电控内燃机原理chap5

湖北职业技术学院机电工程系第五章汽油机集中控制系统实例1网络工程技术专业1、燃油系统的特点1）目前生产的1UZ-FE发动机取消了冷起动喷油器和温度一时间开关，而采用全电脑控制的冷起动。在冷态下起动时，ECU会发出增加喷油的指令，从而使冷起动的空燃化控制得更为精确，排气净化功能更好。2）燃油泵实行ECU控制，分为高、低速的二级控制，转速可变，既减少了燃油泵的磨损和省电，又能满足发动机不同工况下所需的供油量。2、系统描述1UZ-FE型发动机燃油系统的结构见图5-8，它主要由燃油泵、过滤器、燃油压力调节器、燃油压力脉动衰减器、喷油器、冷起动喷油器和温度一时间开关（1992年前车型）以及输油管和燃油箱等组成。燃油系统的工作原理是：燃油泵安装于燃油箱内，通电后将燃油加压到0.5MPa左右，燃油压力调节器则将燃油压力调节到比进气歧管的压力高284KPa的恒定压力，再通过总输油管分配到各喷油器，喷油器的电磁阀根据ECU的指令打开，燃油便持续地由喷油嘴喷出，在进气歧管内与空气混合后再进入气缸。多余的燃油便通过回油管回流到燃油箱。燃油压力脉动衰减器的作用是消除喷油时产生的燃油压力波动，使空燃比控制得更精确。5.1凌志LS400轿车发动机电控系统

5.1.1燃油系统

1、系统描述1UZ-FE型发动机进气系统主要由空气过滤器、空气流量计、节气门体、进气室、各种连接管和真空软管等组成。此外还有计量节气门开度的节气门位置传感器和用于发动机怠速控制的怠速控制阀（ISC阀）。节气门位置传感器将作为电子控制元件。2、进气系统的主要组件（1）空气流量计详见该节电子控制系统内容。（2）节气门体节气门体内装有主节气门的副节气门，用于控制进气量（即发动机的负荷）的大小，外部装有主节气门位置传感器、副节气门位置传感器、节气门缓冲器器和主节气门强制开启器。图5-9为节气门体的外部配置。由于凌志LS400型轿车没有牵引控制系统（TRC），在TRC控制行驶状态下，发动机的主节气门由主节气门强制开启器强制打开（全开），进气量由副节气门控制，节气门开度信号也由副节气门位置传感器负责将信号传送给ECU。5.1凌志LS400轿车发动机电控系统

5.1.2进气系统（3）进气室和进气歧管进气室位于V形气缸体的中间，进气室有如一只大容量的空气室，其作用是减少进气脉动和各缸的相互寸步，有利于提高各缸的充气量。进气室的两侧各设有4根进气管，此8根进气歧管相互交叉布置，目的是增加进气歧管的长度，提高进气谐波压力，有利于进一步提高充气量。进气室的前端装有ISC阀，左侧半月有EGR阀。（4）怠速控制阀（ISCV）怠速控制阀安装于进气室的前端，开度受ECU控制，ECU则根据发动机的水温、是否已接入空调（A/C信号）和动力转向输出等工况来确定ISCV的正常怠速或快怠速状态。1UZ-FE型发动机常态下的额定怠速为（650±50）r/min。ISCV为步进电机式，它主要由阀门、阀杆、转子、定子和壳体等组成。ECU对ISCV的启闭位置控制共有125个步进级，从而令怠速得到了非常精确的控制。发动机每次停机时，一旦点火开关转至“OFF”位置，ISC阀会回复至全开位置，以利于下一次的起动。

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5.1.2进气系统1UZ-FE型发动机的电控系统主要包括电子控制单元（简称ECU）、各类传感器和控制开关和各类执行器。1、电子控制单元-ECU凌志LS400型轿车采用的是发动机和变速器集中控制的ECU，安装在仪表板右端杂物箱的右侧。2、空气流量计1UZ-FE型发动机常用是卡门旋涡式（也称卡尔曼Karman涡流式）空气流量计。近期1UZ-FE型发动机也开始装用热线式空气流量计，其优点是结构更为简单，进气阻力小，温度响应快、怠速特性好，应有日益广泛。热线式空气流量计主要由采样管、铂热丝、热敏电阻、控制电路和壳体等组成。

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5.1.3电控系统3、主节气门位置传感器和副节气门位置传感器1UZ-FE型发动机没有主、副两个节气门位置传感器它们安装于节气门体的外侧，传感器的转轴与节气门联动。主节气门位置传感器采用有两组滑道和主、副触点的线性输出式节气门位置传感器，利用变化的电阻值，可短节气门开度，节气门开度输出信号VTA则使ECU对喷油量进行控制，以获得相应的功率。当节气门闭合时，怠速触点闭合，ECU便感短到发动机处于怠速状态。副节气门位置传感器的结构与上述节气门传感器基本相同，当车辆行驶工况处于牵引控制(TRC)状态时(主要是在泥泞、湿滑的路面中行驶时，防止车轮打滑的控制)，在主节气门强制开启器的作用下，主节气门处于全开位置，进气量由副节气门传感器控制。4、进气温度传感器进气温度传感器安装在空气流量内，其感温元件为热敏电阻，它具有负的温度电阻系数，温度越高、电阻值越小，反之则增大。进气温度传感器发生故障进，ECU会自动地将进气温度设定在20℃,维持基本喷油量。

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5.1.3电控系统5、水温传感器水温传感器安装在节温器的下方，其感温元件也为热敏电阻。当温度过高时（发动机过热），则会发出故障保护指令，将冷却液的温度信号设定于80℃，维持基本喷油量。6、车速传感器1UZ-FE型发动机的车速传感器安装于变速器的输出端附近，通过软轴再与仪表板的车速表连接。传感器为舌簧管式，它主要由转子、转轴、舌簧管和外壳等组成。

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5.1.3电控系统7、曲轴转速和凸轮轴位置传感器1UZ-FE型发动机的曲轴转速和凸轮轴位置传感器均为磁电式，图5-10为两传感器的安装位置示意图。（1）曲轴转速传感器曲轴转速传感器安装于曲轴正时齿轮的左下方，以曲轴正时齿轮后面的信号盘为触发元件。曲轴转速传感器包括一个12齿的信号盘和一个磁电式感应头，曲轴每转过30°便送出1个脉冲信号（Ne）给ECU，ECU再将每个脉冲信号细分成30份，便得到了精确度为1°的曲轴转速信号。（2）凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器用于识别1、6气缸活塞的上止点位置，以左、右侧凸轮轴皮带轮的凸缘为触发元件。其由一个单凸的信号盘和一个磁电式感应头组成，1UZ-FE型发动机有两个凸轮轴位置传感器G1和G2用于分别代表左\右列气缸的基准曲轴位置。信号盘的凸缘固定于左右两侧基准气缸(1缸、6缸)活塞上止点前10°的位置、曲轴第转2圈，凸轮轴才转1圈，信号盘的凸缘便切割磁力线1次，向ECU送出一个G1、G2信号，ECU便可以判别出6缸、1缸已处于上止点前（BTDC）10°的位置并将它作为点火的基准信号。

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5.1.3电控系统8、爆震传感器1UZ-FE型发动机采用的是共振型压电式爆震传感器，发动机运转时，振动片便发生振动，压电元件也同时产生压缩和拉伸变形而产生压电信号。当发生爆震时，振动片处于共振状态，振幅最大，压电元件输出的压电信号也最大，ECU即判别发生了爆震，随即向点火器发出推迟点火的指令，使爆震即时消失。9、氧传感器1UZ-FE型发动机采用氧化锆型氧传感器，其电信号元件为具有固体电解质特性的氧化锆（ZrO2）。氧化锆元件为管状多孔陶瓷体，管的内外表面都覆盖着一层多孔性铂膜作为电极。氧传感器安装于TWC前（或后）部的排气管中，外侧与废气接触，内部与大气相通，为了防止废气对铂膜的腐蚀，在铂膜上又覆盖了一层多孔性陶瓷层，并加装了防护套管。传感器的最佳工作温度为300～400℃，因而在传感器内设有电热丝，用于暧机或轻负荷工况下的内部回执，电热丝的回执工况由ECU控制。

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5.1.3电控系统10、可变电阻器可变电阻器用于调整怠速时可燃混合气的空燃比，从而进一步控制怠速时的CO排放浓度。可变电阻器安装于空气流量计后端的进气软管附近。可变电阻器为一只可变电阻元件，VAF为活动触点，与怠速混合气调整螺钉联动，怠速较为稳定，但废气中的CO含量会有所提高。相反，如果逆时针转动时，喷油量则减少。混合气变稀，废气中的CO含量有所减少。可变电阻器的正反向调整范围仅限于260度。11、海拔补偿器海拔补偿器（HAC）就是用来检测大气压力的传感器，它由压电晶体制成，根据环境气压的变化而输出不同的电压信号，气压越大输出的电压越高，ECU依据HAC电压信号的高低转换成进气密度，再向喷油器发出修正喷油量的信号。HAC安装在ECU内，如果HAC发生故障，ECU会执行故障保护功能，将进气压力定于105kPa，维持行驶。

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5.1.3电控系统12、电控燃油系统工作过程描述起动时，ECU根据水温传感器的信号，由内存的水温一喷油时间图找出相应的基本喷油时间，再进行进气温度修正和蓄电池电压修正，得到起动时的喷油持续时间。当发动机的转速超过预定值时，ECU根据其的内存三元MAP图，以空气流量计的信号和发动机转速确定超过预定值时，再根据水温、空气温度、节气门开度（VTA信号或IDL信号）、A/C信号、车速等因素，对喷油量进行修正。起动后喷油量的修正通常包括起动后加浓、暖机加浓、进气温度修正、暖机加浓、进气温度修正、大负荷修正、过渡工况空燃比的修正和怠速的稳定性修正等。ECU除了空气流量计和其他各种传感器的输入信号控制喷油量外，为了确保车辆行驶的安全、延长发动机的寿命、节省燃油和减少废气污染，ECU还具有以下的切断燃油喷射功能和燃油泵的控制功能：（1）高速燃油切断：当发动机的转速超过了额定转速（5400r/min）时，为避免机件的损坏，ECU会立即发出停止燃油喷射的指令，转速下降到约5200r/min时，ECU又不会发出恢复燃油喷射的指令。（2）减速燃油切断：当车速处于从高速工况减速行驶进，ECU通过节气门的关闭速率、车速和发动机转速以及冷却液温度等信号，会发出停止燃油喷射的指令，以节省燃油。（3）换挡燃油切断：换挡时如果继续喷射燃油，则容易造成齿轮的碰撞和换挡的困难，ECU便设备了换档燃油切断功能。（4）燃油泵的控制：1992年以后，1UZ-FE型发动机改用专用的燃油泵，ECU对燃油泵进行高、低转速的二级控制。发动机起动时，ECU向燃油