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汽车电控发动机系统认识,发动机工作原理是怎样的

关注:19 发表时间:2019-12-12 08:00:00

汽车电控发动机系统认识 

一、发动机电子控制系统的组成与原理 

电喷发动机是采用电子控制装置.取代传统的机械系统(如化油器)来控制发动机的供油过程。如汽油机电喷系统就是通过各种传感器将发动机的温度、空燃比.油门状况、发动机的转速、负荷、曲轴位置、车辆行驶状况等信号输入电子控制装置.电子控制装置根据这些信号参数.计算并控制发动机各气缸所需要的喷油量和喷油时刻,将汽油在一定压力下通过喷油器喷入到进气管中雾化。并与进入的空气气流混合,进入燃烧室燃烧,从而确保发动机和催化转化器始终工作在最佳状态。这种由电子系统控制将燃料由喷油器喷入发动机进气系统中的发动机称为电喷发动机。 电喷发动机按喷油器数量可分为多点喷射和单点喷射。发动机每一个气缸有一个喷油咀,英文缩写为MPI,称多点喷射。发动机几个气缸共用一个喷油咀英文缩写SPI.称单点喷射。  

汽油喷射发动机与化油器式发动机相比,突出的优点是能准确控制混合气的质量,保证气缸内的燃料燃烧完全,使废气排放物和燃油消耗都能够降得下来,同时它还提高了发动机的充气效率,增加了发动机的功率和扭矩。电子控制燃油喷射装置的缺点就是成本比化油器高一点,因此价格也就贵一些,故障率虽低,一旦坏了就难以修复(电脑件只能整件更换),但是与它的运行经济性和环保性相比,这些缺点就微不足道了。  

液力控制的喷射技术,早在30年代就应用在飞机发动机,50年代开始应用在德国奔驰300BL轿车发动机上。集成电路的出现使电子技术能在发动机上得到应用,一种更好的汽油喷射装置——电子控制汽油喷射技术也就应运而生了。  

结构任何一种电子控制汽油喷射装置,都是由喷油油路,传感器组和电子控制单元(微型电脑)三大部分组成。当喷射器安装在原来化油器位置上,称为单点电控燃油喷射装置;当喷射器安装在每个气缸的进气管上,称为多点电控燃油喷射装置。  

原理喷油油路由电动油泵,燃油滤清器,油压调节器,喷射器等组成,电控单元发出的指令信号可将喷射器头部的针阀打开,将燃油喷出。传感器好似人的眼耳鼻等器官,专门接受温度,混合气浓度,空气流量和压力,曲轴转速等数值并传送给“中枢神经”的电子控制单元。电子控制单元是一个微计算机,内有集成电路以及其它精密的电子元件。它汇集了发动机上各个传感器采集的信号和点火分电器的信号,在千分之几十秒内分析和计算出下一个循环所需供给的油量,并及时向喷射器发出喷油的指令,使燃油和空气形成理想的混合气进入气缸燃烧产生动力。  

历史从60年代起,随着汽车数量的日益增多,汽车废气排放物与燃油消耗量的不断上升困扰着人们,迫使人们去寻找一种能使汽车排气净化,节约燃料的新技术装置去取替已有几十年历史的化油器,汽油喷射技术的发明和应用,使人们这一理想能以实现。早在1967年,德国波许公司成功地研制了D型电子控制汽油喷射装置,用在大众轿车上。这种装置是以进气管里面的压力做参数,但是它与化油器相比,仍然存在结构复杂,成本高,不稳定的缺点。针对这些缺点,波许公司又开发了一种称为L型电子控制汽油喷射装置,它以进气管内的空气流量做参数,可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量,据此喷射出相应的汽油。这种装置由于设计合理,工作可靠,广泛为欧洲和日本等汽车制造公司所采用,并奠定了今天电子控制燃油喷射装置的邹型。至1979年起美国的通用,福特,日本的丰田,三菱,日产等汽车公司都推出了各自的电子控制汽油喷射装置,尤其是多气门发动机的推广,使电子控制喷射技术得到迅速的普及和应用。到目前为止,欧美日等主要汽车生产大国的轿车燃油供给系统,95%以上安装了燃油喷射装置。从99年1月1日起,只有采用电子控制汽油喷射装置的轿车才能准予在北京市场上销售。  

现在电喷发动机(电子控制汽油喷射式发动机)的使用在轿车中越来越普遍,有消息称化油器式发动机轿车在我国各大城市将很快被“消灭”。因此车主对电喷发动机的了解变得越来越重要,只有了解了电喷发动机的“脾气”,您才能更好地使用和养护爱车。  

汽车电控发动机系统认识 

电喷发动机与化油器式发动机有很大的区别,在使用操作方法上也颇有不同。起动电喷发动机时(包括冷车起动),一般无需踩油门。因为电喷发动机都有冷起动加浓、自动冷车快怠速功能,能保证发动机不论在冷车或热车状态下顺利起动;在起动发动机之前和起动过程中,像起动化油器式发动机那样反复快速踩油门踏板的方法来增加喷油量的做法是无效的。因为电喷发动机的油门踏板只操纵节气门的开度,它的喷油量完全是电脑根据进气量参数来决定;在油箱缺油状态下,电喷发动机不应较长时间运转。因为电动汽油泵是靠流过汽油泵的燃油来进行冷却的。在油箱缺油状态下长时间运转发动机,会使电动汽油泵因过热而烧坏,所以如果您的爱车是电喷车,当仪表盘上的燃油警告灯亮时,应尽快加油;在发动机运转时不能拔下任何传感器插头,否则会在电脑中显现人为的故障代码,影响维修人员正确地判断和排除故障。  

另外要注意的是,尽量不要在电喷车上装用大功率的移动式无线电话系统及无线电设备,以防止无线电信号对电脑工作产生干扰。 

二、电子控制燃油喷射系统 

电子控制燃油喷射系统(EFI)——简称汽油喷射。它是汽车汽油发动机取消化油器而采用的一种先进的喷油装置。使用EFI,汽车发动机燃烧将更充分,从而提高功率,降低油耗,实现低公害排放的目的。当EFI功能与发动机其它功能结为一体时,称“发动机管理系统(EMS)”,这将达到更高要求的环保目标。 

电子控制燃油喷射系统EFI是由电控单元ECU直接控制燃油喷射的系统。按空气量检测方式的不同可分为:量流量检测方式(L型)、速度密度检测方式(D型)和节流速度检测方式。;在常用的主要是D型和L型EFI喷射系统。两个系统的主要区别在于喷油持;时间控制方式,D型取决于进气管压力和节气门开度大小;L型取决于发动机转速和实际进入汽缸的空气量。 

电子控制燃油喷射系统EFI一般由电子控系统、空气供给系统、燃油供给系统三个子系统组成。 

1)空气供给系。空气供给系的功用是根据发动机工作的需要,控制和检测人汽缸的空气量。一般由空气滤清器、空气流量传感器、节气门位置传感器、气温度与进气压力传感器、进气管和动力腔等组成。 

2)燃油供给系。燃油供给系功用是向发动机各个汽缸供给混合气燃烧所需燃油量。一般由燃油箱、电动燃油泵、输油管、燃油滤清器、油压调节器、燃分配管、喷油器和回油管等组成。 

3)电子控制系统。功能是根据发动机运行条件和工况,确定燃油的最佳喷量。该系统由电子控制装置ECU、信号输入装置(传感器)和执行部件三部组成。 

电子控制装置ECU是汽油喷射系统的大脑,它由模拟/数字转换器、只读储器(ROM)、随机存储器(RAM)、逻辑运算装置及一些数据寄存器组成,一个控制中心。它能根据收集到的信息,进行综合运算与判断,输出控制发动的指令。 

信号输入装置是指安装在发动机上的各种传感器。传感器是一种信号转换装其功用是检测发动机运行状态的各种电量参数、物理量和化学量等,并将这参量转换成计算机能够识别的电量信号输入ECU。 

属于执行部件的一般有:电动燃油泵、喷射器、输出级及点火线圈、活性炭虑器电磁阀、入氧探测器的加热器、节流阀控制部件等。 

(一)、空气供给系统组成:空气计量装置(空气流量计或进气压力传感器)、怠速控制阀、补充空气阀、惯性增压进气系统、节气门位置传感器、进气温度传感器等(后两个传感器在下讲介绍)空气供给系统功用:供给与发动机负荷相适应的清洁空气,直接和间接计量空气质量,与喷油器喷出的汽油形成最佳混合气。较早期空气供给系统现在用空气供给系统 

1.翼片式空气流量计 

汽车电控发动机系统认识 

(1)主要件功能缓冲片:缓冲室内空气对缓冲片的阻尼作用,使翼片转动平稳旁通空气调节螺钉:调节怠速时旁通空气量的大小,从而调节怠速混合气的成分电位计:将翼片转动的角度转换为电信号 

(2)工作原理翼片全关时,没有进气量,产生电压信号最强翼片打开时,进气量由小变大,产生电压信号有强变弱翼片全开时,进气量最大,产生电压信号最弱 

(3)控制电路下图为早期凌志es300发动机翼片式空气流量计,集成有三个元件空气流量计:(电源)、(空气流量信号)、e2(接地)进气温度传感器:(温度信号)、e1(接地)燃油泵开关 

2.卡门漩涡式空气流量计 

(1)光电式 

1)结构与原理卡门漩涡原理:流体流过涡流发生体时,流体会产生系列漩涡,且漩涡频率与流体流速成正比。光电式传感器:由发光二极管、振动反光镜、光敏三极管组成。漩涡频率通过压力孔使振动反光镜振动,光敏三极管接受因振动产生变化的光能,转化为脉冲电压信号,该脉冲信号与漩涡频率成正比 

2)控制电路某款车型卡门漩涡式空气流量计,集成有二个元件空气流量计:v1(电源)、v2(空气流量信号)、e(接地)进气温度传感器:(温度信号)、e1(接地) 

(2)超声波式 

1)结构与原理卡门漩涡原理:同上述超声波式传感器:由超声波发射器、超声波接受器组成。漩涡频率使超声波发射器产生的超声波发生变化,超声波接受器接受该超声波转化为脉冲电压信号,该脉冲信号与漩涡频率成正比 

2)流量计接口卡门漩涡式空气流量计集成有三个元件空气流量计进气温度传感器大气压力传感器 

3.热线式空气流量计 

(1)组成一般还带有自洁电路:熄火后自动加热帕丝1000°c维持1s,烧掉帕丝上的灰尘 

(2)工作原理,控制电路自动控制电桥平衡当进气量越大,因进气的散热使帕热丝电阻减小,电桥平衡受到破坏。控制电路自动增大电流,增大帕热丝电阻使电桥重新恢复平衡。因电路中电流的增大,使精密电阻的电位增大。该电位与进气量成正比,作为进气量信号电压传输给发动机 

(3)控制电路下图为凌志ls400发动机热线式空气流量计原车电路图空气流量计:vg(空气流量信号)、(接地) 

4.热膜式空气流量计 

(1)组成及原理工作原理:与热线式相同热膜:帕金属片固定在树脂薄膜上。优点是提高可靠性和耐用性,不粘附灰尘 

(2)控制电路图为桑塔纳2000ajr发动机热膜式空气流量计原车电路图空气流量计:端子2(电源12v)、端子4(参考电压5v)、端子5和3(空气流量信号与接地) 

(二)、进气压力传感器 

1.半导体压敏电阻型 

(1)结构示意图主要特点:尺寸小、精度高、成本低,响应速度快,输出信号与进气歧管绝对压力呈线性关系,测量精度基本不受温度的影响 

(2)工作原理(视频)进气歧管压力越高(真空度越低)→硅膜片变形越大→应变电阻变化越大→电信号放大输出给发动机ECU 

(3)控制电路图为皇冠3.0轿车2jz-ge发动机进气压力传感器电路图进气压力传感器:端子电源5v)、端子(进气压力信号电压)、端子e2(传感器接地) 

2.真空膜盒型 

(1)结构歧管真空度低歧管真空度高 

(2)工作原理电感式传感器(线性变化压差变压器):进气歧管压力变化→铁芯移动→输出信号电压变化→输送给发动机ECU 

(三)、怠速控制阀 

1.怠速进气量的控制方法 

汽车电控发动机系统认识 

(1)旁通空气式 

1)特点怠速时,节气门完全关闭,怠速进气量由怠速控制阀控制的旁通空气道提供 

2)怠速控制阀的类型步进电机型旋转电磁阀型占空比控制电磁阀型开关控制电磁阀型 

(2)节气门直动式怠速进气量由节气门较小的开度提供,不设旁通空气道。节气门在怠速状态的开度大小由发动机ECU通过怠速电机控制 

2.步进电机型怠速控制阀 

(1)组成 

(2)步进工作原理定子相线按1-2-3-4顺序搭铁,定子n极逆时针移动,转子逆时针步进定子相线按1-4-3-2顺序搭铁,定子n极顺时针移动,转子顺时针步进转子转动一圈分为4个步级进行,每级步进90° 

(3)工作过程(视频)转子八对磁极定子a、b各16个爪极,定子线圈a的两组线圈与定子线圈b的两组线圈反极性,定子共分为32个磁极爪步进一个爪极转角11.25°,步进32步转子转一圈,丰田车系步进电机0-125步 

(4)定子绕组控制电路定子输入脉冲 

(5)步进电机怠速控制阀控制电路3.占空比控制电磁阀型 

(1)工作原理(视频)是一个比例电磁阀:占空比大,驱动电流大,电磁吸力大,怠速控制阀开度大 

(2)占空比控制电磁阀型怠速控制阀控制电路四、补充空气阀1.功用(视频)提高冷起动怠速,加快暖机预热过程,增加暖机过程中所需的空气量,也称高怠速控制发动机完成暖机后,通过辅助空气阀的空气被自动切断,恢复正常怠速现代发动机集中管理系统,高怠速控制由怠速控制阀完成 

2.石腊式补充空气阀 

(1)怠速状态 

(2)热起后状态当冷却液温度>80℃时,阀门完全关闭 

3.双金属片式补充空气阀 

(1)怠速状态双金属片的动作由加热线圈通电时间或发动机水温决定当水温<-20℃时,阀门全开当水温>60℃时,阀门全闭 

(2)热起后状态五、惯性增压进气系统 

1.组成与功用(视频)功用:利用进气气流惯性所形成的压力波来提高充气效率 

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三、电子控制点火系统 

1、电子控制系统的信号输入 

在有微处理器控制的点火系统中,控制系统输入多个传感器信号: 基准位置、曲轴转角、转速、水温、进气压力(或进气流量)、节气门位置等等。 

常见的脉冲信号发生器有磁脉冲发生器、金属探测传感器、霍尔效应传感器和光电传感器 

2、电子控制系统的控制策略 

在微处理器控制的点火系统中,电控单元(ECU)不仅可以产生一个点火信号,而且还可以对点火信号的位置(决定点火时刻)和形状(决定初级回路闭合角的大小)进行控制,因而控制系统的控制策略在很大程度上决定着点火系统的优劣和发动机性能指标的好坏。 

1、点火提前角的控制方法 

ECU根据汽油机的各种工况信号对点火时刻进行控制。首先根据发动机的转速和进气压力信号从存储器存的数据中找到相应的基本点火提前角,然后根据有关传感器信号值加以修正,得出实际的点火提前角。实际点火提前角由三部分组成:初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角。 

点火提前角的修正:暖机修正、过热修正、空燃比反馈修正、怠速稳定性的修正、爆震修正、最大和最小提前角控制 

2、闭合角的控制方法 

点火线圈的通电时间就是它以建立磁场的形式蓄积点火能量的时间,这段时间所对应的曲轴转角叫做闭合角。通电时间控制的原则是在不影响火花放电的前提下,保证点火线圈有足够的时间蓄积能量而又不会造成过热损失和破坏。 

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3、曲轴位置的测量方法 

要做到对点火时刻的控制就必须精确测量曲轴的位置(在顺序喷射的燃油喷射系统中喷油时刻的控制也需测量曲轴的位置),方法主要有:计数器延时技术法、1度曲轴转角计数法、脉冲计数和延时计数综合法。 

4、爆震控制 

当发生剧烈爆震时,发动机各部分温度上升,使输出功率下降,严重时还会引起活塞烧结、活塞环粘着、轴承破坏和气门烧蚀等。推迟点火可以减轻甚至避免爆震,保震控制的目的就是根据爆震传感器的信号调整点火时刻使汽油发动机工作在临界爆震状态。 

5、无分电器点火系统的控制 

无分电器点火系统由于取消了分电器,所以可以消除配电部分的磨损和能量损失。同时由于配电部分不再有火花放电现象,所以极大地减少了电磁干扰。 

无分电器点火系统,根据结构和点火方式的不同,可以分为两缸同时点火(冗余火花方式)和每缸独立点火两种。 

四、辅助控制系统 

1、怠速控制 

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。另外,考虑所有怠速使用条件下,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。 

通常发动机输出动力时,其转速是由驾驶员通过油门踏板控制节气门开度,调节进气量的方法来实现的。但在怠速时,驾驶员的脚已离开油门踏板,驾驶员要对进气量进行适时调节已不可行,为此在大多数电控汽油喷射发动机上都设有不同类型的怠速转速控制装置。 

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。 

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2、排放控制 

汽车发动机作为一个大气污染源,应该采取各种有效措施予以治理和改造。关于汽车发动机排气的控制和净化问题,各国都进行了大量的研究工作,研制了不少的技术措施。这些方法大致可分为:发动机本身的改进和增加排放净化装置。而由于发动机本身的改进,较难满足日益严格的排放法规和降低成本等要求,因此现代汽车采取了多种排放控制措施来减少汽车的排气污染,如三元催    化转换、废气再循环(EGR)、活性碳罐蒸发控制系统等。 

3、进气控制 

1)进气涡流控制 

在发动机上采用涡流控制阀系统,可根据发动机的不同负荷,改变进气流量去改善发动机的动力性能。图8-27为由ECU控制的涡流控制阀系统。由图8-28所示,进气孔纵向分为两个通道,涡流控制阀安装在通道©内,由进气歧管负压打开和关闭,控制进气管空气通道的大小。发动机小负荷或以低于某一转速运转时,受ECU控制的真空电磁阀关闭,真空度不能进入涡流控制阀上部的真空气室,涡流控制阀关闭。由于进气通道变小,产生一个强大涡流,这就提高了燃烧效率,从而可节约燃油。当发动机负荷增大或以高于某一转速运转时,ECU根据转速、温度、进气量等信号将真空电磁阀电路接通,真空电磁阀打开,真空度进入涡流控制阀,将涡流控制阀打开,进气通道变大,提高进气效率,从而改善发动机输出功率。 

2)进气惯性增压控制系统  

进气惯性增压控制系统(ACIS)即谐波增压进气控制系统,是利用进气流惯性产生的压力波提高进气效率。 

一般而言,进气管长度长时,压力波波长大,可使发动机中低转速区功率增大;进气管长度短时,压力波波长短,可使发动机高速区功率增大。 

如果进气管长度可改变,则可兼顾增大功率和增大转矩,但一般过气管长度是不能改变的,因此利用惯性增压一般都按最大转矩所对应的转速区域利用。 

3)断缸控制 

汽车发动机尤其是大型轿车发动机的输出功率很大,又有较高的功率储备。但在城区行驶或在城外公路上行驶时,多数是处在较低的部分负荷下运行,这时发动机的效率不高。为了克服这一弊端,当发动机处于部份负荷下运行时,控制系统指令切断几个气缸的汽油供应与点火,停止几个气缸工作,则剩下各缸的工作效率得到增大,从而提高了发动机的效率并降低了燃油消耗。而当功率不能满足要求时,再恢复其余气缸工作。

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