汽车发动机控制技术实验

《汽车发动机控制技术》实验指导书
编著:王奎洋
江苏技术师范学院
2006.08
目录
1. 发动机电子控制系统总体认识 (1)
2. 发动机电子控制系统元器件检测 (2)
3. 发动机电子控制系统数据流读取与分析 (3)
4. 发动机电子控制系统波形分析 (4)
5. 发动机电子控制系统故障诊断 (5)
实验一发动机电子控制系统总体认识
一、实验目的与要求
1、了解发动机电子控制系统的总体结构；
2、了解发动机电子控制系统的工作原理；
3、了解发动机电子控制系统主要元器件的布置位置和功用；
4、能够区分、识别发动机电子控制系统的主要传感器和执行器。

二、实验学时：2学时
三、实验设备与工具
1、桑塔纳AJR电喷发动机实验台一台；
2、AJR发动机电子控制系统结构图一套；
3、汽车发动机电子控制系统示教台一台；
4、各种类型的传感器与执行器若干；
5、常用工具一套。

三、实验原理
发动机电子控制系统主要由进气系统、燃油供给系统、点火系统和电子控制系统四个部分组成。

进气系统供给发动机在不同工况下正常燃烧所需要的空气，并对空气的进气量进行准确计量，一般包括空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气歧管等；燃油供给系统通常由电动汽油泵、汽油滤清器、压力调节器、脉动阻尼器、喷油器和冷起动喷油器等组成，它的任务是根据发动机各种工况的需要，将一定压力和计量精确的燃油喷入进气管道或气缸，形成质和量都符合要求的可燃混合气；点火系统经历了传统触点式点火系统、晶体管辅助触点式点火系统、无触点电子点火系统和微机控制点火系统四个阶段，微机控制点火系统一般由电子点火组件（点火器）、点火线圈、火花塞以及高压导线等组成。

电子控制单元根据曲轴位置传感器和转速、水温等工况传感器信号计算出点火时刻和通电时间，并将
计算结果送至电子点火组件，由点火组件控制点火线圈的初级电路接通和断开，使火花塞点火，产生火花点燃可燃混合气；电子控制系统根据传感器采集到的信号计算确定最佳喷油量、最佳喷油时刻和最佳点火时刻，再发出指令控制执行元件动作实现最佳控制。

其主要由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成。

传感器是一种信号检测与转换装置，安装在发动机的各个部位，其功能是检测发动机运行状态的各种电量、物理量和化学量参数，并将这些参量转换成计算机能够识别的电量信号输入电子控制单元。

电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）又称为发动机电脑，是发动机电子控制系统的核心部件。

其功能是根据各种传感器和控制开关输入的信号参数，对喷油量、喷油时刻和点火时刻等进行实时控制。

执行器是控制系统的执行机构，其功能是接受电控单元的控制指令，完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳的运行状态。

发动机电子控制系统的主要功能是控制进气量与喷油量的空燃比、喷油时刻与点火时刻，除此以外，还有怠速控制、废气再循环控制、发电机控制、燃油泵控制、二次空气喷射控制以及自诊断系统等辅助控制功能。

以桑塔纳AJR发动机为例，电子控制系统的主要组成部件如图1－1：
图1－1 AJR发动机电子控制系统主要组成部件
空气流量计通常安装在空气滤清器后面，主要有翼片式、卡门旋涡式、热线式和热膜式四种，其作用是将吸入发动机的空气量转换成电信号送至ECU。

空气流量计信号是确定基本喷油量的主要依据之一。

进气歧管绝对压力传感器一般安装在进气管道上，其作用与空气流量计相同（一般两者只有其一），用来测量发动机的进气量。

与空气流量计不同的是进气歧管绝对压力传感器依据发动机的负荷变化测出进气歧管绝对压力的相应值，采用间接测量方式测算发动机的进气量。

节气门位置传感器通常安装在节气门体上，可同时将节气门开度、怠速、大负荷等信号转换成电压信号送至ECU中，以便控制系统可以根据发动机的各种典型工况对其喷油量及点火提前角进行最优控制。

进气温度传感器和冷却液温度传感器的工作原理相同，目前采用普遍的是负温度系数热敏电阻式温度传感器。

它们分别安装于进气管道和冷却液管道上，用于感知进气温度和冷却液温度，判断发动机的热状态、计算进气空气的质量流量。

曲轴位置传感器分为光电式、电磁式和霍尔式三大类型，是发动机控制系统中最重要的传感器之一，可提供发动机的曲轴转角位置、气缸行程的位置信号及转速信号，以此确定发动机的基本喷有时刻、点火提前角及喷油正时。

就其安装位置而言，曲轴位置传感器有的安装在曲轴前端，有的安装在凸轮轴前端或分电器内以及飞轮上。

车型不同所采用的结构型式有所不同，所有就有曲轴位置传感器（转速传感器）和凸轮轴位置传感器（霍尔传感器）之说。

氧传感器安装于排气管上，是发动机空燃比控制的反馈信号，用
于检测发动机的实际空燃比，由此判断实际混合气是浓还是稀，并向
ECU提供空燃比的反馈信号，从而控制空燃比收敛于理论值，提高三元催化转换器的净化效果，降低排气污染。

爆燃程度目前广泛采用的是利用发动机机体振动检测法。

这类爆燃传感器有磁致伸缩和压电式两种类型，通常安装在机体上，用于检测发动机的爆燃程度，以此实现发动机点火时刻的闭环控制，可有效地抑制发动机爆燃现象的发生。

同时，由于闭环控制系统可将发动机的燃烧过程控制在微爆状态，故能有效地提高发动机的工作性能。

电动燃油泵安装位置有内置式和外置式两种，目前大多数EFI 系统采用内置式燃油泵，即安装在油箱内。

其作用是把燃油从油箱内吸出并通过喷油器供给各气缸。

喷油器是燃油喷射控制系统的一个关键部件，分为轴针式、球阀式和片阀式三种。

它根据ECU发出的喷油脉冲信号精确计量燃油喷射量，同时将燃油喷射后雾化。

点火控制模块用于接受电子控制单元输出的点火信号，并将信号进行功率放大后驱动点火线圈工作，使火花塞点火。

同时，点火控制模块向ECU发送点火确认反馈信号，如果ECU连续3～5次没能接受到该反馈信号，则判断点火系统存在故障，强行断油，致使发动机熄火。

怠速控制装置一般安装在节气门体内，分为附加空气阀式、真空控制阀式、步进电机式和旋转滑阀式等，根据电子控制单元发出的信号控制怠速状态下进气通道的截面积，从而实现控制怠速状态下的进气量的目的，以期达到目标空燃比。

活性炭罐控制系统用于防止汽油箱内的汽油蒸发排放到大气中产生污染，增加燃油消耗。

发动机工作时，ECU根据发动机的转速、温度、空气流量等信号，控制活性炭罐电磁阀的动作来控制排放控制阀上部的真空度，从而控制排放阀的开闭动作，接通或断开汽油蒸汽至进气歧管间的排放小孔。

四、实验步骤
（一）讲解：
结合桑塔纳AJR电喷发动机实验台、AJR发动机电子控制系统结构图、发动机电子控制系统示教台以及各种类型的传感器与执行器讲解：
1、进气系统
空气滤清器→空气流量计→进气管道→节气门体（节气门位置传感器和怠速控制装置）→稳压室（进气温度传感器）→进气歧管→气缸。

2、燃油供给系统
燃油箱→燃油泵→燃油滤清器→燃油脉动阻尼器→供油主管→燃油压力调节器→喷油器→活性炭罐→活性炭罐电磁阀。

3、点火系统
电子控制单元→点火控制模块→点火线圈→高压导线→火花塞。

4、电子控制系统
传感器：空气流量计→进气歧管绝对压力传感器→节气门位置传感器→进气温度传感器→冷却液温度传感器→曲轴位置传感器（转速传感器、霍尔传感器）→氧传感器→爆燃传感器；
电子控制单元；
执行器：电动燃油泵→喷油器→点火控制模块→怠速控制装置→活性炭罐电磁阀→氧传感器加热丝。

（二）学习交流：
学生分组学习、交流，老师现场答疑。

（三）考核：
采用点名抽查或举手问答的方式，结合发动机实验台，由学生回答发动机电子控制系统组成，传感器和执行器名称、安装部位以及功用等。

（四）内容拓展：
结合现有其它型号的发动机实验台，介绍欧洲、美洲、亚洲各种车系典型发动机电子控制系统的类型与特点。

五、安全注意事项
1、遵守实验室规章制度，注意人身安全；
2、未经许可，不得移动和拆卸仪器与设备；
3、严禁未经许可擅自扳动教具、设备的电源开关和点火开关。

六、思考题
1、简述汽油发动机控制系统的类型与控制内容。

2、简述氧传感器、爆燃传感器在发动机控制系统中的作用。