电控发动机总论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,李清明之汽车技术讲座,电控发动机,电控发动机总论,1,轿车发动机的“三高”、“三大”和“三低”,三高：,高转速,高压缩比,高功率,三大：,机械负荷大,热负荷大,摩擦热大,三低：,低排放,低噪音,低油耗,2,现代汽车新技术,3,排放标准,4,汽油机燃油喷射装置,电子控制燃油喷射装置是以电控单元(ECU)为控制中心，利用各种传感器，测出发动机的各种工作参数，按照电控单元中设定的控制程序，通过控制喷油器，精确地控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，从而使发动机获得良好的燃料经济性和排放性，同时也提高于汽车的使用性。,5,燃油喷射的发展过程,1934,年德国研制成功第一架汽油喷射发动机的军用战斗机。,1952,年，德国,Bosch,公司生产的第一台机械控制式汽油喷射装置,1958,年，德国研制带燃油量分配器的进气管汽油喷射装置,1967,年，德国,Bosch,公司开发了,K-Jetronic,机械式汽油喷射系统,后改进为机电组合式的,KE-Jetronic,汽油喷射系统,1953,年美国,Bendix,公司开始试制电控汽油喷射装置。,德国,Bosch,公司,1967,年生产出,D,型,D-Jetronic,电控汽油喷射系统,1973,年，德国,Bosch,公司生产,L-Jetronic,电控汽油喷射系统,1981,年，,L-Jetronic,系统改进发展为,LH-Jetronic,系统,1979,年，德国,Bosch,公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射系统于一体的,Motronic,数字式发动机综合控制系统,美国和日本各大汽车公司也相继研制成功与各自车型配套的数字式电子控制汽油喷射系统,6,电控燃油喷射(EFl),喷油量控制,喷油正时控制,减速断油及限速断油控制,燃油泵控制,7,电控点火装置(ESA),点火提前角控制,闭合角与恒流控制,爆震控制,8,发动机电控系统的优点,改善了各缸混合气的均匀性,提高发动机的动力性和经济性,减少排放污染,工况过渡圆滑,改善了汽油机对地理及气候环境的适应性,提高了汽油机高、低温起动性能和暖机性能,9,汽油机电子控制系统的功能,电控燃油喷射,(EFI),电控点火装置,(ESA),怠速控制,(ISC),排放控制,进气控制,增压控制,警告提示,自我诊断与报警系统,传感器故障预诊参考系统,(,失效保护,),ECU,故障备用控制系统,10,汽油机电控系统的组成,信号输入装置（传感器）,电子控制单元(ECU),执行器,11,常见的传感器,发动机转速和曲轴位置传感器,空气流量计,进气压力传感器,凸轮轴位置传感器,上止点位置传感器,缸序判别传感器,冷却水温度传感器,进气温度传感器,节气门位置传感器,氧传感器,爆震传感器,大气压力传感器,车速传感器,12,常见的输入信号,起动信号,发电机负荷信号,空调作用信号,(A,C),档位开关信号和空档位置开关信号,蓄电池电压信号,离合器开关信号,制动开关信号,动力转向开关信号,EGR,阀位置传感器,巡行,(,定速,),控制开关信号,13,曲轴位置传感器检测曲轴转角信号(转速信号)，并输入ECU，作为点火和燃油喷射的主控制信号。,传感器 的作用介绍,发动机转速和曲轴位置传感器,14,在L型EH中，由空气流量计测量发动机吸人的空气量，并将信号输人ECU，ECU将该信号和发动机转速作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。,传感器 的作用介绍,空气流量计,15,在D型EH中，由进气压力传感器测量进气管压力(真空度)，并将信号输人ECU，ECU将该信号和发动机转速作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。,传感器 的作用介绍,进气压力传感器,16,凸轮轴位置传感器向ECU输入凸轮轴位置信号，是点火控制的主控制信号。,传感器 的作用介绍,凸轮轴位置传感器,17,上止点位置传感器向ECU提供一缸上止点位置信号，作为点火控制主控信号。,传感器 的作用介绍,上止点位置传感器,18,缸序判别传感器向ECU提供各缸工作顺序信号，作为点火控制主控信号。,传感器 的作用介绍,缸序判别传感器,19,检测发动机冷却水温度，向ECU输入温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号，同时也是其他控制系统的控制信号。,传感器 的作用介绍,冷却水温度传感器,20,检测进气温度，向ECU输入进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号。,传感器 的作用介绍,进气温度传感器,21,节气门位置传感器检测节气门的开度状态及节气门开、闭的速率信号，输人ECU，控制燃油喷射及其他控制系统。,传感器 的作用介绍,节气门位置传感器,22,检测排气中氧的含量，向ECU输人空燃比的反馈信号，进行喷油量的闭环控制。,传感器 的作用介绍,氧传感器,23,爆震传感器向ECU输人爆震信号，经ECU处理后，控制点火提前角，抑制爆震产生。,传感器 的作用介绍,爆震传感器,24,检测大气压力，向ECU输人大气压力信号，修正喷油和点火控制。,传感器 的作用介绍,大气压力传感器,25,检测车速，向ECU输入车速信号，控制发动机转速，实现超速断油控制。在发动机和自动变速器共同控制时，也是自动变速器换档的主控制信号。,传感器 的作用介绍,车速传感器,26,电子控制单元,(ECU),的功能与组成,(1),接受传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供,5V,、,8V,、,12V,参考,(,基准,),电压等，将输入的信息转变为微机所能接受的信号。,(2),存储、计算、分析处理信息。,(3),运算分析。,(4),输出执行命令。输出喷油、点火等控制命令，输出故障信息。,(5),自我修正功能,(,自适应功能,),。,在发动机控制系统中，,ECU,不仅用来控制燃油喷射系统，同时还具有点火提前角控制、怠速控制、排放控制，进气控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功用。,27,执行器,执行器是受,ECU,控制，具体执行某项控制功能的装置。,(1),电磁式喷油器；,(2),点火控制器,(,点火模块,),；,(3),怠速控制阀、怠速电机；,(4)EGR,阀；,(5),进气控制阀；,(6),二次空气喷射阀；,(7),活性炭罐排泄电磁阀；,(8),车速控制电磁阀；,(9),燃油泵继电器；,(10),冷却风扇继电器；,(11),空调压缩机继电器；,(12),自动变速器档位电磁阀；,(13),增压器释压电磁阀；,(14),自诊断显示与报警装置；,(15),故障备用程序启动装置；,(16),仪表显示器。,28,汽油喷射的分类,按喷射位置分类：缸内喷射,进气管喷射,(,缸外喷射,),：单点,喷射、多点喷射,按喷射方式分类：连续喷射和间歇喷射 ：同时喷射、分组喷射和顺序喷射,按控制方式分类：机械式汽油喷射系统、机电混合式汽油喷射系统、电控汽油喷射系统,按空气量测量方式分类：直接测量方式：体积流量方式和质量流量方式 ；间接测量方式：速度,密度方式、节流,速度方式,29,按喷射位置分类,缸内喷射,进气管喷射,(,缸外喷射,),单点喷射,多点喷射,30,按喷射方式分类,连续喷射方式,间歇喷射方式,同时喷射方式,分组喷射方式,顺序喷射方式,31,按控制方式分类,机械式汽油喷射系统,机械式汽油喷射系统,机电混合式汽油喷射系统,电控汽油喷射系统,单一电控汽油喷射系统,发动机集中管理系统,32,按空气量测量方式分类,间接测量方式,节流,速度方式,速度,密度方式,直接测量方式,体积流量方式,质量流量方式,33,缸内喷射,喷油器安装在气缸盖上，汽油直接喷入发动机气缸内与空气混合形成可燃混合气,采用缸内喷射方式，通过合理组织缸内的气体流动，可以实现分层燃烧和稀薄燃烧，有利于进一步降低发动机有害物排放，降低燃油消耗量。但是，缸内喷射需要能耐高温和耐高压的喷油器；气缸盖的结构设计上需要有安装喷油器的空间，对发动机的改动较大，使制造成本增加。,34,进气管喷射(缸外喷射),喷油器安装在进气总管或者进气歧管上，汽油由喷油器喷人进气总管或者进气歧管的进气门前，喷人的汽油在进气管中与空气混合形成可燃混合气，在进气行程被吸人气缸。采用进气管喷射对发动机改动很小，且喷油器不与高温高压的燃气接触。,进气管喷射按喷油器的安装部位，又可分为单点喷射和多点喷射。,35,单点喷射,单点喷射也称节气门体喷射或集中喷射。,它采用1-2个喷油器，喷油器安装在进气总管的节气门上方,各缸混合气的均匀性不如多点喷射。,36,多点喷射,多点喷射是在每一个气缸的进气歧管上都安装一个喷油器,汽油喷在进气门附近并与空气混合形成混合气,多点喷射由于每一缸都有一个喷油器,各缸混合气的均匀性得到很大的改善,现在的电控汽油喷射发动机绝大多数采用多点喷射,37,连续喷射,连续喷射又称稳定喷射。,在发动机运行期间，喷油器不间断地把汽油连续地喷人进气管。,不考虑各缸的工作顺序和喷油定时,混合气的均匀性、空燃比控制精度及过渡工况的响应特性都较差,连续喷射方式用在波许公司的,KJetmnic,系统和,KEJetmnic,系统中。,38,间歇喷射,间歇喷射又称脉冲喷射。汽油的喷射以脉冲方式在某一时间段内喷人进气管。间歇喷射,按各缸喷油器工作顺序，又分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种方式。,39,同时喷射方式,采用同时喷射方式时，一般发动机曲轴每转一转，各缸喷油器同时喷油一次，发动机一个工作循环所需的油量，分二次喷入进气管，因此这种喷射方式也称同时双次喷射。,所有气缸的喷油是同时进行的，喷油正时与发动机工作过程没有联系,同时喷射方式具有不需气缸判别信号，用一路控制电路就能控制所有的喷油器,40,分组喷射方式,分组喷射方式把发动机所有气缸分成2组(四缸机)或3组(六缸机)，电控单元用两路或三路控制电路控制各组喷油器。,在发动机工作期间，各组喷油器依次交替喷射，每个工作循环各组喷油器均喷射一次(或两次)。,41,顺序喷射方式,顺序喷射也称独立喷射。,发动机运行期间，喷油器按各缸的工作顺序，依次把汽油喷入各缸的进气歧管，曲轴每转两转，各缸喷油轮流进行一次。,电控单元必须通过传感器判缸信号。,对于顺序喷射控制，一般需要正时和缸序两个输入信号，电控单元才能对喷射过程进行准确的控制。,喷射的正时大多在排气行程上止点前,60,70,左右。,顺序喷射需要有与喷油器数目相同的控制电路,顺序喷射可以根据发动机的运行工况设定最佳的喷射时刻有利于提高燃油经济性，降低有害排放。,现在绝大多数电控汽油机都采用顺序喷射方式。,42,机械式汽油喷射系统,机械式汽油喷射系统也称,KJetronic,系统,该系统的汽油喷射控制系统和空气计量装置以机械方式相互连接。,空气流量计根据空气流量的大小，通过械杆机构控制燃油计量分配器柱塞的位移方向和位移量，改变燃油计量槽孔开启截面积的大小，实现对混合气空燃比的控制,奥迪,1002,2E,车的发动机采用连续喷射方式。,43,44,机电混合式汽油喷射系统,机电混合式汽油喷射系统也称,KEJetronic,系统，它是,KJetronic,系统的改进型,KEJetronic,系统的基本架构与,KJetronic,系统相同，两者的差异在于，后者在燃油计量分配器中增加了一个电液式压差调节器,电子控制器根据水温和节气门开度，通过电液式压差调节器，改变燃油计量分配器燃油计量槽进出口的油压差，以达到调节燃油供给量、对混合气的空燃比进行修正的目的。,早期的奔驰,300,、,500,等车采用该喷射方式。,45,46,单一电控汽油喷射系统,在单一电控汽油喷射系统中，电控单元仅仅具有控制汽油喷射的单一功能。,单一电控汽油喷射系统典型的代表是波许公司的DJetronic系统、LJetronic系统、LHJetronic系统,47,48,发动机集中管理系统,是一种集汽油喷射控制、点火控制等多项控制功能于一体的电子控制系统。,发动机集中管理系统由波许公司于,1979,年首先提出，称为,Motronic,系统，该系统具有汽油喷射控制和点火控制两项功能。,现在的发动机集中管理系统除了以上的两项基本控制功能外，还具有了排气净化控制、怠速控制、进气控制、增压控制、故障自诊断和故障安全保护等多项功能。,49,50,空气量间接方式之节流,速度方式,对于节流,速度方式，,ECU,根据节气门开度和发动机转速计算出每一循环的进气量，并由此计算出循环基本喷油量。,这种方式由于直接检测节气门的开度，因此发动机过渡工况响应特性较好，被用在一些赛车上。但是空气量与节气门开度和发动机转速之间的函数关系相当复杂，因此要精确测量空气量存在一定的困难。,51,空气量间接方式之速度,密度方式,对于速度,密度方式，,ECU,根据进气歧管压力和发动机转速，计算出每一循环的进气量，并由此计算出循环基本喷油量。,在过渡工况和采用废气再循环时，由于进气歧管内压力波动较大，会造成空气量测量的精度较低，需进行流量修正,采用这种空气测量方式的典型代表是波许公司的,DJetmnic,系统,52,空气流量直接测量方式之体积流量方式,体积流量方式利用翼片式空气流量计或卡门旋涡式空气流量计，直接测量单位时间发动机吸入的空气体积流量。,电控单元根据已测出的空气体积和发动机转速，计算出每一循环的进气空气体积流量，并进行大气压力和温度修正，再计算出循环基本喷油量。,这种测量方式测量精度较高，但需要进行大气压力和温度修正。,53,空气流量直接测量方式之质量流量方式,质量流量方式利用热线式空气流量计或热膜式空气流量计，直接测量单位时间发动机吸人的空气质量流量。,电控单元根据已测出的空气质量和发动机转速，计算出每一循环的进气空气质量流量，计算出循环基本喷油量。,这种测量方式除测量精度高、响应速度快、结构紧凑外，由于其测出的是空气的质量，因此不需要进行大气压力和温度修正。,采用这种空气测量方式的典型代表是波许公司的,LHJetronic,系统。,54,