【正文】 1 1 緒 論 電控發(fā)動機技術(shù)概述 電控發(fā)動機在結(jié)構(gòu)和功能上均有了較大的改進。其中電控系統(tǒng)作為整個發(fā)動機系統(tǒng)的控制核心 ,用來協(xié)調(diào)各平行和上級系統(tǒng)的工作。 汽車電子技術(shù)的發(fā)展始于 20 世紀 60 年代，可分為三個階段：第一階段，從 20世紀 60 年代中期到 20 世紀 70 年代中期，主要是為改善部分性能而對汽車電器產(chǎn)品進行的技術(shù)改造，如 1955 年汽車上裝用了第一個電子裝置 ——晶體管收音機， 1960年美國克萊斯勒公司和日本日產(chǎn)公司在汽車上裝用了硅二極管整流的交流發(fā)電機，同年美國通用公司將 IC（集成電路）調(diào)節(jié)器應(yīng)用于汽車上。采用獨立控制系統(tǒng)，很難實現(xiàn)全面的綜合優(yōu)化控制，控制效 果也很差。 (1)提高發(fā)動機的動力性 在汽油發(fā)動機上， 電控燃油噴射取代了傳統(tǒng)的化油器，減小了進氣系統(tǒng)中的進氣阻力，部分發(fā)動機上還采用了進氣控制系統(tǒng)等，提高了充氣效率，而且電控系統(tǒng)保證進入發(fā)動機氣缸的空氣得到充分利用，從而提高發(fā)動機動力性。 (4)改善發(fā)動機的起動性能 在發(fā)動機起動和暖機過程中，控制系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機溫度變化，對進氣量和供油量進行精確控制，從而保證發(fā)動機順利起動和平穩(wěn)經(jīng)過暖機過程，可明顯改善發(fā)動機的低溫起動性能和熱機運轉(zhuǎn)性能。 任何一種電子控制系統(tǒng)，其主要組成都可分為信號輸入裝置（傳感器）、電子控制單元（ ECU）和執(zhí)行元件（執(zhí)行器）三部分 。 執(zhí)行元件是受 ECU 控制，具體執(zhí)行某項控制功能的裝置。 應(yīng)用在發(fā)動機上的電子控制系統(tǒng) (1)電控燃油噴射系統(tǒng) 在汽油機電控燃油噴射（ EFI）系統(tǒng)中，噴油量控制是最基本的也是最重要的控制內(nèi)容，電子控制單元（ ECU）主要根據(jù)進氣量確定基本的噴油量，在根據(jù)其他傳感器（如冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等）信號對噴油量進行修正，使發(fā)動機在各種運行工況下均能獲得 最佳濃度的混合氣，從而提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和燃油排放性。此外，電控點火系統(tǒng)還具有通電時間控制和爆燃控制功能。 (5)進氣控制系統(tǒng) 進氣控制系統(tǒng)的功能主要是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的變化，對發(fā)動機的進氣進行控制，以提高發(fā)動機的充氣效率，從而改善發(fā)動機動力 性。 (8)警告提示 由 ECU 控制各種指示和報警裝置，一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能及時發(fā)出信號以警告提示，如氧傳感器失效、油箱油溫過高等。故障排除后，必須通過特常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 定的操作程序清除故障碼，以免與新的故障信息混雜，給故障診斷帶來困難。例如，汽油機控制 ECU 收不到點火控制器返回的點火確認信號時，失效保護系統(tǒng)則立即停止 燃油噴射，以防大量燃油進入氣缸而不能點火工作。應(yīng)當說明的是，上述各種控制系統(tǒng)在不同的汽車發(fā)動機上，只是或多或少地被采用。不同發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其控制功能和控制所需的信息不同，使用傳感器種類也不完全相同。 (4)凸輪軸位置傳感器（ CMPS） 凸輪軸位置傳感器給 ECU提供曲軸轉(zhuǎn)角基準位置信號 (G信號），作為噴油正時控制和汽油機點火正時控制的主控制信號。冷卻液溫度傳感器信號也是其他控制系統(tǒng)（如怠速控制和廢氣再循環(huán)控制等）的控制信號。 電子控制單元 電子控制單元（ ECU）俗稱“電腦”，是發(fā)動機控制系統(tǒng)的核心，其功用是按照一定的程序?qū)Ω鞣N輸入信號進行運算、儲存、分析處理，然后輸出指令，控制執(zhí)行元件工作，以達到快速、準確、自動控制發(fā)動機工作的目的。 (4)將輸入信號和輸出指令信號與標準值進行比較，確定并存儲故障信息。 ECU 發(fā)生故障一般無法修理，必須更換。 （ 1）噴油器 噴油器是電噴系統(tǒng)中的一個執(zhí)行元件，即接受發(fā)動機控制單元 (Electronic Control Unit 或者 Electronic Control Module，簡稱 ECU 或 ECM)的噴油信號，定時定量噴出汽油。電磁線圈不通電時，磁力消 失，彈簧將銜鐵和針閻下壓，關(guān)閉噴孔停止噴油。 ECU 得到信號后，能指令延長或縮短噴油時間，使噴油量與進氣歧管真空度相匹配。在配備冷氣系統(tǒng)的車種，又將此控制閥稱為怠速提速閥常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 后因冷氣壓縮機動作后，產(chǎn)生引擎負載，使引擎怠速降低，而怠速控制閥隨之動作，以維持怠速的穩(wěn)定性。發(fā)動機起動后，怠速控制閥開啟一段時間進氣量增加，使發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速提高約 150r/min300r/min。用于汽車電噴系統(tǒng)旁通空氣通道的開度，從而調(diào)節(jié)旁通氣量，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到所要求的目標值。它通常位于進氣歧管的右側(cè)，靠近節(jié)氣門體，有一通向排氣歧管的短金屬管與它相連。此后改進為向進氣管噴油。在 20 世紀 60 年代之前，化油器在汽油機供給系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，僅在國外生產(chǎn)的賽車和豪華型轎車上采用 K 型汽油噴射系統(tǒng)； 20 世紀 80 年代末期，我國一汽集團公司引進德國大眾技術(shù)生產(chǎn)的奧迪 100 五缸和六缸發(fā)動機仍然選裝 K 型汽油噴射系統(tǒng)。 KE 型汽油噴射系統(tǒng)研制成功后，主要應(yīng)用在德國奔馳 380SE、 500SL 型車上。 電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點 眾所周知，要提高發(fā)動機的 動力性、燃料經(jīng)濟性和降低排放污染，就必須根據(jù)汽車運行工況的變化，精確控制供往氣缸的混合氣濃度。 電控燃油噴射系統(tǒng)的類型 （ 1）按噴射方式分類 按照噴射方式不同，燃油噴射系統(tǒng)可分為連續(xù)噴射方式和間歇噴射方式。在目前廣泛采用的間歇噴射方式的多點電控燃油噴射系統(tǒng)中，按各缸噴油器的噴射順序又可分為同時噴射、分組噴射和順序噴射。 ②分組噴射 分組噴射是指將各缸的噴油器分成幾組，它是同時噴射的變形方案，電腦向某組的噴油器發(fā)出噴油或斷油指令時，同一組的噴油量同時噴油或斷油。按對進氣量的計量方式不同，電控燃油噴射系統(tǒng)可分為 D 型和 L 型。 L 型電控燃油噴射系統(tǒng)利用空氣流量計直接測量發(fā)動機的進氣量，電腦不必進行推算，即可根據(jù)空氣 流量計信號計算與該空氣量相應(yīng)的噴油量。 目前汽車上應(yīng)用的電控燃油噴射系統(tǒng)一般都是進氣管噴射式，按噴油器的數(shù)量不同，又可分為 單點噴射 (SPI）系統(tǒng)和多點噴射 (MPI）系統(tǒng)。 圖 1 單點噴射系統(tǒng) 圖 2 多點噴射系統(tǒng) ②單點噴射系統(tǒng) 是在節(jié)氣門上方裝一個中央噴射裝置，用 1~2 只噴油器集中噴射。獨立噴射可使燃油在進氣管中滯留的時間最短，各缸得到燃油量盡可能一致。目前，國外已廣發(fā)應(yīng)用于普通轎車和貨車。但其精度直接依賴于所設(shè)定的基準數(shù)據(jù)和噴油器調(diào)整標定的精度。 閉環(huán)控制系統(tǒng)可達到較高的空燃比控制精度，并可消除因產(chǎn)品差異和磨損等引起的性能變化，工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。 電控燃油噴射系統(tǒng)的功能 電控燃油噴射系統(tǒng)的功能是對噴射正時、噴油量、燃油停供及燃油泵進行控制。“同步”是指根據(jù)發(fā)動機各缸工作循環(huán)，在既定的曲軸位置進行噴油，同步噴油有規(guī)律性。 在采用順序噴射方式的發(fā)動機上， ECU 根據(jù)凸輪軸位置傳感器信號（ G 信號 )、曲軸位置傳感器（ Ne 信號）和發(fā)動機的做功順序，確定各缸工作位置。 4 缸發(fā)動機分組噴射控制電路，噴油器分為兩組， ECU 通過兩個端子分別對各組噴油器進行控制。 同時噴射噴油正時的控制是以發(fā)動機最先進入做功行程的缸為基準，在該缸排氣行程上止點前某一位置， ECU 輸出指令信號，接通所有噴油器電磁線圈電路，各缸噴油器即開始噴油。為了改善起步加速性能， ECU 根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器（ TPS）中怠速觸點輸送的怠速信號（ IDL）信號從接通到斷開時，增加一次固定量的噴油。 當噴油器的結(jié)構(gòu)和噴油壓差一定時，噴油量的多少就取決于噴油時間。 （ 1） 起動時的同步噴油量控制 在發(fā)動機起動時，由于轉(zhuǎn)速波動大，無論是 D 型電控燃油噴射系統(tǒng)中絕對壓力傳感器，還是 L 型電控燃油噴射系統(tǒng)中的空氣流量計，都不能準確的確定進氣量，也就是無法確定合適的基本噴油時間，所以發(fā)動機起動時的同步噴油量控制與起動后的控制不同。然后再根據(jù)蓄電池電壓適當延長噴油時間，以實現(xiàn)噴油量的進一步修正，即電壓修正。 （ 2） 起動后的同步噴油量控制 在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，噴油器的總噴油量由基本噴油量、噴油修正量和噴油增量三部分組成。噴油修正系數(shù)：包括起動后加濃修正、暖機加濃修正、進氣溫度修正、大負荷工況噴油量修正、過渡工況噴油量修正、怠速穩(wěn)定性修正等。 ②限速斷油控制 發(fā)動機加速時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過安全轉(zhuǎn)速或汽車超過設(shè)定的最高車速時， ECU將切斷燃油噴射控制電路，停止供油，防止超速。 部分電控燃油噴射系統(tǒng)中裝用的電控燃油泵有高、低兩個轉(zhuǎn)速擋，發(fā)動機工作時，電控燃油噴射系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和 負荷來控制燃油泵以高速或低速運轉(zhuǎn)。如圖 4： 圖 4 電控燃油噴射系統(tǒng)的組成 （ 1） 空氣供給系統(tǒng) 功用：為發(fā)動機提供清潔的空氣并控制發(fā)動機正常工作時的供氣量。 常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 4 電控發(fā)動機輔助控制系統(tǒng) 怠速控制系統(tǒng) （ 1）功用： 怠速控制的實質(zhì)是控制怠 速時的充氣量（進氣量）。但過多的廢氣參與燃燒，會影響混合氣的著火性能，從而影響發(fā)動機的動力性，特別是在發(fā)動機怠速、 低速和小負荷等工況時（這時 ECU 控制廢氣不參與燃燒，避免發(fā)動機性能受影響）。 排放控制系統(tǒng) 汽車發(fā)動機的排氣污染已經(jīng)人類和環(huán)境造成很大危害，汽車排放已經(jīng)成為社會的公害。對汽車的排放進行有效的控制也是汽車技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。故 CO 的毒害作用有積累性質(zhì)，人連續(xù)處在混有 CO 空氣中的時常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 間越長，血液中積累的 COHb 量就越多，這樣就會造成低氧血癥，導(dǎo)致人體組織的缺氧 。當濃度達到萬分之一時，便可使人發(fā)生中毒癥狀。但 NOx 排到大氣中后會逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?NO2。 ④ 顆粒 ——黑煙 汽車排出的黑煙主要為微小的炭粒，它們是直徑為 ~1μm的微粒，根本無法濾除。動物試驗證明，排煙顯示有致癌作用。 ② 碳煙生成機理 ： 燃油燃燒生成碳煙的過程是先生成先導(dǎo)物 PAH（ polycyclic aromatic hydrocarbons）， PAH 再長大生成碳煙顆粒，汽 油機的燃燒方式是預(yù)混燃燒，混合氣形成過程長，混合氣均勻，且碳煙先導(dǎo)物 PAH 生成后，燃氣對氧化攻擊作用活躍，先導(dǎo)物被氧化，碳煙不易形成。 通過改善可燃混合氣的品質(zhì)和燃燒狀況，抑 制有害氣體的產(chǎn)生，使排氣中的有害氣體成分減至最少，這種方式稱為機內(nèi)凈化，是治理汽車發(fā)動機排氣污染的根本方法。 ： 可降低燃燒最高溫度，因而 NOx 的排放量 減少；同時，由于燃燒持續(xù)時間較長，促進氧化作用，使 HC 減少。 ② 改善可燃混合氣的品質(zhì) 恒溫進氣空氣濾清器和廢氣再循環(huán)是改善可燃混合氣品質(zhì)的兩種常用方式。機外凈化常用以下方法。氧化還原型催化轉(zhuǎn)換器由兩部分組成，分別將排氣中的 CO 和 HC 氧化為 CO2 和 H2O、把 NOx還原為 N2 和 O2。 ③當傳感器或其電路發(fā)生故障時，自動起動失效保護功能。如果水溫傳感器輸出電壓低于 （相當于水溫高于 139℃）或高于（相當于水溫低于 50℃）時， ECU 即判斷為故障信號，并將設(shè)定的故障并 存入存儲器內(nèi)。 ②執(zhí)行器的故障自診斷 對執(zhí)行器的故障進行診斷，一般需增加專用電路來監(jiān)測。與此同時， ECU 立即切斷噴油脈沖信號，使噴油器停止噴射燃油。當水溫傳感器與 ECU 間的配線開路時，其輸出的電壓信號就會高于 ， ECU 也會判定為水溫傳感器故障。此時， ECU 需要由電控系統(tǒng) 的診斷接口收到相應(yīng)的命令后才會進入此方式的自診斷流程。為了克服這種情況，一些系統(tǒng)專門設(shè)置了“晃動檢查”， ECU 將連續(xù)監(jiān)測指定的信號。 ② OBD— Ⅱ診斷模式采用高效率的明碼編碼方式以及壓縮數(shù)據(jù)包方式傳遞信息，讀取和消除故障碼可在瞬間利用儀器完成。 OBD— Ⅱ故障碼由 5 個字組成。 。 將點火開關(guān)打開等約 5~10s 后，由“ CHECK ENGINE”燈讀故障碼。 三菱車系可由 OBD— Ⅱ診斷座中讀出下列 5 個系統(tǒng)的故障碼：發(fā)動常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 28 機故障碼讀取可將 OBD— Ⅱ診斷座 1端子搭鐵，由“ CHECK ENGINE”燈閃爍顯示。定速故障碼可用顯示燈跨接 OBD— Ⅱ診斷座 1 4端子，由跨接燈閃爍讀出。 在清除故障碼后，應(yīng)起動發(fā)動機，看“ CHECK ENGINE”燈是否又閃亮。 ①一般低檔車的 ECU 不能監(jiān)測不工作的點火線圈、污染或損壞的火花塞以及高壓線斷芯而引起的高壓點火電路的故障。 ⑤ ECU 不能監(jiān)測插頭、