吉林大学汽车电控制汽车电子控制技术

1、汽车电子限制技术选用教材：?汽车电子限制技术上、下?,冯崇毅、付百学著,机械工业出版社.参考书：?汽车电子限制技术根底?周凯主编出版时间2021-3-1哈尔滨工业大学出版社?现代汽车电子限制技术?曹红兵主编出版时间2021-6-1机械工业出版社?汽车电子限制技术?杨国栋,吴焕芹,杜传祥主编出版时间2021-1-1西南交通大学出版社?汽车电子及限制技术根底?彭忆强主编出版时间2021-8-1机械工业出版社?汽车电子限制技术?应用型本科汽车类专业“十二五规划教材于京诺主编出版时间2021-2-1机械工业出版社第一章绪论课程简介课程性质：车辆工程专业本科专业选修课,学分、学时：2学分、32学时,其中

2、实验课占12学时共6个实验成绩评定：课堂测验、出勤及实验报告,课堂教学内容：1 .介绍汽车各电控系统组成、工作原理及对整车性能的影响2 .介绍各种车用限制器、传感器、执行器结构及工作原理3.介绍汽车典型电控系统限制策略及电路图实验教学内容：实验一、模拟量采集及数据处理实验二、电机转速限制实验三、步进电机驱动限制实验四、车用液晶显示器驱动程序设计实验五、CAN总线通讯程序设计实验六、红外线发射、接收程序设计一、汽车电控技术开展现状1、汽车电控技术内容汽车电子限制技术主要包括：计算机技术、限制技术、网络技术、传感器及执行器制造技术.应用汽车电控技术目的是提升汽车的整车性能平安、环保、节能、舒适等.

3、2、汽车电控技术重要性目前,汽车电控化程度已成为评价一个国家汽车开展水平的重要指标；同时也是评价汽车技术含量和制定价格的重要因素；汽车电控技术已成为汽车工业研发的核心技术之一；它是提升汽车各项性能的主要手段；也是国内外高校车辆工程专业本科教学的核心内容和科研的主要方向.3、汽车电控技术开展历程汽车电控技术开展经历从汽车电器一汽车电子一汽车电控一智能限制的发展过程,汽车电控技术开展大致分可分为四个阶段：第一阶段：上世纪6070年代由于电子工业的进步,出现了半导体器件和简单的限制芯片,因而可以对汽车电器产品进行电子化改造,以提升其性能,如电子调压器、电子点火装置等.第二阶段：上世纪7090年代由于

4、电子技术和计算机技术的快速开展,单片机用于汽车限制以成为可能,同时各国政府对汽车平安、排放提出更高标准,因此,世界上各大汽车公司纷纷采用计算机控制技术来解决机械系统无法解决的复杂限制问题,如汽油发动机点火和喷油,自动变速器限制等.第三阶段：上世纪90年代到本世纪初汽车电控技术进入集中限制阶段,汽车设计理念发生改变,人们更增强调人车环境的协调限制,用计算机限制系统对整车性能进行优化,同时车辆可以提供先进的通讯,导航装置,使汽车不仅是可靠的交通工具,还是流动的办公室,休闲的娱乐室,成为人类生活的主要场所.第四阶段：本世纪初到现在汽车电控技术进入智能化时代,人们通过互联网技术对汽车进行网络化治理和远

5、程故障诊断、同时汽车可以实现自动驾驶等智能化功能.驾驶员不仅可以得到汽车运行状态、信息参数,还可以通过网络得到他所需要的任何信息,如当前车辆位置坐标和交通情况,即实现交通的智能化治理和车辆的自动驾驶.二、汽车电控技术开展动力1、计算机技术和传感器及执行器制造技术的开展给汽车电子限制技术提供了良好的开展根底；2、人们对汽车性能要求的不断提升,加剧了汽车产品的市场竞争；3、各国政府对汽车平安、环保及能源的重视,制定相应的限制性法规；4、高端及特殊用户不断对汽车性能提出新的要求；目前,汽车工业面临的主要课题是平安、环保、节能和舒适,汽车电控技术已成为解决这些问题、推动汽车进步的最有效手段之一.三、汽

6、车电控系统根本组成1、传感器：是将汽车工况和状态等物理量转变为电信号的原件,它为限制系统提供反应量或为车辆状态显示系统提供输入量.传感器分为有源和无源传感器,在选择传感器时要考虑其寿命、使用环境、尺寸及重量、量程、灵敏度、非线性度和动态响应及本钱等因素.2、限制器：1对各种传感器输入的各种信号进行整形、调制和滤波等处理；2根据限制算法和给定量及反应量的差值,经过计算得到当前系统的修正量,通过系统驱动电路限制相应的执行器工作,已到达消除限制误差的目的；3能够实现各类信号的采集和发送；4实现输出信号的功率放大、汽车电控系统要选用车用限制器芯片英飞凌和飞思卡尔,限制器硬件设计要考虑其工作可靠性、环境

7、适应性、电磁兼容性.同时要考虑软件开发时硬件是否能支持自动生成源代码等因素,软件设计要采用模块化设计,软件功能应包括：系统自检、通讯协议、信号处理、限制策略、驱动放大、故障诊断、容错控制等因素.3、执行器：它是根据限制器输出的限制信号,完成相应的限制动作,并将限制变量迅速调整到设定值.执行器分为：电磁式、电动式、液动式、真空助力式、气动式等.执行器选择要考虑工作可靠性、功率消耗、动态响应、安装条件及本钱等因素.四、汽车电控系统开发流程：1、市场调研：确定开发的目的、系统功能、应用前景、同类产品性能比照分析、经济技术分析等2、设计任务书：系统架构结构框图、拓扑结构、功能定义、技术指标、引用标准、

8、先进技术、任务分解、工程进度、成果提交内容、时间进度及节点、资金使用方案等.3、开发内容：确定主要研究设计工作和技术路线,方案设计、功能及接口定义、通讯协议及限制策略制定,系统建模仿真、系统软硬件设计、系统调试、台架及实车试验.4、现有根底：技术储藏、开发手段、人力资源、协作单位水平等.5、风险预测：对开发过程中主客观风险进行分析,制定预案.6、工程总结：对开发过程形成的技术文件整理归档、生产准备.五、汽车电控技术应用1.发动机及传动系1汽车电子调压系统：即对汽车交流发电机的输出电压进行整流及稳压,以解决供电电压随发动机转速变化的问题2汽油机电子点火系统：集成式、无触点式、直接点火系统.解决点

9、火能量、点火时间和点火顺序问题.3废气再循环限制：通过调节废气与新鲜空气的比例,改善混合气燃烧条件,到达降低尾气排放指标NO、和节油的目的.4汽油机喷油系统：限制器根据当前负荷情况,调节喷油器开启时间和喷油时间脉冲宽度、喷油压力、缸内压力、供电源电压等因素,控制混合气浓度,到达限制发动机性能的目的.5发动机综合限制：它包括：空燃比、点火、废气再循环、怠速、爆振、燃油喷射限制,系统解决发动机动力性、经济性及排放指标问题.6柴油机最正确参数限制喷射、进气、正时：柴油机供油特点是缸内喷射和高的供油压力,而且柴油机是压燃点火工作.因此,柴油机燃油喷射要求限制精度要比汽油机高,同时要解决电子喷油器在缸内

10、高温环境下的工作稳定问题.7汽车巡航限制：汽车根据驾驶员的车速设置,自动保持在该车速下的匀速行驶,解决在高速公路上行驶时驾驶疲劳和平安性问题.8发动机进排气电子限制：根据汽车性能需求,自动调节进排气门开度,已到达增加进气量、加快废气排放速度,提升发动机动力目的.2.平安方面（1） ABS电子防抱制动限制：主动平安举措,解决制动过程甩尾、制动距离和制动方向等问题.（2） ASR,驱动防滑限制AccelerationSlipRegulation：主动平安举措,解决低附着路面及坡路汽车时的驱动力限制问题.3主动悬架：解决车辆在坏路上行驶的乘员舒适性、车辆在高速行驶时的稳定性问题,同时可以提升车身高度

11、,提升车辆的通过水平.4电动助力转向系统EPS：取代传统液压助力转向系统,降低本钱和能耗.5电控平安气囊ASR：被动平安性举措,解决在车辆发生碰撞时保护乘员人身平安问题.6刮水频率自动限制：主动平安举措,解决驾驶视野问题,是法规要求的强捡内容.7轮胎气压报警：主动平安举措,解决在高速公路长时间行驶时爆胎问.8防盗报警系统：解决车辆防盗问题,车辆必须安装中控门锁,防盗锁有两种形式：钥匙上加装电阻或改变遥控器通讯频率.9防碰撞自动限制：提升行车平安,测距雷达与车辆制动、驱动系统相5 口口.10驾驶员身体状态检测系统：当驾驶员身体状态发现异常时发出报警信息,同时限制车辆减速停车,通过检测驾驶员脉搏和

12、眼睛变化,可以判断驾驶员身体状态.11盲区障碍物报警系统：超波雷达检测出障碍物位置,通知驾驶员采取举措,减少大型车辆的伤人事故.6 .舒适性方面1汽车自动空调：解决车内温度、空气新鲜的限制问题,影响行车平安.2电控座椅：可以存储10名驾驶员坐姿信息,解决驾驶舒适问题,可以提升行车平安.3车灯随动系统：以根据方向盘转角和外部光线情况,自动调节车外灯光的照射强度和方向,提升行车平安性.4车门监视系统：预防车门没有关严,发出报警信号以提升行车平安.5自动泊车系统：自动识别标线和车间距,限制方向盘转角.解决停车难的驾驶问题.6无线电调频自动预选：舒适性装置,可以提升行车平安.7行车记录仪：可以记录车辆

13、行驶的状态数据、图像和语音信息,为事故处理提供参考依据.7 .仪表通讯1多功能仪表油耗、车速、里程、发动机转速、机油压力、温度、冷却水温度等.2电子化图形仪表盘.3及其通讯设备.4多路信息传输5卫星导航六、汽车电控研究方向平安、节能和环保1 .发动机及传动系1发动机综合限制,改善发动机的动力性、经济性和排放性能.2发动机与传动系综合限制.改善发动机的动力性、经济性和排放性能.3无级变速和车速自适应限制.改善驾驶舒适性、平安性和经济性.4主动降噪限制.降低车辆行驶噪声水平.2 .平安性方面1路面参数自动识别,为ABS和ESP提供路面参数信息,提升其限制精度,保证车辆行驶的稳定性和平安.2汽车底盘

14、集成限制,提升汽车平安性和可靠性3智能驾驶系统,当驾驶员发病时自动驾驶车辆,减少交通事故.4汽车线控技术,改变汽车各系统结构,可以提升系统性能.5车教网络,提供车辆与外部的数据交换手段,使驾驶员及时了解交通信息,同时维修中央也能及时了解该车辆行车参数,为驾驶员提供帮助,保证行车平安.3、电动汽车电子限制技术1整车集成及限制包括：系统结构设计、功能及接口定义、通讯协议及限制策略制定、系统建模及仿真、系统软硬件设计、系统台架试验及整车系统调试及试验.目的是提升新能源汽车动力性、续驶历程和可靠性.2驱动电机及限制包括：驱动电机矢量限制和直接转矩限制,功率模块限制,电机过载保护等,目的是改善驱动电机的

15、外特性,以满足车辆动力需求.3动力电池及治理内容：电池组充、放电治理、单体电池电压及温度检测,电池荷电状态SOC估算,电池组运行参数显示等,目的是提升动力电池充放电性能及平安性.第二章汽车电子点火系统第一节传统点火系统组成、影响因素及存在的问题一、点火系统的组成及工作原理工作原理：发动机通过定时皮带驱动断电器凸轮轴转动,凸轮角数与发动机汽缸数相同.分火头配电器与断电器凸轮同步转动,当断电器触点被凸轮顶起翻开时,点火线圈初级电流被断开,那么在其次级线圈将产生高压脉冲,此时分火头正好转到对应的某一气缸电极,使线圈次级绕组与某一气缸火花塞电极接通,当火花塞极间电压升高到一定程度时.,击穿电极间的混合

16、气,产生放电现象,使燃烧室中混合气体燃烧,完成一次点火过程.点火系统技术要求：1蓄电池要有足够的能量,能够允许大电流放点,低温性能好.2点火线圈要具有较好的绝缘性、耐高温性和使用寿命.3触点要耐磨损、寿命长、不易产生积碳.4高压线要具有较好的绝缘性和耐高温性能,要尽可能减少高压线长度.5火花塞要耐高温、抗烧蚀,不易产生外表积碳,在两个电极间容易产生放电.二、汽油发动机对点火系统的要求1、具有足够高的点火电压,一般次级电压应到达20kV以上.影响因素：1发动机机体温度低、混合气压力高和温度低,所需点火电压较同.2火花塞电极的温度及极性,火花塞温度超过混合气体温度时,击穿电压可降低30%50%；火

17、花塞中央电极为负极时,击穿电压可降低20%.3火花塞间隙和形式,间隙增大,电压要升高,火花塞电极较细或电极外表有沟棱时,所需电压较低.2 .具有足够多的点火能量,工作时应保证每次5080mJ的点火能量,起动时,应产生大于100mJ的点火能量.闭合角限制限制初级线圈充电电流时间可以保证次级能产生足够的能量.影响因素：蓄电池电压、火花塞外表积碳、高压线漏电、点火线圈绝缘、触点外表积碳、触点闭合时间等都会影响发动机点火.3 .具有适当的点火时间和顺序*四缸机工作顺序1-3-4-2.*六缸机工作顺序1-5-3-6-24工作区间,最正确点火时间是在压缩行程上止点前1015.发动机点火线圈布置：o独立点火

18、,每缸有各自的点火线圈B、C级车采用.双缸点火：两缸共用一个点火线圈一个为有效点火,一个为无效点火A级车采用.单线圈点火：共用一个点火线圈,用凸轮限制各次级线圈通电货车采用.4.点火提前角调整：点火提前角可以根据发动机转速、负荷、进气温度、进气压力、混合气浓度、机体温度等因素自动调节.通常希望混合气体能在燃烧室内完成燃烧,如果局部燃烧在压缩行程发生,容易产生爆震;如果局部燃烧在做功行程发生,容易产生气缸体温度过高.加大点火提前角是由于发动机多采用稀混合气体,使混合气体燃烧速度变慢.稀混合有助于节油和减少有害气体排放.三、点火提前的影响因素1混合气浓度高,燃烧较快,需要的燃烧时间短,应减小点火提

19、前角.2进气温度低,混合气雾化差,燃烧速度慢,需要的燃烧时间长,应加大点火提前角.3发动机温升过程,机体温度较低,燃烧条件差,此时应提升混合气浓度、减小点火提前角,改善混合气燃烧条件,同时希望在做功行程中有燃烧时间,以加快机体温度的上升.4压缩比,压缩比大,压缩终了时混合气的压力大、温度高,混合气燃烧速度快,应减小点火提前角,但应加大点火能量.5汽油辛烷值,辛烷值高的汽油抗爆性好,发生爆震时的点火提前角较大,因此可以增大点火提前角,适用于稀混合气燃烧.6火花塞数量,火花塞多,点火能量大,可以使混合气燃烧加速,可减小点火提前角.四、点火线圈次级电压的影响因素1 .发动机转速越高,点火线圈次级电压

20、下降较大.转速越高,断电器凸轮转动加快,断电器触点的闭合、翻开周期缩短,使点火线圈储能缺乏,次级线圈电压下降.2 .发动机汽缸数越多,点火线圈次级电压下降较大.在转速一定时,汽缸数多,断电器凸轮角数增加,在相同时间内,断电器触点闭合、翻开周期缩短,点火线圈储能时间缺乏,次级线圈电压下降.3 .火花塞积炭,未燃烧的汽油或机油粘附在火花塞绝缘体上,在高温作用下而形成积炭,积炭具有一定的导电性,它相当于在火花塞电极之间并联一个电阻,点火线圈次级向火花塞放电时,就会通过火花塞外表积炭漏掉一局部电能,从而使点火电压下降.4 .电容,电容在断电器触点断开时,可以起到灭弧作用,但灭弧电容的存在会使初级电流变

21、化减小,造成次级线圈电压的下降.5 .触点间隙,间隙过大,相同转速下触点闭合时间短,初级线圈充电时间短,线圈储存的能量小,次级线圈电压也会降低.6,触点的接触电阻,理想状态为触点无接触电阻,但由于触点外表有腐蚀、氧化后,会有一定的接触电阻,接触电阻会使初级线圈电流减小,次级电压下降.7 .高压线长度和漏电也会影响点火电压.四、传统点火系统存在的问题：1 .触点工作可靠性差,灭弧电容只能减小触点翻开时的火花,触点也会有腐蚀、氧化,导致点火性能下降.2 .最高次级电压不稳定,尤其是高转速时,电压下降较大.3 .点火能量低,传统点火系统不可能提升初级电流增大点火能量5A.4 .对火花塞积炭敏感.5

22、.断电触点将产生电磁干扰.6 .点火电压受蓄电池端电压影响较大.第二节电子点火系统一、根本组成7L点火信号发生器2.电子点火器3.点火开关4.点火线圈5,火花塞特点：1用晶体管的导通、截止限制点火线圈初级电流的通断,取代传统断电器触电,对原点火系统改动量小.2用点火信号发生器限制晶体管导通和截止时间,保证准确的点火时刻.3由于采用原有的机械定时机构,点火信号发生器无需定时功能.二、工作原理：分电器转动时,点火信号发生器产生脉冲电压信号,此信号经放大处理后,限制串联于点火线圈初级回路大功率晶体管的导通和截止,通过配电器及高压导线将点火高压送至火花塞.特点：点火线圈初级电流的断开采用无触点电子开关

23、,但点火线圈次级与连接火花塞的高压线之间仍然用触点开关断开.三、点火系统主要零件结构、原理1 .点火信号发生器(1)磁电式组成：永久磁铁、导磁转子、导磁铁芯、感应线圈.永磁铁、导磁铁芯、感应线圈安装在可以小范围活动的底板上,由进气门前的真空度可以使该底板小范围转动,从而实现根据发动机负荷改变点火提前角的目的.导磁转子有与发动机汽缸数相对应的叶片数,并随发动机凸轮轴一起转动,转动时闭合磁路的磁阻变化会使感应线圈的磁通量发生变化,在线圈中产生感应电势,产生与发动机汽缸数相对应的脉冲电压信号.特点：结构简单、工作可靠、应用广泛.但高速时会丧失脉冲信号,低速时输出信号幅值较低,精度下降.(2)光电式组

24、成：发光元件、光敏元件、遮光转子,遮光转子的缺口数与发动机汽缸数相同.工作原理：分电器轴转动时,遮光转子转动,其缺口周期性通过光线使光敏元件周期性受光,电路间歇导通和截止,从而产生与曲轴位置对应的电压脉冲.特点：结构简单、信号电压不受转速的影响、工作需外加电源、抗污水平差.(3)霍尔式霍尔效应：将某种半导体元件置于磁感应强度为B的磁场中,在其相对两边施加电流I,那么在其另外两边会产生感应电动势.dR霍尔系数,d基体厚度霍尔式点火信号发生器是使电流I不变,通过磁感应强度B周期性的变化来产生点火信号.特点：响应频率高,本钱低,环境适应性好,目前已被广泛应用.2 .点火限制器(大功率无触点开关)根本

25、要求：对输入的点火触发信号进行处理,准确可靠地限制开关三极管的导通与截止,及时通断点火线圈初级电流,使点火线圈次级适时产生高压.附加功能：闭合角可控功能电路,初级回路电阻限制电路,停车断电保护电路,过压保护电路,低速推迟点火功能等.四、电容储能式电子点火系统1 .组成：火花塞2 .原理：山接通点火开关,整流升压器开始向电容充电,进行储能.E旦点火信号输入时,触发电路产生脉冲,使晶闸管快速导通,储能电容向点火线圈初级放电,在点火线圈次级产生互感高压,使火花塞电极之间的电压迅速升高而产生放电现象,最终使混合气燃烧.3 .特点：会最高次级电压稳定0对火花塞积炭不敏感e点火线圈工作温度低6低速时,点火

26、系统能耗低能量损失小.火花持续时间太短,150s,电感式12ms.第三节计算机限制汽车点火系统2点火限制装置传感器限制器优点：可以实现点火提前角的多参数最正确限制,预防传统点火系统中分电器中各运动部件的磨损,提升系统工作的可靠性.缺点：1测量系统复杂,不仅需要计算出曲轴转过的角度,还要进行判缸,以保证在每个气缸压缩行程进行点火.2对电控系统工作可靠性提出更高的要求,系统能够在各种恶劣环境下正常工作.一、功能：1 .在所有工况下均可获得理想的点火提前角,从而使发动机动力性、经济性、排放及工作稳定性处于最正确状态.2 .在整个工作范围内,可对点火线圈的导通时间进行限制,从而使点火线圈中的储存能量保

27、持不变.3 .可以有效预防爆振发生.4 .可以实现发动机集中限制.二、组成：1 .电源：12V铅酸电池.2 .点火线圈：1520kV3 .分电器：可根据发动机工作顺序,将点火高压依次送到各缸火花塞.4 .传感器：曲轴转速、曲轴位置、进气量传感器、温度传感器、爆震传感器等用于测量发动机运行参数.5 .点火限制器：根据发动机运行信号,按事先设置好的程序计算出最正确点火提前角,并发出点火指令.6 .点火限制模块：用于功率放大、驱动点火线圈.三、原理：发动机运行时,ECU不断采集发动机转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号,并根据ROM中存储的相关程序和数据,确定出该工况的最正确点火提前角,并向点火限

28、制模块发出点火指令,点火限制模块限制点火线圈初级回路的导通和截止,通过分电器将点火高压送至各汽缸的火花塞,点火能量被瞬间释放,点燃混合气体.此外在带有爆震传感器的点火提前角闭环限制系统中,ECU根据爆振传感器的输出信号、混合气浓度和负荷大小等因素,判断爆振发生的时刻,合理调节点火提前角,使发动机获得较好的动力性.四、点火提前角限制点火提前角对发动机的动力性、经济性、排放有直接影响.点火提前角限制属于多变量求解问题,很难找到限制模型.但影响点火提前角的主要因素为转速、负荷,因此可通过实验法获得发动机在不同转速、负荷下的最正确点火提前角,以此找出三维限制模型图,存入计算机中,以供实际限制之用.计算

29、公式：实际点火提前角二初始点火提前角+根本点火提前角+修正点火提前角启动时一固定点火提前角根本点火提前角-由发动机负荷、转速确定【取暖修正点火时间限制启动后修正点火提前角,稳定怠速修正空燃比反应修正过热修正爆振修正1 .初始点火提前角,它是一个固定点火提前角,一般为10.发动机启动时,用初始点火提前角或不提前.2 .根本点火提前角1怠速时根本点火提前角,a.当空调工作时,发动机怠速转速升高,应适当增加点火提前角8.,以利于发动机转速稳定.b.空调不工作时,根本提前角定位4.,因此对应的实际点火提前角分别为18.、14.2正常工作时根本点火提前角,它是根据发动机转速、负荷信号,通过查表得到最正确

30、点火提前角.3 .点火提前角的修正量1暖机修正,发动机温度较低,混合气燃烧较慢,应减少点火提前角,使局部燃烧过程在作功行程完成,加快发动机机体温度升高.当发动机温度升高到规定值时,应逐渐减小提前角.2怠速修正,负荷变化时转速不稳定,应动态修正点火提前角.山为了避免发动机发生爆振,应减小点火提前角.金为了预防过热,应增大点火提前角.3过热修正,发动机温度过高,应增大点火提前角.4空燃比反应,反应修正喷油量,使混合气体变稀时,应适当增大点火提前角,反之,应减小点火提前角.实际点火提前角是固定点火提前角、根本点火提前角和修正点火提前角三者之和,曲轴每转一周,ECU就会根据发动机运行参数确定最正确点火

31、提前角.五、无分电器点火系统DLI,直接点火系统直接点火系统是利用电子点火限制技术将点火线圈的次级绕组直接与火花塞相连,实现全电子化点火系统.六缸机点火顺序为：1-5-3-6-2-4点火方式：单独点火、双缸点火、二极管配电点火.1 .单独点火配点方式：可将点火线圈直接安装在火花塞顶上,取消分电器和高压线,减少电压降和触点磨损,提升了点火性能.但系统需要多个点火线圈,限制电路较为复杂.2 .双缸同时点火配点方式：将工作相位差为360.的两个气缸共用一个点火线圈,当一个汽缸在压缩行程点火时,另一个那么在排气行程点火,由于排气温度较高,易产生火花,所以需要的点火能量较小,大局部点火能量被分配到压缩行

32、程的气缸点火.该系统的缺点是仍然保存了一段高压线,有一定的能量损失.3 .二极管配电点火方式：特点是4个汽缸共用一个点火线圈,但点火线圈为双初级,双初级点火线圈利用4个二极管的单向导通性,交替完成对1、4缸和2、3缸的配电过程.缺点是点火线圈特殊,价格较高,且发动机应是4的倍数.4 .曲轴位置传感器不仅可以输出曲轴转过的角度,而且可以给出判缸信号.该传感器有3个线圈组成：Gi信号波峰出现时说明6缸处于压缩行程上止点附近；G2信号波峰出现时说明1缸处于压缩行程上止点附近；利用Gi和G2输出波形的组合可以给出其它气缸到达压缩行程上止点的时刻.Ne为曲轴转角信号.在实际点火工作中为了预防喷油不点火现

33、象出现,点火限制电路还设有点火成功确认信号,假设5次无确认信号,那么停止喷油,发动机停止工作.第四节爆震限制如果发动机工作时汽缸压力和温度异常升高,有可能使混合气发生自燃,产生高温和高压,这种现象为爆震.爆震会对发动机部件造成损坏和产生较大的噪声,因此要调节点火提前角,有效预防爆震的产生.当点火提前角增大时,局部混合气燃烧在压缩行程发生,使曲柄连杆机构受到上下两个方向的作用力,当此作用力增大到某个限值时,那么气缸会产生爆震.汽油发动机最大转矩点出现在爆震界限附近,如果将发动机点火时刻限制在爆震发生前一时刻,那么可以提升发动机的动力性.在装有涡轮增压的发动机上由于混合气压力增大,发生爆震的可能性

34、也会增大,应采用点火提前角闭环限制,同时也可以限制废气混入量来预防爆震的发生.目前广泛使用的是宽带共振压电式爆震传感器,用爆震信号识别电路可以得到爆震信号电压的峰值,再与爆震基准值比拟,用爆震信号峰值超过基准值的次数来评价爆震强度,从而调节点火提前角爆震限制只是在发动机点火后且可能发生爆震的范围内使用,如小负荷时一般不会发生爆震,那么采用点火提前角开环限制.为了预防导线断开或传感器失灵,爆震限制系统内设置有平安电路,点火系统一旦出现故障,平安电路将减小点火提前角,推迟点火时.刻,并发出警报信息.第三章燃油喷射限制系统第一节概述一、燃油喷射技术的开展概况与特点1 .概况二战期间燃油喷射技术在飞机

35、发动机上得到应用,二战结束后许多军用技术开始用于非军事领域.奔驰公司首先将此项技术用在赛车发动机,1954年乂在高档轿车上使用了燃油喷射技术.1968年,德国群众公司首次将博世公司的D型燃油喷射系统用于轿车.1972年博世公司乂研制出L型燃油喷射系统.1986年通用、福特公司乂推出了单点喷射式汽油喷射装置.为了解决汽车排放和空气污染问题,目前所有车用汽油机均采用电喷技术,而且缸内直喷技术也已在高档轿车中得到应用.2 .传统供油系统的缺点：混合气浓度无法精确限制、因此造成发动机动力性指标下降,油耗高,排放指标不能满足国标要求.3 .电控喷油的特点：1进气阻力小、无需喉管,使发动机进气阻力小,充气

36、效率高.提升发动机的动力性.2燃油雾化良好,有助于形成适宜的空燃比,各缸混合气均匀,燃烧充分,油耗低、排放指标好.此外还能提升发动机的低温启动性能和爬坡水平.3供油滞后小,由于在进气门处喷射,使其对节气门开度响应较快,发动机动力性好,提升了汽车加速性能.4可实现空燃比的精度限制,提升发动机各项性能指标.5可实现汽车减速断油限制,进一步降低油耗和排放污染物.6可实现与其它电控系统协调限制,进一步提升汽车性能.二、燃油限制系统分类1 .按喷油器和供油量的限制形式分：1机械式限制方式：通过油路中的压力油顶开喷油器,实现喷油,通过发动机转速或进气管压力调节油泵活塞的有效行程,实现油量调节柴油泵.2机电

37、混合式限制方式：增设一个电控流量调节器,以提升供油量调节的适应性和限制功能.柴油泵电控化3电子限制方式：限制器根据发动机各种传感器输入信号,产生适当的喷油脉冲,限制喷油器工作,在喷射压力和喷油嘴截面积一定时,喷油量与喷油时间成正比.2 .按喷油器位置分：1缸内喷射：喷油器安装在汽缸盖上,汽油直接喷射到气缸内,其特点:喷油压力高、燃油雾化好、空燃比限制精度高.但喷油器要承受高温、高压的工作环境,且喷油器结构复杂,本钱高,目前很少用.2缸外喷射a.单点喷射,只用一个或两个喷油器在节气门体处,优点为结构简单、成本低、可靠性好.b.多点喷射,使用与发动机气缸数相同的喷油器,喷油器安装在每缸进气歧管上,

38、优点为限制精度高、喷油雾化好.目前广泛使用,它乂分为同时喷射、分组喷射和单独喷射.同时喷射：按发动机转动节拍,各缸喷油器同时喷油,可用一个喷油驱动电路,结构简单、空燃比限制精度低.分组喷射：将喷油器分成2、3组,按发动机转动节拍各组交替同时喷射,喷油精度有所提升,但增加了驱动电路,且需要气缸识别信号,限制电路相对复杂.单独喷射方式：各缸喷油器根据发动机汽缸的工作顺序喷油,它可以对各缸的每次燃烧所需喷油量设定一个最正确喷油时间,但它需要识别气缸和使用与气缸数相同的喷油驱动电路,电控系统更为复杂.一般在排气行程上止点前.70.喷油.3 .按博世公司命名分类：1 1K型,机械限制单点连续喷射式燃油喷

39、射装置.2 2KE型,机电混合式燃油喷射装置.3D型,压力型空气流量限制方式的电控燃油喷射系统.4L型,流量型空气流量限制方式的电控燃油喷射系统.第二节燃油喷射限制系统结构与原理ECU一、组成：燃油系统、供气系统、限制系统.二、原理：ECU根据各种传感器信号,判断发动机工况和状态,确定最正确喷油量,由于喷油压力和喷口截面积一定,因此,喷油量限制实际上为喷油时间限制,最正确喷油量包括根本喷油量和修正喷油量.3 .根本喷油量限制它是保证发动机在正常工作温度下行驶时具有最正确空燃比,它由发动机转速和负荷信号确定,通过驱动电路确定每个工作循环的喷油时间.丁120G.Tp=CZJIGa空气流量,c喷油的

40、常数,z气缸数,n转速根据发动机转速和负荷,通过查表法,可以得到根本喷有时间.不同的空气流量计,其根本喷油时间计算公式不同.热线式：叱Gclp=K-n翼片式:2313+20Us/cUb-nT空气流量计输出信号.卡门式："K上江上nT101T=TpxFc+TuT：喷油持续时间,Tp：根本喷油时间,小喷油器无效时间,Fc：修正系数.修正喷油量的目的是保证发动机在各种工况下均具有适当的空燃比.1进气温度修正,进气温度不同,空气密度也不同,使空燃比会发生变化.因此,ECU将根据进气温度变化,修正喷油时间.2启动喷油量修正,启动时,发动机转速很低,系统工作不稳定,应适当增加喷油时间,以改善发动

41、机启动性能.3启动后喷油量修正,修正目的是保证发动机在温度较低,汽油雾化不良的情况下能稳定运转,应加大喷油时间.4怠速暖机修正,启动后如果发动机温度较低,那么需要对发动机进行升温限制,需要提供浓混合气.5加速时喷油量修正,加速时根本喷油量会减少,使混合气浓度下降,为保证汽车具有良好的加速性能,必须增加喷油时间,提升喷油量.6减速时喷油量修正,与加速时相反,减速时会使混合气过浓,ECU将根据节气门位置、进气量、发动机转速和温度进行减速喷油量修正.7大负荷喷油量修正,发动机负荷大时,为使发动机工作稳定,应加浓混合气,一般当节气门开度到达34.时,认为是大负荷工况.8燃油高温喷油量修正,汽油温度高,

42、汽油将在喷油器内发生汽化,在相同时间内喷出的燃油减少,使发动机动力性下降,严重时会产生气阻现象,使发动机熄火.因此当汽车热启动时,应适当增加喷油时间,以弥补因汽油汽化引起的混合气浓度下降.9燃油关断限制,一种是减速断油,一种是高速断油.10蓄电池电压变化喷油量修正,电池电压变化会影响喷油线圈电流的变化,进而使喷油器电磁线圈的电磁力变化,因而影响喷油器的开启速度和时间,引起喷油量的偏差.ECU可以根据电池电压变化,修正喷油器通断时间.11混合气浓度反应喷油量修正,为了降低排放污染物,在汽车排气系统均装有三元催化装置,只有在理论空燃比附近,三元催化器的催化效果最好,因此用氧传感器为测量元件,以废气

43、中氧气含量为反应量,对混合气浓度构成闭环限制,系统的限制目标为理论空燃比,限制对象为喷油器的开启时间.在以下条件下,空燃比闭环系统不工作.发动机温度低于60%.启动时及启动后加浓期间.大负荷加浓.减速断油.12自适应修正,也称学习修正,在燃油喷射限制过程中系统的部件发生磨损,导致系统结构参数发生一些变化,进而会影响喷油量的限制精度,使实际空燃比与理论空燃比的偏差加大,影响发动机性能.采用喷油量自适应限制可提高喷油量的限制精度,提升发动机性能.三、系统结构：1燃油泵限制：在发动机工作时,电动燃油泵应提前工作,建立喷油压力.由于在喷油限制系统中燃油喷射量需要精确限制,只有在喷油压力与喷油背压只差保

44、持不变时喷油量与喷油器开启时间成正比.因此,ECU通过限制油泵转速来限制其供油压力,使供油压力保持不变或跟随进气压力变化.电动燃油泵限制方式：a.继电器限制,继电器触点闭合,油泵工作,触电翻开,油泵停止.b.油泵转速限制,合串接电阻调节转速,占用单独的ECU对油泵电机进行调压调速.对燃油供应系统的要求：1能够产生足够的喷油压力2能够精确限制喷油量3喷油压力与进气压力之差保持不变4油管内不能有燃油蒸气5发动机停止工作后,油管内仍保持一定的压力6当油管内压力过高时,应有高压保护装置7减少压力波动燃油压力脉冲阻尼器,用膜片将阻尼的壳体分为两部分,弹簧室和燃油室,利用弹簧和膜片吸收燃油压力的脉动,使喷

45、油总管内压力平稳.喷油器供油方式：1顶部供油,在发动机温度较高时,易产生气阻,影响汽车热启动性能.2底部供油,可以预防气阻产生,省去燃油总管.1喷油器的工作特性：由于喷油器阀针的机械惯性及电磁响应时间,阀针的运动将产生一个滞后时间7；,当喷油脉冲消失后到阀针完全落座关闭,也存在一个滞后时间不,将"+7；.为无效喷射时间.蓄电池电压对7；影响较大,故当电池电压变化时,需进行修正.如果电磁喷油器的线圈通过电流较大,那么喷油器开启的电磁力较大,开启时间较短；如果电磁喷油器回位弹簧刚度较大,那么喷油器关断时间较短,但开启时间会增大.2喷油量：合静态流量Q：在规定喷油压力下使针阀保持在最大升程

46、时,单位时间内喷射的燃油量.动态流量：为在某一个脉冲宽度范围内,喷油器喷射的燃油量,q=2.TT.,I：脉冲宽度,无效喷射时间.603喷油器评价：最小线性动态流量：4mm,一般在L21.8ms.最大线性动态流量,a是喷油时间与关闭停顿时间之差,停顿时间一般为0.6ms.G动态流量范围6喷油器的喷雾特性,燃油喷射角度一般为10.-40.4喷油器驱动电路：电流驱动、电压驱动,电流驱动只用于低阻喷油器.低阻：0.63Q,高阻：1217C.驱动电压：56V,驱动电压：12V.二、汽油机电控喷油系统结构柴油机高压油泵喷油压力14Mpa18Mpa,高压共轨喷油压力在160-200MPa,汽油供油压力0.2

47、5-0.3MPa1.燃油供应系统,燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器和喷油器.系统工作时,电动油泵将燃油从油箱中不断地泵出,滤清器过虑出杂质和水分后,由压力调节器调节燃油压力,使喷油压力始终保持为定值,喷油器在电控单元限制下,进行间歇喷油,将适量的燃油喷入进气管,与空气混合形成空燃比适当的可燃混合气.1燃油泵：有直流电机和油泵组成,根据油泵结构和原理不同,燃油泵可分为滚柱式、叶片式、齿轮式.当供油压力超过40010时,供油系统的平安阀翻开,进行卸压.供油系统中单向阀的作用是当油泵停止工作后使油管中继续保持一定的喷油压,当发动机再次工作时启动更加容易.燃油泵安装在燃油箱内.滚柱式燃油泵吸

48、收水平较强,但燃油压力脉动较大,串接一个燃油脉动缓冲器,或采用双级泵,初级泵用侧槽泵,它能别离油气并以较低压力向主泵供油,主泵采用齿轮泵式涡轮泵,用于产生供油压力,以减小供油压力的波动.2燃油压力调节器：作用是使喷油器的喷油压力稳定,提升喷油量限制精度,它分为绝对和相对压力调节器.a.绝对压力调节器,当喷油压力超过设定值时,燃油会推动膜片上移动使出油阀开启,局部燃油经出油阀、回油管流回油箱,使油压降低；反之,会使出油阀关闭,油压乂会上升,绝对压力调节器通过喷油压力对膜片的作用,使膜片产生运动,限制出油阀的开启和关闭,使油压稳定在一个恒定值.通过调节螺钉可改变弹簧张力,来调节油压的设定值.缺点：

49、它不能根据进气压力变化自动调节喷油压力,因此电控系统还应根据进气压力,对喷油器开启时间进行调整.b.相对压力调节器,它与绝对压力调节器的主要区别在于膜片的弹簧侧通过真空管与进气管相通,使得进气压力的变化对弹簧侧的作用力产生影响,从而推动膜片的上下振动,限制出油阀的开启,调节喷油压力.优点：喷油量限制更加精确.3喷油器,它是电磁类执行器,作用是根据限制器产生的喷油脉冲信号将适量的燃油喷射到进气管中,主要有针阀式、球阀式和片阀式.按喷口数量可分为单喷口、双喷口和多喷口.按电磁线圈的电阻值,有低阻型23C、高阻型13-170.针阀式喷油器应用于多点喷射系统,当电磁线圈通电后,产生电磁力使铁心克服弹簧

50、力而移动,与铁心一体的阀针被提起,电磁喷油器开启,燃油从喷口喷出,线圈断电,电磁力消失,铁心在弹簧力作用下迅速回位,针阀关闭,喷油停止.4冷启动喷油器和热时间开关,在早期电控燃油喷射系统中,用冷启动喷油来提升启动时的混合气浓度.要求：雾化质量高、喷油角度大、冷启动喷油器多采用涡流式喷孔.热时间开关作用限制冷启动喷油器只在低温启动时工作,它安装在发动机冷却液温度传感器相同位置,在进气温度低于-16时-,热时间开关的触点闭合,在点火开关闭合后,冷启动喷油器工作.4 .空气供应系统：空气滤清器、进气管道、节气门、怠速辅助空气通道,怠速调节电磁阀.在汽缸进气行程真空吸力的作用下,适量的空气经空气滤清器

51、滤清后,经节气门或怠速通道进入进气管,与喷油器喷出的燃油混合后从进气门进入汽缸.1空气流量传感器a.量板式空气流量传感器,由流量计和电位计组成.传感器的流量板与电位计的滑片都固定在转轴上,在没有空气进入时,气流推动量板转动一个角度,进气量越大,量板转过角度越大,在转轴带动下,电位计滑片随量板转动角度输出相应的电压.b.卡门旋涡式空气流量计,在进气通道中设置一锥形涡流发动器,当空气通过时,涡流发生器的后面就会产生漩涡,称为卡门漩涡.漩涡频率/=£?,fsV,只要测出卡门涡旋的频率/就可以知道空气的流速v,乘以空气通道的截面积,便可获得空气体积流量.ci：涡流发生器外径尺寸,St为常数,

52、0.2.按测量漩涡频率方式不同,可分为：反光镜控测式和超声波控测式.1反光镜检测涡流频率方法：原理：当空气以一定的流速流过涡流发生器时,在其反面两侧会产生交替卡门旋涡.受交替产生的旋涡影响,涡流发生器两侧压力也随之发生交替变化,使反光镜产生偏转振动,发光二极管和光敏三极管可以将此振动转换成脉冲信号,通过对脉冲信号计数,可以算出反光镜的振动频率.2超声波检测涡流频率方法：利用涡流发生器是利用卡门漩涡引起的空气密度变化进行测量,在空气流动的垂直方向安装超声波信号发生器,在其对面安装超声波接收器,在发动机工作时超声波发生器不断向接收器发出一定频率的超声波,由于受到卡门漩涡造成的空气密度变化的影响,超

53、声波的相位讲随空气密度的变化将发生相位偏移,由此形成疏密波,ECU根据接收信号的疏密变化频率可以检测出卡门漩涡的频率,由此求得进气量.C.热线式空气流量计：在空气中放置一电热体,通电后使电热体保持一定的温度100120C,空气流过电热体时,会带走一定的热量使电热体温度下降,进而使电热体的电阻值下降,为了保持电热体电阻不变,那么必须增加流过电热体的电流,使其温度重新上升到设定值,温度上升所需的电能与进气量成比例.限制电路丸rk进气温度补偿电阻,Rk、尺、号、此组成惠斯登电桥,R为测量电阻.I-Ja+尸石,4、为常数.发动机停车后,自动将热线加热到1000C,持续1s,将热线上的尘埃烧掉.2进气压

54、力传感器：由于热线式空气流量计本钱较高,低端车辆可以用测量进气压力来间接测量进气量,但需要对进气温度和密度进行标定.a.半导体压敏电阻式原理：是利用半导体压阻效应将压力转换为相应的电压信号.通常用惠斯登电桥来测量出电阻值的变化.b.电容式进气压力传感器原理:是利用膜片构成一个电容值可变的压力敏感元件,并连接于振荡电路.当进气压力变化时,电容量将发生变化,那么通过振荡电路,可测量出振荡频率的变化,从而间接测出进气压力.3氧传感器,三元催化装置只有在理论空燃比附近才能获得较好的净化效果,目前,汽车上普遍采用氧传感器为测量空燃比信号.a.氧化错：在高温下,如果氧化错的两侧的气体氧含量有较大差异,氧离

55、子会从浓度较高的一侧向浓度较低的一侧扩散,使两侧形成电动势,电动势大小:R：气体常数,T：绝对温度,F：法拉第常数,1:传感元件长度,P2、P2两侧气体的氧含量.在传感器中,将氧化错制成试管状,其内侧通以大气氧含量高,外侧通过发动机尾气氧含量低.当混合气偏浓时,排气中的氧含量较少,氧化错管内、外侧的氧浓度差较大,会产生一个较高的电压；当混合气偏稀时,尾气中的氧含量较多,将产生较低电压.缺点：氧化倍需在400C以上温度下才能正常工作,为此需要对氧化错加热.b.氧化钛,在室温下具有高电阻性,但当其周围气体氧含量少时,氧化钛的电阻随之下降.A：常数,E：活化能,K：波斯曼常数,T：绝对温度,P02氧

56、分压,1/m：晶格缺陷性性质指数.将氧化钛传感器置于排气管中,当混合气偏稀时,尾气中氧含量较高,传感器阻值大,反之,传感器阻值小,这一电阻的变化通过传感器内部电路转变成电压信号输出.缺点：需要电源供电和进行温度变化的补偿.4爆震传感器,用于监测发动机是否发生爆震.a.压电式爆震传感器原理：当某种材料石英晶体受力变形时,因内部产生极化现象而在其两个外表分别产生正负两种电荷,受力消失后,元件变性恢复,电荷也立即消失.型式：共振式和非共振式共振式传感器的自振频率在发动机的爆震特征频带内,当发动机发生爆震时,振荡片将产生较大变形,从而产生比非爆震时高出多倍的电压输出,可以明显检测出爆震.共振式爆震传感器必须和发动机相匹配,不能更换,如需更换需要厂家进行重新标定.非共振型,发动机