第一章汽车发动机电控技术概述讲解.docx

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第一章汽车发动机电控技术概述讲解

第一章汽车发动机电控技术概述

课程名称

汽车发动机电控技术

总学时：

2学时

讲课：

2学时

实习：

0学时

课程性质

理论课

任课教师

职称

授课对象

专业年　　班级

教学目的和

要求

掌握发动机电控系统的基本组成；了解发动机电控技术的发展，和各传感器的类型和功用

教学重点和

难点

发动机电控系统的基本组成

教学进程

第次课

第1次课

授课章节

汽车发动机电控技术概述

学时

2

备注

教案（章节备课）

学时

第1节

发动机电控技术的发展

教

案

内

容

一、发动机电控技术发展

汽车电子技术发展始于20世纪60年代，分为三个阶段：

第一阶段，从20世纪60年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，如在车上装了晶体管收音机。

第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期，为解决安全、污染、和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统。

第三阶段，20世纪90年代中期以后，电子技术广泛的应用在底盘、车身、和车用柴油发动机多个领域。

目前发动机上常用的电控系统有：

电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、排放控制系统、增压控制系统、警告提示系统、自我诊断与报警系统、失效保护系统和应急备用系统。

二、电控技术对发动机性能的影响

1．提高发动机的动力性

通过减小进气阻力，提高充气效率，电控系统使得进入气缸中的空气得到充分的利用。

2．提高发动机燃油经济性

通过电控系统来精确的控制在各种运行工况下发动机所需的混合气浓度，使燃烧更为充分。

3．降低排放污染

通过电控系统的优化控制，提高燃烧质量，应用排放控制系统，降低排放污染。

4．改善发动机的加速和减速性能

5．改善发动机的起动性能

第2节

应用在发动机上的电子控制系统

教

案

内

容

应用发动机上的电子控制系统有：

一、电子燃油喷射系统

ECU主要根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气；同时还包括喷油正时控制、断油控制和燃油泵控制。

二、电控点火系统

ESA的功能是点火提前角控制。

根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程。

三、怠速控制系统

发动机辅助控制系统。

四、排放控制系统

对发动机控制装置的工作实行电子控制。

五、进气控制系统

六、增压控制系统

七、巡航控制系统

八、警告系统

九、自诊断与报警系统

十、失效保护系统

十一、应急备用系统

第3节

发动机控制系统的基本组成

教

案

内

容

一、电控系统的基本组成与类型

1．组成

有三部分组成：

信号输入装置——各种传感器，采集控制系统的信号，并转换成电信号输送给ECU。

电子控制单元——ECU，给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后执行器发出指令。

执行元件——由ECU控制，执行某项控制功能的装置。

2．类型

开环控制——ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。

闭环控制——也叫反馈控制，在开环的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU，进行原先的控制修正。

二、传感器的类型及功用

1．空气流量计——测量发动机的进气量，将信号输入ECU（主信号）。

2．进气绝对压力传感器——测量进气管内气体的绝对压力，将信号输入ECU（主信号）。

3．节气门位置传感器——检测节气门的开度及开度变化，信号输入ECU。

4．凸轮轴位置传感器——提供曲轴转角基准位置信号（主信号）。

5．曲轴位置传感器——检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号（主信号）。

6．进气温度传感器——检测进气温度信号（修正信号）。

7．冷却液温度传感器——给ECU提供冷却液温度信号（修正信号）。

8．车速传感器——检测汽车行驶速度。

9．氧传感器——检测排气中的氧含量。

10．爆燃传感器——检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。

11．空调开关——当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向ECU输入信号。

12．挡位开关——自动变速器由空挡挂入其他档时，向ECU输入信号。

13、起动开关——发动机起动时，给ECU提供一个起动信号。

教

案

内

容

14．制动灯开关——制动时，向ECU提供制动信号。

15．动力转向开关——当方向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时向ECU输入信号。

16．巡航控制开关——当进入巡航控制状态时，向ECU输入巡航控制状态信号。

三、电子控制单元（ECU）的基本功能

1．给传感器提供电压，接受传感器和其他装置的输入信号，并转换成数字信号。

2．储存该车型的特征参数和运算所需的有关数据信号。

3．确定计算输出指令所需的程序，并根据输入信号和相关程序计算输出指令数值。

4．将输入信号和输出指令信号与标准值进行比较，确定并存储故障信息。

5．向执行元件输出指令，或根据指令输出自身已储存的信息。

6．自我修正功能（学习功能）。

四、执行元件的类型

有以下主要执行元件：

喷油器、点火器、怠速控制阀、巡航控制电磁阀、节气门控制电动机、EGR阀、进气控制阀、二次空气喷射阀、活性炭罐排泄电磁阀、油泵继电器、风扇继电器、空调压缩机继电器、自诊断显示与报警装置、仪表显示器等。

作　业

1．电控技术对发动机性能有哪些影响？

2．什么叫开环系统？

什么叫闭环系统？

有什么特点？

3．电控系统由哪几部分组成？

各有什么作用？

本章

小结

1．发动机电控技术发展经历了3个阶段。

2．电控技术对发动机性能的影响。

3．电控系统的基本由3部分组成：

信号输入装置、ECU、执行元件。

4．电控系统有开环和闭环两中控制类型。

5．电控单元的基本功能是按照一定的程序对各种输入信号进行运算处理、储存、分析处理，然后输出指令，控制执行元件工作，以达到快速、准确、自动控制发动机工作的目的。

备注

第三章汽油机电控点火系统

课程名称

汽车发动机电控技术

总学时：

12学时

讲课：

7.5学时

实习：

4.5学时

课程性质

理论课

任课教师

职称

授课对象

专业年　　班级

教学目的和

要求

掌握发动机电控系统的基本组成；了解发动机电控技术的发展，和各传感器的类型和功用。

教学重点和

难点

重点：

电控点火系统的功能；电控点火系统工作原理及主要元件的构造与维修。

难点：

电控点火控制原理

教学进程

第次课

第1次课

第2次课

第3次课

授课章节

电控点火系统的组成与工作原理

电控点火系统的组成与工作原理

电控点火系统主要元件的构造与检修

学时

2

2

3.5

备注

教案（章节备课）

学时

第1节

电控点火系统的功能

教

案

内

容

一、点火提前角的控制

1．点火提前角对发动机性能的影响

如点火提前角过大，大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞所消耗的压缩功增加，缸内最高压力升高，末端混合气自燃所需的时间缩短，爆燃倾向增大；过小（点火过迟），燃烧延伸到膨胀过程，燃烧最高压力和温度降低，传热损失增多，排气温度升高，功率降低，爆燃倾向减小，NOx排放降低。

2．最佳点火提前角确定依据

（1）发动机转速随着转速的升高点火提前角增大。

采用ESA控制系统，更接近理想的点火提前角。

（2）发动机负荷歧管压力高（真空度小、负荷大），点火提前角小，反之点火提前角大。

（3）燃油辛烷值辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大，反之应减小。

（4）其他因素燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度。

3．控制点火提前角的基本方法

起动时的点火提前角是固定的，一般为10°左右，与发动机工况无关。

起动后的点火提前角控制有：

（1）实际点火提前角=初始点火提前角＋基本点火提前角＋修正点火提前角

（2）实际点火提前角=初始点火提前角×点火提前角修正系数

点火时间由进气歧管压力信号（或进气量信号）和发动机转速确定的点火提前角和修正量决定。

4．点火提前角的修正

（1）水温修正

1）暖机修正冷车起动后，冷却水温度过低，增大点火提前角。

随温度升高点火提前角变化如图。

点火提前角的暖机修正曲线

控制信号有：

冷却水温度信号、进气歧管压力（或进气量）信号、节气门位置信号。

2）过热修正发动机处于正常的工况（IDL触点断开），当冷却水过高时，为避免爆震，推迟点火提前角。

发动机处于怠速工况（IDL触点闭合），

教

案

内

容

冷却水温过高时应增大点火提前角。

点火提前角的过热修正曲线

控制信号有：

冷却水温度信号、节气门位置信号。

（2）怠速稳定性的修正ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角，低于目标转速，应增大点火提前角，反之，推迟点火提前角。

控制信号有：

发动机转速信号、节气门开度信号、车速、空调信号等。

（3）空燃比反馈修正根据氧传感器的反馈信号调整喷油量来控制空燃比，喷油量大则点火提前角小。

二、通电时间的控制

1．通电时间对发动机性能的影响

初级电路被断开的瞬间，初始电流能达到的值与初级电路接通的时间长短有关，只有通电时间一定值时，初级电流才可能达到饱和。

由于断开电流影响次级电压的最大值，次级电压的高低又直接影响点火系工作的可靠性。

所以，发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。

2．通电时间的控制方法

现代电控点火系统和传统的分电器不同，传统的点火线圈初级电路的通电时间取决于断电器触点的闭合角和发动机转速；而现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转速信号和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并控制点火器输出指令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间。

3．点火线圈的恒流控制

由于现代车采用了高能点火线圈，改善点火性能。

为了防止初级电流过大烧坏点火线圈，在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。

恒流的基本方法是：

在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电流检测电阻，用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流，只要这种反馈为负反馈，就可使晶体管的集电极电流稳定，从而实现恒流控制。

三、爆燃的控制

1．爆燃的危害会导致冷却液过热，功率下降，油耗上升。

2．控制方法推迟点火提前角，利用爆震传感器中的压电晶体的压力效应。

第2节

点火系统的组成与工作原理

教

案

内

容

一、电控点火系统的类型

1．汽油机点火系统的类型：

传统点火系统分为：

磁电机点火系统和蓄电池点火系统。

缺点：

（1）高速易断火，不适合高速发动机。

（2）断电器触点易烧蚀，工作可靠性差。

（3）点火能量低，点火可靠性差。

微机控制的点火系统采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。

2．电控点火系统的类型：

有分电器和无分电器式。

二、基本组成与工作原理

1．基本组成

一般由电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞组成。

2．工作原理

发动机工作时，ECU根据接收到的传感器信号，按存储器中的相关程序和数据，确定出最佳点火提前角和通电时间，并以此向点火器发出指令。

点火器根据指令，控制点火线圈初级电路的导通和截止。

当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。

当初级电路被切断时，次级线圈中产生很高的感应电动势，经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。

三、有分电器电控点火系统

特点：

1个点火线圈。

组成：

由凸轮轴/曲轴位置传感器、空气流量计、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、起动开关、空调开关、车速传感器。

四、无分电器电控点火控制系统

特点：

用电子控制装置取代分电器，利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火。

1．独立点火方式

特点：

点火线圈的数量和气缸数相等。

优缺点：

分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。

2．同时点火方式

特点：

点火线圈的数等于气缸数的一半。

3．二极管配电点火方式

特点：

四个气缸共用一个点火线圈。

五、爆燃控制系统

1．组成（如图）

2．识别根据安装在缸体上的爆震传感器检测发动机不同频率范围内的机械振动，发生爆燃时传感器电压信号有较大的振幅。

教

案

内

容

爆燃控制系统的组成

1—爆燃传感器2—ECU3—其他传感器

4—点火器和点火线圈5—分电器6—火花塞

爆燃识别电路

3．爆燃强度的确定

ECU根据爆燃信号超过基准值的次数来判定爆燃强度，次数越多，爆燃强度越大，反之越小。

第3节

电控点火系统主要元件的构造与维修

教

案

内

容

一、点火器

功能：

根据ECU的指令，控制点火线圈初级电路的通电或断电，并在完成点火后向ECU输送点火确认信号。

结构：

检测：

用万用表或示波器检查发动机ECU相应端子间电压，应符合要求。

二、点火线圈

检测：

万用表检测点火线圈的电阻，应符合规定。

线圈

初级线圈

次级线圈

检查条件

冷态

（-10～50℃）

热态

（50～100℃）

冷态

（-10～50℃）

热态

（50～100℃）

检查标准

1.11～1.75Ω

1.41～2.05Ω

9.0～15.7kΩ

11.4～18.8kΩ

三、爆燃传感器

功能：

检测发动机有无爆燃发生及爆燃强度。

类型：

电感式和压电式两种，压电式又分为共振式、非共振式和火花塞座金属垫型。

1．电感式爆燃传感器

构造：

主要由铁心、永久磁铁、线圈及外壳等组成。

原理：

利用电磁感应原理检测发动机爆燃。

2．压电式爆燃传感器

原理：

利用压电效应原理检测发动机爆燃。

（1）压电式共振型爆燃传感器

由压电元件、振子、基座、外壳等组成。

当发生爆燃时，振子与发动机共振，压电元件输出的信号电压也有明显增大，易于测量。

（2）压电式非共振型爆燃传感器

与共振式相比，非共振式内部无震荡片，但设一个配重块，以一定的预紧压力压紧在压电元件上。

当发动机发生爆燃时，配重块以正比于振动加速度的交变力施加在压电元件上，压电元件则将此压力信号转变成电信号输送给ECU。

（3）压电式火花塞座金属垫型爆燃传感器

安装在火花塞的垫圈处，每缸一个，根据各缸的燃烧压力直接检测各缸的爆燃信息，并转换成电信号输送给ECU。

3．检测：

用万用表检查传感器端子与传感器壳体之间的电阻，应不通。

四、点火控制电路

以丰田皇冠3.0轿车点火控制电路为例（如下图）。

维修时用万用表检测“＋B”端子和点火线圈的“＋”端子与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压。

怠速时检查点火器“IGT”端子与搭铁之间应有脉冲信号，检查ECU的“IGF”端子与搭铁之间应有脉冲信号。

教

案

内

容

丰田皇冠3.0轿车点火控制电路

作　业

1．汽油机对点火系统有哪些要求?

2．普通电子点火系统和ECU控制电控点火系统有哪些异同点?

3．电控点火系统有哪些优点?

4．影响发动机点火提前角的因素有哪些?

5．在电控点火系中最佳点火提前角是如何确定的?

6．修正点火提前角考虑了哪些因素?

这些因素对发动机的点火提前角有何影响

7．什么叫闭合角控制?

为什么要进行闭合角控制?

8．汽油机的爆震对发动机有何影响?

本章

小结

1．为了使汽油机的各项性能指标达到较佳水平，点火系统必须向火花塞电极提供足够高的击穿电压，火花塞电极间产生的火花必须具有足够的能量，点火正时应与汽油机运行工况相匹配。

以上三点在传统点火系统中很难完全满足，只有采用电控点火系统。

2．现代轿车上采用的电子控制点火系统主要有两种形式：

电子控制有分电器点火系统和电子控制无分电器点火系统。

3．无分电器点火系统又称直接点火系统，直接将点火线圈次级绕组与火花塞相连接。

4．最佳点火提前角，一般是指点火燃烧产生的最高压力出现在上止点后10°左右，它会受发动机转速、发动机负荷、汽油的品质及其它一些因素影响。

5．爆震和点火时刻有密切关系，点火提前角越大，就越易产生爆震。

备注