電控內(nèi)燃機(jī)原理chap5

1、湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系 1 湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系 第五章第五章 汽油機(jī)集中控制系統(tǒng)實(shí)例汽油機(jī)集中控制系統(tǒng)實(shí)例 1、燃油系統(tǒng)的特點(diǎn) 1）目前生產(chǎn)的1UZ-FE發(fā)動(dòng)機(jī)取消了冷起動(dòng)噴油器和溫度一時(shí)間開關(guān)，而采用全電腦控制 的冷起動(dòng)。在冷態(tài)下起動(dòng)時(shí)，ECU會(huì)發(fā)出增加噴油的指令，從而使冷起動(dòng)的空燃化控制得 更為精確，排氣凈化功能更好。 2）燃油泵實(shí)行ECU控制，分為高、低速的二級(jí)控制，轉(zhuǎn)速可變，既減少了燃油泵的磨損和 省電，又能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下所需的供油量。 2、系統(tǒng)描述 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖5-8，它主要由燃油泵、過濾器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、 燃油壓力脈動(dòng)衰減器、噴油器

2、、冷起動(dòng)噴油器和溫度一時(shí)間開關(guān)（1992年前車型）以及 輸油管和燃油箱等組成。 燃油系統(tǒng)的工作原理是：燃油泵安裝于燃油箱內(nèi)，通電后將燃油加壓到0.5MPa左右， 燃油壓力調(diào)節(jié)器則將燃油壓力調(diào)節(jié)到比進(jìn)氣歧管的壓力高284KPa的恒定壓力，再通過總 輸油管分配到各噴油器，噴油器的電磁閥根據(jù)ECU的指令打開，燃油便持續(xù)地由噴油嘴噴 出，在進(jìn)氣歧管內(nèi)與空氣混合后再進(jìn)入氣缸。多余的燃油便通過回油管回流到燃油箱。 燃油壓力脈動(dòng)衰減器的作用是消除噴油時(shí)產(chǎn)生的燃油壓力波動(dòng)，使空燃比控制得更精確。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.1 燃油系統(tǒng) 1、系統(tǒng)描述 1UZ-FE型

3、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣過濾器、空氣流量計(jì)、節(jié)氣門體、進(jìn)氣室、各種連接 管和真空軟管等組成。此外還有計(jì)量節(jié)氣門開度的節(jié)氣門位置傳感器和用于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速 控制的怠速控制閥（ISC閥）。節(jié)氣門位置傳感器將作為電子控制元件。 2、進(jìn)氣系統(tǒng)的主要組件 （1）空氣流量計(jì) 詳見該節(jié)電子控制系統(tǒng)內(nèi)容。 （2）節(jié)氣門體 節(jié)氣門體內(nèi)裝有主節(jié)氣門的副節(jié)氣門，用于控制進(jìn)氣量（即發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷） 的大小，外部裝有主節(jié)氣門位置傳感器、副節(jié)氣門位置傳感器、節(jié)氣門緩沖器器和主節(jié) 氣門強(qiáng)制開啟器。圖5-9為節(jié)氣門體的外部配置。 由于凌志LS400型轎車沒有牽引控制系統(tǒng)（TRC），在TRC控制行駛狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的主 節(jié)氣門由主節(jié)氣

4、門強(qiáng)制開啟器強(qiáng)制打開（全開），進(jìn)氣量由副節(jié)氣門控制，節(jié)氣門開度 信號(hào)也由副節(jié)氣門位置傳感器負(fù)責(zé)將信號(hào)傳送給ECU。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.2 進(jìn)氣系統(tǒng) （3）進(jìn)氣室和進(jìn)氣歧管 進(jìn)氣室位于V形氣缸體的中間，進(jìn)氣室有如一只大容量的空氣室， 其作用是減少進(jìn)氣脈動(dòng)和各缸的相互寸步，有利于提高各缸的充氣量。進(jìn)氣室的兩側(cè)各 設(shè)有4根進(jìn)氣管，此8根進(jìn)氣歧管相互交叉布置，目的是增加進(jìn)氣歧管的長度，提高進(jìn)氣 諧波壓力，有利于進(jìn)一步提高充氣量。進(jìn)氣室的前端裝有ISC閥，左側(cè)半月有EGR閥。 （4）怠速控制閥（ISCV） 怠速控制閥安裝于進(jìn)氣室的前端，開度受ECU控

5、制，ECU則根據(jù) 發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫、是否已接入空調(diào)（A/C信號(hào)）和動(dòng)力轉(zhuǎn)向輸出等工況來確定ISCV的正常怠 速或快怠速狀態(tài)。1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)常態(tài)下的額定怠速為（65050）r/min。ISCV為步進(jìn) 電機(jī)式，它主要由閥門、閥桿、轉(zhuǎn)子、定子和殼體等組成。ECU對ISCV的啟閉位置控制共 有125個(gè)步進(jìn)級(jí)，從而令怠速得到了非常精確的控制。 發(fā)動(dòng)機(jī)每次停機(jī)時(shí)，一旦點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)至“OFF”位置，ISC閥會(huì)回復(fù)至全開位置，以利于 下一次的起動(dòng)。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.2 進(jìn)氣系統(tǒng) 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)主要包括電子控制單元（簡稱ECU）、各類傳感器

6、 和控制開關(guān)和各類執(zhí)行器。 1、電子控制單元-ECU 凌志LS400型轎車采用的是發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器集中控制的ECU，安裝在儀表板右端 雜物箱的右側(cè)。 2、空氣流量計(jì) 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)常用是卡門旋渦式（也稱卡爾曼Karman渦流式）空氣流量計(jì)。 近期1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)也開始裝用熱線式空氣流量計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)更為簡單， 進(jìn)氣阻力小，溫度響應(yīng)快、怠速特性好，應(yīng)有日益廣泛。熱線式空氣流量計(jì)主 要由采樣管、鉑熱絲、熱敏電阻、控制電路和殼體等組成。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.3 電控系統(tǒng) 3、主節(jié)氣門位置傳感器和副節(jié)氣門位置傳感器 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)沒有

7、主、副兩個(gè)節(jié)氣門位置傳感器 它們安裝于節(jié)氣門體的外側(cè)，傳感 器的轉(zhuǎn)軸與節(jié)氣門聯(lián)動(dòng)。主節(jié)氣門位置傳感器采用有兩組滑道和主、副觸點(diǎn)的線性輸出 式節(jié)氣門位置傳感器，利用變化的電阻值，可短節(jié)氣門開度，節(jié)氣門開度輸出信號(hào)VTA則 使ECU對噴油量進(jìn)行控制，以獲得相應(yīng)的功率。當(dāng)節(jié)氣門閉合時(shí)，怠速觸點(diǎn)閉合，ECU便 感短到發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)。 副節(jié)氣門位置傳感器的結(jié)構(gòu)與上述節(jié)氣門傳感器基本相同，當(dāng)車輛行駛工況處于牽引控 制(TRC)狀態(tài)時(shí)(主要是在泥濘、濕滑的路面中行駛時(shí)，防止車輪打滑的控制)，在主節(jié)氣 門強(qiáng)制開啟器的作用下，主節(jié)氣門處于全開位置，進(jìn)氣量由副節(jié)氣門傳感器控制。 4、進(jìn)氣溫度傳感器 進(jìn)氣溫度傳

8、感器安裝在空氣流量內(nèi)，其感溫元件為熱敏電阻，它具有負(fù)的溫度電阻系數(shù)， 溫度越高、電阻值越小，反之則增大。進(jìn)氣溫度傳感器發(fā)生故障進(jìn)，ECU會(huì)自動(dòng)地將進(jìn)氣 溫度設(shè)定在20,維持基本噴油量。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.3 電控系統(tǒng) 5、水溫傳感器 水溫傳感器安裝在節(jié)溫器的下方，其感溫元件也為熱敏電阻。當(dāng)溫度過高時(shí) （發(fā)動(dòng)機(jī)過熱），則會(huì)發(fā)出故障保護(hù)指令，將冷卻液的溫度信號(hào)設(shè)定于80， 維持基本噴油量。 6、車速傳感器 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)的車速傳感器安裝于變速器的輸出端附近，通過軟軸再與儀 表板的車速表連接。傳感器為舌簧管式，它主要由轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、舌簧管和外

9、殼 等組成。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.3 電控系統(tǒng) 7、曲軸轉(zhuǎn)速和凸輪軸位置傳感器 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速和凸輪軸位置傳感器均為磁電式，圖5-10為兩傳感器的安裝 位置示意圖。 （1）曲軸轉(zhuǎn)速傳感器 曲軸轉(zhuǎn)速傳感器安裝于曲軸正時(shí)齒輪的左下方，以曲軸正時(shí)齒輪 后面的信號(hào)盤為觸發(fā)元件。曲軸轉(zhuǎn)速傳感器包括一個(gè)12齒的信號(hào)盤和一個(gè)磁電式感應(yīng)頭， 曲軸每轉(zhuǎn)過30便送出1個(gè)脈沖信號(hào)（Ne）給ECU，ECU再將每個(gè)脈沖信號(hào)細(xì)分成30份，便 得到了精確度為1的曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)。 （2）凸輪軸位置傳感器 凸輪軸位置傳感器用于識(shí)別1、6氣缸活塞的上止點(diǎn)位置，以左

10、、 右側(cè)凸輪軸皮帶輪的凸緣為觸發(fā)元件。其由一個(gè)單凸的信號(hào)盤和一個(gè)磁電式感應(yīng)頭組成， 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)凸輪軸位置傳感器G1和G2用于分別代表左右列氣缸的基準(zhǔn)曲軸位 置。信號(hào)盤的凸緣固定于左右兩側(cè)基準(zhǔn)氣缸(1缸、6缸)活塞上止點(diǎn)前10的位置、曲軸 第轉(zhuǎn)2圈，凸輪軸才轉(zhuǎn)1圈，信號(hào)盤的凸緣便切割磁力線1次，向ECU送出一個(gè)G1、G2信號(hào)， ECU便可以判別出6缸、1缸已處于上止點(diǎn)前（BTDC）10的位置并將它作為點(diǎn)火的基準(zhǔn)信 號(hào)。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.3 電控系統(tǒng) 8、爆震傳感器 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是共振型壓電式爆震傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)

11、轉(zhuǎn)時(shí)，振動(dòng)片便發(fā)生振動(dòng)， 壓電元件也同時(shí)產(chǎn)生壓縮和拉伸變形而產(chǎn)生壓電信號(hào)。當(dāng)發(fā)生爆震時(shí)，振動(dòng)片處于共振 狀態(tài)，振幅最大，壓電元件輸出的壓電信號(hào)也最大，ECU即判別發(fā)生了爆震，隨即向點(diǎn)火 器發(fā)出推遲點(diǎn)火的指令，使爆震即時(shí)消失。 9、氧傳感器 1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)采用氧化鋯型氧傳感器，其電信號(hào)元件為具有固體電解質(zhì)特性的氧化鋯 （ZrO2）。氧化鋯元件為管狀多孔陶瓷體，管的內(nèi)外表面都覆蓋著一層多孔性鉑膜作為 電極。氧傳感器安裝于TWC前（或后）部的排氣管中，外側(cè)與廢氣接觸，內(nèi)部與大氣相通， 為了防止廢氣對鉑膜的腐蝕，在鉑膜上又覆蓋了一層多孔性陶瓷層，并加裝了防護(hù)套管。 傳感器的最佳工作溫度為3004

12、00，因而在傳感器內(nèi)設(shè)有電熱絲，用于曖機(jī)或輕負(fù)荷 工況下的內(nèi)部回執(zhí)，電熱絲的回執(zhí)工況由ECU控制。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.3 電控系統(tǒng) 10、可變電阻器 可變電阻器用于調(diào)整怠速時(shí)可燃混合氣的空燃比，從而進(jìn)一步控制怠速時(shí)的CO排放濃度?？?變電阻器安裝于空氣流量計(jì)后端的進(jìn)氣軟管附近?？勺冸娮杵鳛橐恢豢勺冸娮柙?，VAF 為活動(dòng)觸點(diǎn)，與怠速混合氣調(diào)整螺釘聯(lián)動(dòng)，怠速較為穩(wěn)定，但廢氣中的CO含量會(huì)有所提 高。相反，如果逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，噴油量則減少?；旌蠚庾兿?，廢氣中的CO含量有所減少。 可變電阻器的正反向調(diào)整范圍僅限于260度。 11、海拔補(bǔ)償器 海拔補(bǔ)

13、償器（HAC）就是用來檢測大氣壓力的傳感器，它由壓電晶體制成，根據(jù)環(huán)境氣壓的變 化而輸出不同的電壓信號(hào)，氣壓越大輸出的電壓越高，ECU依據(jù)HAC電壓信號(hào)的高低轉(zhuǎn)換 成進(jìn)氣密度，再向噴油器發(fā)出修正噴油量的信號(hào)。HAC安裝在ECU內(nèi)，如果HAC發(fā)生故障， ECU會(huì)執(zhí)行故障保護(hù)功能，將進(jìn)氣壓力定于105kPa，維持行駛。 5.1 凌志凌志LS400轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 5.1.3 電控系統(tǒng) 12、電控燃油系統(tǒng)工作過程描述 起動(dòng)時(shí)，ECU根據(jù)水溫傳感器的信號(hào)，由內(nèi)存的水溫一噴油時(shí)間圖找出相應(yīng)的基本噴油時(shí)間，再進(jìn)行 進(jìn)氣溫度修正和蓄電池電壓修正，得到起動(dòng)時(shí)的噴油持續(xù)時(shí)間。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

14、超過預(yù)定值時(shí)，ECU根據(jù)其的內(nèi)存三元MAP圖，以空氣流量計(jì)的信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定 超過預(yù)定值時(shí)，再根據(jù)水溫、空氣溫度、節(jié)氣門開度（VTA信號(hào)或IDL信號(hào)）、A/C信號(hào)、車速等因素， 對噴油量進(jìn)行修正。起動(dòng)后噴油量的修正通常包括起動(dòng)后加濃、暖機(jī)加濃、進(jìn)氣溫度修正、暖機(jī)加濃、 進(jìn)氣溫度修正、大負(fù)荷修正、過渡工況空燃比的修正和怠速的穩(wěn)定性修正等。 ECU除了空氣流量計(jì)和其他各種傳感器的輸入信號(hào)控制噴油量外，為了確保車輛行駛的安全、延長發(fā)動(dòng) 機(jī)的壽命、節(jié)省燃油和減少廢氣污染，ECU還具有以下的切斷燃油噴射功能和燃油泵的控制功能： （1）高速燃油切斷：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過了額定轉(zhuǎn)速（5400r/min）時(shí)，為避免機(jī)件的損壞，ECU會(huì) 立即發(fā)出停止燃油噴射的指令，轉(zhuǎn)速下降到約5200r/min時(shí)，ECU又不會(huì)發(fā)出恢復(fù)燃油噴射的指令。 （2）減速燃油切斷：當(dāng)車速處于從高速工況減速行駛進(jìn)，ECU通過節(jié)氣門的關(guān)閉速率、車速和發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速以及冷卻液溫度等信號(hào)，會(huì)發(fā)出停止燃油噴射的指令，以節(jié)省燃油。 （3）換擋燃油切斷：換擋時(shí)如果繼續(xù)噴射燃油，則容易造成齒輪的碰撞和換擋的困難，ECU便設(shè)備了 換檔燃油切斷功能。 （4）燃油泵的控制：1992年以后，1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)改用專用的燃油泵，ECU對燃油泵進(jìn)行高、低轉(zhuǎn)速 的二級(jí)控制。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，ECU向燃油泵發(fā)生一個(gè)高電平信號(hào)，燃油