汽车发动机电器与电子控制

汽车发动机电器与电子控制第1页/共73页汽油发动机的电子控制ECU主要控制内容：1、电控汽油喷射(EFI)

1kg汽油完全燃烧需14.7kg的空气，14.7为理论空燃比。第2页/共73页汽油发动机的电子控制空燃比为12.5左右时，动力性最好；空燃比为16左右时，燃油经济性最好。第3页/共73页汽油发动机的电子控制根据氧传感器的反馈，采用闭环控制，使发动机在理论空燃比(14.7)附近很窄的范围内进行时，可使三元催化转换装置对排气的净化处理达到最佳效果！第4页/共73页汽油发动机的电子控制ECU主要控制内容：2、电控点火提前(ESA)试验证明：燃烧最大压力出现在上止点后10º~15º曲轴转角时，发动机的输出功率最大，可以认为，此时对应的点火提前角为最佳点火提前角。爆燃与点火时刻有密切的关系：点火提前角越大，燃烧压力越高，则越容易产生爆燃。控制方法是：根据爆燃传感器的反馈信号，对提前角进行自动调节！第5页/共73页汽油发动机的电子控制ECU主要控制内容：3、怠速控制(ISC)

根据怠速时负荷的变化，调节怠速控制阀的进气量，使发动机在最佳怠速下运转。4、排放控制

EGR排气再循环控制：↓NOx的排放。

开环与闭环控制：氧传感器。

二次空气喷射：↓排放污染。

活性炭罐电磁阀控制：↓蒸发污染。第6页/共73页汽油发动机的电子控制ECU主要控制内容：5、进气控制、增压控制改善进气，↑发动机扭矩！根据进气压力，使废气涡轮增压器进入工作或停止工作。第7页/共73页汽油发动机的电子控制信号输入装置主控信号转速信号(曲轴位置)负荷信号(空气流量或进气管压力)修正信号冷却液温度进气温度节气门位置氧传感器凸轮轴位置起动开关空凋开关…执行机构喷油器点火控制器怠速控制阀EGR阀自诊断故障灯…电子控制单元ECU发动机功率扭矩油耗排放爆震反馈信号(氧传感器、爆震传感器)主要控制参数：空燃比、点火提前角、废气再循环率。第8页/共73页汽油发动机的电子控制图1发动机电子控制系统示意图1.电动燃油泵2.燃油滤清器3.活性炭罐电磁阀4.活性炭罐5.带输出驱动级的点火线圈6.凸轮轴位置传感器7.喷油器8.燃油压力调节器9.节气门控制组件10.空气流量计11.氧传感器12.冷却液温度传感器13.爆震传感器14.曲轴位置传感器15.进气温度传感器16.发动机控制单元第9页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按空气计量方式)1、D型EFI系统（速度密度型）通过检测进气歧管的真空度来间接检测发动机吸入的空气量。“D”是德文“压力”的第一个字母。由于空气在进气歧管内的压力波动，该方法的测量精度较差。第10页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按空气计量方式)第11页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按空气计量方式)2、L型EFI系统（质量流量型）采用空气流量计直接测量发动机吸入的空气量。“L”是德文“空气”的第一个字母。其测量精度高于D型，故可精确地控制空燃比，它是目前应用最广的一种形式。第12页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按空气计量方式)第13页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按空气计量方式)3、Mono型EFI系统该系统又称为节流阀体喷射系统（TBI）。仅用一只电磁喷油器在原来安装化油器的部位依据一定的规律进行单点集中喷射，间歇性地将燃油喷射至发动机的进气歧管内。Mono型EFI系统的空气量可以采用空气流量计计量，也可以采用按节气门开度和发动机转速来计量进气量，并据此控制空燃比，后者可省去空气流量计，简化结构，因此在低排量轿车上应用较多。第14页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按空气计量方式)第15页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按喷射位置与方式)1、单点喷射(SPI)

单点喷射系统是在进气管节气门上方装一个中央喷射装置，用一到两只喷油器集中喷射，汽油喷入进气流中，与空气混合后，再由进气歧管分配到各个汽缸中。第16页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按喷射位置与方式)2、多点喷射(MPI)

多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只电磁喷油器，由电子控制按照一定的模式进行喷射。有三种模式：1，同时喷射；2，分组同时喷射；3，顺序喷射。第17页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按喷射位置与方式)3、缸内直接喷射

缸内直接喷射是将燃料直接喷入汽缸内，喷射装置所需要的喷射压力较高。第18页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI分类(按喷射位置与方式)4、连续喷射

在发动机的运转过程中喷射器持续喷射，使燃料通路中燃料测量截面前后的压差一定，控制燃料测量截面积大小变化，来改变供油量。连续喷射仅限于进气管喷射的情况。5、间断喷射

喷射仅在发动机工作循环中的某一段或几段时间内进行，通过控制每次喷射的持续时间来控制喷射量。第19页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的空气供给系统：作用是测量和控制不同工况下发动机所需的空气量。进气室(稳压箱)节气门发动机空气流量计空气阀空气虑清器第20页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的空气供给系统双金属片型空气阀热敏蜡式空气阀第21页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的空气供给系统第22页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的空气供给系统第23页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的空气供给系统节气门阀体总成第24页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的燃油供给系统：根据不同工况的要求，配制相应空燃比和一定数量的可燃混合气进入汽缸。燃油箱燃油泵燃油滤清器稳压箱压力调节器喷油器低温启动喷油器发动机储油室脉动减震器第25页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的燃油供给系统第26页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统

控制系统的功用是根据发动机运转情况和车辆运行状况确定最佳喷油量，并控制喷油器以控制喷油量。主要由三部分组成：传感器、ECU及执行部件（喷油器、油泵）。第27页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号1、空气流量计2、进气压力(真空度)传感器3、进气温度传感器4、节气门位置传感器5、发动机转速和曲轴位置传感器6、冷却水温传感器7、氧传感器8、起动开关信号9、空凋信号(A/C)第28页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号1、空气流量计空气流量计第29页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号(1).叶片式空气流量计第30页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号(2).卡门涡旋式空气流量计第31页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号其中C:结构常数;

f:卡门涡旋频率

St:斯特罗巴尔数（常数）v:空气流速;

d:涡流发生器外径尺寸

1002000.51.0空气流量输出信号频率(2).卡门涡旋式空气流量计第32页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号(3).热线式空气流量计第33页/共73页电控汽油喷射--EFI传感器物性参数发热元件的阻值空气的质量流量发热元件的温度进气气流温度加热电流第34页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号(4).热膜式空气流量计第35页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号(4).热膜式空气流量计第36页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号2、进气压力(真空度)传感器第37页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号3、进气温度传感器第38页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号3、进气温度传感器进气温度传感器第39页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号4、节气门位置传感器线性输出型开关量输出型第40页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号5、发动机转速和曲轴位置传感器曲轴位置传感器进气温度传感器第41页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号6、冷却水温传感器第42页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号6、冷却水温传感器第43页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号6、冷却水温传感器冷却水温传感器第44页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号7、氧传感器第45页/共73页电控汽油喷射--EFI混和气浓时，排气中CO的浓度高，氧离子几乎都与之反应产生了CO2，这使得锆管内外氧离子浓度差很大，输出高电平。反之，则输出低电平。第46页/共73页电控汽油喷射--EFI采用氧传感器进行空燃比反馈控制第47页/共73页电控汽油喷射--EFI采用氧传感器进行空燃比反馈控制第48页/共73页电控汽油喷射--EFI氧传感器的工作条件：1、发动机温度高于60℃；2、氧传感器自身温度高于300℃；3、发动机工作在怠速工况和部分负荷工况。第49页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号7、氧传感器氧传感器碳罐电磁阀第50页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—传感器、信号8、起动开关信号9、空凋信号(A/C)第51页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统第52页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统第53页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI控制系统—电磁喷油器电磁喷油器第54页/共73页电控汽油喷射--EFI

电磁喷油器的功用是根据ECU发出的喷油信号，喷射出相应数量的燃油，并使燃油雾化。第55页/共73页电控汽油喷射--EFI供油压力喷孔截面积喷油器的喷油量喷油器的流量系数燃油密度进气压力每次喷油量：喷油时间！第56页/共73页电控汽油喷射--EFI由于针阀具有动作滞后的工作特征，所以存在着最小通电时间和最大通电时间两个重要参数。

最小通电时间：一般为1.2~1.8ms。最小通电时间所对应的喷射量为最小喷射量。

最大通电时间：是指喷射周期为10ms时，喷油器所能达到的最大通电时间，由于喷油器针阀关闭时的滞后特点，最大通电时间小于10ms。最大通电时间所对应的喷射量为最大喷射量。第57页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略启动时的喷油控制在发动机启动时，ECU根据冷却水温度，由预先存贮在ECU中的水温-喷射时间图，查找相应的基本喷油时间，然后进行进气温度和蓄电池的修正，就得到启动时的喷油持续时间。第58页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略启动后的喷油控制当发动机的转速超过预定值时，ECU确定的喷油持续时间应按下式计算：喷油脉冲持续时间

=基本喷油持续时间*修正系数+电压修正值。第59页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略基本喷油时间一

对于采用热式空气流量计的系统，空气流量计输出的就是质量流量，可采用下式计算基本喷油时间：式中TP:基本喷油时间(s);G:进气质量流量(g/s);n:发动机转速(rpm);A/F:目标空燃比；

K:常系数。第60页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略基本喷油时间二

对于采用叶片式空气流量计和卡门涡旋式空气流量计的系统，它们输出的都是体积流量，可采用下式计算基本喷油时间：式中TP:基本喷油时间(s);Q:进气体积流量(m3/s);n:发动机转速(rpm);A/F:目标空燃比；

K:与结构有关的常系数；KT:进气温度修正系数

KP:大气压力修正系数第61页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略基本喷油时间三对于速度密度方式的系统，采用三维MAP图的方式确定基本喷油时间此图说明了在各种转速和进气歧管绝对压力下对应的基本持续时间。第62页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略不同工况下喷油量的修正启动加浓

虽然在低速低温下，较之化油器式发动机，燃油喷射极大地改善了燃油的雾化程度，但是由于此时燃油微粒的旋转流动减弱，燃油蒸发量减少，壁部被燃油严重沾湿，所以仍需供给较浓的混合气，才能保证有一定量的燃油蒸气与空气组成可燃混合气，为保证发动机在低温下顺利启动，必须进行加浓。第63页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略暖机加浓在冷却水温度降低时，ECU根据水温传感器的信号，相应增加燃油喷射量。第64页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略进气温度修正通常以20°C为进气温度修正的标准温度。低于20°C时，增加喷油量。高于20°C时，减少喷油量。第65页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略大负荷加浓

当发动机在大负荷下运转时，要求使用浓混合气以保证获得最大功率。ECU根据发动机负荷增加喷油量。发动机的负荷大小可以根据节气门开度或进气量大小来确定，故ECU可根据绝对压力传感器、空气流量计、节气门位置传感器输送的PIM、Vs或VTA信号来判断发动机的负荷状况，决定相应增加的燃油喷射量。大负荷时的加浓量约为正常喷油的10%~30%

。有些车型其大负荷加浓时还与冷却液温度信号THW有关。第66页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷油控制策略过渡工况空燃比控制

发动机在过渡工况下运行时（即汽车加速或减速行驶），为获得良好的动力性和经济性，其空燃比应相应变化。ECU可根据进气歧管绝对压力（PIM）或空气量（Vs）、发动机转速（Ne）、车速（SPD）、节气门开度、空挡启动开关（NSW）和冷却水温度（THW）等信息来控制喷油量。第67页/共73页电控汽油喷射--EFIEFI的喷