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汽車電控發動機系統認識 一、發動機電子控制系統的組成與原理 電噴發動機是采用電子控制裝置.取代傳統的機械系統(如化油器)來控制發動機的供油過程。如汽油機電噴系統就是通過各種傳感器將發動機的溫度、空燃比.油門狀況、發動機的轉速、負荷、曲軸位置、車輛行駛狀況等信號輸入電子控制裝置.電子控制裝置根據這些信號參數.計算并控制發動機各氣缸所需要的噴油量和噴油時刻,將汽油在一定壓力下通過噴油器噴入到進氣管中霧化。并與進入的空氣氣流混合,進入燃燒室燃燒,從而確保發動機和催化轉化器始終工作在最佳狀態。這種由電子系統控制將燃料由噴油器噴入發動機進氣系統中的發動機稱為電噴發動機。 電噴發動機按噴油器數量可分為多點噴射和單點噴射。發動機每一個氣缸有一個噴油咀,英文縮寫為MPI,稱多點噴射。發動機幾個氣缸共用一個噴油咀英文縮寫SPI.稱單點噴射。 汽油噴射發動機與化油器式發動機相比，突出的優點是能準確控制混合氣的質量，保證氣缸內的燃料燃燒完全，使廢氣排放物和燃油消耗都能夠降得下來，同時它還提高了發動機的充氣效率，增加了發動機的功率和扭矩。電子控制燃油噴射裝置的缺點就是成本比化油器高一點，因此價格也就貴一些，故障率雖低,一旦壞了就難以修復(電腦件只能整件更換)，但是與它的運行經濟性和環保性相比，這些缺點就微不足道了。 液力控制的噴射技術，早在30年代就應用在飛機發動機，50年代開始應用在德國奔馳300BL轎車發動機上。集成電路的出現使電子技術能在發動機上得到應用，一種更好的汽油噴射裝置——電子控制汽油噴射技術也就應運而生了。 結構任何一種電子控制汽油噴射裝置，都是由噴油油路，傳感器組和電子控制單元(微型電腦)三大部分組成。當噴射器安裝在原來化油器位置上，稱為單點電控燃油噴射裝置；當噴射器安裝在每個氣缸的進氣管上，稱為多點電控燃油噴射裝置。 原理噴油油路由電動油泵，燃油濾清器，油壓調節器，噴射器等組成，電控單元發出的指令信號可將噴射器頭部的針閥打開，將燃油噴出。傳感器好似人的眼耳鼻等器官，專門接受溫度，混合氣濃度，空氣流量和壓力，曲軸轉速等數值并傳送給“中樞神經”的電子控制單元。電子控制單元是一個微計算機，內有集成電路以及其它精密的電子元件。它匯集了發動機上各個傳感器采集的信號和點火分電器的信號，在千分之幾十秒內分析和計算出下一個循環所需供給的油量，并及時向噴射器發出噴油的指令，使燃油和空氣形成理想的混合氣進入氣缸燃燒產生動力。 歷史從60年代起，隨著汽車數量的日益增多，汽車廢氣排放物與燃油消耗量的不斷上升困擾著人們，迫使人們去尋找一種能使汽車排氣凈化，節約燃料的新技術裝置去取替已有幾十年歷史的化油器，汽油噴射技術的發明和應用，使人們這一理想能以實現。早在1967年，德國波許公司成功地研制了D型電子控制汽油噴射裝置，用在大眾轎車上。這種裝置是以進氣管里面的壓力做參數，但是它與化油器相比，仍然存在結構復雜，成本高，不穩定的缺點。針對這些缺點，波許公司又開發了一種稱為L型電子控制汽油噴射裝置，它以進氣管內的空氣流量做參數，可以直接按照進氣流量與發動機轉速的關系確定進氣量，據此噴射出相應的汽油。這種裝置由于設計合理，工作可靠，廣泛為歐洲和日本等汽車制造公司所采用，并奠定了今天電子控制燃油噴射裝置的鄒型。至1979年起美國的通用，福特，日本的豐田，三菱，日產等汽車公司都推出了各自的電子控制汽油噴射裝置，尤其是多氣門發動機的推廣，使電子控制噴射技術得到迅速的普及和應用。到目前為止，歐美日等主要汽車生產大國的轎車燃油供給系統，95%以上安裝了燃油噴射裝置。從99年1月1日起，只有采用電子控制汽油噴射裝置的轎車才能準予在北京市場上銷售。 現在電噴發動機(電子控制汽油噴射式發動機)的使用在轎車中越來越普遍，有消息稱化油器式發動機轎車在我國各大城市將很快被“消滅”。因此車主對電噴發動機的了解變得越來越重要，只有了解了電噴發動機的“脾氣”，您才能更好地使用和養護愛車。 電噴發動機與化油器式發動機有很大的區別，在使用操作方法上也頗有不同。起動電噴發動機時(包括冷車起動)，一般無需踩油門。因為電噴發動機都有冷起動加濃、自動冷車快怠速功能，能保證發動機不論在冷車或熱車狀態下順利起動；在起動發動機之前和起動過程中，像起動化油器式發動機那樣反復快速踩油門踏板的方法來增加噴油量的做法是無效的。因為電噴發動機的油門踏板只操縱節氣門的開度，它的噴油量完全是電腦根據進氣量參數來決定；在油箱缺油狀態下，電噴發動機不應較長時間運轉。因為電動汽油泵是靠流過汽油泵的燃油來進行冷卻的。在油箱缺油狀態下長時間運轉發動機，會使電動汽油泵因過熱而燒壞，所以如果您的愛車是電噴車，當儀表盤上的燃油警告燈亮時，應盡快加油；在發動機運轉時不能拔下任何傳感器插頭，否則會在電腦中顯現人為的故障代碼，影響維修人員正確地判斷和排除故障。 另外要注意的是，盡量不要在電噴車上裝用大功率的移動式無線電話系統及無線電設備，以防止無線電信號對電腦工作產生干擾。 二、電子控制燃油噴射系統 電子控制燃油噴射系統（EFI）——簡稱汽油噴射。它是汽車汽油發動機取消化油器而采用的一種先進的噴油裝置。使用EFI，汽車發動機燃燒將更充分，從而提高功率，降低油耗，實現低公害排放的目的。當EFI功能與發動機其它功能結為一體時，稱“發動機管理系統（EMS）”，這將達到更高要求的環保目標。 電子控制燃油噴射系統EFI是由電控單元ECU直接控制燃油噴射的系統。按空氣量檢測方式的不同可分為：量流量檢測方式(L型)、速度密度檢測方式(D型)和節流速度檢測方式。；在常用的主要是D型和L型EFI噴射系統。兩個系統的主要區別在于噴油持；時間控制方式，D型取決于進氣管壓力和節氣門開度大小；L型取決于發動機轉速和實際進入汽缸的空氣量。 電子控制燃油噴射系統EFI一般由電子控系統、空氣供給系統、燃油供給系統三個子系統組成。 1)空氣供給系。空氣供給系的功用是根據發動機工作的需要，控制和檢測人汽缸的空氣量。一般由空氣濾清器、空氣流量傳感器、節氣門位置傳感器、氣溫度與進氣壓力傳感器、進氣管和動力腔等組成。 2)燃油供給系。燃油供給系功用是向發動機各個汽缸供給混合氣燃燒所需燃油量。一般由燃油箱、電動燃油泵、輸油管、燃油濾清器、油壓調節器、燃分配管、噴油器和回油管等組成。 3)電子控制系統。功能是根據發動機運行條件和工況，確定燃油的最佳噴量。該系統由電子控制裝置ECU、信號輸入裝置(傳感器)和執行部件三部組成。 電子控制裝置ECU是汽油噴射系統的大腦，它由模擬/數字轉換器、只讀儲器(ROM)、隨機存儲器(RAM)、邏輯運算裝置及一些數據寄存器組成，一個控制中心。它能根據收集到的信息，進行綜合運算與判斷，輸出控制發動的指令。 信號輸入裝置是指安裝在發動機上的各種傳感器。傳感器是一種信號轉換裝其功用是檢測發動機運行狀態的各種電量參數、物理量和化學量等，并將這參量轉換成計算機能夠識別的電量信號輸入ECU。 屬于執行部件的一般有：電動燃油泵、噴射器、輸出級及點火線圈、活性炭慮器電磁閥、入氧探測器的加熱器、節流閥控制部件等。 （一）、空氣供給系統組成：空氣計量裝置（空氣流量計或進氣壓力傳感器）、怠速控制閥、補充空氣閥、慣性增壓進氣系統、節氣門位置傳感器、進氣溫度傳感器等（后兩個傳感器在下講介紹）空氣供給系統功用：供給與發動機負荷相適應的清潔空氣，直接和間接計量空氣質量，與噴油器噴出的汽油形成最佳混合氣。較早期空氣供給系統現在用空氣供給系統 1.翼片式空氣流量計 （1）主要件功能緩沖片：緩沖室內空氣對緩沖片的阻尼作用，使翼片轉動平穩旁通空氣調節螺釘：調節怠速時旁通空氣量的大小，從而調節怠速混合氣的成分電位計：將翼片轉動的角度轉換為電信號 （2）工作原理翼片全關時，沒有進氣量，產生電壓信號最強翼片打開時，進氣量由小變大，產生電壓信號有強變弱翼片全開時，進氣量最大，產生電壓信號最弱 （3）控制電路下圖為早期凌志es300發動機翼片式空氣流量計，集成有三個元件空氣流量計：（電源）、（空氣流量信號）、e2（接地）進氣溫度傳感器：（溫度信號）、e1（接地）燃油泵開關 2.卡門漩渦式空氣流量計 （1）光電式 1）結構與原理卡門漩渦原理：流體流過渦流發生體時，流體會產生系列漩渦，且漩渦頻率與流體流速成正比。光電式傳感器：由發光二極管、振動反光鏡、光敏三極管組成。漩渦頻率通過壓力孔使振動反光鏡振動，光敏三極管接受因振動產生變化的光能，轉化為脈沖電壓信號，該脈沖信號與漩渦頻率成正比 2）控制電路某款車型卡門漩渦式空氣流量計，集成有二個元件空氣流量計：v1（電源）、v2（空氣流量信號）、e（接地）進氣溫度傳感器：（溫度信號）、e1（接地） （2）超聲波式 1）結構與原理卡門漩渦原理：同上述超聲波式傳感器：由超聲波發射器、超聲波接受器組成。漩渦頻率使超聲波發射器產生的超聲波發生變化，超聲波接受器接受該超聲波轉化為脈沖電壓信號，該脈沖信號與漩渦頻率成正比 2）流量計接口卡門漩渦式空氣流量計集成有三個元件空氣流量計進氣溫度傳感器大氣壓力傳感器 3.熱線式空氣流量計 （1）組成一般還帶有自潔電路：熄火后自動加熱帕絲1000°c維持1s，燒掉帕絲上的灰塵 （2）工作原理，控制電路自動控制電橋平衡當進氣量越大，因進氣的散熱使帕熱絲電阻減小，電橋平衡受到破壞。控制電路自動增大電流，增大帕熱絲電阻使電橋重新恢復平衡。因電路中電流的增大，使精密電阻的電位增大。該電位與進氣量成正比，作為進氣量信號電壓傳輸給發動機 （3）控制電路下圖為凌志ls400發動機熱線式空氣流量計原車電路圖空氣流量計：vg（空氣流量信號）、（接地） 4.熱膜式空氣流量計 （1）組成及原理工作原理：與熱線式相同熱膜：帕金屬片固定在樹脂薄膜上。優點是提高可靠性和耐用性，不粘附灰塵 （2）控制電路圖為桑塔納2000ajr發動機熱膜式空氣流量計原車電路圖空氣流量計：端子2（電源12v）、端子4（參考電壓5v）、端子5和3（空氣流量信號與接地） （二）、進氣壓力傳感器 1.半導體壓敏電阻型 （1）結構示意圖主要特點：尺寸小、精度高、成本低，響應速度快，輸出信號與進氣歧管絕對壓力呈線性關系，測量精度基本不受溫度的影響 （2）工作原理（視頻）進氣歧管壓力越高（真空度越低）→硅膜片變形越大→應變電阻變化越大→電信號放大輸出給發動機ECU （3）控制電路圖為皇冠3.0轎車2jz-ge發動機進氣壓力傳感器電路圖進氣壓力傳感器：端子電源5v）、端子（進氣壓力信號電壓）、端子e2（傳感器接地） 2.真空膜盒型 （1）結構歧管真空度低歧管真空度高 （2）工作原理電感式傳感器（線性變化壓差變壓器）：進氣歧管壓力變化→鐵芯移動→輸出信號電壓變化→輸送給發動機ECU （三）、怠速控制閥 1．怠速進氣量的控制方法 （1）旁通空氣式 1）特點怠速時，節氣門完全關閉，怠速進氣量由怠速控制閥控制的旁通空氣道提供 2）怠速控制閥的類型步進電機型旋轉電磁閥型占空比控制電磁閥型開關控制電磁閥型 （2）節氣門直動式怠速進氣量由節氣門較小的開度提供，不設旁通空氣道。節氣門在怠速狀態的開度大小由發動機ECU通過怠速電機控制 2.步進電機型怠速控制閥 （1）組成 （2）步進工作原理定子相線按1-2-3-4順序搭鐵，定子n極逆時針移動，轉子逆時針步進定子相線按1-4-3-2順序搭鐵，定子n極順時針移動，轉子順時針步進轉子轉動一圈分為4個步級進行，每級步進90° （3）工作過程（視頻）轉子八對磁極定子a、b各16個爪極，定子線圈a的兩組線圈與定子線圈b的兩組線圈反極性，定子共分為32個磁極爪步進一個爪極轉角11.25°，步進32步轉子轉一圈，豐田車系步進電機0-125步 （4）定子繞組控制電路定子輸入脈沖 （5）步進電機怠速控制閥控制電路3.占空比控制電磁閥型 （1）工作原理（視頻）是一個比例電磁閥：占空比大，驅動電流大，電磁吸力大，怠速控制閥開度大 （2）占空比控制電磁閥型怠速控制閥控制電路四、補充空氣閥1.功用（視頻）提高冷起動怠速，加快暖機預熱過程，增加暖機過程中所需的空氣量，也稱高怠速控制發動機完成暖機后，通過輔助空氣閥的空氣被自動切斷，恢復正常怠速現代發動機集中管理系統，高怠速控制由怠速控制閥完成 2.石臘式補充空氣閥 （1）怠速狀態 （2）熱起后狀態當冷卻液溫度>80℃時，閥門完全關閉 3.雙金屬片式補充空氣閥 （1）怠速狀態雙金屬片的動作由加熱線圈通電時間或發動機水溫決定當水溫<-20℃時，閥門全開當水溫>60℃時，閥門全閉 （2）熱起后狀態五、慣性增壓進氣系統 1.組成與功用（視頻）功用：利用進氣氣流慣性所形成的壓力波來提高充氣效率 三、電子控制點火系統 1、電子控制系統的信號輸入 在有微處理器控制的點火系統中，控制系統輸入多個傳感器信號： 基準位置、曲軸轉角、轉速、水溫、進氣壓力（或進氣流量）、節氣門位置等等。 常見的脈沖信號發生器有磁脈沖發生器、金屬探測傳感器、霍爾效應傳感器和光電傳感器 2、電子控制系統的控制策略 在微處理器控制的點火系統中，電控單元（ECU）不僅可以產生一個點火信號，而且還可以對點火信號的位置（決定點火時刻）和形狀（決定初級回路閉合角的大小）進行控制，因而控制系統的控制策略在很大程度上決定著點火系統的優劣和發動機性能指標的好壞。 1、點火提前角的控制方法 ECU根據汽油機的各種工況信號對點火時刻進行控制。首先根據發動機的轉速和進氣壓力信號從存儲器存的數據中找到相應的基本點火提前角，然后根據有關傳感器信號值加以修正，得出實際的點火提前角。實際點火提前角由三部分組成：初始點火提前角、基本點火提前角和修正點火提前角。 點火提前角的修正：暖機修正、過熱修正、空燃比反饋修正、怠速穩定性的修正、爆震修正、最大和最小提前角控制 2、閉合角的控制方法 點火線圈的通電時間就是它以建立磁場的形式蓄積點火能量的時間，這段時間所對應的曲軸轉角叫做閉合角。通電時間控制的原則是在不影響火花放電的前提下，保證點火線圈有足夠的時間蓄積能量而又不會造成過熱損失和破壞。 3、曲軸位置的測量方法 要做到對點火時刻的控制就必須精確測量曲軸的位置（在順序噴射的燃油噴射系統中噴油時刻的控制也需測量曲軸的位置），方法主要有：計數器延時技術法、1度曲軸轉角計數法、脈沖計數和延時計數綜合法。 4、爆震控制 當發生劇烈爆震時，發動機各部分溫度上升，使輸出功率下降，嚴重時還會引起活塞燒結、活塞環粘著、軸承破壞和氣門燒蝕等。推遲點火可以減輕甚至避免爆震，保震控制的目的就是根據爆震傳感器的信號調整點火時刻使汽油發動機工作在臨界爆震狀態。 5、無分電器點火系統的控制 無分電器點火系統由于取消了分電器，所以可以消除配電部分的磨損和能量損失。同時由于配電部分不再有火花放電現象，所以極大地減少了電磁干擾。 無分電器點火系統，根據結構和點火方式的不同，可以分為兩缸同時點火（冗余火花方式）和每缸獨立點火兩種。 四、輔助控制系統 1、怠速控制 怠速轉速過高，會增加燃油消耗量。因此，怠速轉速應盡可能低。但考慮到減少有害物的排放，怠速轉速又不能過低。另外，考慮所有怠速使用條件下，如冷車運轉與電器負荷、空調裝置、自動變速器、動力轉向伺服機構的接入等情況，它們都會引起怠速轉速的變化，使發動機怠速不穩甚至會引起熄火現象。 通常發動機輸出動力時，其轉速是由駕駛員通過油門踏板控制節氣門開度，調節進氣量的方法來實現的。但在怠速時，駕駛員的腳已離開油門踏板，駕駛員要對進氣量進行適時調節已不可行，為此在大多數電控汽油噴射發動機上都設有不同類型的怠速轉速控制裝置。 怠速時，節氣門處于關閉狀態，空氣通過節氣門縫隙及旁通節氣門的怠速調節通道進入發動機，由空氣流量計（或進氣歧管壓力傳感器）檢測該進氣量，并根據轉速及其它修正信號控制噴油量，使轉矩與發動機本身內部阻力矩相平衡，保證發動機在怠速下穩定運轉。當發動機的內部阻力矩發生變化時，怠速運轉轉速將會發生變化。發動機怠速控制裝置的功能就是自動維持發動機怠速穩定運轉。 怠速控制（ISC）是通過調節空氣通道面積以控制進氣流量的方法來實現的。 2、排放控制 汽車發動機作為一個大氣污染源，應該采取各種有效措施予以治理和改造。關于汽車發動機排氣的控制和凈化問題，各國都進行了大量的研究工作，研制了不少的技術措施。這些方法大致可分為：發動機本身的改進和增加排放凈化裝置。而由于發動機本身的改進，較難滿足日益嚴格的排放法規和降低成本等要求，因此現代汽車采取了多種排放控制措施來減少汽車的排氣污染，如三元催 化轉換、廢氣再循環（EGR）、活性碳罐蒸發控制系統等。 3、進氣控制 1）進氣渦流控制 在發動機上采用渦流控制閥系統，可根據發動機的不同負荷，改變進氣流量去改善發動機的動力性能。圖8-27為由ECU控制的渦流控制閥系統。由圖8-28所示，進氣孔縱向分為兩個通道，渦流控制閥安裝在通道內，由進氣歧管負壓打開和關閉，控制進氣管空氣通道的大小。發動機小負荷或以低于某一轉速運轉時，受ECU控制的真空電磁閥關閉，真空度不能進入渦流控制閥上部的真空氣室，渦流控制閥關閉。由于進氣通道變小，產生一個強大渦流，這就提高了燃燒效率，從而可節約燃油。當發動機負荷增大或以高于某一轉速運轉時，ECU根據轉速、溫度、進氣量等信號將真空電磁閥電路接通，真空電磁閥打開，真空度進入渦流控制閥，將渦流控制閥打開，進氣通道變大，提高進氣效率，從而改善發動機輸出功率。 2）進氣慣性增壓控制系統 進氣慣性增壓控制系統（ACIS）即諧波增壓進氣控制系統，是利用進氣流慣性產生的壓力波提高進氣效率。 一般而言，進氣管長度長時，壓力波波長大，可使發動機中低轉速區功率增大；進氣管長度短時，壓力波波長短，可使發動機高速區功率增大。 如果進氣管長度可改變，則可兼顧增大功率和增大轉矩，但一般過氣管長度是不能改變的，因此利用慣性增壓一般都按最大轉矩所對應的轉速區域利用。 3）斷缸控制 汽車發動機尤其是大型轎車發動機的輸出功率很大，又有較高的功率儲備。但在城區行駛或在城外公路上行駛時，多數是處在較低的部分負荷下運行，這時發動機的效率不高。為了克服這一弊端，當發動機處于部份負荷下運行時，控制系統指令切斷幾個氣缸的汽油供應與點火，停止幾個氣缸工作，則剩下各缸的工作效率得到增大，從而提高了發動機的效率并降低了燃油消耗。而當功率不能滿足要求時，再恢復其余氣缸工作。

回答者：leechunchor2016-12-10 00:00