汽车底盘电控系统课件：项目一汽油发动机电控系统的认知 80页

汽车发动机 电控系统检修 项目一 汽油发动机 电控系统的认知 一、项目要求 二、相关知识 三、项目实施 一、项目要求 二、相关知识 （一）汽油发动机电控技术概述 1 ．汽油发动机电控技术的发展 汽油发动机电控技术的发展可分为如下 3 个阶段。 第一阶段为 1952—1957 年。 第二阶段为 1957—1979 年。 第三阶段为 1979 年以后。 图 1-1 K- Jetronic 燃油喷射系统 图 1-2 KE- Jetronic 燃油喷射系统 2 ．电控系统对发动机性能的影响 电控发动机与传统发动机相比，在对汽车性能的影响上有了极大的改善。 主要体现在： （ 1 ）提高发动机的动力性 在电控汽油发动机上，由于采用了电控燃油喷射系统和进气控制系统等，减小了进气阻力，提高了充气效率，使得进入汽缸中的空气得到充分的利用，从而提高了发动机的动力性。 （ 2 ）提高燃油利用效率 电控系统能精确控制各种运行工况下发动机所需的混合气浓度，使燃油燃烧更为充分，极大地提高了燃油的利用效率。 （ 3 ）减少污染 通过电控系统对发动机在各种运行工况下的优化控制，提高了燃料的燃烧质量，同时各种排放控制系统在汽车上的应用，都使发动机的尾气污染大大减少。 （ 4 ）改善发动机的启动性能 在发动机启动和暖机过程中，控制系统能根据发动机温度变化，对进气量和供油量进行精确控制，从而保证发动机顺利启动和平稳通过暖机过程，可明显改善发动机的低温启动性能。 （ 5 ）改善发动机的加、减速性能 由于电子控制单元的运行速度非常快，使控制系统在加速或减速运行的过渡工况下能够迅速响应，从而提高了汽车的加、减速性能。 电控系统在改善汽车性能的同时，也使发动机更为复杂。 因此，在发动机出现故障时需要维修人员具备更多的知识和维修技能，方能进行发动机电控系统的检修工作。 （二）发动机电控系统的组成及工作原理 实际应用的发动机电子控制系统有很多种，但其组成基本上都可分为传感器、电控单元（ ECU ）和执行器 3 部分，如图 1-3 所示。 图 1-3 发动机电控系统的组成 传感器是装在发动机各部位的信号转换装置，其功能是将控制系统所需要的压力、温度、空气流量、转速等发动机的工作情况和汽车运行状况信号采集下来，并将它们转换成 ECU 可以识别的电信号后传送给电控单元。 电控单元（ ECU ）是发动机电控系统的核心部件，实际上是一个微型计算机，一方面给各传感器提供基准电压，并从传感器接收发动机的工作信号，另一方面完成对这些信号的计算与处理，并发出相应指令来控制执行器的动作。 执行器受电控单元的控制，负责执行电控单元发出的各项指令，是具体执行某项控制功能的装置。 形象地说，电控单元好比是发动机的“大脑”，各种传感器则是发动机的“眼睛和耳朵”，执行器就是发动机的“手和脚”。 电控单元采集传感器的信号并进行运算和处理后，控制执行器动作，最终控制发动机机械系统运转。 1 ．传感器 发动机电控系统中使用的传感器很多，主要有以下几种。 （ 1 ）空气流量传感器（ Mass Air Flow Sensor ） 空气流量传感器（如图 1-4 所示）用于检测发动机的进气流量信号，并将其转换成电信号输入 ECU ，是发动机控制单元计算点火时刻与喷油量的主要控制信号。 空气流量传感器一般安装在发动机的进气管上，节气门与空气滤清器之间，如图 1-5 所示。 图 1-4 空气流量传感器外形 图 1-5 空气流量传感器的安装位置 （ 2 ）进气绝对压力传感器（ Manifold Absolute Pressure Sensor ） 进气绝对压力传感器（如图 1-6 所示）依据发动机负荷状况，测出节气门后方进气歧管中绝对压力的变化，并将其转换成电压信号，送到 ECU ，与转速信号一起作为确定基本喷油量和基本点火提前角的依据。 进气绝对压力传感器一般安装在节气门后方的进气管上，如图 1-7 所示。 图 1-6 进气绝对压力传感器外形 图 1-7 进气绝对压力传感器安装位置 （ 3 ）节气门位置传感器（ TPS ） 节气门位置传感器（如图 1-8 所示）可以检测节气门开度（负荷）的大小，判定发动机怠速、部分负荷、全负荷工况，并将信号送给 ECU ，实现不同的控制模式；节气门位置传感器还可以检测节气门变化的快慢（加速、减速等），将信号送给 ECU 后，实现加速加油、减速减油或断油控制等。 图 1-8 节气门位置传感器外形 节气门位置传感器安装在节气门体上，通常在节气门拉线对面，是一个和节气门轴连接在一起的变阻器，如图 1-9 所示。 图 1-9 节气门位置传感器的位置 （ 4 ）凸轮轴位置传感器（ CMPS ） 凸轮轴位置传感器外形如图 1-10 所示，用来向 ECU 提供曲轴转角基准位置信号，作为供油正时控制和点火正时控制的主控制信号。 图 1-10 凸轮轴位置传感器外形 凸轮轴位置传感器通常安装在分电器或凸轮轴上。 （ 5 ）曲轴位置传感器（ CKPS ） 曲轴位置传感器外形如图 1-11 所示，用于检测曲轴转速和转角，并将信息输入发动机电控单元，电控单元根据该信号对点火正时和喷油进行修正。 曲轴位置传感器通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内，如图 1-12 所示。 图 1-11 曲轴位置传感器外形 图 1-12 曲轴位置传感器安装位置 （ 6 ）进气温度传感器（ IATS ） 进气温度传感器外形如图 1-13 所示，用来检测进气温度，并输入给 ECU ，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。 进气温度传感器可独立装于气路，或与进气流量传感器、进气压力传感器组成为一体，可以安装在节气门前或节气门后，如图 1-14 所示。 图 1-13 进气温度传感器外形 图 1-14 进气温度传感器安装位置 （ 7 ）冷却液温度传感器（ ECTS ） 冷却液温度传感器的外形如图 1-15 所示，用来检测发动机冷却液温度，并将冷却液温度的信息转换为电信号输入发动机电控单元，电控单元根据该信号对燃油喷射、点火正时、废气再循环、空调、怠速、变速器换挡及离合器锁止、爆燃、冷却风扇等控制进行修正。 冷却液温度传感器 ECTS 安装在发动机缸体、缸盖冷却液的通道上，如图 1-16 所示。 图 1-15 冷却液温度传感器外形 图 1-16 冷却液温度传感器安装位置 （ 8 ）氧传感器（ Oxygen Sensor ） — 检测排气中的含氧量 氧传感器外形如图 1-17 所示，用来检测排放废气中的含氧量，并以电压信号形式传送给电控单元，电控单元根据该信号，对喷油时间进行修正，从而使发动机得到最佳浓度的混合气，降低有害气体的排放量。 氧传感器通常安装在排气总管上，如图 1-18 所示。 图 1-17 氧传感器外形 图 1-18 氧传感器安装位置 （ 9 ）爆震传感器（ KS ） 爆震传感器外形如图 1-19 所示，用于检测发动机爆燃或震动，并将信号反馈给电控单元，电控单元根据该信号对点火正时进行修正，推迟点火以防止发动机爆震燃烧。 图 1-19 爆震传感器外形 爆震传感器通常安装在发动机汽缸体中上部或火花塞上，如图 1-20 所示。 图 1-20 爆震传感器安装位置 2 ．电控单元（ ECU ） 发动机电控单元 ECU 实物如图 1-21 所示，其型号有很多种，随着车型的不同，其功能也有所区别，但一般都具备如下基本功能。 图 1-21 电控单元 ECU ① ECU 可将电源电压调节成 5 V 、 9  V 、 12 V 标准电压，供给传感器等外部元件使用。 ② 接收各种传感器和其他装置（如启动开关、制动开关等）输入的信息，并将模拟信号转换成微机所能接收的数字信号。 ③ 储存该车型的特征参数、处理程 序、故障信息、运算所需的有关数据信息等。 ④ 运算分析，根据信息参数求出执行命令数值，将输出的信息与标准值对比，查出故障。 ⑤ 向执行元件输出指令，或根据指令输出自身已储存的信息。 ⑥ 自我修正功能（自适应功能）。 发动机 ECU 一般安装在仪表台、杂物箱或控制台中其他零部件、座椅、滤清器的下面或后面。 安装时需注意 ECU 的防水、防震、防热、防过电压、防磁等。 3 ．执行器 在发动机控制系统中，随着控制功能的不同，执行器相应也有所不同。 主要有下列几种。 （ 1 ）燃油泵 燃油泵外形如图 1-22 所示，用于建立油压，当泵内油压超过一定值时，燃油顶开单向阀向油路供油，当油路堵塞时，卸压阀开启，泄出的燃油返回油箱。 燃油泵安装在油箱内，由电机驱动，如图 1-23 所示。 图 1-22 燃油泵外形 图 1-23 燃油泵安装位置 （ 2 ）喷油器 喷油器外形如图 1-24 所示，其功能是将燃油以一定压力喷出并雾化。 燃油喷射有多点喷油系统和单点喷油系统之分，在多点喷油系统中喷油器通过绝缘垫圈安装在进气歧管或进气道附近的缸盖上，并用输油管将其固定。 多点喷油系统每缸有一个喷油器。 单点喷油系统的喷油器安装在节气门体上，各缸共用一个喷油器。 图 1-24 喷油器外形 （ 3 ）点火器 点火器又称点火电子组件，如图 1-25 所示。 其壳体常用铝材铸模而成，以利于散热，壳体上有和 ECU 连接的线束插头以及高压线插口等。 点火器的主要功能是实现点火控制。 图 1-25 点火器外形 （ 4 ）怠速控制阀 怠速控制阀通过改变旁通进气量，维持发动机在目标转速下稳定运行，其安装位置如图 1-26 所示。 除了上述的执行元件之外，还有一些执行元件，如 EGR 阀、进气控制阀、二次空气喷射阀、活性炭罐排泄电磁阀、油泵继电器、风扇继电器、空调压缩机继电器、自诊断显示与报警装置、仪表显示器等。 图 1-26 怠速控制阀安装位置 （三）应用在汽油发动机上的电控子系统 应用在汽油发动机上的电子控制系统有很多种，下面介绍主要的几种。 （ 1 ）进气控制系统 汽油机的进气控制系统可根据发动机转速和负荷的变化，通过进气谐振增压控制、进气涡流控制、配气定时控制和增压控制等，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，改变进气涡流强度，保持进气压力，从而改善发动机的动力性和经济性等。 （ 2 ）电控燃油喷射系统（ EFI ） 电控燃油喷射系统（ EFI ）是发动机电控系统中最重要的子系统。 电子控制单元（ ECU ）主要根据进气量确定基本的喷油量，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）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，同时还包括喷油正时控制、断油控制和燃油泵控制等。 （ 3 ）电控点火系统（ ESA ） 电控点火系统（ ESA ）对点火的控制包括点火正时控制、闭合角控制和爆震反馈控制 3 个内容。 该系统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。 通过对初级点火线圈通电时间的控制，以调整最佳的点火闭合角。 通过对爆震的检测和反馈修正实现爆震反馈控制功能。 （ 4 ）排气净化系统 排气净化系统对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。 主要功能包括：氧传感器的反馈控制、废气再循环（ EGR ）控制、活性炭罐电磁阀控制、二次空气喷射控制等。 （ 5 ）怠速控制系统（ ISC ） 怠速控制系统（ ISC ）是发动机辅助控制系统。 其功能是当发动机处于怠速工况时， ECU 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发动机负荷的变化，通过怠速控制阀，调整怠速工况的空气供给，使发动机保持最佳的怠速转速。 （ 6 ）自诊断系统 其功能是对控制系统各传感器和执行器等部分的工作情况进行监测，当发现不正常或有故障时，用来提醒驾驶员发动机有故障；同时，系统将故障信息以对应的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。 （ 7 ）失效保护与应急备用系统 失效保护功能就是当电控系统中的某些传感器出现故障，不能起到应有的作用时，发动机电控单元将忽略该故障传感器的信号，而采用微机预先设定的参考信号值工作，使发动机能继续运转。 直到已有的故障被修好后，再重新采集信号控制运行。 当发生的故障对发动机工作影响较大时，该系统会自动停止发动机工作。 应急备用系统是在发动机控制模块内，并列于控制模块的一套集成电路，由自诊断系统控制开启。 当发动机电控单元产生故障，使得发动机停机，车辆不能行驶时。 电控单元将开启应急备用系统，按设定的信号控制发动机转入强制运行状态，以防车辆停驶在路途中，同时警告驾驶员车辆出现严重故障，应尽快开到适宜的地方或开进维修站修理。 三、项目实施 （一）实施要求 （二）实施步骤 ① 找出电控单元 ECU ，记录其型号。 ② 找出各传感器，记录其型号及数据。 ③ 找出各执行器，记录其型号及数据。 ④ 启动电控发动机，观察各部分的工作情况。 ⑤ 绘制电控单元 ECU 与各传感器、执行器的连接框图，注意信号线的指向。