发动机电子控制系统结构与原理

第三节 电子控制汽油喷射系统主要元件结构及工作原理
一、电控单元（ECU）
ECU
CPU：中央处理器 ROM：只读存储器 PROM：可编程的只读存储器 RAM：运行数据存储器 I/O：输入/输出接口
二、传感器
传感器 蓄电池
空气流量计 (或进气压力
传感器) 水温传感器 节气门位置
传感器 起动信号
转速传感器
（2）霍尔效应式传感器
永久磁铁
霍尔元件
触发轮
当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间时，磁场被叶片旁路，不产生霍尔电压； 当缺口部分进入磁铁与霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，传感器输出电压信号。
特点：进气流速越大，涡流强度越大，电压信号频率越高，反之频率低。
三、超声波式空气流量计 1、结构组成 超声波信号发生器
涡流发生器 超声波接收探头
转换电路
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涡位2、旋差控造，制成利原空用理气放密大度器变使化之，形受成其矩影形响波，，信 矩号 形发 的生 脉器 冲发 频出 率的 为超 卡声 门波 涡到 旋达 的接 频受 率器 。的时机或变早或变晚，测出其相 点 击 图 片 观 看 视 频
二、热线式空气流量计 1、结构组成
采样管：护套，空气通道中央 热丝电阻：铂金丝，直径70微米 温补电阻：铂膜电阻（冷线） 控制电路：控制惠斯顿电桥平衡
Байду номын сангаас
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原理﹕2将、热控膜制温原度理与空气温度始终保持100℃，当发动机工作时，空气流经RH，热线温度发生变化，其自身 的就会电阻减小或增大，使电桥失去平衡。若要保持电桥平衡，集成电路A,就必须使流经热线的电流改变， 恢复其温度与阻值，精密电阻RA两端电压也相应变化，并且该电压信号作为热式空气流量计输出的电压信号 送往ECU。
接2线）插接座线：插头7端子插座带油泵控制触点 5端子插座：不带油泵控制触点
进气温度传感器IAT：负温度系数电阻
2、工作原理
空气通过空气流量计→测量板打开一个角度→与测量板同 轴转动的电位计检测出叶片转动的角度→将进气量转换成 电压信号VS送给ECU
2、连接电路 老式电路
新式电路 空气流量计
原理：压力变化，硅片变形，应变电阻阻值变化，电桥输出 电压变化。
一、进气压力传感器作用及类型 【作用】
在D型电控燃油喷射系统中，由进气管绝对压力传感器测量进气管压力，并将信号输入ECU，作为燃 油喷射和点火控制的主控制信号。
【安装位置】 靠近进气歧管的发动机室内，直接装在节气门体上或利用真空管与节气门后方连接。
车速传感器
氧传感器
ECU A/D
转换器
输入 接口 稳 压电源
CPU
输出 接口
存储器
执行器 喷油控制 点火控制 怠速控制 EGR控制
蒸发排放控制 故障诊断
1.空气流量传感器 作用：将空气流量转换成电信号送给电控单元，该信号作为决定喷油量的基本信号之一。
直接测量方式的空气流量计 叶片式空气流量计 热式空气流量计
第一节 概 述
当前形式
一、汽油喷射的基本概念
汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到气缸或进气歧管中，与进入的 空气混合而形成可燃混合气。
二、汽油喷射系统发展概况
汽油喷射技术始于20世纪30年代，最初用于飞机上，50年代开始用于汽车上；目前，大 部分轿车均装配了汽油喷射系统。
三、汽油喷射优点
【分类】 按其检测原理
【信号类型】
压敏电阻式 电容式
压敏电阻式为电压信号，电容式的为频率信号
二、半导体压敏电阻式
1、结构组成
点
击
图
上方
真空室
片 观
看
视
频
◆硅膜片
下方
通节气门后方
四周
四个应变电阻
◆集成电路
产生并输出信号
节气门开度↓→真空度↑→绝对压力值↓→膜片变形量↓→输出电压↓ 应2、变工电作阻原的理阻值则产生与其变形量成正比的变化
各种传感器：把各种反映发动机工况和汽车运行状况的参数（非电量参 数）转变为电信号（电压或电流）提供给电控单元，使电 控单元正确地控制发动机运转或汽车运行。
执行器 ：用来完成电控单元发出的各种指令，是电控单元指令的执行 者。
传感器的种类
1、热敏电阻 ：如温度传感器。 2、电位计：如节气门位置传感器，EGR位置传感器，翼片式空流量计。 3、电桥电路：如热线（或热膜）式空气流量传感器。 4、卡门（KARMAN）涡流：如涡流式空气流量传感器。 5、压敏电阻：如压力传感器。 6、压电晶体：如爆震传感器。 7、石英振荡晶体：如福特汽车早期车型采用的进气歧管绝对压力传感器。 8、热化学效应：如氧传感器。 9、磁感应：如转速传感器。 10、霍尔效应：如转速传感器。 11、光电效应：如光电式曲轴位置传感器。 12、开关：如各种开关信号。
起动发动机加速到2500r/min以后再回到怠速，关闭点火开关5s后，控制系统自动将热线加热到1000℃ 以上并保持约1s，使附在热线上的粉尘烧掉。
三、热膜式空气流量计
1、结构特点
传感器内部进气道上设有一个 矩形护套（相当于取样管）， 热膜电阻设在护套中，其内部
还有温度补偿电阻。
其测量2原、理工与作热原线理式空气流量计相同，它是利用热膜与空气之间的热传递现象来测量空气流量的，用 热膜代替热线提高了空气流量计的可靠性和耐用性。
条件 冷态 热态 冷态 热态 冷态 热态
表 1 曲轴位置传感器的电阻值
电阻值（Ω） 125-200 160-235 125-200 160-235 155-250 190-290
5
传感器电路连接及检测
3)【间隙检测】
正时转子与感应线圈凸出部分的空气间隙，其间 隙应为0.2-0.4mm。
用厚薄规测量若间隙不合要求，则须更换分电器壳体总成。
每一个气缸有一个喷油器。
气门 气门 气门
喷油器 喷油器 喷油器
进气支管
输油管 输油管 输油管
进气支管
进气支管
（2）单点喷射SPI 几个缸共用一个喷油器，又称节 气门体喷射TBI。
（3）气缸内喷射 将燃料直接喷入气缸内，需较高 的喷射压力。
节气门
调压器 喷油器
节气门体 位置传感器
2.按控制方式来分
点 击 图 片 观 看 视 频
3、传感器检测 将点火开关置于ON档 ◆电源电压检测
◆信号电压检测 （2号与1号间）
3号与1号端子间应为蓄电池电压 静态不吹风时应为0.03V 电压应随吹风量的增大而上升
（3）卡门涡流式空气流量传感器 超声波发射器
涡流发生体 空气流
节气门
取样管
整流器
在气流中央放置一个锥体状涡流发生器。当空气流过时，在涡流发生器下游将产生有规律交 错的旋涡，当流经空气通道的空气流速变化时，将卡门涡流旋涡的频率也会发生变化。
（1）开环控制
（2）闭环控制
传感器
电子控制单元
执行器
3.按进气量检测方法来分 （1）间接测量 （2）直接测量
4.按多点喷射的喷油间隔来分 （1）同时喷射 （2）分组喷射 （3）顺序喷射
闭环控制
发动机
开环 控制
氧传感器
第二节 电子控制汽油喷射系统的组成
1、燃油供给系统 功用：给发动机提供燃烧时所需一定量的燃油. 组成：
卡门旋涡式空气流量计
（1）叶板式空气流量计 1、结构组成 1）翼板部分
测量板 缓冲板
旁通气道
点 击
图
温
片
度
观
传
看
测量板
感
视
器
频
缓冲板 缓冲室
弹簧
随空气流量的变化而产生偏转
减小测量板的脉动，使输出电压稳定
2）电位计部分
形式：镀膜电阻 驱动：由测量板带动其偏转，自身阻值从而发生变化 作用：将进气量转变为电信号送给发动机电脑
四、空气流量计的检测 【信号类型】频率信号 进气量↑→输出信号频率↑，信号的占空比也发生相应的变化。
1、电阻检测：
THA－E2间电阻：正常应随温度的上升而逐渐减小
2、电压检测： 电源电压： VC与E2间应为5V（KEY-ON）
2.进气管绝对压力传感器 半导体压敏电阻式：由硅片、集成电路和真空室组成。
1.提高了发动机的充气 效率；
2.可采用较高的压缩 比；
3.可使发动机燃采用稀薄的可燃 混合气；
4.冷起动性和加速性能较好；
5.使发动机在任何工况下都 处于最佳工作状态；
6.使各缸可燃混合气分配更 加均匀；
7.可节省燃油并减少废气中 的有害成分
四、电控燃油喷射系统的分类
1.按喷射器安装位置分 （1）多点喷射SPI
信号特点
与真空度成反比 与绝对压力值成正比
【连接电路】 ◆VC端子
ECU给传感器提供5V电压
◆PIM端子
传感器信号端子送给ECU
◆E2端子
搭铁端子
进气压力传感 器
ECU
3、传注 下感：降器拆。检下测传感器真空软管，用手动真空枪给传感器施加真空度，PIM与E2之间电压应随真空度增加而
◆点火开关ON
VC与E2之间电压应为5V
◆PIM与E2间
进气压力传感 器
怠速时应为0.8V～ 1.3V 加大油门电压将上升
ECU
三、电容式压力传感器 1、结构组成
◆电容 ◆振荡电路
获得与压力成比例的电容值信号 利用电容和电感的相互作用而形成
2、工作原理 进气压力变化 导致电容值变化 电容和电感的相互作用 形成电磁震荡电路 产生频率信号
磁铁
5
传感器电路连接及检测
5
传感器电路连接及检测
1)【电阻检测】
● 点火开关OFF ● 拔开导线连接器 ● 测量各端子间电阻值
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用万用表电阻档测量端子间电阻值，如电阻值不在规定的范围内，必须更换曲轴位置传感器。
5
传感器电路连接及检测
1)【电阻检测】
端子 G1-GG2-GNe-G-
输油管路
油 压
喷油器
调
节
器
汽油滤清器
回油管
汽油泵
2、空气供给系统
功用：测量和控制空气量，并为发动机可燃混合气的形成提供必 要的空气。
组成： 空气滤清器
空气流量计
节气门体
电子控 制单元
怠速控制阀
空气阀
3、电子控制系统
组成：
电控单元：接受来自各个传感器传来的信号，并完成对这些信息的处理 和发出指令控制执行器的动作
2)【原理】 根据电磁感应的原理，当转子旋转时，线圈中磁通量发生变化，线圈产生感应电动势。
信号转子
磁铁
4
丰田车曲轴位置传感器
1)【结构与原理】
G1、G2信号分别检测六缸及一缸上止点信号，信号产生于上止点前 10度的位置
4
丰田车曲轴位置传感器
1)【结构与原理】
Ne转子 G1,G2转子
● Ne信号用来检测曲轴转角和发动机转速 ● Ne转子有24个齿，对应720度曲轴转角 ● 每个脉冲对应30度，ECU根据其时间均分得到1度信号
2、控制类型： 卡门旋涡式空气流量计按其检测方式可分为
光学检测方式
超声波检测式
超声波发射器
涡流发生体
节气门
二、反光镜式空气流量计 1、结构组成：
组成
反光镜 光电元件 控制电路
发光二极管 光敏管
2空管、气投控流射制经的原发光理生发：器射时给，光压电力管发，生致变使化光，电经 管压 以力 同导 样向 频孔 率作 导用 通在 、反 截光 止镜 。上，使反光镜发生振动，从而将发光二极
3、传感器检测 ◆点火开关ON ◆45与46端子间
26与46端子间电压应为5V 运转时平均值应为1.4V～ 1.6V 加大油门时信号频率应增大
2
电磁式曲轴位置传感器
1)【结构】 感应线圈 信号凸齿
电磁式曲轴位置传感器
磁铁(永久磁铁) 信号转子
信号线圈 信号转子 永久磁铁
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2
电磁式曲轴位置传感器
一、控制原理及类型 1、控制原理： 1）当空气流经涡流发生器时，在其后侧不断产生空气漩涡，涡流数量与空气流速成正比。
2）通过测量单位时间内涡流的数量可计算出空气流速，再将空气通道的有效截面与空气流速相乘， 可知道吸入空气的量。
注：日本丰田凌志LS400、日本三菱车系和韩国现代车系的多数轿车均采用卡门旋涡式空气流量计
发动机ECU
进气量↑→电压信号↑ 个别车型也有电压信号降低的。
3点、火传开感关器关的闭检，测拔下连接器。拆开线束连接器，在空气流量计一侧测量相应端子之间（VC与E2、VS 与E2、THA与E2）的电阻应符合原车标准，否则应更换空气流量计。
1）就车检测：
1打）开就点车火检开测关：，测量VC与E2、VS与E2端子间的电压应符合标准值。
A：集成电路 RH：热线电阻 RK：温度补偿电阻 RA：精密电阻 RB：电桥电阻
3、传感器测试
◆静态检测
输出基准电压应低于0.5V
（静态时对流量计吹气，电压有变化为好）
◆动态检测
怠速热机后应为1.0V～ 1.3V 转速达到3000r/min后应为1.8V～ 2.0V
空 气 流 量 计
ECU
◆自洁功能
空气流量计
发动机ECU
二﹑热式空气流量计的类型及特点 1、控制类型
按测量元件形式分
热线式
热膜式
按测量元件位置分
类型
主流测量式 旁流测量式
2、控制特点 测量元件
元件位置
热线式：为铂丝热线，热线缠绕在陶瓷管上 热膜式：测量元件镀在陶瓷片上，称为热膜 主流测量式：将热线电阻安装在主进气道中 旁通测量式：将热线安装在旁通气道中