发动机管理系统ppt课件

1汽油发动机汽油发动机汽车电喷系统简介汽车电喷系统简介 2019.032 电控系统基本原理电控系统基本原理 发动机管理系统（发动机管理系统（EMS）对汽油喷射发动机控制的基本对汽油喷射发动机控制的基本原理如下。电控系统由单片机控制单元（原理如下。电控系统由单片机控制单元（ECU）、各传感器及）、各传感器及其信号的放大和转换电路、执行器等组成。其信号的放大和转换电路、执行器等组成。EMS根据根据发动机的发动机的控制规律对其喷油量、点火正时和怠速进行等进行控制，包括控制规律对其喷油量、点火正时和怠速进行等进行控制，包括开环和闭环控制。同时进行传感器发生故障时的处理。汽油喷开环和闭环控制。同时进行传感器发生故障时的处理。汽油喷射电控系统优化了发动机的燃烧过程。从而射电控系统优化了发动机的燃烧过程。从而减少废气的排放、减少废气的排放、降低油耗，同时加速性能有很大提高，降低油耗，同时加速性能有很大提高，发动机管理系统发动机管理系统34一、一、EMS的组成的组成蓄电池（电源）蓄电池（电源）点火开关点火开关传感器：传感器：进气压力传感器进气压力传感器进气温度传感器进气温度传感器冷却水温度传感器冷却水温度传感器 节气门位置传感器节气门位置传感器霍尔转速传感器霍尔转速传感器爆震传感器爆震传感器氧传感器氧传感器 电子控制单元电子控制单元ECU诊断插头诊断插头执行器：执行器：喷油器喷油器点火线圈点火线圈怠速旁通阀怠速旁通阀电动燃油泵电动燃油泵碳罐阀碳罐阀图图1 汽油喷射发动机管理系统的组成汽油喷射发动机管理系统的组成5 电控系统基本原理电控系统基本原理 发动机管理系统（发动机管理系统（EMS）对汽油喷射发动机控制的基本对汽油喷射发动机控制的基本原理如下。电控系统由单片机控制单元（原理如下。电控系统由单片机控制单元（ECU）、各传感器及）、各传感器及其信号的放大和转换电路、执行器等组成。对喷油量、点火正其信号的放大和转换电路、执行器等组成。对喷油量、点火正时和怠速的控制规律进行阐述，包括开环和闭环控制。并介绍时和怠速的控制规律进行阐述，包括开环和闭环控制。并介绍传感器发生故障时的处理方法。汽油喷射电控系统优化了发动传感器发生故障时的处理方法。汽油喷射电控系统优化了发动机的燃烧过程。从而机的燃烧过程。从而减少废气的排放、降低油耗，同时加速性减少废气的排放、降低油耗，同时加速性能有很大提高，能有很大提高，6 EMS是根据进气空气流量确定喷油量，进气是根据进气空气流量确定喷油量，进气量的测量通常有三种方法，即速度密度法、质量流量的测量通常有三种方法，即速度密度法、质量流量法和体积流量法。本系统采用速度密度法，进气量法和体积流量法。本系统采用速度密度法，进气压力和进气温度传感器安装在节气门与进气阀之间压力和进气温度传感器安装在节气门与进气阀之间的进气管内。进气压力传感器是一种硅膜片压力传的进气管内。进气压力传感器是一种硅膜片压力传感器，集成了测压电桥和放大电路，具有很好的线感器，集成了测压电桥和放大电路，具有很好的线性度，能直接测量绝对压力，温度传感器采用负温性度，能直接测量绝对压力，温度传感器采用负温度系数的热敏电阻，灵敏度较高。进气管密度为：度系数的热敏电阻，灵敏度较高。进气管密度为：吸入气缸内的循环充气量为：吸入气缸内的循环充气量为：inininRTP/7VhinaVM其中，容积效率其中，容积效率v，主要是发动机转速的函数。循主要是发动机转速的函数。循环喷油量由环喷油量由Ma确定，所以，称为速度密度法。确定，所以，称为速度密度法。霍尔转速传感器同时也是曲轴位置传感器，霍尔转速传感器同时也是曲轴位置传感器，它安装在分电器内，分电器每转一转，它发出四它安装在分电器内，分电器每转一转，它发出四个脉冲。其中一个脉冲的占空比与其它三个的有个脉冲。其中一个脉冲的占空比与其它三个的有明显不同，用于标识第一缸上止点的位置。每一明显不同，用于标识第一缸上止点的位置。每一个脉冲的下降沿作为每一缸测量和控制的时间基个脉冲的下降沿作为每一缸测量和控制的时间基准。电子控制单元（准。电子控制单元（ECU）根据各下降沿之间的）根据各下降沿之间的时间差，推算出发动机的转速。时间差，推算出发动机的转速。冷却水温度传感器也采用负温度系数的热敏冷却水温度传感器也采用负温度系数的热敏8电阻。电阻。节气门位置传感器由与节气门联动的精密线性节气门位置传感器由与节气门联动的精密线性电位器构成。当节气门角度从电位器构成。当节气门角度从086度变化时，输出度变化时，输出电压与输入电压之比线性的从电压与输入电压之比线性的从0.1变化到变化到0.9。爆震传感器是一个紧压在缸体上的压电陶瓷片，爆震传感器是一个紧压在缸体上的压电陶瓷片，感受的震动信号通过特殊的处理电路，判断是否有感受的震动信号通过特殊的处理电路，判断是否有爆震发生。该电路为可调带通放大器，且只在每缸爆震发生。该电路为可调带通放大器，且只在每缸的上止点前后工作，再通过域值比较，确定是否存的上止点前后工作，再通过域值比较，确定是否存在爆震。爆震传感器是点火提前角闭环控制的基础。在爆震。爆震传感器是点火提前角闭环控制的基础。氧传感器采用二氧化锆型，安装在排气管中。氧传感器采用二氧化锆型，安装在排气管中。它具有开关特性，在空燃比为它具有开关特性，在空燃比为14.7时，氧传感器的时，氧传感器的输出电压发生突变。氧传感器用于喷油量的闭环控输出电压发生突变。氧传感器用于喷油量的闭环控9制。如果装有三元催化器，为了充分发挥催化器的制。如果装有三元催化器，为了充分发挥催化器的作用，这种闭环控制是必须的。如果不安装氧传感作用，这种闭环控制是必须的。如果不安装氧传感器，器，ECU能自动识别这种情形，不再进行闭环控制。能自动识别这种情形，不再进行闭环控制。蓄电池提供蓄电池提供ECU所需要的电能。此外，其电压所需要的电能。此外，其电压大小，对喷油器的特性有较大的影响，大小，对喷油器的特性有较大的影响，ECU利用测利用测得的电压值，对喷射脉冲的宽度进行修正。得的电压值，对喷射脉冲的宽度进行修正。本汽油喷射发动机管理系统属于电控多点喷射系统。本汽油喷射发动机管理系统属于电控多点喷射系统。每个气缸配备一个电控喷油器，安装在靠近各进气每个气缸配备一个电控喷油器，安装在靠近各进气阀的进气歧管内。喷油压力约为阀的进气歧管内。喷油压力约为0.25MPa，喷油嘴受，喷油嘴受到快速响应的电磁阀控制，喷油量与来自到快速响应的电磁阀控制，喷油量与来自ECU的控的控制脉冲的宽度成正比。制脉冲的宽度成正比。10点火线圈初级线圈的接通和断开受到点火线圈初级线圈的接通和断开受到ECU的控制，的控制，接通时间长，点火能量越大。断开时刻，即对应点接通时间长，点火能量越大。断开时刻，即对应点火时刻。点火线圈的高压电脉冲通过分电器分配火时刻。点火线圈的高压电脉冲通过分电器分配（或无分电器系统）到四个气缸的火花塞。（或无分电器系统）到四个气缸的火花塞。怠速旁通阀是一个比例电磁阀，怠速旁通阀是一个比例电磁阀，ECU发出占发出占空比可调的高频输出，从而其平均电压和平均电流空比可调的高频输出，从而其平均电压和平均电流可调，所以，怠速旁通阀的开度可调。可调，所以，怠速旁通阀的开度可调。ECU可以可以实现闭环控制，使怠速保持在理想值，例如，实现闭环控制，使怠速保持在理想值，例如，800r/min。电动燃油泵提供汽油喷射的压力。电动燃油泵提供汽油喷射的压力。11二、电子控制单元二、电子控制单元ECU本系统本系统ECU原理框图如图原理框图如图2所示，主要由单片机、功率驱动、所示，主要由单片机、功率驱动、数字输入口、模拟输入口、数字输入口、模拟输入口、55芯插口等组成。芯插口等组成。系统电源电路系统电源电路数字输入口数字输入口模拟输入口模拟输入口各传感器信号各传感器信号处理接口电路处理接口电路单片机单片机外部存储器外部存储器各执行器各执行器驱动电路驱动电路图2 EMS ECU的组成 ECU外形图外形图电喷控制器外形图及安装，如图3所示。图3 电喷控制器的安装图（1.55芯接线插头，2.电喷控制器）1213三、控制软件三、控制软件 控制软件的特点是，程序量大，必须考虑各种可控制软件的特点是，程序量大，必须考虑各种可能性。它由一个主控程序、各功能子程序和一些中断能性。它由一个主控程序、各功能子程序和一些中断服务程序组成。图服务程序组成。图4是主控程序流程图，对于每一个是主控程序流程图，对于每一个工况的处理，都包括喷油控制、点火控制和怠速控制。工况的处理，都包括喷油控制、点火控制和怠速控制。加加/减速判决域值主要是从节气门位置信号的变化量减速判决域值主要是从节气门位置信号的变化量来确定是确需加来确定是确需加/减速，还是无意的扰动信号。控制减速，还是无意的扰动信号。控制量的计算主要是定时进行的，即每量的计算主要是定时进行的，即每0.01秒计算一次。秒计算一次。而控制作用是在规定的曲轴位置实现的。图而控制作用是在规定的曲轴位置实现的。图5是控制是控制顺序流程。顺序流程。三个主要控制量：喷油量、点火提前角和怠速阀三个主要控制量：喷油量、点火提前角和怠速阀开度的控制都是在开环控制的基础上增加闭环控制。开度的控制都是在开环控制的基础上增加闭环控制。所谓开环控制是根据各传感器的输入值，通过查表，所谓开环控制是根据各传感器的输入值，通过查表，14计算得到各控制量的基本量和增量。闭环控制是根计算得到各控制量的基本量和增量。闭环控制是根据控制目标确定各控制量的修正量。在一定的条件据控制目标确定各控制量的修正量。在一定的条件下，喷油量的控制目标是利用氧传感器使空燃比达下，喷油量的控制目标是利用氧传感器使空燃比达到理想值，点火提前角的控制目标使利用爆震传感到理想值，点火提前角的控制目标使利用爆震传感器使发动机工作在微弱爆震状态，怠速阀开度的控器使发动机工作在微弱爆震状态，怠速阀开度的控制目标是利用速度测量（通过霍尔传感器）使怠速制目标是利用速度测量（通过霍尔传感器）使怠速保持要求值。保持要求值。控制软件还能对各传感器的信号进行监督，从控制软件还能对各传感器的信号进行监督，从而判断它们是否发生异常。一旦发生异常，可以将而判断它们是否发生异常。一旦发生异常，可以将异常的性质记录下来，用于以后的故障诊断。另一异常的性质记录下来，用于以后的故障诊断。另一方面，在没有该传感器的情况下，继续控制发动机，方面，在没有该传感器的情况下，继续控制发动机，使其尽可能正常运行。使其尽可能正常运行。15 起动处理初始化开始起动？怠速？基本喷油量脉宽计算喷油量脉宽的修正起动后？怠速处理起动后处理NYNYYN16N加/减速判决域值加速？加速工况处理Y怠速后？怠速后处理Y减速？其它处理减速工况处理YNN图4 主控程序流程图17开始 读入各种重要输入信息故障诊断计算喷油量计算点火提前角和接通角 输出点火线圈接通角输出点火提前角每隔10ms每隔180度曲轴转角18 计算喷油量的修正输出喷油控制信号计算、输出怠速控制每隔360度曲轴转角其它计算图5 控制顺序流程四、四、EMS 系统标定系统标定1、进气系统标定、进气系统标定影响速度密度型发动机进气系统主要因素：影响速度密度型发动机进气系统主要因素：发动机进气系统硬件发动机进气系统硬件凸轮形线、凸轮相位（正时）、凸轮升程、气缸盖进气通道、进气歧管、进气滤清凸轮形线、凸轮相位（正时）、凸轮升程、气缸盖进气通道、进气歧管、进气滤清器及空气引导管几引导管路布置器及空气引导管几引导管路布置发动机排气系统硬件发动机排气系统硬件排气系统背压（三元催化转化器、消音器、管径）排气系统背压（三元催化转化器、消音器、管径）排气系统衍射段长度排气系统衍射段长度1920进气系统标定进气系统标定2、燃油系统标定、燃油系统标定21u速度密度型发动机系统供油是建立在发动机充气效率表速度密度型发动机系统供油是建立在发动机充气效率表的标定基础之上加上相应的修正系数的标定基础之上加上相应的修正系数基本喷油脉冲宽度基本喷油脉冲宽度喷油时间计算喷油时间计算充气效率充气效率MAPAEPE/ConvPO2 Corr.MAT/CTSDFCOBLMBPCASSFASDFDEIAC-AEMAPA/FV-bat基本喷油脉冲宽度基本喷油脉冲宽度喷油时间喷油时间ms3 3、发动机系统点火正时、发动机系统点火正时点火提前角建立在发动机转速和发动机歧管绝对压力节点火提前角建立在发动机转速和发动机歧管绝对压力节点上点上发动机满负荷、大负荷工况点火提前角建立：发动机满负荷、大负荷工况点火提前角建立：在发动机爆震极限或在发动机爆震极限或最佳扭矩点之最小点火提前角最佳扭矩点之最小点火提前角发动机部分负荷工况的点火提前角多建立在：发动机部分负荷工况的点火提前角多建立在：最佳扭矩点下最小点火提前角的最佳扭矩点下最小点火提前角的发动机爆震时的点火时间修正及正时复原与发动机爆震时的点火时间修正及正时复原与再修正再修正快速点火延迟慢速点火正时恢复快速点火延迟慢速点火正时恢复各汽缸单独爆震点火延迟控制技术各汽缸单独爆震点火延迟控制技术22实际发动机点火提前角实际发动机点火提前角发动机进气温度修正发动机进气温度修正发动机冷却水温点火修正发动机冷却水温点火修正高原环境发动机点火延迟修正高原环境发动机点火延迟修正引入废气再循环点火提前（更为提前）修正引入废气再循环点火提前（更为提前）修正功率混合比状态的点火提前角修正功率混合比状态的点火提前角修正发动机怠速转速点火正时修正发动机怠速转速点火正时修正关闭空调使得点火修正关闭空调使得点火修正发动机疾加速时的点火时间修正和补偿防发动机疾加速时的点火时间修正和补偿防止过强冲击感止过强冲击感发动机爆震点火提前角的修正及回复再修正发动机爆震点火提前角的修正及回复再修正2324