发动机电控技术PPT课件.ppt
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1、汽车电子控制技术,引言:乘坐汽车:安全、舒适、快速 汽车的组成:发动机 底 盘 车 身 电气设备 电子控制技术,绪论 电子控制技术在汽车上的应用 一、电子控制技术在发动机上的应用(一)电控汽油喷射 1、控制喷油量 ECU根据发动机转速、负荷确定喷油量,并予以修正,使A/F=14.7。2、控制喷油定时 ECU根据发动机工作顺序对排气行程的气缸控制喷油。,3、控制减速、限速及闭缸断油 4、控制电动油泵 泵油压力、泵油时间及变速泵油(二)电控点火 1、控制最佳点火提前角 2、控制通电时间及最大电流 3、控制爆震(三)怠速控制 热机快怠速 怠速自动提升,(四)排放控制 1、废气再循环 2、排气管废气处
2、理 二次空气供给 三元催化反应器 3、排放污染控制 曲轴箱通风 活性炭罐,二、电子控制技术在底盘 部分的应用(一)制动防抱死系统(二)电控自动变速器(三)电控动力转向(四)电控悬挂(五)巡航控制,三、电子控制技术在行驶安 全方面的应用(一)安全气囊(二)防撞系统(三)前照灯控制,四、电子控制技术在舒适 性方面的应用(一)全自动空调(二)电动座椅 五、电子控制技术在信息 方面的应用(一)信息显示与报警(二)语音信息(三)车用导航,第一篇电子控制技术在汽车发动机上的应用,第一章 概述一、电控燃油喷射系统(EFI)的优点(一)EFI与化油器供油系统的比较 1、化油器供油系统*工作机理:节气门开度控制
3、化油器喉管处的真空度吸油和空气混合*冷起动:手控阻风门加浓混合气*热机后:手控阻风门逐渐打开*突然加速:机械加浓*大负荷:机械、真空同时加浓,2、EFI供油系统*工作机理:节气门开度控制进气量,经空气流量计计量,ECU根据进气量确定喷油量。*冷起动:ECU根据冷却液温度控制延长喷油时间。*热机后:ECU根据冷却液温度的变化控制修正喷油时间。*突然加速:ECU根据发动机转速及节气门开度控制增加喷油时间。*大负荷:ECU根据发动机转速及节气门开度控制增加喷油量。,(二)EFI优点 1、混合气分配及燃油雾化好 提高功率50%;节油5-10%2、减少排放污染 空燃比适宜,混合气完全燃烧:HC+O2H2
4、O+CO2 空燃比不适宜,混合气燃烧不完全:HC+O2燃烧后:一部分生成H2O、CO2;一部分生成HC(冷激);一部分生成CO(缺氧);一部分生成O2(富氧);,空气中的氮气(N2)与燃烧后排出的高温氧(O2)将产生多氧化氮(NOx)HC、CO、NOx 是汽车排放的三害 3、充气效率高、发动机功率大、加速性能及起动性能好,二、电控燃油喷射系统的分类(一)按喷油部位不同 1、缸内喷射直接向缸内喷油(难)2、进气歧管喷射向进气歧管喷油 单点喷射;多点喷射(二)按系统控制方式不同 1、机械控制式(K型)博世公司1967年研制上吸式和下吸式 2、机电混合式(KE型)1993年研制设置电液压差调节器 3
5、、电控燃油喷射 70年代单一控制 80年代开始综合控制,(三)按喷油方式不同 1、连续喷射(K型、KE型)2、间歇喷射 同时喷射;顺序喷射;分组喷射(四)按空气流量检测方式不同 1、直接测量空气流量 体积流量;质量流量 2、间接测量空气流量,第二章 电控燃油喷射系统组成 进气系统;燃油供给系统;点火系统;电控系统;故障自诊断系统;安全功能和后备系统 第一节 进气系统 功用:为可燃混合气的形成提供必须的空气。组成:空气滤清器空气流量传感器怠速调整、节气门及位置传感器、怠速控制阀动力腔进气歧管,一、空气流量传感器(空气流量计)作用:检测发动机工作中的进气量,并转换成电信号送给ECU确定控制喷油量。
6、型式:(一)直接测量空气流量传感器 安装在进气道中 1、体积流量型测量进气量为体积流量(1)翼片式(量板式、叶片式),结构:翼片、电位计及内部电路 翼片:测量叶片进气道 阻尼叶片阻尼室 两叶片铸成一体,以轴为支点转动。轴顶端驱动滑片在镀膜电阻上滑动,同时设有盘形弹簧,用于平衡叶片转动。电位计及内部电路:,检测原理:节气门开度增大进气量增多翼片转动角度增大镀膜电阻值减小电压US减小US/UB减小ECU控制喷油量增加。反之则反。说明:1、内设油泵控制开关,翼片静止,开关断开油泵不工作;翼片转动后,开关闭合油泵工作。2、内设进气温度传感器,对喷油量进行修正。,(2)卡门旋涡式 检测机理:在进气道中设
7、置旋涡发生器,进气中将产生旋涡,其频率f与进气流速v存在如下关系:f=St.v/d St-系数(0.2)d-旋涡发生器直经 通过测知f可求出v,v乘以进气通道截面便可求出进气体积流量。,*反光镜检测方式(振动检测方式),原理:利用进气产生旋涡时,引起压力变化来测知频率。,节气门开度增大进气量增多旋涡频率增高气体压力变化频率增大膜片振动频率高脉冲信号频率高ECU控制喷油量增加。反之则反。,*超声波检测方式,原理 利用进气产生旋涡时,引起气体密度的变化来测知频率。,进气密度均匀,接收波密度均匀;进气密度改变,接收波密度改变。节气门开度增大进气量增多旋涡频率增高气体密度增大接收波密度增加脉冲电压信号
8、频率增高ECU控制喷油量增加。反之则反。,2、质量流量型测量进气量为质量流量,检测机理 在进气道中设置一通电发热体,使其温度与进气温度维持温度差为100。节气门开度增大-进气量增多-发热体被带走的热量多-发热体通过电流增大-信号电压升高,(1)热线式空气流量计,白金热线,直径70um。固装取样管内。取样管安装在进气道中。,热线RH与温度补偿电阻RK、电桥平衡电阻RB、及信号电阻RS组成电桥平衡电路。,工作条件:热线通电产生温度与进入空气温度之差维持在100。工作过程:进气量增加-RH失热(温差低于100)-集成电路A使通过RH电流增大-RS电流增大-信号电压US增大-ECU控制增加喷油量。说明
9、:1、设置自净电路:发动机熄火4S,ECU控制使热线在1S内被加热至1000-除掉杂质。2、RH通过电流大小取决于进气量,其变化范围一般在50mA-120mA。3、因为热线通过电流是进气流量的单一函数,则对进气温度无需进行修正。,(2)热膜式空气流量计,将铂丝、温度补偿电阻RK、电桥平衡电阻RB、及信号电阻RS镀在树脂膜上,在其上覆盖玻璃膜。发热体用铂丝取代白金。精度高、强度好、价钱高。,(二)间接测量空气流量传感器(进气歧管绝对压力传感器)安装:振动较小的车身处或动力腔上 功用:将进气管的气体压力变化,转变成电信号送给ECU,间接反映进气量。型式:,1、压敏电阻式 传感器壳体被硅膜片分割成两
10、个互不相通的腔室。一腔室预置真空,另一腔室导入进气压力。,硅膜片为压力转换元件:正方形、厚3mm,中部光刻形成直径为2mm、厚50um的薄膜;4个应变电阻分别预置在薄膜的两侧。硅膜片受压拱曲时,两个电阻受拉伸长-阻值增大;两个电阻受压缩短-阻值减小。四个电阻以电桥方式连接。,工作原理:硅膜片不受压时,电阻R1=R2、R3=R4,输出信号电压V0=0 硅膜片受压拱曲时,两个电阻受拉伸长-阻值增大;两个电阻受压缩短-阻值减小;电阻R1R2、R3R4,输出信号电压V00 节气门开度增大-进气量增多-膜片拱曲变形大-应变电阻阻值改变量大-输出信号电压值升高,压敏电阻式空气流量传感器与ECU之间的连接;
11、进气压力与输出信号电压之间的关系,2、膜盒式 膜盒由薄金属片焊接而成,其内部被抽成真空,外部与进气歧管相通,膜盒外表压力变化将使其产生膨胀和收缩,从而驱动连杆带动滑片在信号电阻上滑动,产生随进气压力变化的信号电压送给ECU,控制喷油量。,3、可变电容式 两块氧化铝薄膜,用绝缘垫隔开,内表面均贴有金属膜作电极,中部形成真空。电容膜盒装在容器中,容器与进气歧管相通。当进气歧管压力变化时,氧化铝薄膜发生弯曲变形,使金属膜电极间距离发生改变,从而引起电容量的改变。,检测原理:将随进气压力变化的电容值连接到传感器混合集成电路的振荡器电路中,则传感器产生与进气歧管压力成反比的可变频率信号(80-128Hz
12、),ECU根据输入信号的频率便可感知进气歧管的压力。节气门开度增大-进气量增多-进气压力增大-两电极间距离减小-电容量增大-振荡电路振荡频率降低-ECU控制增加喷油量*检测 用示波器(或频率计)测频率 发动机怠速:f=80Hz,且随转速升高而增高;发动机高速:f=120Hz,二、节气门位置传感器 作用:检测节气门开度并转换成电信号送给ECU,用于控制喷油量。安装:节气门轴一端,受节气门轴驱动。型式:滑动电阻式、触点开关式,(一)滑动电阻式(线性输出型),结构滑片镀膜电阻怠速触点接线端子,传感器与ECU连接电路传感器工作电压Vc=5V节气门开度信号VTA怠速触点信号IDL搭铁端子E传感器输出特性
13、,检测原理:*怠速触点信号端子IDL输出U=0;节气门开度信号端子VTA输出Us=0.5V;节气门全闭,ECU则判定为怠速。*怠速触点信号端子IDL输出U=+BV;节气门开度信号端子VTA输出Us略0.5V;节气门部分打开,ECU则判定为部分负荷。*怠速触点信号端子IDL输出U=+BV;节气门开度信号端子VTA输出Us=+5V;节气门全开,ECU则判定为大负荷。,(二)触点开关式(开关量输出型),结构导向凸轮节气门轴控制杆可动触点怠速触点大功率触点接线端子导向槽,传感器与ECU连接电路传感器工作电压+B=14V大功率触点信号PSW怠速触点信号IDL传感器输出特性,检测原理:*怠速触点信号端子I
14、DL输出为高电平+BV;大功率触点信号端子PSW输出为低电平0V;ECU根据车速判定:若车速为0,ECU确定发动机怠速运转,适当控制喷油量。若车速不为0,ECU确定发动机减速运转,适当控制减少喷油量。*怠速触点信号端子IDL输出输出为低电平0V;大功率触点信号端子PSW输出为低电平0V;ECU确定发动机部分负荷运转,将根据转速、进气量信号确定控制喷油量。*怠速触点信号端子IDL输出输出为低电平0V;大功率触点信号端子PSW输出为高电平+BV;ECU确定发动机大负荷运转,控制增加喷油量。,三、怠速控制阀 作用:控制发动机怠速运转进气量,使发动机怠速稳定运转或实现快怠速。控制方式:*控制旁通进气道
15、进气量:不受ECU控制的怠速控制阀;受ECU控制的怠速控制阀;*控制节气门开度改变进气量;,(一)不受ECU控制的怠速控制阀 特点:只能用于暖机,不能实现快怠速。型式:,1、双金属片式双金属片:上绕电热线圈;一端驱动遮门控制旁通进气道开度。,发动机温度低,遮门打开,旁通进气量多,怠速高-暖机。发动机温度升高,遮门逐渐关闭,旁通进气量少,怠速转速逐渐降低。发动机温度-20以下时,旁通进气道 完全关闭,而在60以上时,旁通进气道 完全打开。进气量与温度之间关系如图所示。,2、石蜡式 感温体内充注石蜡-热账、冷缩,控制旁通进气道的开度。发动机冷却液温度低,石蜡收缩,旁通进气道开度大,旁通进气量多,怠
16、速高。,(二)受ECU控制的怠速控制阀 特点:不仅用于暖机,而且还能根据发动机负荷的增加自动提高怠速。型式:,1、步进电机式 结构:步进电机 控制阀,步进电机转动原理,1、按AA1 B1B A1A BB1顺序对定子绕组输入4个脉冲电压,转子将逆时针转动。2、按A1A BB1 AA1 B1B顺序对定子绕组输入4个脉冲电压,转子将顺时针转动。,说明:1、定子绕组每输入一个脉冲电压,转子将转动一个角度(步进角)。2、步进角的大小取决于转子和定子的磁极数目。3、转子磁极极性不变,定子磁极极性不定。定子磁极极性取决于定子绕组通电时机和相位。ECU通过控制定子绕组通电时机和相位,便可控制步进电机的转动方向
17、。,常用步进电机性能特点 丰田 日产 三菱转子磁极数 16 24 12定子磁极数 32 48 24转动步数 125 128 120(开-闭)转子转速 4 3 5(开-闭)每一转步数 32 48 24每一步转角 11.25 7.5 15(度),丰田:步进电机结构,转子-永久磁铁,N、S极相间排列。定子-铁芯和线圈,由A、B两个定子组成。,丰田:步进电机结构特点,永磁转子-具有8对磁极。定子-由A、B两个定子组成,每个定子各有8对爪极,爪与爪间距为一个爪宽度。A、B两定子爪极相差一个爪的差位。爪的极性变换由ECU控制定子相线绕组的电压脉冲决定。,丰田:步进电机控制电路,控制过程,按1-2-3-4相
18、序依次滞后90相位差对定子绕组通电,定子铁芯产生的N极将顺时针转动,从而驱动转子旋转控制阀门打开。按4-3-2-1相序依次滞后90相位差对定子绕组通电,定子铁芯产生的N极将逆时针转动,从而驱动转子旋转控制阀门关闭。,2、旋转滑阀式组成永磁电机控制阀-滑阀,永磁电机,结构:两块永久磁铁作磁场;转子 尼龙骨架上绕有两个绕向相反的线圈;转子轴的一端固装有三块滑片,其上压装三只电刷,另一端固装有遮板和弹簧。,控制阀-滑阀,结构:滑阀-扇形,固装在转子轴上随其转动,调节旁通气道的开度。控制电路,控制电路,线圈L1一端接于滑片1,另一端接于滑片2;线圈L2一端接于滑片3,另一端接于滑片2;两线圈通电时机受
19、控于ECU。,控制过程,Rc=50%,L1、L2通电时间相同,滑阀静止不动。Rc 50%,L2通电时间长,L1通电时间短,滑阀顺时针转动-怠速高。Rc 50%,L1通电时间长,L2通电时间短,滑阀逆时针转动-怠速低。,说明:1、ECU通过控制占空比Rc,控制怠速。2、设计结构保证:占空比Rc 约为18%时,L1通电时间长,L2通电时间短,滑阀将旁通进气道完全关闭;占空比Rc 约为82%时,L2通电时间长,L1通电时间短,滑阀将旁通进气道完全打开;*滑阀偏转角度限定在900,3、直动式比例控制阀 结构:电磁线圈、铁芯、衔铁、弹簧、控制阀。工作:ECU根据传感器提供的信号,输出控制占空比信号,使电
20、磁线圈通电产生吸力,提起阀门轴向移动,控制旁通气道开度,稳定或提高怠速。,节气门直动式怠速控制阀,特点:直接控制节气门开度。控制过程:永磁直流电动机通电使其正转或反转直接驱动节气门打开或关闭。,丰田公司生产并应用的节气门直动式怠速控制阀,桑塔纳2000GSi、捷达王轿车上应用的节气门直动式怠速控制阀,四、曲轴位置传感器(CPS)作用:向ECU提供三个信号:曲轴转速信号(n)、曲轴转角信号(1)、活塞上止点信号(120),用于确定喷油时刻和点火时刻。说明:各公司对其信号称呼不同。通用公司:将1信号称之为18X信号,将120信号称之为3X信号;丰田公司:将1信号称之为Ne信号,将120信号称之为G
21、信号;,型式,(一)光电式安装:分电器内(或凸轮轴前端)组成:信号盘 信号发生器,信号盘:固装在分电器轴上,随轴转动。外缘均匀地刻有360个漏光缝(每缝占1=曲轴转角2)内侧均匀地刻有与气缸相等的漏光缝(6个),其中一个较宽的漏光缝为1缸上止点信号,其余窄缝由点火顺序决定缸的上止点。,信号发生器:固装在分电器外壳内。两组发光二极管和光敏三极管。其中一组产生曲轴转角信号,另一组产生活塞上止点信号,经脉冲整形放大电路输出数字信号送至ECU。,信号产生过程,信号盘转动:漏光时,光敏三极管导通,控制电路输出低电平;遮光时,光敏三极管截止,控制电路输出高电平。,说明:1、信号盘转动时,便可同时获取转速、
22、转角和上止点信号。2、由于信号发生器设置要求及安装位置关系保证,当上止点信号产生时,该缸活塞还处于压缩上止点前70。,(二)磁感应式,1、桑塔纳2000GLi、Gsi,捷达轿车CPS 组成:信号轮、传感器头 安装:信号轮安装在曲轴飞轮的前端-转动;传感器头固定在左侧缸体上。,信号轮:均匀加工60个凸齿后在剃去2个相邻的凸齿,形成:58个凸齿,57个小齿缺,一个大齿缺。每个凸齿占3,共占174;每个小齿缺占3,共占171;一个大齿缺占15。,信号产生过程,(1)转速信号的产生 信号轮转一转,传感器头产生58个交变信号,经整形、放大形成58个脉冲信号。当ECU每收到58个脉冲信号时,则计为曲轴转一
23、转。,(2)上止点信号的产生(判缸信号)大齿缺低电平信号为1、4缸上止点信号。曲轴转一转,则产生一个大齿缺低电平信号,当ECU收到大齿缺低电平信号时,则确定为1、4缸上止点。说明:设计保证1、4缸活塞还距上止点前60曲轴转角。,(3)曲轴转角信号的产生 举例说明:发动机转速n=2000r/min 曲轴转一转,所用时间为:60000ms/2000=30ms 曲轴每转1所用时间为:30ms/360=0083ms 说明:ECU每计时0083ms,则为曲轴转1。,举例:根据发动机转速、负荷及其它参数确定为点火提前角为20,当ECU收到大齿缺信号时,还要经过多长时间才能向点火控制器输出指令,使点火线圈产
24、生高压电?已知ECU收到大齿缺低电平信号时,1、4缸活塞还距上止点前60曲轴转角,当需要ECU输出指令时,曲轴还需要转40曲轴转角,需要的时间为:083ms40=333ms 即:ECU收到大齿缺低电平信号时,还需计时333ms,才能向点火控制器输出指令,使点火线圈产生高压电。从而保证点火提前角为20。,2、日产公司CPS 组成:信号轮、信号发生器 安装:信号轮-曲轴前端,皮带轮后,随曲轴转动。信号发生器固装在发动机缸体的前端,信号轮:外缘圆周每隔4均匀加工一个凸齿,共计90个凸齿-产生转速、转角信号。表平面每隔120加工一个凸台,共计3个凸台-产生活塞上止点信号。,信号发生器,*设置三个磁头:
25、磁头1、3相隔3安装,对应信号轮凸齿;磁头2对应信号轮凸台。*脉冲整形放大电路*4孔插座,磁头1、3与信号轮位置关系,信号产生过程,信号轮随曲轴转动,凸齿和凸台在各自的磁头下掠过,感应线圈产生交变感应电动势,经滤波、整形、放大,将模拟信号转换成数字信号送至ECU。,(1)转速、转角信号的产生 因为磁头1、3相隔曲轴转角3安装,且又都是每隔4产生一个脉冲信号,所占电角度为360,信号轮转动1产生电动势所占电角度则为90。所以磁头1、3产生的电动势脉冲信号相位差则为90。将两信号同时送入整形、合成电路,即可获得曲轴转角1信号。转速信号可通过计数1信号获得。,(2)上止点信号的产生 磁头2产生的信号
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