第二節 汽車電控系統原理

8. 電控發動機基本原理是什么?

發動機電控系統又稱發動機管理系統（EMS, Engine Management System）、發動機集中控制系統，就是將多項目控制集中在一個動力控制模塊（PCM, Power Control Module）或發動機控制單元（ECU, Engine Control Unit）上完成，共用傳感器。其主要組成都可分為信號輸入裝置、電子控制單元（ECU）和執行元件三部分（圖1-16）。

圖 1-16?發動機電控系統

（1）信號輸入裝置

主要指傳感器，用于采集控制系統所需的信息，并將其轉換成電信號，通過線路輸送給 ECU。

常用的傳感器有空氣流量計、進氣管絕對壓力傳感器、節氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器、爆震傳感器、啟動開關、空調開關、擋位開關、制動燈開關等。

（2）電子控制單元（ECU）

給傳感器提供參考電壓，接受傳感器或其他裝置輸入的電信號，并對所接受的信號進行存儲、計算和分析處理，根據計算和分析的結果向執行元件發出指令。

（3）執行元件

受 ECU 控制，具體執行某項控制功能。

常用的執行元件有噴油器、點火線圈、怠速控制閥、EGR 閥、炭罐電磁閥、燃油泵、節氣門控制電機、二次空氣噴射閥、儀表顯示器等。

9. 汽油噴射系統基本原理是什么?

在恒定壓力下，用噴油器把一定數量的汽油噴入節氣門體處的進氣管或者進氣道，或者直接噴入氣缸。

10. 什么是 D型燃油噴射系統?

電控燃油噴射系統按進氣量的計量方式分為 D 型燃油噴射系統和 L 型燃油噴射系統。

D 型燃油噴射系統通過檢測進氣歧管的真空度和發動機轉速來確定發動機的進氣量，由發動機 ECU 根據進氣管確定噴油量（圖 1-17）。

圖 1-17?D 型燃油噴射系統

11. 什么是 L型燃油噴射系統?

L 型燃油噴射系統利用空氣流量計直接測量發動機進氣量，電子控制單元是不用進行計算分配的，根據空氣流量計信號計算與該空氣相應的噴油量。由于直接用空氣流量計測試，取消了 ECU 推算，所以 L 型燃油噴射系統混合氣濃度控制相對比較精確（圖 1-18）。

圖 1-18?L 型燃油噴射系統

12. 什么是缸內直接噴射?

缸內直接噴射是將噴油器安裝在氣缸蓋上，使燃油直接噴入氣缸內，配合缸內的氣體流動形成可燃混合氣，容易實現分層燃燒和混合氣燃燒，可進一步提高汽油發動機的經濟和排放性能。

由于技術的進步，現在很多車型也采用缸內直接噴射技術，如大眾邁騰、明銳搭載的 1.8TSI 增壓直接噴射技術的發動機。該技術目前被廣泛應用。

13. 什么是開環控制系統?

開環控制系統對發動機及控制系統的精度要求高，控制精度低，無氧傳感器，當使用工況超出預定范圍時，不能實現最佳控制。ECU 根據傳感器的信號對執行器進行控制，而控制的結果是否達到預期目標對其控制過程沒有影響。

接受傳感器信號與預先存儲的各工況下的最佳供油參數對比，計算最佳供油量，后經功率放大器控制噴油器的噴油時間，從而控制空燃比。

診斷提示

開環控制也是在某些行車情況下的計算機控制策略。發動機第一次啟動時，通常也使用開環燃油控制策略（不管冷卻液溫度）。在節氣門全開時也使用開環控制策略，以獲得較濃的空燃比滿足負荷要求。在節氣門快速關閉時也使用開環控制策略。在這種情況下，短暫關閉噴油器，以產生稀的混合氣，防止多余燃油進入排氣系統。

14. 什么是閉環控制系統?

在閉環控制系統中，發動機排氣管上加裝了氧傳感器，根據排氣中含氧量的變化，判斷實際進入氣缸的混合氣空燃比，再通過 ECU 與設定的目標空燃比進行比較，并根據誤差修正噴油量。空燃比控制精度較高。

目前車輛均采用這種控制方式。閉環控制也稱反饋控制，在開環控制的基礎上，它對控制結果進行檢測，并反饋給 ECU，進行原先的控制修正。在運行過程中控制系統不斷進行測試和調整，使實際空燃比保持在最佳值附近，達到最佳控制的目的。

診斷提示

① 排氣的溫度使氧傳感器足夠熱時，能夠提供正確的電壓信號，ECU 將進入閉環控制模式。在閉環控制中，使用氧傳感器控制空燃比。

各制造廠家閉環控制時刻的選擇策略各有不同。有些系統根據氧傳感器信號、節氣門開度傳感器（TPS）信號、絕對壓力傳感器（MAP）信號或者空氣流量計（MAF）信號。

② 有些系統利用一個時間計數器來判斷，在發動機運行一段時間后進入閉環控制，所經歷的時間長度與發動機啟動時冷卻液的溫度傳感器（ECT）信號有關。

③ 個別系統只有在冷卻液溫度接近 79.4℃或者更高，并且氧傳感器的信號也正確時才能進入閉環控制。

15. 什么是空燃比控制?

活塞運動所產生的能量的大小與作用在活塞頂的壓力有關，活塞頂上壓力的大小取決于燃燒過程產生的熱量，空氣和燃料的完全燃燒能夠獲得最大熱量。

為了完成燃燒過程，必須有以下四個要素。

① 正確數量的空氣。

② 正確數量的燃油。

③ 在一個密封的容器中進行混合。

④ 這種混合氣必須在合適的時刻受到足夠數量的熱量的沖擊。

雖然還有其他因素影響燃燒過程，但這四個要素是最重要的。

診斷提示

雖然在發動機的所有運行工況中，不可能都發生完全燃燒，但在發動機和供油系統的設計中，一直都在爭取獲得完全燃燒。完全燃燒的結果是產生大量的熱量，將氣缸中的所有燃料和空氣轉換成水和二氧化碳。因為有可能發生不完全燃燒，所以不可能將所有燃料和空氣都轉換成水和二氧化碳，結果產生了燃燒污染物，而且減少了發動機的輸出功率。

發動機需要正確的空燃比以獲得良好的駕駛性能，降低排放，防止損壞發動機零部件。

空燃比不僅是影響發動機性能的主要因素，它也是影響發動機以下三種污染物生成量的主要因素。這三種污染物分別是碳氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）。這幾種污染物都是由于不合適的空燃比所產生的。所以維持合適的空燃比是排放控制系統設計的主要目標，它催生了今天的計算機控制燃油噴射系統。

診斷提示

在 EFI 系統中，計算機必須知道進入燃燒室中空氣的量（質量），以便確定維持化學計量空燃比所需要的燃油量。因為進入燃燒室中的空氣量是一個不斷變化的量，需要使用快速在線響應系統。計算機使用氧傳感器測量排氣中的含氧量。它能夠提供有關計算機控制的實際空燃比的信息，計算機將空燃比盡可能精確地維持在 14.7 附近。

噴油器脈寬確定噴入燃燒室中的燃油量，在大部分閉環控制工況下，計算機能提供合適的噴油脈寬維持正確的空燃比。例如，在怠速工況的噴油脈寬是 2ms，而在節氣門部分開度時，維持化學計量空燃比的噴油脈寬是 7ms。制造廠有維持化學計量空燃比的基本策略：速度密度法和質量流量法。無論使用哪種方法，為了控制合適的噴油脈寬，計算機必須知道吸入發動機的空氣量。