【正文】 常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 1 1 緒 論 電控發(fā)動機技術概述 電控發(fā)動機在結構和功能上均有了較大的改進。 本文首先是對電控系統(tǒng)的組成（信號輸入裝置、電子控制單元和執(zhí)行元件）進行總體論述，接下來由于應用在發(fā)動機上的子控制系統(tǒng)尤以電控燃油噴射新系統(tǒng)較為復雜難懂，所以本文對其結構和工作原理進行了詳盡闡述；還有對其輔助控制系統(tǒng)（怠速控制系統(tǒng)、排放控制系統(tǒng)和故障自診斷系統(tǒng)）也加以補充；最后是對汽車電控發(fā)動機控制系統(tǒng)故障診斷與方法分析。發(fā)動機電控系統(tǒng)其結構的層次性、復雜性 ,其控制功能的集中性 ,導致其故障表現(xiàn)形式的多樣性、復雜性?，F(xiàn)代汽車上廣泛應用的是集中控制系統(tǒng)，它是將多種控制功能集中到一個電子控制單元上，使汽車上的電控系統(tǒng)結構和線路大大簡化，成本也隨之降低，為電控技術在汽車上的普及推廣提供了有利條件。 此外，電控系統(tǒng)對發(fā)動機各種運行工況的優(yōu)化控制和電控系統(tǒng)的不斷完善，使發(fā)動機的故障發(fā)生率大大降低。 發(fā)動機電控系統(tǒng)的分類 電子控制系統(tǒng)有兩種基本類型：即開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 (3)怠速控制系統(tǒng) 汽油機怠速控制 (ISC)系統(tǒng)是發(fā) 動機輔助控制系統(tǒng)，其功能是在發(fā)動機怠速工況下，根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度、空調壓縮機是否工作、變速器是否掛入擋位等，通過怠速控制閥對發(fā)動機的進氣量進行控制，使發(fā)動機隨時以最佳怠速轉速運轉。 (9)自診斷與報警系統(tǒng) 在發(fā)動機控制系統(tǒng)中 ，電子控制單元（ ECU）都設有自診斷系統(tǒng)，對控制系統(tǒng)各部分的工作情況進行監(jiān)測。 (11)應急備用系統(tǒng) 應急備用系統(tǒng)的功能是當控制系統(tǒng)電腦發(fā)生故障時，自動啟用備用系統(tǒng)（備用集成電路），按設定的信號控制發(fā)動機轉入強制運轉狀態(tài)，以防車輛停駛在路途中。 信號輸入裝置的類型及功用 發(fā)動機集中控制系統(tǒng)所用的傳感器主要有以下十種： (1)空氣流量計（ MAFS） 在汽油機 L型電控燃油噴射系統(tǒng)中，由空氣流量計測量發(fā)動 機的進氣量，并將信號輸入 ECU，作為燃油噴射和點火控制的主控制信號。 (8)車速傳感器（ VSS） 車速傳感器檢測汽車的行駛速度，給 ECU提供車速信號（ SPD信號），用于巡航控制和限速斷油控制，也是自動變速器的主控制信號。 (5)向執(zhí)行元件輸出指令，或根據(jù)指令輸出自身已儲存的信息（如故障信息等）。其實，噴油器就是一個電磁閥，噴油器內部有個電磁線圈，外面經(jīng)插座與 ECU相連，噴油器頭部的針閥與銜鐵連為一體。當節(jié)氣門開啟時，大量空氣進入氣缸，進氣歧管真空度降低，那么傳感器會輸出信號使 ECU 增加噴油時間，噴出較多燃油以恒定空燃比。當發(fā)動機冷卻液溫度較低時， 怠速控制閥開啟，以獲得適當?shù)目斓∷?。其作用是對進入進氣歧管的廢氣量進行控制，使一定量的廢氣流入進氣歧管進行再循環(huán)。 20 世紀 60 年代，隨著汽車數(shù)量的日益增多，在汽車發(fā)達國家相繼制定了嚴格的排放法規(guī)，以限制汽車排放污染物的數(shù)量； 20 世紀 70 年代，受能源危機的影響，迫使各國紛紛制定汽車燃油經(jīng)濟性法規(guī)；在這一背景條件下，汽油噴射技術也得到了進一步的完善和發(fā)展。 EFI 系統(tǒng)能實現(xiàn)混合氣濃度（即空燃比）的高精度控制，比化油器式汽油機供給系統(tǒng)和 K 型、 KE 型汽油噴射系統(tǒng)有明顯的優(yōu)越性。 ①同時噴射 同時噴射是將各缸的噴油器并聯(lián)，在發(fā)動機運轉期間，所有噴油器由同一個噴油指令控制，同時噴油、同時斷油。 ① D 型電控燃油噴射系統(tǒng) “ D”是德語 Druck（壓力）的第一個字母。 ①多點噴射系統(tǒng) 是在每缸進氣門處裝有 1 只噴油器，由電子控制單元（ ECU）控制噴油，因此常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 13 多點噴射又稱為多氣門噴射。單點噴射系統(tǒng)與多點噴射系統(tǒng)的控制原理相似，空氣量可采用空氣流量計直接計量，也可采用絕對壓力傳感器間接測量。噴油器及發(fā)動機的產(chǎn)品性能存在差異或由于磨損等引起性能參數(shù)變化時，就不能使混合氣準確地保持在預定的濃度（空燃比）上。 噴油正時控制 在采用間歇噴射方式的電控燃油噴射系統(tǒng)中，電腦必須控制噴油器噴油的開始時刻，這就是噴油正時控制。當確定某缸活塞運行到排氣行程上止點某一位置時， ECU 輸出噴油控制信號，接通噴油器電磁線圈電路，該缸即開始噴油，如北京切諾基發(fā)動機在各缸排氣行程上止點前 64176。 （ 2） 異步噴油正時控制 ①起動時異步噴油正時控制 在部分電控燃油噴射系統(tǒng)中，為改善發(fā)動機的起動性能，在發(fā)動機啟動時，除同步噴油外，在增加一次異步噴油。在汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)中，噴油量的控制是通過對噴油器噴油時間的控制來實現(xiàn)的。 電壓修正是因為噴油器的實際噴油時刻比 ECU 發(fā)出噴油指令的時刻晚，即存在一段滯后時間，是噴油器噴油的實際時間比 ECU 確定出的噴油時間短，導致噴油量常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 17 不足，使實際空燃比高于發(fā)動機要求的空燃比。電壓修正：考慮蓄電池電壓變化的修正。發(fā)動機的高速、大負荷工況下耗油較多時，燃油泵以高速運轉；發(fā)動機在低速、中小負荷工作時，使燃油泵以低速運轉，以減少不必要的燃油泵磨損和電能消耗。當發(fā)動機怠速負荷增大時或發(fā)動機起動后，冷卻水未達正常溫度之前，別外還有當發(fā)動機轉速急劇降低到怠速時， ECU 控制怠速控制閥使進氣量增大，從而使怠速轉速提高，防止發(fā)動機運轉不穩(wěn)或熄火；當發(fā)動機怠速負荷減小時， ECU 控制怠速控制閥使進氣量減少，從而使怠速轉速降低，以免怠速轉速過高。各個國家都立法對汽車發(fā)動機的排放進行嚴格的控制。 ② 碳氫化合物（ HC） 汽車排氣中含有多種碳 氫化合物，現(xiàn)已分析出的有 200 多種。 NO2 有劇烈的毒性，長期暴露在 低濃度下，會使人發(fā)萎縮性病變，引起呼吸機能障礙。 （ 3）氮氧化合物和碳煙的生成機理 ① NOx的生成機理 ： NOx是空氣在燃燒室的高溫條件下，由氧和氮的反應所形成的，它和其它廢氣成分不同，不是來自燃料。 ① 改善發(fā)動機的燃燒狀況 它是通過配氣相位、點火時刻等的優(yōu)化調整和燃燒室、火花塞等的優(yōu)化設計配置來達到的。 ： 可以在發(fā)動機冷起動之后，向發(fā)動機供給熱空氣。如圖 9： 圖 9 催化轉換器 1支承環(huán) 2波紋網(wǎng)眼環(huán) 3支承環(huán) 4密封墊 5整體化催化反應器載體 6溫度傳感器 ③ 曲軸箱強制通風裝置 常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 25 發(fā)動機工作時，有部分可燃混合氣和燃燒產(chǎn)物會經(jīng)氣缸、活塞環(huán)竄入曲軸箱內，它們含有 HC 等有害氣體，不能排向大氣，應進行凈化。 發(fā)動機工作中，如果偶然出現(xiàn)一次不正常信號， ECU 自診斷不會判斷為故障。 如果由于某種原因，偶爾出現(xiàn)一次不正常信號，如上所述， ECU 并不會判定為故障。 ③ ER 方式（ Engine Running）：即打開點火開關并起動發(fā)動機的方式。 常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 27 ③ OBD— Ⅱ診斷座仍保留了通過跨接診斷的引腳從故障指示燈或 LED 燈、電壓表上讀取故障碼的功能。 ，并跨接顯示燈閃爍讀出故障碼，或跨接檢測儀器如百分率表、閉角表、電腦檢測儀等直接讀取故障信息資料。自動變速器故障碼可用顯示燈跨接 OBD— Ⅱ診斷座的 4端子，由跨接燈閃爍讀出。若又閃亮，說明系統(tǒng)仍存在故障，需進一步診斷。 ④ ECU 不能監(jiān)測氣缸壓力的高或低，或者各缸壓力的均勻度。 注意：使用拔掉蓄電池負極電纜的方法清除故障碼，將會使汽車上石英鐘和音響等裝置內存中的內容一起清除掉。 將 OBD— Ⅱ 16 針診斷座 5與 6跨接或 將 TE1 與 E1 端子跨接，由儀表板上“ CHECK ENGINE”燈閃爍讀出。 （ 5）故障碼的讀取和消除方法 ①故障信息的顯示方法大致有以下幾種： “檢查發(fā)動機”（ CHECK ENGINE）警示燈閃爍故障碼，或由 ECU 上的指示燈指示。 OBD— Ⅱ隨車診斷系統(tǒng)具有以下特點： ①按照 SAE 標準，提供統(tǒng)一的 16 腳診斷座，安裝于駕駛室儀表板下方。 ② KOEO 方式（ Key On， Engine off）：即打開點火開關，但不起發(fā)動機的方式。 ECU 只常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 26 要收不到該反饋信號，就判定點火系統(tǒng)發(fā)生故障。如水溫傳感器（ THW）正常工作時，其輸出電壓信號在 ~范圍內變化。催化轉換器有氧化還原型催化轉換器和三效催化轉換器。改變燃燒室設計、加強氣體的渦紊流、優(yōu)化火花塞配置，都可對發(fā)動機排放產(chǎn)生影響 。 （ 4） 排氣污染的控制 發(fā)動機排氣污染的控制方法大致可分為機內凈化和機外凈化。排煙能妨害 視野，惡化照明，引起交通事故。 ③ 氮氧化合物（ NOx） 汽車排出的氮氧化合物中， 95％是一氧化氮（ NO），二氧化氮（ NO2）只占 3％～4％。由于 CO 與血紅蛋白結合能力較 O2 強大 200～300 倍，故吸入的 CO 就會優(yōu)先與血紅蛋白相結合，結果造成血液的輸氧能力下降，而 CO 一旦與血紅蛋白結合在一起就很難解離，要經(jīng)過較長的時間（ 12~14h）才能消失其毒害作用。 ③故障排除 ： 此故障大多是由于 EGR 閥被積炭卡死在常開位置所造成的，消除EGR 閥上的積炭或更換 EGR 閥，故障即可排除。 （ 3）控制系統(tǒng) ECU 根據(jù)空氣流量計信號和發(fā)動機轉速信號確定基本噴油時間，在根據(jù)其他傳感器對噴油時間進行修正，并按最后確定的總噴油時間向噴油器發(fā)出指令，使噴油器噴油或斷油。打開點火開關但不起動發(fā)動機，或關閉點火開關后，應適時切斷燃油泵控制電路，使燃油泵停止工作。 D 型：根據(jù)發(fā) 動機轉速信號和進氣管絕對壓力信號確定基本噴油時間； L 型：根據(jù)發(fā)動機轉速信號和空氣流量計信號確定基本噴油時間。 ECU 根據(jù)冷卻液溫度傳感器信號（ THW）信號和內存的冷卻液溫度 — 噴油時間曲線確定基本噴油時間，根據(jù)進氣溫度傳感器信號（ THA）信號對噴油時間作修正（延長或縮短）。 噴油量控制 噴油量控制是電控燃油噴射系統(tǒng)最主要的控制功能之一，其目的是使發(fā)動機在各種運行工況下，都能獲得最佳的混合氣濃度，以提高發(fā)動機的經(jīng)濟性和降低排放污染。但這種噴射方式的噴射驅動回路通用性好，其電路結構與軟件都比較簡單，因此目前這種噴射方式還占有一定地位。4 缸發(fā)動機順序噴射控制電路其特點是噴油器驅動回路數(shù)與氣缸數(shù)目相等。所以，目前普遍采用開 環(huán)和閉環(huán)相結合的控制方案。 開環(huán)控制系統(tǒng)按預先設定在電腦中的控制規(guī)律工作，只受發(fā)動機運行工況參數(shù)變化的控制，簡單易行。 單點電控燃油噴射系統(tǒng)在每個進氣行程開始的時候噴油，采用的是順序噴射方式，又稱獨立噴射方式。 缸內直接噴射技術是近年來研究和開發(fā)的發(fā)動機新技術，它是將噴油器安裝在氣缸蓋上，把燃油直接噴入氣缸內，配合缸內組織的氣體流動形成可燃混合氣，容易實現(xiàn)分層燃燒和稀混合氣燃燒，可進一步提高汽油發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放性。 （ 2）按對空氣量的計量方式分類 電控燃油噴射系統(tǒng)必須對進入氣缸的空氣量進行精確 的計量，才能通過對噴油量的控制，實現(xiàn)混合氣濃度的高精度控制。 間歇噴射方式是指在發(fā)動機運轉期間，將汽油間歇地噴入進氣道內。 常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 11 在現(xiàn)代汽車上， K 型和 KE 型汽油噴射系統(tǒng)已經(jīng)淘汰， EFI 系統(tǒng)因其更優(yōu)越的性能而成為現(xiàn)代車用汽油機燃料供給系統(tǒng)的主流。 K 型汽油噴射系統(tǒng)是利用機械方式控制汽油噴射量。 （ 3） EGR 閥 EGR 閥 是 一個 用來控制反饋到進氣系統(tǒng)的 廢氣再循環(huán) 量的機電一體化產(chǎn)品。怠速轉速是通過控制旁通節(jié)氣門體的空氣量來調整的。在設計制造方面，為了避免油管內汽油在高溫下形成氣泡，影響噴油效果，噴油器在進氣管上的安裝位置必須能保證較好地隔絕從發(fā)動機傳來的熱量，供 油管路的布置也必須考慮到這一點。隨著控制功能的增加，執(zhí)行元件也將相應增加。 (3)確定計算輸出指令所需的程序，并根據(jù)輸入信號和相關程序計算輸出指令數(shù)值。 (7)發(fā)動機冷卻液溫度傳感器（ ECTS） 冷卻液溫度傳感器給 ECU提供發(fā)動機冷卻液溫度 信號，作為燃油噴射控制和汽常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 7 油機點火控制的修正信號。目前廣泛應用的發(fā)動機集中控制系統(tǒng)中，同一傳感器的信號，可用于需要此信號的、不同功能的子系統(tǒng)控制中。 此外，當發(fā)動機對工作影響較大的傳感器或電路發(fā)生故障時，失效保護系統(tǒng)則會自動停止發(fā)動機工作。 (7)巡航控制系統(tǒng) 駕駛員設定巡航控制模