实验一电控发动机的组成和工作原理

海南大学学生实验报告
课程汽车电子控制技术学院机电工程学院
专业班级12级交通运输二班日期2015 年 6 月18 日电控发动机的组成和
实验名称
教师签名成绩
工作原理
姓名/学号汤玮20120504310069 同组人姓名/学号67-76号
一、实验目的
1.认识电控发动机的组成
2.掌握电控发动机的工作原理
3.了解进气系统组成以及进气的流通过程
4.了解燃油供给系统的组成以及燃油的流通过程
5.了解电控发动机电控系统
二、实验设备
帕萨特1.8T发动机实训台
三、实验基本原理：
1.主要传感器：
①进气压力传感器：反映进气歧管内的绝对压力大小的变化，是向ECU提供计算喷油
持续时间的基准信号。

工作原理：半导体压力进气传感器是利用应变效应工作的。

所谓应变效应，就是指当导体、半导体在外力作用下产生应变时，其电阻值发生变化的现象。

电阻应变片是一种片状电阻传感器，它是利用半导体材料当在其轴向施加一定载荷产生应力时，它的电阻率会发生变化的所谓压阻效应原理工作的。

由电阻应变片构成的进气压力传感器主要由半导体应变片、真空室、混合集成电路板等组成。

半导体应变片是在一个膜片上用半导体工艺制做的四个等值电阻，并且连接成电桥电阻。

半导体电阻电桥应变片放置在一个真空室内，在进气压力的作用下，应变片产生变形，电阻值发生变化，电桥失去平衡，从而将进气压力的变化转换成电阻电桥输出电压的变化；
②空气流量计：测量发动机吸入的空气量，提供给ECU作为喷油时间的基准信号。

工作原理：热线式空气流量计是利用空气流过热金属线时的冷却效应工作的。

将一根铂丝热线置于进气空气流中，当恒定电流通过铂丝使其加热后，如果流过铂丝周围的空气增加，金属丝温度就会降低。

如果要使铂丝的温度保持恒定，就应根据空气量调节热线的电流，空气流量越大，需要的电流越大。

其中RH为是直径为0.03-0.05的细铂丝（热线），RK是作为温度补偿的冷线电阻。

RA和RA是精密线桥电阻。

四个电阻共同组成一个惠斯登电桥。

在实际工作中，代表空气流量的加热电流是通过电桥中的RA转换成电压输出的。

当空气以恒定流量流过时，电源电压使热线保持在一定温度，此时电桥保持平衡。

当有空气流动时，由于RH的热量被空气吸收而变冷，其电阻值发生变化，电桥失去平衡。

此时，放大器即增加通过铂丝的电流，直到恢复原来的温度和电阻值，使电桥重新平衡。

由于电量的增加，RA的电压增加，这样就在
RA上得到了代表空气流量的新的电压输出。

进气温度的任何变化都会使电桥失去平衡。

为此，在靠近热线的空气流中，设有一个补偿电阻丝（冷线）。

冷线补偿电阻的温度起一个参照值的作用。

在工作中，放大器会使热线温度高出进气温度100度。

热线式空气流量计长期使用，会使热线上积累杂质。

为此，在热线式流量计上采用了烧尽措施解决这个难题。

每当发动机熄火时，ECU自动接通空气流量计壳体内的电子电路，热线被自动加热，使其温度在1S内升高了1000度。

由于烧尽温度必须是非常精确的，因此，在发动机熄火后4S后，该电路才被接通；
③节气门位置传感器：测量节气门打开的角度，提供给ECU作为断油、控制燃油空气比、点火提前角修正的基准信号。

工作原理：线性节气门位置传感器装在节气门上，它可以连续检测节气门的开度。

它主要由与节气门联动的电位器、怠速触点等组成。

电位计的动触点（即节气门开度输出触点）随节气门开度在电阻膜上滑动，从而在该触点上（TTA 端子）得到与节气门开度成正比例的线性电压输出。

当节气门全闭时，另外一个与节气门联动的动触点与IDL触点接通，传感器输出怠速信号。

节气门位置输出的线性电压信号经过A/D 转换后输送给计算机；
④曲轴位置传感器：检测曲轴及发动机转速，提供给ECU作为确定点火正时及工作顺序的基准信号。

工作原理：霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发生器。

霍尔信号发生器安装在分电器内，与分火头同轴，由封装的霍尔芯片和永久磁铁作成整体固定在分电器盘上。

触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同。

当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间，霍尔触发器的磁场被叶片旁路，这时不产生霍尔电压，传感器无输出信号；当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，霍尔电压升高，传感器输出电压信号；
⑤氧传感器：检测排气中的氧浓度，提供给ECU作为控制燃油/空气比在最佳值（理论值）附近的的基准信号。

工作原理：氧传感器装在发动机的排气管里，用来测量排气中氧的含量。

它是按照大气与排气中氧浓度之差而产生电动势的一种电池。

如图，在陶瓷电解质的内、外两面分别涂有白金以形成电极。

当它插入排气管中时，其外表面接触废气，内表面则通大气。

在约300度以上的温度时，陶瓷电解质可变为氧离子的传导体。

当混合气较稀，也就是过量空气系数α〉1时，排气中含氧必然多，陶瓷电解质的内外表面的氧浓度差小，只产生小的电压；而当混合气较浓，也就是过量空气系数α〈1时，排气中氧含量较少，同时伴有大量的未完全燃烧物如CO、碳氢化合物等，这些成分都可能在催化剂的作用下与氧发生反应，消耗排气中残余的氧，使陶瓷电解质外表面的氧浓度趋向于零，这样就使得电解质内外的氧浓度差突然增大，传感器输出电压也突然增大了，其数值趋向于1V；
⑥进气温度传感器：检测进气温度，提供给ECU作为计算空气密度的依据。

工作原理：所谓热敏电阻，是指这种电阻对温度敏感，当作用在这种电阻上的温度变化时，其阻值会随温度的变化而变化。

其中，随温度升高的叫做正温度型热敏电阻，相反随温度升高阻值减少的，叫做负温度系数型热敏电阻。

热敏电阻温度传感器的测量电路比较简单，只要把传感器与一个精密电阻串联接到一个稳定的电源上，就
能够用串联电阻的分压输出反映温度的变化；
⑦冷却液温度传感器：检测冷却液的温度，向ECU提供发动机温度信息；
⑧爆震传感器：安装在缸体上专门检测发动机的爆燃状况，提供给ECU根据信号调整
点火
提前角。

工作原理：当振动或敲缸发生时，它产生一个小电压峰值，敲缸或振动越大。

爆震传感器产主峰值就越大。

一定高的频率表明是爆震或敲缸，爆震传感器通常设计成测量5至15千赫范围的频率。

当控制单元接收到这些频率时，电脑重修正点火正时，以阻止继续爆震。

2.主要执行器：
①喷油器
位置：气缸盖进气歧管喷油器插孔内：作用：按照工作顺序适时地向进气歧管内喷一定压力的汽油。

工作原理：喷油器体内有一个电磁线圈，喷油器头部的针阀与衔铁结合成一体。

电控单元以电脉冲的形式向喷油器输出控制电流。

当电控单元送来电流信号时，电磁线圈通电，产生电磁力，吸起铁芯与针阀，将燃油通过精确设计的轴针头部环形间隙喷出，在喷油器头部前端将燃油粉碎雾化，与空气混合，在发动机进气行程中被吸入汽缸。

②碳罐电磁阀
位置：碳罐附近。

作用：碳罐至进气管路中的一个清污阀门，阀门打开，碳罐中的气油蒸气可通过阀门进入到节气门管道中。

工作原理：发动机熄火后，汽油蒸汽与新鲜空气在罐内混合并贮存在活性碳罐中，当发动机启动后，装在活性碳罐与进气歧管之间的电磁阀门打开，活性碳罐内的汽油蒸汽在进气管的真空度作用下被洁净空气带入气缸内参加燃烧。

这样做不但降低了排放，而且也降低了油耗。

四、实验内容
1.进气系统的认识
电控发动机的进气系统用于向发动机提供新鲜空气，并测量进入气缸的空气量，进气系统的组成如下图。

进气系统的流通过程是：
空气滤清器→空气流量计→节气门组件→进气歧管→气缸。

空气流量计
空气滤清器
进气歧管
节气门组件
2.燃油供给系统
燃油供给系统向发动机提供混合气燃烧所需的燃油，主要有油箱、电动汽油泵、输油管、燃油滤清器、燃油压力调节器、燃油分配管、喷油器和回油管组成，如下图。

燃油的流通路线是：
油箱→电动汽油泵→燃油滤清器→输油管→燃油分配管→燃油压力调节器→回油管
输油管
燃油滤清器
油箱
燃油分配管3.电子控制系统
电子控制系统由信号输入装置，ECU和执行器组成，如下图。

实验中电控发动机的线路连接图如下：
（1）信号输入装置包括各种传感器和开关，发动机传感器安装在发动机的不同部位，用于检测发动机运行状况的各种参数，并将其转换成计算机可以识别的电信号输入给ECU。

（2）ECU又称电子控制单元或电子控制组件,用于接收各种传感器和控制开关输入的发动机工况信号，根据ECU内部预先编制的控制程序和存储的试验数据，通过数学计算和逻辑判断确定适应发动机工况的喷油时间和点火提前角等参数，并将这些参数转换为电信号控制各种执行器工作，从而使发动机保持最佳运行状态。

ECU 还具有故障自诊断测试功能和应急处理功能。

（3）执行器又称执行元件，是电控系统的执行机构，用于接受ECU的控制指令，完成具体的控制动作。

加速踏板位置传感器
作用：反应加速踏板的位置。

针脚数：6
水温传感器
作用：用于检测发动机
冷却液温度。

针脚数：4
凸轮轴气门调整电磁阀
作用：适时改变配气相
位
针脚数：2
连接处为爆震传感器，安
装位置在缸壁上。

作用：控制点火提前角，
使发动机工作在爆震临
界位置。

针脚数：3
连接处为曲轴位置传感
器，安装在曲轴侧。

作用：检测曲轴转速和转
角，控制点火提前角和喷
油提前角。

针脚数：3
ECU
进气温度传感器
作用：用于检测吸入发动机气缸的空气温度。

针脚数：2
节气门组件
作用：控制进气量，检测节气门开度。

针脚数：6
霍尔传感器
作用：用于检测活塞上止点
的位置，控制点火提前角和
喷油提前角。

针脚数：3
前氧传感器
作用：用于检测排气
管中废弃的氧含量，
用于控制气缸中的空
燃比。

针脚数：6
后氧传感器
作用：用于检测三元催
化转换器的好坏。

针脚数：4
增压压力传感器
作用：用于检测涡轮增压器
的工作状态。

针脚数：3
五、注意事项
1.断开传感器插头时不要用力太大，以免损坏传感器。

2.注意实验室动作规范，以免人为受伤。

空气流量计
作用：检测进气量
针脚数：4
点火线圈
作用：用于产生点火的击穿电压
针脚数：4
喷油器
作用：向进气管喷入一定量和压力的燃油形成混合气。

针脚数：2。