项目一 发动机电控系统总体认识

学习目标

1.熟悉发动机电控系统的发展。

2.熟悉发动机电控系统的基本组成。

3.熟悉发动机电控系统的应用。

任务引入

一辆大众宝来轿车经过钣金和喷漆修理后，出现了发动机怠速运转不稳的症状，用故障诊断仪检测发动机电控系统，无故障码显示。采用常规检修方法，也不能排除故障。这是怎么回事呢？

虽然汽车发动机电控系统的结构、性能随着其他技术的发展和人们要求的改变不断变化，但是，若能真正掌握汽车发动机电控系统的作用、基本工作原理，及时了解新技术在汽车发动机电控系统的应用，就一定能适应汽车技术发展的要求。

相关知识

一、发动机电控技术发展概述

汽油发动机电控技术的发展一般可分为以下几个阶段。

1.1934—1957年为第一阶段

（1）汽油发动机喷射系统在20世纪30年代始用于军用发动机。1934年，德国成功研制了第一架采用汽油喷射发动机的军用飞机，该发动机采用了向进气管连续喷射汽油的混合气配制方法。

（2）第二次世界大战后期，美国开始采用机械式柱塞喷射泵向发动机气缸内直接喷射汽油。第二次世界大战之后，汽油喷射技术逐渐应用到汽车发动机上。

（3）1952年，德国生产的Daimler-Benz 300L型赛车装用了德国博世（Bosch）公司生产的第一台机械控制式汽油喷射装置，它采用气动式混合调节器控制空燃比，向气缸内直接喷射汽油。

（4）1957年，美国奔迪克斯（Bendix）公司公布其对电控汽油喷射装置的研究，但该系统没有付诸应用。

这一阶段的主要特征是飞机发动机的燃油喷射技术成功地移植到汽车发动机上，车用汽油喷射装置大多采用机械式柱塞喷射泵，控制功能是借助于机械装置实现的，结构复杂，价格昂贵，因此发展缓慢，技术上无重大突破，应用范围也仅限于赛车和为数不多的追求高速和大功率的豪华轿车。

2.1958—1979年为第二阶段

20世纪60年代，在一些发达国家中，随着汽车数量与日俱增，汽车排放的尾气对大气的污染也日趋严重，加之曾一度出现的世界能源危机，美国、日本和欧洲各国纷纷制定了更加严格的燃油经济法规和汽车废气排放法规，迫使世界汽车工业寻求各种技术途径来降低燃油消耗和减少排放污染。为了满足汽车的燃油经济性、行驶性，尤其是废气排放法规日益严格的要求，各厂家对传统的机械式化油器发动机做了各种各样的改进与革新。

（1）1967年，德国Bosch公司研制出K型（K-Jetronic）燃油喷射系统，它是一种机械式的燃油喷射系统，这种系统曾广泛应用在德国奔驰公司和大众公司的发动机上。20世纪80年代末期，我国长春一汽大众生产的五缸和六缸奥迪发动机也曾经装配过这套系统。它是由电动燃油泵和燃油压力调节器配合，形成一定的燃油系统压力，这种具有一定压力的燃油经燃油分配器输送给各个气缸的机械式喷油器，喷油器向进气口连续喷射需要的燃油，因此又称为连续喷射系统。其中，有些发动机的控制模块主要用于控制怠速，而不能控制燃油喷射。

（2）在K型燃油喷射系统的研制基础上，德国博世公司开始着手研究开发电子控制汽油喷射技术，通过增加空气流量传感器、节气门位置传感器、发动机冷却液温度传感器、氧传感器等元件，将其改进发展成为KE型（KE-Jetronic）燃油喷射系统，即机电混合控制的燃油喷射系统，开创了发动机汽油喷射的电子控制时代。

KE型燃油喷射系统发动机控制单元（ECU）根据各个传感器的信号，通过调节器来改变供油的压差，调节汽油供给量，从而修正不同工况混合气的浓度。KE型燃油喷射系统主要应用在德国奔驰等车型上。相对K型燃油喷射系统，KE型对混合气控制的精度有了明显的提高。由于该系统的主要功能仍由机械装置完成，控制精度偏低，至20世纪90年代初，该系统已逐渐被淘汰。

（3）也是在1967年，德国博世公司开发出用进气歧管真空度控制空燃比的D型（D-Jetronic）模拟电子控制燃油喷射系统。

（4）1973年，D型模拟电子控制燃油喷射系统经改进发展为采用翼板式空气流量计直接测量进气空气体积流量来控制空燃比的L型（L-Jetronic）电子控制燃油喷射系统。后来又相继开发出采用热线式和热膜式空气流量计的更先进的电子控制燃油喷射系统，进一步提高了控制精度。

（5）20世纪70年代后期，全球电子技术有了长足的进步，特别是集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的发展，迅速推动了计算机控制技术在汽车技术上的应用。汽车发动机电子控制技术从单一的点火时刻控制和单一的燃油喷射空燃比控制开始，逐步发展到包含发动机怠速控制、可变进气控制、废气再循环（EGR）控制、燃油蒸发（EVAP）控制、涡轮增压控制等多项技术的发动机综合控制系统（也称发动机集中控制系统）。

（6）1979年，德国博世公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射系统于一体的数字式发动机综合控制系统。在这期间，美国通用（GM）公司的DEFI系统、美国福特（Ford）公司的EEC系统、日本丰田（TOYOTA）公司的EFI系统、日本日产（NISSAN）公司的TCCS系统，等等，都是发动机集中控制系统。

这一阶段的主要特征是汽油发动机燃油喷射控制实现了从机械控制、模拟电路控制向数字电路控制的发展，以计算机为控制核心的发动机集中管理系统在汽油机中得到了广泛应用，发动机集中管理的控制功能不断拓展，使汽油机的综合性能得到了全面提高。

3.1980—1995年为第三阶段

在D型、L型电控燃油喷射系统普及初期，其价格比较昂贵，超出一般家庭的购买能力。为了将电控燃油喷射系统发动机进一步推广到普通家用轿车上，一些汽车公司推出了单点燃油喷射系统。所谓单点燃油喷射系统，就是在进气歧管原来安装化油器的部位安装了一个大功率电磁式喷油器，进行集中燃油喷射。

（1）1980年，美国通用（GM）公司研制成功一种结构简单、价格低廉的发动机节气门体喷射（TBI）系统。

（2）1983年，德国博世公司也推出了Mono-Jetronic单点喷射（SPI）系统。

（3）1995年，美国率先在轿车上全部采用了电控汽油喷射系统；欧洲生产的轿车采用电控汽油喷射系统的占90%以上。

4.20世纪90年代中后期至现在为第四阶段

（1）20世纪90年代中后期，随着计算机网络技术的运用与发展，发动机电子控制系统已成为车载局域网络的重要组成部分。

（2）1997年以后，欧洲、美国等部分厂家的汽油发动机开始采用汽油直喷技术进行分层稀薄燃烧，进一步降低了发动机的油耗和排放。

（3）由于电子技术在汽车上应用越来越成熟，加之减少汽车尾气排放和环境保护的需要，从2001年9月开始，我国明令在全国停止销售化油器汽车。

随着社会和汽车相关科学技术的进一步发展，电子控制技术在汽车上的应用已逐步扩展到车用汽油发动机以外的底盘、车身和车用柴油发动机多个领域，各种车用电控系统日趋完善。

时至今日，汽车电子化、信息化的步伐迈得更快，发动机电控系统不但得到了广泛的应用和迅猛发展，而且其技术水平已达到相当高的程度。

二、发动机电控系统的优点

发动机电控系统最突出的优势是能实现空燃比的高精度控制。喷油器布置在发动机各缸靠近进气门的位置，如此每一缸可以得到相等的燃油量，使吸入气缸内的混合气一致，因此，发动机可以在较稀薄的混合气下工作，排气中可以减少有害物质的排放且节省燃油。

发动机电控系统的优点如表1-1所示。

三、发动机电控技术的应用

发动机电控系统的应用如表1-2所示。

除上述控制系统外，应用在发动机上的电控系统还有冷却风扇控制、配气正时控制、发电机控制等系统。应当说明的是，上述各控制系统在不同的汽车发动机上，只是或多或少地采用。随着汽车技术和电子技术的发展，发动机控制系统的功能必将日益完善。

四、发动机电控系统的组成

1.发动机电控系统零部件基本组成

发动机电控系统主要由传感器、电控单元（ECU）和执行器三大部分组成，如图1-1所示。

（1）传感器

传感器是电控系统中的信号输入装置，其功用是采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。

（2）电控单元

电控单元（Electronic Control Unit，ECU）也称电脑、控制单元，它是由集成电路组成的用于实现对数据的分析、处理、发送等一系列功能的综合控制装置。

（3）执行器

执行器是电控系统中的执行机构，功能是接受电控单元的指令，完成具体的控制动作。

2.常见传感器

发动机电控系统使用很多传感器，常见传感器主要有以下几种。

（1）空气流量传感器

空气流量传感器（MAFS）也称空气流量计，实物如图1-2所示。在L型电控燃油喷射系统中，由空气流量传感器测量发动机的进气量，并将其转换成电信号传送给ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。

空气流量传感器一般安装在发动机进气管上，在节气门体与空气滤清器之间，如图1-3所示。

（2）进气歧管绝对压力传感器

进气歧管绝对压力传感器（MAPS）也称进气压力传感器，实物如图1-4所示。在D型电控燃油喷射系统中，由进气歧管绝对压力传感器测量进气管内气体的绝对压力，并将其转换成电信号传送给ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。

进气歧管绝对压力传感器一般安装在节气门体后方的进气管上，如图1-5所示。

（3）节气门位置传感器

节气门位置传感器（TPS）实物如图1-6所示。节气门位置传感器可以检测节气门的开度、开度变化（如全关（怠速）、全开）及节气开闭的速率（单位时间内开闭的角度）信号，并将此信号传送给ECU，用于燃油喷射控制及其他辅助控制，实现加速加油、减速减油或减速断油控制。

如图1-7所示，节气门位置传感器安装在节气门体上，通常在节气门拉线（如有拉线）对面，是一个和节气门轴连接在一起的滑动变阻器。

（4）曲轴位置传感器

曲轴位置传感器（CKPS）也称发动机转速传感器，实物如图1-8所示。曲轴位置传感器用来检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，作为喷油正时控制和点火正时控制的主控制信号。

曲轴位置传感器通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内。图1-9所示为曲轴位置传感器安装在飞轮处的情况。

（5）凸轮轴位置传感器

凸轮轴位置传感器（CMPS）也称判缸传感器，实物如图1-10所示。凸轮轴位置传感器给ECU提供曲轴转角基准位置信号（G信号），作为喷油正时控制和点火正时控制的主控制信号。

凸轮轴位置传感器通常安装在分电器内（如有分电器）或凸轮轴上。图1-11所示为凸轮轴位置传感器安装在凸轮轴上的情况。

（6）进气温度传感器

进气温度传感器（IATS）实物如图1-12所示。进气温度传感器给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。

进气温度传感器可独立装于进气的气路中，或与空气流量传感器、进气歧管绝对压力传感器组成一体，可以安装在节气门体前或节气门体后。图1-13所示为进气温度传感器安装在进气管上的情况。

（7）冷却液温度传感器

冷却液温度传感器（ECTS）实物如图1-14所示。冷却液温度传感器给ECU提供发动机冷却液温度信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。冷却液温度传感器信号也是其他控制系统（如怠速控制和废气再循环控制等）的控制信号。

冷却液温度传感器安装在发动机缸体、缸盖冷却液的通道上，如图1-15所示。

（8）爆燃传感器

爆燃传感器（KS）实物如图1-16所示。爆燃传感器用于检测汽油机是否爆燃及爆燃强度如何，并将此信号输入ECU，作为点火正时控制的修正（反馈）信号。

爆燃传感器通常安装在发动机气缸体中上部或火花塞上，如图1-17所示。

（9）氧传感器

氧传感器（Q2S）实物如图1-18所示。氧传感器检测排气中的氧含量，向ECU输送空燃比的反馈信号，进行喷油量的闭环控制。

氧传感器通常安装在发动机排气管上，如图1-19所示。

图1-19 氧传感器安装位置

3.发动机电控单元

发动机电控单元（ECU）实物如图1-20所示。发动机电控单元是一种综合控制电子装置，其功用是储存该车型的特征参数和运算中所需的有关数据信息；给各传感器提供参考（基准）电压，接受传感器或其他装置输入的电信号，并对所接收的信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行元件发出指令，或根据指令输出自身已储存的信息；进行自我修正等。

发动机电控单元一般安装在仪表板、杂物箱、座椅或发动机内，安装位置如图1-21所示。

4.常见执行器

发动机电控系统使用很多执行器，常见的执行器有以下几种。

（1）喷油器

喷油器（INJ）实物如图1-22所示。喷油器可根据ECU的喷油脉冲信号，精确计量燃油喷射量，将燃油以一定压力喷出并雾化。

在多点喷油系统中，喷油器通过密封垫圈安装在进气歧管或进气道附近的缸盖上，并用输油管将其固定，每缸有一个喷油器。喷油器的安装位置如图1-23所示。

（2）怠速控制阀

怠速控制阀（ISCV）也称为怠速电机或步进电机，实物如图1-24所示。怠速控制阀的功能是控制发动机的怠速转速，即通过改变进气管旁通气道的进气量，维持发动机在目标转速下稳定运转。

怠速控制阀安装在进气歧管附近，如图1-25所示。

图1-25 怠速控制阀安装位置

（3）电动燃油泵

电动燃油泵（FP）实物如图1-26所示。电动燃油泵用于建立油压，为燃油喷射系统提供规定压力的燃油。

电动燃油泵通常安装在燃油箱内，如图1-27所示。

（4）活性炭罐电磁阀

活性炭罐电磁阀（ACCV）实物如图1-28所示。炭罐吸收油箱中汽油挥发出来的油气，防止油气进入大气污染环境，活性炭罐电磁阀的功用是根据ECU的控制指令信号而打开，将炭罐中的汽油引入发动机进行燃烧。电磁阀在断电情况下关闭，通电时打开。

如图1-29所示，活性炭罐电磁阀一般安装在发动机舱内或空气滤清器附近。

除了上述的执行器之外，还有一些执行器，如巡航控制电磁阀、废气再循环阀、进气控制阀、二次空气喷射阀、真空电磁阀等。