发动机综合控制系统.ppt

8.1.1 汽车电子控制技术的现状与发展,1.汽车电子控制技术的现状 电子技术在解决汽车所面临的油耗、排放、安全、舒适性等方面正起着重要作用。（1）电子控制汽油喷射装置和电子点火装置的应用不仅可节油5%到10%，同时对排气净化也十分有利。（2）电子控制防抱死制动装置的应用不但可使汽车在泥泞路面上高速行驶，而且紧急制动时可防止侧滑，保证汽车安全制动。（3）在实现操纵自动化和提高舒适性等方面也离不开电器与电子设备的应用。随着汽车工业和电子工业的高速发展，汽车上所装用的电器与电子设备的数量将与日俱增，所起的作用也会越来越重要。,第8章发动机综合控制系统,2.汽车电子控制技术的发展 从汽车电子化发展进程来看，可分为三个阶段：（1）从20世纪60年代中期到70年代末期，起步阶段。汽车上运用电子技术主要是对汽车电器产品进行电子技术改造，以改善部分性能。如晶体管电压调节器、交流发电机及晶体管点火装置等。（2）20世纪70年代末期到20世纪90年代中期，发展阶段。得益于超大规模集成电路技术的飞速发展。其主要特征是，广泛采用机电一体化装置，解决机械系统无法解决的复杂的自动控制问题。（3）20世纪90年代中期至今，预计可延续到2010年，智能化阶段。其特征是强调以人车环境为主线的系统工程整体优化，主要体现在智能化上。,8.1.2 汽车电子控制技术应用概况,目前汽车上应用较多、较为成熟的电子控制装置大致可分为四个方面：1.仪表通信 主要包括各种电子仪表，电话及其通信装置、各种报警、多路信息传输、光纤通信传输、惯性导航、卫星导航等。2.发动机及传动系 主要包括发动机电控燃油喷射系统、电控点火系统、发动机辅助控制系统、电控自动变速器系统等。3.安全方面 防抱死制动系统、驱动防滑控制装置、电控悬架系统、安全气囊系统、防撞系统、防盗系统等。4.舒适性方面 空调自动控制、座椅自动调整、自动照明、红外线控制车门开关、车窗及车门自动开关(声控)、高级立体音响、无线电调谐自动预选、无钥匙开车、车用电视机及音响等。,8.2.1 电控汽油喷射系统简介 1.电控汽油喷射系统的发展历程（1）1952年，曾用于二战德军飞机的机械式汽油喷射技术被应用于轿车。（2）机械（K）机电（KE）电子（EFI）EFIElectronic Fuel Injection（3）由单一控制到集中控制 2.电控汽油喷射系统分类 1)按系统控制模式分类(1)开环控制,第8章 发动机综合控制系统,8.2 电控汽油喷射系统概述,(2)闭环控制,采用闭环控制的燃油喷射系统后，可保证发动机在理论空燃比(14.7)附近很窄的范围内运行，使三元催化转换装置对排气的净化处理达到最佳效果。,闭环控制系统又称为反馈控制系统，其特点是加入了反馈传感器，输出反馈信号，反馈给控制器，以随时修正控制信号。,2)按喷油实现的方式分类(1)机械式燃油喷射系统(K系统)如：K-Jectronic(2)机电混合式燃油喷射系统(KE系统)如：KE-Jectronic(3)电子控制式燃油喷射系统(E系统)EFI 由ECU控制 ECUElectronic Control Unit3)按喷油器数目分类（1）单点喷射(SPI Single-Point Injection)（2）多点喷射(MPI Multi-Point Injection),同时喷射 顺序喷射 分组喷射,4)按喷油器的喷射方式分类(1)连续喷射(2)间歇喷射 间歇喷射又可分为：同时喷射；分组喷射；顺序喷射,5)按喷油器的喷射部位分类(1)缸内喷射(2)缸外喷射 由于缸外喷射方式汽油的喷油压力(0.1到0.5MPa)不高，且结构简单，成本较低，故目前应用较为广泛。6)按空气量的检测方式分类（1）直接检测方式，称为质量-流量(Mass-Flow)方式(如K型、KE型、L型、LH型等)L型EFI系统是用空气流量计直接测量发动机吸入的空气量常用的空气流量计有以下几种：叶片式空气流量计(测量体积流量)或称为翼板式空气流量计；卡门旋涡式空气流量计(测量体积流量)；热线式空气流量计(测量质量流量)；热膜式空气流量计(测量质量流量)。,（2）间接检测方式，又可分为:速度-密度(Speed-Density)方式(如D型)节气门-速度(Throttle-Speed)方式。D型EFI系统是通过检测进气歧管的压力(真空度)和发动机的转速，推算发动机吸入的空气量，并计算燃油流量的速度。,L型通过空气流量计直接测量发动机的进气量，比用进气管绝对压力间接测量发动机进气量的方法精度高、稳定性好。,8.2.2 电控汽油喷射系统的基本组成和工作原理 1.电控汽油喷射系统的基本组成和功能 组成：由进气系统、燃油系统、电子控制系统 1)进气系统（又称空气供给系统）功能：提供、测量和控制燃油燃烧时所需要的空气量，(以L型系统为例)。,2)燃油系统 功能：向发动机精确提供各种工况下所需要的燃油量。,组成：油箱、电动燃油泵、过滤器、燃油脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器、冷启动喷油器及供油总管等,3)电子控制系统 功能：是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。组成：传感器、电控单元(ECU)、执行器。,2.电控汽油喷射系统的工作原理,喷油量由喷油器喷孔的横断面面积，汽油的喷射压力和喷油持续时间来决定。喷孔的横断面面积和喷油压力都是恒定的，汽油的喷射量只取决于喷油持续时间。喷油持续时间由ECU根据发动机的各种参数确定,ECU通过输出喷油脉冲信号的长短控制喷油时间,即喷油量大小。,1)D型EFI系统 D型EFI系统的工作原理,1喷油器；2冷启动阀；3燃油压力调节器；4电控单元(ECU)；5节气门位置传感器；6怠速空气调整器；7进气压力传感器；8燃油泵；9滤清器；10水温传感器；11热限时开关,(1)燃油压力的建立与燃油喷射方式(2)进气量的控制与测量(3)喷油量与喷油时刻的确定(4)不同工况下的控制模式 启动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等,2)L型EFI系统,叶片式电控汽油机燃油喷射系统,热线式电控汽油机燃油喷射系统,2)L型EFI系统,3)Mono系统,1汽油箱；2电动汽油泵；3汽油调压器；4油压调节器；5喷油器；6进气温度传感器；7ECU；8怠速控制阀；9节气门位置传感器；10氧传感器；11冷却液温度传感器；12曲轴位置传感器；13蓄电池；14点火开关；15燃油喷射继电器,4)燃油喷射控制喷油正时 喷油正时分为同步喷射和异步喷射 同步喷射指在既定的曲轴转角进行喷射 异步喷射是临时性的补充喷射 同步喷射又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种类型,同时喷射：每转各缸同时喷一次。简单，但不精确。,分组喷射：对每个气缸而言，每2周喷一次。,顺序喷射（独立喷射）：在各缸排气冲程末开始喷油。需要判缸。,(2)喷油量的控制喷油量即喷油持续时间或喷油脉宽 基本喷油持续时间 启动喷油控制（水温确定）进气温度和电压修正 同步喷射 基本喷油持续时间（由进气 启动后喷油控制 量、转速确定）多项修正 启动喷油控制 异步喷射 加速喷油控制,启动喷油控制,启动时的基本喷油时间不是根据进气量和发动机转速确定的，而是根据启动信号和当时的冷却水温度，由内存的水温-喷油时间找出相应的基本喷油时间TP，然后加上进气温度修正时间TA和蓄电池电压修正时间TB，计算出启动时的喷油持续时间。由于喷油器的实际打开时刻较ECU控制其打开时刻存在一段滞后，造成喷油量不足，且蓄电池电压越低，滞后时间越长，故需对电压进行修正。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值A.基本喷油时间 由进气歧管绝对压力或进气量与发动机转速确定。存储在ECU内。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正 a.启动后加浓 喷油量的初始修正值根据冷却水温度确定，然后以一固定速度下降，逐步达到正常。b.暖机加浓,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正 c.进气温度修正,通常以20为进气温度信号的标准温度，低于20时，空气密度大，ECU增加喷油量，使混合气不致过稀；进气温度高于20时，空气密度减小，ECU使喷油量减少，以防混合气太浓。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正 d.大负荷加浓,发动机在大负荷工况下运转时，要求使用浓混合气以获得大功率。大负荷的加浓量约为正常喷油量的10%到30%。e.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、经济性、响应性，空燃比应作相应变化，即需要适量增减喷油量。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正 f.怠速稳定性修正(只用于D型EFI系统),由于压力较转速滞后，转矩也较转速滞后，造成发动机转速上升时，转矩也上升，转速下降时，转矩也下降。为了提高发动机怠速运转的稳定性，ECU根据PIM和Ne信号对喷油量作修正。随真空度P的增加或随转速N的下降而增加喷油量。,(3)断油控制 减速断油 发动机在高速下运行急减速时，节气门完全关闭，为避免混合气过浓、燃料经济性和排放性能变差，ECU停止喷油。当发动机转速降到某预定转速之下或节气门重新打开时，喷油器投入工作,发动机超速断油 为避免发动机超速运行，发动机转速超过额定转速时，ECU控制喷油器停喷。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，停止喷油。,(4)异步喷射 启动喷油控制 除了一般正常的曲轴转一转或两转喷一次油外，在启动信号STA处于接通状态时，ECU从G(G1或G2)信号后检测到第一个Ne信号开始，以一个固定喷油持续时间，同时向各缸增加一次喷油。加速喷油控制 为了改善起步加速性能，在普通电控燃油喷射系统中，ECU根据IDL信号从接通到断开时，增加一次固定喷油持续时间的喷油。有些发动机中，当节气门急速开启或进气量突然变大时(急加速)，为了提高加速响应特性，仅在加速期间，在同步喷射的基础上再加上异步喷射。,8.2 电控汽油喷射系统结构与工作原理,8.2.4 空气供给系统空气滤清器2.节气门体,包括：节气门、节气门位置传感器、怠速旁通气道和调整螺钉等。有些车型的节气门体上还装有节气门回位缓冲器；有些节气门体的外围设有发动机冷却液通道，用以对节气门体加温。怠速控制阀和附加空气阀等也安装在节气门体上,1)怠速旁通气道和怠速调整螺钉 发动机怠速时，空气是通过节气门体上的怠速旁通气道绕过节气门进入进气歧管的，怠速调整螺钉用以改变旁通气道的通道面积，从而控制怠速时的进气量，以调整怠速转速。,怠速旁通道和蜡式怠速空气阀 1节气门；2怠速调整螺钉；3阀芯；4冷却液出口；5冷却液进口；6蜡盒；7进气气流,2)怠速空气阀 作用：在发动机低温运转时，增加进气量，使发动机快怠速运转，加强暖机过程，热机后减少空气量，使发动机由快怠速转入稳定的怠速运转。,怠速旁通道和蜡式怠速空气阀 1节气门；2怠速调整螺钉；3阀芯；4冷却液出口；5冷却液进口；6蜡盒；7进气气流,常用的怠速空气阀有蜡式、双金属片式两种。(1)蜡式怠速空气阀结构与工作原理,(2)双金属片式怠速空气阀,在发动机启动的同时，电流通过加热线圈，使双金属片受热变形。随着温度的逐渐升高，阀片随之缓慢地关闭旁通气道，怠速转速便逐渐降到正常转速。,双金属片式怠速空气阀1出气口；2阀片；3进气口；4双金属片；5进水口；6加热线圈,3.进气管,SPI系统发动机进气管(b)MPI系统发动机进气管(c)MPI系统发动机分开型进气管,8.2 电控汽油喷射系统结构与工作原理,8.2.5 燃油供给系统,一般包括燃油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、汽油压力调节器、脉动阻尼减振器、喷油器和冷启动喷油器等装置。,燃油供给系统1燃油箱；2电动汽油泵；3汽油滤清器；4回油管；5汽油压力调节器；6阻尼减振器；7喷油器；8输油管；9冷启动喷油器；10真空管,分类：按泵体结构的不同，电动汽油泵可分为滚柱式、涡轮式、齿轮式和叶片式；按安装位置的不同，电动汽油泵又可分为内装式和外装式。,1.电动汽油泵,滚柱式电动汽油泵结构示意图 1安全阀；2滚柱泵；3驱动电动机；4单向阀；A进油口；B出油口,1)滚柱式电动汽油泵,滚柱泵工作原理图,滚柱式电动汽油泵的工作原理,特点：容积泵，滚柱泵泵油压力高，但油压脉动性较大，因此在汽油泵出油端还装有脉动阻尼减振器。,2)涡轮式电动汽油泵,涡轮式电动汽油泵 1单向阀；2安全阀；3电刷；4电枢；5磁极；6叶轮；7滤网；8泵盖；9壳体；10叶片,特点：涡流泵，涡轮式电动汽油泵的特点是供油压力的脉动小，供油系统中不需要设置脉动阻尼减振器，但输送效率低。,3)齿轮式和叶片式电动汽油泵,齿轮泵特点：容积泵，泵油压力高，脉动性较滚柱泵稍小。,(a)齿轮式,3)齿轮式和叶片式电动汽油泵,叶片泵特点：涡流泵，泵送汽油及其蒸汽的混合物能力强。,(b)叶片式,双级泵 双级泵由初级泵和主输油泵组成。初级泵(一般为叶片泵)分离蒸汽并以较低的压力输送到主输油泵。,主输油泵一般为齿轮式或涡轮式汽油泵，用以提高压力。双级泵具有良好的热输油性能。,双级电动汽油泵 1初级泵；2主输油泵；3永磁电动机；4壳体,4)电动汽油泵的控制,汽油泵的控制主要包括：汽油泵的开关控制和汽油泵转速控制两个方面。汽油泵的开关控制 汽油泵开关控制的电路,a、只接通点火开关，不起动发动机，主继电器通电，但由于在空气流量计内的油泵开关不通，故电路断开继电器不通，油泵不工作。b、起动时，电路断开继电器线圈L2通时，继电器闭合，油泵工作。c、发动机转动后，油泵开关接通，断路继电器线圈L1通电，保持继电器闭合，油泵工作。d、熄火时，发动机停转，油泵开关断，此时即使点火开关仍接通，断路继电器也断开，油泵停转。,ECU控制的汽油泵电路,与 油泵开关的控制基本相同，只是将油泵开关改为ECU内的开关晶体管VT，而VT的开关取决于分电器内的Ne信号。,(2)油泵的转速控制 电阻器式,a、接通点火开关，不起动发动机，电路断开继电器不通电，油泵不工作；b、起动发动机，电路断开继电器通电，油泵继电器通，油泵工作。此时，由于低速、小负荷，ECU使Fp通电，油泵控制继电器B触点接通，油泵低速；c、高转速、大负荷，ECU的Fp断电，油泵继电器触点A接通，油泵高速。,(2)油泵的转速控制 ECU控制式,燃油泵由油泵控制ECU控制工作。当发动机高速大负荷时，ECU由Fpc端子供给燃油泵ECU信号高电平信号，油泵高速（12v电源电压）；当发动机低速小负荷时，ECU由Fpc端子供给燃油泵ECU信号低电平信号，油泵ECU以9V提供电压至油泵，低速。,2.汽油滤清器,由纸质滤芯再串联一个棉纤维过滤网制成，能滤去直径大于0.01mm的杂质，汽车每行驶40000km才需更换。,3.汽油压力调节器,作用：根据进气歧管压力的变化来调节进入喷油器的汽油压力，使两者保持恒定的压力差。这样，喷油量便惟一地取决于喷油器的持续开启时间，使电控单元能通过控制喷油时间的长短来精确地控制喷油量。,4.汽油脉动阻尼器,作用：减小汽油管路中的压力波动，并抑制喷油器或汽油压力调节器在开启与关闭过程中产生的压力脉冲噪声。,5.喷油器,汽油脉动阻尼器 1空气室；2膜片；3汽油室；A进油；B出油,1)喷油器的组成与工作原理,5.喷油器,2)电磁喷油器的分类(1)按用途分：多点喷射用和单点喷射用两种。(2)按供油方式分：上部供油和下部供油两种。按结构形式分：轴针式和孔式两种。(4)按磁化线圈阻值分：高阻值（12-17）和低阻值（0.6-3）两种。,a、孔式（上供）b、孔式（上供）c、孔式（下供）d、轴针式 e、单点喷射式,3)喷油器的结构,轴针式喷油器 特点是轴针可使汽油环状喷出，有利于雾化；针阀在喷口中往复运动，不易引起喷口堵塞。(2)孔式喷油器 孔式喷油器有：球阀式和片阀式,球阀式喷油器球阀杆为空心杆，质量轻。另外，由于球阀有自动定心作用，因而具有较高的密封性能。,(2)孔式喷油器 孔式喷油器有：球阀式和片阀式,片阀式运动件的惯性质量小，喷油器开启滞后时间短。,(3)单点喷射用喷油器,在单点喷射系统中，将压力调节器、进气温度传感器和1到2只喷油器等器件安装在节气门体上做成一个总成，称为中央喷射单元。,中央喷射单元1压力调节器；2进气温度传感器；3喷油器；4节气门体；5节气门,4)喷油器的驱动与控制,喷油器的驱动方式可分：为电压驱动和电流驱动两种形式。,(a)电流驱动(b)电压驱动低阻值式(c)电压驱动高阻值式,开始喷油时，VT1 导通，由于喷油器为电感元件，电流是逐渐增大，而由于低阻，电流增长快而可增长到较大（48A），使喷油器迅速打开。一旦打开，要维持其开启状态则勿需很大电流，以防发热，故此时电流反馈电阻上端A点电位上升，反馈到喷油器驱动电路，该电路使VT1以20KHZ左右的频率导通和截止，则使其电流平均值在12A。,电流驱动回路无附加电阻，回路的阻抗和感抗均较小，驱动电流大，使喷油器具有良好的响应性。,(1)电流驱动,(2)电压驱动,(a)独立式(b)共用式(c)共用式,对于高阻值喷油器：电压驱动方式可直接驱动。对于低阻值喷油器：需要在驱动回路中加入一附加电阻。附加电阻与喷油器连接：有独立式和共用式两种方式。,6.冷启动喷油器,1)冷启动喷油器的功用、结构与工作原理功用：发动机在低温启动时投入工作，以改善发动机的低温启动性能。现代汽车取消冷启动喷油器。,冷启动喷油器1旋流式喷嘴；2喷射管道；3柱塞阀；4磁化线圈；5电接头；6供油口与滤网；7弹簧；8阀座,5.冷启动喷油器,2)冷启动喷油器的控制(1)定时开关控制,(a)冷启动(b)启动后 定时开关控制电路 1点火开关；2冷启动喷油器；3定时开关；4、5电热线圈,6.冷启动喷油器,2)冷启动喷油器的控制(2)ECU与定时开关协同控制,(a)喷油量控制(b)协同控制电路 ECU与定时开关协同控制(A-开关控制;B-计算机控制)1定时开关；2冷启动喷油器；3水温传感器,1.电子控制单元（ECU）ECU的基本功能：接收传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考电压；将输入的信息转变为微机所能接受的信号。存储、计算、分析处理信息；计算出输出值所用的程序；存储该车型的特点参数；存储运算中的数据；存储故障信息。运算分析；根据信息参数求出执行命令值；将输出的信息与标准值对比，查出故障。输出执行命令；把弱信号变为强的执行命令；输出故障信息。自我修正功能。,组成：传感器、ECU、执行器,8.3 电子控制系统,ECU的组成：输入回路、A/D转换器、微型计算机和输出回路4部分组成。,8.3 电子控制系统,(1)输入回路 输入ECU的传感器信号有两种：一种是模拟信号，另一种是数字信号，从传感器输出的信号输入ECU后，首先通过输入回路，其中数字信号直接输入微机；模拟信号则由A/D转换器转换成数字信号之后再输入微机。,(a)模拟信号(b)数字信号 传感器输入信号的种类,(2)A/D转换器 由传感器输入的模拟信号，微机不能直接处理，要用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，再输入微机。,模拟信号转换处理 1空气流量计；2输入回路；3A/D转换器；4微机,(3)微机微机的功能：根据发动机工作的需要，把各种传感器送来的信号用内存的程序(微机处理的程序)和数据进行运算处理，并把处理结果如燃油喷射控制信号、点火控制信号等送往输出回路。,1-存储器(只读存储器,随机存储器)2-总线 3-输入输出接口,1)空气流量计（型）,叶片式（体积流量型）分类：卡门涡流式（体积流量型）热线式（质量流量型）热式热膜式（质量流量型）(1)叶片式空气流量计,2.传感器,组成：空气流量计由测量叶片、缓冲叶片、回位弹簧、电位计及壳体组成。,叶片式空气流量计结构 1测量叶片；2缓冲叶片；3电动汽油泵开关；4平衡配重；5调整齿圈；6回位弹簧；7电位计；8印制电路板,电位计的测量原理,叶片式空气流量计的特点：结构简单、可靠性高，但进气阻力大，响应较慢且体积较大。,(2)卡门旋涡式空气流量计卡门涡流的形成,卡门旋涡式空气流量计的基本原理 卡门涡流频率（f）=常数（0.2）空气流速（V)/涡流发生器直径（d）空气流量Q=空气流速（V）流通截面积（A）卡门旋涡频率的测量方式有光学式和超声波式两种。,光学式卡门旋涡空气流量计,超声波式卡门旋涡空气流量计,(3)热线式空气流量,组成：感知空气流量的白金热线、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)、控制热线电流的控制电路及壳体等。工作原理：,传热系数、常数；G空气质量流量热电阻在单位时间内散失的热量 H=hA(TH-TA)A热电阻传热面积；TH热电阻温度；TA空气流温度 热电阻单位时间产生的热量 W=I2R 当热电阻处于热平衡时，W=H，且若温差TH-TA保持恒定，电流 I 因此，电流的变化反映了空气流量的变化,热线式空气流量计的电路,特点：热线式空气流量计测量精度高、响应速度快，且进气阻力小。检测的空气的质量流量。,根据白金热线在壳体内安装的部位不同，可分为安装在空气主通道内的主流测量方式和安装在空气旁通道内的旁通测量方式。这两种流量计均具有污物自洁功能,热线式空气流量计结构和工作原理（主流测量方式）,旁通式热线空气流量计（旁通测量方式）1进气温度传感器；2主气道气流；3旁通气道气流；4白金热线,(4)热膜式空气流量计,热膜式不使用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性。,2)进气歧管压力传感器（D型EFI）,(1)膜盒式进气歧管压力传感器,分类：有三种，膜盒式进气歧管压力传感器；应变片式进气歧管压力传感器；电容膜盒式进气歧管压力传感器,2)进气歧管压力传感器（D型EFI）,(1)膜盒式进气歧管压力传感器,2)进气歧管压力传感器（D型EFI）,(2)应变片式进气歧管压力传感器,进气歧管进气压力传感器1半导体应变片；2混合集成电路；3真空室,2)进气歧管压力传感器（D型EFI）,(3)电容膜盒式进气歧管压力传感器,电容膜盒式进气歧管压力传感器 1真空腔；2进气歧管；3氧化铝片；4硅片；5引线,当进气歧管压力发生变化时，氧化铝片弯曲变形，使硅片间的距离随之改变，从而引起电容的变化。,3)节气门位置传感器,作用：将节气门开度转换成电压信号输出，以便ECU控制喷油量。分类：开关式节气门位置传感器和线性节气门位置传感器,(1)开关式节气门位置传感器,(2)线性节气门位置传感器,4)发动机转速和曲轴位置传感器,作用：可提供发动机曲轴位置和转速信号，以确定喷油时刻以及点火时刻。类型：磁脉冲式、光电式、霍尔式 安装位置：曲轴前端，凸轮轴前端，分电器内，飞轮等。,(1)磁脉冲式,实例（丰田）装在分电器内，Ne信号：由24齿转子和Ne信号发生器组成。G信号：由1齿转子和2个信号发生器G1、G2构成。,将G、Ne信号输入ECU，可决定满足发动机多种运转条件的喷射量和喷射时刻，并确定基本点火提前角。,G1、G2、Ne信号实例,转子的齿数、形式、线圈的数目有多种形式：,G信号由一个四齿转子和一个线圈检测，可检测每一缸的压缩上止点位置；Ne信号由一个24齿转子和一个线圈检测。,转子的齿数、形式、线圈的数目有多种形式：,G信号由一个两齿转子和一个线圈检测，Ne信号由一个24齿转子和一个线圈检测。,转子的齿数、形式、线圈的数目有多种形式：,G信号由单齿转子和一个线圈检测。Ne信号由一个四齿转子和一个线圈检测。,霍尔效应：UH=RH霍尔系数D基片厚度I磁场电流B磁场强度,(2)霍尔式传感器,霍尔式传感器的工作原理,霍尔式传感器的结构,1分电器盖；2防尘罩；3、4带有触发叶轮的分电器转子；5触发开关；6固定板；7分电器外壳；8半导体基片；9带导板的磁铁；10专用插座,(3)光电式传感器,组成：发光二极管、光敏二极管、遮光盘和控制电路。,凸轮轴转一周，由360条缝隙所控制的电路将输出360个脉冲信号，每个脉冲信号对应于凸轮轴1转角(曲轴2转角)，此信号作为向微机输入的转速信号(Ne信号)。由缝隙较宽的一缸上止点位置标记和60(或90)间隔缝隙所控制的电路将向微机输入一缸上止点位置信号和缸序判别信号(G信号)。,5)温度传感器,分类：绕线电阻式、热敏电阻式、扩散电阻式、半导体晶体管式、金属芯式和热电偶式等。应用较多的是绕线电阻式和热敏电阻式温度传感器。,(1)绕线电阻式温度传感器,在绝缘绕线架上绕上高纯度的镍线，再罩上适当的外套而制成，用于测量冷却水和进气温度。响应特性较差。(2)热敏式温度传感器 这种传感器也是利用半导体的电阻随温度变化而改变的特性，使其灵敏度高。有NTC(负温度系数)和PTC(正温度系数)两种。虽然灵敏度高，但线性差。,(a)水温传感器结构(b)进气温度传感器结,6)车速传感器,作用：车速传感器信号主要用于发动机怠速和汽车加减速时的空燃比控制。分类：舌簧开关式和光电式两种。,(1)舌簧开关式车速传感器,(2)光电式车速传感器,光电式车速传感器由转子、遮光板、光电传感器及外壳等组成。,7)氧传感器,作用：检测排气中的氧含量，使ECU能对空然比进行反馈控制。类型：二氧化钛型；二氧化锆型,(1)二氧化钛(TiO2)氧传感器,原理：二氧化钛（TiO2）的导电性随排气中氧含的变化而改变，故称之为电阻型氧传感器。正常情况下，二氧化钛电阻很大，但在排气中氧含量很少时，二氧化钛中的氧便逸出，出现晶格缺陷，导电性增加，电阻减小。为了消除温度对电阻的影响，可装温度补偿电阻,也为二氧化钛，但不与废气直接接触，接成桥式电路。,(2)二氧化锆(ZrO2)氧传感器（1）结构,ZrO2可使O2电离，形成浓差电池。在大气侧，O2被电离变成O-2而得电子，故大气侧为+极；在排气侧，由于铂电极的催化作用使排气中的CO和HC氧化，故排气中几乎无氧，大气侧O-2便向排气侧扩散，并在排气侧放出放出电子，变成O2，故排气侧为“一”极。,(2)二氧化锆(ZrO2)氧传感器（2）工作原理,输出电压在理论空燃比附近有突变，过量空气系数=1时突变，1时输出几乎为零，1时输出电压接近1V。,(2)二氧化锆(ZrO2)氧传感器（3）特性,8)爆燃传感器,功用：把爆燃时传到缸体上的机械振动转化成电压信号，输入ECU作为爆燃控制信号。分类：分磁致伸缩式和压电式两种；其中压电式又可分为共振型和非共振型,(1)磁致伸缩式爆燃传感器,当传感器的固有振荡频率与发动机爆燃时的振动频率相同时，传感器输出最大信号。,(2)压电式爆燃传感器,共振型压电式爆燃传感器,原理：选择振荡片的固有频率与被测发动机爆燃时的振动频率一致，则当爆燃发生时两者共振，压电元件有最大谐振输出。,非共振型压电式爆燃传感器,当发动机产生爆燃时，配重块就以一正比于加速度的交变力施加在压电片上，从而产生输出信号。这种爆燃传感器在爆燃时输出的电压较无爆燃时无明显增加，爆燃是否发生是靠滤波器检出传感器输出信号中有无爆燃频率来判别的。,9)开关信号,(1)启动信号(STA),此信号用来判断发动机是否处在启动状态，以便进行启动喷油控制。,9)开关信号,(2)空挡启动开关信号(NSW),在装有自动变速器(A/T)的汽车中，ECU用这个信号区别变速器是处于“P”或“N”(停车或空挡)，还是处于“L”、“2”、“D”或“R”挡行驶状态。,(3)空调信号(A/C),A/C空调信号用来检测空调压缩机是否工作。,3.执行器,控制方式：一般是由ECU控制执行器电磁线圈的搭铁回路（如喷油器），也有的是由ECU控制的某些电子控制电路，如电子点火器等。,在发动机控制系统中的执行器：电磁式喷油器；电火控制器(点火模块)；怠速控制阀、怠速电机；EGR阀等,8.4 电控点火系统,点火控制的控制内容：包括点火提前角控制、通电时间控制和爆燃控制。,电控点火系统的组成 由信号输入装置、ECU和执行器三部分组成。,在所有用的传感器中，除爆燃传感器为电控点火系统所专用之外，其他传感器基本上都与电控燃油喷射系统所共用，而且都由一个ECU集中控制。,1转速传感器；2基准位置传感器；3空气流量计；4水温传感器；5节气门位置传感器；6启动信号；7空调开关A/C；8车速传感器；9输入接口回路；10输入接口回路；11A/D转换器；12输出接口回路；13存储器；14恒定电压电源；15点火器；16IG线圈；17分电器,2.电子点火控制系统工作过程,按高压配电方式可分为两大类：一类是有分电器的，另一类是无分电器的。,1)分电器式电控点火系统,ECU根据各输入信号，确定点火时间，并将点火正时信号IGt送至点火控制器(简称点火器)。当IGt信号变为低电平时，点火线圈初级电路由于功率晶体管的截止而被切断，次级感应出高电压，再由分电器按发火顺序送至相应气缸的火花塞上产生电火花。点火确认信号IGf发生电路的作用是在点火线圈初级电流切断，初级绕组产生自感电动势时，输出点火确认信号IGf给ECU，以监视点火控制电路是否工作正常。如果由于某种原因，偶尔出现一次不正常信号，ECU并不会判定为故障，一般需点火器六次没有点火确认信号(IGf)反馈给ECU，才判定为点火系统故障，停止喷油。,有分电器式电控点火系统1主继电器；2压力传感器；3温度传感器；4基准位置传感器；5转速传感器；6ECU；7EFI 控制；8ESA控制；9点火信号；10通电开始；11点火；12电子点火器；13点火监视回路；14闭合角控制；15点火线圈；16点火开关；17蓄电池；18至分电器；19至发动机转速表,2)无分电器式电控点火系统,无分电器式点火系统的高压配电方式有二极管分配式和点火线圈分配式两种形式。点火线圈分配式点火系统又有双缸同时点火和各缸独立点火方式。,(1)二极管分配式,二极管分配式同时点火的无分电器点火系工作原理图 1一、四缸触发信号；2电子点火控制器；3控制部分；4稳压器；5一初级绕组A；6高压二极管；7次级绕组；8初级绕组B；9二、三缸触发信号,(2)点火线圈分配式,点火线圈分配式无分电器点火系统，有双缸同时点火和各缸单独点火两种形式。,双缸同时点火式,DLI系统的电路图 点火线圈分配式同时点火的无分电器点火系统,双缸同时点火式,单独点火方式,在每一个气缸的火花塞上各配有一个点火线圈。由于无机械配电方式分火头与分电器盖旁电极之间的附加跳火间隙和高压导线，因而能量传导损失、漏电损失小，系统可靠性提高，故障率减少，电磁干扰小。,单独点火方式（日产6缸发动机）,单独点火方式（奥迪5缸发动机）,闭磁路点火线圈 DLI无分电器点火系统采用小型闭磁路点火线圈。,与分电器式电控点火系统所用闭磁路点火线圈相比，在结构上主要有以下两点区别：一是DLI闭磁路点火线圈的初、次级绕组没有连接，各自独立构成回路。二是次级绕组中串联了一只高压二极管，其作用是为避免点火控制器功率晶体管导通时，点火线圈诱生的次级电压造成火花塞误跳火的现象发生。,3.点火提前角控制,点火提前角的控制方法，一般采用以下两种：,1)基本点火提前角乘水温修正系数法（日产）,分三种情况：正常行驶时 实际点火提前角=基本点火提前角水温修正系数,基本点火提前角表格,水温修正系数,怠速及减速时 发动机转速低于1000r/min，点火提前角为16；当冷却水温在50以下、车速不大于8km/h、发动机转速在1200r/min以上时，点火提前角几乎保持在上止点前10不变。50以上、车速大于8km/h时，点火提前角随发动机转速的升高而增大。,启动时 当水温在0以上启动时，其点火提前角均为16；而在0以下启动时，还要适当增加点火提前角。,2)原始点火提前角加基本点火提前角加修正点火提前角控制法（丰田）,实际点火提前角=原始点火提前角基本点提前角修正点火提前角,（1）原始点火提前角：也称为固定点火提前角，为上止点前10，适用以下工况：发动机启动；发动机转速在400r/min以下；节气门位置传感器怠速触点闭合；车速为2km/h；发动机ECU内后备系统开始工作。（2）基本点火提前角：分为怠速和正常行驶两种情况。怠速的基本点火提前角在空调系统工作时为8，空调不工作时为4。正常行驶时的基本点火提前角，以表格的形式存储在ECU的存储器中。,丰田IG-GEL发动机正常行驶的基本点火提前角,（3）修正点火提前角：修正点火提前角分为暖机和稳定怠速两种特性。,丰田IG-GEL发动机暖机时的点火提前特性,丰田IG-GEL发动机稳定怠速时的点火提前特性,当进行空燃比反馈控制时，喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正，喷油量减小时增大点火提前角。,4.通电时间控制,电源电压越高，所需的闭合时间越短，闭合角越小；发动机转速越高，所需闭合时间不变，但闭合角增大。,点火闭合角控制特性,5.爆燃控制,爆燃控制的目的：在不发生爆燃的情况下，尽可能增大点火提前角。爆燃控制系统实际就是加了爆燃传感器的点火控制闭环系统。,爆燃控制的点火提前角,爆燃控制的原理,点火提前角控制示意图,爆燃反馈控制原理,控制内容：怠速控制；进气控制；排放净化系统；8.5.1 怠速控制(ISC)ISCIdle speed Control,8.5 其 他 控 制,怠速控制：是通过调节空气通路面积以控制空气流量的方法来实现怠速控制的。,1.怠速控制装置分类,分类：按控制原理可分为节气门直动控制式和旁通空气控制式两类。,1)节气门直动控制机构,优点是结构简单、工作稳定性好，缺点是采用了齿轮减速机构后执行速度慢、动态响应性差。,2)旁通空气控制机构 类型：步进电机式怠速控制机构；旋转电磁阀式怠速控制机构；占空比型电磁阀怠速控制机构；真空电磁阀怠速控制机构,步进电机式怠速控制机构 步进电机式怠速控制机构的结构和工作原理,步进电机的内部结构 1线圈A；2线圈B；3爪极；4定子B；5转子；6定子A,定子由A、B两组构成，每一级均带有16个齿有铁心，且交错装配，每个铁心上绕有2个定子线圈，且方向相反。转子上制有8对永磁磁极，其N、S极相间排列于转子圆周上，以构成该电机的主磁场。,转子一周分为32个步级进行，每个步级转动一个爪的角度，即11.25(一般步进电动机为2到125个步级)。,步进电机式怠速控制机构的控制电路,步进电机式怠速控制阀的控制过程,初始值设定 为了改变发动机再启动时的启动性能，在发动机 点火开关关闭后，ECU将控制怠速控制阀全部打开，为下次启动做好准备。B.暖机控制 启动后，ECU控制将怠速控制阀关小到当时冷却水温相应的最佳怠速转速值。当水温达70时，暖机控制结束。C.反馈控制 在怠速运转过程中，如果此时由于某种原因使发动机转速与目标转速相差超过20r/min，ECU会对怠速控制阀相应增减旁通空气量，使发动机转速与目标转速相同。,D.怠速转速变化预控制 负荷变化时，为了防止发动机转速变化，ECU控制怠速空气阀提前开大或关小一定的值。其他控制 由于负荷等引起电源电压降低时，ECU会自动控制提高发动机转速，保证系统正常供电。F.学习控制 随着机件的磨损等，ECU原来控制步进电动机的步进数已达不到原来的控制效果，此时发动机会通过发动机转速的反馈控制，使其达到原来的目标值。这种控制方式又称为怠速控制的学习控制功能。,(2)旋转电磁阀式怠速控制机构,(a)结构(b)位置图(c)工作原理 旋转电磁阀怠速控制机构1阀；2双金属带；3冷却水腔；4阀体；5线圈；6永久磁铁；7线圈L2；8轴；9旁通口；10固销；11挡块；12杆,ECU的控制脉冲信号的占空比大小，即控制线圈L1、L2中平均电流的大小，使电磁阀旋转一定的角度。占空比指ECU控制信号在一个周期内通电时间与通电周期之比。当占空比为50%时，线圈L1、L2的平均通电时间相等，产生的磁场作用力相互抵消，阀轴停止转动。占空比超过50%时，线圈L2磁场强度大于线圈L1的磁场强度，阀门转过一定角度，打开旁通口。,(3)占空比型电磁阀怠速控制机构,占空比控制型电磁