1.发动机电子控制系统的基本控制功能。 现代汽车发动机电子控制系统具有多项控制功能,如点火控制、汽油喷射控制、发动机怠速控制、炭罐通气量控制、废气再循环控制等。图6-1所示的是日产汽车发动机集中电子控制系统(ECCS)的组成与控制功能。通过这些电子控制功能,使发动机在各种工况状态下均处于最适当的点火时间和最佳的空燃比,从而提高了发动机的动力性和经济性,并降低了排气污染。
2.发动机集中控制系统的工作过程发动机电子控制器(ECU)中的ROM存储器除了储存有各个控制单项所需的标准参数外,还存有发动机集中控制的主程序及各个单项控制的子程序。主程序在工作时可有序地调用各个子程,使发动机各个控制系统能正常地发挥其控制功能。
工作中,发动机集中控制系统通过各传感器及相关的开关获得发动机工况和状态电信号,CPU运行主程序,逐个调用子程序,周而复始地进行各个单项的控制。在执行各项控制功能子程序的同时,CPU还间隙地运行故障自诊断子程序,通过各输入电信号进行监测,确定提供该信号的线路和部件是否正常。如果输入的信号有异常,自诊断程序就认定提供该信号的线路或部件有故障,并根据故障的性质与影响的大小作出故障警告、故障码储存、故障运行和安全保障等处理措施。
3.发动机电子控制系统的功能扩展。
(1)配气相位可变控制。
1)配气相位可变控制的作用。配气相位是指发动机进、排气门早开与晚关曲轴所对应的转角。普通发动机均有一个固定的配气相位,该配气相位只是使发动机在某种转速下有最佳的充气效率。配气相位可变控制的作用是,让发动机的配气相位随其转速的变化而改变,使发动机在各种转速下均处于理想的配气相位状态,以提高发动机的动力性和经济性。
2)配气相位可变控制方法。发动机电子控制系统根据发动机转速传感器的信号,并参考发动机负荷、发动机温度及车速等传感器的信号,对当前的配气相位是否需要调整作出判断。当需要调整时,ECU即输出控制信号,控制执行器工作,对配气相位进行适当的调整。
配气相位调整机构有机械式、液压式、机液混合式等多种形式。
(2)进气压力波增压控制。
1)进气压力波的产生。发动机工作中,当进气门关闭时,高速的进气流由于惯性作用仍在流动,使进气门附近的气体被压缩而压力上升。气流惯性过后,被压缩的气体开始膨胀,向着进气相反的方向流动,进气门处的气压则下降。当膨胀的气体波传到进气管口处时,由于此处为大气压,因而进气又会被反射回去,于是在进气管内就形成了振荡的压力波。
2)进气压力波的利用。如果在进气门打开时是进气压力波的波峰,就会具有增压效果,使进气量增加。进气压力波的波长与进气管的长度有关,进气管长,压力波长较长,可使中低速时有进气增压的效果;进气管较短时,压力波长较短,可使高速时有进气增压效果。
3)进气压力波增压控制的作用。进气压力波增压控制的作用是让进气压力波的波长随发动机转速的变化而改变,使发动机在中低速和高速时都有进气增压效果。
4)进气压力波增压控制方法。通常的进气压力波增压控制方式是在进气管的中部设置个容量较大的空气室,并通过进气增压控制阀的开闭来控制空气室与进气管的连通或阻断。进气压力波增压控制方法一例如图62所示。
当发动机的转速较低时,进气增压控制阀处于关闭状态,进气流压力波传递的路径为空气滤清器至进气门,进气压力波长较长,使较低转速下的发动机具有进气压力波增压效果。
当发动机的转速较高时,发动机控制系统ECU通过电磁阀将进气增压控制阀打开,进流压力波只在空气室口至进气门之间进行传播,使进气压力波的波长缩短,这样,就使高转速下的发动机仍可利用进气压力波增压。
(3)电子节气门。
1)电子节气门的组成。电子节气门与加速踏板之间无机械连接关系,而是通过传感器、电子控制器及驱动电动机实现电子方式的连接,其基本组成如图6-3所示。
2)电子节气门的工作方式。驾驶人踩下加速踏板时,加速踏板位置传感器产生相应的电信号,并输送给控制器,控制器结合当前发动机工况确定最佳的节气门开度,并与当前节气门的位置进行比较,然后输出控制信号,使电动机工作,将节气门调整到适当的开度。
3)电子节气门的特点。电子节气门可使节气门的开度与加速踏板踩下的行程不一致控制器可根据发动机的运转情况、驾驶人的操纵情况及汽车的行驶工况等对节气门的开度进行适当的控制。电子节气门可实现基于驾驶人不同踏板感觉需要的踏板特性控制、良好的驾驶特性控制、舒适的车速控制、发动机转速限制控制、降低转矩控制、巡航控制等。
(4)废气涡轮增压控制。
1)废气涡轮增压控制的作用。一些汽油发动机采用了废气涡轮增压技术,而废气涡轮增压电子控制装置的作用就是使发动机在工作中能达到最佳的增压效果。
2)废气涡轮增压控制方式。典型的废气涡轮增压控制系统如图6-4所示。
发动机ECU根据发动机的加速、进气量、温度等信号确定增压压力目标值,并与进气管压力传感器所监测到的实际增压压力值进行比较。当目标值与实际值有差别时,ECU输出占空比控制信号,分别控制可变喷嘴环控制电磁阀和放气阀控制电磁阀的开关占空比,用以改变可变喷嘴环控制膜盒和放气阀控制膜盒的真空度而使其动作,使可变喷嘴环的角度和废气放气阀的开度适当改变,从而控制废气涡轮的转速,将增压压力调整到目标值。
爆燃传感器回馈发动机的爆燃情况,以实现废气涡轮增压的闭环控制。由于增压发动机的排气温度较高,不可能单纯用点火提前角来控制爆燃,也不能只用降低增压来防止爆燃,无论哪种单独的爆燃控制均会引起发动机的动力性下降。因此,通常采用减小点火提前角与降低增压压力相结合的办法。具体控制方法是当发动机产生爆燃时,ECU立刻推迟点火时间,同时降低增压压力,当点火提前角改变已经生效时,增压压力下降就可缓慢下降。随着增压压力的降低,点火提前角又恢复至正常值。
