項(xiàng)目一電控發(fā)動(dòng)機(jī)的整體認(rèn)知1學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解電控發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程。2．掌握電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成。3．掌握電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理。4．掌握電控發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)。2任務(wù)引入隨著電子控制技術(shù)越來(lái)越多地被汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)采用，現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)有別于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在原有的兩大機(jī)構(gòu)五大系基礎(chǔ)上加入了更多的電子控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的功能包括燃油噴射控制、點(diǎn)火控制、怠速控制、廢氣再循環(huán)控制、配氣正時(shí)控制、可變進(jìn)氣控制等。電子控制技術(shù)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的運(yùn)用，不僅有效地解決了汽車(chē)高能耗問(wèn)題，同時(shí)還改善了尾氣排放問(wèn)題。3相關(guān)知識(shí)一、電控發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程電控發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段。1．電控發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的初級(jí)階段（20世紀(jì)60年代中期到70年代中期）最早研制汽車(chē)電子燃油噴射裝置的是美國(guó)本迪克斯（Bendix）公司。該公司于1957年開(kāi)始試用真空管電子控制系統(tǒng)，該電子控制汽油噴射系統(tǒng)首次裝在克萊斯勒豪華型轎車(chē)和賽車(chē)上，開(kāi)創(chuàng)了電控汽油噴射的先河。41958年，德國(guó)博世（BOSCH）公司研制成功了向進(jìn)氣管內(nèi)噴射汽油的機(jī)械控制汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，裝配在梅賽德斯-奔馳220S型轎車(chē)上，首次采用在進(jìn)氣歧管上安裝噴油嘴、燃油分組、機(jī)械控制式汽油噴射裝置。正是這種有部分電子元件參與的簡(jiǎn)單電子控制汽油噴射方式，為現(xiàn)在的EFI電子燃油控制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。51962年，德國(guó)BOSCH公司著手研究電子控制汽油噴射技術(shù)。1967年，德國(guó)BOSCH公司研制成功了K-Jetronic機(jī)械式汽油噴射系統(tǒng)。同年，BOSCH公司又開(kāi)發(fā)出了D-Jetronic電控汽油噴射系統(tǒng)，它是利用進(jìn)氣歧管的絕對(duì)壓力傳感器來(lái)檢測(cè)進(jìn)氣量的，該系統(tǒng)當(dāng)時(shí)被多個(gè)公司所采用，使電子控制汽油噴射技術(shù)得到了發(fā)展。最早在大眾公司生產(chǎn)的VW-l600型轎車(chē)上裝配了D-Jetronic電控汽油噴射系統(tǒng)，使其率先達(dá)到了當(dāng)時(shí)美國(guó)加州排放法規(guī)的要求。61972年，在D型電控汽油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，BOSCH公司開(kāi)發(fā)了L-Jetronic電控汽油噴射系統(tǒng)，用翼片式空氣流量傳感器直接測(cè)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)空氣的體積流量。1974年，美國(guó)通用汽車(chē)公司開(kāi)始在其生產(chǎn)的汽車(chē)上，將分立元件式電子點(diǎn)火控制器改成集成電路式點(diǎn)火控制器。通用汽車(chē)公司開(kāi)始加大火花塞的電極間隙，同時(shí)采用高能點(diǎn)火裝置，并將點(diǎn)火線圈與集成電路式點(diǎn)火控制器安放在分電器殼體內(nèi)。72．電控發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字發(fā)展階段（20世紀(jì)70年代末期到90年代中期）1979年，德國(guó)BOSCH公司開(kāi)始生產(chǎn)集電子點(diǎn)火和電控汽油噴射于一體的Motronic數(shù)字式電控發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制系統(tǒng)，它能對(duì)空燃比、點(diǎn)火時(shí)刻、怠速轉(zhuǎn)速和廢氣再循環(huán)等方面進(jìn)行綜合控制。與此同時(shí)，美國(guó)和日本各大汽車(chē)公司也相繼研制成功與各自車(chē)型配套的數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)。1979年又進(jìn)一步完善控制功能，發(fā)展成為EEC-

Ⅲ系統(tǒng)；同時(shí)開(kāi)發(fā)了能綜合控制點(diǎn)火時(shí)刻、廢氣再循環(huán)、空燃比和怠速轉(zhuǎn)速，并具有自我診斷功能的數(shù)子式發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)。81981年，德國(guó)BOSCH公司在L型電控汽油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用熱線式空氣流量傳感器取代翼片式空氣流量傳感器，研制成功了LH型電控汽油噴射系統(tǒng)。1982年，在增加電子控制電路的基礎(chǔ)上，BOSCH公司將K-Jetronic機(jī)械式汽油噴射系統(tǒng)發(fā)展為KE-Jetronic機(jī)電混合式汽油噴射系統(tǒng)。1983年，德國(guó)BOSCH公司又推出了燃油壓力只有0.1MPa的Mono-Jetronic單點(diǎn)低壓中央噴射系統(tǒng)。1984年，豐田推出速度密度型的TCCS汽油噴射裝置，能在各種工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)噴射時(shí)間、點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行了有效、出色地控制。93．精確控制電控發(fā)動(dòng)機(jī)階段（20世紀(jì)90年代中期以后）1990年以后，美國(guó)通用、福特和克萊斯勒三大汽車(chē)公司生產(chǎn)的汽車(chē)全部采用電控汽油噴射方式供油；歐洲和日本除出口東南亞的汽車(chē)由化油器供油外，其他汽車(chē)均采用電控汽油噴射方式供油。10二、電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成及工作原理1．電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成包括電控發(fā)動(dòng)機(jī)空氣供給系統(tǒng)、電控發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)、電控發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制系統(tǒng)、電控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)、電控發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制系統(tǒng)和隨車(chē)自診斷系統(tǒng)。11電控發(fā)動(dòng)機(jī)特征最明顯的電控燃油噴射系統(tǒng)由空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成。（1）空氣供給系統(tǒng)空氣供給系統(tǒng)的功能是測(cè)量和控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)所需的空氣量，它主要由空氣濾清器、空氣濾清器通氣軟管、空氣流量傳感器、節(jié)氣門(mén)體、怠速控制閥、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管以及進(jìn)氣壓力傳感器等組成?？諝饨?jīng)空氣濾清器過(guò)濾后，由空氣流量傳感器檢測(cè)進(jìn)氣量，通過(guò)節(jié)氣門(mén)體進(jìn)入進(jìn)氣總管，再通過(guò)進(jìn)氣歧管分配給各氣缸。12（2）燃油供給系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的功能是向氣缸內(nèi)供給燃燒時(shí)所需要的汽油量。燃油供給系統(tǒng)由油箱、電動(dòng)燃油泵、燃油濾清器、燃油分配管、噴油器、燃油壓力調(diào)節(jié)器及回油管等組成。（3）電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)由傳感器、ECU、執(zhí)行器組成。傳感器用于檢測(cè)溫度、混合氣濃度、空氣流量或壓力、曲軸轉(zhuǎn)速等數(shù)值并傳送給電控單元（ECU）。1314電子控制系統(tǒng)的組成電子控制系統(tǒng)的組成如圖所示。2．電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理汽車(chē)電控發(fā)動(dòng)機(jī)利用各種傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種狀態(tài)，經(jīng)ECU的計(jì)算、判斷發(fā)出指令，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下均能獲得合適的空燃比。這是它工作的核心內(nèi)容。電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理：電控發(fā)動(dòng)機(jī)的核心控制元件ECU一方面接收來(lái)自傳感器的信號(hào)，另一方面完成對(duì)信息的處理工作，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的控制指令來(lái)控制執(zhí)行元件完成正確的動(dòng)作；同時(shí)，ECU不斷監(jiān)測(cè)各元件的工作狀態(tài)，如果有故障信息，立即通過(guò)自診斷系統(tǒng)對(duì)外輸出。1516電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理如圖所示為電控發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理。傳感器是電控燃油噴射系統(tǒng)的“觸角”，是感知信息的部件，它負(fù)責(zé)向ECU提供汽車(chē)的運(yùn)行狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。執(zhí)行器負(fù)責(zé)執(zhí)行ECU發(fā)出的各項(xiàng)指令，執(zhí)行器主要有噴油器、怠速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)燃油泵、繼電器、各類(lèi)電磁閥、電子節(jié)氣門(mén)和點(diǎn)火模塊等。它們保證電控發(fā)動(dòng)機(jī)能夠協(xié)調(diào)工作。1718三、電控發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)燃油噴射是利用噴油器在低壓（250～350kPa）狀況下將燃油以霧狀噴入進(jìn)氣總管、進(jìn)氣道或氣缸內(nèi)，然后與空氣混合形成可燃混合氣。1．按發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料分類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)按使用的燃料不同，可分為汽油噴射系統(tǒng)和柴油噴射系統(tǒng)。2．按空氣流量的測(cè)量方式分類(lèi)按發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣量的測(cè)量方法，可分為直接測(cè)量方式和間接測(cè)量方式兩大類(lèi)。（1）直接測(cè)量方式直接測(cè)量方式是利用空氣流量傳感器直接測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣量，然后根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算每一循環(huán)需要的空氣量，并由此計(jì)算出該循環(huán)基本噴油量。直接測(cè)量方式包括體積流量測(cè)量方式和質(zhì)量流量測(cè)量方式兩種。191）體積流量測(cè)量方式體積流量測(cè)量方式是采用翼片式空氣流量傳感器或卡門(mén)渦流式空氣流量傳感器，直接測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣的體積流量。2）質(zhì)量流量測(cè)量方式質(zhì)量流量測(cè)量方式是采用熱線式空氣流量傳感器或熱膜式空氣流量傳感器，直接測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣的質(zhì)量流量。20（2）間接測(cè)量方式間接測(cè)量方式是利用進(jìn)氣壓力傳感器，將進(jìn)氣管的壓力轉(zhuǎn)化成ECU所能接受的電信號(hào)，由于空氣壓力與空氣流量成正比，因而ECU根據(jù)進(jìn)氣壓力的強(qiáng)弱，就可確定發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)氣量。常用的間接測(cè)量方式有節(jié)氣門(mén)開(kāi)度測(cè)量方式和絕對(duì)壓力測(cè)量方式兩種。1）節(jié)氣門(mén)開(kāi)度測(cè)量方式由節(jié)氣門(mén)位置傳感器測(cè)定的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出進(jìn)氣流量，從而計(jì)算出汽油噴射量。2）絕對(duì)壓力測(cè)量方式通過(guò)進(jìn)氣壓力傳感器測(cè)量進(jìn)氣管的絕對(duì)壓力，并由此和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出進(jìn)氣流量，從而確定汽油噴射量。21空氣流量各測(cè)量方式的特點(diǎn)見(jiàn)下表。22空氣流量各測(cè)量方式的特點(diǎn)3．按燃油噴射方式分類(lèi)（1）連續(xù)噴射型電控燃油噴射系統(tǒng)每個(gè)氣缸均安裝一個(gè)機(jī)械噴油器，只要系統(tǒng)給它提供一定的壓力，噴油器就會(huì)持續(xù)不斷地噴射出燃油，其噴油量的多少不是取決于噴油器，而是取決于燃油分配器中燃油計(jì)量槽孔的開(kāi)度及計(jì)量槽孔內(nèi)外兩端的壓差。（2）間歇噴射型電控燃油噴射系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，間歇地向進(jìn)氣歧管中噴油，其噴油量的多少取決于噴油器的開(kāi)啟時(shí)間，即發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）發(fā)出的噴油脈沖寬度。這種燃油噴射方式廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)在汽車(chē)的電控燃油噴射系統(tǒng)中。2324連續(xù)噴射型和間歇噴射型電控燃油噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)連續(xù)噴射型和間歇噴射型電控燃油噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)見(jiàn)下表。4．按燃油噴射位置分類(lèi)（1）缸內(nèi)噴射如圖所示，將高壓燃油直接噴射到氣缸內(nèi)。這種噴射技術(shù)使用特殊的噴油器，燃油噴霧效果好，并可在缸內(nèi)產(chǎn)生濃度漸變的分層混合氣，濃度從火花塞往外逐漸變稀。25缸內(nèi)噴射1、5—高壓噴油器2—火花塞3—垂直進(jìn)氣管

4—高壓燃油泵6—活塞（頂部成碗狀）（2）缸外噴射缸外噴射是在進(jìn)氣歧管內(nèi)噴射或在進(jìn)氣門(mén)前噴射。缸外噴射又可以分為單點(diǎn)噴射和多點(diǎn)噴射。1）單點(diǎn)噴射單點(diǎn)噴射是在節(jié)氣門(mén)體上安裝一個(gè)或兩個(gè)噴油器，向進(jìn)氣歧管中噴射燃油形成可燃混合氣。2）多點(diǎn)噴射多點(diǎn)噴射是在每一個(gè)氣缸的進(jìn)氣門(mén)前安裝一個(gè)噴油器，噴油器噴射出燃油后，在進(jìn)氣門(mén)附近與空氣混合形成可燃混合氣，這種噴射系統(tǒng)能夠較好地保證各缸混合氣總量和濃度的均勻性。2627缸內(nèi)噴射和缸外噴射的特點(diǎn)缸內(nèi)噴射和缸外噴射的特點(diǎn)見(jiàn)下表。5．按噴射裝置的控制方式分類(lèi)（1）機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)早在20世紀(jì)50—60年代就運(yùn)用在汽車(chē)上。BOSCH公司的K-Jetronic系統(tǒng)屬于該類(lèi)型，簡(jiǎn)稱(chēng)K系統(tǒng)。28機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)1—噴油器2—冷起動(dòng)噴油器3—燃油分配器4—混合器控制器5—暖機(jī)調(diào)節(jié)器6—油箱7—燃油濾清器8—電動(dòng)燃油泵9—蓄壓器10—速度繼電器11—最高速度切斷器12—輔助空氣閥13—節(jié)氣門(mén)位置開(kāi)關(guān)14—熱控正時(shí)開(kāi)關(guān)（2）機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng)由于機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)在噴油量的控制上存在一定的難度，因此又對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，在系統(tǒng)中增設(shè)了一個(gè)電控單元（ECU）。ECU根據(jù)冷卻液溫度、節(jié)氣門(mén)位置等傳感器的輸入信號(hào)來(lái)控制電液式壓差調(diào)節(jié)器的動(dòng)作，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工況下的空燃比進(jìn)行修正的目的，從而提高了控制系統(tǒng)的靈活性，稱(chēng)為機(jī)電混合控制系統(tǒng)，又稱(chēng)KE系統(tǒng)。2930機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng)1—噴油器2—冷起動(dòng)噴油器3—燃油分配器4—電液式壓差調(diào)節(jié)器5—油壓調(diào)節(jié)器6—油箱7—混合器控制閥8—電動(dòng)燃油泵9—燃油濾清器10—蓄壓器11—怠速空氣調(diào)節(jié)器12—節(jié)氣門(mén)位置開(kāi)關(guān)13—電子控制器14—冷卻液溫度傳感器15—熱控正時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng)如圖所示。（3）電子控制式燃油噴射系統(tǒng)電子控制式燃油噴射系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)電控燃油噴射（EFI）系統(tǒng)。在20世紀(jì)60—70年代大多只控制燃油噴射，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始與點(diǎn)火控制一起構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)。電控單元（ECU）通過(guò)各種傳感器來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度、排氣中的氧含量等的變化，再根據(jù)輸入信號(hào)和數(shù)學(xué)模型來(lái)確定所需的燃油噴射量，并通過(guò)控制噴油器的開(kāi)啟時(shí)間來(lái)控制噴入氣缸內(nèi)的每次循環(huán)噴油量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸內(nèi)可燃混合氣空燃比進(jìn)行精確控制的目的。3132電子控制式燃油噴射系統(tǒng)1—熱膜式空氣流量傳感器2—電控單元3—電動(dòng)燃油泵4—節(jié)氣門(mén)控制組件5—怠速電動(dòng)機(jī)（與節(jié)氣門(mén)控制組件一體）6—進(jìn)氣溫度傳感器7—油壓調(diào)節(jié)器8—噴油器9—爆震傳感器10—燃油濾清器11—點(diǎn)火線圈12—氧傳感器13—冷卻液溫度傳感器14—轉(zhuǎn)速傳感器電子控制式燃油噴射系統(tǒng)如圖所示。33四、電控發(fā)動(dòng)機(jī)的未來(lái)1．發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)完善現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)，開(kāi)發(fā)電控技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的新領(lǐng)域，通過(guò)汽車(chē)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的信息通訊，完成系統(tǒng)之間的各種必要的信息傳送與接收，實(shí)現(xiàn)高度集中控制和集中故障診斷的“整車(chē)控制技術(shù)”，這些都將是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。此外，除電子技術(shù)以外的新技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用也有待開(kāi)發(fā)。（1）柴油機(jī)電控技術(shù)未來(lái)幾年電控柴油機(jī)的應(yīng)用必將更加廣泛，柴油機(jī)電控技術(shù)也必將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。（2）進(jìn)、排氣控制技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣控制技術(shù)仍有較大的開(kāi)發(fā)潛力和空間。（3）新燃料發(fā)動(dòng)機(jī)目前汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要燃料仍然是汽油和柴油，但石油資源總會(huì)有枯竭的一天，為解決石油燃料的供需矛盾，尋找發(fā)動(dòng)機(jī)新的燃料一直是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究的重要課題。34（4）混合動(dòng)力裝置將電動(dòng)機(jī)與燃料發(fā)動(dòng)機(jī)有機(jī)結(jié)合在一起的混合動(dòng)力裝置，既能發(fā)揮燃料發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲的好處，在電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代到來(lái)之前，混合動(dòng)力裝置作為一種過(guò)渡產(chǎn)品，應(yīng)用前景不可忽視。（5）汽油機(jī)負(fù)荷控制技術(shù)取消汽油機(jī)的節(jié)氣門(mén)，利用電控技術(shù)通過(guò)控制噴油量來(lái)實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)負(fù)荷的“質(zhì)調(diào)節(jié)”，已成為汽油機(jī)技術(shù)研究的一個(gè)方向。當(dāng)然，該技術(shù)的關(guān)鍵是解決部分負(fù)荷時(shí)稀混