湖北职业技术学院 机电工程系
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湖北职业技术学院 机电工程系
第五章
汽油机集中控制系统实例
1,燃油系统的特点
1) 目前生产的 1UZ-FE发动机取消了冷起动喷油器和温度一时间开关, 而采用全电脑控制
的冷起动 。 在冷态下起动时, ECU会发出增加喷油的指令, 从而使冷起动的空燃化控制得
更为精确, 排气净化功能更好 。
2) 燃油泵实行 ECU控制, 分为高, 低速的二级控制, 转速可变, 既减少了燃油泵的磨损和
省电, 又能满足发动机不同工况下所需的供油量 。
2,系统描述
1UZ-FE型发动机燃油系统的结构见图 5-8,它主要由燃油泵, 过滤器, 燃油压力调节器,
燃油压力脉动衰减器, 喷油器, 冷起动喷油器和温度一时间开关 ( 1992年前车型 ) 以及
输油管和燃油箱等组成 。
燃油系统的工作原理是:燃油泵安装于燃油箱内, 通电后将燃油加压到 0.5MPa左右,
燃油压力调节器则将燃油压力调节到比进气歧管的压力高 284KPa的恒定压力, 再通过总
输油管分配到各喷油器, 喷油器的电磁阀根据 ECU的指令打开, 燃油便持续地由喷油嘴喷
出, 在进气歧管内与空气混合后再进入气缸 。 多余的燃油便通过回油管回流到燃油箱 。
燃油压力脉动衰减器的作用是消除喷油时产生的燃油压力波动, 使空燃比控制得更精确 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.1 燃油系统
1,系统描述
1UZ-FE型发动机进气系统主要由空气过滤器, 空气流量计, 节气门体, 进气室, 各种连接
管和真空软管等组成 。 此外还有计量节气门开度的节气门位置传感器和用于发动机怠速
控制的怠速控制阀 ( ISC阀 ) 。 节气门位置传感器将作为电子控制元件 。
2,进气系统的主要组件
( 1) 空气流量计 详见该节电子控制系统内容 。
( 2) 节气门体 节气门体内装有主节气门的副节气门, 用于控制进气量 ( 即发动机的负荷 )
的大小, 外部装有主节气门位置传感器, 副节气门位置传感器, 节气门缓冲器器和主节
气门强制开启器 。 图 5-9为节气门体的外部配置 。
由于凌志 LS400型轿车没有牵引控制系统 ( TRC), 在 TRC控制行驶状态下, 发动机的主
节气门由主节气门强制开启器强制打开 ( 全开 ), 进气量由副节气门控制, 节气门开度
信号也由副节气门位置传感器负责将信号传送给 ECU。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.2 进气系统
( 3) 进气室和进气歧管 进气室位于 V形气缸体的中间, 进气室有如一只大容量的空气室,
其作用是减少进气脉动和各缸的相互寸步, 有利于提高各缸的充气量 。 进气室的两侧各
设有 4根进气管, 此 8根进气歧管相互交叉布置, 目的是增加进气歧管的长度, 提高进气
谐波压力, 有利于进一步提高充气量 。 进气室的前端装有 ISC阀, 左侧半月有 EGR阀 。
( 4) 怠速控制阀 ( ISCV) 怠速控制阀安装于进气室的前端, 开度受 ECU控制, ECU则根据
发动机的水温, 是否已接入空调 ( A/C信号 ) 和动力转向输出等工况来确定 ISCV的正常怠
速或快怠速状态 。 1UZ-FE型发动机常态下的额定怠速为 ( 650± 50) r/min。 ISCV为步进
电机式, 它主要由阀门, 阀杆, 转子, 定子和壳体等组成 。 ECU对 ISCV的启闭位置控制共
有 125个步进级, 从而令怠速得到了非常精确的控制 。
发动机每次停机时, 一旦点火开关转至, OFF”位置, ISC阀会回复至全开位置, 以利于
下一次的起动 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.2 进气系统
1UZ-FE型发动机的电控系统主要包括电子控制单元 ( 简称 ECU), 各类传感器
和控制开关和各类执行器 。
1,电子控制单元 -ECU
凌志 LS400型轿车采用的是发动机和变速器集中控制的 ECU,安装在仪表板右端
杂物箱的右侧 。
2,空气流量计
1UZ-FE型发动机常用是卡门旋涡式 ( 也称卡尔曼 Karman涡流式 ) 空气流量计 。
近期 1UZ-FE型发动机也开始装用热线式空气流量计, 其优点是结构更为简单,
进气阻力小, 温度响应快, 怠速特性好, 应有日益广泛 。 热线式空气流量计主
要由采样管, 铂热丝, 热敏电阻, 控制电路和壳体等组成 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.3 电控系统
3,主节气门位置传感器和副节气门位置传感器
1UZ-FE型发动机没有主, 副两个节气门位置传感器 它们安装于节气门体的外侧, 传感
器的转轴与节气门联动 。 主节气门位置传感器采用有两组滑道和主, 副触点的线性输出
式节气门位置传感器, 利用变化的电阻值, 可短节气门开度, 节气门开度输出信号 VTA则
使 ECU对喷油量进行控制, 以获得相应的功率 。 当节气门闭合时, 怠速触点闭合, ECU便
感短到发动机处于怠速状态 。
副节气门位置传感器的结构与上述节气门传感器基本相同, 当车辆行驶工况处于牵引控
制 (TRC)状态时 (主要是在泥泞, 湿滑的路面中行驶时, 防止车轮打滑的控制 ),在主节气
门强制开启器的作用下, 主节气门处于全开位置, 进气量由副节气门传感器控制 。
4,进气温度传感器
进气温度传感器安装在空气流量内, 其感温元件为热敏电阻, 它具有负的温度电阻系数,
温度越高, 电阻值越小, 反之则增大 。 进气温度传感器发生故障进, ECU会自动地将进气
温度设定在 20℃,维持基本喷油量 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.3 电控系统
5,水温传感器
水温传感器安装在节温器的下方, 其感温元件也为热敏电阻 。 当温度过高时
( 发动机过热 ), 则会发出故障保护指令, 将冷却液的温度信号设定于 80℃,
维持基本喷油量 。
6,车速传感器
1UZ-FE型发动机的车速传感器安装于变速器的输出端附近, 通过软轴再与仪
表板的车速表连接 。 传感器为舌簧管式, 它主要由转子, 转轴, 舌簧管和外壳
等组成 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.3 电控系统
7,曲轴转速和凸轮轴位置传感器
1UZ-FE型发动机的曲轴转速和凸轮轴位置传感器均为磁电式, 图 5-10为两传感器的安装
位置示意图 。
( 1) 曲轴转速传感器 曲轴转速传感器安装于曲轴正时齿轮的左下方, 以曲轴正时齿轮
后面的信号盘为触发元件 。 曲轴转速传感器包括一个 12齿的信号盘和一个磁电式感应头,
曲轴每转过 30° 便送出 1个脉冲信号 ( Ne) 给 ECU,ECU再将每个脉冲信号细分成 30份, 便
得到了精确度为 1° 的曲轴转速信号 。
( 2) 凸轮轴位置传感器 凸轮轴位置传感器用于识别 1,6气缸活塞的上止点位置, 以左,
右侧凸轮轴皮带轮的凸缘为触发元件 。 其由一个单凸的信号盘和一个磁电式感应头组成,
1UZ-FE型发动机有两个凸轮轴位置传感器 G1和 G2用于分别代表左 \右列气缸的基准曲轴位
置 。 信号盘的凸缘固定于左右两侧基准气缸 (1缸, 6缸 )活塞上止点前 10° 的位置, 曲轴
第转 2圈, 凸轮轴才转 1圈, 信号盘的凸缘便切割磁力线 1次, 向 ECU送出一个 G1,G2信号,
ECU便可以判别出 6缸, 1缸已处于上止点前 ( BTDC) 10° 的位置并将它作为点火的基准信
号 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.3 电控系统
8,爆震传感器
1UZ-FE型发动机采用的是共振型压电式爆震传感器, 发动机运转时, 振动片便发生振动,
压电元件也同时产生压缩和拉伸变形而产生压电信号 。 当发生爆震时, 振动片处于共振
状态, 振幅最大, 压电元件输出的压电信号也最大, ECU即判别发生了爆震, 随即向点火
器发出推迟点火的指令, 使爆震即时消失 。
9,氧传感器
1UZ-FE型发动机采用氧化锆型氧传感器, 其电信号元件为具有固体电解质特性的氧化锆
( ZrO2) 。 氧化锆元件为管状多孔陶瓷体, 管的内外表面都覆盖着一层多孔性铂膜作为
电极 。 氧传感器安装于 TWC前 ( 或后 ) 部的排气管中, 外侧与废气接触, 内部与大气相通,
为了防止废气对铂膜的腐蚀, 在铂膜上又覆盖了一层多孔性陶瓷层, 并加装了防护套管 。
传感器的最佳工作温度为 300~ 400℃, 因而在传感器内设有电热丝, 用于暧机或轻负荷
工况下的内部回执, 电热丝的回执工况由 ECU控制 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.3 电控系统
10,可变电阻器
可变电阻器用于调整怠速时可燃混合气的空燃比, 从而进一步控制怠速时的 CO排放浓度 。 可
变电阻器安装于空气流量计后端的进气软管附近 。 可变电阻器为一只可变电阻元件, VAF
为活动触点, 与怠速混合气调整螺钉联动, 怠速较为稳定, 但废气中的 CO含量会有所提
高 。 相反, 如果逆时针转动时, 喷油量则减少 。 混合气变稀, 废气中的 CO含量有所减少 。
可变电阻器的正反向调整范围仅限于 260度 。
11,海拔补偿器
海拔补偿器 ( HAC) 就是用来检测大气压力的传感器, 它由压电晶体制成, 根据环境气压的变
化而输出不同的电压信号, 气压越大输出的电压越高, ECU依据 HAC电压信号的高低转换
成进气密度, 再向喷油器发出修正喷油量的信号 。 HAC安装在 ECU内, 如果 HAC发生故障,
ECU会执行故障保护功能, 将进气压力定于 105kPa,维持行驶 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.3 电控系统
12,电控燃油系统工作过程描述
起动时, ECU根据水温传感器的信号, 由内存的水温一喷油时间图找出相应的基本喷油时间, 再进行
进气温度修正和蓄电池电压修正, 得到起动时的喷油持续时间 。
当发动机的转速超过预定值时, ECU根据其的内存三元 MAP图, 以空气流量计的信号和发动机转速确定
超过预定值时, 再根据水温, 空气温度, 节气门开度 ( VTA信号或 IDL信号 ), A/C信号, 车速等因素,
对喷油量进行修正 。 起动后喷油量的修正通常包括起动后加浓, 暖机加浓, 进气温度修正, 暖机加浓,
进气温度修正, 大负荷修正, 过渡工况空燃比的修正和怠速的稳定性修正等 。
ECU除了空气流量计和其他各种传感器的输入信号控制喷油量外, 为了确保车辆行驶的安全, 延长发动
机的寿命, 节省燃油和减少废气污染, ECU还具有以下的切断燃油喷射功能和燃油泵的控制功能,
( 1) 高速燃油切断:当发动机的转速超过了额定转速 ( 5400r/min) 时, 为避免机件的损坏, ECU会
立即发出停止燃油喷射的指令, 转速下降到约 5200r/min时, ECU又不会发出恢复燃油喷射的指令 。
( 2) 减速燃油切断:当车速处于从高速工况减速行驶进, ECU通过节气门的关闭速率, 车速和发动机
转速以及冷却液温度等信号, 会发出停止燃油喷射的指令, 以节省燃油 。
( 3) 换挡燃油切断:换挡时如果继续喷射燃油, 则容易造成齿轮的碰撞和换挡的困难, ECU便设备了
换档燃油切断功能 。
( 4) 燃油泵的控制,1992年以后, 1UZ-FE型发动机改用专用的燃油泵, ECU对燃油泵进行高, 低转速
的二级控制 。 发动机起动时, ECU向燃油泵发生一个高电平信号, 燃油泵便作高速运转, 供油量提高;
当发动机处于怠速或中小负荷工况时, EC道德败坏燃油泵输出一个低电平信号, 燃油泵便低速运转,
以减少高速磨损;当发动机以大负荷或高转速运转时, ECU向燃油泵 ECU输出一个高电平信号, 燃油泵
便作高速运转, 提高供油压力 。
5.1 凌志 LS400轿车发动机电控系统
5.1.3 电控系统
5.2 日产电控燃油电控系统
(学生自学)
5.3 上海通用别克轿车电控系统
谢谢大家
再 见