发动机电控技术

发动机电控技术 《发动机电控技术》内容 1. 负温度系数的热敏电阻: 当温度升高时，电阻值降低。 2. 闭环控制(系统): 带有氧传感器的电子控制燃油喷射系统。 或:在控制系统中，凡是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，即输出量对控制作用 有直接影响的系统。 3.闭合角或导通角:(下三种叙述) 闭合角:断电器触点闭合期间，即点火线圈初级电路接通期间，分电器凸轮(或 轴)转过的角度。(传统点火系) 闭合角:是指点火线圈及电子点火器末级的大功率晶体三极管的导通时间，即闭合时间。 导通角:在无触点电子点火系中，是指点火电子电路输出级大功率开关导通期间，亦即 点火线圈接通期间，分电器轴转过的角度。亦称闭合角。 4.爆震率: 1 爆震率,有爆震的循环次数/实际工作循环数。 霍尔效应:1897年美国物理学家霍尔发现在矩形金属薄板两端通以电流，并在垂直金属平面方向上加以磁场，则在金属的另外两侧之间会产生一个电位差，即霍尔电压。当采用霍尔元件时，霍尔电压与电流和磁场强度成正比，这一现象叫做霍尔效应。 5.最佳点火:发动机汽缸内的混合气必须在最有利的时刻进行点火，才能使发动机输出最大的功率和获得最好的经济性。混合气在汽缸内燃烧需要一定的时间，大约为几毫秒，在活塞未到上止点以前的某一有利时刻点火，待混合气充分燃烧产生出最大爆发压力时，正好全力推动活塞下行作功，这个有利的提前点火时刻称为最佳点火。 6.过量空气系数(α):α,实际吸入汽缸的空气量(?)/理论汽油完全燃烧所需要的空气量(?) 2 一、 汽车电子化与发动机电控技术 1:汽油机电子控制技术经历了哪几个发展阶段,这几个阶段各有什么特点, 目前世界轿车中的95,以上已采用了电子控制技术。 按电子产品和电子系统的技术特点，汽车电子化的历程大致可分为四个阶段: 从20世纪50年代初期到1974年为第一阶段。是汽车电子控制建设的初级阶段。晶体管收音机;硅整流交流发电机;晶体管电压调节器;晶体管点火装置;电子式闪光器;电子控制式喇叭;电子式间歇刮水控制器;数字时钟;IC(集成电路)点火装置;HEI高能点火系统。 1974~1982年为第二阶段。主要特征是:集成电路和16位以下的微处理器在汽车上得到了广泛的应用。电子控制汽油喷射系统;空燃比反馈控制系统;防抱死制动系统;安全气囊系统;电子控制自动变速器;巡航控制系统;电子控制门锁系统;前照灯光自动控制系统;自动除霜系统;车辆导航系统;座椅安全带收紧系统;车辆防盗系统;故障 3 自诊断系统。 1982~1995年为第三阶段。主要特征是:以微型计算机作为控制核心，能够实现多种控制功能的计算机集中管理系统逐步取代以前各自独立的电子控制系统，初步实现了汽车控制技术从普通电子控制向现代得罪开展系统的过渡。如发动机集中管理系统;传动系电子控制系统;行驶转向与制动系电子控制系统;安全保障与警示电子控制系统;车辆舒适性电子控制系统;娱乐通信电子控制系统。 1995年后，汽车电子控制技术进入发展的第四阶段。随着CAN(控制器局部网)总线和超大规模集成电路组成的高速车用微型计算机在汽车上的广泛应用，汽车电子控制系统对高复杂程度使用要求控制能力的提高，为汽车电子控制系统向智能化电子控制系统发展创造了条件。如:动力系统最优化控制系统;通信与导航协调控制系统;安全驾驶监测与警告系统;自动驾驶系统和电子地图等。 尽管名义上汽车的电子化进程在50年 4 前就已经开始，但真实意义上的汽车电子化是以汽油机电控技术的应用作为标志的，发动机是汽车中最早实现电子控制的唯一总成部件，是电子控制技术在发动机上的应用带动和促进了汽车电子控制技术的发展。发动机集中管理系统开发成功，使汽车电子控制技术迈上集中控制技术的新高点。 桑塔纳2000型AJR发动机采用Motronic3.8.2电子控制燃油喷燃系统——闭路电子控制多点燃油顺序系统。1979年，德国Bosch公司在L—Jetronic系统的基础上，将电控点火系统和电控燃油喷射系统组合在一起，开发出了M—Motronic系统，即发动机集中管理系统。 其特点:点火系中无分电器，采用两个点火线圈，即双火花点火系;采用热膜式空气流量计检测发动机进气量，可直接反映发动机负荷;在其曲轴上安装有1个60齿的发动机转速传感器，较为精确地检测产生的曲轴转角信号;采用含有节气门电位计、节气门定位电位计和怠速开关的节气门体;安装了两个爆燃传感器。系统的核心部件是电 5 控单元(ECU)，它将点火及燃油喷射两者的控制联系起来，进一步了提高发动机的动力性和经济性，降低了环境污染，改善了汽车驾驶的舒适性。 发动机ECU中设有故障存储器。当被监测的传感器或执行元件出现故障时，ECU将自动进行诊断，并把故障内容以故障码的形式存入存储器中，以便读取。 1995年，日本三菱汽车公司公布了电控缸内直喷汽油机(即GDI)系统，采用汽油缸内直喷技术，可以实现汽油机的分层稀薄燃烧，有利于大幅度降低汽油机的燃油消耗和有害排放，是21世纪汽油机发展的主要方向。采用缸内喷射方式，需要耐高温和高压，动态响应速度快，可靠、寿命长的喷油器，目前在技术上还存在一定的困难。 21世纪初期汽油机和柴油机电控技术的发展趋势是，发动机技术的发展仍将紧紧围绕环保和节能这一主题展开，直喷式分层稀薄燃烧将是汽油机的主要发展方向，直喷式单段预混燃烧柴油机将是柴油机的主要发展方向。 6 汽油机电控概述 2:汽油机电控系统由哪几部分组成,它们各起什么作用, 自1967年Bosch公司开发的D—Jetronic 电控汽油喷射系统面世以来，经过几十年的发展，汽油机电子控制技术经历了从模拟电路到数字电路，从普通电子控制到微型计算机控制，从单一功能控制到综合功能控制的过程。 传感器:将反映发动机运行状况的机械动作、热状态等物理量信息，转换成相应的模拟或数字电信号，并输送到电控单元。 一般而言，控制功能越多，控制的精度要求越多，所需的传感器也越多。 电控单元(ECU):是电控系统的核心。 (1)向各种传感器提供它们所需的基准电压(2、5、9、12V等) ; (2)接收传感器或其他装置输入的信号，并将它们转换成微机能够处理的数字脉冲信号;(3)储存输入的信息，运用内部已有的程序对输入信息进行运算分析，输出执行命令; 7 (4)根据发动机性能的变化，自动修正预置的值; (5)将输入信息与设定的标准值进行比较，如发现数据异常，确定故障部位，并把故障信息存储在存储器中。即故障自诊断功能和失效保护功能。 执行元件:是在电控单元控制下，完成特定功能的电气装置。 在电控系统，ECU对执行元件的控制，一般通过控制执行元件电磁线圈搭铁回路来实现。 3:汽油机电控系统一般具备哪些控制功能,这些控制功能的内容是什么, (一):汽油喷射控制:是电控系统最主要的控制功能。 (1)喷油正时控制，即喷油开始时刻控制，包括根据曲轴转角位置进行控制的同步喷射控制和根据发动机运行工况进行控制的异步喷射控制两种方式。 (2)喷油持续时间控制，即喷油量控制。包括发动机起动时的喷油持续时间控制，发动机起动后的喷油持续时间控制两种控制 8 程序。 (3)停油控制:包括减速停油控制、超速停油控制及停油后的恢复供油控制。溢流控制。 (4)电动汽油泵控制:包括发动机起动前电动汽油泵的预运转控制、发动机正常运转时和发动机停机时电动汽油泵运转控制。 (二):点火控制:是汽油机电控系统的第二个主要功能。 (1) 点火正时控制:最佳点火提前角控 制。包括基本点火提前角的确定、基本 点火提前角的修正及点火控制。 (2) 闭合角控制:点火线圈初级通电时间 控制。包括初级线圈通电时间确定和通 过电流的控制。 (3) 爆震反馈控制:是汽油机电控系统特 有的控制功能。包括爆震的检测和反馈 修正控制。 (三):怠速控制:当发动机处于怠速工况时，ECU根据怠速转速的变化或附属装置接入与否，通过控制怠速控制装置，调整怠速工况的空气供给，使发动机保持最佳的怠 9 速转速。 (四):排气净化控制: (1) 氧传感器的反馈控制:当ECU根据 发动机的运行工况确定对空燃比实行闭 环控制时，ECU根据氧传感器的反馈信 号，修正喷油持续时间，把空燃比精确 控制在14.7:1附近，使三元催化净化 装置具有最高的净化效率。 (2) 废气再循环控制:ECU根据发动机运 行工况，通过真空电磁阀对废气再循环 过程及废气再循环量进行控制，以降低 NOx 的生成量。 (3) 二次空气喷射控制:ECU根据发动机 运行工况及工作温度，向排气管或三元 催化转化器喷入新鲜空气，以减少某些 特殊工况下CO和HC的排放量。 (4) 活性炭罐清洗控制:ECU定时打开炭 罐清洗控制电磁阀，清洗活性炭罐层， 恢复活性炭的吸附功能。 (五):进气控制:(1)进气谐振增压控制:ECU根据发动机的转速，控制谐振阀的开或关，以改善发动机高、低速工况时的功率 10 和扭矩输出特性。 (2)进气涡流控制:ECU根据发动机的转速，控制涡流阀的开或关，以改变进气涡流强度，改善燃烧过程，提高发动机的输出扭矩和动力性。 (4) 配气定时控制:ECU根据发动机的负 荷和转速，通过改变配气定时，提高发 动机的充气效率，改善发动机的动力性 和经济性。 增压控制:ECU根据进气歧管压力控制增压器放器阀的开或关，使进气增压压力保持稳定。 (六):故障自诊断和带故障运行控制: (1) 故障自诊断控制:当电控系统的组成 元件发生故障时，ECU使故障警示装置 及时发出警告信号，同时将故障信息储 存到存储器只，供维修时调用和参考。 (2)带故障运行控制:在微机控制系统的组成元件发生故障后，ECU根据故障类型做出最适当的应急处理，在大多数情况下，使汽车仍能以稍差的性能行驶到汽修厂进行检修。 11 4:按空气测量方式分类，电控汽油喷射系统可以分成几类,它们各有什么特点, 相关内容: 进气管喷射方式，也称缸外喷射方式。 单点喷射系统:也称节气门体喷射或集中喷射系统，喷油器安装在进气总管的节气门上方，采用1~2个喷油器。各缸混合气的均匀性不如多点喷射系统。 多点喷射系统:喷油器安装在每一个汽缸的进气歧管上，喷油器把汽油喷在进气门附近与进器歧管内的空气混合形成混合气。 间歇喷射也称脉冲喷射。喷油器以间歇方式，在规定的时间段内把汽油喷入进气管。 间歇喷射方式按各缸喷油器的工作时序，分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种方式。 顺序喷射方式:也称独立喷射方式。发动机运行期间，喷油器按各缸的工作顺序，依次把汽油喷入各缸的进气歧管，发动机曲轴每转二转，各缸喷油器轮流喷油一次。喷油开始时刻一般在排气行程上止点前60?~70?曲轴转角。 12 顺序喷射可以使每一个汽缸都具有较佳的喷油正时，对提高混合气的最终质量的一致具有十分重要的意义，同时有利于减少有害物排放，提高燃油经济性。因此，现在的大多数电控汽油机都采用顺序喷射方式。 为了精确控制汽油机混合气的空燃比，电控系统必须对发动机吸入的空气量进行测量，才能确定相应的喷油量。按空气测量方式分类，可分为间接测量方式和直接测量方式电控系统两大类。 间接测量方式:由于节气门的开度和发动机转速、进气歧管压力和发动机转速与吸入空气量有一定的对应关系。在间接测量方式电控系统中，ECU通过测量发动机转速、节气门开度或进气歧管压力，计算出发动机吸入的空气量。 节流——速度方式:指ECU通过测量发动机转速和节气门开度，根据发动机转速、节气门开度和发动机进气量的关系，计算出每一循环的进气空气量，从而确定循环基本喷油量。但是节气门开度、发动机转速与发动 13 机进气量之间的函数关系相当复杂，因此要精确确定进气量有一定的困难。在一些赛车采用这种方式。 速度——密度方式:ECU通过测量进气歧管压力和发动机转速，根据进气歧管压力、发动机转速和发动机进气量的关系，算出每一循环的进气空气量，从而确定基本喷油量。该测量方法简单，喷油量精度容易调整和控制。但由于进气歧管压力、发动机转速与进气量之间的函数关系比较复杂，在过渡工况和采用废气再循环时由于进气歧管内压力波动较大，在这些工况测得的进气量误差较大，影响空燃比控制精度，因此需要的进气量进行修正。 直接测量方式:采用空气流量计直接测量发动机单位时间吸入的空气量，ECU根据流量计测出的空气流量和发动机转速，计算出每一工作循环发动机吸入空气量，从而确定基本喷油量。 体积流量方式:翼片式空气流量计或卡门旋涡式空气流量计。测量单位时间吸入的空气体积。ECU根据流量计测出的空气体积和 14 发动机转速，计算出每一工作循环发动机吸入的空气体积，然后根据进气压力和温度转换为对应的空气质量，从而算出循环基本喷油量。 这种方式与间接测量方式相比，测量精度较高，有利于提高空燃比控制精度。但由体积流量方式测出的空气体积，还需要根据进气压力和温度转换成对应的空气质量。 质量流量方式:利用热线式或热膜式空气流量计，测量发动机单位时间吸入的空气质量。ECU根据空气流量计测出空气质量和发动机转速，计算出每一工作循环发动机吸入的空气质量，从而算出循环基本喷油量。 质量流量方式具有测量精度高，响应速度快，结构紧凑，不需要进行质量换算的突出优点。 5:汽油机采用控汽油喷射有哪些优点, (1):改善了各缸混合气的均匀性。 (2):使发动机的动力性和经济性有一定程度的提高。由于电控汽油喷射采用压力喷射方式形成混合气，因此进气管中不需要设置 15 喉管，这样可以降低进气系统的阻力，减少进气压力损失，使发动机具有较高的充气效率，有利于提高发动机的经济性和动力性。另外，电控汽油机一般不采用进气预热，这样可提高进气密度，有利于提高发动机的升功率。 (3):有害物排放量显著减少。 (4):改善了汽油机过渡工况响应特性。 (5):改善了汽油机对地理及气候环境的适应性。 (6):提高了汽油机高低温起动性能和暖机性能。 二、电控汽油喷射系统 电控汽油喷射系统的基本任务是以减少汽油机有害物排放为主要目标，尽可能兼顾发动机的其他性能要求。为了实现这一基本任务，空燃比的精确控制是关键，因此现代电子控制汽油喷射系统都遵循以空气流量和发动机转速为基本控制参数，以ECU为控制核心，以喷油器为控制对象的控制原则。 一个完整的电控汽油喷射系统通常由空 16 气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统三个子系统构成。 间接测量方式大都采用进气歧管绝对压力传感器测量进气歧管的绝对压力。 6:体积流量型空气流量计有哪几种类型,各有什么特点, 翼片式空气流量计:发动机工作时，具有一定流速的空气推开测量翼片经主空气通道进入发动机汽缸内。测量翼片被推开的程度，也即偏转角α的大小，与空气的流速和弹簧的回复力矩有关，测量翼片的偏转角α越大，弹簧的回复力矩也越大，与较大的偏转角α相对应的是较高的空气流速(或较大的空气量)，反之则相反。 对于某一具体的空气流量计，在流量计的几何尺寸已定的情况下，对应于某一偏转角α，就有一个确定的主通道流通截面积值。 由于 空气的体积流量=空气流速×流通截面积 因此对应于每一偏转角α，就有一个确定空气流量值，只要把偏转角α转换成对应的电信号并输送到ECU,ECU就根据预先存在计 17 算机中的偏转角α和空气流流量的对应关系，算出在计算时间步长内流入发动机汽缸内的空气量。 把偏转角α转换成电信号是由电位计组件完成的。 在实际应用中，考虑到电源电压UB是变化的，这会造成每一偏转角所对应的输出电压不具有唯一性。为了解决这一问题，在ECU中设定的是流量计输出电压Us与电源电压UB的比值与空气流量的对应关系，这样当电源电压UB发生变化时，尽管Us也发生相应的变化，但Us/UB则不发生变化，每一偏转角有唯一的Us/UB值。即任一偏转角所对应的空气流量与Us/UB值唯一对应，发动机吸入空气量与Us/UB的对应关系见图。 Us/UB 吸入空气量 Us/UB与空气流量的关系 18 由于在不同的温度和压力下，单位体积空气的质量是不同的，因此还需测量进气温度和压力，进行大气压力和温度修正。 卡门旋涡式空气流量计: 如果在流速均匀的空气通道中安放一个涡流发生器，那么当空气流过涡流发生器时，就会在它的背面两侧有规律地交替产生一个个旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡式。 ƒ=St(υ/d或 υ=ƒ(d/St(斯特罗巴尔系数St?0.2) 在一定的流速范围内，卡门旋涡的发生频率(也即旋涡的个数)与空气的流速、涡流发生器的直径有对应关系。 由于流量计的通道截面积已定，因此只要测出旋涡发生的频率，ECU就能根据以上的对应关系算出空气的流速和体积流量，进而根据温度和压力算出进入发动机汽缸的空气质量。 采用反光镜检测方式或超声波检测方式测定卡门旋涡的发生频率。 19 卡门旋涡式空气流量计的主要优点是响应速度快，它的输出信号几乎与空气流速变化同步;输出为线性数字脉冲信号，信号处理简单;进气阻力小、结构紧凑、长期使用性能基本不发生变化。但也存在制造成本较高，检测的是空气的体积流量，因此需要进行大气压力和温度修正等不足。 7:质量流量型空气流量计有哪几种类型,各有什么特点, 人们发现，当空气经过一个温度比它高的发热物体时，空气从发热物体吸收的热量与流过该发热体的空气质量具有一定的对应关系，利用这一原理制成的空气流量计称为热线式或热膜式空气流量计，这类流量计能检测空气的质量流量。 (1)热线式空气流量计的基本工作原理:当温度较低的气流流过布置在空气通道中温度较高的热线时，热线与空气发生热量交换，热线变冷电阻变小。由于热线是惠斯顿电桥的一个桥臂，该桥臂电阻的变化打破了电桥的平衡，为了使电桥恢复平衡，必须增 20 大流过热线的电流，使热线温度升高，使它的电阻值恢复到令电桥平衡的数值。由此可知，流过热线的空气质量越多，空气带走的热量也越多，为保持电桥平衡，维持热线温度所需的电流也越大，反之则相反。 另外，在空气的质量流量不变的情况下，当进气温度发生变化时，也会使空气从热线带走的热量发生变化，最终使加热热线的电流变化，对测量精度造成不利影响。为了解决这一问题，在采样管的前端布置一个温度补偿电阻即冷线，冷线的阻值也随温度变化。 惠斯顿电桥与混合集成电路组成的温差控制电路控制流过热线的电流，使热线和冷线之间的温度差保持不变(一般为 100~120?)，消除了进气温度对测量值的影响。由于加热热线的电流大小与精密电阻两端的电压成正比，因此ECU根据该输出电压就能计算出进入发动机空气的质量流量。 热线式空气流量计具有响应速度快;测量精度高;进气阻力小;不磨损;可直接测量进气空气的质量流量的优点。但它存在价格较 21 高;热线面易受空气只尘埃的玷污，影响精度;当空气流速分布不均匀时也会产生误差;发动机回火易造成断线等缺点。 为了克服热线易被玷污的缺陷，电控系统中设有热线自洁电路，在发动机熄火后，自动将热线加热至1000?，持续1s，将玷污热线的尘埃烧掉;在有些电控系统中将热线与冷线的温差提高至200?，以减轻热线被玷污的程度。 (2)热膜式空气流量计:工作原理与热线式相同。主要差异是:发热体用固定在薄的树脂基片上的金属铂膜代替铂丝，或用厚膜工艺将热线、冷线、精密电阻镀在一块陶瓷基片上，从而简化结构降低制造成本。由于热膜式空气流量计的发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，因此可提高发热体的强度、工作可靠性和使用寿命，且不易被尘埃玷污。主要缺点是空气流速不均匀易影响测量精度。 (3)增加:进气歧管绝对压力传感器是一种检测进气歧管绝对压力(或称真空度)的 22 压力传感器，ECU根据进气歧管绝对压力、进气温度、发动机转速、节气门开度与发动机的空气流量之间的对应关系计算出发动机吸入的空气量。采用这种方式获得空气流量参数的发动机，其空气流量参数是通过间接方式获得的，因此这种检测空气流量的方式，称为间接测量方式。 目前应用最广泛的是半导体压敏电阻式绝对压力传感器。 8:节气门位置传感器有哪几种类型,各有什么特点, 在电控汽油喷射系统中，节气门位置传感器的作用是把节气门的开度转换成电信号，ECU根据节气门位置传感器的输出信号，对实际喷油量进行修正。节气门位置传感器安装在节气门体上，通过节气门轴与节气门同步旋转。 类型:(1)线性输出型节气门位置传感器:使用最普遍。主要特点是反映节气门开度的输出电压与节气门开度成线性关系。 (2)开关量输出型节气门位置传感器:传 23 感器仅以开(ON)和关(OFF)两种状态的组合表达节气门开度的大小。 (3)带Acc信号输出的开关量输出型节气门位置传感器:增加了加速信号输出接头。克服了对发动机加速工况检测上的不足。 9:燃料供给系由哪些部件构成,它们的作用是什么, 以确定的压力差向发动机进气总管或进气歧管内喷入清洁、雾化良好的燃油。 油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、燃油分配管、喷油器、压力调节器等组成。 发动机工作时，电动汽油泵从油箱吸入汽油，加压后泵送到输油管，汽油经输油管、滤清器到达燃油分配管，然后分送到各个喷油器。串联在油路上的压力调节器对汽油压力进行调节，多余的汽油经压力调节器流回油箱。 10:什么叫外装式油泵,什么叫内装式油泵,它们各有什么特点, 外装式电动汽油泵:可以布置在油箱外燃油 24 管路中的任一适当位置，因此具有布置方便灵活的特点。广泛采用单级滚柱泵。 内装式电动汽油泵:一般用油泵支架垂直悬挂在油箱内，或者垂直安装在油箱底部。具有不易产生气阻、运转噪声低和不必顾及汽油泄漏问题等优点。近年生产的汽油机轿车都使用内装式电动汽油泵。 大多采用单级式涡轮泵，有些则采用侧槽泵和涡轮泵或转子泵串联布置的双级泵。 电控汽油喷射系统的油泵运转控制的基本要求是:只有当发动机处于运转状态时，油泵才运转，若发动机不工作，即使接通点火开关，油泵也不工作。 电控汽油喷射系统油泵控制电路有三种形式:ECU控制的油泵控制电路、油泵开关控制的油泵控制电路和具有转速控制的油泵控制电路。 11:压力调节器的作用是什么,为什么要使燃油分配管内油压与进气歧管内的气压差值保持为常数, 保持燃油分配管内油压与进气歧管内 25 气压的压差不变，差值依发动机的类型而异，一般为0.25~0.30Mpa。采用压力差恒定的控制方法，使ECU能够用单一控制参数——喷油器开启时间，对喷油量进行既简单而又精确的控制。 因为在喷油器结构参数不变的情况下，喷油量不仅与喷油器保持最大开度的时间有关，而且还与燃油分配管的压力、进气歧管的压力有关。 几乎所有电控汽油机都采用控制简单可靠、控制精度符合使用要求的压力差恒定控制方法。 12:什么叫高阻喷油器,什么叫低阻喷油器,它们各有什么特点, (1)按喷油器针阀的结构特点分类:轴针式喷油器和孔式喷油器(球阀式喷油器)。 (2)按喷油器电磁线圈的阻值分类:?低阻喷油器:电磁线圈的线径较粗，匝数较少，电阻值较小，一般为0.6~3Ω。在端电压相同的情况下，由于线圈的电阻小，因此流过线圈的电流较大，使喷油器具有很好的动态 26 响应特性。 采用电压驱动方式时，由于线圈的电阻很小，长时间大电流流过线圈，可能导致电磁线圈过热损坏。因此，当低阻喷油器采用电压驱动方式时，必须在驱动回路中串入起限流作用的附加电阻，以减小流过线圈的电流。但这样做会使电磁线圈产生的电磁力减小，低阻喷油器动态响应特性好的优点不能得到充分的发挥。 采用电流驱动方式时，为了防止电磁线圈过热，在控制电路中增加了对线圈电流进行检测的电路，ECU根据检测回路输出的电压信号，对流过电磁线圈的电流进行控制。 A.?高阻喷油器:采用线径较细，匝数较多的电磁线圈(或内装附加电阻)，电阻较大，约为12~17Ω。高阻喷油器只能采用电压驱动方式。由于本身的电阻较大，不要在电路中串联附加电阻，因此电路简单是它的突出优点，但高阻喷油器存在着迟滞时间较长、动态响应特性较差的不足。 27 13:发动机转速及曲轴位置传感器起什么作用,有哪些类型, 曲轴位置传感器的作用是向ECU提供发动机的转速和曲轴转角信号。 发动机转速是ECU 判断发动机运行工况、选择控制程序和确定初始控制参数的主要依据，也是ECU对发动机一个工作循环吸入空气量进行计算所必需的基本参数。 三种类型:按它们的工作原理有电磁感应式、霍尔效应式和光电感应式。 这三种类型的传感器可以不同的组合方式，完成各自承担的参数采集任务。 14:霍尔式曲轴位置传感器是如何工作的,它有什么特点, 凸轮轴位置传感器的作用是向ECU提供关于发动机基准汽缸所处的工作行程和活塞运动方向的信号，一般称为判缸信号。 在采用顺序喷射方式的电控汽油喷射系统中，表明基准汽缸所处工作行程和活塞位置的判缸信号是ECU进行喷油正时和顺序控制的唯一依据，因此顺序喷射方式的电控汽 28 油喷射系统中必须有凸轮轴位置传感器，对于采用分组喷射或同时喷射方式的电控汽油喷射系统则可省略。 利用霍尔效应工作的。 霍尔效应式传感器具有输出电压不受发动机转速高低影响的优点，但由于叶片或触发轮齿数量受自身结构的限制，存在分度较粗的不足。 15:温度传感器的作用是什么,电控汽油机中使用的温度传感器有哪些类型,有什么特点, 作用是测量发动机的进气、冷却水、燃油等的温度，并把测量结果转换成电信号输送到ECU。 对于所有的汽油机电控系统，进气温度和冷却液温度是ECU进行控制所必需的两个温度参数，而其他的温度参数则随电控系统的类型及控制需要而不尽相同。 目前在进气温度和冷却液温度测量中应用最广泛的是热敏电阻式温度传感器。 根据电阻随温度变化规律不同，可分为负温 29 度系数型(NTC)和正温度系数(PTC)型。 负温度系数型(NTC)热敏电阻的电阻值与温度的变化呈负相关，即电阻值随温度的升高而降低。 正温度系数型(PTC)热敏电阻的电阻值与温度的变化呈正相关，即电阻值随温度的升高而升高。 16:ECU要实现对发动机运行的精确控制，除了需要用传感器检测进气量、发动机转速、发动机负荷、进气温度和冷却液温度等定量参数外，还需要一些表明发动机处于某种状态的定性参数，这种定性参数以是或否的方式传输到ECU，故称为开关量信号。ECU控制需要的主要开关量信号有:(1)起动信号(STA)。是表示发动机起动开关是否处于接通状态的信号，起动开关ON, ECU便能确定发动机处于起动状态，然后根据冷却液和进气温度，对起动时的喷油量进行修正。 (2)空档起动开关信号(NSW)。对配置自动变速器的轿车，空档起动开关信号有两个 30 作用。首先，起动发动机时，自动变速器必须挂在“P”或”N”档，因此在起动发动机时，ECU首先要确认空档起动开关信号，这样可以防止不在P或N档起动发动机的事件发生。其次，当自动变速器由”P”或”N”挂入其他档位时，由于发动机负荷增大，ECU根据空档起动开关的输入信号，通过修正喷油量和点火提前角，调整发动机的怠速。 (3)空调开关信号(A/C)。当发动机在怠速工况运转时，若空调压缩机的电磁离合器接合，压缩机工作，则发动机负荷增大，ECU根据空调开关输入的空调工作信号，及时修正喷油量和点火提前角，使发动机的怠速达到预定值。 17:◎ECU由哪些基本组成部分,它们起什么作用, 电控单元是发动机电控系统的核心，电控单元主要有输入回路、A/D转换器、微型计算机和输出回路四部分组成。 输入回路:作用是对电控系统各类传感器的输入信号进行预处理，然后把这些信号输送 31 到A/D转换器或微型计算机的输入/输出接口(I/O接口)。 模拟信号有空气流量、进气温度、冷却液温度、发动机负荷、电源电压等多个信号。 数字信号有曲轴位置传感器、车速传感器等脉冲信号，这些脉冲信号理论上可通过输入/输出接口直接送入微型计算机。但实际上，这些传感器输出信号的幅值随发动机转速而变化，当转速高时，信号的幅值增大，反之信号幅值就变弱，因此数字信号输入回路的首要任务是通过整形电路将这些脉冲信号整形成有规则的脉冲，然后送入微型计算机。数字信号输入回路的第二个任务是通过转角脉冲发生器，把信号盘产生的几十个脉冲，转换为曲轴产生 720个脉冲，即曲轴每转0.5?曲轴转角发出1个脉冲。 A/D转换器:将模拟电压信号转换成数字脉冲信号，然后送到微型计算机的输入/输出接口。 微型计算机:根据汽油机运行工况及各种传感器的输入信号，经过运算分析处理后，确 32 定正确的控制程序和控制参数，并向输出回路发出控制脉冲(如汽油喷射信号、点火信号等)。 由中央处理器(CPU)、存储器(只读存储器ROM，也称为常量存储器用来存放固定信息，即使切断电源，存储的内容也不会消失。写入存储器的内容，一次写入后可以调出使用，但不能改写，电控系统的控制程序软件、点火脉谱图和喷油脉谱图的电子表格数据等预设控制参数都存储在只读存储器内。、随机存储器RAM也称读/写存储器，用来储存临时性的数据及过程参数，如果切断电源，存储的数据就会消失。随机存储器允许随时从存储器读出已存入的数据，或向存储器写入新的数据，电控系统的各种传感器输入的数据，有关车辆维护周期、故障自诊断系统检测出的故障信息等都存储在随机存储器中。)输入/输出接口I/O:是微型计算机与外界进行数据交换的桥梁，输入/输出接口根据CPU的指令，完成传感器、执行器与微型计算机之间的数据传递任务。 总线:是计算机内部各单元之间连线的总 33 称。地址总线用于传送地址码，中央处理器通过它把地址码存入寄存器，使总线传输的信号能够认出所需信息在寄存器中的确切位置。 输出回路:微型计算机输出控制信号是数字脉冲，且输出信号的电压较低，一般不能驱动执行器。输出回路的作用是将微机输出的控制信号转换成可以驱动执行器的输出信号。电控系统中由输出回路输出的控制信号有喷油器驱动信号、点火控制信号、电动汽油泵驱动信号。 18:起动后同步喷射的基本喷油持续时间是如何确定的, 汽油喷射控制包括喷油正时控制、喷油持续时间控制和断油控制三方面内容。 喷油正时控制是指ECU对喷油开始时刻的控制，在间歇汽油喷射系统中，喷油正时控制有同步喷射和异步喷射两种控制方式。 同步喷射方式，喷射的开始时刻与曲轴的转角位置有关，ECU根据曲轴的转角位置信号输出喷油脉冲信号，在固定的曲轴转角开 34 始喷油。在发动机运转过程中，同步喷射始终在进行。 异步喷射方式，喷射的开始时刻与曲轴的转角位置无关，ECU根据需要进行异步喷射的信号或过程，输出喷油脉冲信号。因此异步喷射方式是一种临时的补偿性喷射，是同步喷射的补充，发动机处于冷起动、加速等非稳定工况时，电控汽油喷射系统除了同步喷射外，还增加异步喷射，对同步喷射的喷油量进行增量修正。 发动机起动后，一般当发动机转速大于500r/min 时，ECU即认为起动过程结束，电控系统进入起动后喷油持续时间控制程序，ECU按循环空气质量及目标空燃比决定喷油量的控制原则，对实际喷油持续时间进行控制。 实际喷油持续时间与循环进气量、发动机的运行状态、发动机的热状态、反馈信号及蓄电池电压等因素有关。 起动后同步喷射的基本喷油持续时间的确定:为了达到目标空燃比，由计算机求得的 35 喷油持续时间。目标空燃比一般预设为14.7:1，已储存只读存储器ROM中。发动机工作时，ECU首先根据空气流量计或进气歧管绝对压力传感器、温度传感器、曲轴位置传感器等输入信号，算出一个工作循环发动机吸入的空气质量，然后由目标空燃比和循环空气质量，算出所需的基本喷油量。 在喷油器的结构参数和系统油压与进气歧管压力都保持不变的情况下，喷油量与喷油持续时间唯一对应，由此ECU可以算出基本喷油持续时间。 19:发动机温度是如何影响基本喷油持续时间的, 试论述发动机温度对喷油持续时间的影响。 电控发动机在冷起动、高温起动、暖机过程时对喷油量是如何进行控制的, (1)发动机起动时喷油持续时间的控制: 发动机起动时，由于发动机的转速变化很大，无论是进气歧管绝对压力还是空气流量计都无法准确测出实际的进气量。因此发动机起动时，ECU不能用实际进气量来计算喷油量，而采用另外的喷油量控制方式。根 36 据发动机起动时的热状态，又分为冷起动时的喷油持续时间控制和高温起动时的喷油量控制。 ?冷起动时的喷油持续时间控制:发动机起动时，基本喷油持续时间是由发动机冷却液的温度确定的，两者之间的对应关系已制成数据表预先储存在只读存储器ROM中，ECU根据冷却液温度从数据表中找出相应的基本喷油持续时间。然后根据进气温度、蓄电池电压对基本喷油时间进行修正。 大多数电控汽油机起动时的喷油正时控制都采用同步喷射方式，喷油正时与曲轴转角的对应关系固定不变。有些电控汽油机，为了防止一次喷油量过多造成火花塞浸湿，对冷起动时增加的喷油量采取异步喷射的方式补充，以保证发动机有良好的起动性能。 ?高温起动时的喷油量控制:在夏季高温季节，汽车在高速行驶后停车10~30min再次起动时，由于发动机散发出的热量对汽油的加热作用，会使汽油温度上升至80~100?，此时喷油器内的汽油会沸腾生成大量汽油蒸汽，实际喷油量因汽油中含有油蒸汽而减 37 小，造成起动时混合气过稀，出现高温下起动困难的情况。为此，电控系统必须采取高温油量修正方法，以改善电控汽油机的高温起动性能。在大多数电控汽油机中，ECU根据冷却液温度确定是否进行高温起动油量修正(一般设定值为100?)，在有些专门配置汽油温度传感器的电控汽油机中，ECU根据汽油的温度确定高温起动时是否进行喷油量修正。 ?暖机过程喷油量修正:发动机低温起动后，转速逐渐升高并趋于稳定，进入以实现目标空燃比为最终目标的起动后喷油持续时间控制程序，但由于此时发动机的温度还比较低，仍存在汽油蒸发不良等问题，为了使发动机正常运转，仍需继续提供较浓的混合气。暖机过程基本喷油持续时间的增量修正与冷却液温度有关，ECU根据冷却液温度确定初始修正量，以后随着冷却液温度上升逐渐减小，当冷却液温度达到正常值后，暖机修正量等于零。 38 ?综合修正系数包括暖机过程修正系数、怠速稳定性修正系数、大负荷修正系数、加速修正系数、目标空燃比反馈修正系数、学习空燃比控制修正系数、蓄电池电压修正等。 闭环控制:为了使三元催化转化器始终具有最高的净化效率，现代电控汽油机在大部分工况都采用氧传感器反馈控制。ECU根据氧传感器对排气中氧含量检测结果，对基本喷油持续时间进行修正，将空燃比始终维持在14.7:1附近。 20:什么情况下ECU除了进行同步喷射控制外，还需进行异步喷射控制,为什么, ?有些电控汽油机，为了防止一次喷油量过多造成火花塞浸湿，对冷起动时增加的喷油量采取异步喷射的方式补充，以保证发动机有良好的起动性能。 ?汽车急加速时，节气门在短时间内快速开大，ECU根据节气门开度的变化，修正喷油持续时间，把目标空燃比调整到12.5:1~13.2:1范围，增大发动机的输出转矩，使汽车具有良好的加速性。另外考虑到空气 39 流量信号的滞后及节七在短时间内快速开大，进气歧管内的压力上升，将导致汽油蒸发速度减慢。在这种情况下，尽管喷入进气歧管的油量增加，实际从附着在进气歧管壁面的油膜中蒸发出的汽油蒸汽并未同步增加，使混合气浓度短时变稀，或者达不到功率混合气浓度要求，导致发动机对急加速响应滞后。 为了提高发动机对急加速的响应速度，要求ECU一收到表示汽车急加速的输入信号，立即向输出回路发出异步喷射脉冲，及时对混合气加浓。 对于汽车急加速的判断，ECU一般根据单位时间节气门开度变化速率，或者单位时间空气流量变化率来确定。 21:什么情况下ECU执行断油控制, 停油控制是指发动机运转期间，出现某种可能危及安全或对环境造成危害的情况，ECU暂时停止向输出回路发送喷油脉冲信号，当促使ECU做出停油判断的情况消失后，ECU将恢复对发动机的供油。 40 减速停油控制:当发动机在高速运行时突然减速，发动机处于强制怠速工况，这时汽车依靠本身的动能滑行，不需要发动机输出功率。另外，由于节气门突然关小，进气量迅速减少，而进气歧管真空度提高，汽油的蒸发速度加快，造成混合气短时过浓，发动机排放性能变坏。 超速停油控制:当发动机转速超过允许的最高转速时，为了防止发动机损坏，ECU执行发动机超速停油控制。 ◎电控发动机喷油量的综合修正系数有哪些,如何修正, 综合修正系数包括暖机过程修正系数、怠速稳定性修正系数、大负荷修正系数、加速修正系数、目标空燃比反馈修正系数、学习空燃比控制修正系数、蓄电池电压修正等。 ?发动机在中小负荷工况下运行时，ECU以14.7:1的目标空燃比为控制目标，对实际喷油持续时间进行修正，使发动机有害物排放量符合要求。为了使三元催化转化器始终具有最高的净化效率，现代电控汽油机在大部分工况都采用氧传感器反馈控制。ECU 41 根据氧传感器对排气中氧含量检测结果，对基本喷油持续时间进行修正，将空燃比始终维持在14.7:1附近。 ?当发动机处于大负荷工况或高转速工况时，为了获得尽可能大的功率，发动机要求电控系统提供功率混合气浓度的混合气。为此ECU根据节气门位置传感器的输入信号，确定发动机处于大负荷运行工况时，即对基本喷油持续时间进行大负荷修正，把目标空燃比调整到12.5:1~13.2:1范围，喷油量增加10~30,，以满足车辆对发动机输出转矩的要求。发动机在高转速工况运行时修正与大负荷修正相同。 ?汽车急减速时，节气门在短时间内快速关小，进气歧管内的压力下降，真空度上升，汽油蒸发速度加快。在这种情况下，尽管喷入进气歧管的油量已经减少，实际从附着在进气歧管壁面的油膜中蒸发出的汽油蒸汽，反而因真空度提高而增加，使混合气浓度短时变浓，导致发动机有害物排放量增加，为此ECU将对基本喷油持续时间进行减量修正，以避免发动机排放性能短时间恶化。 42 汽车急加速时，节气门在短时间内快速开大，ECU根据节气门开度的变化，修正喷油持续时间，把目标空燃比调整到12.5:1~13.2:1范围，增大发动机的输出转矩，使汽车具有良好的加速性。另外考虑到空气流量信号的滞后及节七在短时间内快速开大，进气歧管内的压力上升，将导致汽油蒸发速度减慢。在这种情况下，尽管喷入进气歧管的油量增加，实际从附着在进气歧管壁面的油膜中蒸发出的汽油蒸汽并未同步增加，使混合气浓度短时变稀，或者达不到功率混合气浓度要求，导致发动机对急加速响应滞后。 为了提高发动机对急加速的响应速度，要求ECU一收到表示汽车急加速的输入信号，立即向输出回路发出异步喷射脉冲，及时对混合气加浓。 ?蓄电池电压修正:试验，喷油器针阀开启滞后时间受蓄电池电压影响较大，蓄电池电压低，针阀开启滞后时间长，反之则短。而针阀关闭滞后时间主要与结构参数有关， 43 受蓄电池电压的影响较小。由于汽车在行驶过程中，蓄电池电压的变化幅度较大，为此在实际喷油持续时间计算中，单独设置了蓄电池电压修正项，ECU根据蓄电池电压确定修正系数。 其他:暖机过程修正:暖机过程喷油量修正:发动机低温起动后，转速逐渐升高并趋于稳定，进入以实现目标空燃比为最终目标的起动后喷油持续时间控制程序，但由于此时发动机的温度还比较低，仍存在汽油蒸发不良等问题，为了使发动机正常运转，仍需继续提供较浓的混合气。暖机过程基本喷油持续时间的增量修正与冷却液温度有关，ECU根据冷却液温度确定初始修正量，以后随着冷却液温度上升逐渐减小，当冷却液温度达到正常值后，暖机修正量等于零。 怠速稳定性修正:应用于D—Jetronic系统中。为了提高D—Jetronic电控系统的怠速稳定性，ECU根据进气歧管压力和发动机代速，采取与扭矩变化方向相反的修正方法，以提高发动机怠速稳定性。 目标空燃比反馈修正:为了使三元催化转化 44 器始终具有最高的净化效率，现代电控汽油机在大部分工况都采用氧传感器反馈控制。ECU根据氧传感器对排气中氧含量检测结果，对基本喷油持续时间进行修正，将空燃比始终维持在14.7:1附近。 学习空燃比控制:学习控制，其作用是当偏离值超出正常修正范围时，ECU对实际空燃比与理论空燃比之间的偏离量进行计算，然后用计算得到的偏离量对基本喷油持续时间进行总修正，并把偏离量储存在RAM中作为以后的预置值，以提高空燃比的控制精度。 三、汽油机电控点火系统 电火花的能量=火花塞电极间的电压×火花塞电极间流过的电流×电火花持续时间 普通电子点火系统的点火提前角调整装置，不能兼顾其他因素对点火提前角的影响，也不能对爆震进行反馈控制。在采用普通电子点火系统的汽油机中，为了避免产生爆震，点火系统确定的实际点火提前角通常小于 45 最佳点火提前角，以致汽油机的潜能没有得到充分的发挥。 微机控制无分电器点火方式有哪些类型,各有何特点, 电控无分电器点火系统最主要的特点是:完全取消了传统的分电器，由ECU中附加的点火控制电路和分电电路控制点火模块，实现对点火的控制。对于微机控制无分电器点火系统，按点火方式可分为: ?同时点火方式:主要特点是点火过程同时发生在两个工作顺序相差360?的汽缸中。电火花产生时，其中一个汽缸的活塞位于压缩上止点附近，对这个汽缸是一次有效的正式点火。对于另一个汽缸，由于其活塞正好位于排气上止点附近，因此是一次无效的空点火。 对同时点火方式，按配电方式又分为二极管分配式和点火线圈分配式两种形式。 ?独立点火方式:是多气门汽油机无分电器点火系统中普遍采用的结构形式。 主要特点是:每个汽缸上配有1个点火线圈和1个火花塞，点火线圈安装在火花塞上方， 46 取消了高压线，由点火线圈直接向火花塞供电。 在电控点火系中最佳点火提前角是如何确定的, 点火提前角和闭合角是与汽油机综合性能有关的两个重要控制参数。 点火提前角与汽油机的经济性、动力性及排放性能紧密相关，较好的点火提前角可以使发动机的三个基本性能同时达到最佳。 闭合角是影响击穿电压和点火能量的重要因素，合适的闭合角可以使点火系统在宽广的发动机转速范围内都能可靠工作。 根据汽油机运行工况，ECU对点火提前角的控制分为起动时的点火提前角和起动后的点火提前角控制。 起动时的点火提前角控制:由于转速的剧烈变化使电控点火系统无法实行最佳点火提前角控制。因此，对于起动工况，ECU不实行最佳点火提前角控制，而是根据起动开关信号和发动机转速信号，以预先设定的点火提前角点火。当发动机转速超过一定值 47 (一般大于500r/in)时，则进入起动后的最佳点火提前角控制程序。 起动后的最佳点火提前角控制:汽油机起动后，电控点火系对点火正时实行最佳提前角控制。 基本控制过程是:首先ECU根据发动机转速和负荷确定基本点火提前角。然后，根据有关传感器的信号，确定修正点火提前角。这两项点火提前角的代数和，再加上作为计算基准的初始点火提前角，得到实际的最佳点火提前角。 ?实际最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+点火提前角修正值。 【】初始点火提前角:与发动机的结构、型式等有关。8?~12?。 基本点火提前角:按怠速工况和非怠速工况分别处理。 怠速工况:ECU根据节气门位置传感器输入的怠速触点闭合信号，确认发动机处于怠速工况，然后根据转速传感器输入的转速信 48 号、空调开关信号，从预先设定的怠速工况基本点火提前角数据表只选出相应的点火提前角。 非怠速工况:ECU根据转速信号、节气门位置传感器输入的负荷信号，从预先设定的非怠速工况基本点火提前角数据表只选出相应的点火提前角。(点火提前角脉谱图) 22:修正点火提前角考虑了哪些因素,这些因素对发动机的点火提前角有何影响, 电控发动机点火提前角的修正主要包括哪些修正因素,这些因素对点火提前角是如何进行修正的, 除了转速和负荷这两个主要因素外，其他对点火提前角有影响的因素均归纳入点火提前角修正值中。 主要包括暖机工况修正、发动机过热修正、空燃比反馈修正、发动机怠速稳定性修正、爆震传感器反馈修正等。 ? 暖机工况修正:汽油机冷车起动后，发 动机进入暖机工况，由于冷却液温度较低 49 时，混合气燃烧速度较慢，应适当增大点火提前角。随着暖机过程的延续，冷却液温度逐渐升高，点火提前角修正值逐渐减小。主要控制信号有确认发动机处于暖机工况的节气门位置信号、冷却液温度信号和空气流量信号等。 ? 发动机过热修正:当汽油机处于怠速工况运行时，如果冷却液温度过高，应适当增大点火提前角，以防止发动机长时间过热。汽油机处于非怠速工况运行时，如冷却液温度过高，则应适当减小点火提前角，以避免发生爆震。控制信号有ECU对怠速非怠速进行判断的节气门位置信号、冷却液温度信号等。 ? 空燃比反馈修正:由于混合气空燃比变化对混合气的燃烧速度有影响，因此ECU需要根据氧传感器的空燃比反馈信号对点火提前角进行修正。ECU仅在空燃比大于14.7:1情况下，才进行空燃比反馈修正，且与喷油量呈负相关，即当喷油量逐渐减小，空燃比从14.7:1逐渐变大时，空燃比反馈修正值由零逐渐增大。当喷油 50 量逐渐增加，空燃比由大于14.7:1逐渐变小时，空燃比反馈修正值由大逐渐减小。在空燃比小于14.7:1时，不进行空燃比反馈修正。采用这种修正方法，不仅考虑到混合气的燃烧速度，而且也兼顾到提高发动机怠速的稳定性。主要控制信号有氧传感器的空燃比反馈信号、节气门位置信号、冷却液温度信号等。 ? 怠速稳定性修正:汽油机在怠速工况运行时，由于发动机的输出扭矩和负荷之间的不平衡，发动机怠速总会在一定转速范围内波动。为了减小怠速的波动幅度，微机控制系统除了在汽油喷油系统、怠速控制系统中采取了相应的控制措施外，还通过点火提前角的修正，来提高汽油机的怠速稳定性。 汽油机处于怠速工况时，ECU连续不断地计算发动机的平均转速，当平均转速低于设定目标怠速转速时，ECU根据平均转速与目标转速差值的大小修正点火提前角。当发动机平均转速高于目标转速时，减小点火提前角，反之则相反。主要控制信号 51 有发动机转速信号、节气门位置信号、空 调信号开关量信号等。 ?爆震传感器反馈修正:ECU根据共振型压电式爆震传感器(或非共振型压电式爆震传感器)输入信号的最大值与爆震强度基准值进行比较，若输入信号值大于基准值，表示汽油机已发生爆震，ECU按预先设定的角度逐步减小点火提前角，直至爆震消除。爆震消除后，ECU将按预先设定的角度值逐步增大点火提前角，直至发生爆震，然后又逐步减小点火提前角直至爆震消除，如此周而复始地重复上述过程，把实际点火提前角控制在理想最佳点火提前角附近。主要控制信号是爆震传感器信号。 23:什么叫闭合角控制,为什么要进行闭合角控制, A.名词解释:闭合角控制也称点火线圈初级线圈通电时间控制。 由于电感线圈的阻抗作用，在电压不变的条件下，从初级线圈接通开始，流过线圈的电流按指数规律由零开始逐渐增大，需要经过一定的时间后，才能达到饱和电流。为了满 52 足汽油机对点火系在击穿电压和点火能量上的要求，微机控制点火系的闭合角控制以初级线圈流过电流在断开瞬间达到饱和电流为主要目标。这样不仅能满足汽油机对点火系的要求，同时也能避免初级线圈过热及节约电能。 24:常用的爆震传感器有哪几种形式,它们各有什么特点, 共振型压电式爆震传感器:爆震传感器中测振元件的自振频率和被检汽油机爆震时的振动频率相同，当被检汽油机爆震时，传感器测振元件将发生共振，产生较高的电压输出信号。 非共振型压电式爆震传感器:是利用压电元件受外力作用时，压电元件将产生与所受外力大小相对应的电信号这一原理制成的。压电元件所受的外力来自测振元件交变振动中产生的惯性力。例桑塔纳2000型AJR发动机用为非共振型压电式爆震传感器。 53 25:ECU是如何对爆震进行反馈控制的, 如起动工况、带故障运行工况等，ECU对点火提前角实行开环控制，爆震传感器的输入信号对点火提前角没有影响，ECU 根据相关传感器的输入信号，按预先设定的点火提前角点火。 汽油机的爆震和点火提前角有非常密切的关系，一般情况下，随点火提前角增大，汽油机产生爆震的可能性增大，对已发生爆震的汽油机，减小点火提前角，即可消除爆震。 ECU根据共振型压电式爆震传感器(或非共振型压电式爆震传感器)输入信号的最大值与爆震强度基准值进行比较，若输入信号值大于基准值，表示汽油机已发生爆震，ECU按预先设定的角度逐步减小点火提前角，直至爆震消除。爆震消除后，ECU将按预先设定的角度值逐步增大点火提前角，直至发生爆震，然后又逐步减小点火提前角直至爆震消除，如此周而复始地重复上述过程，把实际点火提前角控制在理想最佳点火提前角附近。 54 四、 辅助控制系统 26:使用三元催化转化器的电控制汽油机上为什么要求把空燃比控制在理论空燃比附近, 为了有效减少发动机排入大气的CO、HC和NOx的总量，现代轿车汽油机在排气系统中普遍安装了净化装置，对以上三种有害物质进行净化处理，这种净化装置称为三元催化转化器。 三元催化转化器安装在排气消声器前，由三元催化转化转化芯子和外壳等构成。 大多数三元催化转化器的芯子以蜂窝状陶瓷芯作为催化剂的载体，在陶瓷载体上浸渍铂(或钯)和铑的混合物作为催化剂。 铂(或钯)和铑作为催化剂，它们不仅能使一氧化碳和碳氢化合物变成二氧化碳和水，而且还能促使氮氧化物与一氧化碳进行化学反应，转变成氮气和二氧化碳。在三元催化转化器的芯子内所进行的化学反应，前者是氧化反应，后者是还原反应。三元催化转化器对CO、HC和NOx三种有害物的转换效率与发动机的空燃比有关，只有当发动机 55 的实际空燃比在理论空燃比附近时，三元催化转化器对这三种有害物质才同时具有最高的转换效率。 为了使三元催化转化器始终具有最高的转换效率，现代电控汽油机普遍采用氧传感器检废气中氧的含量，对空燃比实行反馈控制即闭环控制，以提高空燃比控制精度。 另外，由于汽油中的铅会使作为催化剂的贵金属铂和钯失去催化效力，造成催化剂“中毒”，所以装用三元催化转化器的汽油机必须使用无铅汽油。 27:氧传感器有哪几种类型,它们各有什么特点, 是检测排气中氧的含量，并把检测结果输送到ECU。它们一般安装在三元催化转化器上游的排气歧管或排气管上。为了进一步减少汽油机有害物的排放，有些汽油机的微机控制系统增加了三元催化转化器净化效率检测功能，具有这一功能的电控汽油机需要两个氧传感器，它们分别安装在三元催化转 56 化器的上游和下游。 在电控汽油机中应用比较广泛的氧传感器主要有氧化锆(ZrO2)和氧化钛(TiO2)氧传感器两种类型。 氧化锆(ZrO2)氧传感器:由于锆管陶瓷体具有多孔性的特点，因此内腔大气中的氧能够渗入到固体电解质内。当温度较高时，氧气将发生电离。若锆管内腔(大气)和锆管外表面(废气)两侧氧的含量不一致，即存在氧的浓度差时，固体电解质内部的氧离子将从锆管的内腔向锆管的外表面扩散，此时锆管相当于一个微电池，在锆管两侧的铂电极之间产生电压。 铂电极之间电压与两侧氧的浓度有关，当混合气偏稀时，排气中的氧的含量较高，锆管内外两侧氧浓度差小，两电极之间产生的电压很低，输出电压几乎为零。 当混合气便浓时，排气中氧的含量较低，同时包含较多不完全燃烧的产物。这些不完全燃烧的产物在锆管外表面铂的催化作用下与废气中残余的低浓度氧发生氧化反应，使废气中残余的氧几乎被消耗殆尽，在锆管的 57 外表面处氧的浓度几乎为零，这时锆管两侧氧的浓度差达到最大，在两电极间产生接近1V的最大输出电压。 氧化锆(ZrO2)氧传感器对空燃比在14.7:1附近的变化非常敏感，在混合气由浓变稀或由稀变浓的变化过程中，与混合气浓度对应的输出电压在A/F=14.7附近产生阶跃式的高低电压突变，这种类似一个氧浓度开关的输出特性，对于单一空燃比目标控制是十分有利的。 汽油机运转时，对应于实际空燃比相对理论的空燃比上下偏离，氧化锆(ZrO2)氧传感器输出电平高低和宽度对应变化的电压脉冲信号。 在需要实行空燃比反馈控制即闭环控制的运行工况，ECU根据氧传感器的输入信号修正喷油量，把实际空燃比精确控制在理论空燃比附近。 氧化锆(ZrO2)氧传感器是一种高温型传感器，正常工作温度为600~800?，因此氧化锆(ZrO2)氧传感器一般布置在排气总管上或排气总管出口附近，利用废气的热量 58 加热传感器，使其达到正常工作所需的温度。 加热式氧化锆(ZrO2)氧传感器，基本结构和工作原理与普通氧化锆(ZrO2)氧传感器基本相同，两者的差异在于加热式氧化锆(ZrO2)氧传感器在锆管内增加了一个陶瓷加热元件。 加热式氧化锆(ZrO2)氧传感器一般布置在三元催化转化器的上游，靠近三元催化转化器的适当位置。 氧化钛(TiO2)氧传感器:氧化钛(TiO2)中氧分子比较活泼，在周围环境氧的浓度(氧的分压)发生变化时，氧化钛(TiO2)将发生氧化或还原反应，同时材料的电阻值也随之发生变化，所以氧化钛(TiO2)氧传感器也称为电阻氧传感器。 在大气环境条件下，氧化钛(TiO2)的电阻很大，但当排气中氧的浓度减少时(即混合气稍浓时0，氧化钛(TiO2)中氧分子发生脱离，使晶体出现空穴，材料中的自由电子增加，使材料的电阻值迅速减小。反之，若 59 混合气稍稀，即由于排气中氧的浓度增加，电阻迅速恢复至原来的值。 氧化钛(TiO2)氧传感器在空燃比反馈控制中的作用与氧化锆(ZrO2)氧传感器相同。它们的工作原理上的差异主要在于:氧化锆(ZrO2)氧传感器将废气中氧的浓度变化直接转换成输出电压的变化，氧化钛(TiO2)氧传感器则将废气中氧的浓度转换成传感器电阻的变化，然后送入检测电路。 28:电控汽油机中ECU是如何对空燃比进行反馈控制的, 为了满足越来越严格的排放法规的要求，最有效地利用三元催化转化器对排气的催化净化效能，现代汽油机在绝大部分运行工况对空燃比都实行闭环控制。 假定开始时混合气的实际空燃比略小于14.7，此时氧传感器输出高电平信号，ECU根据氧传感器的高电平信号，对基本喷油持续时间进行减量修正，实际喷油持续时间缩短，喷油量减少，修正过程按先快后缓方式进行。由于喷油量持续减少，混合气逐渐变 60 稀，当混合气的实际空燃比略大于14.7时，氧传感器的输出信号从高电平阶跃到低电平，ECU根据氧传感器的低电平信号，对基本喷油持续时间进行增量修正，修正过程仍按先快后缓的方式进行。 由于喷油量持续增加，混合气又逐渐由稀变浓，一旦空燃比大于14.7，氧传感器的输出信号将从低电平阶跃到高电平，然后ECU将根据氧传感器输入的高电平信号，重复前面的由浓到稀的修正过程„„如此反复循环，最终使混合气的实际空燃比始终稳定在理论空燃比附近。 从整个修正过程看，当实际混合气偏浓时，由于空燃比偏浓的时间比空燃比偏稀的时间长，故氧传感器输出高电位时间也相对较长，从而使实际空燃比向变稀方向变化，反之则向相反方向变化。 根据发动机各运行工况对混合气浓度的要求，有哪些工况电控系统将对空燃比实行开环控制, ? 根据发动机各运行工况对混合气浓度 61 的要求，电控系统将对空燃比实行开环控 制的工况有:发动机起动工况、冷起动后 及暖机工况的前期、大负荷、高转速工况、 加速工况、燃油控制工况等。 另外，如果由于发动机原因或氧传感器的原因，造成氧传感器的输出电压持续处于低电平(超过10s以上)，或者氧传感器的输出电压持续处于高电平(超过4s ),则 ECU将自动停止空燃比反馈控制，发动机将在空燃比开环控制状态运行。 当氧传感器的温度小于300?时，氧传感器不能正常工作，电控系统也将实行开环控制。 29:什么叫废气再循环,废气再循环对发动机性能有何影响, A.名词解释:废气再循环是目前广泛采用、能减少发动机氮氧化物生成量的一种较有效的方法。 它把发动机排出的一部分废气通过进气系统引入发动机进行再循环，以降低最高燃烧温度，减少氮氧化物的生成量。 由NOx的生成机理知，发动机燃烧过程生 62 成的NOx的生成量与混合气中氧的浓度、燃烧温度及高温持续的时间有关，其中氧的浓度和燃烧温度是两个最重要的因素。 废气再循环中引入的废气量必须适当。若引入废气量太少，对降低NOx生成量的效果不明显;若引入废气量过多，不仅混合气着火性能变差，发动机输出功率下降，而且还会使发动机排放性能恶化。 对于废气再循环过程引入的废气量，一般用EGR率来表示。 EGR率=EGR气体流量(吸入空气量/+EGR气体流量)×100, 对于大多数发动机，EGR率控制在6,~15,范围较适宜。 虽然适量废气再循环可以有效地降低NOx排放量，但也存在影响混合气着火性能和发动机输出功率的缺憾。因此，一般在发动机NOx排放量较多的运行工况才进行废气再循环，而在发动机的起动、暖机、怠速、低转速小负荷、大负荷或高转速及加速等工况，由于废气再循环将明显影响发动机性能，因此在这些运行工况不进行废气再循 63 环。 为什么要进行怠速控制, 发动机处于怠速工况时的转速对发动机的性能有较大的影响，怠速过高，会增加无谓的燃油消耗。但从减少有害物排放的角度考虑，怠速又不能过低，过低的怠速会使有害物排放量增加。另外，发动机处于怠速工况运行时，由于用电器、空调装置、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况，会使怠速下降，若不采取有效措施会使发动机运转不稳定，甚至熄火。 一般ECU对怠速进行控制的内容包括起动后的控制、暖机过程的控制、负荷变化时的控制及减速时的控制等。 30:节气门直动方式怠速控制机构是如何对怠速进行控制的, 通过控制节气门开度，调节怠速时的进气量，完成怠速控制的控制内容。 发动机在怠速工况运转时，在ECU控制下，步进电机正转一定的步数，经过减速齿轮组的减速增矩，由最后一级小齿轮拨动齿板转 64 动，齿板通过传动机构把节气门打开某一开度，若步进电机反转，则节气门开度随之减小，因此不会和油门踏板对节气门的控制发生干涉。节气门直动控制方式，具有位置控制稳定性好的优点。但怠速控制装置工作时，为了克服节气门关闭方向回位弹簧的作用力，采用能起增矩作用的减速齿轮组，使变位速度下降，响应较慢。 31:可变进气管有效长度谐振增压系统是如何工作的, 它利用进气气流惯性产生的压力波来提高充气效率。 通过转换阀的开或关，改变进气管的有效长度。 当发动机在中低速工况运行时，ECU使转换阀关闭，进气管有效长度变长，空气产生的压力波波长较长，有利于提高发动机中低速区域的扭矩。 当发动机在高速工况运行时，ECU使转换阀打开，进气管有效长度变短，产生的压力波波长较短，可以提高发动机高速区域的输出功率。 65 32:对应于传感器、执行器及计算机的故障，故障自诊断系统会采取哪些控制措施, 一旦电控系统的组成传感器、执行器及计算机出现故障，自诊断系统将执行带故障运行控制功能，也即安全保障功能。对于不同的故障对象，故障自诊断系统将采取不同的处理方法。 ? 对于冷却液温度传感器、进气温度传感 器、节气门位置传感器、空气流量计等故 障，系统将以预先设定的固定值代替实际 值对发动机的运行进行控制。 ?如冷却液温度传感器出现故障时，系统将以80?的预先设定代替实际的未知冷却液温度。 ?如节气门位置传感器出现故障时，系统将以怠速及小负荷两种工况，即两组固定的喷油持续时间、点火提前角和闭合角控制发动机运行。(参考) ?对于氧传感器、爆震传感器等用于反馈控制的传感器故障，系统将以开环控制方式对发动机进行控制。 ?对于点火系统的故障，为了避免大量燃油 66 进入汽缸，系统将执行断油控制。 ?对于计算机故障，系统将启动备用系统，按起动、怠速及小负荷三种运行工况，以固定的喷油持续时间、点火提前角和闭合角控制发动机运行。 只要发动机一开始运行，故障自诊断系统即开始对传感器、电控单元、执行器等电控系统工作情况、输出信号进行检查和监测，一旦被检查或监测的对象出现异常情况或信号，故障自诊断系统即判定该被检对象出现故障。 当被检对象出现故障后，系统立即完成三项基本工作:储存故障信息，以供维修时调用;以灯光等方式向驾驶人员发出故障警告;启动带故障运行控制功能(也称为失效保护功能)，使车辆仍能维持最基本的行驶功能。 第二代故障自诊断系统(OBD—?)的标准已发展成为世界汽车行业的统一标准。OBD—?标准对诊断模式和诊断接口进行了统一，原则上只需使用一台仪器，就可对各类车辆进行诊断检测，该系统是目前应用最广 67 泛的自诊断系统。 卸掉ECU的总保险丝或断开蓄电池接线，使ECU断电，则所有的故障信息均会消除。 如果产生故障信息的故障已被消除，诊断系统将重新对暖机过程计数。一旦暖机次数达到40次(依系统而定)尚未诊断到故障，则ECU自动将故障信息消除。 68