第二节 汽车电控系统原理

8. 电控发动机基本原理是什么?

发动机电控系统又称发动机管理系统（EMS, Engine Management System）、发动机集中控制系统，就是将多项目控制集中在一个动力控制模块（PCM, Power Control Module）或发动机控制单元（ECU, Engine Control Unit）上完成，共用传感器。其主要组成都可分为信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行元件三部分（图1-16）。

图 1-16 发动机电控系统

（1）信号输入装置

主要指传感器，用于采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号，通过线路输送给 ECU。

常用的传感器有空气流量计、进气管绝对压力传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、爆震传感器、启动开关、空调开关、挡位开关、制动灯开关等。

（2）电子控制单元（ECU）

给传感器提供参考电压，接受传感器或其他装置输入的电信号，并对所接受的信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行元件发出指令。

（3）执行元件

受 ECU 控制，具体执行某项控制功能。

常用的执行元件有喷油器、点火线圈、怠速控制阀、EGR 阀、炭罐电磁阀、燃油泵、节气门控制电机、二次空气喷射阀、仪表显示器等。

9. 汽油喷射系统基本原理是什么?

在恒定压力下，用喷油器把一定数量的汽油喷入节气门体处的进气管或者进气道，或者直接喷入气缸。

10. 什么是 D型燃油喷射系统?

电控燃油喷射系统按进气量的计量方式分为 D 型燃油喷射系统和 L 型燃油喷射系统。

D 型燃油喷射系统通过检测进气歧管的真空度和发动机转速来确定发动机的进气量，由发动机 ECU 根据进气管确定喷油量（图 1-17）。

图 1-17 D 型燃油喷射系统

11. 什么是 L型燃油喷射系统?

L 型燃油喷射系统利用空气流量计直接测量发动机进气量，电子控制单元是不用进行计算分配的，根据空气流量计信号计算与该空气相应的喷油量。由于直接用空气流量计测试，取消了 ECU 推算，所以 L 型燃油喷射系统混合气浓度控制相对比较精确（图 1-18）。

图 1-18 L 型燃油喷射系统

12. 什么是缸内直接喷射?

缸内直接喷射是将喷油器安装在气缸盖上，使燃油直接喷入气缸内，配合缸内的气体流动形成可燃混合气，容易实现分层燃烧和混合气燃烧，可进一步提高汽油发动机的经济和排放性能。

由于技术的进步，现在很多车型也采用缸内直接喷射技术，如大众迈腾、明锐搭载的 1.8TSI 增压直接喷射技术的发动机。该技术目前被广泛应用。

13. 什么是开环控制系统?

开环控制系统对发动机及控制系统的精度要求高，控制精度低，无氧传感器，当使用工况超出预定范围时，不能实现最佳控制。ECU 根据传感器的信号对执行器进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。

接受传感器信号与预先存储的各工况下的最佳供油参数对比，计算最佳供油量，后经功率放大器控制喷油器的喷油时间，从而控制空燃比。

诊断提示

开环控制也是在某些行车情况下的计算机控制策略。发动机第一次启动时，通常也使用开环燃油控制策略（不管冷却液温度）。在节气门全开时也使用开环控制策略，以获得较浓的空燃比满足负荷要求。在节气门快速关闭时也使用开环控制策略。在这种情况下，短暂关闭喷油器，以产生稀的混合气，防止多余燃油进入排气系统。

14. 什么是闭环控制系统?

在闭环控制系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，再通过 ECU 与设定的目标空燃比进行比较，并根据误差修正喷油量。空燃比控制精度较高。

目前车辆均采用这种控制方式。闭环控制也称反馈控制，在开环控制的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给 ECU，进行原先的控制修正。在运行过程中控制系统不断进行测试和调整，使实际空燃比保持在最佳值附近，达到最佳控制的目的。

诊断提示

① 排气的温度使氧传感器足够热时，能够提供正确的电压信号，ECU 将进入闭环控制模式。在闭环控制中，使用氧传感器控制空燃比。

各制造厂家闭环控制时刻的选择策略各有不同。有些系统根据氧传感器信号、节气门开度传感器（TPS）信号、绝对压力传感器（MAP）信号或者空气流量计（MAF）信号。

② 有些系统利用一个时间计数器来判断，在发动机运行一段时间后进入闭环控制，所经历的时间长度与发动机启动时冷却液的温度传感器（ECT）信号有关。

③ 个别系统只有在冷却液温度接近 79.4℃或者更高，并且氧传感器的信号也正确时才能进入闭环控制。

15. 什么是空燃比控制?

活塞运动所产生的能量的大小与作用在活塞顶的压力有关，活塞顶上压力的大小取决于燃烧过程产生的热量，空气和燃料的完全燃烧能够获得最大热量。

为了完成燃烧过程，必须有以下四个要素。

① 正确数量的空气。

② 正确数量的燃油。

③ 在一个密封的容器中进行混合。

④ 这种混合气必须在合适的时刻受到足够数量的热量的冲击。

虽然还有其他因素影响燃烧过程，但这四个要素是最重要的。

诊断提示

虽然在发动机的所有运行工况中，不可能都发生完全燃烧，但在发动机和供油系统的设计中，一直都在争取获得完全燃烧。完全燃烧的结果是产生大量的热量，将气缸中的所有燃料和空气转换成水和二氧化碳。因为有可能发生不完全燃烧，所以不可能将所有燃料和空气都转换成水和二氧化碳，结果产生了燃烧污染物，而且减少了发动机的输出功率。

发动机需要正确的空燃比以获得良好的驾驶性能，降低排放，防止损坏发动机零部件。

空燃比不仅是影响发动机性能的主要因素，它也是影响发动机以下三种污染物生成量的主要因素。这三种污染物分别是碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）。这几种污染物都是由于不合适的空燃比所产生的。所以维持合适的空燃比是排放控制系统设计的主要目标，它催生了今天的计算机控制燃油喷射系统。

诊断提示

在 EFI 系统中，计算机必须知道进入燃烧室中空气的量（质量），以便确定维持化学计量空燃比所需要的燃油量。因为进入燃烧室中的空气量是一个不断变化的量，需要使用快速在线响应系统。计算机使用氧传感器测量排气中的含氧量。它能够提供有关计算机控制的实际空燃比的信息，计算机将空燃比尽可能精确地维持在 14.7 附近。

喷油器脉宽确定喷入燃烧室中的燃油量，在大部分闭环控制工况下，计算机能提供合适的喷油脉宽维持正确的空燃比。例如，在怠速工况的喷油脉宽是 2ms，而在节气门部分开度时，维持化学计量空燃比的喷油脉宽是 7ms。制造厂有维持化学计量空燃比的基本策略：速度密度法和质量流量法。无论使用哪种方法，为了控制合适的喷油脉宽，计算机必须知道吸入发动机的空气量。