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1、第六章发动机电子控制系统控制过程第1页，本讲稿共36页第一节 喷油器与喷油正时的控制一、燃油喷射系统的组成 “L”型燃油喷射系统的组成如图6-1所示。曲轴位置传感器CPS向ECU提供反映发动机曲轴转速，转角的信号，凸轮轴位置传感器CIS向ECU提供反映活塞上止点位置的信号，以便计算喷油量和确定喷油提前角；空气流量传感器AFS向 ECU提供反映进气量多少的信号，以便计算喷油量；节气门位置传感TPS向ECU提供反映发动机负荷大小的信号，ECU根据TPS信号确定增加或减少喷油量；水温传感器CTS向ECU提供发动机冷却液温度信号，以便计算确定喷油量和点火提前角的修正值；氧传感器EGO向ECU提供反映发
2、动机可燃混合气浓度的信号，以便确定增减喷油量的大小，实现空燃比反馈控制，降低废气排放量；车速传感器VSS向ECU提供汽车车速信号，以便判断发动机运行在怠速状态（节气门关闭、车速为零）还是运行在减速状态（节气门关闭、车速不为零），从而确定是否停止供油；点火启动开关信号包括点火开关接通信号IGN和启动开关接通信号STA，用于ECU判断发动机工作状态（启动状态或正常工作状态）并运行相应的控制程序。第2页，本讲稿共36页二、喷油器的控制 各种传感器的信号输入ECU后，ECU根据数学计算和逻辑判断结果，发出脉冲信号指令控制喷油器喷油。当脉冲信号的高电平“1”加到驱动三极管VT基极时，VT导通，喷油器线圈
3、电流接通，产生电磁吸力将阀门吸开,喷油器线器开始喷油；当脉冲信号的低电平“0”加到驱动三极管VT基极时,VT截止，喷油器线圈电流切断，在复位弹簧弹力作用下阀门关闭，喷油器停止喷油。由于控制信号为脉冲信号,因此阀门不断地开闭使喷出燃油雾化很好。雾化燃油喷射在进气门附近，与吸入空气混合形成可燃混合气。当进气门打开时，再吸入气缸燃烧做功。第3页，本讲稿共36页u在采用间歇喷射方式的电控燃油喷射系统中，电脑必须控制喷油器喷油的开始时刻，这就是喷油正时控制。其控制目标一般是在进气行程开始前，喷油结束。同步喷油正时控制顺序喷射正时控制分组喷射正时控制同时喷射正时控制异步喷油正时控制起动时异步喷油正时控制加
4、速时异步喷油正时控制三、喷油正时控制第4页，本讲稿共36页同步喷油正时控制：顺序喷射正时控制特点：特点：喷油器驱动回路数与气缸数目相等。工作原理：工作原理：ECU根据凸轮轴位置传感器（G信号）、曲轴位置传感器（Ne信号）和发动机的作功顺序，确定各气缸工作位置。当确定各缸活塞运行至排气行程上止点某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸开始喷油。第5页，本讲稿共36页同步喷油正时控制：分组喷射正时控制特点：特点：把所有喷油器分成24组，由ECU分组控制喷油器。工作原理：工作原理：以各组最先进入作功的缸为基准，在该气缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油
5、器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。第6页，本讲稿共36页同步喷油正时控制：同时喷射正时控制特点：特点：所有各缸喷油器由ECU控制同时喷油和停油。工作原理：工作原理：喷油正时控制是以发动机最先进入作功行程的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。第7页，本讲稿共36页起动时异步喷油正时控制在同步喷油基础上，为改善发动机的起动性能，在增加一次异步喷油。在起动开关处于接通状态时，ECU接受到第一个凸轮轴位置传感器信号（Ne信号）后，接收到第一个曲轴位置传感器信号（G信号）时，开始进行起动时的异步喷油。加速时异步喷油正时控制为了改
6、善加速性能，ECU根据节气门位置传感器中怠速信号从接通到断开时，增加依次固定量的喷油。异步喷油正时控制第8页，本讲稿共36页目的：目的：使发动机在各种运行工况下，都能获得最佳的喷油量，以提高发动机的经济性和降低排放污染。喷油量的控制是通过对喷油器喷油时间的控制来实现的。起动时的同步喷油量控制起动后的同步喷油量控制 异步喷油量控制起步和暖机等速行驶高负荷行驶第二节 喷油量控制第9页，本讲稿共36页在发动机转速低于规定值或点火开关接通位于STA（起动）档时：ECU根据水温确定基本喷油时间，再根据进气温度和蓄电池电压进行修正，得到起动时的喷油持续时间。喷油时间（ms）冷却液温度（）起动时的基本喷油时
7、间一、发动机启动时喷油量的控制第10页，本讲稿共36页喷油持续时间喷油持续时间=基本喷油持续时间基本喷油持续时间喷油修正系数喷油修正系数+电压修正电压修正基本喷油持续时间：基本喷油持续时间：根据传感器信号，由电脑查表确定。D型：根据发动机转速信号和进气管绝对压力信号确定基本喷油时间；L型：根据发动机转速信号和空气流量计信号确定基本喷油时间。喷油修正系数：喷油修正系数：包括起动后加浓修正、暖机加浓修正、进气温度修正、大负荷工况喷油量修正、过渡工况喷油量修正、怠速稳定性修正等。电压修正：电压修正：考虑蓄电池电压变化的修正。二、发动机启动后喷油量的控制第11页，本讲稿共36页发动机起动和加速时的异步
8、喷油量是固定，各气缸喷油器以一个固定的喷油持续时间，同时向各气缸增加一次喷油。异步喷油量控制第12页，本讲稿共36页喷喷油油量量蓄电池电压修正由冷却液温度确定基本喷油量起动后加浓修正暖机加浓修正加速增量(暖机时)蓄电池电压修正大气压力修正进气温度修正基本喷油量大负荷工况修正减速断油发发动动机机状状态态起动(500rpm以下)起动节气门全闭怠速行驶(暖机)加速正常行驶节气门关闭(4188rpm以上)全负荷发动机制动节气门全开(减速时)喷油修正系数总图第13页，本讲稿共36页减速断油控制：减速断油控制：当驾驶员快速松开油门踏板使汽车减速时，ECU控制喷油器停止喷油，以降低HC和CO含量。当转速降至
9、规定值时又恢复正常。限速断油控制：限速断油控制：发动机转速超过安全转速或汽车超过设定的最高车速时，ECU控制喷油器停止喷油，以防超速。清除溢流控制：清除溢流控制：清除溢以功能就是将发动机加速踏板踩到底，接通启动开关启动发动机时，ECU自动控制喷油器中断喷油，以便排除气缸内的燃油蒸汤汽，使火花塞干燥，从而能够跳火。减扭矩断油控制：减扭矩断油控制：在配装电子控自动变速器的汽车上，当行驶中变速器自动升档时，变速器ECU会向燃油喷油射系统ECU发出一个减速扭矩信号。燃油喷射ECU接收到这一信号后，将立即发出控制指令，暂时中断个别气缸喷油，降低发动机转速，以便减轻换档冲击，这种控制功能称为减扭矩断控制。
10、第三节 断油控制第14页，本讲稿共36页第四节 怠速控制一、怠速控制系统组成 怠速控制系统的组成如图6-1所示，由各种传感器、信号控制开关、电子控制器、怠速控制阀和节气门旁通空气道等组成。车速传感器提供车速信号，节气门位置传感器提供怠速触电开闭信号，这两个信号来判断发动机是否处于怠速状态。发动机怠速时，节气门关闭，节气门位置传感器的怠速触电IDL闭合，传感器输出端子IDL输出低电平信号。冷却液温度信号用于修正怠速转速。空调开关、动力转向开关、空挡启动开关信号和电源信号等等向ECU提供发动机负荷变化的状态信息。第15页，本讲稿共36页图6-1 怠速控制系统组成第16页，本讲稿共36页二、怠速控制
11、的实质 怠速控制内容主要是发动机负荷变化控制和电器负荷变化控制。怠速控制的实质是控制怠速时的充气量（进气量）。当发动机怠速负荷增大时，ECU控制怠速控制阀使进气量增大，从而使怠速转速提高，防止发动机运转不稳定或熄火；当发动机怠速负荷减小时，ECU控制怠速控制阀使进气量减少。从而使怠速转速降低，以免怠速转速过高。怠速时的喷油量则由ECU根据预先设定的怠速空燃比和实际充气量计算确定。第17页，本讲稿共36页三、怠速控制过程 怠速转速控制过程如图6-2所示。ECU首先根据怠速触点IDL信号和车速信号，判断发动机是否处于怠速状态。当判定为怠速工况时，再根据发动机冷却液温度传感器信号、空调开关、动力转向
12、开关等信号，从存储器存储的怠速转速数据中查询相应的目标转速ng,然后 目标转速与曲轴位置传感器检测的发动机实际转速n进行比较。当发动机负荷增大，需要发动机快怠速运转，目标转速高于实际转速（ngn）时，ECU将控制怠速控制阀（增大比例电磁阀式怠速控制阀的占空比，或增加步进电机步进的步数）增大旁通进气量来实现快怠速；反之，当发动机负荷减小，目标转速低于实际转速，ECU将控制怠速控制阀减小旁通进气量来调节怠速转速。第18页，本讲稿共36页图6-2 怠速转速控制过程第19页，本讲稿共36页四、怠速控制电路 采用进步电机式怠速控制阀的怠速控制线路如图6-3所示。当发动机怠速负荷变化时，在怠速转速变化之前
13、，ECU将按照一定顺序，控制驱动电路中的三极管VT1、VT2、VT3、VT4适时导通，分别接通步进电机定子绕组电流，使电机转子旋转，带动控制阀的阀芯移动，从而调节进气量，是发动机怠速转速达到目标转速。第20页，本讲稿共36页图6-3 步进电机式怠速控制阀控制电路第21页，本讲稿共36页第五节 点火控制一、微机控制点火的组成 微机控制点火系统主要由凸轮轴位置（上止点位置）传感器CIS、曲轴位置（曲轴转速与转角）传感器CPS、空气流量（负荷）传感器AFS、节气门位置（负荷）传感器TPS、冷却液温度传感器CTS、进气温度传感器IATS、车速传感器VSS。爆震传感器DS。各种控制开关。电控单元ECU、
14、点火控制器。点火线圈以及火花塞等组成，如图6-4所示。第22页，本讲稿共36页图6-4 微机控制点火系统的组成第23页，本讲稿共36页传感器-传感器用来检测与点火有关的发动机工作和状况信息，并将检测结果输入ECU，作为计算和控制点火时刻的依据。电子控制器-电子控制器（ECU）既是燃油喷射控制系统的控制核心，也是点火控制系统的控制核心。点火控制器-点火控制又称为点火电子组件、点火器或功率放大器，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。第24页，本讲稿共36页二、微机控制点火系统的控制原理 （一）控制原理-发动机工作时，CPU通过传感器把
15、发动机的工况信息采集到随机存储RAM中，并不断检测凸轮轴位置传感器信号（即标志位信号），判定是哪一缸即将到达压缩上止点。当接收到标志信号后，CPU立即开始对曲轴转角信号进行计数，以便控制点火提前角。与此同时，CPU根据反映发动机工况的转速信号、负荷信号以及与点火提前有关的传感器信号，从只读存储器中查询出相应工况下的最佳点火提前角。在此期间，CPU一直在对曲轴转角信号进行计数，判断点火时刻是否到来。当曲轴转角等于最佳点火提前角时，CPU立即向点火控制器发出控制指令，使功率三极管截止，点火线圈初级电流切断，次级绕组产生高压，并按发动机点火顺序分配到各缸火花塞跳火点着可燃混合气。上述控制过程是指发动
16、机在正常状态下点火时刻的控制过程。当发动机启动、怠速或汽车滑行工况时，设有专门的控制程序和控制方式进行控制。第25页，本讲稿共36页 （二）控制软件-微机控制点火系统采用实时控制，其控制精度高、运算速度快，因此一般都采用汇编语言编程。为了便于程序编制与调试，一般采用模化结构，将程序分成若干个程序进行编制与调试。点火控制软件的流程简图如图6-5所示，主要由主程序、自检程序、故障报警程序、启动子程序、滑行子程序和怠速子程序等组成。主程序的主要功用是检测判定发动机工作状态，计算或从点火脉谱图中查询确定点火时间、点火提前时间（提前角），并发出点火指令、控制点火线圈初级电流接通与切断。第26页，本讲稿共
17、36页图6-5微机控制点火的控制流程简图第27页，本讲稿共36页三、微机控制点火系统点火时刻的控制过程 （一）点火提前角的确定 微机控制的点火提前角由初始点提前角i、基本点火提前角b和修正点火提前角c三部分组成，即 =i+b+c 1、初始点火提前角i 初始点火提前角又称为固定点火提前角，其值大小取决于发动机型式，并由曲轴位置传感器的初始位置决定，一般为上止点前BTDC6-BTDC12。2、基本点火提前角b 基本点火提前角是发动机最主要的点火提前角，是设计微机控制点火系统时确定的点火提前角。第28页，本讲稿共36页 综合考虑发动机油耗、扭矩、排放和爆震等因素，对试验结果进行优化处理后，即可获得如
18、图6-6所示的以转速和负荷为变量的三维点火特性脉谱图。将脉谱图以数据形式存储在ECU的只读存储器ROM中，汽车行驶时，微机根据发动机转速信号和负荷信号（由空气流量和节气门位置传感器确定），即可从ROM中查询出相应的基本点火提前角来控制点火。3、修正点火提前角c 为使实际点火提前角适应发动机的运转情况，以便得到良好的动力性、经济性和排放性能，必须根据相关因素（冷却液温度、进气温度、开关信号等等）适当增大或减小点火提前角，即对点火提前角进行必要的修正，修正点火提前角的项目有多有少，主要有暖机修正怠速修正。第29页，本讲稿共36页图图6-6 三位点火特性脉谱图三位点火特性脉谱图第30页，本讲稿共36
19、页 （二）点火提前角的控制 （三）点火导通角的控制 点火导通角是指点火线圈初级电路的功率三极管导通期间，发动机曲轴转过的角度。导通角的控制方法是：ECU首先根据电源电压高低，在存储器存储的导通时间脉谱图中查询选择导通的时间，然后根据发动机转速确定导通角的大小。第31页，本讲稿共36页四、微机控制点火系统的配电方式及其控制 （一）高压配电方式的分类 微机控制点火系统点火线圈高压电分配方式可分为机械配电方式和电子配电方式两种。机械配电方式是指由分火头将高压电分配到分电器盖旁电极，再通过高压线输送到各缸火花塞上的传统配电方式。电子配电方式是指在点火控制器控制下，点火线圈的高压电按照一定的点火顺序，直
20、接加到火花塞上的直接点火方式。（二）双缸同时点火的控制 同时点是指点火线圈每产生一次高电压，都使两个气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1、4缸或2、3缸（六缸发动机的1、6缸、2、5缸或3、4缸）火花塞电极上跳火。第32页，本讲稿共36页 （三）单独点火的控制 点火系统采用单独点火方式时，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，其基本组成和工作原理与同时点火方式相同。单独点火的优点是省去了高压线，点火能量损耗进一步减少；此外，所有高压部件都可安装在发动机气缸盖上的金属屏蔽罩内，点火系对无线电的干扰可大幅度降低。第33页，本讲稿共36页
21、第六节 爆震控制一、爆震控制系统组成 带有爆震控制的点火提前角闭环控制系统如图6-7所示，由传感器、带通滤波电路信号放大电路、整形滤波电路、比较基准电压形成电路、积分电路、提前角控制电路和点火控制器等组成。第34页，本讲稿共36页图图6-7 6-7 爆震控制系统组成爆震控制系统组成第35页，本讲稿共36页二、爆震的判别与控制 （一）基准电压的确定 判定爆震的基准电压通常利用发动机即将爆震时的传感器输出信号电压来确定。（二）爆震强度的判别 发动机爆震的强度取决于爆震传感器输出信号电压的振幅和持续时间。（三）爆震的控制 发动机工作时，缸体振动频繁剧烈，为使监测得到的爆震信号准确无误，在监测爆震过程中，并非随时都在进行，而是在发出点火信号后的一定范围内进行，这是因为发动机产生爆震的最大可能性是在点火后的一段时间内。第36页，本讲稿共36页