发动机控制系统和装置毕业论文

汽油机电控燃油喷射系统的点火控制(上)XXX(XX汽车电器研究所 )摘要:在发动机控制系统中,电控点火装置对发动机的点火控制包括点火提前角控制、通电时间控制和爆震控制3个方面。分别介绍了它们的控制原理、控制方式、控制方法、控制电路。在发动机的集中电控系统中, ECU (电子控制器)是一种电子综合控制装置。它不仅用来控制燃油喷射系统,同时还具有点火控制、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制等多项控制功能。其中的点火控制是重要功能之一。在发动机控制系统中,电控点火装置(Electronic Spark Advance,简称ESA)对发动机的点火控制包括点火提前角控制、通电时间控制和爆震控制3个方面。1发动机点火控制的发展在传统的化油器式汽油机中,点火控制系统经过了传统式(触点式)向无触点式发展的过程。在这一过程中,系统中的分电器仍一直采用机械式离心和真空提前机构来控制发动机的点火提前角。燃油喷射控制系统经历了机械控制(K系统)、机电混合式控制(K-E系统)到电子控制(EFI系统)的过程。随着EFI系统的出现和发展,点火控制系统开始采用电控点火装置(ESA)。EFI系统的点火控制随着电子工业的发展也经历了普通(传统)式到电控式的过程。在K系统或带普通分电器式的EFI系统中,由于仍采用机械式离心和真空提前机构,不能实现对影响发动机工况的多种因素的多元及非线性控制,这类EFI系统被称为普通EFI系统。而采用电控点火装置(ESA)的EFI系统中,去掉了分电器的机械式离心和真空提前机构,甚至去掉了分电器,其功能完全由ESA来承担,它可以使发动机在任何工况下均处于最佳点火提前状态,并实现3方面的功能:点火提前角控制、通电时间控制和爆震控制。2ESA的点火提前角控制在ECU中,预先存储记忆发动机在各种工况及运行条件下最理想的点火提前角。发动机运转时, ECU根据发动机的转速和负荷信号,确定基本点火提前角,并根据其他有关信号进行修正,最后确定点火提前角,并向点火电子组件输出点火指示信号,以控制点火系统的工作。2·1最佳点火提前角通常把发动机发出功率最大和油耗最小时的点火提前角称为最佳点火提前角。对现代汽车而言,最佳的点火提前角不仅应保证发动机的动力性和燃油经济性都达到最佳,还必须保证排放污染最小。2·2影响点火提前角的因素2·2·1发动机转速当发动机转速升高时,点火提前角相应增大(但非线性关系),在普通式的EFI系统中,由于采用的是机械式离心提前调节器,所以调节曲线与理想点火调节曲线相差较大。当采用ESA时,可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。2·2·2进气歧管绝对压力(负荷)当进气歧管压力高(真空度小、负荷大)时,要求点火提前角小;当进气歧管压力低(真空度高、负荷小)时,要求点火提前角大。但它们也非线性关系。在普通式的EFI系统中,由于采用的是机械式真空提前调节器,所以调节曲线与理想点火调节曲线相差较大。当采用ESA时,可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。2·2·3汽油的辛烷值发动机在一定条件下,会出现爆震现象。爆震使发动机动力下降、油耗增加、发动机过热,对发动机极为有害。发动机的爆震与汽油品质有密切关系,常用辛烷值来表示汽油的抗爆性能。汽油的辛烷值越高,抗爆性越好,点火提前角可增大;辛烷值越低,抗爆性越差,点火提前角则应减小。在无电控的普通点火系统中,是靠人工对分电器初始位置进行调节来实现的。在EFI中,为了适应不同辛烷值的汽油的需要,在ECU中存储了2张点火正时图,在实际使用中,可根据不同的汽油品种进行选择。在出厂时,一般开关设定在无铅优质汽油的位置上。2·2·4其它因素最佳点火提前角还与发动机燃烧室的形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度等因素有关。在普通EFI系统中,当上述因素变化时,系统无法对点火提前角进行调整。当采用ESA时,发动机在各种工况和运行条件下,都能提供理想的点火提前角,因此发动机的动力性、经济性和排放都可以达到最佳。2·3点火提前角控制系统的组成及功用(表1)表1点火提前角控制系统的组成及功用名称功用传感器空气流量计(用于L型EFI)进气歧管绝对压力传感器(用于D型EFI)检测进气量分电器曲轴位置传感器(NE信号)检测曲轴角度(转速)凸轮轴位置传感器(G1、G2信号)检测凸轮轴(曲轴)角度基准位置节气门位置传感器向ECU输入点火提前角修正用信号水温传感器检测发动机冷却水温度,向ECU输入点火提前角修正用信号起动开关(起动信号)向ECU输入发动机正在起动中的信号空调开关A/C向ECU输入空调的工作状态(ON、OFF)信号车速传感器检测车速,向ECU输入车速信号空档起动开关检测换档手柄置于N档或P档爆震传感器检测发动机爆震信号点火电子组件(点火模块)根据ECU输出的点火控制信号,控制点火线圈初级电流的通断,产生次级高压。同时,向ECU反馈点火确认信号ECU根据各传感器输入的信号,计算出最佳点火提前角,并将点火控制信号输送给点火电子组件2·4点火提前角的控制方式2·4·1点火正时控制在ESA中,点火提前角的控制包括发动机起动期间和起动后的2种基本情况。a·起动期间点火时间控制(图1a)当发动机在起动期间时,转速较低(通常在500 r/min以下),由于进气歧管压力信号或进气量信号不稳定,因此常将点火时间固定在初始点火提前角(其大小随发动机而异)。此时点火时刻与发动机工况无关,故不经ECU计算,直接由传感器信号控制一个固定的初始点火提前角。当发动机转速超过一定值时,自动转换为由ECU的点火正时信号IGT控制。b·起动后点火时间控制(图1b)根据有关传感器送来的信号, ECU计算出最佳点火时刻,输出点火正时信号IGT,控制点火电子组件点火。此时,点火时间由进气歧管压力信号(或进气量信号)和发动机转速确定的基本点火提前角和修正量决定。修正项目随发动机而异,并根据发动机各自图1点火时间控制(a)起动期间点火时间控制(b)起动后点火时间控制的特性曲线进行修正。以上2种情况可归纳如下:

怠速不稳是发动机维修中遇到最多的故障。如果诊断思路不正确会延长修理时间、降低工作效率，甚至使车主等待不及而转到另一家汽修厂。本文是笔者在长期实践中对此故障的摸索和总结，供同行参考。一、怠速不稳的分类1. 如何观察怠速不稳①观察发动机缸体抖动程度，也可以观看机油尺把晃动的程度，平稳的油尺把很清晰，抖动的油尺把看起来是双的；②从发动机转速表或读数据块观察，转速以怠速期望值为中心抖动，或在期望值一侧剧烈抖动，程序中的怠速期望值包括标准怠速值、负荷（打开灯光，自动变速器挂上挡等）怠速值、空调怠速值、暖车怠速值；③原地启动发动机，坐在座椅上感觉车身剧烈抖动。2. 按出现规律分类①冷车（冷却液温度低于50℃）有节奏的不稳；②热车（冷却液温度高于50℃）有节奏的不稳；③无规律的剧烈抖动一、两下。3、按抖动程度分类①正常，以怠速期望值±10r/min抖动；②一般不稳，以怠速期望值±20r/min抖动；③严重不稳，超过怠速期望值±20r/min抖动；④在怠速期望值的一侧剧烈抖动。4. 按原因关联分类①直接原因，指机械零件脏污、磨损、安装不正确等，导致个别汽缸功率的变化，从而造成各汽缸功率不平衡，致使发动机出现怠速不稳；②间接原因，指发动机电控系统不正常，导致混合气燃烧不良，造成各汽缸功率难以平衡，使发动机出现怠速不稳。5. 按故障系统分类①进气系统；②燃油系统；③点火系统；④发动机机械系统。6. 怠速抖动机理汽缸内气体作用力的变化（一个汽缸气体作用力变化或几个汽缸气体作用力变化），引起各汽缸功率不平衡，导致各活塞在做功行程时的水平方向分力不一致，出现对发动机横向摇倒的力矩不平衡，从而产生发动机抖动。也可以说，凡是引起发动机汽缸内气体作用力变化的故障都有可能导致发动机怠速抖动。二、怠速不稳的原因1. 进气系统(1)进气歧管或各种阀泄漏当不该进入的空气、汽油蒸汽、燃烧废气进入到进气歧管，造成混合气过浓或过稀，使发动机燃烧不正常。当漏气位置只影响个别汽缸时，发动机会出现较剧烈的抖动，对冷车怠速影响更大。常见原因有：进气总管卡子松动或胶管破裂；进气歧管衬垫漏气；进气歧管破损或其它机件将进气歧管磨出孔洞；喷油器O型密封圈漏气；真空管插头脱落、破裂；曲轴箱强制通风（PCV）阀开度大；活性炭罐阀常开；废气再循环（EGR）阀关闭不严等。(2)节气门和进气道积垢过多节气门和周围进气道的积炭、污垢过多，空气通道截面积发生变化，使得控制单元无法精确控制怠速进气量，造成混合气过浓或过稀，使燃烧不正常。常见原因有：节气门有油污或积炭；节气门周围的进气道有油污、积炭；怠速步进电机、占空比电磁阀、旋转电磁阀有油污、积炭。(3)怠速空气执行元件故障怠速空气执行元件故障导致怠速空气控制不准确。常见原因有：节气门电机损坏或发卡；怠速步进电机、占空比电磁阀、旋转电磁阀损坏或发卡。(4)进气量失准控制单元接收错误信号而发出错误的指令，引起发动机怠速进气量控制失准，使发动机燃烧不正常，属于怠速不稳的间接原因。常见原因有：空气流量计或其线路故障；进气压力传感器或其线路故障；发动机控制单元插头因进水接触不良或电脑内部故障。2. 燃油系统(1)喷油器故障喷油器的喷油量不均、雾状不好，造成各汽缸发出的功率不平衡。常见原因有：喷油器堵塞、密封不良、喷出的燃油成线状等。(2)燃油压力故障油压过低，从喷油器喷出的燃油雾化状态不良或者喷出的燃油成线状，严重时只喷出油滴，喷油量减少使混合气过稀；油压过高，实际喷油量增加，使混合气过浓。常见原因有：燃油滤清器堵塞；燃油泵滤网堵塞；燃油泵的泵油能力不足；燃油泵安全阀弹簧弹力过小；进油管变形；燃油压力调节器有故障；回油管压瘪堵塞。(3)喷油量失准各传感器或线路故障，导致控制单元发出错误指令，使喷油量不正确，造成混合气过浓或过稀，属于怠速不稳的间接原因。具体原因有：空气流量计（或进气歧管压力传感器）故障；节气门位置传感器故障；节气门怠速开关故障；冷却液温度传感器故障；进气温度传感器故障；氧传感器失效；以上传感器的线路有断路、短路、接地故障；发动机控制单元插头因进水接触不良或电脑内部故障。3. 点火系统(1)点火模块与点火线圈近些年各车型多将点火模块与点火线圈制成一体，点火模块或点火线圈有故障主要表现为高压火花弱或火花塞不点火。常见原因有：点火触发信号缺失；点火模块有故障；点火模块供电或接地线的连接松动、接触不良；初级线圈或次级线圈有故障等。(2)火花塞与高压线火花塞、高压线故障导致火花能量下降或失火。常见原因有：火花塞间隙不正确；火花塞电极烧蚀或损坏；火花塞电极有积炭；火花塞磁绝缘体有裂纹；高压线电阻过大；高压线绝缘外皮或插头漏电；分火头电极烧蚀或绝缘不良。(3)点火提前角失准由于传感器及线路故障属于引起怠速不稳的间接原因，控制单元发出错误指令，使点火提前角不正确，或造成点火提前角大范围波动。常见原因有：空气流量计或进气压力信号故障；霍尔传感器故障；冷却液温度传感器故障；进气温度传感器故障；爆震传感器故障；以上传感器的线路有断路、短路、接地故障；发动机控制单元因进水引起插头接触不良或内部电路损坏。(4)其它原因三元净化催化器堵塞引起怠速不稳，这种故障在高速行驶时最易发现。自动变速器、空调、转向助力器有故障会增加怠速负荷，引起怠速不稳。发动机控制单元与空调、自动变速器控制单元之间的怠速提升信号中断，在安装CAN-BUS的车辆存在总线系统故障。随着新技术、新结构的增加，引起怠速不稳的因素会更多，诊断者必须全面考虑问题。4. 机械结构(1)配气机构配气机构故障导致个别汽缸的功率下降过多，从而使各汽缸功率不平衡。常见原因有：正时皮带安装位置错误，使各缸气门的开闭时间发生变化，导致配气相位失准，各汽缸燃烧不正常。气门工作面与气门座圈积炭过多，气门密封不严，使各汽缸压缩压力不一致。凸轮轴的凸轮磨损，各缸凸轮的磨损不一致导致各汽缸进入空气量不一致。气门相关件有故障，如气门推杆磨损或弯曲，摇臂磨损，气门卡住或漏气，气门弹簧折断等。我曾遇到2例因气门弹簧折断而出现间断性怠速抖动，使用各种仪器检测都不能确定原因，拆卸气门弹簧后才发现故障原因。另外，装有液压挺杆的发动机，在通往汽缸盖的机油道上安装一个泄压阀，当压力高于300kPa，打开该阀。如果该阀堵塞，由于压力过高会使液压挺杆伸长过多，导致气门关闭不严。进气门背部存在大量积炭，使冷车时吸附刚喷入的燃油，而不能进入汽缸，由于混合气过稀导致冷车快怠速不稳。(2)发动机体、活塞连杆机构这些故障都会使个别汽缸功率下降过多，从而使各汽缸功率不平衡。常见原因有：汽缸衬垫烧蚀或损坏，造成单缸漏气或两缸之间漏气；活塞环端隙过大、对口或断裂，活塞环失去弹性；活塞环槽内积炭过多；活塞与汽缸磨损，汽缸圆度、圆柱度超差；因汽缸进水后导致的连杆弯曲，改变压缩比；燃烧室积炭会改变压缩比，积炭严重导致怠速不稳。(3)其它原因曲轴、飞轮、曲轴皮带轮等转动部件动平衡不合格，发动机支脚垫断裂损坏，发动机底护板因变形与油底壳相撞击等，这些原因只会造成发动机振动而不影响转速。三、怠速不稳的诊断方法进气系统、燃油系统、点火系统、发动机机械故障均会导致发动机怠速不稳现象，因此诊断产生发动机怠速不稳现象的原因是一项涉及面较广、难度较大的工作，轻易换件的方法是不可取的。怠速不稳故障的原因有百般变化，应根据检测结果、理论分析、维修经验做出正确判断，所以说诊断工作是有规律可循的。1. 询问车主接车后应向车主了解：①最早出现怠速不稳的时间；②怠速不稳时的发动机温度；③该车行驶里程；④车主经常驾驶的道路和习惯；⑤该车保养情况；⑥该车维修历史；⑦该车是否加装设备。通过以上了解可对怠速不稳有初步判断，缩短检查时间，避免在检修时做无用功。2. 外观检查打开发动机罩检查：观察发动机运转情况，抖动程度，同时观察发动机转速表指针的摆动幅度，是否偏离怠速期望值；观察是正常怠速抖动，还是负荷怠速抖动（打开空调、灯光、挂入挡位、打方向盘等）；发动机外部件是否有异常；真空管有无脱落、破损；电线插接器有无松脱；是否存在漏油、漏水、漏气、漏电的四漏现象；排气管是否“突、突”（说明燃烧不好）、冒黑烟、有生汽油味等不正常现象；节气门拉线是否调整合适。3. 查询分析故障码读码（永久性、偶发性故障码都要记录）——清码——运行（此时要再现故障发生的条件）——再读码。阅读维修手册中的故障码列表，查阅故障码发生的原因、影响、排除方法。对偶发性故障码不能忽视，往往怠速不稳时刻正是偶发故障码出现之时。经过分析确定下一步检修工作。如果没有故障码存储，要考虑控制单元不监视的元件可能存在故障，例如桑塔纳2000时代超人的控制单元不能对点火系统、燃油泵进行监控，对这两个部件应采用测量方法检查。4. 阅读分析数据块数据块可以提供发动机运转中的实时数据，能否正确分析数据块代表诊断者的技术水平，对那些不正确的数据要分析其原因。对于怠速不稳，要读发动机转速、节气门开度、发动机工况、怠速空气流量学习值、怠速空气调节值、怠速λ学习值、怠速λ调节、吸入空气量、点火提前角、λ传感器信号电压、冷却液温度、进气温度等数据。数据实时值、学习值和调整值以实际值或百分率表示，工况以文字表示。5. 检测根据故障现象、故障码内容、数据块数值确定检测内容。根据检测对象选择万用表、二极管测试笔、尾气检测仪、燃油压力表、真空表、汽缸压力表、示波器、模拟信号发生器、喷油器检测清洗仪等，选择哪一种仪器应视具体情况来定，出发点是能迅速、准确判断故障。尾气检测和波形分析很重要，也可以用断缸法迅速找到输出功率小的汽缸，使用真空表可以分析影响真空度的具体原因。检测的原则是从电到机、从简到繁。可以按电控系统、点火系统、进气系统、燃油系统、发动机机械部分的顺序进行。6. 故障排除诊断者根据上述检查结果和维修手册中的故障排除指南，制定适合本车的排除方法。排除方法一般有：清洗节气门与进气道、清洗检查喷油嘴、更换电气元件、检查线束的故障点、清洁接地点、修理发动机机械结构等工作。7. 检验交车故障排除后必须用诊断仪、尾气分析仪再检测一遍，确认故障完全排除后方能交给车主。在3天内必须电话跟踪一次，目的是：①对用户车辆的维修质量负责，提示用户使用车辆的注意事项；②将该车的最终情况记录在维修笔记中，不断积累维修经验。