1.发动机电控系统简述。 发动机电控系统利用各种传感器检测发动机的工作状态和参数,通过电子控制单元进行判断、计算、修正后发出指令给各执行器完成各种动作,使发动机在各种工作状况下都能以最佳状态工作。电控系统的主要功能包括燃油喷射控制、点火系统控制、怠速控制、尾气排放控制、进气控制、增压控制、失效保护、后备系统、自诊断与报警等。 汽车发动机电控系统是由电控单元(即ECU,俗称电脑)、信号输入装置(包括各种传感器及开关信号)、执行器组成。发动机电控系统原理框图如图2-102所示。
2.传感器部件。
发动机电控系统主要是通过传感器或开关将各种控制信号输入ECU的。发动机控制系统使用的传感器主要有空气流量传感器(或进气歧管绝对压力传感器)、进气温度传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、发动机转速传感器(也称曲轴位置传感器)、相位传感器(也称凸轮轴位置传感器或霍尔传感器)、爆燃传感器、车速传感器、氧传感器等。
(1)空气流量计(MAF)：在L型电子燃油喷射系统中由空气流量计(图2-103)测量发动机吸入空气量,并将信号输入ECU,作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。常用的空气流量计有翼片式、热线式和卡门涡旋式。
热线式空气流量计主要由防护网、取样管、铂热线、温度补偿电阻和控制电路等组成。根据铂热线在壳体内安装部位的不同,可分为主流测量方式和旁通道测量方式。图2-104所示为主流测量方式的热线式空气流量计结构,铂热线和温度补偿电阻安装在主进气道中,控制电路板安装在流量计下方。
热线式空气流量计工作原理如图2-105所示。当空气流经铂热线时,铂热线温度就会降低,铂热线的电阻减小,使电桥失去平衡,若要保持电桥平衡,就必需增加流经铂热线的电流,以恢复其温度和阻值,测量电阻两端的电压也相应增加。流经铂热线的空气量(质量流量)不同,铂热线的温度变化量不同,其电阻变化量也就不同,为保持电桥平衡,需增加流经铂热线的电流,从而使测量电阻两端的电压也相应变化,将这种因空气流量变化而引起的流过铂热线的电流的变化,转化成测量电阻两端的电压输入给电控单元ECU,即测得进气量。
(2)进气歧管绝对压力传感器(MAP)：进气歧管绝对压力传感器也称进气压力传感器(图2-106),在D型电子燃油喷射系统中,由进气歧管绝对压力传感器测量进气管压力(真空度),并将信号输入ECU,作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。常用的进气歧管绝对压力传感器有半导体压敏电阻式和电容式两种。
压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器的结构与工作原理如图2-107所示,主要由绝对真空室、硅膜片(四个应变电阻)和集成电路组成。硅膜片的一侧是真空室,而另一侧承受进气歧管内的压力,在此压力作用下使硅膜片产生变形。
由于真空室的压力是固定的,进气歧管绝对压力变化时,硅膜片也发生应变,其应变与压力成正比,附着在硅膜片上的应变电阻的阻值与压力成正比变化,导致硅膜片所处的电桥电路输出电压发生变化,电桥电路输出的电压(很小)经集成电路放大后输送给ECU。
(3)节气门位置传感器(TPS)：节气门位置传感器检测节气门的开度及开度变化,如怠速(全关)、全开及节气门开、闭的速率信号,此信号输人ECU、用于控制燃油喷射及其他辅助控制(如EGR、开闭环控制等)。节气门位置传感器安装在节气门体上(图2-108),由节气门轴驱动,可分为线性式、触点式等。
①线性式节气门位置传感器：此类型的节气门位置传感器是一个由节气门轴驱动的电位计,节气门开度的输出电压与节气门开度之间为线性关系,传感器结构及原理如图2-109所示。传感器有两个与节气门联动的可动触点。一个在电阻体上滑动,当节气门开度变化时,测得的输出电压也成线性变化。根据电压值,可知节气门开度。另一个触点在节气门全关闭时与怠速触点接触,给ECU提供怠速信号,ECU据此判断发动机处于怠速状态。
②触点式节气门位置传感器：此类型的节气门位置传感器由一个活动触点和两个固定触点构成,结构如图2-110所示。
当节气门处于全关闭状态时,活动触点与息速触点接触,ECU根据此信号判定发动机处于怠速状态，从而对混合气进行调整;而在节气门接近全开时,活动触点与全开触点(PSW)闭合;节气门开度在中间位置时,滑动触点与两个固定触点均断开。ECU根据触点的闭合情况确定发动机处于怠速、中等负荷或全负荷工况。
(4)凸轮轴位置传感器(MPS)和曲轴位置传感器(CKPS)：凸轮轴位置传感器是一个气缸判别定位装置,它向ECU提供第一缸压缩上止点信号,是点火控制的主控制信号。曲轴位置传感器也称转速传感器,用来检测曲轴转角位移,给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号,作为燃油喷射控制和点火控制的主控制信号。凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的结构和工作原理基本相同,一般安装在与曲轴有精确传动关系的位置处,如曲轴、凸轮轴或飞轮处。凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器实物如图2-111所示。
(5)进气温度传感器(IATS)：装在进气总管或空气流量计上,检测进入进气歧管的空气温度,向ECU输入进气温度信号,作为燃油喷射和点火正时的修正信号。进气温度传感器如图2-112所示,传感器壳体内装有一个热敏电阻,进气温度变化时,热敏电阻的阻值发生变化。
目前,一些进气温度传感器常和进气压力传感器做在一起,称进气压力/温度传感器。图2-113所示为大众汽车进气压力/温度传感器。
(6)冷却液温度传感器(ECTS)：冷却液温度传感器检测发动机冷却液温度信号,并输入到发动机ECU,作为燃油喷射和点火正时控制的修正信号,同时也是其他控制系统(如EGR等)的控制信号。
冷却液温度传感器一般安装在气缸体水道上或冷却水出口处。冷却液温度传感器的实物、结构和电路如图2-114所示,其工作原理与进气温度传感器相同。同一车型装用的冷却液温度传感器与进气温度传感器特性一般完全相同。
(7)爆燃传感器：如图2-115所示,安装在缸体侧面,感知发动机爆燃情况,将信号反馈给ECU,经ECU处理后,控制点火提前角,抑制爆燃产生。
(8)氧传感器：如图2-116所示,安装在发动机排气管上,用来检测尾气中氧的浓度,并将信息反馈给控制单元,调整喷油量,从而实现发动机的闭环控制,改善发动机的燃烧情况,减少有害气体的排放。氧传感器加热电阻与氧传感器为一个整体,因为氧传感器要在300℃以上工作性能才能良好,所以在刚着车时就会通过电阻加热尽快让氧传感器工作良好。
(9)车速传感器：如图2-17所示,检测车速,向ECU输人车速信号,控制发动机转速,实现超束断油控制。在发动机和自动变速器共同控制时,也是自动变速器的主控制信号。
3.控制单元(ECU)。
控制单元(ECU)采集、处理各种传感器输人信号,根据发动机工作要求进行控制决策的运算，并输出相应的控制信号。通过总插头与电源、各种传感器和执行器连接在一起。控制单元主要由输入回路、中央处理器(CPU)、存储器、AD转换器(模/数转换器)、输出回路等组成,图2-118所示为捷达发动机控制单元( Simos3.3)实物。
4.执行器。
执行器主要包括喷油器、点火线圈、怠速控制阀以及各种电磁阀等。执行器受ECU控制,是具体执行某项控制功能的装置。一般是由ECU控制执行器电磁线圈的搭铁回路,也有的是由ECU控制的某些电子控制电路,如电子点火控制器等。
(1)喷油器：作用是按照电控单元的指令将一定数量的汽油以雾状喷入进气道或进气管内。喷油器可分为轴针式和孔式两种。喷油器主要由滤网、电气插头、电磁线圈、回位弹簧、衔铁和针阀等组成,针阀与衔铁制成一体,如图2-119所示。
工作原理:喷油器不喷油时,回位弹簧通过衔铁使针阀紧压在阀座上,防止滴油。当电磁线圈通电时,产生电磁吸力,将衔铁吸起并带动针阀离开阀座,同时回位弹簧被压缩,燃油经过针阀并由轴针与喷口的环隙或喷孔中喷出。当电磁线圈断电时,电磁吸力消失,回位弹簧迅速使针阀关闭,喷油器停止喷油。在喷油器的结构和喷油压力一定时,喷油器的喷油量取决于针阀的开启时间,即电磁线圈的通电时间。
(2)息速控制阀：装在节气门旁通空气孔上,其作用是自动控制发动机怠速。当发动机的工作参数偏离正常值时,便使用该阀来调整怠速转速,怠速转速的调整是通过控制旁通节气门体的空气量来实现的。
步进电动机式怠速控制阀是应用最多的一种怠速控制装置。它主要由转子、定子线圈、进给丝杆及阀芯等部分组成,如图2-120所示。发动机启动后,怠速控制阀开启一段时间进气量增加,使发动机怠速转速提高。当发动机冷却液温度较低时,怠速控制阀开启,以获得适当的快怠速。发动机ECU根据不同的冷却液温度,通过改变传到怠速控制阀的信号强度来控制怠速控制阀阀芯的位置，即发动机ECU输出步进信号进行转换控制,使转子可以正转,也可以反转,从而使进给丝杆(阀芯)进行伸缩运动以达到调节旁通空气道流通截面的目的,从而控制发动机怠速工况下的进气量。
