汽车电控技术课件全套整套电子教案电子讲义.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车电控技术,一、现代汽车电子技术应用状况,1在发动机上的应用,（1）电子控制喷油装置（EFI）,（2）电控点火系统（ESA）,（3）怠速控制系统（ISC）,（4）电控柴油喷射系统,2在底盘上的应用,（1）电控自动变速器（ECT）,（2）电子转向助力系统,（3）汽车防滑控制系统,（4）适时调节的自适应悬挂系统,（5）自适应巡航控制系统（ACC）,二、汽车电子技术应用的发展趋势,1微处理机技术,2传感器技术,3软件新技术应用,4智能汽车及智能交通系统（ITS）的研究及应用,5数据传输载体方面的电子新技术应用,6汽车车载电子网络,绪 论,电控汽油喷射系统的分类与组成,电控汽油喷射发动机空气供给系统的组成、结构、工作原理,电控汽油喷射发动机燃油供给系统的组成、结构、工作原理,电控汽油喷射发动机电子控制系统的组成、结构、工作原理,智能型电子节气门的结构、工作原理,汽油机缸内直喷系统的结构、工作原理,第1章 电子控制汽油喷射系统,1.1 概述,1.1.1 电控汽油喷射系统的分类,1按控制方式分,（1）流量型喷射系统（L-Jetronic）是指在空气滤清器与节气门体之间装有计量空气量的空气流量计，通过它将空气量的物理量转变成电信号输送到电子控制单元，电子控制单元依此信号控制喷油量。,（2）压力型喷射系统（D-Jetronic，,“,D,”,来源于德文,“,Druck（压力）,”,的第一个字母）是电子控制单元根据进气管压力和发动机转速计算出每一循环的进气空气量，并由此计算出循环基本喷油量。,1.1.2 电控汽油喷射系统的组成,电控汽油喷射系统由3个子系统组成：,空气供给系统,燃油供给系统,电子控制系统,电子控制系统,传感器,开关信号,电子控制单元,执行器,1.2 电控汽油喷射的空气供给系统,1.2.1 空气计量装置,1空气流量计（AFS）,当空气流过热线式空气流量计，铂热线向空气散热，温度降低，铂热线的电阻减小，使电桥失去平衡。混合电路将自动增加供给铂热线的电流，恢复原来的温度和电阻值，直至电桥恢复平衡。,流过铂热线的空气流量越大，混合电路供给铂热线的加热电流也越大，即加热电流是空气流量的单值函数。,加热电流通过精密电阻产生的电压降作为电压输出信号传输给电子控制单元，电压降的大小即是对空气流量的度量。,（2）热膜式空气流量计。其测量原理与热线式空气流量计相同，它是利用热膜与空气之间的热传递现象来测量空气流量的。热膜是由铂金属片固定在树脂薄膜上而构成的。用热膜代替热线提高了空气流量计的可靠性和耐用性，并且热膜不会被空气中的灰尘沾附。,（3）卡门涡流式空气流量计,进气道中间有一个流线形或三角形涡流发生体。当空气流过时，在发生体后方产生一系列不对称却十分规则的空气旋涡。,根据卡门理论旋涡是依次沿气流流动方向后移动，其移动速度与空气流速成正比。,在单位时间内通过发生体后方某点的旋涡数量与空气流速成正比，即通过测量单位时间内旋涡的数量就可以计算出空气流速和流量。,2进气压力传感器MAP,由压力转换元件和把转换元件输出信号进行放大的集成电路（IC）及真空室构成。,压力转换元件是硅膜片。,硅膜片一面是真空室，另一面导入进气压力。在压力作用下硅膜片产生变形，使扩散在硅膜片上电阻的阻值发生变化。进气管内压力越高，变形量越大。,利用惠斯登电桥将硅膜片的电阻变化转换成电压信号。输出的电压信号很微小，经IC放大处理后的电信号，作为进气压力信号送到ECU，ECU根据此信号和转速信号，即可计算进气量。,1.2.2 节气门体,1节气门,节气门是正圆形，怠速时节气门完全或接近完全关闭，所需要的空气由控制机构提供。,2控制机构,控制机构是完成对发动机怠速的控制和节气门全程的控制,怠速控制是自动控制发动机怠速；在发动机热机、有额外负荷（如开空调、动力转向起作用、自动变速器P/N挡开关进入运行挡位、全车电器投入使用等）时，调节进气量，从而调节发动机转速和动力。广泛采用智能电子节气门。,智能电子节气门,电子节气门一方面执行来自电子控制单元的指令调节节气门开度以控制进气量，同时还可以输出反映节气门位置的信号，供系统监控节气门的实际开度。,电子节气门总成结构 节气门位置传感器,1.3 电控汽油喷射的燃油供给系统,电控汽油喷射的燃油供给系统是由汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、燃油分配管、回油管、油压调节器、喷油器组成。,1.3.1 汽油箱,汽油箱体的材料一般采用高分子高密度聚乙烯吹塑制成，具有重量轻、强度高、密封性好、防爆以及易制成异形件，充分利用空间的优点，因此被轿车广泛采用。,1.3.2 电动汽油泵,涡轮式电动汽油泵由电机、涡轮泵、单向阀、限压阀及滤网等组成。,电机驱动油泵运转时，涡轮泵转子圆周槽内的燃油随转子一起高速旋转，在离心力作用下，使燃油出口处油压增高，同时在进口处产生一定的真空，从而使燃油从进口被吸入并经单向阀泵向出口。,电控汽油喷射系统对汽油泵运转控制的基本要求是：只有当发动机处于运转状态时，汽油泵才运转，若发动机不工作，即使接通点火开关，汽油泵也不工作。,1.3.3 汽油滤清器,汽油滤清器的作用是滤去汽油中的杂质。它是一次性使用，定期更换，更换里程一般是15000km。,内压式纸制滤芯，双层袋状卷筒，套在芯管上，有1216圈，袋口在进油端，袋底在出油端。,1.3.4 脉动衰减器,1.3.5 油压调节器,1.3.6 喷油器,轴针式喷油器的一端为进油口，与分配油管连接；另一端为喷油口，插入进气支管中，两端分别用O形密封圈密封。,喷油器是由喷油器体、衔铁、针阀、电磁线圈、回位弹簧等组成。,喷油器内部有一个电磁线圈，经线束与电子控制单元连接。,当电磁线圈有电流通过时，便产生吸力，将衔铁和针阀吸起，打开喷孔，燃油经针环形间隙高速喷出，并被粉碎成雾状。喷入进气支管，与空气混合，在进气冲程中被吸入气缸。,电磁线圈无电流通过时，磁力消失，弹簧将衔铁和针阀下压，关闭喷孔，停止喷油。,ECU利用脉冲的宽度来控制喷油器每次打开喷油的时间，从而控制喷油量。,一般喷油器每次打开喷油的时间为210ms。时间越长，喷油量就越大。,（a）电压驱动回路 （b）电流驱动回路,1输入脉冲；2喷油器；3VT1功率三极管；4消弧回路；5附加电阻；6电流控制回路；7电流反馈电阻,图1-25 喷油器驱动回路,1.4 电控汽油喷射的控制系统,1.4.1 检测发动机运行状况的传感器,检测发动机运行状况的传感器包括,空气流量计（或进气压力传感器）,节气门位置传感器,发动机曲轴位置及转速传感器,发动机的热状态传感器,进气温度传感器,汽车的车速传感器,1发动机曲轴位置及转速传感器,（1）安装在曲轴上的磁电脉冲式传感器,由传感器和脉冲盘等组成，其安装位置一般在曲轴前端的皮带盘上或曲轴后端的飞轮处。,磁电感应式传感器内部装有绕在永久磁铁上的感应线圈。它安装在缸体一侧靠近飞轮处，用来检测曲轴转角和发动机转速。脉冲盘安装在曲轴后端，位于飞轮与曲轴之间，脉冲盘在圆周上等分地布置着60个转子齿，其中空缺两个转子齿，供ECU识别曲轴位置，作为喷油、点火正时的参照基准。,发动机运转时，脉冲盘上的转子齿每通过传感器一次，便在传感器内的感应线圈中感应出一个交变电压信号，而在缺齿处产生一个畸变的交变电压信号。,ECU根据这些交变电压信号和畸变的电压信号就可计算出发动机的转速和曲轴位置。,（a）曲轴位置传感器（b）输出电压信号,图1-26 电磁脉冲式传感器,（2）霍尔效应式传感器,霍尔式传感器的基本原理是：当电流,I,通过放在磁场中的半导体基片，且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流与磁场的半导体基片的横向侧面上，即产生一个与电流和磁场强度成正比的霍尔电压,V,H。,霍尔效应原理,2温度传感器,（1）冷却液温度传感器,安装在发动机缸体水套或冷却液管路中，与冷却液接触，检测发动机的冷却液温度,（2）进气温度传感器,作用就是检测进气温度，并将检测信息输送给ECU作为修正喷油量的参考依据之一。,进气温度传感器的原理结构与冷却液温度传感器相同，都是采用,负温度系数的热敏电阻。,（a）冷却液温度传感器（b）进气温度传感器,图1-29 温度传感器,图1-30 传感器的温度输出特性 图1-31 温度传感器的电路,3氧传感器,（1）氧化锆式氧传感器,内有一个由氧化锆陶瓷制成的一端封闭的管状体，称为锆管。锆管的内外表面各自覆盖着一层透气的多孔性薄铂层，作为电极。锆管内表面电极与大气相通，外表面则与废气接触。锆管外部套有一个带缝槽的耐热金属套管，对锆管起保护作用。,1导入排气孔罩；2锆管；3排气管；4电极；5弹簧；6绝缘套；7导线,氧化锆式氧传感器,在高温状态下氧分子发生电离。,锆管内外表面上氧分子浓度不同，因而使氧离子从浓度大的锆管内表面向浓度小的锆管外表面移动，锆管内外表面的两个电极之间产生一个微小的电压。,混合气小于理论空燃比，浓时，排气中缺氧，锆管中氧离子移动较快，并产生0.9V左右的电压；,当混合气大于理论空燃比，稀时，废气中有一定的氧分子，使锆管中氧离子的移动能力减弱，只产生约0.1V的电压。,（2）氧化钛式氧传感器,它具有两个氧化钛元件，一个是多孔性二氧化钛陶瓷，用来检测排气中氧侧含量，另一个为实心二氧化钛陶瓷，用来作为加热调节，补偿温度的误差。,1二氧化钛元件；2金属保护管；3导线；4金属外壳；,5陶瓷绝缘材料；6陶瓷元件；7接线头,氧化钛式氧传感器,二氧化钛材料是在室温下具有很高电阻值的半导体，随排气中氧含量减少（混合气变浓时）材料电阻值随之下降。,氧化钛式氧传感器特性,（3）宽带氧传感器,一部分为感应室，一面与大气接触而另一面是测试腔，通过扩散通道与尾气接触。,发动机控制单元把感应室两侧的氧含量保持一致，让电压值维持在0.45V，它是电脑的参考标准值,另一部分是传感器的关键部件单元泵，单元泵一边是尾气，另一边是与测试腔相连。将电压施加于氧化锆组件（单元泵）上，造成氧离子的移动，把尾气中的氧泵入测试腔当中，使感应室两侧的电压值维持在0.45V。这个施加在泵氧元上变化的电压，才是氧含量信号。,如果混合气太稀，则尾气中的含氧量增加，这时氧要从扩散通道进入测试腔，感应室电压降低，此时单元泵向外排出氧来平衡测试腔中的含氧量，使感应室的电压维持在0.45V。,如果混合气太浓，尾气中含氧量下降，此时从扩散通道溢出的氧较多，感应室的电压升高。为达到平衡发动机控制单元增加控制电流使单元泵增加泵氧效率，使感应室的氧含量增加，这样可以调节测量室的电压恢复的0.45V。,4车速传感器（VSS）,车速传感器检测汽车的行驶速度，给ECU提供车速信号，用于巡航控制和限速端控制。在汽车集中控制系统中，也是自动变速器的主控制信号。,(1)安装位置 安装在变速器输出轴上,(2)类型 有磁控电阻式、舌簧开关式、光电式,(3)工作原理,施加一个偏磁场，使在所有电阻中的磁化强度和电流间有一个约45的夹角。正交施加磁场，使两个正向放置的电阻器磁化而转向电流，使电阻R有一个增量R。在剩下的两个反向放置的电阻器中，由于磁化而转离电流，导致电阻R减少R。电桥输出为Vout=(RR)VB。作为施加磁场函数的电桥输出Vout被称为传感器的传递函数。在线性区内，输出与施加的磁场成正比。,5加速踏板位置传感器,直接安装在驾驶室内加速踏板轴处，产生加速踏板的开度和速率变化的电压信号给ECU。线性型的和霍尔元件型两种类型的。,（1）线性型,一个带触点的双电位器传感器，5V电压，传感器向电子控制单元发出2路信号，一路是另一路的两倍。,（2）霍尔元件型,1.4.2 开关信号,1 起动信号（STA）,用来判断发动机是否处于起动状态。STA信号与起动开关连在一起，起动开关接通，ECU便检测到STA信号，确认发动机处于起动状态，并自动增加喷油量。,2 空调信号（A/C）,用来检测空调压缩机是否工作。该信号与空调压缩机电磁离合器的电源接在一起，ECU根据A/C信号控制发动机怠速时的点火提前角和进行怠速喷油量修正等。,3 空挡起动开关信号（NSW）,用于怠速系统的控制,4 其他开关信号,：主要包括点火开关IGN信号、蓄电池电压信号,U,BATT等。,1.4.3 电子控制单元,1电子控制单元的组成,它主要由中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入和输出接口电路、驱动电路和固化在ROM中的发动机控制程序和原始数据等组成。,2汽油喷射的控制过程,同步喷射是指汽油的喷射与发动机运转同步，ECU根据曲轴的转角位置来控制开始喷射的时刻。在发动机稳定工况的大部分运转时间里，汽油喷射控制系统以同步方式工作，同步喷射广泛采用顺序喷射。,顺序喷射电路,异步喷射是指ECU只是根据传感器的输入信号控制开始喷油时刻，与曲轴转角位置无关。异步喷射方式是一种临时的补偿性喷射，发动机处于起动、加速等非稳定工况时，汽油喷射控制系统以异步喷射方式工作或增加异步喷射对同步喷射的喷油量进行补偿。,3故障自诊断系统,（1）及时地检测出电控系统出现的故障。,（2）将故障存储在ECU内。,（3）点亮仪表板上的“故障指示灯”。,（4）维修人员可以读取故障码，诊断故障原因提供参考。,4安全保险功能,电子控制单元检测出故障后，采取的一种保险措施。,当系统诊断出有故障出现时，一方面发出故障警告信号、保存故障码；另一方面ECU会自动启用安全保险功能，按照存储器内设定的程序和数据，使控制系统继续工作或强制停机。,5后备系统,当ECU内电子控制单元控制程序出现故障时，ECU把燃油喷射和点火正时控制在预定水平上，作为一种备用功能使车辆仍能继续慢速行驶，回到修理厂。,1.5 汽油机缸内直喷系统,在汽油机中采用缸内直接喷射后，能有效提高缸内充气系数，降低爆振极限，提高压缩比，改善发动机性能，使其燃油经济性提高25%左右，动力输出也比进气道喷射的汽油机增加了将近10%。,1.5.1 缸内直喷主要结构,（1）轨道燃油压力传感器。为ECU提供轨道压力的高低。,（2）停供电磁阀。根据ECU通电发令，使高压油泵的进油片阀即常开，停止供油。,（3）限压阀。为柱塞式溢流阀，当轨道油压高于规定值时，泄油降压。,（4）柱塞式高压燃油泵。往复柱塞泵，凸轮轴驱动，产生5MPa油压。,（5）高压旋流式喷油器。安装在缸盖上，用65V高电压控制喷油，ECU直接用脉冲电流控制喷油量的多少。,（6）直立式进气管。产生大进气流，直接流入气缸，充气效果好。,（7）顶面弯曲活塞。引导空气产生进气涡流和挤压高速旋转涡流，以便形成理想的分层燃烧的可燃混合气。,1.5.2 缸内直喷汽油机燃烧模式,（1）气缸内涡流的运动。,（2）高压旋转油雾的产生火花塞附近为高浓度混合气，极易点燃，缸内的燃气呈稀包浓状态（O,2,分子包围HC分子），在旋转中逐层的剥离，并从内向外稳定地、彻底的分层燃烧。,（3）空燃比与负荷的关系。中小负荷工况时，在压缩行程后期喷油，以超稀薄混合气成分为主。在大负荷工况时，一个工作循环中，ECU对喷油器发出两次喷油脉冲信号，一次在进气行程时完成，一次在压缩行程后期完成。,（4）高压缩比的实现。缸内直喷式汽油机可使压缩比提高到12:113:1，对汽油的辛烷值无过高要求。,1.6 Start-stop发动机智能启停系统,Start-stop系统主要有三种形式：,1分离式,起动机,/发电机启停系统,采用分离式起动机和发电机的起停系统很常见。这种系统的起动机和发电机是独立设计的，,发动机,启动所需的,功率,是由起动机提供，而发电机则为起动机提供电能。,有,宝马,1、3、5系、X3，,大众,帕萨特,、,高尔夫,，,奔驰,A、B、C、E系列（部分），,奥迪,A6,、A8等等。,2010年上半年上市的,长安,CX30,就匹配该系统。长城、吉利、上汽、,奇瑞,等自主品牌也相继推出匹配车型。,2集成起动机/发电机启停系统,集成起动机/发电机是一个通过永磁体内转子和单齿定子来激励的同步电机，将驱动单元集成到混合动力传动系统中。,标致,-,雪铁龙,集团的e-HDi车型上。Start-stop系统的电控装置集成在发电机内部，在遇红灯停车时发动机停转，只要一挂档或松开制动踏板汽车会立即自动启动发动机。,3,马自达,SISS智能启停系统,Mazda,的SISS智能启停系统（现在称为i-stop技术），主要是通过在气缸内进行燃油直喷，燃油燃烧产生的膨胀力来重启发动机的，启动机在发动机启动时起到辅助作用。,发动机停止前，使活塞停在合理的位置；再次起动时，通过喷油、点火燃烧和起动机共同作用起动发动机，适用于缸内直喷发动机。,本章小结,电控汽油喷射式燃料供给系统是利用安装在发动机不同部位上的各种传感器所测得的信号，按电子控制单元（电子控制单元、ECU）中设定的控制程序，通过对汽油喷射时间的控制，调节喷入进气管或气缸中的喷油量，从而改变混合气成分，使发动机在各种工况下都能获得与所处工况相匹配的最佳混合气。,按控制方式不同可分为流量型喷射系统和压力型喷射系统。,按喷射位置分为节气门体喷射系统、进气管喷射系统和缸内直喷系统。,电控汽油喷射系统都由以下3个子系统组成：空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统。,空气供给系统由空气滤清器、空气流量传感器或进气管绝对压力传感器、节气门、进气总管、进气支管和怠速空气控制系统等组成。,空气流量传感器有热线式和热膜式、卡门旋涡式等种类。,燃油供给系统由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器和燃油管路等组成。,常用的传感器有发动机转速与曲轴位置传感器（电磁感应式、霍尔效应式、光电效应式）、冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器（氧化锆式、氧化钛式）、爆燃传感器、车速传感器、节气门位置传感器等。,电子控制单元（简称ECU）是燃油电控系统的核心，它主要由中央处理器、存储器、输入/输出接口电路、驱动电路等组成。,电控汽油喷射发动机一般都设有故障自诊断系统，具有安全保险功能和后备系统，以备发动机故障的自检测诊断和应急处理。,智能电子节气门控制系统驾驶员通过加速踏板位置传感器把需要的力矩指令，以电压信号的形式输送到电子控制单元，然后通过电子节气门总成控制节气门的开启角度。使发动机怠速控制系统、汽车防滑转系统、汽车电控巡航系统等的硬件设备大大简化，控制精度明显提高。,汽油机中采用缸内直接喷射系统是将汽油直接喷入汽缸内进行燃烧，能有效提高缸内充气系数，降低爆振极限，提高压缩比，改善发动机性能，使其燃油经济性提高25%左右，动力输出也比进气道喷射的汽油机增加了将近10%。,Start-stop系统主要有三种形式：,分离式,起动机,/发电机启停系统、,集成起动机/发电机启停系统、,马自达,SISS智能启停系统。,电子控制点火系统的组成及基本原理,无分电器中的同时点火方式和独立点火方式原理,点火提前角与闭合角的控制方法,爆振传感器的基本结构与原理,爆振传感器实现点火提前角的反馈闭环控制原理,第2章 电子控制点火系统,2.1 概述,电子控制点火系统可以通过各种传感器感知多种因素对点火提前角的影响，以电子控制单元（ECU）为控制核心，能够对点火全过程进行控制，包括通电时间控制、点火提前角控制和爆振控制，完全满足汽油机对点火系统的基本要求，使发动机的动力性、经济性达到较高的水平，同时排放污染也得到了有效的降低。,2.1.1 电子控制点火系统的组成,1传感器,2电子控制单元,3执行器,2.1.2 电子控制点火系统的工作原理,2.2 电子控制点火系统,无分电器点火控制系统又可分为：,两个活塞位置同步缸共用一个点火线圈的同时点火方式（双缸直接点火）,每缸一个点火线圈的独立点火方式（单缸直接点火）,2.2.1同时点火方式,同时点火是指点火线圈每产生一次高压电，都使两个缸的火花塞同时跳火，即双缸同时点火。,次级绕组产生的高压电将直接加在四缸发动机的同步缸1、4缸或2、3缸（六缸发动机的、缸、缸或、缸）火花塞电极上跳火。,1二极管分配式。,点火线圈由两个初级绕组和一个次级绕组构成，次级绕组的两端通过4只高压二极管与火花塞构成回路。4只二极管有内装式（安装在点火线圈内部）和外装式两种。对于点火顺序为1342的发动机，1、4缸为一组，2、3缸为另一组。点火控制器中的两只功率晶体管分别控制一个初级绕组，两只功率晶体管由电子控制单元（ECU）按点火顺序交替控制其导通与截止。,2点火线圈分配式,点火线圈组件由两个（四缸发动机）或三个（六缸发动机）独立的点火线圈组成，每个点火线圈供给成对的两个火花塞工作（四缸发动机的1、4缸和2、3缸分别共用一个点火线圈；六缸发动机1、6缸、2、5缸和3、4缸分别共用一个点火线圈）。,2.2.2独立点火方式,每一个气缸都配有一个点火线圈，且直接安装在火花塞上方，其基本组成和工作原理与同时点火方式相同,。,2.3 点火提前角与闭合角的控制,混合气在气缸内燃烧时，其最高燃烧压力（也可以说是发动机的最大输出功率）出现在曲轴转角的上止点后10左右。最佳点火提前角应随着发动机转速、负荷及运行条件的变化而变化。,2.3.1 点火提前角的控制,最佳点火提前角=初始点火提前角基本点火提前角修正点火提前角（或点火延迟角）,2.3.2 闭合角控制,闭合角控制也称通电时间控制。,对于电感储能式电控点火系统，当点火线圈的初级线圈被接通后，通过线圈的电流是按指数规律增大的。初级线圈被断开瞬间所能达到的断开电流值与初级线圈接通时间长短有关。,2.4 爆振传感器与爆振控制,从最佳点火提前角的分析中可知，为了最大限度地发挥汽油机的潜能，应把点火提前角控制在接近临界爆振点，同时又不能使发动机发生爆振。,2.4.1 爆振控制方法,2.4.2 爆振传感器,1磁致伸缩式,内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强磁性铁心以及铁心周围的线圈。,原理：当发动机的气缸体出现振动时，该传感器在7kHz左右处与发动机产生共振，强磁性材料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿过铁心的磁通密度也变化，从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势，并将这一电信号输入ECU。,爆振传感器的作用是对发动机的气缸压力或其他能对发动机爆振做出判断的相关参数进行检测，并将信号送入发动机ECU。,2压电式,利用结晶或陶瓷多晶体的压电效应而工作，也有利用掺杂硅的压电电阻效应的。外壳内装有压电元件、配重块及导线等发动机的气缸体出现振动且振动传递到传感器外壳上时，外壳与配重块之间产生相对运动，夹在这两者之间的压电元件所受的压力发生变化，产生电压。ECU检测出该电压，并根据其值的大小判断爆振强度。,本章小结,电子控制点火系统能够对点火全过程进行控制，包括通电时间控制、点火提前角控制和爆振控制。,电子控制点火系统主要由监测发动机运行状况的传感器、处理信号和发出点火指令的电子控制单元（ECU）、对点火指令做出响应的执行器等组成。,转速传感器信号和曲轴位置传感器信号是保证ECU控制电子点火系统正常工作最基本的信号。,曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同，有磁感应式、光电式和霍尔式三大类。,执行器主要包括点火控制器、点火线圈、火花塞等。点火控制器是微机控制点火系统的功率输出级，它接受ECU输出的点火控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。,双缸同时点火时，一个气缸处于压缩行程末期，是有效点火，另一个气缸处于排气行程末期，是无效点火。曲轴旋转一圈后，两缸所处行程恰好相反。双缸同时点火时，高压电的分配有二极管分配和点火线圈分配两种形式。,采用独立点火方式时，每一个气缸都配有一个点火线圈，且直接安装在火花塞上方。优点是省去了高压线，点火能量损耗少；点火系对无线电的干扰可大幅度降低、线圈不易发热而体积又可以非常小巧。特别适合于多气门发动机。一般是将点火线圈压装在火花塞上。,发动机起动后，电子控制单元对最佳点火提前角进行计算和控制，最佳点火提前角=初始点火提前角基本点火提前角修正点火提前角（或点火延迟角）。,爆振传感器是电子控制点火系统专用的一个传感器，ECU可根据爆振传感器输出的信号来判断发动机是否发生爆振，从而对点火提前角进行修正，实现点火提前角的爆振反馈闭环控制。,柴油机电子控制喷射系统的特点和功能,电子控制分配泵喷射系统的结构与基本工作原理,电子控制高压共轨喷射系统的结构与基本工作原理,电子控制泵喷嘴系统的结构与基本工作原理,第3章 电子控制柴油喷射系统,3.1 概述,电子控制柴油喷射系统的组成,电子控制系统由：传感器、电子控制单元（ECU）和执行器。,传感器实时检测柴油机、车辆运行状态及操作量等信息，并送给电子控制单元。主要传感器有发动机转速传感器、齿杆位置传感器、喷油提前角传感器及加速踏板位置传感器等。,电子控制单元负责处理所有信息、执行程序，并将运行结果作为控制指令输出到执行器。,执行器根据控制器送来的指令驱动调节喷油量及喷油正时的相应机构，从而调节柴油机的运行状态。在直列泵系统中，有调速器执行器（调节喷油泵的齿杆位移）和提前执行器（调节发动机驱动轴和喷油泵凸轮轴的相位差，从而调节喷油时间），在分配泵系统中也还有一些独特的执行器。,电子控制柴油喷射系统的分类,1位置控制电子控制柴油喷射系统,系统是在传统喷油泵、高压油管、喷油器的系统上，加装一个电控装置发展而成的，它保留了原来机械式喷油泵结构中的齿杆、柱塞副、柱塞斜槽等控制油量的机械构件和元素，只增加少量的构件与电控装置来对供油拉杆（或齿杆）的运动进行控制。,2时间控制电子控制柴油喷射系统,（1）柱塞脉冲式柴油喷射系统,（2）高压共轨式柴油喷射系统,（3）泵喷嘴系统,电子控制柴油喷射系统的功能,1喷油量的控制,2怠速转速的控制,3起动喷油量的控制,4各缸喷油均匀性的控制,5喷油正时的控制,3.2 电子控制分配泵喷射系统,3.2.1 位置控制式电控分配泵系统,位置控制式电控分配泵系统就是将VE分配泵中的机械调速器换成电子控制的执行机构。其基本特点是：保留了机械分配泵的溢流环，采用旋转式电磁铁执行机构，由于转子的旋转，改变轴下端的偏心球的位置来控制溢油环的位置。,（1）喷油量控制。ECU控制VE分配泵的溢油环控制在目标位置，从而控制喷油量。,（2）喷油时间控制。VE分配泵的提前器活塞内设有连通高压腔和低压腔的通道，按占空比控制定时调节阀，使定时活塞两侧的压力差变化，从而控制喷油时间。由传感器检测出定时活塞的位置，从而进行反馈控制。,3.2.2 时间控制式电控分配泵系统,时间控制式电控分配泵系统的显著特点是取消了原VE分配泵上的溢油环，在进油通路上设置一个电磁溢流阀。,3.3 电子控制高压共轨喷射系统,电子控制高压共轨喷射系统是通过传感器和开关信号检测出的发动机实际状态，通过电子控制单元计算处理后，对喷油量、喷油时间、喷油压力和喷油率等进行最佳控制。,电子控制高压共轨喷射系统优点：,（1）广阔的应用领域（用于轿车和轻型载货车，每缸功率可达30kW；用于重型载货车以及机车和船舶的柴油机，每缸功率可达200kW）,（2）更高的喷油压力，目前可达140MPa，不久的将来计划达到180MPa,（3）喷油的始点、终点可以方便地改变,（4）可以实现预喷射、主喷射和后喷射，可以根据排放等要求实现多段喷射,（5）喷油压力与实际使用工况相适应,（6）喷油正时和喷油压力在ECU中由存储的特性曲线谱（MAP）算出,3.3.1 供油系统组成与功能,供油系统由低压油路、高压油路构成。,1低压油路部分,低压部分油路为高压部分油路供给足够的油量，主要零部件有油箱，低压回路的进、出油管，燃油滤清器，输油泵，高压油泵的低压区,（1）齿轮式输油泵,齿轮式输油泵安装在高压油泵后端，由高压油泵轴驱动，两个在旋转时相互啮合的反转齿轮。燃油被吸入输油泵体和齿轮之间的空腔内，并被输送到压力侧的出油口，旋转齿轮间的啮合线能保证良好的密封，能防止燃油回流,（2）燃油滤清器。,燃油滤清器主要的作用是滤出燃油中含有的杂质，防止损坏高压油泵零件、出油阀、喷油嘴。,有些发动机装配带有油水分离器的燃油滤清器，把水从水分收集器中排出。,随着柴油机使用时间的增加，燃油滤清器的水分收集器水位达到一定高度时，通过自动报警装置水位报警灯来提示驾驶员。,2高压油路部分,高压油路部分包括高压油泵、高压油轨、高压油轨压力传感器、流量控制阀、高压油管和喷油器等。,（1）高压油泵,功用：供给柴油机足够的高压燃油，同时保证柴油机迅速启动所需要额外供油量和压力要求。,结构：高压油泵采用三个径向布置的柱塞泵油元件9，相互错开120，由偏心凸轮8驱动，出油量大，受载均匀。,工作：输油泵来的柴油流过安全阀5，小部分流向偏心凸轮室供润滑冷却用，另一部分经低压油路6进入柱塞室。,当偏心凸轮转动柱塞下行时，进油阀11打开，柴油被吸入柱塞室；,当偏心凸轮顶起时，进油阀关闭，柴油被压缩，压力剧增，达到共轨压力时，顶开出油阀1，高压油被送去共轨管。,小负荷：通过控制电路使停油电磁阀12通电，其推杆即推开进油阀，停止泵油而卸载空转，只有其他两个泵组工作。,当进入大负荷工况时，又自动断电，恢复泵油。,（2）高压油轨（共轨）。高压油轨存储高压燃油。高压油泵的供油和燃油喷射产生的高压振荡在高压油轨容积中衰减，这样保证在喷油器打开时刻，喷射压力维持定值。高压油轨同时起燃油分配器作用。,（3）高压油轨压力传感器,燃油通过高压油轨上的一个小孔流向压力传感器。,压力传感器为半导体压敏应变电阻形的桥式电路，感受到油压变量值后，放大处理输出0.54.5V的随动电压。它随机检测轨道中的瞬时油压力，将变量压力信号反馈绐ECU。ECU据此信号，发令使油压控制阀投入调压工作。,4）流量限制器,防止喷油器出现持续喷油。活塞在静止时，由于受弹簧的作用力，总是靠在堵头一端。在一次喷油后，喷油器端压力下降，活塞在共轨压力作用下向喷油器端移动，但并不关闭密封座面。只有在喷油器出现持续喷油，导致活塞下移量大，才封闭通往喷油器的通道，切断供油。,（5）电磁式喷油器,喷油时刻和喷油量的调整是通过电子触发的喷油器实现的。喷油器由孔式喷油嘴、液压伺服系统和电磁阀组成。,燃油来自于高压油路，经通道流向喷油嘴，同时经节流孔流向控制腔。控制腔与回油管路相连，途径一个受电磁阀控制其开关的泄油孔。,泄油孔关闭时，作用于针阀控制活塞的液压力超过了它在喷油嘴针阀承压面的力，结果，针阀被迫进入阀座且将高压通道与燃烧室隔离，密封。,当喷油器的电磁阀被触发时，泄油孔被打开，针阀控制腔的压力下降，作用于活塞顶部的压力也随之下降。一旦压力降至低于作用于喷油嘴针阀承压面上的力，针阀被打开，燃油经喷孔喷入燃烧室。即采用了一套液压放大系统，电磁阀打开泄油孔使得针阀控制腔压力降低，从而产生控制柱塞的上下压差，在压差作用下打开针阀。,电磁式喷油器可实现“前期少、中期多、后期少”的喷油规律。采用分三段喷油来实现。,预喷射在上止点前一定角度喷出少量燃油，进行“预燃”，可缩短“备燃期”，压力升高率P/可减小，振噪感减小，工作柔和。,主喷射是在上止点后喷油，功率的增大和扭矩的提高，是来自主喷射，在恒压情况下贯穿整个喷油过程。,补喷射在柴油机燃烧过程的缓燃期的后期，燃烧温度己达高峰，如适量喷油，可改善燃烧条件和净化性，减少了NO,x,的生成量。,3.3.2 电子控制系统,1.电子控制系统组成,电子控制系统包括传感器、电子控制单元和执行器,2电子控制高压共轨喷射系统喷油量的控制,(1)喷油量的控制方法,(2)喷油时间的控制方法,喷油器电磁线圈或压电晶体的通电时间控制方法与电子控制汽油喷射系统喷油时间的控制方法相同，也是由ECU喷油脉冲控制信号(占空比信号)的高电平宽度决定(或低电平宽度决定。视喷油器驱动电路而定，因为喷油器一般都采用NPN型三极管驱动，故由高电平宽度决定)。改变占空比信号高电平的宽度(即喷油脉宽或喷油时间)，即可控制喷油量的大小，且由ECU中预先编制的软件进行控制。,3.电子控制高压共轨喷射系统喷油压力控制,(1)喷油压力控制的目的,控制柴油机喷油压力的目的是：使柴油良好雾化，从而提高燃烧效率、降低油耗和减少排放。,图3-16 碳烟和颗粒物的排放值与喷油压力之间的关系,(a)碳烟排放值与喷油压力的关系；(b)颗粒物排放值与喷油压力的关系,(2)喷油压力的控制方法,高压共轨喷射系统燃油高压的产生与喷油控制是由ECU分别且独立进行，因此，可据发动机转速与负荷等不同工况，在一定油压(20-200 MPa)范围内，改变喷油压力，实现多段喷射(预喷射、主喷射、补喷射)，从而提高燃烧效率，改善柴油机的经济性与排放性能。,在电子控制高压共轨喷射系统中，配有共轨油压传感器、油压控制阀PCV、限压阀和流量限制阀等组成的独立控制喷油压力的电子控制油压系统，其功用就是自由控制共轨管中的燃油压力(即喷油压力)。,4.电子控制高压共轨喷射系统多段喷油控制,高压油泵提供的高压燃油存储在共轨管内，针阀阀门的开启与关闭由喷油器的电子控制机构(电磁阀或压电晶体)控制针阀偶件的背压决定，喷油压力的产生与发动机转速和负荷无关。,由油压控制阀PCV始终将其控制在高压状态(一般为160200MPa的某一数值)，喷油量的大小由针阀阀门开启时间(即电磁阀或压电晶体通电时间)的长短决定。,高压共轨系统不仅能够独立地、自由地控制喷油压力和喷油量，而且具有良好的喷油特性。,喷油特性是指喷油量与喷油时间之间的关系，实现预喷射、主喷射、补喷射等多段喷油的喷油特性曲线。,5.柴油机起动时喷油量的控制,在电子控制发动机汽车上，起动喷油量由电子控制单元ECU依据发动机温度等信号进 行调节，起动困难现象十分罕见。,3.4 电子控制泵喷嘴喷射系统,3.4.1 泵喷嘴原理,泵喷嘴就是喷油泵与喷油器组合在一起，即高压油管长度为零的燃油系统。,它安装在缸盖上，每个缸都有一个。,高压油管，消除长的高压油管中压力波和燃油压缩的影响，高压容积大大减少，可产生所需的高喷射压力。,喷油量的控制，则是由电磁阀控制喷油的开始和终了，使喷油泵腔和低压系接通或切断（ON/OFF）进行控制的。,3.4.2宝来轿车电控泵喷嘴系统,1泵喷嘴的结构,喷射凸轮有一个陡峭上升面和一个平滑下降面。,当喷射凸轮转到陡峭上升面与摇臂接触时，泵活塞被高速向下压并迅速获得一个高喷射压力。,当喷射凸轮转到平滑下降面与摇臂接触时，泵活塞缓慢、平稳地上下移动，允许无气泡的燃油流入泵喷嘴的高压腔。,2工作过程,（1）高压腔充注燃油阶段。泵活塞在活塞弹簧压力作用下向上移动，这样使高压腔内容积扩大。喷嘴电磁阀不动作，电磁阀针处于静止位置，供油管到高压腔的通道打开，供油管内的油压使燃油流入高压腔。,（2）预喷射循环阶段,1）预喷射循环开始。,喷射凸轮通过滚柱式摇臂将泵活塞压下，将高压腔内的燃油排出到供油管。发动机控制单元通过激活喷嘴电磁阀来起动喷射循环，电磁阀针阀被压入到阀座内，关闭高压腔到供油管的通道。高压腔内开始产生压力。当压力达到18MPa时，压力高于喷射弹簧压力，喷射针阀上升，预喷射循环开始。,喷嘴针阀阻尼：在预喷射循环，喷嘴针阀行程被液力阻尼垫阻尼。因此，可以准确测量喷射量。在前1/3行程，喷嘴针阀无阻尼打开，将预喷射油量喷入燃烧室。当缓冲塞堵住喷嘴壳体的内孔时，针阀上部的燃油只能通过泄油间隙排入喷嘴弹簧室，从而形成一液力阻尼垫，限定预喷射循环的针阀行程。,2）预喷射循环结束,喷嘴针阀打开后，预喷射立即结束。上升的压力使收缩活塞下移，使高压腔内容积扩大。压力瞬时下降，喷嘴针阀关闭此时，预喷射结束。,收缩活塞的下移增加了喷嘴弹簧的压紧程度。在接下来的主喷射循环，若想再次打开针阀，油压必须比预喷射过程中的油压高。,（3）主喷射循环阶段,1）主喷射循环开始。喷嘴针阀关闭后短时间内，高压腔内压力立即重新上升。喷嘴电磁阀仍然关闭，泵活塞下移。约30MPa时，燃油压力高于喷嘴弹簧作用力，喷嘴针阀再次上升，主喷油开始。压力上升到205MPa时，进入高压腔的燃油多于经喷孔喷出的燃油。,2）主喷射循环结束,当发动机控制单元停止激活喷嘴电磁阀后，电磁阀弹簧打开电磁阀针阀，燃油被泵活塞排出到供油管，压力下降。喷嘴针阀关闭，喷嘴弹簧将旁通活塞压回到初始位置，主喷射循环结束。,（4）泵喷嘴回油。泵喷嘴的回油管具有如下