項目一發(fā)動機電控系統(tǒng)認識

1、項目一發(fā)動機電控系統(tǒng)認識【項目描述】現(xiàn)代汽車技術(shù)是現(xiàn)代高科技迅速發(fā)展的集中體現(xiàn)，它實際是機械、電子、計算機、控制工程、材料 工程、生物工程和信息技術(shù)等多學科技術(shù)交叉的產(chǎn)物。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展和人 們對汽車的要求日益提高，現(xiàn)代汽車正在向電子化、智能化方向發(fā)展。目前汽車上，特別是轎車上的電子 控制部件越來越多，基本上占汽車總成本的 1/3還多?，F(xiàn)代汽車實際上已經(jīng)成為以計算機為控制核心的計 算機控制系統(tǒng)，汽車電子控制系統(tǒng)的性能好壞直接影響到汽車的動力性、經(jīng)濟性、可靠性、安全性、排放 凈化級舒適性。學習目標1. 知識目標（1）了解發(fā)動機電控系統(tǒng)的發(fā)展歷程；（2）掌握發(fā)動機電控系統(tǒng)

2、的控制內(nèi)容及功能；（3）了掌握發(fā)動機電控系統(tǒng)的基本組成及控制原理。2. 技能目標（1 ）能夠按照維修手冊查找發(fā)動機各電子元器件的名稱及安裝位置；（2）能夠獨立完成發(fā)動機電子元器件的識別任務。任務認知發(fā)動機電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)【任務目標】1 了解發(fā)動機電控系統(tǒng)的發(fā)展歷程；2 掌握發(fā)動機電控系統(tǒng)的控制內(nèi)容及功能；3 掌握發(fā)動機電控系統(tǒng)的基本組成、控制原理、各電子元器件的名稱及安裝位置?！颈貍渲R】、發(fā)動機電子控制技術(shù)的發(fā)展1. 汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展汽車電子技術(shù)發(fā)展始于20世紀60年代，分為三個階段：第一階段，從20世紀60年代中期到70年代中期，主要是為了改善部分性能而對汽車產(chǎn)品進行的技 術(shù)改造，如在車

3、上裝了晶體管收音機。側(cè)重于開發(fā)單獨性的電子零部件，從而改善單個機械部件的性能。如整流器、調(diào)節(jié)器、晶體管無觸點 點火系統(tǒng)、電子時鐘等。設計上是局部的，沒有系統(tǒng)的觀念。第二階段，從20世紀70年代末期到90年代中期，為解決安全、污染、和節(jié)能三大問題，研制出電 控汽油噴射系統(tǒng)、電子控制防滑制動裝置和電控點火系統(tǒng)。側(cè)重于一些獨立的控制系統(tǒng)，如發(fā)動機控制系統(tǒng)、ABS控制系統(tǒng)、安全氣囊、巡航控制系統(tǒng)等。該階段是汽車電子化快速發(fā)展的時期，各個單獨系統(tǒng)的控制技術(shù)逐漸成熟第三階段，20世紀90年代中期以后，電子技術(shù)廣泛的應用在底盤、車身、和車用柴油發(fā)動機多個領 域。汽車電子系統(tǒng)的設計更加從整體的角度來考慮，開始

4、廣泛應用計算機網(wǎng)絡技術(shù)與信息技術(shù)，使汽車更 加自動化、智能化，并向汽車與社會環(huán)境的聯(lián)結(jié)方向轉(zhuǎn)移。2. 發(fā)動機電子控制技術(shù)的發(fā)展汽車發(fā)動機電子控制技術(shù)的發(fā)展歷程大致如下：1934年，德國采用萊特兄弟(Wright brothers )發(fā)明的向發(fā)動機進氣管內(nèi)連續(xù)噴射汽油來配制混合 氣的技術(shù)，研制成功世界第一架采用燃油噴射式發(fā)動機的軍用戰(zhàn)斗機。1952 年，德國博世(Bosch)公司研制成功世界第一臺機械控制汽油噴射式發(fā)動機，汽油直接噴入氣 缸內(nèi)，利用氣動式混合氣調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)空燃比(A/F)，配裝在梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz) 300L型賽車 上。1958年，博世公司研制成功向進氣管內(nèi)

5、噴射汽油的機械控制汽油噴射式發(fā)動機，采用機械式油量分配器調(diào)節(jié)空燃比，配裝在梅賽德斯-奔馳220S型轎車上。1967年，博世公司研制成功機械控制式(K-Jetronic )汽油噴射系統(tǒng)。1982年在機械控制式系統(tǒng)的 基礎上改進研制出機電結(jié)合式(KE-Jetronic )汽油連續(xù)噴射系統(tǒng)。1967年，德國博世(Bosch)公司開始批量生產(chǎn)D型(D-Jetronic )燃油噴射系統(tǒng)。1973年，德國博世(Bosch)公司在D型(D-Jetronic )燃油噴射系統(tǒng)的基礎上，改進發(fā)展成為L型(L-Jetro nic )燃油噴射系統(tǒng)，控制精度大大提高。1973年，美國通用汽車公司(GM在生產(chǎn)的汽車上開始

6、將分立元件式電子點火控制器改用集成電路式(IC)點火控制器。1974 年，美國通用汽車公司開始加大火花塞的電極間隙，采用高能點火裝置，將點火線圈和集成電路式點火控制器安放在分電器殼體內(nèi)。1976 年，美國克萊斯勒(Chrysler )汽車公司生產(chǎn)的汽車開始研制并在同年配裝微機控制點火系統(tǒng)， 命名為電子式稀混合氣燃燒系統(tǒng)(ELBS。1977 年，美國通用汽車公司開始采用微機控制點火系統(tǒng)，取名為MISAF系統(tǒng)1978 年，福特公司在EEC微機控制系統(tǒng)的基礎上，增加了空燃比反饋控制和怠速轉(zhuǎn)速控制等控制內(nèi)容， 命名為EEC-H系統(tǒng)。1978年，美國通用汽車公司研制成功了可以同時控制點火時刻、空燃比、廢

7、氣再循環(huán)和怠速轉(zhuǎn)速的微機控制系統(tǒng)，命名為C-4系統(tǒng)。1979 年，德國博世公司在L型燃油噴射系統(tǒng)的基礎上，將點火控制與燃油噴射控制組合在一起，并采用數(shù)字式計算機進行控制，從而構(gòu)成當今廣泛采用的Motronic控制系統(tǒng)。1979 年，日本日產(chǎn)(Nissan)汽車公司也研制成功了能綜合控制點火時刻、空燃比、廢氣再循環(huán)和怠 速轉(zhuǎn)速的發(fā)動機集中控制系統(tǒng)(ECC$,該系統(tǒng)具有自診斷功能，配裝在公爵王(Cedric )和光榮(Gloria ) 轎車上。1980年，日本豐田(Toyota)汽車公司研制成功了能綜合控制點火時刻、爆燃、空燃比、怠速轉(zhuǎn)速， 且具有自診斷功能的豐田計算機控制系統(tǒng)(TCCS1981年

8、，德國博世公司又在L型燃油噴射系統(tǒng)的基礎上，用熱絲式空氣流量傳感器取代翼板式空氣流 量傳感器，改進發(fā)展成為LH型(LH-Jetronic )燃油噴射系統(tǒng)1995年，日本三菱(Mitsubishi)汽車公司研制成功電控缸內(nèi)直接噴射汽油發(fā)動機(即GDI系統(tǒng))。2001 年，德國大眾(Volkswagen)集團研制出獨有的 FSI (fuel stratified injection)缸內(nèi)直接噴射系統(tǒng)。二、發(fā)動機電控系統(tǒng)的應用及控制功能目前,無論是國產(chǎn)品牌中的比亞迪、奇瑞、長城，還是合資品牌中的大眾、豐田、標致等車系都采用 了電控發(fā)動機。這些電控汽車憑借其優(yōu)越的技術(shù)性能、使用性能和獨特的魅力，正以銳

9、不可當之勢逐漸占 領國內(nèi)汽車市場。1. 電控技術(shù)對發(fā)動機性能的影響汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)通過電子控制手段對發(fā)動機點火、噴油、空氣與燃油的比率及排放廢氣等進 行優(yōu)化控制，使發(fā)動機工作在最佳工況，達到提高性能、安全、節(jié)能、降低廢氣排放的目的。電控技術(shù)對 發(fā)動機性能的影響：(1) 提高發(fā)動機的動力性通過減小進氣阻力，提高充氣效率，電控系統(tǒng)使得進入氣缸中的空氣得到充分的利用。(2) 提高發(fā)動機燃油經(jīng)濟性通過電控系統(tǒng)來精確的控制在各種運行工況下發(fā)動機所需的混合氣濃度，使燃燒更為充分。(3) 降低排放污染通過電控系統(tǒng)的優(yōu)化控制，提高燃燒質(zhì)量，應用排放控制系統(tǒng)，降低排放污染。（4）改善發(fā)動機的加速和減速性能

10、。在加速或減速運行的過渡工況下，電子控制單元的高速處理功能，使控制系統(tǒng)能夠迅速響應，使汽車 加速或減速反應更靈敏。（5）改善發(fā)動機的起動性能。在發(fā)動機起動和暖機過程中，控制系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機溫度變化，對進氣量和供油量進行精確控制，從 而保證發(fā)動機順利起動和平穩(wěn)經(jīng)過暖機過程，可明顯改善發(fā)動機的低溫起動性能和熱機運轉(zhuǎn)性能此外，電控系統(tǒng)對發(fā)動機各種運行工況的優(yōu)化控制和電控系統(tǒng)的小斷完善，使發(fā)動機的故障發(fā)生率 大大降低。自我診斷與報警系統(tǒng)的應用，提高了故障診斷的速度和準確性，縮短了汽車因發(fā)動機故障而停 駛的時間，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。2. 發(fā)動機電控系統(tǒng)及功能（1）電控燃油噴射系統(tǒng)（EFI）根據(jù)

11、進氣量確定基本噴油量，再根據(jù)其他傳感器（如冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等）信號 等對噴油量進行修正，使發(fā)動機在各種運行工況下均能獲得最佳濃度的混合氣，從而提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性。同時還包括噴油正時控制、斷油控制、燃油泵控制。（2）電控點火系統(tǒng)（ESA根據(jù)各相關傳感器信號，判斷發(fā)動機的運行工況和運行條件，選擇最理想的點火提前角點燃混合氣， 從而改善發(fā)動機的燃燒過程，以實現(xiàn)提高發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和降低排放污染的目的。（3）怠速控制系統(tǒng)（ISC）是在發(fā)動機怠速工況下，根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度、空調(diào)壓縮機是否工作、變速器是否掛入擋位等，通 過調(diào)節(jié)空氣通路面積對發(fā)動機的進氣量進行控制，使

12、發(fā)動機隨時以最佳怠速轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。（4）排放控制系統(tǒng)主要是對發(fā)動機排放控制裝置的工作實行電子控制。排放控制的項目主要包括：廢氣再循環(huán)（EGR控制，活性炭罐電磁閥控制，氧傳感器和空燃比閉環(huán)控制，二次空氣噴射控制等。（5）進氣控制系統(tǒng)主要是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的變化，對發(fā)動機的進氣進行控制，以提高發(fā)動機的充氣效率，從而改 善發(fā)動機動力性。其主要包括慣性增壓控制系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓控制系統(tǒng)、可變氣門正時進氣系統(tǒng)等。（6）自診斷與報警系統(tǒng)用來提示駕駛員發(fā)動機有故障；同時，系統(tǒng)將故障信息以設定的數(shù)碼（故障碼）形式儲存在存儲器中, 以便幫助維修人員確定故障類型和范圍 。（7）失效保護系統(tǒng)電控系統(tǒng)工作中，當自診斷

13、系統(tǒng)判定某傳感器或其電路出現(xiàn)故障 （失效）時，由自診斷系統(tǒng)起動而進入 工作狀態(tài)，給ECU提供設定的標準信號來替代故障信號，以保持控制系統(tǒng)繼續(xù)工作，確保發(fā)動機仍能繼續(xù) 運轉(zhuǎn)。（8）應急備用系統(tǒng)當ECU內(nèi)的微處理器或少數(shù)重要的傳感器出現(xiàn)故障、車輛無法行駛時，該系統(tǒng)使ECUE燃油噴射和點火正時控制在設定的水平上，作為一種備用功能使汽車能維持基本行駛，以便把汽車開到最近的維修站或 適宜的地方，所以又可稱為回家系統(tǒng)。三、發(fā)動機電控系統(tǒng)的組成及控制過程1. 發(fā)動機電控系統(tǒng)組成任何一種電子控制系統(tǒng)，其主要組成都可分為信號輸入裝置、電子控制單元（ECU和執(zhí)行元件三部分，3部分相互之間的關系如圖1-1所示。圖1

14、-1傳感器、ECU執(zhí)行器之間的關系信號輸入裝置一一各種傳感器，采集控制系統(tǒng)的信號，并轉(zhuǎn)換成電信號輸送給ECU電子控制單元一一ECU給各傳感器提供參考電壓，接受傳感器信號，進行存儲、計算和分析處理后 執(zhí)行器發(fā)出指令；執(zhí)行元件一一由ECU控制，執(zhí)行某項控制功能的裝置。（1）信號輸入裝置發(fā)動機控制系統(tǒng)的信號輸入主要是通過各種傳感器或其他控制開關將各種控制信號輸入ECU發(fā)動機控制系統(tǒng)用的傳感器和輸入信號只要有以下類型：空氣流量計一一測量發(fā)動機的進氣量，將信號輸入 ECU進氣絕對壓力傳感器一一測量進氣管內(nèi)氣體的絕對壓力，將信號輸入ECU節(jié)氣門位置傳感器一一檢測節(jié)氣門的開度及開度變化，信號輸入ECU凸輪軸

15、位置傳感器一一提供曲軸轉(zhuǎn)角基準位置信號。曲軸位置傳感器一一檢測曲軸轉(zhuǎn)角位移，給 ECU提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和曲軸轉(zhuǎn)角信號。進氣溫度傳感器一一檢測進氣溫度信號。冷卻液溫度傳感器一一給ECU提供冷卻液溫度信號。車速傳感器一一檢測汽車的行駛速度，給 ECU提供車速信號（SPD言號）。氧傳感器一一檢測排氣中的氧含量。爆燃傳感器一一檢測汽油機是否爆燃及爆燃強度?？照{(diào)開關一一當空調(diào)開關打開，空調(diào)壓縮機工作，發(fā)動機負荷加大時，由空調(diào)開關向ECU俞入信號。檔位開關一一自動變速器由空檔掛入其他檔時，向ECU俞入信號啟動開關一一發(fā)動機啟動時，給ECU提供一個啟動信號。制動燈開關一一制動時，向ECU提供制動信號。動力

16、轉(zhuǎn)向開關當方向盤由中間位置向左右轉(zhuǎn)動時，由于動力轉(zhuǎn)向油泵工作而使發(fā)動機負荷加大， 此時向ECU俞入信號。巡航控制開關當進入巡航控制狀態(tài)時，向 ECU俞入巡航控制狀態(tài)信號。(2) ECUECU的主要功能如下：1) 給傳感器提供電壓，接受傳感器和其他裝置的輸入信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；2) 儲存該車型的特征參數(shù)和運算所需的有關數(shù)據(jù)信號；3) 確定計算輸出指令所需的程序，并根據(jù)輸入信號和相關程序計算輸出指令數(shù)值；4) 將輸入信號和輸出指令信號與標準值進行比較，確定并存儲故障信息。5) 向執(zhí)行元件輸出指令，或根據(jù)指令輸出自身已儲存的信息；6) 自我修正功能(學習功能)。(3) 執(zhí)行器執(zhí)行器是由ECU空制

17、，執(zhí)行某項控制功能的裝置。一般是由 ECU空制執(zhí)行器電磁線圈的搭鐵回路，也 有的是由ECU控制某些電子控制電路進行控制。發(fā)動機電控系統(tǒng)的執(zhí)行器主要有噴油器、燃油泵繼電器、進氣控制閥、二次空氣噴射閥等。隨著控制 功能的增加，執(zhí)行元件也將會相應的增加。2. 發(fā)動機電控系統(tǒng)的控制過程在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，ECI根據(jù)發(fā)動機控制系統(tǒng)的各傳感器送來的信號，判斷發(fā)動機當前所處的運行工況和工作條件，并從ROM中查取相應的控制參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)中央處理器 (CPU)的計算和必要的修正后，輸 出相應的控制信號，控制發(fā)動機運轉(zhuǎn)。電子控制系統(tǒng)的簡要工作過程：(1) 發(fā)動機起動時，ECUS入工作狀態(tài)，某些程序從 ROM中取出，

18、進入CPU這些程序可以用來控 制點火時刻、燃油噴射和怠速等。(2) 通過CPU勺控制，一個個指令逐個地進行循環(huán)執(zhí)行。執(zhí)行程序中所需要的發(fā)動機信息，來自各 個傳感器。(3) 從傳感器來的信號，首先進入輸入回路進行處理。如果是數(shù)字信號，則直接經(jīng)I/O接口進入微 機；如果是模擬信號，則經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才經(jīng)I/O接口進入微機。（4）大多數(shù)信息暫時存儲在RAM內(nèi)，根據(jù)指令再從RAMX到CPU有時需將存儲在ROM中的參考數(shù)據(jù)引入CPU使輸入傳感器的信息與之進行對比。（5）對來自有關傳感器的每一個信息依次取樣，并與參考數(shù)據(jù)進行比較。（6） CPU對這些數(shù)據(jù)進行比較運算后，作出決定并發(fā)出輸出指令信號，經(jīng)I/O接口，必要的信號還 要經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號，最后經(jīng)輸出回路去控制執(zhí)行器動作。3. 發(fā)動機電控系統(tǒng)的控制方式發(fā)動機電控系統(tǒng)的控制方式可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種，如圖1-2所示。開環(huán)控制一ECU根據(jù)傳感器的信號對執(zhí)行器進行控制