電控內(nèi)燃機(jī)原理chap5

湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系第五章汽油機(jī)集中控制系統(tǒng)實(shí)例1網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)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(kāi)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(jiàn)圖5-8，它主要由燃油泵、過(guò)濾器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、燃油壓力脈動(dòng)衰減器、噴油器、冷起動(dòng)噴油器和溫度一時(shí)間開(kāi)關(guān)（1992年前車(chē)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(guò)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(kāi)，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(guò)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LS400轎車(chē)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型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣過(guò)濾器、空氣流量計(jì)、節(jié)氣門(mén)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(mén)開(kāi)度的節(jié)氣門(mén)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(mén)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(jiàn)該節(jié)電子控制系統(tǒng)內(nèi)容。（2）節(jié)氣門(mén)體節(jié)氣門(mén)體內(nèi)裝有主節(jié)氣門(mén)的副節(jié)氣門(mén)，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(mén)位置傳感器、副節(jié)氣門(mén)位置傳感器、節(jié)氣門(mén)緩沖器器和主節(jié)氣門(mén)強(qiáng)制開(kāi)啟器。圖5-9為節(jié)氣門(mén)體的外部配置。由于凌志LS400型轎車(chē)沒(méi)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(mén)由主節(jié)氣門(mén)強(qiáng)制開(kāi)啟器強(qiáng)制打開(kāi)（全開(kāi)），進(jìn)氣量由副節(jié)氣門(mén)控制，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度信號(hào)也由副節(jié)氣門(mén)位置傳感器負(fù)責(zé)將信號(hào)傳送給ECU。5.1凌志LS400轎車(chē)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(zhǎng)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(kāi)度受ECU控制，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(lái)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（650±50）r/min。ISCV為步進(jìn)電機(jī)式，它主要由閥門(mén)、閥桿、轉(zhuǎn)子、定子和殼體等組成。ECU對(duì)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(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至“OFF”位置，ISC閥會(huì)回復(fù)至全開(kāi)位置，以利于下一次的起動(dòng)。

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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(jiǎn)稱(chēng)ECU）、各類(lèi)傳感器和控制開(kāi)關(guān)和各類(lèi)執(zhí)行器。1、電子控制單元-ECU凌志LS400型轎車(chē)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(mén)旋渦式（也稱(chēng)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(kāi)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(jiǎn)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。

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5.1.3電控系統(tǒng)3、主節(jié)氣門(mén)位置傳感器和副節(jié)氣門(mén)位置傳感器1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有主、副兩個(gè)節(jié)氣門(mén)位置傳感器它們安裝于節(jié)氣門(mén)體的外側(cè)，傳感器的轉(zhuǎn)軸與節(jié)氣門(mén)聯(lián)動(dòng)。主節(jié)氣門(mén)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(mén)位置傳感器，利用變化的電阻值，可短節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度輸出信號(hào)VTA則使ECU對(duì)噴油量進(jìn)行控制，以獲得相應(yīng)的功率。當(dāng)節(jié)氣門(mén)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(mén)位置傳感器的結(jié)構(gòu)與上述節(jié)氣門(mén)傳感器基本相同，當(dāng)車(chē)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(chē)輪打滑的控制)，在主節(jié)氣門(mén)強(qiáng)制開(kāi)啟器的作用下，主節(jié)氣門(mén)處于全開(kāi)位置，進(jìn)氣量由副節(jié)氣門(mén)傳感器控制。4、進(jìn)氣溫度傳感器進(jìn)氣溫度傳感器安裝在空氣流量?jī)?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。

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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(guò)高時(shí)（發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)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(chē)速傳感器1UZ-FE型發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)速傳感器安裝于變速器的輸出端附近，通過(guò)軟軸再與儀表板的車(chē)速表連接。傳感器為舌簧管式，它主要由轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、舌簧管和外殼等組成。

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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(pán)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(pán)和一個(gè)磁電式感應(yīng)頭，曲軸每轉(zhuǎn)過(guò)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、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(pán)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(pán)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(pán)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)。

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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)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(duì)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300～400℃，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。

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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?？勺冸娮杵靼惭b于空氣流量計(jì)后端的進(jìn)氣軟管附近。可變電阻器為一只可變電阻元件，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。瑥U氣中的CO含量有所減少?？勺冸娮杵鞯恼聪蛘{(diào)整范圍僅限于260度。11、海拔補(bǔ)償器海拔補(bǔ)償器（HAC）就是用來(lái)檢測(cè)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。

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5.1.3電控系統(tǒng)12、電控燃油系統(tǒng)工作過(guò)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)速超過(guò)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(guò)預(yù)定值時(shí)，再根據(jù)水溫、空氣溫度、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度（VTA信號(hào)或IDL信號(hào)）、A/C信號(hào)、車(chē)速等因素，對(duì)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(guò)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(chē)輛行駛的安全、延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命、節(jié)省燃油和減少?gòu)U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(guò)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(chē)速處于從高速工況減速行駛進(jìn)，ECU通過(guò)節(jié)氣門(mén)的關(guān)閉速率、車(chē)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(zhuān)用的燃油泵，ECU對(duì)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