最新发动机电控技术7章-汽油发动机电喷控制系统PPT课件PPT课件 44页

'发动机电控技术7章-汽油发动机电喷控制系统PPT课件 汽车电子技术发展始于20世纪60年代，分为（K,KE,EFI)三个阶段。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。1.2发动机电控系统的发展过程1.2.1发动机电控技术发展 （三）点火提前角的控制方式2.点火提前角的控制点火提前的控制包括起动期间的点火时间控制和起动后以动机正常运行期间的点火时间控制。（1）起动期间的点火时间控制在起动期间，其实际点火提前角等于初始点火提前（因发动机而异）。此时的控制信号主要是发动机转速信号（Ne）和起动开关信号(STA).（2）起动后点火时间控制①基本点火提前角的控制：怠速时的基本点火提前角是指节气门位置传感器怠速触点闭合时，ECU根据发动机转速和空调开关是否接通而确定的基本点火提前角。在空调工作时,其基本点火提前角要大一些,以防因空调负荷使发动机工作不稳。在怠速工况下运转时，节气门位置传感器的怠速(IDL)触点断开,ECU根据存储器的数据确定基本点火提前角。在正常运行工况下运转时，节气门位置传感器的怠速（IDL）触点断开，ECU根据存储器的数据确定基本点火提前角。在正常运行工况运行时，控制信号主要有：进气歧管压力或进气量信号、发动机转速信号（Ne）、节气门位置信号（IDL）、燃油选择开关或插头（R—P）、爆震信号（KNK）等。在某些发动机中，按燃油辛烷值不同，在存储器中存放着两张基本点火提前角的数据表格。驾驶员可根据使用燃油的辛烷值，通过燃油选择开关或插头进行选择3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.2电子点火提前控制系统的组成和工作原理 （2）起动后点火时间控制②点火提前角的修正a)暖机修正：暖机点火提前角是指节气门位置传感器怠速触点闭合时，ECU根据水温传感器进行修正的点火提前角。当发动机冷却水温度较低时，应增大点火提前角，以促使发动机尽快暖机，当水温较高时，超过90℃，为避免发动机过热，其点火提前角必须减小。暖机过程中，控制信号主要有，冷却水温度信号（THW）进气歧管压力或进气量信号。节气门位置信号（IDL）等。b)怠速稳定性的修正：稳定怠速点火提前控制是指为了使怠速稳定运转而对点火提前角进行修正。由于发动机负荷变化等原因引起发动机转速变化时，ECU根据转速信号和规定的怠速转速进行比较，相应地增加或减小点火提前角，以保证发动机怠速时稳定运转，防止发动机怠速熄火。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.2电子点火提前控制系统的组成和工作原理 （三）点火提前角的控制方式3.点火提前角的控制方法发动机工作中，点火时刻的控制要求用1°曲轴角的指令精度进行控制。当发动机转速为6000r/min时，若将1°曲轴转角换算成时间为36ms。为了进行这样精确的计时控制，需要具有能够准确检测曲轴转角位置的曲轴位置传感器和高速运算的微机，另外还需要有能够巧妙运用它们的控制方式。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.2电子点火提前控制系统的组成和工作原理 1．无分电器点火系统的方式：（1）同时点火方式。指两个气缸合用一个点火线圈，即一个点火线圈有两个高压输出端，分别与一个火花塞相连，负责对两个气缸点火。（2）单独点火方式（3-3）。指导每个气缸的火花塞上配用一个点火线圈，单独对本缸进行点火。丰田皇冠汽车所采用的无分电器点火系统：如下图所示3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.3无分电器点火系统的工作原理 3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.3无分电器点火系统的工作原理 （1）来自曲轴位置传感器的信号：曲轴位置传感器由G1、G2及Ne三个线圈组成，其功能是判别气缸，检测曲轴的转角，以决定点火时期的原始设定位置。①G1信号：利用G1信号可判别出第6缸在压缩上止点的附近。G1传感线圈产生电压波形，是设定在第6缸压缩上止点附近时产生的，因此只要G1线圈产生指导，就表示第6缸处于压缩上止点附近，其点火提前角和闭合角由ECU根据Ne信号决定。②G2信号：G2信号与G1信号波形相同，G1信号与G2信号相隔180°(曲轴转角360°)。当G2信号产生时，即表示第1缸活塞处于压缩上止点的附近。应完成其点火准备，点火正时也由Ne信号决定。③Ne信号正时转子有24个齿，它每转一转，产生24个信号波形，其波形与G1、G2信号波形相似，每个波形表示Ne正时转子角度为15°或发动机曲轴转角30°。这个数值在点火控制中会引起较大误差，为了保持一定的精度，需将这些脉冲电压信号整形，再通过转角脉冲发生器，把24个脉冲转变为曲轴一转产生720个脉冲，即转变为每0.5°曲轴转角发生1个脉冲。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.3无分电器点火系统的工作原理 （2）ECU的输出信号：ECU通过曲轴位置传感器接收到G1、G2、Ne信号，向点火器输出IGT、IGdA、IGdB三个信号。1）IGT信号：IGT信号就是点火正时信号。当G1或G2信号产生时，ECU以此信号为基准，根据Ne信号控制其后的三次点火信号，即每4个Ne信号产生一次点火信号（4个Ne信号为60°，相当于曲轴转角为120°），而每产生三次点火信号后，再经G信号重新设定其后的三次点火信号。点火提前角的控制仍然由ECU利用各传感器检测到的发动机转速、进气压力（真空度）、节气门位置、水温等信号进行控制。闭合角由点火器中的闭合角控制电路进行控制。2）IGdA、IGdB信号：IGdA、IGdB信号是ECU输送给点火器的判缸信号，它存于ECU的存储器中，ECU根据G1、G2及Ne信号查表选择IGdA、IGdB信号状态，以确定各缸的点火顺序。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.3无分电器点火系统的工作原理 （2）ECU的输出信号：ECU通过曲轴位置传感器接收到G1、G2、Ne信号，向点火器输出IGT、IGdA、IGdB三个信号。3）点火器：点火器内有气缸判别、闭合角控制、恒流控制、安全信号等电路，其主要功能是接收ECU发出的IGT、IGdA、IGdB信号，并依次驱动各个点火线圈工作。另外它还向ECU输入安全信号（IGF）。其具体工作过程如下：4）安全信号IGF：将点火器继续点火线圈的初级电流的信号反馈给ECU的信号，使点火器具有安全功能。5）点火线圈：一般传统点火线圈的二次线圈的一端通过配电器接火花塞，一端与一次线圈相接。无分电器点火系统采用小型闭磁路的点火线圈，二次线圈的两端分别与两个气缸上的火花塞相联接。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.3无分电器点火系统的工作原理 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。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.4通电时间的控制 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。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.4通电时间的控制 1．爆震与点火时刻的关系爆震与点火时刻有密切的关系，点火提前角越大，燃烧的最大压力就越高，越容易产生爆震。2．爆震控制原理1）组成（如图）2）原理：爆震传感器安装在缸体上，利用压电晶体的压电效应，把爆震传到气缸体上的机械振动转换成电信号输入ECU，ECU通过爆震传感器输入信号判别发动机有无爆震，并依据爆震强度推迟点火时间。爆震越强，推迟点火角越大，知道爆震消失为止。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.5爆震控制 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。而后又以一固定的角度增加点火提前角，当发动机再次出现爆震时，ECU又使点火提前角推迟，调整过程反复进行。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.5爆震控制 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。3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.5爆震传感器(3-2) 3．爆震传感器控制电路如图所示：3.1计算机控制点火系统的组成及工作原理3.1.5爆震传感器 拔下点火线圈的连线，用万用表的电阻挡测量点火线圈的电阻。3.2点火系统有关元件的故障诊断及维修3.2.2点火线圈诊断与维修 将点火线圈与点火器的导线连接好，用万用表电压挡或示波器检查发动机ECU端子间的电压。3.2点火系统有关元件的故障诊断及维修3.2.3点火器诊断与维修 1）高压线2）火花塞3.2点火系统有关元件的故障诊断及维修3.2.4点火系统其他部件的诊断与维修 1）爆震传感器电阻的检查用万用表的电阻挡检查传感器端子与传感器壳体之间的电阻，应不通。2）爆震传感器输出信号的检查拔下爆震传感器连接插头，当发动机怠速时，用示波器检查爆震传感器的接线端子与搭铁间应有脉冲波形输出。3.2点火系统有关元件的故障诊断及维修3.2.5爆震传感器的检修 怠速控制1怠速的调整对于安装自动变速器的汽车，其发动机的怠速转速一般为（800±50）r/min；对于安装手动变速器的汽车，其发动机的怠速转速一般为（700±50）r/min。调整怠速时，发动机温度应正常，且不带任何负荷；拔下怠速电控插头，起动发动机，并转动怠速调整螺钉，直到怠速符合为止。2点火正时调整当发动机怠速转动时，其点火提前角应为20±1度。若不符合要求，可转动分电器进行调整。点火提前角的大小可用正时灯进行检测。3.3点火系统有关元件的故障诊断及维修3.3.1怠速转速及点火正时的调整 1．EGR控制系统功能将适当的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸的最高温度，以减少NOx的排放量。种类：开环控制EGR系统和闭环控制EGR系统。2．开环控制EGR系统如图，主要由EGR阀和EGR电磁阀等组成。4.1汽油机排放控制系统及检修4.1.2废气在循环控制系统（EGR）(4-3-1) 3．闭环控制EGR系统闭环控制EGR系统，检测实际的EGR率或EGR阀开度作为反馈控制信号，其控制精度更高。与开环相比只是在EGR阀上增设一个EGR阀开度传感器，控制原理，EGR率传感器安装在进气总管中的稳压箱上，新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经EGR电磁阀进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度，并转换成电信号送给ECU，ECU根据此反馈信号修正EGR电磁阀的开度，使EGR率保持在最佳值。4.1汽油机排放控制系统及检修4.1.2废气在循环控制系统（EGR）(4-3) 4．EGR控制系统的检修（1）一般检查：拆下EGR阀上的真空软管，发动机转速应无变化，用手触试真空软管应无真空吸力；发动机温度达到正常工作温度后，怠速时检查结果应与冷机时相同，若转速提高到2500r/min左右，拆下真空软管，发动机转速有明显提高。（2）EGR电磁阀的检查：冷态测量电磁阀电阻应为33～39Ω。电磁阀不通电时，从进气管侧吹入空气应畅通，从滤网处吹应不通；接上蓄电池电压时，应相反。（3）EGR阀的检查：如图，用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15KPa的真空度，EGR阀应能开启，不施加真空度，EGR阀应能完全关闭。（汽油机排放控制方式）汽油机排放控制系统及检修4.1.2废气在循环控制系统（EGR）(4-3) 1．通过自诊断测试判断电控系有无故障，有故障时，指示灯发出警报，并将故障码存储。2．在维修时，通过一定操作程序可将故障码调出，进行有针对性的检查。3．当传感器或其电路发生故障时，自动起动失效保护功能。4．当发生故障导致车辆无法行驶时，自动起动应急备用系统，以保证汽车可以继续行驶。故障自诊断功能4.3.1故障自诊断系统的功能 1、传感器的故障自诊断系统正常工作进，传感器输送给ECU的各种信号的电平都是在规定范围内变化，当某一电路出现超出规定范围的信号，或ECU在一段时间里收不到某一传感器的输入信号，或输入信号在一段时间内不发生变化时，故障自诊断功能就判定为该电路信号出现故障。如水温传感器（THW）正常工作时，其输出电压信号在0.1~4.8V范围内变化。如果水温传感器输出电压低于0.1V（相当于水温高于139℃）或高于4.8V（相当于水温低于-50℃）时，ECU即判断为故障信号，并将设定的故障并存入存储器内.发动机工作中，如果偶然出现一次不正常信号，ECU自诊断不会判断为故障。只有当不正常信号持续一定时间或多次出现时，ECU才能判定为故障。如发动机转速在1000r/min时，转速信号（Ne信号）丢失3～4个脉冲信号，ECU不会判定为转速信号故障，“检查发动机”警示灯也不会亮，转速信号的故障码也不会存入存储器内。4.3故障自诊断功能4.3.2自诊断系统工作原理 2、执行器的故障自诊断对执行器的故障进行诊断，一般需增加专用电路来监测。丰田汽车电子控制点火系统中点火器（有的车型将点火器与ECU做成一件）的故障自诊断电路中，其中IGT为点火信号，IGF为点火监控信号。当点火电路中控制点火线圈一次线圈通断的功率三极管不能正常工作时，点火监控电路就不能得到功率三极管正常工作（不断地交替导通和截止）的信号，它就不能把点火监控信号IGF反馈给ECU。ECU只要收不到该反馈信号，就判定点火系统发生故障。与此同时，ECU立即切断喷油脉冲信号，使喷油器停止喷射燃油。如果由于某种原因，偶尔出现一次不正常信号，如上所述，ECU并不会判定为故障。一般，需点火器6次没有点火监控信号反馈给ECU，才判定点火系统发生故障。4.3故障自诊断功能4.3.2自诊断系统工作原理 3、配线电路的故障自诊断故障信号的出现不只是与传感器或执行本身发生故障有关，而且还与相应的配线电路故障有关。当水温传感器与ECU间的配线开路时，其输出的电压信号就会高于4.8V，ECU也会判定为水温传感器故障。同理，当水温传感器与ECU之间的配线短路搭铁时，其输出的电压信号就会低于0.1V，ECU也会判定为水温传感器发生故障。4.3故障自诊断功能4.3.2自诊断系统工作原理 1）连续诊断方式。在车辆正常运行工况，ECU自动地、连续地执行此方式的自诊断流程。2）KOEO方式（KeyOn，Engineoff），即打开点火开关，但不起发动机的方式。此时，ECU需要由电控系统的诊断接口收到相应的命令后才会进入此方式的自诊断流程。3）ER方式（EngineRunning），即打开点火开关并起动发动机的方式。此时，ECU也需要由诊断接口收到相应的命令都会进入此方式的自诊断流程。由于自诊断是按事先设置好的流程进行，当执行KOEO和ER诊断方式时，如果某个故障在流程之前发生，但在流程进行中恰好消失，该保障就会漏检。为了克服这种情况，一些系统专门设置了“晃动检查”，ECU将连续监测指定的信号。此时，可对待检查的传感器或接头进行摇动、轻敲等，往往能查出不明显的接触不良、锈蚀、脱焊等故障。4.3故障自诊断功能4.3.3自诊断形式 OBD是ON一BOARDDIAGNOSITICS的缩写，其由美国汽车工程学会（SAE）提出，经环保机构（EPA）和加州资源协会（CABR）认证通过。OBD—Ⅱ随车诊断系统具有以下特点：1）按照SAE标准，提供统一的16脚诊断座，安装于驾驶室仪表板下方。如图：2）OBD—Ⅱ诊断模式采用高效率的明码编码方式以及压缩数据包方式传递信息，读取和消除故障码可在瞬间利用仪器完成。3）OBD—Ⅱ诊断座仍保留了通过跨接诊断的引脚从故障指示灯或LED灯、电压表上读取故障码的功能。4）OBD—Ⅱ资料传输线有两个标准：①ISO—k和ISO—l国际统一标准7#、15#脚；②SAE—J1850美国统一标准2#、10#脚。5）各种车辆相同故障码代号及故障码意义统一。OBD—Ⅱ故障码由5个字组成。6）具有行车记录功能，能记录车辆行驶过程的有关数据资料。7）具有重新显示记忆故障功能，由仪器直接消除故障码功能。4.3故障自诊断功能4.3.4第二代随车诊断系统OBD—Ⅱ简介 （一）故障信息的显示方法大致有以下几种：1）由“检查发动机”（CHECK　ENGINE）警示灯闪烁故障码，或由ECU上的指示灯指示。2）在组合仪表的信息显示屏上出现故障码。3）通过诊断座上的故障诊断输出端子输出故障信息资料，并跨接显示灯闪烁读出故障码，或跨接检测仪器如百分率表、闭角表、电脑检测仪等直接读取故障信息资料。4.3故障自诊断功能4.3.5故障码的读取和消除方法 几种常见车型故障码的读取方法：（1）通用车系跨接OBD—Ⅱ诊断座的6#、5#端子，由“CHECKENGINE”灯闪烁读码。（2）福特车系跨接16针诊断座的13#、15#端子，由“CHECKENGINE”灯读取故障码。（3）克莱斯勒车系将点火开关打开等约5~10s后，由“CHECKENGINE”灯读故障码。（4）奔驰车系无法由OBD—Ⅱ诊断座利用跨接试灯方式读取故障码，但可由38针诊断座中第4孔读取HFM发动机电脑故障码，或由38针诊断座第19#孔读取DM电脑故障码。（5）沃尔沃车系在OBD—Ⅱ诊断座3#孔与16#跨孔之间接上跨接灯（由一个LED灯和330电阻串联组成），同时3#孔搭铁5s，读出发动机系统故障码。（6）丰田车系将OBD—Ⅱ16针诊断座5#与6#跨接或将TE1与E1端子跨接，由仪表板上“CHECKENGINE”灯闪烁读出。（7）三菱车系三菱车系可由OBD—Ⅱ诊断座中读出下列5个系统的故障码：发动机故障码读取可将OBD—Ⅱ诊断座1#端子搭铁，由“CHECKENGINE”灯闪烁显示。自动变速器故障码可用显示灯跨接OBD—Ⅱ诊断座的6#、4#端子，由跨接灯闪烁读出。ABS故障参政可用显示灯跨接OBD—Ⅱ诊断座的8#、4#端子，由跨接灯闪烁读出。SRS故障码可用显示灯跨接OBD—Ⅱ诊断座的12#、4#端子，由跨接灯闪烁读出。定速故障码可用显示灯跨接OBD—Ⅱ诊断座13#、4#端子，由跨接灯闪烁读出。4.3故障自诊断功能4.3.5故障码的读取和消除方法 （二）故障码的清除1、用故障诊断仪清除故障码。2、把汽车蓄电池负极电缆或通往发动机电控系统的电源线或熔丝拔掉约30s清除掉ECU中存储的故障代码。注意：使用拔掉蓄电池负极电缆的方法清除故障码，将会使汽车上石英钟和音响等装置内存中的内容一起清除掉。在清除故障码后，应起动发动机，看“CHECKENGINE”灯是否又闪亮。若又闪亮，说明系统仍存在故障，需进一步诊断。4.3故障自诊断功能4.3.5故障码的读取和消除方法 失效保护功能主要有：1）空气流量计或进气压力传感器断路或短路时，ECU按节气门位置传感器的信号，以三种固定的喷油量控制喷油。当节气门位置传感器内的怠速开关闭合时，以固定的怠速喷油量喷油；当怠速开关断开而节气门尚未全开时，以固定的小负荷喷油量喷油；当节气门开开或接近全开时，以固定的大负荷喷油量喷油。2）水温传感器断路或短路时，ECU按水温为80℃的状态控制喷油。3）进气温度传感器断路或短路时，ECU按进气温度为20℃的状态控制喷油。4）节气门位置传感器（线性输出式）信号电路故障。当线性输出式节气门位置传感器产生断路或短路故障时，ECU将检测到节气们处于全开或完全关闭状态信号，此时安全保险功能将采用正常运转值（标准值），通常按节气门开度为0或25值控制发动机工作。4.4失效保护和备用系统4.4.1失效保护系统 5）大气压力传感器断路或短路时，ECU按101.13kPa控制喷油或进入备用系统工作状态。6）氧传感器输出电压保持不变或变化过于缓慢进，ECU将取消反馈控制，并以开环控制方式控制喷油。7）曲轴位置传感器（G1和G2）信号电路故障。由于G信号用于识别气缸和确定曲轴基准角，当出现开路或短路时，发动机无法控制，将造成发动机不能起动或失速。如果仍能收到G1或G2信号，则曲轴在基准角还能由保留的G信号判别。8）点火确认信号故障。如果点火系统中产生故障造成不能点火，ECU检测不到由点火控制器返回的点火认定信号。此时，ECU安全保险功能立即停止燃油喷射，以防止大量燃油进入气缸而不能点火工作。9）爆震传感器（KNK）信号或爆震控制系统故障。当爆震传感器信号电路开路或短路，或ECU内爆震控制系统出现故障，无论是否产生爆震，点火提前角控制将无法由爆震控制系统控制执行，这将导致发动机损坏，此时安全保险功能将点火提前角固定在一适当值。4.4失效保护和备用系统失效保护功能主要有： 当电控系统发生某些故障时，将无法控制发动机运转，此时ECU中的备用系统会接通备用集成电路（IC）。用固定的信号控制燃油喷射和点火正时，控制发动机进入强制运转，使发动机仍能维持运转，以便驾驶员能将车辆开到修理厂进行检修。当遇到下列情况之一时，ECU自动接至备用系统工作状态：1）微处理器停止输出点火正时控制信号（IGT）时。2）进气压力传感器信号电路出现开路或短路（只适于D型EFI系统）时。3）曲轴位置传感器信号电路开路或短路时4）当ECU中的中央微处理器（CPU）、输入/输出（I/O）接口和存储器发生故障时。4.4失效保护和备用系统4.4.2备用系统 再见第四章电喷系统故障诊断系统的检修 '