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图解汽车发动机技术9-发动机电子控制系统

导读: 发动机控制系统由传感器、控制器、执行器三大部分组成。传感器是感知信息的部件,可向控制器提供汽车运行状况和发动机工况等相关信息。

一、系统组成

发动机控制系统由传感器、控制器、执行器三大部分组成。传感器是感知信息的部件,可向控制器提供汽车运行状况和发动机工况等相关信息。发动机控制器即发动机控制模块(ECM),可以接收来自传感器的信息并存储相关信息,经计算和分析处理后发出相应的控制指令给执行器。执行器即执行元件,其作用是执行控制器的指令,从而达到控制目标。

图解汽车发动机技术9-发动机电子控制系统

发动机控制系统结构组成。

图解汽车发动机技术9-发动机电子控制系统

1.传感器

在汽车发动机控制系统中,传感器的作用是将汽车各部件运行的状态参数(各种非电量信号)转换成电信号并输送到各种控制器,用以监测各部件运行情况和环境条件。

(1)空气流量传感器

空气流量传感器监测吸入发动机的进气量,并将信号输入给ECM,以便确定喷油量的多少,是燃油喷射重要的参考信号。

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(2)进气歧管压力传感器

进气歧管压力传感器通过测量进气管绝对压力间接检测进气量,并将信号输入给ECM以确定喷油量,也是燃油喷射过程中重要的参考信号。

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(3)节气门位置传感器

节气门位置传感器监测节气门的开度(如节气门全闭、部分开启和全开等)及开度变化情况,并将信号输入给ECM,以此对燃油喷射及自动变速器换挡等进行控制。

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(4)曲轴位置传感器

曲轴位置传感器也可称为发动机转速传感器,它检测发动机曲轴的转速与转角,并将信号输入ECM,以便控制喷油提前角和点火提前角的大小,是燃油喷射和点火控制的主控制信号。

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(5)凸轮轴位置传感器

凸轮轴位置传感器检测活塞上止点位置信号(又称为气缸识别传感器),以便控制喷油和点火时刻,是点火控制的主控制信号。

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(6)冷却液温度传感器

冷却液温度传感器向ECM提供冷却液温度信号,用于修正喷油量和点火提前角,是燃油喷射和点火控制的修正信号。

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(7)进气温度传感器

进气温度传感器向ECM提供发动机进气温度信号,作为燃油喷射和点火控制的修正信号。

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(8)氧传感器

氧传感器检测废气中氧气的含量,向ECM输入可燃混合气空燃比反馈信号,以便修正喷油量并实现空燃比的闭环控制。

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(9)爆震传感器

爆震传感器检测发动机是否爆燃及爆燃强度,并将信号输入给ECM,以便修正点火提前角并实现点火提前角闭环控制。

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除以上传感器向ECM输入控制信号之外,还有点火开关信号、发电机负荷信号、空调开关信号(A/C)、挡位开关信号和空挡位置开关信号、蓄电池电压信号、离合器开关信号、制动开关信号、动力转向开关信号、巡航(定速)控制开关信号等输入ECM,以更好地对喷油量、点火提前角等进行控制,适应汽车的不同运行工况。

2.控制器

ECM是发动机控制系统的核心,可被视为发动机控制系统的大脑,具有强大的数学运算、逻辑判断、数据处理与数据管理等功能。

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其作用主要体现在以下几个方面:

①给传感器提供参考(基准)电压;

②存储分析计算所用的程序、车型的特点参数、运算中的数据及故障信息;

③运算分析,即根据信息参数求出执行命令并输出给执行器;

④将输出的信息与标准值对比,查出故障并输出故障信息;

⑤自我修正(自适应功能)。

ECM是以微型计算机为核心组成的电子控制装置,并在内存中存储着设计者事先编制的程序或控制软件,即ECM由硬件和软件两部分组成。

3.执行器

执行器是电子控制系统的执行机构,执行器接收ECM发来的各种指令,完成具体的执行动作。发动机控制系统中主要的执行器及其功能如下:

(1)燃油泵

电动燃油泵供给燃油喷射系统规定压力的燃油。

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(2)喷油器

喷油器根据ECM的喷油脉冲信号精确控制燃油喷射量并喷入进气管(或气缸)内。

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(3)怠速控制阀(或电子节气门)

怠速控制阀或电子节气门根据发动机的负荷情况,控制发动机的怠速转速。

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其他执行器还有EGR阀、冷却风扇、空调压缩机、自诊断显示与报警装置等,另外,现代汽车设置了专门的故障诊断通信接口,主要用于与专用故障诊断仪相连接进行车外诊断,读取故障信息和参数。

二、控制功能

汽车发动机控制系统是一个综合控制系统,具有多种控制功能,而燃油喷射控制和点火控制是发动机控制系统的主要功能,进气控制、排放控制、故障自诊断与失效保护等均为辅。

1.喷油控制

燃油喷射控制主要包括喷油量控制、喷射正时控制。另外,燃油喷射控制还包括断油控制和燃油泵控制等。

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2.点火控制

发动机控制系统可使发动机在不同转速、不同负荷条件下,根据各相关传感器信号,判断发动机的运行工况和运行条件,选择最理想的点火提前角点燃可燃混合气。

图解汽车发动机技术9-发动机电子控制系统

在发动机控制系统中,当点火时刻采用闭环控制时,就能把点火提前角控制在接近临界爆燃点或使发动机有轻微的爆燃,以最大限度地发挥发动机的潜能,提高动力性。

3.进气控制

发动机控制系统根据转速和负荷的变化,对发动机的进气进行控制,以提高发动机的充气效率,从而改善动力性。进气控制系统主要包括发动机怠速控制系统、可变进气道控制系统、废气涡轮增压控制系统、可变气门正时控制系统等。

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4.排放控制

排放控制主要对发动机排放控制装置的工作进行电子控制,排放控制系统主要包括燃油蒸发排放控制系统、废气再循环控制系统,三元催化转化与空燃比反馈控制系统等。

除了以上控制功能外,应用在发动机上的电子控制功能还有冷却风扇控制、发电机控制等。随着汽车技术和电子技术的发展,发动机控制系统的功能必将日益增加。

三、控制方式

发动机控制系统的控制方式主要有开环控制和闭环控制。

1.开环控制

发动机工作时,ECM根据传感器的信号对执行器进行控制,而控制的结果(如燃烧是否完全、怠速是否稳定、是否有爆燃发生等)是否达到预期目标无法做出分析,控制的结果对控制过程没有影响,这种控制方式称为开环控制。

图解汽车发动机技术9-发动机电子控制系统

开环控制的特点是在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用,要实现精确控制,其控制系统ROM中必须预先存储可能遇到的各种工况及运行条件所需控制参数的精确调整数据,这样才能保证输出的控制信号能产生预期的发动机响应。而控制数据一旦存入ECM的ROM中,就不再变动。

2.闭环控制

对开环控制的控制过程进行分析可知,开环控制系统调整空燃比和点火提前角的准确程度受到发动机技术状况和控制程序及数据的限制。另外,开环控制系统无法将影响空燃比和点火提前角的其他控制参数一一兼顾,因此很难做到精确地控制。

图解汽车发动机技术9-发动机电子控制系统

闭环控制实质上就是反馈控制。在开环控制的基础上,控制系统根据实际检测到的控制结果的反馈信号来决定增减输出控制量的大小。闭环控制的特点是在控制器与被控对象之间,不仅存在着正向作用,而且存在着反馈作用,即系统的控制结果对控制量有直接影响。

四、控制原理

发动机启动时,ECM进入工作状态,相应程序从ROM中被读取至CPU。这些程序可以用来控制点火时刻、燃油喷射、怠速等。通过CPU的控制,一个个指令逐个地循环执行。执行程序中所需要的发动机信息来自各个传感器。从传感器来的信号,首先进入输入电路进行处理。如果是数字信号,则直接经I/O接口进入微处理器;如果是模拟信号,则经A/D转换器转换成数字信号后才经I/O接口进入微处理器。大多数信息暂时存储在RAM内,根据指令再从RAM送到CPU。有时需将存储在ROM中的参考数据引入CPU,使输入传感器的信息与之进行对比。对来自有关传感器的每一个信息依次取样,并与参考数据进行比较。CPU对这些数据进行比较运算后,做出决定并发出输出指令信号,经I/O接口,必要的信号还要经D/A转换器变成模拟信号,最后经输出电路去控制执行器动作。

内容来源:

图解汽车发动机技术9-发动机电子控制系统

《汽车传感器入门到精通全图解》 化学工业出版社 主编:于海东

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