控制方式2旁通空气式怠速控制执行机构控制怠速旁通空气量的怠速控制阀的构造方式及主要的控制工程见下表。控制信号控制方式主要控制工程发动机转速节气门位置车速冷却液温度空挡起动开关起动开关空调开关

16、电气负载动力转向开关步进电动机式真空控制式1怠速2快怠速3空调高怠速4电气负载高怠速旋转滑阀式电磁控制式1怠速2快怠速3电气负载高怠速占空比控制式开关控制式1怠速2快怠速3电气负载高怠速(1)真空控制式怠速转速控制常采用真空控制，主要任务部件由旁通空气阀和真空控制阀组成。其控制原理如图8-38所示。图8-38真空控制怠速系统控制原理旁通空气阀的作用是增大或减小旁通空气道的截面，以改动怠速时旁通空气道的空气流量。旁通空气阀中间有膜片分开，膜片下侧与大气相通；膜片上侧称为膜片室，经过管路与真空控制阀相通。膜片室的负压大，膜片吸向上方，阀门的开度越小，旁通空气道流过的空气量越小；反之，膜片室的负压减

17、小，在膜片弹簧的作用下，膜片下移，阀门开度增大，旁通空气道中流过的空气量增多。因此，控制膜片室的真空度负压就可以改动阀门的开闭程度，也就可以控制旁通道的空气流量。(2)步进电动机式如图8-39所示，步进电动机式怠速控制阀由永久磁铁构成的转子、励磁线圈构成的定子和把旋转运动变成直线运动的进给丝杆及阀门等组成。它利用步进转换控制，使转子可正转，也可反转，从而使阀心挪动，到达调理旁通空气道截面的目的。步进电动机式怠速控制阀的控制方法如下：与冷却液温度、空调任务形状等相对应的目的怠速转速储存在ECU的存储器中。ECU根据节气门开启角度和车速信号判别发动机处于怠速工况时，按一定顺序使晶体管依次导通，分别

18、向怠速步进电动机四个线圈供电；驱动步进电动机旋转，调理旁通空气道的开度，从而调理旁通空气量，使发动机转速到达所要求的目的值。其控制工程主要有：图8-39步进电动机式怠速控制原理1)起动初始位置确实定为了保证怠速控制阀在发动机下次起动时处于全开位置，在发动机点火开关断开后ECU的M-REL端继续向主继电器供电，使它继续坚持接通形状，为下次起动作好预备，然后主继电器才断电。2)起动控制发动机起动时，由于怠速控制阀预先设定在全开位置，发动机起动后，假设怠速控制阀仍坚持在全开形状，怠速转速会升得过高。因此，在转速到达规定值此值由冷却液温度确定时，ECU开场控制步进电动机转动，将阀门关小到与冷却液温度对

19、应的阀门位置。3)暖机控制快怠速在暖机时，根据冷却液温度所确定的位置，怠速控制阀开场逐渐关小，当冷却液温度到达70时，暖机控制终了。4)反响控制当发动机处于怠速工况运转时，ECU将发动机实践转速与存储器中预先设定的目的转速进展比较。假设发动机的实践转速低于目的转速超越一定值，ECU控制怠速空气阀开大；反之，假设发动机的实践转速高于目的转速时，将阀门关小。5)发动机负荷变化的预控制发动机在怠速运转时，如空挡起动开关、空调开关等接通或断开，都将使发动机的怠速负荷发生变化，引起发动机怠速转速动摇或熄火。为了防止这种情况，在发动机转速出现变化前，ECU控制怠速空气阀开大或关小一个固定间隔。6)电器负载

20、增大时的怠速控制在怠速运转时，如运用的电器负载增大到一定程度，蓄电池电压就会降低。为了保证ECU的+B端和点火开关IGS/W正常的供电电压，需求控制步进电动机，相应地添加旁通道空气量，提高发动机怠速转速。7)学习控制ECU经过控制步进电动机的正、反转步数，控制怠速控制阀的位置，到达调整发动机怠速转速的目的。由于发动机在运用期间其性能会发生变化，因此这时步进电动机控制阀门的位置虽然未变，怠速转速也会和初始设置的数值不同，ECU利用反响控制的方法，使发动机转速到达目的值。与此同时，ECU将步进电动机转过的步数存储在存储器中，在以后的怠速控制中运用。(3)旋转电磁阀式旋转电磁阀式怠速控制是在整个怠速

21、范围内，ECU经过占空比(0100%)对怠速转速进展反响控制；空调任务时，发动机的怠速转速经过怠速升高机构单独进展控制。如图8-40所示，旋转电磁阀任务时，电磁吸力的大小取决于电磁线圈驱动电流的大小。当驱动电流大时，电磁吸力大，阀门开度那么大；反之，阀门开度那么小。这种怠速控制阀的优点是呼应速度非常快。图8-40旋转电磁阀式怠速控制1)起动控制在发动机起动时，ECU根据发动机运转条件，在存储器中取出预存的数据，控制怠速控制阀的开度。2)暖机控制在发动机起动后，ECU根据冷却液的温度，控制发动机在暖机过程中怠速转速的变化。3)反响控制 发动机起动后，当一切反响条件都满足时，ECU将发动机实践转速

22、与ECU存储器中预先设定的目的转速进展比较。假照实践转速低于目的转速，ECU将控制怠速控制阀将阀门开大；假设发动机实践转速高于目的怠速转速，那么将阀门关小。 ECU控制旋转电磁阀型怠速控制阀任务时，控制阀的开度是经过控制两个线圈的平均通电时间占空比来实现的。反响控制的条件为：节气门位置传感器怠速触点(IDL)封锁；车速低于2km/h；空调开关A/C关断(OFF)。目的转速随发动机工况而定，如空挡起动开关能否接通或断开、电器负载信号(ELS)的通断、动力转向开关的通断等。4)发动机转速变化预测控制当空挡起动开关、尾灯继电器或除雾继电器等接通或关断时，将会使发动机的负荷改动。为防止由此引起发动机转

23、速的动摇，在发动机转速出现变化前，ECU控制怠速控制阀开大或关小一定的角度。5)学习控制旋转电磁阀式怠速控制阀是根据占空比控制阀门的转动角度，调理发动机的怠速转速。发动机在整个运用过程中性能将发生变化，虽然占空比一样，但是发动机的怠速转速将和运用初期的数值不同。用反响控制的方法，ECU输出怠速控制信号，将性能发生变化后的发动机怠速转速调整到目的怠速值。当怠速值到达目的怠速后，ECU将此时的占空比存入备用存储器中，在以后的怠速控制中作为这一工况下占空比的基准值。(4)占空比控制式占空比是ECU输出的控制信号在一个周期内，通电时间与通电周期的比值，如图8-41所示。图8-41占空比原理ECU输出的

24、脉冲控制信号，控制怠速控制阀从而控制流过节气门旁通空气道的空气量。控制信号的频率一定时，ECU经过改动控制信号的占空比来控制电磁阀开度大小，调理流过旁通空气道的空气量，坚持怠速稳定运转，实现怠速控制。在空调开关、空挡起动开关、电器负载、动力转向开关等接通与断开，从而使发动机负荷发生变化时，将引起发动机转速的动摇：此时，ECU改动控制脉冲信号的占空比去控制阀的开度，占空比大，在一个周期内线圈通电时间长，阀门开度大，旁通空气量大。由于该阀控制的空气调理量较少，在暖机期间，快怠速由辅助空气阀控制。1)起动控制为了改善起动性能，在点火开关位于起动挡时，ECU控制阀全开。2)发动机转速变化预测控制当空调

25、开关、动力转向开关或空挡起动开关接通时，ECU将改动控制脉冲信号的占空比，坚持发动机怠速稳定运转。3)固定占空比控制当节气门位置传感器怠速触点断开或空调开封锁合时，ECU将输出一固定占空比信号，VSV阀坚持一定开度，流过旁通空气道的空气量坚持不变。4)反响控制当发动机实践怠速转速与ECU存储器中预设的目的转速的差值超越一定值时，ECU改动控制脉冲信号的占空比，使实践怠速转速和预设的目的转速一致。第四节发动机排放控制现代汽车采取了多种排气净化措施以减少污染。一、三元催化转化器、氧传感器与闭环控制1三元催化转化器为了对排气中的CO、HC、NOx三种成分同时获得高净化率，采用了三元催化转化器，它可以

26、将发动机排出废气中的有害气体转化成无害气体，其安装在排气消声器前，由铂或钯和铑的混合物作为催化剂，以促使氧化和复原反响的发生，如右图所示。由图可以看出，只需当发动机混合气的浓度在实际空燃比14.7附近时，三元催化转化器的转化效率最正确。为此，必需对空燃比进展准确的控制，使空燃比坚持在实际空燃比附近很窄的范围内。发动机开环控制过程，ECU根据发动机转速、进气量、进气压力、温度等信号确定喷油量，即控制混合气空燃比。在实践运用过程中，对实践空燃比很难控制在实际空燃比附近很窄的范国内。为了准确控制实践空燃比，在发动机控制系统中普遍采用由氧传感器采集的信号为反响信号的闭环控制方式。2氧传感器氧传感器安装

27、在三元催化转化器前面的排气支管或排气管内，用来检测排气中的氧含量，以确定实践空燃比与实际空燃比相比较是浓还是稀，并向ECU反响相应的电压信号；ECU根据氧传感器反响的空燃比浓稀信号，控制喷油量的添加或减少。1-排气管2-导入排气孔罩3-锆管4-电极5-弹簧6-线头支架绝缘7-导线8-陶瓷防护层a结构b工作原理(1)氧化锆式传感器构造和任务原理如以下图所示。9、11-电极引线触点10-气压表12-铂电极13-氧化锆陶瓷体氧化锆式传感器由敏感陶瓷资料元件氧化锆陶瓷体的内外外表上覆盖薄层铂，作为电极同时起催化作用。传感器内侧通大气，外侧直接与排气接触。在400以上的高温时，假设氧化锆内外表气体中氧的

28、浓度与外外表排气中氧的浓度有差别，那么在氧化锆元件内外侧两铂电极之间产生电压。当混合气稀时，排气中氧的含量高，传感器元件内外侧氧浓度差小，氧化锆元件内外侧两电极之间产生的电压很低；反之，混合气浓时，在排气中氧的含量低，传感器元件内外侧氧浓度差很大，内外侧电极之间产生的电压高。在实际空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一突变，如右图所示。氧化锆式氧传感器输出信号的强弱与任务温度有关，氧化锆只需在400以上的温度时才干正常任务，在600左右时输出信号最明显，所以采用加热的方法来保证其任务温度，称之为加热式氧化锆式氧传感器。为保证发动机在进气量小、排气温度低时也能正常任务，有的氧传感器中还装有对氧化

29、锆元件进展加热的加热器，加热器受ECU控制，衔接线路如图8-45所示。图8-45氧传感器与ECU的衔接线路不论排气温度是多少，只需不超越极限温度，陶瓷体温度变化不大。其优点是氧传感器安装灵敏，不受极端升温影响，同时，也扩展了混合气闭环控制的任务范围。(2)氧化钛式氧传感器与温度和氧含量有关，在300900的排气温度中延续运用，必需作温度补偿。与空燃比相对应的传感器电阻值的变化特性，以实际空燃比为界，电阻值产生跃变。与氧化锆式氧传感器相比，构造简单，造价廉价，抗腐蚀抗污染才干强，经久耐用，可靠性高。但其电阻随温度变化大，故需增设温度修正回路；其内装加热器，使高温下的氧化钛式氧传感器检测特性比较稳

30、定。3空燃比的反响控制过程ECU利用空燃比反响信号，将其信号电压与基准电压进展比较，判别混合气的浓度，对空燃比进展反响控制，如图8-46所示。图8-47空燃比反响控制过程当混合气空燃比低于实际空燃比时，氧传感器输出高电位信号，ECU收到这一信号后，使反响修正系数减小开场骤降，然后缓降，控制喷油器减少喷油量；由于喷油量减少，又很快使混合气变稀。当混合气空燃比高于实际空燃比时，氧传感器输出低电位信号，ECU收到这一信号后，又使反响修正系数增大开场猛升，然后缓升，结果又使喷油器添加喷油量，致使混合气又很快变浓。如此循环，空燃比不断地被反响控制。当系统进入空燃比闭环反响控制时，原那么上供应的混合气是在实际空燃比附近。但发动机起动时以及起动后的暖机过程，由于发动机冷却液温度低，这时需求较浓的混合气，此时进展闭环控制，就会呵斥起动困难或熄火。在以下情况下需求采用开环控制：1)发动机起动时；2)起动后加浓修正时；3)暖机加浓修正时；4)节门全开、大负荷高转速时；5)加减速燃