汽车发动机电子控制系统

汽车发动机电子控制系统第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期日随着汽车技术和电子技术的飞速发展，汽车电控单元采用功能强大的微机控制系统，使发动机点火、喷油、怠速等许多功能由一台微机来控制，由此产生了现代发动机集中控制系统采用集中控制系统后，有利于发动机点火、喷油的优化控制，改善了发动机的动力性、经济性、和排放净化性能。整个系统只需一台微机，传感器可共用，由于采用集中控制，减小了体积、增加了功能、简化了结构、成本了降低。因此，发动机集中控制系统是现代汽车电系的发展趋势精确的控制空燃比和点火时间是发动机集中控制系统的主要功能。怠速、废气再循环、进气增压、电动燃油泵、冷却风扇、极限转速等辅助功能，也被不同程度的应用在各种类型的汽车上第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期日汽油发动机的工作原理汽油发动机是一种使汽油和空气的混合物在其缸体内部燃烧产生热能，并将热能转变为机械能的动力装置目前汽车采用的发动机多数是内燃机，无论是以汽油机为代表的点燃式还是以柴油机为代表的压燃式，都是将燃料燃烧放出的热能转换为机械能，并通过机械系统进行有效输出的机器第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期日为了产生动力，汽油发动机必须先将燃料和空气吸入气缸，经过压缩后使之燃烧发出热能，再通过曲柄连杆机构转化为机械能，最后还要将燃烧后的废气排出气缸，至此，完成一个工作循环此循环周而复始的进行，发动机便连续不断产生动力第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期日四冲程发动机的工作循环，按其作用分为进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程见图第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期日发动机常用名词空燃比-混合气中空气与汽油的质量之比通常用A/F表示理论空燃比-理论上1Kg汽油完全燃烧所需要的空气为14.7Kg，因此把空燃比为14.7Kg的混合气称为标准混合气，14.7：1被称为理论空燃比上止点-是活塞顶平面在气缸中运动所处最高点下止点-是活塞顶平面在气缸中运动所处最低点行程-从上止点到下止点之间的距离叫活塞行程用长度（mm）表示

气缸工作容积-活塞在气缸内从上止点移动到下止点或由下到上所扫过的气缸容积称之为单缸工作容积（L升）第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期日排量-气缸工作容积*缸数称为排量（L升）压缩比-气缸总容积／燃烧室容积是指单个气缸的总容积与燃烧室容积之比，也就是压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后最小容积之比发动机工况-发动机的工作状况简称工况，通常用发动机的功率与转速或发动机负荷与转速来表示第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期日第一节电控汽油喷射系统

电控汽油喷射系统（缩写为EFI），是利用各种传感器检测并输出发动机工况信号到电控单元ECU，由ECU进行精确计算和综合处理，确定该工况下所需的最佳喷油量，输出喷油信号，控制喷油器的喷油量大小和喷油时机。使发动机获得最大的功率、最低的油耗和最小的污染第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期日一、电控汽油喷射系统的分类按检测进气量方式分有：压力型和流量型压力型（D）电控汽油喷射系统基本特点是：ECU根据节气门后方进气管内安装的压力传感器测量的进气压力（该压力是负压，它表示发动机的负荷）和发动机转速信号，确定发动机的基本喷油量流量（L）型电控汽油喷射系统基本特点是：ECU根据安装在空气滤清器之后的空气流量传感器测量进气流量（它表示发动机的负荷）和发动机转速信号，确定发动机的基本喷油量第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期日按控制模式分有：开环控制和闭环控制开环控制是指发动机运转时，ECU根据各个传感器的输入信号，判断发动机的目前所处的运行工况，找出事先存储在ROM中所对应的基本喷油量的数据，按照ECU内的预先设置的程序和修正计算方法进一步优化处理，确定出发动机在该工况下的最佳喷油量并发出控制信号，驱动电磁喷油器动作，从而达到精确地控制混合气的空燃比第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期日开环控制的优点是：简单易行。但控制精度直接取决于ECU储存的基本数据的准确度、程序及处理方法的适用度、各种传感器的性能和精度及电磁式喷油器调整精度等当喷油器和传感器性能变化时混合气就不能保持在原预设的空燃比值上。不能通过反馈控制喷油量的自行修正因此，它对发动机及控制系统的各个组成部分精度要求高，系统本身抗干扰能力较差，当使用工况超过预定范围时，不能实现最佳控制第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期日闭环控制它是在排气管上加装1-2个氧传感器，以随时检测废气中的氧含量，并将检测结果转变为电信号及时反馈给ECU，ECU可随时修正喷入气缸的燃油量，使混合气的空燃比保持在理论空燃比的附近，得到最好的三元催化效果第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期日闭环控制的优点是：空燃比精度高，可消除因元器件质量和磨损等引起的性能变化对空燃比的影响，工作稳定性好，抗干扰能力强。可保证发动机运行在理论空燃比14.7附近很窄的范围内，使三元催化装置对排气净化处理达到最佳效果但是，由于发动机某些特殊运行工况（如起动、暖机、加速、怠速满负荷）等，需要控制系统提供较浓的混合气来保证发动机的各种性能因此，在现代汽车发动机电控汽油喷射系统中，常采用开环与闭环相结合的混合控制方式第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期日按喷油器数目分类有：单点喷射（SPI）和多点喷射（MPI）单点喷射（SPI）单点喷射是在节气门上方，只安装一个或两个喷油器，将汽油集中喷射在进气管中，又称为节气门喷射或集中喷射多点喷射（MPI）多点喷射是每个气缸安装一个喷油器，将汽油直接喷射到各个气缸进气门前方，又称为进气门喷射单点喷射与多点喷射相比，结构简单第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期日二、电控汽油喷射系统的组成与基本原理

电控汽油喷射系统（EFI）一般由空气供给系统、燃油供给系统、电控系统三大部分组成。具体组成部件因电控汽油喷射系统的类型、生产厂家及生产年代而不相同图为L型电控汽油喷射系统组成

第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期日该系统的燃油供给系统主要由：汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、喷油器、冷起动喷油器、油压调节器、回油管等组成空气供给系统主要由：空气滤清器、空气流量传感器、节气门、辅助空气阀、进气歧管、进气门等组成电控系统主要包括：ECU和各种传感器等，如发动机转速传感器、空气流量传感器、节气门位置传感器、冷却水温度传感器、进气温度传感器、氧传感器等第十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期日电控汽油喷射系统电工作时，ECU接收空气流量传感器和发动机转速传感器输入的信号，计算出基本喷油量，再根据其它各种传感器等输入的与发动机工况有关的信号，对基本喷油量进行修正，确定出与发动机工况相适应的最佳喷油量，并输出一个与最佳喷油量相对应的有一定脉冲宽度的的喷油信号，经驱动电路放大后，控制电磁式喷油器的喷油时间，将适量的燃油喷入进气管或气缸第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期日

三、喷油正时控制喷油正时控制是指ECU控制电磁式喷油器什么时刻开始喷油电控汽油喷射系统大多采用多点间歇式喷射方式，其喷射方式是断续进行的，每次喷射都有一个持续期和间歇期多点间歇式喷射可分为：同步喷射和异步喷射第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期日同步喷射--是指喷油频率与发动机转速同步由曲轴位置传感器触发异步喷射--是指喷油频率与发动机转速无关，多属于临时补充供油性质，如急加速时的补充喷油等同步喷射可分为：同时喷射、分组喷射和顺序喷射第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期日同时喷射早期生产的电控汽油喷射系统，通常采用间歇同时喷射喷油正时控制方式如图其特点是：所有喷油器均并联，共用一个之所以油器驱动电路。ECU根据曲轴位置传感器的信号来触发驱动电路，控制功率三极管的导通和截止，同时接通或切断各喷油器的电磁线圈电路，使喷油器同步动作，产生喷油过程。通常曲轴每转一圈，喷油器喷射一次，第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期日同时喷射方式中各缸喷油器同步动作，喷油正时与发动机进气、压缩、作功、排气的循环无关。因此，各缸喷油器的喷射时刻不可能达到最佳，造成各缸混合气浓度不均匀但因其方式简单、对各缸活塞位置不需要判定，故目前一些汽车上仍采用第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期日分组喷射是指喷油器喷油过程分组进行如图四缸发动机的喷油器通常分为两组，ECU控制两组喷油器交替进行喷射。其工作原理与同时喷射方式相同，也是由曲轴位置传感器的信号触发第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期日顺序喷射又叫独立喷射，喷油器每循环各喷射一次，但喷油过程是按照特定的顺序依次独立进行。如图第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期日顺序喷射的控制系统通常需具备气缸位置判定功能，曲轴位置传感器可用来提供轴轴转角信号及活塞位置判断信号。ECU可根据曲轴位置传感器的输出信号，准确判断活塞位置，及时驱动相应的喷油器线圈，喷油器开启喷油。喷油时刻通常控制在各缸排气行程的上止点前70度左右为宜第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期日因顺序喷射的喷油时间可以设置在最佳时间进行，控制精度好，混合气形成十分有利，故对提高发动机的燃油经济性及环保有利但其控制系统的电路及控制软件较为复杂所以多应用在高档轿车的发动机电控汽油喷射系统第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期日

四、喷油量控制在电控燃油喷射系统中，传感器将发动机的各种工况信号提供给ECU，ECU根据这些信号控制喷油器喷射适量的燃油或中断喷油，以满足发动机各种工况的需要喷油器的喷油量分为：基本喷油量和补充（额外）喷油量第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期日

其控制原理如下：基本喷油量发动机一转动就会产生两个信号：发动机转速信号和负荷状况信号发动机转速信号由转速传感器提供发动机负荷信号由空气流量计或进气管压力传感器所测量的进气量决定ECU根据这两个信号所决定的喷油量称为基本喷油量第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期日补充喷油量在许多工况下，除基本喷油量外，还需要额外喷油量，如：在起动时或大负荷工况下，需供给发动机补充喷油量在电控汽油喷射系统中精确地提供喷油量，是由ECU收集各种传感器送来的信号运算后决定的。它根据实际需要提供喷油量，因此使用电控汽油喷射系统，具有省油、动力性好、污染小一系列优点第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期日冷却液温度决定的补充喷油量只要冷却液温度低于80度，冷却液温度传感器测量冷却液温度后产生补充喷油信号。因此，冷却液温度不同，由其所决定的补充喷油量也不同空气温度决定的补充喷油量只要空气温度低于40度，进气温度传感器就能十分精确的测量进气温度变化，产生所需的补充喷油量信号，当进气温度高于40度时，产生较少补充喷油量的信号第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期日节气门开度决定的补充喷油量当节气门开度变化时，由节气门位置传感器内的怠速触点和全开触点的接通或断开或节气门电阻值的变化，可测量节气门的开关变化情况，发出补充喷油量的信号第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期日点火开关决定的补充喷油量点火开关在“ST”（起动）位置时，产生补充喷油量信号。点火开关所控制的补充喷油量有以下四个方面冷起动补充喷油量当点火开关位于“ST”位置时，冷车起动阀起作用，将补充喷油量喷入进气管，可使发动机在较短的时间内起动第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期日起动补充喷油量无论冷却液温度高、低，只要点火开关位于“ST”位置时，发动机就会得到一定量的补充喷油量。此补充喷油量受点火开关控制，只要点火开关在“ST”位置上，就存在补充喷油量第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期日起动后补充喷油量发动机起动后，点火开关由“ST”档转到“ON”（点火）档，此时起动补充喷油量消除，起动后补充喷油量建立起来随着发动机运转时间增长，“起动后补充喷油”逐渐减少，最后为0

起动后补充喷油量的多少由冷却液决定第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期日怠速后补充喷油量在怠速工况下，当踩下加速踏板使汽车起步时，怠速后补充喷油量的供给，能使汽车较为平稳地起步和加速，此喷油量依据冷却液温度自动控制此外，还有节气门全开补充喷油量节气门全开是指节气门开启34度以上时的补充喷油，节气门全开补充喷油可使发动机在行驶时达到最平稳和最佳燃烧值状态。节气门全开补充喷油量大约是基本喷油量的13%左右第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期日油量中断减速断油当发动机减速，特别是在汽车紧急制动时，ECU会向喷油器发出停止喷油的信号，使燃油供应中断。此功能可节省燃油、减少污染、使汽车有良好的制动效果燃油中断信号是在放开加速踏板时，节气门位置传感器