第三章 发动机与传动系统的电子控制

1、n 3.1 3.1 汽油喷射系统的电子控制汽油喷射系统的电子控制n 3.2 3.2 点火系统的电子控制点火系统的电子控制n 3.3 3.3 排气净化系统的电子控制排气净化系统的电子控制n 3.4 3.4 发动机其它电子控制发动机其它电子控制n 3.5 3.5 变速系统的电子控制变速系统的电子控制( (不讲）不讲）p第三章第三章 动力系统的电子控制动力系统的电子控制u3.1.1 3.1.1 电控汽油喷射系统的组成电控汽油喷射系统的组成u3.1.2 3.1.2 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u3.1.3 3.1.3 相关传感器、执行器的结构原理相关传感器、执行器的结构原理n3

2、.1 3.1 汽油喷射系统的电子控制汽油喷射系统的电子控制u3.1.1 3.1.1 电控汽油喷射系统的组成电控汽油喷射系统的组成进气系统：空气滤清器进气系统：空气滤清器流量传感器（气温传感器流量传感器（气温传感器)进气总管进气总管节气门（节气门位置传感器）节气门（节气门位置传感器）怠速控制阀怠速控制阀进气总管进气总管进气歧管进气歧管进气门进气门气缸。气缸。燃油系统：邮箱燃油系统：邮箱油泵油泵滤清器滤清器燃油总管燃油总管油压调节器油压调节器回油管回油管 喷油器喷油器进气道进气道气缸气缸电控系统：传感器和开关电控系统：传感器和开关ECU执行器执行器u3.1.1 3.1.1 电控汽油喷射系统的组成电

3、控汽油喷射系统的组成汽车发动机电控燃油分配喷射系统方框图汽车发动机电控燃油分配喷射系统方框图 不同的公司，不同的车型，采用的控制系统有明显差别，致使发动机不同的公司，不同的车型，采用的控制系统有明显差别，致使发动机性能有明显差异。性能有明显差异。u3.1.1 3.1.1 电控汽油喷射系统的组成电控汽油喷射系统的组成电控喷射系统的基本分类：电控喷射系统的基本分类：按按ECUECU的控制方式分：开环控制，闭环控制。的控制方式分：开环控制，闭环控制。开闭环控制框图开闭环控制框图按按喷油器喷射位置分：进气道喷射、气缸内喷射。喷油器喷射位置分：进气道喷射、气缸内喷射。 缸内喷射因其空燃比可达缸内喷射因其

4、空燃比可达35，是今后喷射技术发展的方向，能，是今后喷射技术发展的方向，能大大提高燃油经济性。大大提高燃油经济性。 燃油喷射控制是燃油喷射控制是ECU的主要控制目标，它包括喷油时刻的主要控制目标，它包括喷油时刻的控制和喷油量的控制。喷油量由的控制和喷油量的控制。喷油量由ECU控制喷油器喷油时间控制喷油器喷油时间确定。确定。同时喷射同时喷射u3.1.1 3.1.1 电控汽油喷射系统的组成电控汽油喷射系统的组成按按喷油器喷射时刻分：同时喷射、分组喷射、顺序喷射。喷油器喷射时刻分：同时喷射、分组喷射、顺序喷射。顺序喷射顺序喷射分组喷射分组喷射空燃比：汽油发动机运转空燃比：汽油发动机运转必须为其提供连

5、续可的空必须为其提供连续可的空气汽油混合气。空气汽油气汽油混合气。空气汽油混合气的成分用空燃比混合气的成分用空燃比(A/F)(A/F)表示表示. .它是发动机燃它是发动机燃料供给系统的一个非常重料供给系统的一个非常重要的参数，要的参数， A/FA/F的大小决的大小决定着发动机的动力性、经定着发动机的动力性、经济型及尾气污染物的含量。济型及尾气污染物的含量。 火焰温度、输出功率、耗火焰温度、输出功率、耗油率只能兼顾，同时还要油率只能兼顾，同时还要考虑尾气因素。理论上空考虑尾气因素。理论上空燃比燃比A/FA/F为为14.714.7时前时前3 3者能者能较好兼顾，尾气也单化为较好兼顾，尾气也单化为氮

6、的氧化物氮的氧化物。u3.1.2 3.1.2 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不同负荷时所需要的空燃比是不同的：不同负荷时所需要的空燃比是不同的：启动工况：需要较浓的混合气，启动工况：需要较浓的混合气，A/FA/F值最小。值最小。暖机工况：随着温度升高，暖机工况：随着温度升高，A/FA/F逐步增大，直到稳定工况。逐步增大，直到稳定工况。怠速工况：需要混合气比运行时浓，满足低转速下的稳定工作。怠速工况：需要混合气比运行时浓，满足低转速下的稳定工作。急加速工况：为增加功率，需要加大燃料浓度，急加速工况：为增加功率，需要加大燃料浓度， A/FA/F变小。变小。急减速工况：节气门关

7、闭，急减速工况：节气门关闭， A/FA/F向怠速变化。向怠速变化。因此，发动机的因此，发动机的A/F不是个定值，应该按照负荷工况的变化而变化。不是个定值，应该按照负荷工况的变化而变化。u3.1.2 3.1.2 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 启动控制启动控制u3.1.2 3.1.2 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启动控制启动控制ECU对启动的判定：对启动的判定： 启动开关从启动开关从ONSTA；发动机转速发动机转速400r/min；ECU从存储的从存储的“冷却液温度冷却液温度-喷油时间表喷油时间表”中选择当前冷却液温度下的喷油量，中选择当前冷却液温度

8、下的喷油量，然后进行然后进行+进气温度修正进气温度修正+蓄电池电压修正，确定的喷油时间进行喷油。此时怠蓄电池电压修正，确定的喷油时间进行喷油。此时怠速控制阀在全开状态。速控制阀在全开状态。暖机控制暖机控制u3.1.2 3.1.2 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暖机喷油控制：启动开关从暖机喷油控制：启动开关从STA ON,或者发动机转速达到或超过怠速值或者发动机转速达到或超过怠速值;暖机过程也由怠速控制阀控制，怠速控制阀在冷却液温度对应的开度，喷油暖机过程也由怠速控制阀控制，怠速控制阀在冷却液温度对应的开度，喷油量量=基本喷油量基本喷油量+额外增量额外增量+电压修正量。该额

9、外增量随冷却液温度升高而电压修正量。该额外增量随冷却液温度升高而下降，直到发动机稳定在怠速设定值附件。下降，直到发动机稳定在怠速设定值附件。 暖机控制暖机控制暖机程序暖机程序电源电源修正修正运转控制运转控制u3.1.2 3.1.2 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 运转控制：运转控制是闭环控制。运转控制：运转控制是闭环控制。 运转控制运转控制急加速控制急加速控制u3.1.2 3.1.2 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在节气门开度较大时，为保证输出功率，油浓度需适当加高在节气门开度较大时，为保证输出功率，油浓度需适当加高101030%30%。 加速控制加

10、速控制急减速急减速控制控制u3.1.2 3.1.2 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急减速控制：超速、急减速都进行断油控制，直到达到怠速状态。急减速控制：超速、急减速都进行断油控制，直到达到怠速状态。图图8-11 8-11 超速断油与减速断油控制示意图超速断油与减速断油控制示意图怠速怠速控制控制u3.1.2 3.1.2 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怠速控制：怠速控制阀控制进气量保持发动机稳定在设计的怠速转速上。怠速控制：怠速控制阀控制进气量保持发动机稳定在设计的怠速转速上。怠速控制阀有步进电机步进电机式和节气门直动节气门直动式两种。怠速控制怠速控制

11、（选讲）（选讲）喷油器的结构喷油器的结构 电磁喷油器是电控汽油喷射系统的一个重要的执行器件，也是一种加工精度非常高的精密器件。有球阀式球阀式和钉阀式钉阀式两种。 球阀式与针阀式电磁喷油器结构图球阀式与针阀式电磁喷油器结构图u 3.1.3 3.1.3 相关传感器、执行器的结构原理相关传感器、执行器的结构原理u3.2.1 3.2.1 点火系统的组成点火系统的组成 u3.2.2 3.2.2 点火系统控制点火系统控制u3.2.3 3.2.3 爆震控制爆震控制u3.2.4 3.2.4 相关传感器、执行器的工作原理相关传感器、执行器的工作原理n3.2 3.2 点火系统的电子控制点火系统的电子控制u3.2.

12、1 3.2.1 电控点火系统的组成电控点火系统的组成汽车发动机电控点火系统方框图汽车发动机电控点火系统方框图电控点火系统主要由：与点火有关的各种传感器、电子控制单元（发动电控点火系统主要由：与点火有关的各种传感器、电子控制单元（发动机控制机控制ECUECU）、点火电子组件（点火器）、点火线圈、高压分电器和火花）、点火电子组件（点火器）、点火线圈、高压分电器和火花塞等组成。塞等组成。1 1 电子点火系统控制的电子点火系统控制的2 2个重要参数个重要参数： 导通角导通角即闭合角，是点火线圈初级绕组的通电时间，决定点火线圈的储存能量。点火线圈储存能量还取决于发动机转速和蓄电池的供电电压。图图8-40

13、 8-40 爆震传感器结构图爆震传感器结构图u3.2.2 3.2.2 点火系统控制点火系统控制 提前角提前角是指在压缩冲程中点火点距离活塞上至点曲轴转角。影响发 动机的功率，经济性和排放指标。 电子控制点火系统中，点火提前角通常由初始点火提前角或基本点电子控制点火系统中，点火提前角通常由初始点火提前角或基本点火提前角和点火提前角修正值确定。火提前角和点火提前角修正值确定。点火提前角台架测试三维示意图点火提前角台架测试三维示意图 点火提前角修正值：点火提前角修正值： 点火提前角修正值是电子控制点火提前角修正值是电子控制单元根据发动机进气温度、冷却液单元根据发动机进气温度、冷却液温度、节气门位置、

14、混合气空燃比、温度、节气门位置、混合气空燃比、起动开关、空调开关等传感器信号起动开关、空调开关等传感器信号和有关开关信号，对基本点火提前和有关开关信号，对基本点火提前角按一定的修正特性所做的进一步角按一定的修正特性所做的进一步优化性校正增量，从而使发动机点优化性校正增量，从而使发动机点火性能最佳。是开环控制计算结果。火性能最佳。是开环控制计算结果。点火提前角点火提前角=基本点火提前角（初始点火提前角）基本点火提前角（初始点火提前角）+点火提前角修正值点火提前角修正值初始点火提前角：初始点火提前角：非非ECU控制，控制，是一个定值，是一个定值，10度左右，发动度左右，发动机固有的点火提前量。机固

15、有的点火提前量。基本点火提前角：基本点火提前角：右图。存储在右图。存储在ECU的的ROM中。中。2 2 点火提前角的确点火提前角的确定定 开环控制方式：开环控制方式： 即电子控制器根据有关传感器提供的发动机工况信息从内部存储器即电子控制器根据有关传感器提供的发动机工况信息从内部存储器（ROMROM）中读取出相应的基本提前角。）中读取出相应的基本提前角。 闭环控制方式：闭环控制方式： 闭环控制方式可以在控制点火提前角的同时，不断地检测发动机的有闭环控制方式可以在控制点火提前角的同时，不断地检测发动机的有关工况，如发动机是否发生爆震、怠速是否稳定等进行增量控制。关工况，如发动机是否发生爆震、怠速是

16、否稳定等进行增量控制。开环、闭环控制方式框图开环、闭环控制方式框图3 3 点火提前角的控点火提前角的控制制点火提前角的控制通常有开环控制和闭环控制两种方式，如图所示。点火提前角的控制通常有开环控制和闭环控制两种方式，如图所示。 爆震：既气缸内形成爆燃。爆震：既气缸内形成爆燃。 爆震控制由爆震传感器检测，一般每台发动机安装一到两只。爆震控制由爆震传感器检测，一般每台发动机安装一到两只。 爆震传感器安装位置：爆震传感器安装位置：3 3缸发动机安装在第缸发动机安装在第2 2缸缸体中间；缸缸体中间；4 4缸发动缸发动机安装在机安装在2 2、3 3缸缸体之间。工作原理：爆震传感器是一种振动加速度缸缸体之

17、间。工作原理：爆震传感器是一种振动加速度传感器，装在发动机气缸体上。传感器，装在发动机气缸体上。u3.2.3 3.2.3 爆震控制爆震控制 发动机工作期间（多在低速大负荷工况时）如发生爆震，且爆震强发动机工作期间（多在低速大负荷工况时）如发生爆震，且爆震强度达到一定值时，电子控制单元便能接收到提前信号，并根据爆震强度度达到一定值时，电子控制单元便能接收到提前信号，并根据爆震强度的大小给点火电子组件发出推迟点火的信号，直到爆震消失。爆震消失的大小给点火电子组件发出推迟点火的信号，直到爆震消失。爆震消失后，电子控制单元便将点火提前角逐渐移至最佳点火角，或以一定角度后，电子控制单元便将点火提前角逐渐

18、移至最佳点火角，或以一定角度使点火提前，直到再次发生爆震时为止。使点火提前，直到再次发生爆震时为止。典型的有分电器电控点火系统组成图典型的有分电器电控点火系统组成图u 3.2.4 3.2.4 相关传感器，执行器的工作原相关传感器，执行器的工作原理理（选讲）（选讲）电子点火高压控制系统电子点火高压控制系统各缸单独点火与双缸同时点火示意图各缸单独点火与双缸同时点火示意图n3.3 3.3 排气净化系统的电子控制排气净化系统的电子控制u 3.3.1 3.3.1 汽车有害气体汽车有害气体u 3.3.2 3.3.2 排气污染物的形成机理排气污染物的形成机理u 3.3.3 3.3.3 排气污染物的控制排气污

19、染物的控制u 汽车排放的有害气体通常有汽车排放的有害气体通常有COCO、HCHC、NOxNOx。 1 1 曲轴箱排出曲轴箱排出 发动机气缸在压缩过程会有部分燃气从气缸间隙进发动机气缸在压缩过程会有部分燃气从气缸间隙进入曲轴箱，为使不使机油分解，必须有空气在曲轴箱内入曲轴箱，为使不使机油分解，必须有空气在曲轴箱内循环，这些气体（循环，这些气体（HC)HC)进入大气形成污染。进入大气形成污染。 2 2 汽油蒸发汽油蒸发 邮箱随温度的降升吸入空气和排放油蒸汽邮箱随温度的降升吸入空气和排放油蒸汽(HC )(HC )。 3 3 排气管排出排气管排出 排气管排出（占排气管排出（占65%-85%)65%-8

20、5%)，不同工况排出有害气体，不同工况排出有害气体成分比例不同成分比例不同(CO(CO、HCHC、NOxNOx ）。）。u 3.3.1 3.3.1 汽车有害气体汽车有害气体 1 CO1 CO的形成：的形成：COCO是燃油不是燃油不完全燃烧的结果。空燃比过完全燃烧的结果。空燃比过小时小时COCO排放会增加。排放会增加。 2 HC2 HC的形成：的形成：HCHC是燃料是燃料不完全燃烧剩余的燃料。不完全燃烧剩余的燃料。 3 NOx3 NOx的形成：的形成：NOxNOx主要主要成分是成分是NO(99%NO(99%）。）。NONO主要是主要是O O2 2和和N N2 2高温下形成，高温下形成，NONO2

21、 2是是NONO温度降低后氧化形成的。温度降低后氧化形成的。 右图是各种有害气体右图是各种有害气体和空燃比的关系。和空燃比的关系。u 3.3.2 3.3.2 排气污染物的形成机理排气污染物的形成机理 1 1 曲轴箱通风回收曲轴箱通风回收 现在一般采取曲轴箱强制通风装置，曲轴箱通风回收到进气道内，如图。PCV阀门开度由进气口真空度决定。 u 3.3.3 3.3.3 排气污染物的控制排气污染物的控制 2 2 防止汽油蒸汽的泄漏防止汽油蒸汽的泄漏 如图是目前比较简单常见的燃油蒸发回收控制系统。 燃油蒸汽经过油箱顶部油汽分离阀，通过管道进入活性炭灌，汽油蒸汽被活性炭吸附，当活性炭将要吸附饱和时，ECU

22、将开启活性炭灌的气阀，新鲜空气将再次蒸发活性炭吸附的燃油并且通过软管、汽油清除控制阀进入发动机进气管。 机外净化方法，既在排气管中安装附加装置，用化学或物理方法对排气中的有害气体加以净化处理。机外净化的常用方法有：空气喷射法（二次空气法）、热反应器法和催化法。 二次空气喷射法：二次空气喷射法： 二次空气喷射是将新鲜空气（二次空气）喷射到发动机拍气门的背后，使排出的未完全燃尽可燃气体（CO,HC)燃尽，减少CO,HC排放。3 3 机外净化尾气机外净化尾气 二次空气喷射只在启动后的暖机过程运行。 二次空气喷射系统工作时间由电子控制系统根据负荷、转速、催化转化气温度、和氧传感器信息决定。 热反应器法

23、热反应器法 热反应器常与二次热反应器常与二次空气喷射并用，它安装空气喷射并用，它安装与排气口出口处，为未与排气口出口处，为未燃尽气体保持一定的燃燃尽气体保持一定的燃烧时间。烧时间。 催化剂法是利用催化剂促使排气中的HC、CO、NOx起氧化或还原反应，降低其含量。主要分类有氧化催化转化器、还原催化转化器和三元催化转化器，目前使用的主要是三元催化转化器催化剂法催化剂法 三元催化转化器的工作原理: 三元催化媒常用Pt（铂）、Rh（铑） Pd（钯）重金属，作用是在较低温度下通过Rh（铑）的催化使HC和CO 将NO还原成N2;通过Pt（铂）、 Pd（钯）把HC和CO 氧化为氧化为H H2 2O O和和COCO2 2； 三元催化剂放于外观像消声器的反应器里。 三元催化转化器工作要求发动机燃气空燃比必须在理论值附近，故必须通过氧传感器进行闭环精确控制喷油量。 氧传感器反馈控制过程氧传感器反馈控制过程 为了获得三元催化器要求的空燃比，空气流量计信号精度不够，必须借助氧传感器的信号对空燃比进行闭环控制。 当氧传感器检测到尾气余氧时，氧传感器输出800-1000mV电压，当无氧时输出约100mV,ECU用450mV基准电压比较器比较，动态控制喷油量，获得较准确的空燃比控制4 4 机内净化（废气再循环机内净化（废气再循环EGREGR） 废气再循环（废气再循环（Exhaust Ga