汽车发动机电器与电子控制

,SUBTITLES,汽车电子基础,汽油发动机的电,子控制,复 习 题,柴油发动机的电,子控制,主讲： 王文林 博士,南昌大学机电工程学院车辆工程技术研究中心,2010,年,10,月,汽车发动机电器与电子控制,(2),汽油发动机的电子控制,ECU,主要控制内容：,1,、电控汽油喷射,(,EFI,),1kg,汽油完全燃烧需,14.7kg,的空气，,14.7,为,理论空燃比。,汽油发动机的电子控制,空燃比为,12.5,左右时，,动力性最好,；空燃比为,16,左右时，,燃油经济性最好,。,汽油发动机的电子控制,根据氧传感器的反馈，,采用闭环控制，使发动机在理论空燃比,(14.7),附近很窄的范围内进行时，可使三元催化转换装置对排气的,净化处理达到最佳效果！,汽油发动机的电子控制,ECU,主要控制内容：,2,、电控点火提前,(,ESA,),试验证明：,燃烧最大压力出现在上止点后,1015,曲轴转角时，发动机的输出功率最大，可以认为，此时对应的点火提前角为最佳点火提前角。,爆燃,与点火时刻有密切的关系：点火提前角越大，燃烧压力越高，则越容易产生爆燃。控制方法是：根据爆燃传感器的反馈信号，对提前角进行,自动调节！,汽油发动机的电子控制,ECU,主要控制内容：,3,、怠速控制,(,ISC,),根据怠速时,负荷,的变化，调节怠速控制阀的进气量，使发动机在最佳怠速下运转。,4,、排放控制,EGR,排气再循环控制：,NOx,的排放。,开环与闭环控制：,氧传感器。,二次空气喷射：, 排放污染。,活性炭罐电磁阀控制：, 蒸发污染。,汽油发动机的电子控制,ECU,主要控制内容：,5,、进气控制、增压控制,改善进气，, 发动机扭矩！,根据进气压力，使废气涡轮增压器进入工作或停止工作。,汽油发动机的电子控制,信号输入装置,主控信号,转速信号,(,曲轴位置,),负荷信号,(,空气流量或进气管压力,),修正信号,冷却液温度,进气温度,节气门位置,氧传感器,凸轮轴位置,起动开关,空凋开关,执行机构,喷油器,点火控制器,怠速控制阀,EGR,阀,自诊断故障灯,电子控制单元,ECU,发动机,功率,扭矩,油耗,排放,爆震,反馈信号,(,氧传感器、爆震传感器,),主要控制参数：,空燃比、点火提前角、废气再循环率。,汽油发动机的电子控制,图,1,发动机电子控制系统示意图,1.,电动燃油泵,2.,燃油滤清器,3.,活性炭罐电磁阀,4.,活性炭罐,5.,带输出驱动级的点火线圈,6.,凸轮轴位置传感器,7.,喷油器,8.,燃油压力调节器,9.,节气门控制组件,10.,空气流量计,11.,氧传感器,12.,冷却液温度传感器,13.,爆震传感器,14.,曲轴位置传感器,15.,进气温度传感器,16.,发动机控制单元,电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按空气计量方式,),1,、,D,型,EFI,系统（速度密度型）,通过检测进气歧管的真空度来,间接,检测发动机吸入的空气量。,“,D,”,是德文,“,压力,”,的第一个字母。,由于空气在进气歧管内的压力波动，该方法的测量精度较差。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按空气计量方式,),电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按空气计量方式,),2,、,L,型,EFI,系统（质量流量型）,采用空气流量计,直接测量,发动机吸入的空气量。,“,L,”,是德文,“,空气,”,的第一个字母 。,其测量精度高于,D,型，故可精确地控制空燃比，它是目前应用最广的一种形式。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按空气计量方式,),电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按空气计量方式,),3,、,Mono,型,EFI,系统,该系统又称为节流阀体喷射系统（,TBI,）。仅用一只电磁喷油器在原来安装化油器的部位依据一定的规律进行单点集中喷射，间歇性地将燃油喷射至发动机的进气歧管内。,Mono,型,EFI,系统的空气量可以采用空气流量计计量，也可以采用按,节气门开度和发动机转速,来计量进气量，并据此控制空燃比，后者可省去空气流量计，简化结构，因此在低排量轿车上应用较多。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按空气计量方式,),电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按喷射位置与方式,),1,、单点喷射,(SPI),单点喷射系统是在进气管节气门上方装一个中央喷射装置，用一到两只喷油器集中喷射，汽油喷入进气流中，与空气混合后，再由进气歧管分配到各个汽缸中。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按喷射位置与方式,),2,、多点喷射,(MPI),多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只电磁喷油器，由电子控制按照一定的模式进行喷射。有三种模式：,1,，同时喷射；,2,，分组同时喷射；,3,，顺序喷射。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按喷射位置与方式,),3,、缸内直接喷射,缸内直接喷射是将燃料直接喷入汽缸内，喷射装置所需要的喷射压力较高。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,分类,(,按喷射位置与方式,),4,、连续喷射,在发动机的运转过程中喷射器持续喷射，使燃料通路中燃料测量截面前后的压差一定，控制燃料测量截面积大小变化，来改变供油量。连续喷射仅限于进气管喷射的情况。,5,、间断喷射,喷射仅在发动机工作循环中的某一段或几段时间内进行，通过控制每次喷射的持续时间来控制喷射量。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的空气供给系统：,作用是测量和控制不同工况下发动机所需的空气量。,进气室,(,稳压箱,),节气门,发动机,空气流量计,空气阀,空气虑清器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的空气供给系统,双金属片型空气阀,热敏蜡式空气阀,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的空气供给系统,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的空气供给系统,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的空气供给系统,节气门阀体总成,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的燃油供给系统：,根据不同工况的要求，配制相应空燃比和一定数量的可燃混合气进入汽缸。,燃油箱,燃油泵,燃油滤清器,稳压箱,压力调节器,喷油器,低温启动,喷油器,发动机,储油,室,脉动减震器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的燃油供给系统,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,控制系统的功用是根据发动机运转情况和车辆运行状况确定最佳喷油量，并控制喷油器以控制喷油量。,主要由三部分组成：,传感器,、,ECU,及执行部件（,喷油器,、,油泵,）。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,1,、空气流量计,2,、进气压力,(,真空度,),传感器,3,、进气温度传感器,4,、节气门位置传感器,5,、发动机转速和曲轴位置传感器,6,、冷却水温传感器,7,、氧传感器,8,、起动开关信号,9,、空凋信号,(A/C),电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,1,、,空气流量计,空气流量计,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,(1).,叶片式空气流量计,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,(2).,卡门涡旋式空气流量计,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,其中,C,:,结构常数,;,f,:,卡门涡旋频率,St,:,斯特罗巴尔数（常数）,v,:,空气流速,;,d:,涡流发生器外径尺寸,100,200,0.5,1.0,空气流量,输出信号频率,(2).,卡门涡旋式空气流量计,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,(3).,热线式空气流量计,电控汽油喷射,-EFI,传感器物性参数,发热元件的阻值,空气的质量流量,发热元件的温度,进气气流温度,加热电流,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,(4).,热膜式空气流量计,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,(4).,热膜式空气流量计,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,2,、进气压力,(,真空度,),传感器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,3,、进气温度传感器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,3,、进气温度传感器,进气温度传感器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,4,、节气门位置传感器,线性输出型,开关量输出型,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,5,、,发动机转速和曲轴位置传感器,曲轴位置传感器,进气温度传感器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,6,、冷却水温传感器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,6,、冷却水温传感器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,6,、冷却水温传感器,冷却水温传感器,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,7,、氧传感器,电控汽油喷射,-EFI,混和气浓时，排气中,CO,的浓度高，氧离子几乎都与之反应产生了,CO2,，这使得锆管内外氧离子浓度差很大，输出,高电平,。,反之，则输出,低电平,。,电控汽油喷射,-EFI,采用氧传感器进行空燃比反馈控制,电控汽油喷射,-EFI,采用氧传感器进行空燃比反馈控制,电控汽油喷射,-EFI,氧传感器的工作条件：,1,、发动机温度高于,60,；,2,、氧传感器自身温度高于,300 ,；,3,、发动机工作在怠速工况和部分负荷工况。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,7,、氧传感器,氧传感器,碳罐电磁阀,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,传感器、信号,8,、,起动开关信号,9,、,空凋信号,(A/C),电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,电控汽油喷射,-EFI,EFI,控制系统,电磁喷油器,电磁喷油器,电控汽油喷射,-EFI,电磁喷油器的功用是根据,ECU,发出的喷油信号，喷射出相应数量的燃油，并使燃油雾化。,电控汽油喷射,-EFI,供油压力,喷孔截面积,喷油器的喷油量,喷油器的流量系数,燃油密度,进气压力,每次喷油量：,喷油时间！,电控汽油喷射,-EFI,由于针阀具有动作滞后的工作特征，所以存在着最小通电时间和最大通电时间两个重要参数。,最小通电时间：,一般为,1.2,1.8ms,。最小通电时间所对应的喷射量为最小喷射量。,最大通电时间：,是指喷射周期为,10ms,时，喷油器所能达到的最大通电时间，由于喷油器针阀关闭时的滞后特点，最大通电时间小于,10ms,。最大通电时间所对应的喷射量为最大喷射量。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,启动时的喷油控制,在发动机启动时，,ECU,根据冷却水温度，由预先存贮在,ECU,中的水温,-,喷射时间图，查找相应的基本喷油时间，然后进行进气温度和蓄电池的修正，就得到启动时的喷油持续时间。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,启动后的喷油控制,当发动机的转速超过预定值时，,ECU,确定的喷油持续时间应按下式计算 ：,喷油脉冲持续时间,=,基本喷油持续时间,*,修正,系数,+,电压修正值。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,基本喷油时间一,对于采用热式空气流量计的系统，空气流量计输出的就是质量流量，可采用下式计算基本喷油时间：,式中,T,P,:,基本喷油时间,(s); G:,进气质量流量,(g/s);,n:,发动机转速,(rpm); A/F:,目标空燃比；,K:,常系数。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,基本喷油时间二,对于采用叶片式空气流量计和卡门涡旋式空气流量计的系统，它们输出的都是体积流量，可采用下式计算基本喷油时间：,式中,T,P,:,基本喷油时间,(s); Q:,进气体积流量,(m,3,/s);,n:,发动机转速,(rpm); A/F:,目标空燃比；,K:,与结构有关的常系数；,K,T,:,进气温度修正系数,K,P,:,大气压力修正系数,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,基本喷油时间三,对于速度密度方式的系统，采用三维,MAP,图的方式确定基本喷油时间,此图说明了在各种转速和进气歧管绝对压力下对应的基本持续时间。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,不同工况下喷油量的修正,启动加浓,虽然在低速低温下，较之化油器式发动机，燃油喷射极大地改善了燃油的雾化程度，但是由于此时燃油微粒的旋转流动减弱，燃油蒸发量减少，壁部被燃油严重沾湿，所以仍需供给较浓的混合气，才能保证有一定量的燃油蒸气与空气组成可燃混合气，为保证发动机在低温下顺利启动，必须进行加浓。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,暖机加浓,在冷却水温度降低时，,ECU,根据水温传感器的信号，相应增加燃油喷射量。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,进气温度修正,通常以,20,C,为进气温度修正的标准温度。,低于,20,C,时，增加喷油量。,高于,20,C,时，减少喷油量。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,大负荷加浓,当发动机在大负荷下运转时，要求使用浓混合气以保证获得最大功率。,ECU,根据发动机负荷增加喷油量。发动机的负荷大小可以根据节气门开度或进气量大小来确定，故,ECU,可根据绝对压力传感器、空气流量计、节气门位置传感器输送的,PIM,、,Vs,或,VTA,信号来判断发动机的负荷状况，决定相应增加的燃油喷射量。,大负荷时的加浓量约为正常喷油的,10%,30%,。有些车型其大负荷加浓时还与冷却液温度信号,THW,有关。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,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和经济性，,其空燃比应相应变化,。,ECU,可根据进气歧管绝对压力（,PIM,）或空气量（,Vs,）、发动机转速（,Ne,）、车速（,SPD,）、节气门开度、空挡启动开关（,NSW,）和冷却水温度（,THW,）等信息来控制喷油量。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,怠速稳定性修正,(D,系统,),为提高发动机怠速运转的稳定性，,ECU,根据绝对压力（,PIM,）和发动机转速（,Ne,）对喷油量进行修正，随压力增大或转速降低，增加喷油量；随压力减少或转速提高，减少喷油量。,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,发动机在高速运转时急减速，使节气门关闭，为避免混合气过浓，增加燃油消耗量并使排放性能恶化，,ECU,应控制喷油器立即停止喷油，而当发动机转速下降至预定转速时，或节气门被重新开启时，喷油器才恢复喷油。,发动机超速断油。为避免发动机超速运行，当发动机转速超过额定转速时，,ECU,控制喷油器停止喷油。,汽车超速运行时断油。有些车型上当汽车车速超过限定值时，,ECU,控制喷油器停止喷油。,在上述断油控制中，,ECU,根据节气门位置、发动机转速、冷却水温度、空调开关位置、停车开关信号及车速信号等来进行断油控制。,断油控制,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的喷油控制策略,断油控制,电控汽油喷射,-EFI,EFI,的功效：,与化油器式发动机相比，电控燃油喷射可使发动机的功率,5%10%,，燃油消耗率,5%15%,，废气排放量,20%,左右。,EFI,的实际控制方式：,绝大多数发动机电控系统均是根据发动机的工况，,先查,MAP,图，,确定基本供油量和点火提前角，再进行,修正,，以有效控制发动机的动力性、燃油经济性，排放。工作过程中，,ECU,可以根据工况进行闭环控制切换。,复习题,1,汽车电子目前主要包括哪些控制内容？,2,、汽油机的电子控制包括哪些控制内容？试绘制其控制系统的原理图，并逐一作说明。,