第六章 典型发动机集中控制系统

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典型发动机集中控制系统
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测量（控制）参数 曲轴位置及转速 节气门位置 发动机冷却液温度 发动机进气温度 排气中氧浓度 起动信号 空调 离合器位置 变速器位置 动力转向 EGR系统排气压力 发动机进气流量 空燃比控制 点火正时控制 怠速控制 排气再循环量控制 汽油蒸气排放控制 空调及冷却风扇转速控制 电动汽油泵控制 传感器/执行器
本节内容：
位置控制方式 时间控制方式 时间－压力控制方式 压力控制方式
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位置控制方式
位置控制系统不仅保留了传统的泵－管－嘴系统，还保留了原喷油泵中的齿 条、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的机械传动机构，只是对齿条或者滑 套的运动位置予以电子控制。
供（喷）油量控制特点：
故障自诊断
包含故障自诊断和失效保护两个子系统。
柴油机与自动变速器的综合控制
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柴油机电控系统的组成
柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时和喷油的压力都有很高 的要求（柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约19.6MPa） 。 由传感器、ECU、执行元件三部分组成。 传感器
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第六章
典型发动机集中控制系统
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第一节
丰田TCCS系统
TCCS是丰田计算机控制系统的英文缩写。控制内容主要包括 发动机控制、电子控制自动变速器（ECT） 制动防抱死系统（ABS） 电控悬架（TEMS） 牵引控制（TRC） 空调（A／C） 巡航控制（CCS） 安全气囊（SRS）
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二、柴油机电控系统的功能与组成
柴油机电控系统的功能
燃油喷射控制
主要包括：供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制、供（喷）油速率 控制和喷油压力控制等。
怠速控制
主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。
进气控制
主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。
加速踏板位置传感器、反馈信号传感器、燃油温度传感器等和信号开关
柴油机控制ECU 根据各传感器输入信号和内存程序，计算出供（喷）油量和供（喷）油 开始时刻，并向执行元件发出执行令信号。
执行元件
执行ECU的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。
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三、柴油机供（喷）油量控制
控制涡轮增压
采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。
适应性广
只要改变ECU的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用在各种柴油 机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控 制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期， 并降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。
基本保留了传统燃油供给系统的组成和结构，通过高速电磁阀直接控制 高压燃油的适时喷射。一般情况下，电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀 打开，喷油结束。因此可实现供油量控制，又可实现供油正时的控制。 优点：控制自由度更大，供油加压与供油调节在结构上相互独立， 使喷油泵结构得以简化，强度得到提高。高压喷油能力大大加强。 缺点：供油压力无法控制。 在分配泵上实施时间控制的有：日本电装公司的ECD-V3系统；美国 Stanadyne公司的DS型和RS型（DS型已用于GM公司1994年的增压柴 油机上，RS型已用于GM公司的客货两用车和越野车）；日本丰田公 司的ECD-2系统，等等。 电控泵喷嘴系统有：德国波许公司的PDE27/PDE28系统，等等。
增压控制
根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过各种措施，实 现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制。
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柴油机电控系统的功能
排放控制
主要是废气再循环（EGR）控制。
起动控制
主要包括供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制和预热装置控制。
巡航控制
ECU根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。
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5．排气氧传感器
采用了加热型氧化锆氧传感器。根据排气中氧气的含量引起氧化锆 元件内、外表面两电极间电压的变化来感知混合气浓度，电控单元 根据此信息以及其它传感器传入的信息，反复调节喷油器喷油量， 使混合气空燃比稳定在14.7:l附近。
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位置控制 时间控制
时间－压力控制（压力控制）
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柴油机电控技术的发展：第一代（位置控制方式）
保留了传统柴油机供给系统的基本组成和结构，只是取消了机械控制部件 （调速器等），增加了传感器、ECU、执行器等组成的控制系统，使控制 精度和响应速度得以提高。 优点：柴油机的结构几乎不需改动，便于对现有柴油机进行升级换代。 缺点：响应慢，控制精度不高，供油压力不能控制。
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柴油机电控燃油喷射系统的优点
改善低温起动性
电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作， 使柴油机低温起动更容易。
降低氮氧化物和烟度的排放
采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适 当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟。
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柴油机电控技术的发展：第三代（时间-压力方式）
这是国外于20世纪90年代中期研制的一种新型柴油机电控技术。 基本改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以电控共轨（各缸喷 油器共用一个高压油管）式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、 喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行时间-压力控制。 油压油泵并部直接控制喷油，而仅仅向共轨供油以维持所需的共轨压力， 并通过连续调节共轨压力来控制喷射压力。 优点：可实现高压喷射（最高达200Mpa），喷射压力独立于发动 机转速，可实现理想喷油规律，具有良好的喷射特性。 共轨喷射系统是柴油机燃油系统的一个发展方向。目前在卡车和轿车柴 油机上得到广泛应用，发展速度十分惊人。 国外典型共轨喷射系统：日本电装公司的ECD-U2系统；美国BKM公司 的servojet系统；美国Caterpiller公司的HEUI系统，等等。
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4．怠速控制系统
当使用空调、动力转向装置以及发动机暖车阶段要对怠速空气量进 行调整，两种形式发动机采用如图6-6所示的直动式、占空比型的 辅助空气阀，它是由电控单元根据传感器输入的信号控制的电磁旁 通阀，通过控制电磁阀的开、闭，使部分空气绕过节气门而进入进 气歧管。
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3．节气门位置传感器
为了感知节气门开启的位置及开启的速率，以实现对在不同节气门 开度及加、减速工况下调节混合气浓度，X型、U型发动机采用了安 装在节气门轴上的线性旋转式电位计测量节气门的开启，输出电压 范围0～5V，电控单元根据节气门位置信息控制空燃比，点火提前 角以及废气再循环数量。
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第二节 福特EEC-IV系统
目前福特轿车均采用了福特汽车公司1988年推出的第四代电子发动 机控制组件，用质量流量型空气流量计取代了以往的进气歧管绝对 压力传感器，并采用功能最强、最先进的微处理器，根据各传感器 输入的信号优化发动机工作，使发动机控制能力进一步增强，改善 了冷起动和可驾驶性，同时还具有很强的故障自检测性能。
福特92款轿车采用的传感器和执行器
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1．空气流量计（MAF）
早期的福特公司生产的轿车采用进气歧管压力传感器测量进气量， 在92款轿车中，用在进气管旁通管路中安装的热线式质量空气流量 传感器测量发动机进气量，以电压变化的形式输出给电控单元，来 感知进气量的质量流量，其输出电压范围为0.5V～5.0V。为了防止 污物污染热线，在进气系统中空气过滤器后装有滤网。
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2．进气温度和发动机冷却液温度传感器
当进气温度和发动机冷却液温度变化时，电控单元要相应地根据 温度变化对喷油器喷油量及怠速空气量进行调整。发动机进气温度 由热线式空气流量计内的冷线测量，冷却液温度由安装在缸体上的 温度传感器测定，两种温度传感器均采用负系数电阻制成，随温度 的升高，传感器电阻值相应减小，由此产生一相应的电压信号传送 给电控单元，由电控单元控制执行器对进气系统及供油系统进行校 正。其输出电压范围为0.3V～3.7V。
典型发动机集中控制系统
分电器处霍尔效应式传感器 线性式节气门位置传感器 负电阻系数温度传感器 负电阻系数温度传感器 加热型氧化锆氧传感器 点火起动开关 空调压缩机离合器开关 离合器接合开关 变速器位置开关 动力转向压力开关 压力变送器 热线式空气流量传感器 喷油器 TFI－IV点火系统 占空比型旁通空气阀 EGR真空度调节器 电磁式排气阀 A／C及风扇控制系统 汽油泵继电器
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一、汽油供给系统
1UZ－FE型发动机汽油供给系统的结构，它主要由汽油泵、汽油过滤器、汽油压 力调节器、油压脉动减振器、喷油器、冷起动喷油器和温度—时间开关（1992年 前车型）、供油总管和汽油箱等组成。
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第五节 柴油机电控技术简介
本节主要内容：
柴油机电控技术概述 柴油机电控燃油喷射系统功能与组成 柴油机供（喷）油量控制
柴油机供（喷）油正时控制
柴油机电控燃油喷射系统实例
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一、柴油机电控技术概述
柴油机电控技术的发展
柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发 展的电子控制技术平台上发展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电 控技术的发展提供了宝贵经验。 柴油机电控系统的开发研究从20世纪70年代开始，经历了三代：
用电子调速器取代传统机械离心式调速器。
用发动机转速传感器和加速踏板位置传感器代替原有的转速和负荷传 感机构（如离心飞块、真空室等）； 用ECU控制的电子执行元件来代替机械离心式调速执行机构和加速踏 板传动机构。
在直列柱塞泵上实施位置控制的有：日本电装公司的ECD-P1、ECD-P2、 ECD-P3系统；德国波许公司的EDR系统；美国的PEEC系统等。 在分配泵上实施位置控制的有：日本电装公司的ECD-V1系统；德国波许的 EDC系统；美国的PCF系统等。
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柴油机电控技术的发展：第二代（时间控制方式）
二、进气系统
1UZ－FE型发动机进气系统
主要由空气过滤器、空气流量计、节气门体、进气室、各种连接管 和真空软管等组成。此外还有计量节气门开度的节气门位置传感器 5 和用于发动机怠速控制的怠速控制阀
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三、电子控制系统
1．电子控制单元（ECU） 凌志LS400型轿车采用的是发动机和变速器集中控制的 ECU，安装 在仪表板右端杂物箱的右侧。 2．传感器和控制开关等 （1）空气流量计 （2）节气门位置传感器 （3）进气温度传感器 （4）冷却液温度传感器 （5）曲轴转速和凸轮位置传感器 （6）车速传感器 （7）爆震传感器 （8）氧传感器 （9）可变电阻器 6 （10）海拔高度补偿器（HAC）
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3．电控汽油系统工作过程
起动时， ECU 根据冷却液温度传感器的信号，由内存的冷却液温 度—喷油时间图找出相应的基本喷油时间，再进行进气温度修正和 电瓶电压修正，得到起动时的喷油持续时间。 当发动机的转速超过预定值时，ECU根据其的内存三元脉谱图，以 空气流量计的信号和发动机转速确定基本喷油时间，再根据冷却液 温度、空气温度、节气门开度（VTA信号或IDL信号）、A/C信号、 车速等因素，对喷油量进行修正。起动后喷油量的修正通常包括起 动后加浓、暖机加浓、进气温度修正 、大负荷修正、过渡工况空 燃比的修正和怠速的稳定性修正等。
提高发动机运转稳定性
采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况 下以最低的转速稳定运转，有利于提高其经济性。
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柴油机电控燃油喷射系统的优点
提高发动机的动力性和经济性
柴油机电控系统中，ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时。 从而提高发动机的动力性和经济性。