发动机电控课参考资料(汽油机和柴油机).doc

5.1 汽油发动机控制技术 概述在上个世纪出现的石油危机以及越来越严格的排放法规限制，使得汽油机电子控制技术得到快速开展图5-1 是德国博士〔BOSCH〕公司的M5汽油机电控系统原理图图5-1：具有车载综合诊断〔OBD〕系统的Motronic M5系统示意图1 碳罐 10 二次空气阀 19 发动机转速传感器 2 截止阀 11 空气质量流量计 20 发动机温度传感器3 碳罐清洁阀 12 控制单元〔ECU〕 21 Lambda氧传感器4燃油压力调节器 13 节气门传感器 22 诊断接口5 喷油器 14 怠速执行器 23 诊断指示灯6 压力执行器 15 空气温度传感器 24 压差传感器7 点火线圈 16 EGR阀 25 电动输油泵8 相位传感器 17 燃油滤清器9 二次空气泵 18 爆震传感器从图中可以看出汽油机电子控制主要有以下控制在功能：l 发动机喷油系统控制：喷油量〔喷油脉宽〕、喷油定时、空然比闭环控制l 发动机点火系统控制：点火提前角、初级回路闭合时间、电子配电控制、爆震控制l 怠速控制系统：发动机启动、暖机、起步过渡l 排放控制系统：废气再循环〔EGR〕控制、燃油蒸发〔EPAV〕，控制三元催化装置〔TWC)l 故障自诊断和“跛行〞控制〔“回家〞电路〕l 其他控制功能，如二次空气喷射，可变进气系统控制：可变进气管长度〔VL)、可变截面〔VD〕增压系统控制〔VGT、VNT、Wate Gate)等，可变配气系统VVT：配气正时、气门升程等。

本节主要结合燃油系统、点火系统和怠速控制介绍汽油机的电子控制系统的根本组成、工作原理和关键部件采用电子控制燃油喷射技术使空气和燃油分开测量，在各种工况下都能精确地计量燃油，而且在整个使用期内可以保持高精度和高稳定性同时，由于电子控制的灵活性和计算机强有力的处理能力，电控系统可以根据发动机的各种运行工况，如启动、暖机、怠速、加速、满负荷、局部负荷、滑行以及环境温度、海拔高度和燃油质量的变化，实现最正确空燃比控制，使发动机优化运行，从而取得良好的节油和排气净化效果与传统的机械式化油器相比，电控汽油喷射系统可以使发动机的功率提高５％—１０％，燃油消耗率降低５％—１５％，废气排污量减少２０％左右除实现了空燃比的精确控制以外，与化油器供油方式相比，电子控制汽油喷射还具有以下几方面的优越性：①更为优越的燃油雾化性能，使油气混合更均匀；②对气温和海拔高度变化的适应性好；③电子控制汽油喷射系统中的多点喷射方式由于每个汽缸都配备单独的喷油器，与化油器供油方式相比，还具有各缸混合气分配均匀的优点；④取消了喉口的多点燃油喷射系统，可按照最大充气效率的目标改良进气系统的设计，从而使动力性进一步改善；⑤电子控制汽油喷射系统各组成部件的安装适应性好，从而给汽油机的总体设计带来更大的灵活性。

当代的电控点火系统采用电子控制单元〔ECU〕对点火系统的点火提前角、点火能量和配电进行控制，并能够针对汽油机的“爆震〔knocking〕〞情况对点火提前角进行闭环调节，使汽油机的性能得到很大的改善同时采用电子控制后，点火系统可以采用“气缸偶〞或各缸独立点火的方式进行电子配电控制，彻底摆脱了传统机械触点对点火系统能量的限制，使汽油机的点火能量得到很大提高，满足了当代汽油机由于采用理论空燃比、EGR排放控制技术等对提高点火能量的要求汽油机怠速控制系统是汽油机电子控制技术的主要内容，怠速控制程序代码数量约占整个控制程序的1/3以上汽油机怠速控制技术主要是对怠速时进入发动机的空气流量进行控制，同时怠速控制又不可防止地涉及到燃油、点火和排放控制系统汽油机怠速控制技术涉及汽油机的起动、暖机、怠速等工况，同时又影响车辆的起步、滑行等过渡工况的操纵性，这就决定了汽油机怠速控制的逻辑和算法的复杂性 电控汽油喷射技术.1 电子控制汽油喷射的根本概念■电子控制汽油喷射的类型电子控制汽油喷射以喷射的方式向汽油机提供燃油，按照喷油器安装位置的不同，分为单点喷射(SPI)、多点喷射(MPI)及缸内直接喷射(图5-2)。

图5-2单点喷射(SPI)、多点喷射(MPI)与缸内直接喷射〔ａ〕单点喷射；〔ｂ〕多点喷射；〔ｃ〕缸内直接喷射单点喷射系统是在进气管节流阀体上方装一个中央喷射装置，用一到两只喷油器集中喷射，汽油喷入进气流中，与空气混合后由进气歧管分配到各个汽缸中单点喷射又称为节流阀体喷射(TBI)或中央燃油喷射(CFI)多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只电磁喷油器，由电子控制单元控制按照一定的模式进行喷射MPI及SPI两种喷射方式均属于进气管喷射，汽缸内直接喷射那么是将燃料直接喷入汽缸内，喷射装置所需要的喷射压力较高(可达5Mpa)根据喷射量控制方法的不同，汽油喷射分为连续喷射和间断喷射连续喷射为在发动机的运转过程中喷油器持续喷射，使燃料通路中燃料测量截面前后的压差一定，通过控制燃料测量截面积的大小变化，来改变供油量连续喷射仅限于进气管喷射的情况德国波许公司的K-Jetronic系统即为连续喷射系统的应用实例，但其控制是利用机械装置实现的所谓间断喷射就是喷射仅在发动机工作循环中的某一段或几段时间内进行，通过控制每次喷射的持续时间来控制喷油量间断喷射的油量控制方式除适用于进气管内喷射以外，还为所有缸内直接喷射的系统采用。

■ 汽油机电子控制系统的控制方式电子控制燃油喷射有开环控制和闭环控制两种方式开环控制是把根据实验确定的发动机各种运行工况的最正确供油参数事先存入计算机，发动机运行时，计算机根据系统中各个传感器的输入信号，判断发动机所处的运行工况，计算出最正确供油量，经功率放大器控制电磁喷油器的喷射时间，从而精确地控制混合气的空燃比，使发动机优化运行因此，开环控制系统的特点是只受发动机运行工况参数变化的控制，并按事先设定在计算机中的控制规律工作1-电子控制单元 2-氧传感器 3-喷油器 4-三元催化器 图5-3闭环控制系统如图5-3所示，闭环控制是指在排气管内加装氧传感器，根据排气中含氧量的变化，对进入汽缸内的可燃混合气的空燃比进行测定，并不断与设定值进行比拟，根据比拟的结果修正喷油量，最终使空燃比保持在设定值的附近闭环控制的优势主要在于与三元催化器配合，进一步降低有害气体的排放为了使三元催化器对排气净化处理的效果到达最正确，空燃比控制的设定值只能在14.7附近随着各国的废气排放法规日趋严格，目前闭环控制系统的应用已达100％■ 电子控制汽油机各运转工况混合气浓度的控制目标：与化油器式供油系统相比，电子控制汽油喷射系统极大地改善了燃油的雾化效果，同时，由于多点燃油喷射系统的广泛采用，喷油器直接将汽油喷射在热的气门上，进一步促进了燃油的蒸发，这使得电子控制汽油喷射系统的混合气浓度控制与化油器式燃油供给系统有了很大的区别。

结合汽油机排放控制的要求，总结电子控制汽油喷射系统对汽油机各运转工况的混合气浓度控制要求如下：①启开工况：尽管电子控制汽油喷射系统较之化油器式燃油供给系统在燃油的雾化及蒸发方面已经有了很大的改善，但是，在启开工况，由于温度状态低，仍然有一小局部燃油不能蒸发，而是以油滴的形式进入气缸参与燃烧，从而导致混合气变稀，因此需要附加的混合气加浓，电子控制汽油喷射系统在启开工况的过量空气系数约为0.9另外，由于启开工况下排气温度较低，用于闭环控制的氧传感器不起作用，因此，在排气温度到达300度之前，混合气的浓度采用开环控制②暖机工况：当发动机温度状态低，排气温度不能保证三元催化转化装置正常工作时，采用比理论混合气稍浓的混合气，以尽快结束暖机③加速工况：为了提高车辆的加速性，采用比理论混合气稍浓的混合气②满负荷工况：在满负荷工况下，考虑到输出功率的需求，通常采用功率混合气，但是为了满足更为严格的排放法规的要求，在有些发动机上满负荷工作时也采用理论混合气，功率需求的满足通过采用较大排量的发动机来实现④其他工况：除上述工况以外，为了使得三元催化转化器的工作效率最高〔详细论述见第十三章〕，均将过量空气系数严格控制为1 ，即采用理论空燃比，同时利用闭环控制到达空燃比的控制目标。

■ 空气量的检测方式电控汽油喷射系统能否正确地将空燃比控制在所需的范围内，决定了发动机的动力性，经济性和排放指标的优劣而汽油机空燃比的控制是采用调整与进气量相匹配的供油量实现的，因此进气空气流量的测量是控制空燃比的根底发动机进气空气流量的测量方法可分为直接测量和间接测量两种 图5-4 空气量的检测方式如图5-4所示，直接测量法采用空气流量计直接测量吸入的空气量采用这种方式的电子控制汽油喷射系统被称为质量流量方式的电子控制汽油喷射系统间接测量法是测量与进气量有关的参数，间接地反映进气量常用的间接测量法有速度密度和节流速度两种方式速度密度方式是利用发动机转速和进气管绝对压力，推算出每一循环吸入发动机的空气量，根据算出的空气量计算汽油的喷射量节流速度方式是利用节流阀开度和发动机转速，推算每一循环吸入发动机的空气量，根据推算的空气量计算汽油的喷射量该方法具有响应性好的特点，但用于开环控制系统测量精度相对较低，对批量生产中的产品差异及随时间推移而产生的磨损敏感，因此应用较少2 电子控制汽油喷射系统的组成及工作原理电子控制汽油喷射系统由空气系统、燃料系统及控制系统三个子系统组成■ 空气系统空气系统的功用是控制并测量汽油机燃烧所需要的空气量。

图5-5为质量流量方式电子控制燃油喷射系统的空气系统吸入的空气经过空气滤清器过滤后，由空气流量计进行测量，然后通过节气门体到达稳压箱，再经进气歧管进入各个汽缸在电子控制汽油喷射系统当中，除了由节气门完成空气量的调节之外，如图5-5所示，还通过空气阀或怠速执行器进行空气量的辅助调节，目的在于在启动和怠速工况，当节气门处于完全关闭位置时，向发动机提供新鲜空气这时经过空气滤清器之后的空气绕过节气门体经空气阀或怠速执行器流入稳压箱图5-5质量流量方式电子控制燃油喷射系统的空气系统1— 发动机；２—稳压箱；３—节流阀体；４—空气流量计；５—空气滤清器；6—空气阀；7—喷油器 图5-6 空气系统结构图图5-6是空气系统的结构图，发动机启动或怠速时，由于节流阀关闭，空气经过滤清器、空气阀、进气总管、进气歧管进入气缸发动机正常运转时，空气经过空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气歧管进入气缸■ 燃料系统燃料系统的功用是向汽缸内提供燃烧时所需要的汽油量图5-7所示是多点汽油喷射系统的燃料供给系，它由油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、压力调节器、喷油器及输油管等组成电动燃油泵将油箱中的燃油吸出，通过燃油滤清器后，经压力调节器调节，使油压和进气管压力之间保持恒定的压差(通常多点喷射系统为0.2 MPa至0.45MPa，单点系统为0.1MPa至0.2MPa)，最后经输油管配送给各个喷油器及冷起动喷油器(低温起动喷油器)，喷油器根据电子控制单元发送的信号将适量的汽油喷射到进气歧管中。

为了消除调节器回油所造成的回油压力波动，在油路中还设有燃油压力脉动减震器1 电动输油泵〔油箱内〕，2 燃油滤清器，3燃油分配管 ，4 喷油器，5 燃油压力调节器图5-7燃料供。