汽车电器与电子控制技术全套整本书电子教案教学教程.ppt

,汽车电器与电子控制技术,一、汽车电子技术的发展背景,1,、安全、环保和节能推动了汽车技术的发展,2,、电子信息技术推进了汽车技术向集成与智能迈进,3,、汽车电子技术应用的优越性,1,减少汽车修复时间,2,节油,3,减少空气污染,4,减少交通事故,5,提高乘坐舒适性,二、,汽车电子控制系统的一般组成,1,、电子控制系统的一般组成,（,1,）检测反馈单元,通过各种传感器检测受控参数或其它中间变量，经放大、转换后用以显示或作为反馈信号。,（,2,）,指令及信号处理单元,该单元接受人机对话随机指令或定值、程序指令，并接受反馈信号，一般具有信号比较、变换、运算、逻辑等处理功能。传统的指令及信号处理单元多采用模拟电路，随着微电子技术和计算机技术的发展，为工程控制系统提供了采用数字计算机指令和信号处理单元的可能性。汽车上所用的指令及信号处理单元多为微处理机。,二、,汽车电子控制系统的一般组成,（,4,）执行器,直接驱动受控对象的部件，可以是电磁元件，如电磁铁、电动机等；也可以是液压或气动元件，如液压或气压工作缸及马达。为了使驱动特性与受控对象的负荷特性相互匹配，还可附加变速机构，如液压马达和行星齿轮传动的组合。,（,5,）动力源,动力源为各单元提供能源，通常包括电气动力源和流体动力源两类。,（,3,）转换放大单元,将指令信号按不同方式进行相互转换和线性放大，使放大后的功率足以控制执行器并驱动受控对象。,二、,汽车电子控制系统的一般组成,2,、自动控制系统的分类,连续控制系统,离散控制系统,按信号对时间的关系分,按有无反馈环节分,开环控制系统,闭环控制系统,按输入量变化分,恒值控制系统,随动控制系统,过程控制系统,按输出、输入的关系分,线性系统,非线性系统,简化的汽车电子控制系统模型,ECU,传感器,执行器,向,ECU,提供汽车运行状况和发动机工况,接收来自传感器的信息，经信息处理后发出相应的控制指令给执行器,执行,ECU,的专项指令，从而完成控制目的,3,、电子控制系统简介,汽车电子控制系统可分为以下四个部分：,1,）发动机和动力传动集中控制系统。,2,）底盘综合控制和安全系统。,3,）智能车身电子系统。,4,）通讯与信息,/,娱乐系统。,目前较多见且较成熟的电子控制装置,发动机控制部分,电控点火装置（,ESA,）,电控汽油喷射,(EFI),废气再循环控制（,EGR,）,怠速控制（,ISC,）,底盘控制部分,电控自动变速器（,ECT,）,防滑控制系统,电子控制动力转向,电控悬挂,(TEMS),巡航控制系统,(CCS),行驶安全系统,安全气囊（,SRS),雷达防撞系统,驱动防滑控制系统（,ASR,）,安全带控制系统,前照灯控制系统,信息系统,信息显示与报警系统,语言信息系统,车用导航系统与定位系统,通信系统,附属装置,全自动空调（,EA/C,）,自动座椅,音响音像,4,、,ECU,的功能与组成,（,1,）输入回路,输入,ECU,的传感器信号有两种：,模拟信号和数字信号,输入回路的作用：,将传感器输入的信号，在除去杂波和把正弦波转变为矩形波后，再转换成输入电平,。,（,2,）,A/D,转换器（模拟,/,数字转换器）,由传感器输入的模拟信号，微机不能直接处理，故要用,A/D,转换器将模拟信号转换成数字信号，再输入微机。,（,3,）微型计算机,微机的功用：根据发动机工作的需要，把各种传感器送来的信号用内存的程序（微机处理的顺序）和数据进行运算处理，并把处理结果如汽油喷射控制信号、点火控制信号等送往输出回路。,三、,汽车电子控制技术基础知识,1,、汽油机的排放与净化,1,）、,HC,的生成机理,HC,产生的原因除燃料的不完全燃烧外，缸壁淬冷也是排气中,HC,的主要来源。,2,）、,CO,的生成机理,CO,是燃料燃烧的中间产物。排气中,CO,主要是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧产生的。,3,）、,NOx,的生成机理,NOx,是空气在燃烧室,的高温条件下，由氧和氮的反应所形成的。,影响排放中有害气体的生成因素,1,）、空燃比,CO,的排放量基本决定于空燃比,空燃比小于,17,时，随空燃比增大，,HC,便下降。继续增大时，,HC,排放浓度迅速增加。,用空燃比为,15.516,时，,NOx,浓度最高，浓或稀的混合气，,NOx,的排放浓度均不高。,2,）、点火时刻,推迟点火时间，使排气污染物有所下降,加大点火提前角，均使,NOx,的排放浓度增加,排气净化的后处理,1,）、二次空气供给装置,2,）、三元催化转换器,3,）、废气再循环控制（,EGR,）,2,、汽油机对点火系统的要求,发动机对点火系的要求,1,）、能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压,2,）、火花应具有足够的能量,3,）、最佳点火提前角,/,点火时刻（点火提前角）,传感器,第一节,传感器概述,一、传感器特性,传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。,传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。,1),、敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。,2,）、转换元件则将上述非电量转换成电参量。,3,）、测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。,传感器的静态特性参数指标,1,灵敏度,灵敏度是指稳态时传感器输出量和输入量之比，或输出量的增量和输入量的增量之比，用表示为,Y,X,2,分辨力,传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。,3,测量范围和量程,在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。,4,线性度（非线性误差）,在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。,5,迟滞,迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。,6,重复性,重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。,7,零漂和温漂,传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高,1,，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。,二、发动机常用传感器工作机理,1,磁电效应,根据法拉第电磁感应定律，,N,匝线圈在磁场中运动，切割磁力线（或线圈所在磁场的磁通变化）时，线圈中所产生的感应电动势的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率。,直线移动式磁电传感器,直线移动式磁电传感器由永久磁铁、线圈和传感器壳体等组成。,当壳体随被测振动体一起振动且在振动频率远大于传感器的固有频率时，由于弹簧较软，运动件质量相对较大，运动件来不及随振动体一起振动（静止不动）。此时，磁铁与线圈之间的相对运动速度接近振动体的振动速度。,转动式磁电传感器,软铁、线圈和永久磁铁固定不动。由导磁材料制成的测量齿轮安装在被测旋转体上，每转过一个齿，测量齿轮与软铁之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次。线圈中感应电动势的变化频率（脉冲数）等于测量齿轮上的齿数和转速的乘积。,二、霍耳式传感器,1,霍耳效应,半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面方向）流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势，这种现象称为霍耳效应。,2,霍耳元件,目前常用的霍耳材料锗（,Ge,）、,硅（,Si,）、,锑化铟（,InSb,）、,砷化铟（,InAs,）,等,。,N,型锗容易加工制造，霍耳系数、温度性能、线性度较好；,P,型硅的线性度最好，霍耳系数、温度性能同,N,型锗，但电子迁移率较低，带负载能力较差，通常不作单个霍耳元件。,三、压电式传感器,1,压电效应,对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或应力随之消失，此现象称为逆压电效应。,2,压电元件,压电式传感器是物性型的、发电式传感器。常用的压电材料有石英晶体（,SiO2,）,和人工合成的压电陶瓷。,压电陶瓷的压电常数是石英晶体的几倍，灵敏度较高。,四、光电式传感器,1,光电效应,当光线照射物体时，可看作一串具有能量,E,的光子轰击物体，如果光子的能量足够大，物质内部电子吸收光子能量后，摆脱内部力的约束，发生相应电效应的物理现象，称为光电效应。,1,）在光线作用下，电子逸出物体表面的现象，称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等。,2,）在光线作用下，物体的电阻率改变的现象，称为内光电效应，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。,3,）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象，称为光生伏特现象，如光电池（属于对感光面入射光点位置敏感的器件）等。,2,光敏电阻,光敏电阻受到光线照射时，电子迁移，产生电子,空穴对，使电阻率变小。光照越强，阻值越低。入射光线消失，电子,空穴对恢复，电阻值逐渐恢复原值。,3,光敏管,光敏管（光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等）属于半导体器件。,4,电致发光,固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光。电致发光是将电能直接转换成光能的过程。发光二极管,(LED),是以特殊材料掺杂制成的半导体电致发光器件。当其,PN,结正向偏置时，由于电子,空穴复合时产生过剩能量，该能量以光子形式放出而发光。,五、热电式传感器,1,热电效应,将两种不同性质的金属导体,A,、,B,接成一个闭合回路，如果两接合点温度不相等（,T0,T,），,则在两导体间产生电动势，并且回路中有一定大小的电流存在，此现象称为热电效应。,2,热电阻传感器,热电阻材料通常为纯金属，广泛使用的是铂、铜、镍、铁等,3,热敏电阻传感器,热敏电阻用半导体制成，与金属热电阻相比有以下特点：,1,）电阻温度系数大，灵敏度高；,2,）结构简单，体积小，易于点测量；,3,）电阻率高，且适合动态测量；,4,）阻值与温度变化的关系是非线性的；,5,）稳定性较差。,第二节,空气流量计,一、叶片式空气流量计,空气流量计的结构简单，可靠性高；但进气阻力大，响应较慢且体积较大,二、卡门旋涡式空气流量计,所谓卡门旋涡，是指在流体中放置一个圆柱状或三角状物体时，在这一物体的下游就会产生的两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡,光学式卡门旋涡空气流量计,在产生卡门旋涡的过程中，旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化，通过导孔作用在金属箔上，从而使其振动，发光二极管的光照在振动的金属箔上时，光敏三极管接收到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光，其输出经解调得到代表空气流量的频率信号。,超声波式卡门旋涡空气流量计,在卡门涡流发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头。因卡门涡流对空气密度的影响，就会使超声波从发射探头到接收探头的时间较无旋涡变晚而产生相位差。对此相位信号进行处理，就可得到旋涡脉冲信号。,三、热线式空气流量计,1,工作原理,当无空气流动时，电桥处于平衡状态，控制电路输出某一加热电流至热线电阻,R,H,；,当有空气流动时，由于,R,H,的热量被空气吸收而变冷，其电阻值发生变化，电桥失去平衡，如果保持热线电阻与吸入空气的温差不变并为一定值，就必须增加流过热线电阻的电流,I,H,。,因此，热线电流,就是空气质量流量的函数。,四、热膜式空气流量计,热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似，都是用惠斯登电桥工作的。所不同的是：热膜式不使用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。,第三节,压力传感器,半导体应变式进气压力传感器是利用压阻效应原理工作的。,第四节,节气门位置传感器,一、开关式节气门位置传感器,传感器由与节气门轴联动的凸轮、动触点、怠速触点、满负荷触点等组成。动触点接微机电源，当节气门全关闭时，怠速触点与动触点接通；当节气门开度达,50%,以上时，满负荷触点与动触点接通；而当节气门开度在全闭至,50%,之间时，动触点悬空。,二、线性节气门位置传感器,线性节气门位置传感器采用线性电位计，由节气门轴带动电位计的滑动触点，在不同的节气门开度下，接入回路的电阻不同,第五节,氧传感器,氧传感器安装在排气管内。由于排气中的氧气浓度可以反映空燃比的大小，所以，在电子控制燃油喷射系统中广泛使用氧传感器。氧传感器随时将检测的氧气浓度反馈给,ECU,，,ECU,据此判断空燃比是否偏离理论值，一旦偏离，就调节喷油量，以控制空燃比收殓于理论值。,一、二氧化钛（,i,2,）氧传感器,二氧化钛氧传感器是利用半导体材料二氧化钛的电阻值，随排气中氧含量的变化而改变的特性制成的，是一种电阻型氧传感器。,二、二氧化锆（,r,2,）氧传感器,二氧化锆氧气传感器的基本元件是二氧化锆（,r,2,）陶瓷，因其为固定电解质管，亦称锆管。锆管固定在带有安装螺丝的固定套内，锆管内表面与大气相通，外表面与排气相通，其内外表面都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。,第六节,温度传感器,为了解发动机的热状态，计算进气的质量流量及进行排气净化处理，需要有能够连续、精确地测量冷却液温度、进气温度与排气温度的传感器。温度传感器的种类很多，如热敏电阻式、半导体二极管式、热电偶式等,热敏电阻式冷却液温度传感器一般安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器壳内并伸入水套中,第七节,爆震传感器,爆震传感器用来检测发动机有无爆震发生，检测方法有三种：一是检测气缸压力；二是检测发动机振动；三是检测燃烧噪声。目前常用检测发动机振动的方法来判断有无爆震。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式两种，,一、磁致伸缩式爆震传感器,二、压电式爆震传感器,第八节 曲轴位置传感器,曲轴位置传感器亦称点火信号发生器，用于点火正时控制。传统点火系统中的曲轴位置传感器是分电器凸轮轴和断电器。,一、磁脉冲式曲轴位置传感器,二、霍耳式曲轴位置传感器,霍耳式曲轴位置传感器由两个部件组成。一个部件是与分火头制成一体的定时转子即所谓的触发叶轮；另一个部件是霍耳信号发生器。,触发叶轮由导磁材料制成，其上的叶片数与发动机气缸数相同触发叶轮由分电器轴带动。,霍耳信号发生器由霍耳集成电路、永久磁铁等组成，两者之间留有一个空隙，以便叶轮的叶片能在隙内转动。,三、光电式位置传感器,第九节,转速传感器,转速传感器有磁脉冲式、光电式、霍耳式等。磁脉冲式（或光电式、霍耳式等）转速传感器的结构、工作原理与磁脉冲式（或光电式、霍耳式等）曲轴位置传感器类似，即将输出脉冲信号经,ECU,处理后，就可得到转速输出。,一、电控汽油喷射系统简介,1.,电控汽油喷射系统的发展历程,（,1,）,1952,年，曾用于二战德军飞机的机械式汽油喷射技术被应用于轿车。,（,2,）机械（,K,）,机电（,KE,）,电子（,EFI,）,EFI,Electronic Fuel Injection,（,3,）,由单一控制到集中控制,2.,电控汽油喷射系统分类,1),按系统控制模式分类,(1),开环控制,电控汽油喷射系统,(2),闭环控制,采用闭环控制的燃油喷射系统后，可保证发动机在理论空燃比,(14.7),附近很窄的范围内运行，使三元催化转换装置对排气的净化处理达到最佳效果,。,闭环控制系统又称为反馈控制系统，其特点是加入了反馈传感器，输出反馈信号，反馈给控制器，以随时修正控制信号。,2),按喷油实现的方式分类,(1),机械式,燃油喷射系统,(K,系统,),如：,K-,Jectronic,(2),机电混合式,燃油喷射系统,(KE,系统,),如：,KE-,Jectronic,(3),电子控制式,燃油喷射系统,(E,系统,)EFI,由,ECU,控制,ECU,Electronic Control Unit,3),按喷油器数目分类,（,1,）单点喷射,(,SPI,Single-Point Injection,),（,2,）,多点喷射,(,MPI,Multi-Point Injection,),同时喷射 顺序喷射,分组喷射,4),按喷油器的喷射方式分类,(1),连续喷射,(2),间歇喷射,间歇喷射又可分为：,同时喷射；,分组喷射；,顺序喷射,5),按喷油器的喷射部位分类,(1),缸内喷射,(2),缸外喷射,由于缸外喷射方式汽油的喷油压力,(0.1,到,0.5MPa),不高，且结构简单，成本较低，故目前应用较为广泛。,6),按空气量的检测方式分类,（,1,）直接检测方式,，称为质量,-,流量,(Mass-Flow),方式,(,如,K,型、,KE,型、,L,型、,LH,型等,),L,型,EFI,系统是用,空气流量计,直接测量发动机吸入的空气量,常用的空气流量计有以下几种：,叶片式空气流量计,(,测量体积流量,),或称为翼板式空气流量计；,卡门旋涡式空气流量计,(,测量体积流量,),；,热线式空气流量计,(,测量质量流量,),；,热膜式空气流量计,(,测量质量流量,),。,（,2,）间接检测方式,，又可分为,:,速度,-,密度,(Speed-Density),方式,(,如,D,型,),节气门,-,速度,(Throttle-Speed),方式,。,D,型,EFI,系统是通过检测进气歧管的压力,(,真空度,),和发动机的转速，推算发动机吸入的空气量，并计算燃油流量的速度。,L,型,通过空气流量计直接测量发动机的进气量，比用进气管绝对压力间接测量发动机进气量的方法精度高、稳定性好。,二、电控汽油喷射系统的工作原理,喷油量由喷油器喷孔的横断面面积，汽油的喷射压力和喷油持续时间来决定。,喷孔的横断面面积和喷油压力都是恒定的，汽油的喷射量只取决于喷油持续时间。,喷油持续时间由,ECU,根据发动机的各种参数确定,ECU,通过输出喷油脉冲信号的长短控制喷油时间,即喷油量大小。,4),燃油喷射控制,喷油正时,喷油正时分为,同步喷射,和,异步喷射,同步喷射,指在既定的曲轴转角进行喷射,异步喷射是临时性的补充喷射,同步喷射又可分为,同时喷射,、,分组喷射,和,顺序喷射,三种类型,同时喷射,：每转各缸同时喷一次。简单，但不精确。,分组喷射,：对每个气缸而言，每,2,周喷一次。,顺序喷射,（独立喷射）：在各缸排气冲程末开始喷油。需要判缸。,三、电控汽油喷射系统的基本组成和工作原理,1.,电控汽油喷射系统的基本组成和功能,组成：,由进气系统、燃油系统、电子控制系统,1),进气系统,（又称空气供给系统）,功能：,提供、测量和控制燃油燃烧时所需要的空气量，,(,以,L,型系统为例,),。,2),燃油系统,功能：,向发动机精确提供各种工况下所需要的燃油量。,组成：,油箱、电动燃油泵、过滤器、燃油脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器、冷启动喷油器及供油总管等,3),电子控制系统,功能：,是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。,组成：,传感器、电控单元,(ECU),、执行器。,分类：,按泵体结构的不同，电动汽油泵可分为滚柱式、涡轮式、齿轮式和叶片式；,按安装位置的不同，电动汽油泵又可分为内装式和外装式。,1.,电动汽油泵,滚柱式电动汽油泵结构示意图,1,安全阀；,2,滚柱泵；,3,驱动电动机；,4,单向阀；,A,进油口；,B,出油口,1),滚柱式电动汽油泵,四、电控汽油喷射系统结构与工作原理,滚柱泵工作原理图,滚柱式电动汽油泵的工作原理,特点：,容积泵，滚柱泵泵油压力高，但油压脉动性较大，因此在汽油泵出油端还装有脉动阻尼减振器。,2),涡轮式电动汽油泵,涡轮式电动汽油泵,1,单向阀；,2,安全阀；,3,电刷；,4,电枢；,5,磁极；,6,叶轮；,7,滤网；,8,泵盖；,9,壳体；,10,叶片,特点：,涡流泵，涡轮式电动汽油泵的特点是供油压力的脉动小，供油系统中不需要设置脉动阻尼减振器，但输送效率低。,3),齿轮式和叶片式电动汽油泵,齿轮泵特点,：容积泵，泵油压力高，脉动性较滚柱泵稍小。,(a),齿轮式,3),齿轮式和叶片式电动汽油泵,叶片泵特点：,涡流泵，泵送汽油及其蒸汽的混合物能力强。,(b),叶片式,双级泵由初级泵和主输油泵组成。,初级泵,(,一般为,叶片泵,),分离蒸汽并以较低的压力输送到主输油泵。,主输油泵,一般为,齿轮式,或,涡轮式,汽油泵，用以提高压力。双级泵具有良好的热输油性能。,双级电动汽油泵,1,初级泵；,2,主输油泵；,3,永磁电动机；,4,壳体,双级泵,3,、汽油压力调节器的构造和工作原理,汽油压力调节器的主要功用是：使系统油压（即供油总管内油压）与进气歧管压力之差保持常数，一般为,250kPa,。,这样，从喷油器喷出的汽油量便唯一地取定于喷油器的开启时间。,5,汽油过滤器,6,汽油压力脉动减振器,当喷油器喷射汽油时，在输送管道内会产生汽油压力脉动，汽油压力脉动减振器是使汽油压力脉动衰减，以减弱汽油输送管道中的压力脉动传递，降低噪声。,五、电动汽油泵的控制,汽油泵的控制主要包括：汽油泵的,开关控制,和汽油泵,转速控制,两个方面。,汽油泵的开关控制,汽油泵开关控制的电路,a,、只接通点火开关，不起动发动机，,主继电器通电，但由于在空气流量计内的油泵开关不通，故电路断开继电器不通，油泵不工作。,b,、起动时，,电路断开继电器线圈,L2,通时，继电器闭合，油泵工作。,c,、发动机转动后，,油泵开关接通，断路继电器线圈,L1,通电，保持继电器闭合，油泵工作。,d,、熄火时，,发动机停转，油泵开关断，此时即使点火开关仍接通，断路继电器也断开，油泵停转。,ECU,控制的汽油泵电路,与 油泵开关的控制基本相同，只是将油泵开关改为,ECU,内的开关晶体管,VT,，而,VT,的开关取决于分电器内的,Ne,信号。,(2),油泵的转速控制,电阻器式,a,、接通点火开关，不起动发动机,，电路断开继电器不通电,，,油泵不工作；,b,、起动发动机,，电路断开继电器通电，油泵继电器通，油泵工作。此时，由于低速、小负荷，,ECU,使,Fp,通电，油泵控制继电器,B,触点接通，油泵低速；,c,、高转速、大负荷，,ECU,的,Fp,断电，油泵继电器触点,A,接通，油泵高速。,(2),油泵的转速控制,ECU,控制式,燃油泵由油泵控制,ECU,控制工作。当,发动机高速大负荷,时，,ECU,由,Fpc,端子供给燃油泵,ECU,信号高电平信号，油泵高速（,12v,电源电压,）；当,发动机低速小负荷,时，,ECU,由,Fpc,端子供给燃油泵,ECU,信号低电平信号，油泵,ECU,以,9V,提供电压至油泵，低速。,六、喷油器控制,发动机工作时，,ECU,根据有关信号，经运算判断后输出控制信号，控制大功率三极管导通与截止。当大功率管导通时，即接通喷油器电磁线圈电路，产生电磁吸力。当电磁力超过针阀弹簧力和油压力的合力时，磁心被吸动，针阀随之离开阀座，即阀门打开，喷油器开始喷油。当大功率三极管截止时，则喷油器电磁线圈电路被切断，电磁力消失，当针阀弹簧力超过衰减的电磁力时，弹簧力又使针阀返回到阀座上，使阀门关闭，喷油器停止喷油。,喷油器的驱动方式,:,电流驱动、电压驱动,电流驱动只适用于低阻喷油器，电压驱动既可用于低阻喷油器，又可用于高阻喷袖器。,(2),喷油量的控制,喷油量,即喷油持续时间或喷油脉宽,基本喷油持续时间（水温确定）,启动喷油控制,同步喷射 进气温度和电压修正,基本喷油持续时间（由进气,启动后喷油控制 量、转速确定）,喷油持续时间控制 多项修正,启动喷油控制,异步喷射,加速喷油控制,启动喷油控制,启动时的基本喷油时间不是根据进气量和发动机转速确定的，而是根据启动信号和当时的冷却水温度，由内存的水温,-,喷油时间找出相应的基本喷油时间,T,P,，然后加上进气温度修正时间,T,A,和蓄电池电压修正时间,T,B,，计算出启动时的喷油持续时间。,由于喷油器的实际打开时刻较,ECU,控制其打开时刻存在一段滞后，造成喷油量不足，且蓄电池电压越低，滞后时间越长，故需对电压进行修正。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间,=,基本喷油持续时间,喷油修正系数,+,电压修正值,A.,基本喷油时间,由进气歧管,绝对压力或进气,量与发动机转速,确定。存储在,E,CU,内。,汽油机点火控制,传统的点火系统，其点火时刻的调整是依靠机械离心式调节装置和真空式调节装置完成的，由于机械的滞后、磨损及装置本身的局限性，故不能保证点火时刻在最佳值。而用,ECU,控制的点火系统，则可方便地解决以上问题。因为用微机可考虑更多的对点火提前角影响的因素，使发动机在各种工况下均能达到最佳点火时刻，从而提高发动机的动力性、经济性、改善排放指标。,第一节,电控点火系统的组成和分类,ECU,控制的点火系统主要有,ECU,、,传感器和点火执行器组成,在所有用的传感器中，除爆燃传感器为电控点火系统所专用之外，其他传感器基本上都与电控燃油喷射系统所共用，而且都由一个,ECU,集中控制。,2.,电子点火控制系统工作过程,按高压配电方式可分为两大类：一类是,有分电器,的，另一类是,无分电器,的。,1,),分电器式电控点火系统,ECU,根据各输入信号，确定点火时间，并将,点火正时信号,IGt,送至点火控制器,(,简称点火器,),。,当,IG,t,信号变为低电平时，点火线圈初级电路由于功率晶体管的截止而被切断，次级感应出高电压，再由分电器按发火顺序送至相应气缸的火花塞上产生电火花。,点火确认信号,IGf,发生电路的作用是在点火线圈初级电流切断，初级绕组产生自感电动势时，输出点火确认信号,IG,f,给,ECU,，以监视点火控制电路是否工作正常。,如果由于某种原因，偶尔出现一次不正常信号，,ECU,并不会判定为故障，一般需点火器,六次,没有点火确认信号,(,IG,f,),反馈给,ECU,，才判定为点火系统故障，停止喷油。,有分电器式电控点火系统,1,主继电器；,2,压力传感器；,3,温度传感器；,4,基准位置传感器；,5,转速传感器；,6,ECU,；,7,EFI,控制；,8,ESA,控制；,9,点火信号；,10,通电开始；,11,点火；,12,电子点火器；,13,点火监视回路；,14,闭合角控制；,15,点火线圈；,16,点火开关；,17,蓄电池；,18,至分电器；,19,至发动机转速表,2),无分电器式电控点火系统,无分电器式点火系统的高压配电方式有,二极管分配式,和,点火线圈分配式,两种形式。,点火线圈分配式点火系统又有,双缸同时点火,和,各缸独立点火,方式。,(1),二极管分配式,二极管分配式同时点火的无分电器点火系工作原理图,1,一、四缸触发信号；,2,电子点火控制器；,3,控制部分；,4,稳压器；,5,一初级绕组,A,；,6,高压二极管；,7,次级绕组；,8,初级绕组,B,；,9,二、三缸触发信号,(2),点火线圈分配式,点火线圈分配式无分电器点火系统，有,双缸同时点火,和,各缸单独点火,两种形式。,双缸同时点火式,DLI,系统的电路图,点火线圈分配式同时点火的无分电器点火系统,双缸同时点火式,单独点火方式,在每一个气缸的火花塞上各配有一个点火线圈。由于无机械配电方式分火头与分电器盖旁电极之间的附加跳火间隙和高压导线，因而能量传导损失、漏电损失小，系统可靠性提高，故障率减少，电磁干扰小。,单独点火方式（日产,6,缸发动机）,单独点火方式（奥迪,5,缸发动机）,闭磁路点火线圈,与分电器式电控点火系统所用闭磁路点火线圈相比，在结构上主要有以下两点,区别,：,一是,DLI,闭磁路点火线圈的初、次级绕组没有连接，各自独立构成回路。,二是次级绕组中串联了一只高压二极管，其作用是为避免点火控制器功率晶体管导通时，点火线圈诱生的次级电压造成火花塞误跳火的现象发生。,DLI,无分电器点火系统采用小型闭磁路点火线圈。,第二节,点火提前角和闭合角的控制,点火提前角的控制可分为开环控制和闭环控制两种,1,）、开环控制的基本点火提前角是靠预先在台架上用实验方法测得的数据来确定的。这些数据存入,ECU,的只读存储器,ROM,中，工作时，,ECU,根据发动机的工况来选择调取。,2,）、闭环控制方式是根据发动机实际运行结果的反馈信息来控制点火提前角的，所以闭环控制又称为反馈控制。通常，闭环控制方式是利用爆震传感器反馈爆震信号来控制点火提前角的。,目前广泛应用的电控点火系统，是在开环控制方式的基础上再配以闭环控制方式的混合控制方式。,点火提前角的控制方法，一般采用以下两种：,1),基本点火提前角乘水温修正系数法,（日产）,分三种情况：,正常行驶时,实际点火提前角,=,基本点火提前角,水温修正系数,基本点火提前角表格,水温修正系数,怠速及减速时,发动机转速低于,1000r/min,，点火提前角为,16,；当冷却水温在,50,以下、车速不大于,8km/h,、发动机转速在,1200r/min,以上时，点火提前角几乎保持在上止点前,10,不变。,50,以上、车速大于,8km/h,时，点火提前角随发动机转速的升高而增大。,启动时,当水温在,0,以上启动时，其点火提前角均为,16,；而在,0,以下启动时，还要适当增加点火提前角。,2),原始点火提前角加基本点火提前角加修正点火提前角控制法（丰田）,实际点火提前角,=,原始点火提前角基本点提前角修正点火提前角,（,1,）原始点火提前角,：,也称为固定点火提前角，为上止点前,10,，适用以下工况：,发动机启动；,发动机转速在,400r/min,以下；,节气门位置传感器怠速触点闭合；,车速为,2km/h,；,发动机,ECU,内后备系统开始工作。,（,2,）基本点火提前角,：,分为怠速和正常行驶两种情况。,怠速的基本点火提前角在空调系统工作时为,8,，空调不工作时为,4,。,正常行驶时的基本点火提前角，以表格的形式存储在,ECU,的存储器中。,丰田,IG-GEL,发动机正常行驶的基本点火提前角,（,3,）修正点火提前角：,修正点火提前角分为暖机和稳定怠速两种特性。,丰田,IG-GEL,发动机暖机时的点火提前特性,丰田,IG-GEL,发动机稳定怠速时的点火提前特性,当进行空燃比反馈控制时,，喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正，喷油量减小时增大点火提前角。,二、闭合角的控制,闭合角控制电路的作用是：根据,发动机转速,和,蓄电池电压,调节闭合角，以保证足够的点火能量。在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，闭合角控制电路使闭合角加大，即延长一次侧电路的通电时间，防止一次侧储能下降，确保点火能量。,点火线圈的次级电压是和初级电路断开时的初级电流成正比。通电时间短时，初级电流小，会使感应的次级电压偏低，容易造成失火。初级电流大，对点火有利；但通电时间过长，会使点火线圈发热，甚至烧坏，还会使能耗增大。因此要控制一个最佳通电时间。,第三节,发动机爆震的控制,闭环控制所用的反馈信息可以是发动机的爆震信号、转速信号或气缸的压力信号等。最常见的是利用发动机的爆震信号作为反馈信息，用来控制大负荷等工况下的点火提前角；,爆震传感器将发动机的爆震状况反馈给,ECU,，,一旦爆震程度超过规定的标准，,ECU,立即发出点火系统推迟点火；当爆震程度低于规定的标准时，,ECU,又会将点火时刻提前，循环调节点火时刻的结果，使发动机始终处于,临界爆震,的工作状态。,若用发生爆震的循环次数与实际工作循环的次数之比值（爆震率）来衡量爆震强度，可以定量地把爆震分为四个等级：,爆震率在,5,以下时为微爆震,5,10,为轻爆震,10,25,为中爆震,25,以上为重爆震。,当发动机出现,1,5,的轻微爆震时，其动力性、经济性接近最佳值。闭环控制方式即按轻微爆震来确定最佳点火提前角。,一定时间内无爆震时，就逐步增大点火提前角，直至发生轻微爆震；爆震率大于,5,时，又将点火提前角减小，直至爆震消除。,爆燃控制的原理,点火提前角控制示意图,爆燃反馈控制原理,第四节 典型电控点火系,一、桑塔纳,2000GLi,型轿车点火系,二、同时点火方式,丰田,7M-GTE,发动机同时点火系统,汽油机辅助电控系统,第一节,怠速控制（,ISC,）,怠速转速过高，会增加燃油消耗量。因此，怠速转速应尽可能低。但考虑到减少有害物的排放，怠速转速又不能过低。另外，考虑所有怠速使用条件下，如冷车运转与电器负荷、空调装置、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况，它们都会引起怠速转速的变化，使发动机怠速不稳甚至会引起熄火现象。,怠速时，节气门处于关闭状态，空气通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通道进入发动机，由空气流量计（或进气歧管压力传感器）检测该进气量，并根据转速及其它修正信号控制喷油量，使转矩与发动机本身内部阻力矩相平衡，保证发动机在怠速下稳定运转。当发动机的内部阻力矩发生变化时，怠速运转转速将会发生变化。发动机怠速控制装置的功能就是自动维持发动机怠速稳定运转。,怠速控制（,ISC,）,是通过调节空气通道面积以控制进气流量的方法来实现的。,怠速控制系统组件和功能,怠速控制原理,ECU,根据从各传感器的输入信号所决定的目标转速与发动机的实际转速进行比较，根据比较得出的差值，确定相当于目标转速的控制量，去驱动控制空气量的执行机构，使怠速转速保持在目标转速附近。,怠速控制执行机构,1,节气门直动式,节气门直动式怠速控制装置是通过控制节气门开启程度，调节空气流通的面积，达到控制进气量，实现怠速控制的,2,旁通空气式,（,1,）步进电动机式,为了控制发动机怠速运转的速度，根据来自发动机,ECU,的信号，怠速控制阀增加或减少流过节气门旁通通道的空气量。,（,2,）占空比控制型（,ACV,）,由发动机,ECU,信号控制的电流通过占空比控制阀，线圈被励磁，怠速控制阀移动。这就改变了阀与阀体之间的间隙，从而控制怠速的转速。,旋转电磁阀式怠速控制阀在实际运行时，,ECU,将检测到的怠速转速实际值与贮存的设定目标值相比较，并随时校正送至怠速控制阀的驱动信号，以实现稳定的怠速运行。,（,3,）旋转电磁阀式,由发动机,ECU,信号控制的电流通过线圈,使线圈励磁，线圈将阀打开，从而增加怠速约,100r/min,（,快怠速转速由其它空气阀控制）。,（,4,）开关控制型（,VSV,）,第二节,排放控制,汽车发动机作为一个大气污染源，应该采取各种有效措施予以治理和改造。现代汽车采取了多种排放控制措施来减少汽车的排气污染，如三元催化转换、废气再循环（,EGR,）、,活性碳罐蒸发控制系统等。,一、闭环控制,在发动机开环控制过程中，,ECU,只是根据转速、进气量、进气压力、冷却液温度等信号确定喷油量，即控制混合气空燃比。由于三元催化转换装置的特性是空燃比附近的转换效率较高，因此必须将空燃比比较精确地控制在,14.7,：,1,附近。,二、废气再循环控制（,EGR,）,废气再循环简称为,EGR,（,Exhaust Gas Recirculation,）,系统，是目前用于降低,NO,X,排放的一种有效措施。它是将一部分排气引入进气管与新混合气混合后进入气缸燃烧，从而实现再循环，并对送入进气系统的排气进行最佳的控制。,EGR,系统净化,NO,x,的基本原理是：排气中的主要成分是,CO,2,、,H,2,O,和,N,2,等，这三种气体的热容量较高。当新混合气和部分排气混合后，热容量也随之增大。在进行相同发热量的燃烧时，与不混合时相比，可使燃烧温度下降，这样就抑制,NO,X,生成，因为,NO,x,主要是在高温富氧的条件下生成的。,过度的废气再循环，使混合气的着火性能和发动机输出功率下降，将会影响发动机的正常运行，特别是在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将会明显降低发动机的性能。,因此应根据发动机结构、工况及工作条件的变化自动调整参与再循环的废气量，并选择,NOx,排放量多的发动机运转范围，进行适量的,EGR,控制。通常，,EGR,的控制指标采用,EGR,率表示，其定义如下,EGR,率,=,EGR,气体流量,/,（吸入空气量,+EGR,气体流量）,100%,在发动机工作时，,ECU,根据各传感器，如曲轴位置传感器、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、点火开关等送来的信号，确定发动机目前在哪一种工况下工