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汽车电器与电子技术汽车电器与电子技术讲义讲义第 九 章 发 动 机 电 子 控 制 技 术华 中 科 技 大 学 机 械 学 院 刘 伦 洪第1页/共138页学习要点学习要点 主要内容 发动机电子控制系统的组成 汽车发动机传感器 燃油喷射控制 点火控制 怠速控制(Idle Speed Control，ISC) 排放净化控制 进气控制 故障自诊 安全保险与后备系统 北京切诺基发动机控制系统第2页/共138页一、发动机电子控制系统概述一、发动机电子控制系统概述 主要控制对象：汽油喷射(空燃比)、点火装置（点火正时） 辅助控制对象：怠速控制、废气再循环、进气控制、发电机控制、变速控制、燃油泵控制、加速踏板控制、巡航控制、极限转速控制、闭缸工作控制、自诊断系统等 发动机电子控制系统的种类 集中控制系统 单独控制系统 组成： 传感器及信号输入装置 电子控制单元 执行器第3页/共138页Audi A8第4页/共138页Benz SL200第5页/共138页Chevrolet Corvette第6页/共138页线束实例第7页/共138页示意图示意图第8页/共138页主要元件位置主要元件位置第9页/共138页第10页/共138页1.1 传感器及输入信号传感器及输入信号 传感器空气流量计(Mass Air Flow, MAF)进气歧管绝对压力传感器(Manifold Absolute Pressure, MAP)曲轴位置传感器（Crankshaft Position Sensor, CPS）凸轮轴位置传感器（Camshaft Position Sensor，CPS）上止点位置传感器(Top Dead Center Sensor)缸序判别信号(Cylinder Indentification Sensor)冷却水温传感器(Coolant Temperature Sensor)进气温度传感器(Intake Air Temperature Sensor)节气门位置传感器(Throttle Position Sensor，TPS)氧传感器(Oxygen Sensor)爆震传感器(Knock Sensor)大气压力传感器(Barometric Pressure Sensor)车速传感器(Vehicle Speed Sensor) 输入信号起动信号、空调开关信号、档位开关信号、蓄电池电压、离合器开关、刹车开关、动力转向开关、巡航控制开关第11页/共138页传感器及输入信号传感器及输入信号第12页/共138页1.2 电子控制单元电子控制单元 输入回路 A/D转换器微型计算机 输出回路第13页/共138页1.输入回路输入回路滤波：除去干扰信号、杂波 整形： 电平转换： 隔离：采用光耦等 保护：第14页/共138页2.微型计算机 CPU 典型参数：420MHz时钟频率 存贮器Memory 1KB32KB ROM（程序存贮器）； 128B 2KB RAM 输入/出接口I/O 860引脚 总线Bus 典型外部总线有：UART、IIC、SPI、LIN、CAN第15页/共138页MC68HC908JK8介绍High-performance M68HC08 architecture,Low-power design; fully static with stop and wait modesMaximum internal bus frequency: 8-MHz at 5V operating voltage 4-MHz at 3V operating voltage Oscillator options: Crystal or resonator RC oscillator 8,192 bytes user program FLASH memory with security1 feature 256 bytes of on-chip RAM Two 16-bit, 2-channel timer interface modules (TIM1 and TIM2)with selectable input capture, output compare, and PWMcapability on each channel; external clock input option on TIM2 13-channel, 8-bit analog-to-digital converter (ADC) Serial communications interface module (SCI) 26 general-purpose input/output (I/O) ports: 8 keyboard interrupt with internal pull-up 11 LED drivers (sink) 2 25mA open-drain I/O with pull-upResident routines for in-circuit programming and EEPROM emulationSystem protection features: Optional computer operating properly (COP) reset, driven by internal RC oscillator第16页/共138页MC68HC908JK8介绍第17页/共138页 3.输出回路 功率放大普通IC的驱动能力为mA级,执行器的驱动电流通常为数A几十A驱动隔离第18页/共138页1.3 执行器执行器 电动燃油泵 电磁喷油器 冷起动喷油器及热限时开关 怠速空气调整器 点火线圈 EGR阀 碳罐第19页/共138页执行器外观执行器外观第20页/共138页二、二、 汽车发动机传感器汽车发动机传感器 线性特性不一定重要 传感器数量不受限制 信号可以加工和共用 可以间接测量第21页/共138页传感器的种类传感器的种类（Mass Air Flow）(Manifold Absolute Pressure)(Crankshaft Position Sensor)(Oxygen Sensor)(Knock Sensor) 节气门位置传感器(Throttle Position Sensor) 温度传感器(Temperature Sensor) 可变电阻传感器 车速传感器(Speed Sensor)第22页/共138页2.1 空气流量计空气流量计(Mass Air Flow, MAF)作用：测量吸入发动机的空气量，是燃油喷射器喷油量的关键计算依据 分类：（体积）（体积）（质量）（质量）第23页/共138页叶片式空气流量计叶片式空气流量计第24页/共138页卡门涡空气流量计卡门涡空气流量计： 通过空气通道的空气流速变化时，的频率f与之间存在如下关系：V = d * f / St 其中：d为涡流发生器的直径；St为斯特罗巴尔数，约等于0.2; 若测得卡门涡频率，即可计算出空气体积流量。第25页/共138页热线式热线式/热膜式空气流量计热膜式空气流量计测量原理： 1.布置在空气通道中的的2个温变电阻RK(冷线)、RH(热线)与固定电阻RA、RB组成电桥； 2.控制电路A通过改变RH中的电流（使其发热，与RK的温差维持100度）来调节RH的阻值大小，从而让电桥平衡； 3.当空气流速增大时，带走更多热量，因而RH中的电流也应增加； 4.因此，RA的端电压Uo反应了所流过空气的质量大小。优点：可直接测量空气2者的区别：发热体RH由热线改为热膜；热膜式承受气流压力好，可靠性高。热膜式热线式原理第26页/共138页性能比较性能比较 种类性能响应特性良良良怠速稳定性良良良良废气再循环适用性良良良良发动机性能随时间变化优优优优海拔高度修正进气温度修正易安装性良良良良成本中第27页/共138页第28页/共138页2.2 歧管绝对压力传感器歧管绝对压力传感器 (Manifold Absolute Pressure，MAP)：通过测量进气歧管的间接计算第29页/共138页2.3 曲轴位置传感器曲轴位置传感器(Crankshaft Position Sensor，CPS)作用：、，是点火提前角的关键计算依据；按安装位置分：曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮、分电器按测检原理分：磁电式（磁致脉冲） 、霍尔式、光电式磁电式霍尔式第30页/共138页磁电式CPS- (1)第31页/共138页磁电式CPS (2)6凸缘第32页/共138页霍尔式CPS412个叶片第33页/共138页光电式CPS360条缝6条缝其中1条宽缝第34页/共138页信号特征：信号幅值随转速变化成正比变化；信号上叠加了大量的噪声；处理方法：滤波限幅数字滤波与后处理。思考：设计一个可行的磁脉冲传感器信号的处理方案。第35页/共138页：，但多采用很不精确的间接测量或粗略测量；：，但测量精度最多为1曲轴转角；： 是精度已经足够？ 现有技术无法继续提高精度？ 其他部分精度有限，再提高无益？ 第36页/共138页2.4 氧传感器（氧传感器（Oxygen Sensor，OS）作用：测量排气管中氧气的含量.种类氧化锆(ZrO2)：特性类于浓稀开关氧化钛(TiO2)：电阻型，O2浓度高时，电阻很高结构与原理第37页/共138页氧化钛氧传感器二氧化钛氧传感器的是利用导体二氧化钛（TiO2）依氧气分压的不同而进行氧化或者还原反应，使电阻发生变化。所以利用测定的氧气分压，即。二氧化钛式氧传感器的三个端子分别是基准电源、传感器输出端和接地端。由于二氧化钛的电阻随温度变化，故串联热敏电阻后具有温度补偿作用。在低温状态下，二氧化钛电阻值增大，影响其正常的性能，为使其快速升温以活化其性能，可装有加热线圈。二氧化钛式氧传感器虽然比氧化锆式氧传感器结构简单、体积小、便宜，但电阻随温度的变化大。因此，需要加设温度修正回路，内装加热器，以便使高温下的二氧化钛式氧传感器检测特性比较稳定。1-TiO2氧传感器元件 2-壳体 3-绝缘体 4-端子 5-陶瓷连结片 6-导线 7-TiO2热敏电阻元件 第38页/共138页2.5 温度传感器温度传感器 测量对象：水温、油温、气温 种类：绕线电阻、热敏电阻、半导体水温传感器进气温度传感器第39页/共138页2.6 爆震传感器（爆震传感器（Knock Sensor） 检测方法：气缸压力、发动机振动、燃烧噪声 振动法爆震传感器种类：磁致伸缩式、压电式（共振型、非共振型）结构与原理第40页/共138页2.7 节气门位置传感器节气门位置传感器(Throttle Position Sensor，TPS) 线性输出型开关量输出型问：装开关量传感器的发动机ECU如何感知驾驶员的加减速意图？结构与原理第41页/共138页三、燃油喷射的控制三、燃油喷射的控制 基本概念 汽油机对混合气的要求 汽油喷射的概念及发展过程 燃油供应装置 燃油喷射控制 电动油泵的控制第42页/共138页1、基本概念、基本概念混合气中空气与燃油的质量比，简称；A/F = 空气质量/燃油质量汽油完全燃烧并生成CO2和H2O时的空燃比称理论空燃比，约；实际空气量与理论空气量的比值，即：= 实际空气量/理论空气量，或= 实际空燃比 功率混合气： 经济混合气：第43页/共138页发动机对混合气的要求发动机对混合气的要求稳定工况怠速：A点小负荷：AB段中等负荷：BC段大负荷：CD段过渡工况冷起动：A/F 2暖车：由浓变稀加速：加浓减速：减油02040608010011131517空燃比节气门(油门)开度 %ABCD第44页/共138页汽油喷射的概念及发展过程汽油喷射的概念及发展过程概念：喷油系统发展历程： 20世纪初，德国Wright兄弟首次在飞机上采用； 1952年，二战时，Daimler-Benz公司装用了Bosch的机械喷油系统； 1958年，德国Mercedes220s轿车批量装备带油量分配的进气管汽油喷射 1967年，Bosch研制成功；后来改进成为的； 1967年，Bosch批量生产用空燃比模拟式电子控制喷油系统； 1973年，Bosch公司将D-Jetronic发展成为系统，采用控制空燃比； 1981年， Bosch公司将开发了采用的汽油喷射系统；集中系统 1979年， Bosch公司首先推出Motronic数字式发动机控制系统，集成了喷油控制与点火控制两种功能；第45页/共138页2、汽油喷射系统的分类、汽油喷射系统的分类按喷油器安装部位分单点汽油喷射系统多点汽油喷射系统第46页/共138页汽油喷射系统的分类汽油喷射系统的分类按喷油方式分 连续喷射系统：如K-Jetronic系统 间歇喷射系统按喷射时序分 同时喷射 单独（次序）喷射 分组喷射第47页/共138页汽油喷射系统的分类汽油喷射系统的分类 按喷射装置的控制方式分 机械式 机电结合式 电控式第48页/共138页第49页/共138页第50页/共138页汽油喷射系统的分类汽油喷射系统的分类Bosch公司的分类(按进气量检测方式)歧管压力式叶片式卡门涡漩式热线式热膜式第51页/共138页第52页/共138页汽油喷射系统的优点汽油喷射系统的优点 燃油分配均匀 进气压力损失小 加减速等过渡阶段，空燃比响应迅速 大气压力及气温变化时，能够电脑修正 起动及暖机容易 最合适的混合气 减速断油，降低油耗与排放第53页/共138页3、燃油供应装置、燃油供应装置第54页/共138页电动油泵电动油泵 滚柱泵 齿轮泵 涡轮泵 侧槽泵第55页/共138页燃油压力调节器燃油压力调节器(压差调节器压差调节器) 使系统油压（供油总管内的油压）与进气歧管压力（汽油喷口）差保持恒定。动画第56页/共138页喷油器喷油器 轴针式 球阀式 片阀式动画第57页/共138页单点喷油器单点喷油器第58页/共138页冷起动喷油器及限时开关冷起动喷油器及限时开关起动时提供额外的喷油第59页/共138页4、燃油喷射的控制、燃油喷射的控制喷油器工作特性喷油量的控制第60页/共138页喷油器特性喷油器特性To与Tc相对于Ti，针阀开启时间为：Ti ( To Tc )Tu = (To - Tc)称为：To与电压相关：电压越高，数值越小Tc与电池电压无关因此，Ti需要动态喷油量q与静态喷油量Q第61页/共138页与 电压驱动回路线圈直流电阻(含内置附加限流电阻)为1217欧的称为；宜采用。第62页/共138页 与 电流驱动回路线圈匝数少，内阻0.63欧，电感小，；饱和电流大，若不限制，宜发热。因此多采用。第63页/共138页喷油量控制喷油量控制 喷射时间计算方法第64页/共138页燃油增量修正 温度修正 加减速修正 急加速的异步喷射 大负荷、高转速的燃油修正 无效喷射时间 燃油停供： 减速断油 超速断油 起动时的喷油时间第65页/共138页空燃比反馈控制空燃比反馈控制控制过程：发动机ECU不断检测氧传感器的信号，并将信号电压与基准电压比较，判断混合气的浓度以进行控制；如电压高（实际空燃比），则缩短喷油时间；如实际空燃比，则增加喷油时间；反馈控制作用取消的条件：第66页/共138页学习空燃比控制学习空燃比控制 方法：以乘系数（学习空燃系数）的形式,修正燃油喷射量； 过程： 当长时间偏浓，减少系数； 长时间偏稀，增大系数； 系数取值（，?）第67页/共138页5、电动燃油泵的控制、电动燃油泵的控制的控制第68页/共138页油泵转速的控制 发动机ECU直接控制（PWM调速）第69页/共138页的控制电阻器式第70页/共138页的控制专设油泵ECU第71页/共138页稀薄燃烧发动机技术 稀燃发动机中，混合气空燃比(A/F)达以上； 70年代初，为了降低油耗，人们探索了由稀混合气运行，用氧化催化剂净化排气的方法，采用了一种带副燃烧室的发动机。这种由丰田及本田公司发明的燃烧方式由于从副燃烧室喷出火焰会造成热能损失，稀混合气发动机改进对油耗的。 随着进气口的改进，气缸内旋涡生成技术的进步，由通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后搞成的开口式燃烧室可以形成比带副燃烧室还好的稀薄混合气燃烧，并且随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混合气传感器技术的开发，精密控制空燃比已成为可能。 80年代中期，丰田、三菱、本田相继将其产品实行产品化。 目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，其共同点：利用缸内涡流运动，使聚集在火花塞附近的混合气最浓，先被点燃后迅速向外层推进燃烧，并有较高的压缩比。第72页/共138页举例 三菱缸内直喷汽油机(GDI)，空燃比达40；本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。这款取名为升发动机比一般本田发动机省油20%第73页/共138页汽油机稀燃的关键技术 采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至13：1左右，促使燃烧速度加快。如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。第74页/共138页问题？稀燃发动机，如何实现空燃比闭环控制？普通氧传感器输出曲线第75页/共138页资料：FSI分层燃烧技术（Fuel Stratified Injection，燃油分层喷射）是发动机的一种。 FSI发动机利用高压泵，使汽油通过分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。其特点是在进气道中产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气集中在燃烧室中央的火花塞周围。 稀燃技术的混合比达到25:1以上，按常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12:1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。 FSI特点：能够降低泵吸损失，在低负荷时确保低油耗，但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体。 FSI发动机按照负荷工况，自动选择2种运行模式：在时为，在时则为（）燃烧。在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油在进气冲程中喷射。理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用。而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，由于直喷化而使压缩比提高到，即使在均质理论空燃烧比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。 在FSI发动机中，在，采用，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，阻碍燃烧的废气再循环（EGR）暂不进行。与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油的喷射量。第76页/共138页四、点火控制四、点火控制主要内容： 汽油机对点火系统的要求 点火线圈 微机控制原理 无分电器点火系统 爆震控制第77页/共138页1、汽油机对点火系的要求、汽油机对点火系的要求 永恒的追求：足够高的电压(30KV)足够大能量(100mJ)足够准确的点火时间 还有别的吗？第78页/共138页影响点火正时的主要因素 转速：（过去采用“离心点火提前机构”) 负荷：（过去采用“真空点火提前机构”） 汽油辛烷值：（过去采用“辛烷校正器”） 空燃比： 进气压力： 水温： ：电脑控制点火系统中，还有上述3种点火提前吗？第79页/共138页点火系的发展过程点火系的发展过程传统触点点火（略）：闭合角控制、恒流控制微机控制点火微机控制无分电器点火（DLI）第80页/共138页闭合角控制传统触点点火系中，断电器闭合期间（也即初级电流接通期间）曲轴转过的角度，即“闭合角”。在电子点火系中，则指晶体管导通期间曲轴转过的角度。闭合角控制则是控制晶体管导通的时间，。导通截止第81页/共138页恒流控制恒流控制线圈内阻大()电流上升慢线圈内阻小()电流上升速度快；适应高转速工况点火线圈火花塞采样电阻PWM无恒流控制有恒流控制第82页/共138页？问题 ？ 回忆一下： 与 的作用分别是什么？ 2者都能防止线圈发热吗？ 对于电脑控制点火系统， 2种功能必须都具备吗？第83页/共138页2、点火线圈、点火线圈第84页/共138页无分电器双缸点火线圈无分电器双缸点火线圈第85页/共138页3、微机控制点火提前角、微机控制点火提前角 基本过程： 微机（转速、进气量、水温）信息，再根据CPS判别出曲轴转速、位置以缸序，然后控制功率晶体管通断，即控制点火线圈初级电流的断续。 主要控制内容：（见前述）第86页/共138页日产ECCS系统点火提前角控制1、正常行驶时：*与转速、负荷相关，通过查表得到；与水温相关；2、怠速时： 若水温50度，车速8Km，转速0度时，点火提前角恒为16度。第87页/共138页丰田TCCS系统点火提前角控制 实际点火提前角= + 其中：固定为10度通过查表获得（与转速、负荷相关）与水温相关第88页/共138页4、爆震控制、爆震控制爆震的定义提前燃烧爆震的危害噪音大；损坏发动机爆震控制的作用时间点火信号发出后的一段时间负荷大于一定值魔鬼分界线?第89页/共138页思考思考1： 根据传感器、燃油喷射控制及点火控制部分的讲述内容，分析电喷发动机的不足。第90页/共138页思考2：在缺乏能的实验设备的情况下，能否自行设计发动机ECU？ 我们已经知道：与、进气量()、汽油（抗爆性）、冷却液()、有关，即T = f(n,g,t,)与、冷却液()、相关，即：Q = f(g,t,v,); ； 但我们不知道上述函数的表达式是什么？或：所谓MAP图是什么？ 该函数的目标，其实是求不同工况下的目标量最优值：油耗功率扭矩排放第91页/共138页五、怠速控制 怠速控制原理与组成 怠速空气调整器 节气门直动式怠速空气调整器第92页/共138页要解决的问题1、尽可能低的怠速转速。 怠速转速过高，会增加燃油消耗量。因此，怠速转速应尽可能低。但考虑到减少有害物的排放，怠速转速又不能过低。2、负荷变化时不熄火及转速稳定。 某些怠速使用条件下，如冷车运转与电器负荷、空调装置、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况，它们都会引起怠速转速的变化，使发动机怠速不稳甚至会引起熄火现象。 3、转速稳定及不熄火。 避免出现转速抖动（“游车”）第93页/共138页基本原理 怠速时，节气门处于关闭状态，空气通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通道进入发动机，由空气流量计（或进气歧管压力传感器）检测该进气量，并根据转速及其它修正信号控制喷油量，使转矩与发动机本身内部阻力矩相平衡，保证发动机在怠速下稳定运转。当发动机的内部阻力矩发生变化时，怠速运转转速将会发生变化。发动机怠速控制装置的功能就是自动维持发动机怠速稳定运转。 怠速控制（ISC）是通过调节空气通道面积以控制进气流量的方法来实现的第94页/共138页怠速控制系统组件和功能第95页/共138页1旁通空气式 开关控制型 旋转电磁阀式 占空比控制型 步进电动机式第96页/共138页开关控制型（VSV）由发动机ECU信号控制的电流通过线圈,使线圈励磁，线圈将阀打开，从而增加怠速约 100r/min（快怠速转速由其它空气阀控制）。第97页/共138页旋转电磁阀式旋转电磁阀式怠速控制阀在实际运行时，ECU将检测到的怠速转速实际值与贮存的设定目标值相比较，并随时校正送至怠速控制阀的驱动信号，以实现稳定的怠速运行。第98页/共138页第99页/共138页占空比控制型（ACV）由发动机ECU信号控制的电流通过占空比控制阀，线圈被励磁，怠速控制阀移动。这就改变了阀与阀体之间的间隙，从而控制怠速的转速。第100页/共138页步进电动机式为了控制发动机怠速运转的速度，根据来自发动机ECU的信号，怠速控制阀增加或减少流过节气门旁通通道的空气量第101页/共138页2 2、节气门直动式节气门直动式怠速控制装置是通过控制节气门开启程度，调节空气流通的面积，达到控制进气量，实现怠速控制的第102页/共138页六、排放净化控制六、排放净化控制 含铅化合物、：CO的100%、Nox的100%、HC的55%、含铅化合物100% 油箱及化油器：HC的20%（逃逸）：HC的25% 废气再循环(EGR) 二次空气喷射与热反应器 三元催化器 曲轴箱强制通风 燃料箱蒸发控制第103页/共138页1.1.废气再循环废气再循环(EGR)(EGR) 目的：降低尾气中的生成 种类： 机械式EGR系统 普通电子式EGR系统 可变EGR率EGR控制系统 闭环式EGR第104页/共138页废气再循环对排放及油耗的影响废气再循环对排放及油耗的影响第105页/共138页EGR种类第106页/共138页2.2.二次空气喷射及热反应器二次空气喷射及热反应器第107页/共138页3.3.三元催化反应器三元催化反应器第108页/共138页4.4.曲轴箱强制通风系统曲轴箱强制通风系统第109页/共138页5.5.燃料蒸发控制燃料蒸发控制第110页/共138页第111页/共138页七、进气控制七、进气控制 主要目的 尽可能提高进气量 常见的进气控制技术 动力阀控制系统 谐波增压进气控制系统 废气涡轮增压控制第112页/共138页1.1.动力阀控制系统动力阀控制系统根据发动机的负荷不同，以改善发动机的动力性能。受真空控制的装在进气管上，控制进气管空气通道的大小。，ECU控制的真空电磁阀关闭，真空室的真空度不能进入动力阀上部的真空室，进气通道变小；大负荷时相反。第113页/共138页2.2.谐波增压进气控制系统谐波增压进气控制系统(Acoustic Control Intake System,ACIS) 原理：.压力波利用方法：调节进气管长度与形状，尽可能让进气门打开时，压力波到达，从而加大功率。 下图为丰田的2JZ-GE发动机所采用的ACIS系统原理.第114页/共138页3.3.废气涡轮增压控制废气涡轮增压控制第115页/共138页八、故障自诊断功能八、故障自诊断功能 现代发动机的故障自诊功能用于监测、诊断发动机控制系统的工作情况及工作中出现的故障。 当故障发生时，仪表板上的“发动机故障指示灯”，或“Check Engine”灯会点亮；同时微机将故障信息以故障码的形式存入存储器中，以便维修时将代码读出、快速判断故障类型。第116页/共138页1.1.自诊断的原理自诊断的原理传感器故障诊断对传感器信号进行可信度分析；如：水温传感器信号不应超过120度等。执行器故障诊断通过专门的检测电路监测执行器的运行；如：点火器的故障监测电路（图9-177）综合分析如氧传感器过稀超过10秒。原因是微机通过多次反馈修正仍不能校正，即可断定出“过稀故障”，但其原因也可能多方面，如传感器故障或执行器故障；第117页/共138页诊断结果的显示不同厂家、不同车型的显示方法不同：故障警告灯、检查灯、检查发动机灯发光二极管数码管第118页/共138页2.2.故障码的读取与清除故障码的读取与清除 专用仪器读取 跨接LED灯读取故障码 由“CHECK ENGINE”读取发动机故障码 拆开电瓶线10s以上再装回，起动发动机运转10min即可清除故障码。 故障排除一段时间以后自动清除 解码器发指令清除第119页/共138页故障指示灯读取故障指示灯读取如右图丰田车系，将TE1与E1端子短接，即可由指示灯的闪烁依次读出故障码.第120页/共138页解码器读取解码器读取 解码器通过诊断接口与ECU通讯，读取故障码 诊断总线类型有： OTCDRB OBD-IOBD-II OBD-III等第121页/共138页3.3.故障码示例故障码示例故障码诊断内容故障码诊断内容亮但不闪主电脑不良39O2传感器不良11O2传感器不良41喷油嘴电路不良12空气流量计信号不良42汽油泵控制电路不良13进气温度信号不良43EGR控制电路不良14节气门位置传感器信号不良44N0.1和N0.4缸高压线圈电路不良15怠速电机位置传感器信号不良52N0.2和N0.5缸高压线圈电路不良21发动机水温传感器信号不良53N0.3和N0.6缸高压线圈电路不良22曲轴（CKP）传感器信号不良55怠速电机（IAC）电路不良23凸轮（CMP）传感器信号不良59O2传感器信号电路不良24车速传感器（VSS）信号不良61TCC控制电路不良25大气压力（BARD）传感器不良82辅助进气控制电路不良31爆震（KNOCK）传感器信号不良71TCC真空控制电磁阅电路不良32进气压力(MAP)传感器信号不良72TCC大气控制电磁阀电路不良36点火正时调整信号线搭铁第122页/共138页 OBD是英文On-Board Diagnostics的缩写，中文翻译为“车载自动诊断系统”。 OBD是一种自动诊断汽车问题的程序。当系统出现故障时，故障（MIL）灯或检查发动机（Check Engine）警告灯亮，同时动力总成控制模块（PCM）将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。根据故障码的提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。有针对性地去检查有关部位、元件和线路，将故障排除。 从20世纪80年代起，美、日、欧等各大汽车制造企业开始在其生产的电喷汽车上配备OBD。由于各大主要汽车制造企业的OBD系统因其发动机管理系统不同而各不相同，各自采用自行设计的诊断座及自定义的故障码，每一种车系都有自己一套检测专用工具，例如专用的解码器，这给维修检测带来很大的不便。初期的OBD对本身数据无法自检，使得维修后的汽车常常达不到原厂的技术要求。第123页/共138页OBDOBD标准标准 硬件接口 软件协议第124页/共138页OBD-IIOBD-II诊断标准诊断标准 一种比OBD更先进的OBD-在90年代中期产生，它实行标准的检测程序，不必使用专用的特殊工具。美国汽车工程师协会（SAE）制定了一套标准规范，要求各汽车制造企业按照OBD-的标准提供统一的诊断模式，做到只要有一台仪器就可通过统一的插座对各种汽车进行检测。为此各大汽车制造企业改变了电控系统的许多方面，在90年末期，进入北美市场的汽车都按照新标准设置车载诊断系统。按照新标准，汽车上的相关联接器、位置、代码都实行标准化，不再各行其是。都有一个通用的标准诊断测试联接器，简称DLC。DLC有一个16针的插头，使用标准的联接件，汽车的参数能通过任何按照OBD-标准结构的检测仪器读取；DLC的标准安装位置在驾驶员侧边仪表板下面，要能够看得见；对电控系统的所有零部件使用一套标准的术语、缩写和定义，不管什么品牌的车显示的故障代码符号和含义是一样的；车辆识别信号能自动传输到检测仪器上，当车辆发生故障时能够记录并存入车载电脑存储器内，不管何时发生影响排气质量的故障时都能够存储代码；检修后检测仪器能够删除存储在车载电脑存储器内的故障代码。OBD-与以前的所有车载自诊断系统不同之处在于有严格的排放针对性，其实质性能就是监测汽车排放。当汽车排放的HC、CO和NOx或燃油蒸发污染量超过设定的标准，包括发动机及其动力系统随机引起的HC排放量的上升、催化转换器的净化效率下降到限值之下、密封的燃油系统有空气泄漏、某个传感器或其他排放控制装置失效等等情况，MIL灯就会点亮报警。第125页/共138页OBD-III诊断标准诊断标准 虽然OBD-对监测汽车排放十分有效。但当MIL灯亮时驾驶员会否接受警告，则又是另一回事，OBDII是无能为力的。为此，一种比OBD-更先进的OBD-产生了。 OBD-主要目的是使汽车的检测、维护和管理合为一体，以满足环境保护的要求。OBD-系统会分别进入发动机、变速箱、ABS等系统ECU（电脑）中去读取故障码和其它相关数据，并利用小型车载通讯系统，例如GPS导航系统或无线通信方式将车辆的身份代码、故障码及所在位置等信息自动通告管理部门，管理部门根据该车辆排放问题的等级对其发出指令，包括去哪里维修的建议，解决排放问题的时限等，还可对超出时限的违规者的车辆发出禁行指令。因此，OBD 系统不仅能对车辆排放问题向驾驶者发出警告，而且还能对违规者进行惩罚。 同时也有一些汽车厂商表示，因我们当前的路况、燃油品质还与欧洲存在一定的差距，若安装此OBD会导致系统频繁报警，带来不必要的麻烦。第126页/共138页OBDOBD故障码故障码故障码诊断内容故障码诊断内容P0100空气流量计或电路不良P0302N0.2缸间歇性不点火P0105大气压力传感器信号不良P0303N0.3缸间歇性不点火P0110进气温度传感器信号不良P0304N0.4缸间歇性不点火P0115水温传感器信号不良P0335曲轴位置传感器或电路故障P0120节气门位置传感器或电路不良P0340凸轮抽位置传感器或电路故障P0125发动机无法进入闭环工作状态P0400EGR控制系统不良P0130前氧传感器电路故障P0421催化转换器故障P0135前氧传感器加热器故障P0440活性碳罐控制不良P0136后氧传感器电路故障P0443活性碳罐电磁阀电路不良P0141后氧传感器加热器故障P0500车速信号不良P0170空燃比稀P0505怠速控制不良P0201No.1缸喷油器或电路故障P0510节气门怠速接点信号不良P202N0.2缸喷油器或电路故障P1300点火正时调整电路不良P0203No.3缸喷油器或电路故障P1400进气支管压力传感器或电路故障P0204N0.4缸喷油器或电路故障P1500发电机磁场控制电路不良P0300间歇性不点火P1715变速器油压电磁阀有故障P0301No.1缸间歇性不点火P1750变速换档电磁阀不良第127页/共138页九、安全保险与后备系统 安全保险功能（） 又称故障保险功能，是指微机检测出故障，采取的一种保险措施。如传感器出现故障，则忽略传感器信号，采用缺省值代替；如执行器出现故障，则停止相关功能等。主要由ECU内部的软件实现。 后备系统（）当ECU内微机控制程序故障，ECU将燃油喷射及点火正时控制在预定水平上。 通常由一个专用的后备电路完成，平常不断监测ECU的运行，一旦发现ECU故障，则立即取代主ECU投入使用。第128页/共138页后备系统原理框图第129页/共138页十、发动机电路实例1：切诺基发动机电路第130页/共138页发动机电路实例2：切诺基发动机电路第131页/共138页发动机电路实例3：兰鸟SR20DE发动机ECCS电路第132页/共138页十一、ECU电路(单点喷射系统)被广泛的应用于国内的经济型汽车上,常见的有等车型. 第133页/共138页ECU电路（续）MOTOROLA的电控系统491(单插头)电脑主要应用在、第134页/共138页文章1：电子仪器成汽车故障首祸 现在高级车出故障的频率明显比其他车型多。奔驰新E级出故障的次数比它的入门车型A级车多了三倍。 产生故障的主要原因在电子仪器上面。奔驰E级车的车载电子仪器的储存容量比当年把美国宇航员送上月球的阿波罗火箭还大，它拥有各种各样的功能，有些甚至连驾驶者都不清楚。 据一份2002年的统计结果表明，与电子仪器有关的汽车故障率达到49.2%。 在一辆当今的豪华车中，传输网络起码超过了两公里长，在几秒钟之内就要把大量的数据处理到70个电子控制仪器中，这样在车里几乎就没有一个机械部件是不受电子仪器控制的了。如果一辆奔驰S级的豪华车遇险，安全带就自动绷紧，副驾驶座的靠背调整到在撞击中较安全的位置，天窗也会关闭。 奔驰把电子液压刹车装置用到了SL跑车上，后来又用于E级车。在这种装置上，刹车力有时候通过电子，有时候通过液压来传递，这令专业人士都很难辨认。所以，奔驰今后仍将使用纯粹的液压系统。第135页/共138页文章2：汽车软件惹麻烦 坐在价值万英镑的宝马(BMW)7系列的真皮驾驶座上时，很少会把这感觉和坐在万英镑的雪铁龙萨拉毕加索(Citroen Xsara Picasso)中的感觉相提并论。毕加索轿车上用的塑料以实用为主，根本就不能和宝马昂贵的实木金属仪表盘相比。宝马的引擎动力几乎是雪铁龙的两倍。 零配件供应商法雷奥公司(Valeo)的主席兼首席执行官迪埃里默林(Thierry Morin)说：“汽车电子系统的故障率是一般机械零件的六到七倍。” “电子系统拥有它与生俱来的东西：隐错(bug)。一辆车的电子部件越多，隐错就越多。”在最先采用复杂电子系统的豪华轿车身上，这个问题体现得最为明显。软件控制技术现在被应用在从收音机调台到控制燃油喷射的所有地方。一些诸如辅助停车和紧急制动的新技术也都依赖于先进的电脑控制。从机械学过渡到“机械电子学”，也就是当机械学和电子学相互结合的时候，豪华轿车生产商如果对这种转变应付不及，无疑会损害它们的品牌形象。梅塞德斯-奔驰(Mercedes-Benz)的高可靠性声誉已经受到了严重打击，因为它在电子系统上的毛病导致了数目极高的故障率。其它一些汽车生产厂家也在拼命修补各自软件中的隐错。 大众公司(Volkswagen)首席执行官博恩德皮斯切茨里德(Bernd Pischetsrieder)指出：“如果您的大众车有毛病，那么软件故障的可能性非常高。对于我们汽车制造商来说，软件技术不是我们得心应手的领域。”第136页/共138页文章2：(续1)问题分三个方面：首先，软件技术还没有成熟定型。汽车制造商花了100多年的时间才让引擎能够平稳运转，但真正面对高速发展的汽车电子领域才只有几年的时间。据梅塞德斯的母公司戴姆勒克莱斯勒(DaimlerChrysler)估计，在过去的35年中，车用软件的代码长度已经从能够轻松应对的100行发展到了100万行，到2010年可能会达到1亿行。其次，汽车制造商未能加强在电子学和软件开发领域的专业知识。很多负有管理职责的“汽车人”，包括皮斯切茨里德先生，接受的都是机械工程方面的训练。他们忽视了软件研发和汽车研发之间的区别。从一个概念到最终产品的问世，软件研发通常只需要不到18个月时间，而汽车研发则需要至少四年。每个零配件的供应商都会制作相应的软件，而外部系统集成商则负责保证让所有零配件能够在一起和谐地工作。最后，也许是缺乏专业知识，汽车制造商把连接各个零配件之间的网络搞得太复杂了，这使它们无法进行适当的检测。摩托罗拉汽车部欧洲市场销售主管哈本斯达斯(Harbans Dass)认为，不同系统的功能各不相同，这种系统的极大丰富已成为最大的难题。他说：“当我们把所有这些系统都连接起来的时候，它们就变得非常复杂，复杂得跟飞机一样，问题也就接踵而至。”这个结果让我们想起了关于通用汽车和微软公司之间争斗的一个经久不衰的笑话。传说比尔盖茨(Bill Gates)在比较计算机业和汽车业的研发速度时曾这样说：“如果通用汽车能保持和计算机行业一样的技术更新速度，我们现在都能够开着只卖25美元的汽车，一加仑油能够开1000英里。”通用的回答是：“是的，但您是否愿意让您的车每天死机两次？”虽然情况还不至于那么糟，但对于那些不得不重新启动卫星导航系统或速度指示表的驾车者来说，汽车电子系统的可靠性的确可以和微软的视窗操作系统一较高下。第137页/共138页感谢您的观看！第138页/共138页