发动机综合控制系统

第八章发动机综合控制系统

将电控汽油喷射技术和电控点火有机结合，使得最佳空燃比控制、排放控制、点火提前角、闭合角及抗爆燃性能有了极大的提高。1发动机电子控制系统的优点1）提高充气效率，增加发动机输出功率和转矩；2）有效控制爆燃，可提高压缩比；3）采用高性能点火装置，可燃用稀薄混合气；4）提高冷启动性和加速性；5）对混合气成分和点火提前角的精确控制，使发动机处于最佳工作状态；6）多点燃油喷射使各缸混合气更加均匀；7）节省燃油减少有害气体排放；发动机综合控制系统2主要控制内容及功能（1）电控燃油喷射；（6）增压控制；（2）电控点火装置；（7）报警提示；（3）怠速控制；（8）自我诊断与报警（4）排放控制；（9）失效保护；（5）进气控制；（10）电脑故障备用；发动机综合控制系统（1）电控燃油喷射1）喷油量控制；2）喷油正时控制；3）减速断油及限速断油；4）燃油泵控制发动机综合控制系统（2）电控点火装置1）点火提前角控制；2）通电时间与恒流控制；3）爆燃控制；发动机综合控制系统（4）排放控制1）废气再循环控制；2）开环与闭环控制；3）二次空气喷射控制；4）活性炭罐电磁阀控制；发动机综合控制系统（5）进气控制1）动力阀控制:依据负荷不同，控制真空电磁阀，以控制动力阀，改善充气效率，提高输出转矩和动力；2）涡流控制阀：依据负荷和转速控制真空电磁阀，以控制涡流阀，改善大负荷充气效率，提高输出转矩和动力；发动机综合控制系统1.按燃油喷射部位分类缸内喷射；缸外喷射2.按喷油器的数目分类单点喷射；多点喷射3.按进气量的检测方式分类D型；L型4.按喷射时序分类同时喷射；分组喷射；顺序喷射第一节：电控汽油喷射系统的分类按燃油喷射部位分类缸内喷射：通过喷油器将燃油直接喷射到气缸内。进气管喷射：通过安装在进气歧管内或进气门附近的喷油器，将燃油喷射后与空气混合形成可燃混合气后再进入气缸。

a）缸内喷射

b）进气管喷射

在节气门上方装一个中央喷射装置，由1～2个喷油器集中喷油。单点喷射系统

每缸进气门处装有一个喷射装置，由ECU控制喷射。燃油分配均匀性好。多点喷射系统插图D型电控燃油喷射系统（根据进气管压力和转速推算）插图L型电控燃油喷射系统（流量计直接测量）同时喷射；分组喷射；顺序喷射以电控单元为控制核心，以空气流量和发动机转速为控制基础，以喷油器为控制对象，保证发动机在各工况下都获得最佳空燃比。第二节发动机电控汽油喷射系统组成和工作原理1.空气供给系统的功能

测量和控制汽油燃烧时所需的空气量，为发动机可燃混合气体的形成提供必须的空气；行驶时，节气门控制；怠速时，由旁通气道或节气门间隙控制。一、空气供给系统一、空气供给系统2.空气供给系统的组成

空气滤清器、进气总管、空气流量计（进气压力传感器）、进气温度传感器，节气门体及节气门位置传感器、进气支管等。一、空气供给系统1.空气供给系统的功能（1）空气流量计1）叶片式空气流量计2）卡门涡旋式空气流量计3）热线式空气流量计4）热膜式空气流量计1）叶片式空气流量计旋转叶片：在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转叶片（测量片）。发动机工作时，进气量愈大，测量片的开启角度也就愈大。（视频）在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的空气涡流（卡门涡流）。旋涡移动的速度（旋涡数量）与空气流速成正比，因此，通过测量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速和流量。（视频）2）卡门涡旋式空气流量计3）热线式空气流量计传感器内部套装有一个取样管，取样管中设有一根直径约70微米的铂金属丝作为发热元件，并制成“Π”形张紧在取样管内。工作时，铂金属丝将被控制电路提供的电流加热到高于进气温度120℃（称为热丝）。3）热线式空气流量计

通过控制发热元件温度与空气温度之差为一恒定值，可根据发热元件的加热电流求得空气气流的流量。（视频）4）热膜式空气流量计

是热丝式传感器的改进产品，其发热元件采用平面形铂金属膜电阻器，增加了发热体的强度，提高了工作可靠性，且无需加热清洁电路。（2）进气压力传感器（视频）一、空气供给系统主要由硅膜片、真空室、混合集成电路、线束连接插头和壳体组成。功能部件是硅膜片和应变电阻。（3）节气门体一、空气供给系统10-节气门11-节气门电计12-应急弹簧13-节气门电机15-怠速开关16-热水进出关口17-节气门拉线装在空气流量计与发动机进气总管之间的进气管上，通过加速踏板控制节气门开度，对发动机输出功率进行控制（4）节气门位置传感器1）线性输出型节气门位置传感器一、空气供给系统ECU通过节气门位置传感器，可以获得表示节气门由全闭到全开的所有开启角度的、连续变化的电压信号，以及节气门开度的变化速率，从而更精确地判定发动机的运行工况。（4）节气门位置传感器2）开关量输出型节气门位置传感器节气门关闭，可动触点与怠速触点接触；节气门全开时，可动触点与全开触点接触；结构简单，造价便宜，检查性能差。一、空气供给系统1-导向凸轮2-节气门轴3-控制杆4-活动触点5-怠速触点IDL6-功率触点PSW7-连接装置8-导向凸轮槽1、燃油供给系统功能向气缸供给燃烧所需的汽油。2、燃油供给系统的组成二、燃油供给系统

1-燃油箱2-电动燃油泵3-燃油滤清器4-回油管5-燃油压力调节器6-油压脉动阻尼器7-喷油器8-输油管9-冷启动喷油器

10-真空管2、燃油供给系统的组成（1）电动汽油泵；（2）压力调节器；（3）喷油器；（4）冷启动喷油器；二、燃油供给系统2、燃油供给系统的组成（1）电动汽油泵二、燃油供给系统电动燃油泵的功用是从油箱中吸入燃油，将油压提高到规定值，然后通过供给系统送到喷油器。燃油泵为喷油器提供油压高于进气歧管压力250~300Kpa的燃油。燃油泵的最高输出油压为450~600Kpa，其供油量比发动机最大耗油量大得多，多余的燃油从回油管返回油箱。（1）电动汽油泵二、燃油供给系统按安装位置分按结构与工作原理分滚柱式涡轮式齿轮式叶片式内装式外装式安装在油箱内部的内置式油泵使用较多。（2）压力调节器；二、燃油供给系统（2）压力调节器；二、燃油供给系统（3）喷油器；二、燃油供给系统

功用：根据发动机ECU发出的喷油脉冲信号，将计量精确的燃油适时、适量地喷入节气门附近的进气歧管内。（3）喷油器；按用途分为：单点喷射用和多点喷射用；按电磁线圈电阻大小分为：低阻式（2~5Ω）和高阻式（12~17Ω）；按驱动方式分为：电流驱动式和电压驱动式；按喷口形式分为：轴针式和孔式。二、燃油供给系统

控制系统的功能是根据发动机工况和车辆运行状况确定汽油的最佳喷射量，使发动机既可获得较大的动力，又具备良好的经济性同时又满足排放的要求。三、控制系统三、控制系统ECU通过空气流量计或进气支管绝对压力传感器的信号计算空气流量；根据计算出发动机的进气量和转速再计算出基本喷油脉宽；根据冷却液温度、进气温度节气门开度等发起动机工况对基本喷油脉宽进行修正，确定最佳空燃比；根据转速和曲轴位置传感器的上止点位置曲轴转角和判缸信号确定喷油正时。三、控制系统（一）喷油正时控制；（二）喷油持续时间控制；（三）断油控制；三、控制系统（一）喷油正时控制；各缸喷袖器并联在一起，电磁线圈电流由一只功率管VT驱动控制。曲轴每转一或两转，各缸喷油器同时喷油一次。由于各缸同时喷油，因此喷油正时与发动机进气-压缩-膨胀-排气工作循环无关。三、控制系统1.同时喷射（一）喷油正时控制；多点燃油分组喷射就是将喷油器喷油分组进行控制，一般将四缸发动机分成两组，六缸发动机分成三组，八缸发动机分成四组。发动机工作时，由ECU控制各组喷油器轮流喷油。发动机每转一圈，只有一组喷油器喷油，每组喷油器喷油时连续喷射1-2次。三、控制系统2.分组喷射（一）喷油正时控制；

在顺序喷射系统中，发动机工作一个循环（曲轴转两圈720°），各缸喷油器轮流喷油一次，且像点火系统跳火一样，按照特定的顺序依次进行喷射。三、控制系统3.顺序喷射（二）喷油持续时间控制；1.启动时喷射持续时间在发动机冷启动时，ECU不是以空气流量传感器信号或进气压力信号作为计算喷油量的依据，而是按照可编程只读存储器中预先编制的启动程序和预定空燃比控制喷油。如果曲轴位置传感器信号表明发动机转速低于300r/min，且节气门位置传感器信号表明节气门处于关闭状态，则判定发动机处于启动状态，并控制运行启动程序。由冷却液温度传感器信号ECU查出冷却液温度-喷油脉宽图的基本喷油脉宽；根据进气温度信号对喷油脉宽作修正（延长或减短）；根据蓄电池电压相应延长喷油脉宽信号，以实现喷油量的进一步修正，即电压修正。

三、控制系统（二）喷油持续时间控制;1.启动时喷射持续时间三、控制系统冷却液温度-喷油脉宽图

喷油脉宽的确定

三、控制系统（二）喷油持续时间控制;1.启动时喷射持续时间（二）喷油持续时间控制;2.启动后喷射持续时间三、控制系统喷油脉宽=基本喷油脉宽×喷油修正系数+电压修正值（二）喷油持续时间控制;2.启动后喷射持续时间基本喷油脉宽是在标准大气状态（温度为20℃，压力为101kPa）下，根据发动机每个工作循环的进气量、发动机转速和设定的空燃比（即目标空燃比）确定。D型电控燃油喷射系统的基本喷油脉宽由发动机转速信号和进气管压力信号确定。L型电控燃油喷射系统的基本喷油脉宽由发动机转速、进气量信号确定。三、控制系统（二）喷油持续时间控制;2.启动后喷射持续时间①起动后加浓。②暖机加浓。③进气温度修正。④大负荷加浓。⑤过渡工况空燃比控制。⑥怠速稳定性修正（D型系统）。三、控制系统（三）断油控制;1．发动机超速断油：当发动机转速超过额定转速（6000~7000r/min）80~100r/min时，ECU控制喷油器停止喷油，限制转速进一步上升，避免发动机超速运行而损坏机件。2．汽车超速行驶断油：某些汽车在汽车运行速度超过限定值时，由ECU根据节气门位置、发动机转速、冷却液温度、空调开关、停车灯开关及车速信号实现断油控制。三、控制系统第三节发动机怠速控制

功能：用高怠速实现发动机起动后的快速暖机过程；自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转。第三节发动机怠速控制一、怠速控制系统组成1、冷却液温度信号2、A/C开关信号3、空挡位置开关信号4、转速信号5、节气门位置信号6、车速信号7、执行元件第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（1）节气门直动式（2）旁通空气式第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（1）节气门直动式1、节气门2、进气管3、节气门操纵臂4、执行元件5、怠速空气道第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（1）节气门直动式

当直流电动机通电转动时，经减速齿轮机构减速增扭后，再由丝杠机构将其旋转运动转换为传动轴的直线运动。传动轴顶靠在节气门最小开度限制器上，发动机怠速运转时，ECU根据各传感器的信号，控制直流电动机的正反转和转动量，以改变节气门最小开度限制器的位置，从而控制节气门的最小开度，实现对怠速进气量进行控制的目的。第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；1）真空控制式；2）步进电机式；3）旋转电磁阀式；4）占空比式；第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；（1）步进电机式；（2）旋转电磁阀时；（3）占空比式；第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；1）步进电机式；第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；1）步进电机式；第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；1）步进电机式；步进电动机型怠速控制阀步进电动机

1-控制阀2-前轴爪3-后轴承4-密封圈1-线圈A2-线圈B3-爪极5-丝杠机构7-定子6-线束连接器8-转子4-定子B5-转子6-定子A第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；1）步进电机式；转子是一个具有N、S极的永久磁铁，定子有两个相独立的绕组。依次按顺序向绕组输入4个脉冲信号，电机就会沿顺或逆时针方向转动。第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；3）旋转电磁阀式；

控制阀安装在阀轴的中部，阀轴的一端装有圆柱形永久磁铁，永久磁铁对应的圆周位置上装有位置相对的两个线圈。第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；3）旋转电磁阀式；

由ECU控制两个线圈的通电或断电，改变两个线圈产生的磁场强度，与永久磁铁形成的磁场相互作用，即可改变控制阀的位置，调节怠速空气口的开度，以实现怠速空气量的控制。第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；3）旋转电磁阀式；当占空比为50%时，两线圈的平均通电时间相等，两者产生的磁场强度相同，电磁力相互抵消，阀轴不发生偏转。当占空比大于50%，两个线圈的平均通电时间一个增加，而另一个减小，两者产生的磁场强度也不同，阀轴偏转一定角度，控制阀开启怠速空气口。占空比越大，两个线圈产生的磁场强度相差越多，控制阀开度越大。ECU通过控制脉冲信号的占空比即可改变控制阀开度，从而控制怠速时的空气量。ECU控制的占空比调整范围约为18%~82%。第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；3）旋转电磁阀式；占空比-指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。通电周期一般是固定的，所以占空比增大，即是延长通电时间。第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；4）占空比电磁阀式；结构特点：主要由电磁线圈、复位弹簧、阀芯、阀座、固定铁心、活动铁心、进气口和出气口等组成。第三节发动机怠速控制二、怠速控制执行机构及控制方法（2）旁通空气式；4）占空比电磁阀式；工作原理当线圈通电时，线圈产生的电磁力将阀杆吸起，使控制阀打开。控制阀的开度取决于线圈产生的电磁力大小，ECU通过控制输入线圈脉冲信号的占空比来控制磁场强度，以调节控制阀的开度，实现对怠速空气量的控制。

第四节发动机排放控制一、三元催化转换器、氧传感器与闭环控制二、废气再循环控制三、活性碳管蒸发污染第四节发动机排放控制一、三元催化转换器、氧传感器与闭环控制1、三元催化转换器

三元催化转化器TWC安装在排气管中部消声器内，其功能是利用含有铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）等贵重金属的催化剂在300~900℃的温度下将发动机排出废气中的NOx、HC、CO这些有害气体转化为无害气体，从而实现对废气的净化。第四节发动机排放控制一、三元催化转换器、氧传感器与闭环控制1、三元催化转换器只有在理论空燃比14.7附近，三元催化转化器的转化效率最佳，一般通过氧传感器信号对空燃比进行反馈控制。第四节发动机排放控制一、三元催化转换器、氧传感器与闭环控制2、氧传感器

氧传感器的作用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将该信号转变为电信号输入ECU。ECU根据氧传感器信号，对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制（闭环控制），从而将空燃比控制在理论值14.7:1附近，使发动机得到最佳浓度的混合气，从而降低有害气体的排放和节约燃油。第四节发动机排放控制一、三元催化转换器、氧传感器与闭环控制2、氧传感器氧化锆式和氧化钛式两种类型；氧化钛氧传感器的安装螺纹直径为14mm，而氧化锆氧传感器的安装螺纹直径为18mm，两者不能互换。丰田凌志、上海别克为氧化锆式，上海桑塔纳、一汽捷达为氧化钛式。氧化钛式应用较多。根据是否加热又分为加热型与非加热型，氧化钛式一般都为加热型。按在排气管中的安装数量分类氧传感器分为单氧传感