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1、汽车电子控制系统基础,发动机电控原理,前言,汽油喷射技术始于是20世纪30年代，最初是为航空发动机设计的。.50年代开始用于汽车发动机；60年代前，大多采用机械式柱塞喷射泵；60年代，欧美日制定严格的汽车排放法规；70年代，各国制定汽车燃油经济性法规；1967年，Bosch公司K-Jetronic机械式汽油喷射系统，后改进为KE-Jetronic机电混合控制式；070年代，电控汽油喷射经历了晶体管、集成电路和微机控制；90年代后，电控汽油喷射已占统治地位。,发动机控制电脑的控制目的：1.提高发动机的动力性 2.高发动机燃油经济性3.降低排放污染 4.发动机的加速和减速性能 5.改善发动机的起动
2、性能手段：发动机电脑系统为了达到动力、经济与排放的综全要求，采取了喷油控制（喷油量及喷油时刻）、怠速控制、点火控制及排放控制等措施。但其中最重要的控制就是喷油量控制，以向不同工况下工作的发动机提供最佳空燃比的可燃混合气,一、电子燃油喷射系统二、电控点火系统 三、怠速控制系统四、排放控制系统 五、进气控制系统六、增压控制系统 七、巡航控制系统八、警告系统 九、自诊断与报警系统十、失效保护系统 十一、应急备用系统,应用发动机上的电子控制系统,应用发动机上的电子控制系统,一、电子燃油喷射系统（EFI）：功用：根据进气量确定基本喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号等对
3、喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。 二、电控点火系统（ESA）：功用：是点火提前角控制 。根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。,应用发动机上的电子控制系统,三、怠速控制系统（ISC）：功用：是在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转四、排放控制系统：功用：主要是对发动机排放控制装置的
4、工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括：废气再循环（EGR）控制，活性炭罐电磁阀控制，氧传感器和空燃比闭环控制，二次空气喷射控制等。,应用发动机上的电子控制系统,五、进气控制系统：功用：主要是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机动力性。六、增压控制系统：功用：是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增加装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。,应用发动机上的电子控制系统,七、巡航控制系统：功用：设定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作
5、，使汽车自动维持一定车速行驶。 八、警告提示：功用：由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示 。,应用发动机上的电子控制系统,九、自诊断与报各系统：功用：用来提示驾驶员发动机有故障；同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围 。 十、失效保护系统：功用：主要是当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。,应用发动机上的电子控制系统,十一、应急备用系统：功用：是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转
6、入强制运转状态，以防车辆停驶在路途中,电控系统的一般原理,电子控制可分为模拟式电子控制和数字式电子控制，现代汽车电子控制一般是指以微处理器（如单片机、可编程控制器等）为系统大脑、以传感器为系统感官、并通过电动执行器对被控对象实施的数字式电子自动控制。 电控系统一般都可分为:1)传感器2)控制器3)执行器,电控系统的基本组成,电控系统的一般原理,传感器：将装置的物理参数转换为电信号(数字式或模拟式)，用以监测装置的运行情况和环境条件，并将这些信号输送到控制器。换言之，传感器用各种电信号将一个虚拟的、与实际装置相同的“模拟装置”反映到控制系统中。视装置的复杂程度与控制需要的不同，传感器的数目也不同
7、，一般可有几个至上百个。传感器可认为是控制系统的神经。控制器：接收和处理传感器发出的各种信息，并对这些信息进行分析，以了解装置的情况；利用事先制定的控制策略，决定在当前的状态下该如何控制这个装置；最后将这种决定转换成一条或多条指令输送到执行器。控制器含有一个微处理器，并在内存中贮存着设计者事先编制的程序或控制软件。控制器可认为是控制系统的大脑。执行器：接收控制器发来的各种指令，通过本身的设计，将电信号转变为执行元件的动作(可为电气的动作，也可为某种机械运动)。这些元件的动作将改变装置的运行条件，决定装置的运行和输出。执行器可认为是控制系统的肌肉。,电控系统的一般原理,控制器ECU在系统中的作用
8、控制器ECU：根据传感器信号对控制过程作出决策，并驱动执行器对被控对象实施最优控制，其控制过程可归纳为三个步骤：1) 实时数据采集：检测传感器信号的瞬时值，将模拟量转换为数字量，并将所有的数字量转换为与微处理器兼容的逻辑电平。2) 实时决策：分析来自传感器的关于被控对象的状态信号，按预定的控制策略，决定下一步的控制过程，产生目标控制量。3) 实时控制：将实时决策产生的目标控制量转化为一组指令，并适时地输送到执行器。因实时决策产生的都是数字量，故实时控制过程就是适时地将这些数字量转化为模拟量提供给执行器，同时实现满足驱动执行器需求电平的转换。,电控系统的一般原理,整个控制系统中一直贯穿着大量信息
9、的流动。电控系统正是从传感器的信息中了解装置的运行情况，用输入信息与自身贮存信息来决定控制的方式和指令，并将所产生的关于指令的信息输送到执行器来完成整个控制过程。一个电控系统应该具有的基本特征：准确地执行它应有的功能。装置的输出准确地接近在一定输入条件下的理想输出；足够快的反应。对输入的变化引起足够快的反应，且准确地追随这种变化；稳定性好。在输入信号改变、特别是突然变化时控制系统的运作要稳定，而不是发散、振荡。要减少不稳定操作的变化幅度；只根据有效的输入来反应(抗干扰能力强)。电控系统的目的是将装置按与输入有关的方式来控制，并与运行特点和控制器本身协调。装置的特性常受执行器的电磁特性影响，简言
10、之，执行器是从控制器接收电功率的电终端，然后经内部的能量转换。得到一个机械的输出来控制装置。,传统汽油机中的调节或控制,在传统的汽油机中，存在着对空燃比、点火提前角以及怠速的控制或调节：(1)空燃比由化油器控制。其中的主量孔提供了稳定条件下大部份时间处于部份负荷运行时所需要的空燃比(通常是经济空燃比)；机械省油器与真空省油器则提供加浓燃油量以获得在高速高负荷时所需要的功率空燃比；加速泵则在突加速等过程中提供瞬态加浓燃油量；在很冷的环境下作冷起动时，还利用阻风门来进一步加浓空燃比。(2)点火提前角由断电-分电器中断电白金触点的闭合位置来决定点火提前角的基本量，并有真空提前器与离心提前器使得提前角
11、可随负荷和转速进行校正。(3)怠速通过怠速调节螺钉改变节气门的极限位置(最小开度)，以调节怠速空气量，并通过化油器怠速系统调节空燃比。在现代电控汽油机中，以上三种控制，即空燃比、点火提前角、怠速仍然是电控系统的基本控制功能和任务。当然，其控制的方式和元件是完全不同了。,类型： 开环控制系统的控制方式比较简单，ECU只根据传感器信号对执行元件进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。 开环控制ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，但不去检测控制结果； 闭环控制也叫反馈控制，在开环的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU。,给传感器提供电压，接受传感器和其他装置的输入信号
12、，并转换成数字信号；储存该车型的特征参数和运算所需的有关数据信号；确定计算输出指令所需的程序，并根据输入信号和相关程序计算输出指令数值；将输入信号和输出指令信号与标准值进行比较，确定并存储故障信息。 向执行元件输出指令，或根据指令输出自身已储存的信息；自我修正功能（学习功能）。,电子控制单元（ECU）的基本功能,第一节 燃油供给系,汽油喷射是喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到气缸或进气歧管中，与进入的空气混合而形成可燃混合气。其目的是提高汽油雾化质量，改进燃烧，改善汽油机的性能。,传统的燃油供给系,一、汽油喷射的优点,（1）克服化油器机械控制的缺点，可以精确地控制空燃比，改善排放。（2）可
13、以提高动力性。（3）在起动、怠速及加减速的过渡运转阶段，电子控制单元（ECU）可以很迅速地将适时、适量的燃油供给发动机，使发动机怠速稳定，起动及加减速反映灵敏，排放好。（4）当汽车在各个季节和不同地区行驶时，因气温和气压的变化引起空气密度变化时，电子控制单元（ECU）可以对外界环境的变化进行自适应。（5）减速断油功能：减速时，节气门关闭，汽油机仍以高速运转，造成进气管内真空度增大。在化油器供油系统中此时会大量供油使混合气变浓而造成不完全燃烧，这样将使废气中CO和HC增加，与此同时油耗也会增加。而采用电子控制燃油喷射后，电子控制单元（ECU）可以根据相应的转速和节气门信号采取断油措施，可降低排放
14、，节省燃油。当发动机转速降到一定程度或踏下油门踏板后恢复供油,二、汽油喷射的分类,按汽油喷射方式分：间歇喷射、持续喷射； 按喷油器的布置方式分：单点喷射、多点喷射； 按喷射控制装置型式分：机械式汽油喷射、电子控制汽油喷射；机电结合式喷射 按进气量的检测方式分：流量型（L型）、压力型（D型）。 按喷射位置分类：缸外喷射(0.20.35MPa)、缸内直接喷射(35MPa)0.1Mpa=1公斤,燃油喷射部位分缸内喷射进气岐管喷射节气门体喷射,顺序喷射：按发动机的工作顺序喷油，发动机曲轴转动两周，每缸喷油器各喷一次油。分组喷射：不考虑发动机的工作顺序，在发动机的一个工作循环中，每一组喷油器喷一油。同时
15、喷射：不考虑发动机的工作顺序，发动机曲轴转两周（即每缸完成一个工作循环），每缸的喷油器喷两次油。,现代燃油喷射系统的主要类型,D-Jetronic电控燃油喷射系统,L型EFI电控燃油喷射系统,LH型电子燃油喷射系统,缸外喷射与缸外喷射,电控燃油喷射系统示意图,燃油供给系统,燃油供给系示意图,1,8,11,7,6,12,3,4,2,10,9,5,13,15,14,16,17,燃油供给系,1、粗滤器 2、汽油泵 3、限压阀 4、止回阀 5、汽油滤清器6、供油管 7、油压脉冲衰减器 8、油压调节器 9、调压弹簧 10、膜片11、节气门 12、喷油器 13、进气岐管 14、气缸 15进气门 16汽油箱
16、,燃油分配管功用：将汽油均匀等压输送给各缸喷油器。,燃油分配管,燃油分配管与其他元件的连接关系：,单油路燃油供油系统,1供油管2燃油脉冲减振器 3燃油总管 4燃油压力调节器 5电动燃油泵 6燃油滤清器 7燃油箱,油压脉冲衰减器,油压脉冲衰减器功用：衰减喷油器喷油时引起的燃油压力脉动，使燃油系统保持压力稳定 油压脉冲衰减器原理：油压脉动时膜片弹簧被压缩或膨胀，膜片下方的容积略有增大或减小以稳定油压。,电动汽油泵,电动汽油泵结构与工作原理,转子偏心地安装在泵体内，滚柱装在转子的凹槽中。当转子旋转时，滚柱在离心力的作用下紧压在泵体的内表面上；同时在惯性力的作用下，滚柱总是与转子凹槽的一个侧面贴紧，从
17、而形成若干个工作腔。 随着转子的转动，汽油经进油口被吸入工作腔内。在出油口一侧的工作腔容积减小，成为高压油腔，高压汽油从压油腔经出油口流出。,电动燃油泵,滚柱式油泵,滚子泵的工作原理：,2.齿轮式油泵,油泵：包括粗滤器，内有限压阀和止回阀，粗滤器过滤掉较大的杂质。限压阀：当供油管路发生堵塞时，为了保护供油管路的安全，当压力达到一定值时，该阀门打开。止回阀：当油泵不工作时，它不让供油管路内的燃油回流，以便保持供油管路内有足够的静态油压，以便于发动机的再次起动。该阀密封不严时，发动机的再次起动困难。,油压调节器功用：使燃油供给系统的压力与进气管压力之差即喷油压力保持恒定。喷油压力 = 供油压力进气
18、管压力。,油压调节器,当进气管压力减小时，油压调节器中的膜片克服弹簧的弹力向上弯曲，回油阀口开启，汽油经回油口流回汽油箱，使燃油供给系统的压力下降，但两者的压差保持不变。 当进气管压力增大，膜片向下弯曲，将回油阀口关闭，回油终止，燃油供给系统的压力增大，使两者的压差仍然保持不变。 燃油供给系统的压力与进气管压力之差由油压调节器中的弹簧的弹力限定，调节弹簧预紧力即可改变两者的压力差，也就是改变喷油压力 。,油压调节器结构与原理,油压调节器： 将供油管路的油压稳定在一定的数值上，该油压的大小就等于调压弹簧的弹力。工作原理： 油压调节器的上方有一个真空管，它将发动机进气岐管内的真空度引到油压调节器膜
19、片上方的真空管，当发动机进气岐管内的真空度大时，油压调节器膜片会受真空的吸控而减小调压弹簧对膜片的压力，因此，该真空可以改变供油管的油压。由于喷油器安装在进气岐管上，进气岐管内真空度的变化会影响其喷油口上、下两侧压力差的的变化，为了能让电脑通过对喷油器通电时间长、短的控制来精确的控制喷油量，就必须要有油压调节器对喷油器两侧的压力进行控制。作用： 能根据发动机的工况（节气门开度）的变化适时地改变供油管路的油压大小，以确保喷油器两侧的压力差保持恒定,燃油压力与进气管压力之间的关系,燃油供给系统的压力与进气管压力差由油压调节器中的弹簧的弹力限制。,电动喷油器,喷油器的分类,按供油方式分为：上部供油式
20、：进油口在喷油器上部，结构简单，成本低，为多点喷射系统采用。下部供油式：进油孔在喷油器的下部，从供油分配器来的汽油直接流回喷油器下部，其压力损失较小。按结构形式分为：轴针式喷油器：由滤网、弹簧、磁化线圈、针阀和衔铁等组成，其特点是轴针可使汽油以环状喷出，有利于雾化，针阀在喷口往复运动，不易引起喷口阻塞。但喷射雾化效果差。孔式喷油器：由球阀式和片阀式等，其特点是球阀杆为空心杆，质量轻，而且由于球阀有自动定心的作用，有较高的密封性，且雾化质量高按磁化线阻分为：高阻值喷油器：磁化线圈电阻为1217 ，磁化线圈的电感较大，对控制信号的响应较慢低阻值喷油器：磁化线圈电阻为0.63 ，为了提高响应速度，一
21、般减速少结圈匝数以降低电感，即产生了低阻值喷油器,喷油器的驱动与控制,电流驱动的回路中没有使用附加电阻。低电阻喷油器直接与电源连接，因而回路阻抗小，触发脉接通后，电磁线圈电流上升很快，针阀能够快速打开，缩短了无效喷射时间（定义：针阀开启与喷油信号导通一有段迟滞期，称为无效喷射期，其对应的时间称为无效喷射时间）。当ECU控制三极管基极导通时，驱动电路为：蓄电池、点火开关、熔断器、喷油器线圈、三极管、电阻、搭铁、蓄电池。电流驱动方式的回路中，增加了电流的控制回路。当脉冲电流使电磁线圈电路接通后，它能控制回路中的工作电流，当三极管导通时，又可以及时接通喷油器的电磁线圈电路，通过检测，可以知道喷油器结
22、圈中电流的大小。为了满足打开的速度要快，又要防止电流过大使线圈过热损坏，ECU控制线圈电流在开始通电时，担供约8A的较大电流；打开后，则提供约为2A的较小保持电流。过程中VT以20kHz的频率导通或截止。,喷油器分类示意图,喷油器结构与工作原理,喷油器相当于电磁阀，通电时电磁线圈产生电磁力，衔铁及针阀吸起，喷油器开启，汽油经喷孔喷入进气道或进气管； 断电时电磁力消失，衔铁及针阀在复位弹簧的作用下将喷孔封闭，喷油器停止喷油。 喷油量由电脉冲宽度决定。脉冲宽度=喷油持续时间=喷油量 一般针阀升程约为0.1mm，而喷油持续时间在2l0ms范围内,构造,喷油器实物剖面图,喷油器工作过程,喷油器控制过程示意图,冷起动喷油器,作用：冷起动时，额外加大喷油量，使混合气瞬时加浓，便于着火起动。,冷起动喷油器结构：,谢谢观看,
