维修资料数据库>>上海大众>>桑塔纳>>发动机电控系统 |
桑塔纳2000型燃油喷射系统 |
控制系统的作用是收集发动机的工况信号，经处理后确定最佳喷油量、最佳喷油时间和最佳点火时刻等。控制系统是由传感器、电控单元和执行器组成。 发动机工作时，节气门位置传感器检测节气门的开度，空气压力传感器检测进入汽缸的空气量，电控单元接收这两个信号后，计算出喷油量；再根据水温传感器、氧传感器、空气温度传感器、爆震传感器等输入的信号，电控单元对喷油量进行修正，确定实际喷油量。根据霍尔传感器检测到的曲轴转角信息，电控单元确定出最佳喷油时间和点火时刻，并发出信号指令喷油器喷油和火花塞跳火。 1)传感器的结构与工作传感器是装在发动机各部位的信号转换装置，用以检测或测量发动机工作状态的各种物理量、电量和化学量等，将它们转换成电信号送给电控单元。桑塔纳2000型轿车电控燃油喷射系统中的传感器有冷却液温度传感器、氧传感器、节气门位置传感器、空气温度传感器、空气压力传感器、爆震传感器和霍尔传感器等。 (1)节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门体上，检测节气门的开度。把发动机怠速、加速、减速、全负荷等不同工况信息输入电控单元，从而控制不同的喷油量。 桑塔纳2000型轿车电控燃油喷射系统的节气门传感器是开关触点式。它的结构形式如 图3-12所示。活动触点可在导向凸轮槽内移动，导向凸轮由固定在节气轴上的控制杆驱动。节气门位置传感器的工作情况，如图3-13所示。怠速时，活动触点与怠速触点接触，检测节气门全关状态；部分负荷时，活动触点与哪个触点都不接触；全负荷时，活动触点与功率触点接触，检测节气门大开度状态。通过活动触点所处的不同位置，电控单元检测出节气门开度的不同状态，从而计算出所对应的喷油量。(2)进气压力传感器 进气压力传感器与稳压箱连接，用以检测进气压力，它与进气温度传感器联合使用能准确地反映进入汽缸的空气量。 进气压力传感器的组成如 图3-14所示。它将进气管内的压力转换成电信号输送给电控单元。硅膜片是压力转换元件，是利用半导体的压电效应制成的。硅膜片的一面是真空室，另一方面是导入的进气压力。集成电路是信号放入装置，它的端头与电控单元相连接。发动机工作时，从进气管来的空气经传感器的滤清器滤清后作用在硅膜片上，使硅膜片产生变形。进气流量越大，进气管压力就越高，硅膜片变形也就越大。由于硅膜片的变形，扩散在硅膜片上的电阻值发生变化，从而导致电桥输出的电压的变化。集成电路将电信号放大处理后，作为进气管压力信号送到电控单元，电控单元根据此信号作为计算进入汽缸空气量的主要依据。 由于进气压力传感器是由半导体电子元件组成，因此，它安装在振动较小的车体上。进气管内的气体从进气稳压箱处取样，加上用橡胶软管与传感器连接，从而避免了进气压力传感器的强烈振动。 (3)冷却液温度传感器 冷却液温度传感器是一个封闭装置，自身有螺纹，安装在发动机冷却液的通路上。它的作用是检测发动机冷却液的温度，并把冷却液的温度信号输送给电控单元，为其修正燃油喷射量提供重要依据。冷却液温度传感器如 图3-15(a)所示。负温度系数热敏电阳具有外界温度越高其电阻值越小的特性，如 图3-15(b)所示。电阻值的变化信号输人电控单元，为其根据冷却液的温度修正喷油量。例如，冷却液温度低时，热敏电阻值增大，电控单元检测到这一高电压信号，并根据这个信号适当增加喷油量；反之，当冷却液温度高时，热敏电阻值减小，电控单元检测到这一低电压信号，指令喷油量减少。(4)进气温度传感器 进气温度传感器安装在节气门之后的进气管上，用以检测进气温度。它与进气压力传感器配合使用能准确地测出进入汽缸的空气量。电控单元根据进气温度传感器所检测的进气温度进行喷油量的修正，使发动机能自动地适应寒冷、高温、高原、平路等外部环境的变化。进气温度传感器与冷却液温度传感器的结构相似，也是由外壳和热敏电阻组成。当热敏电阻的阻值随温度变化时，电控单元检测到的电压信号也随之改变。当进气温度低时，热敏电阻的阻值增大，电控单元检测到的高电压，指令增加喷油量；反之，当进气温度高时，电控单元检测的低电压，指令减少喷油量。 (5)氧传感器 发动机尾气中的氧含量直接反映了混合气的空燃比。氧传感器的作用就是检测尾气中氧的含量，并将检测结果输送给电控单元，以便电控单元及时调节燃油供给量。 桑塔纳2000型电控燃油喷射发动机使用的是氧化锆(ZrO2)式氧传感器，其结构如 图3-16所示。在试管状氧化锆元素的内外两侧，覆盖了一层多孔铅作为电极，内侧电极与大气接触，外侧电极与排出的废气接触。在外侧电极表面还有一个多孔氧化铝陶瓷保护层，防止废气烧蚀电极，但废气能渗进保护层和电极接触。 氧传感器工作原理：在高温时，二氧化锆能导电，如果两极板接触气体的含氧量不同，极板之间就会产生微量电压。当混合气稀时，排气中氧的含量高，传感器元件内、外侧氧的浓度差别很小，极板间产生的电压很低，几乎接近0伏；反之，当混合气浓时，在排出的废气中几乎没有氧，这时在传感器元件内、外侧氧的浓度差别较大，在两极板间产生约1伏的高电压。 这种氧传感器只能在温度较高(300℃以上)的条件下使用。因此，桑塔纳2000型轿车电控燃油喷如系统氧传感器安装在排气歧管温度较高的地方，如 图3-17所示。但如果排气温度过高，也会缩短氧传感器的使用寿命。在启动、暖机时，由于温度较低，限制了氧传感器的使用。(6)爆震传感器 爆震传感器安装在发动机的缸体上，用以检测发动机的爆震情况，如 图3-18所示。发动机产生爆震不仅使其功率降低，耗油增加，而且还容易损坏发动机。爆震一般是由于点火时间过早造成的。所以安装爆震传感器，它把检测到的信号及时输送给电控单元，电控单元计算后发出指令，修正点火时刻。 爆震传感器的组成如 图3-19所示。压电元件也称压电晶体，是传感器的敏感元件。当晶体受到外界机械作用力时，晶体两个极面就会产生电压。发动机爆震时产生压力波，其频率为1-10千赫。压力波传给缸体作用到传感器上，通过惯性平衡块使压电晶体的压缩状态产生变化，产生电动势并及时输送给电控单元。电控单元收到爆震信号后，立即指令推迟点火时刻，以消除爆震。当爆震消除后，控制系统又渐渐地将点火时间恢复到原来的点火提前角。(7)霍尔传感器 霍尔传感器安装于分电器内，用以检测发动机曲轴转角，为电控单元控制点火时刻提供电信号。 霍尔传感器的组成，如 图3-20所示。霍尔元件是个半导体片，它固定在陶瓷支座上，其上有四个接头。信号电流由AB输入，霍尔电流由CD输出。霍尔元件片的对面装有永久磁铁，中间有空气间隙。转子叶轮由分电器轴驱动，其上的叶数和汽缸数相等。当叶片通过或离开间隙时，发出断电信号，即起开关作用。当分电器轴旋转时，驱动转子叶轮也同时转动。转子叶轮在永久磁铁和霍尔元件之间不断的转动，霍尔元件在磁场中被不断的隔磁，从而引起磁通发生相应的变化，便产生矩形波的霍尔电压，如 图3-20(c)所示。当转子叶片离开间隙时，磁通通过霍尔元件，其CD端产生霍尔电压；当转子叶片转入永久磁铁和霍尔元件之间的间隙时，磁通偏离霍尔元件，使霍尔电压降到0伏左右。产生的霍尔电压被放大后输送给电控单元，由电控单元控制点火时刻。2)电子控制单元电控单元，习惯上称ECU(Electronic Control Unit)，是一个综合控制装置，是电控燃油喷射赛统的控制中枢。它根据各传感器输入来的信号，控制发动机各工况下的喷油量、点火时间等，并指令相应的执行器执行。 桑塔纳2000型电控燃油喷射系统的外形如 图3-21所示。它的内部结构是由输入回路、Am转换器、微机和输出回路等组成，如图3-22所示。其中以微机为核心。(1)输入回路 输入回路是接收各传感器送来的信号并输入ECU。输入ECU的传感器信号有两种：一种是数字信号，如发动机转速和曲轴转角等，可直接输入微机；另一种是模拟信号，如进气压力、进气温度、冷却液温度、氧传感器信号等，对这些模拟信号必须经A/D转换器(模拟/数字转换器)转换成数字信号后才能输入微机。 (2)微型电子计算机 微型电子计算机简称微机。它能根据发动机各工况的需要，把各传感器送来的信号用内存的程序和数据进行运算处理，并把处理结果送往输出回路。 微机是由中央处理器CPU(Control Processing Unit)、存储器、输入输出装置I/O(input/output)等组成，如 图3-23所示。①中央处理器(CPU) CPU是整个控制系统的核心，它通过接口可向系统各部位发出指令，同时又可对系统需要的参数进行检测、数据处理；控制这算及逻辑判断。 CPU是由运算器、寄存器、控制器等组成如 图3-24所示。②存储器 存储器具有记忆程序和数据的功能。存储器有两种，如 图3-23所示。一种叫只读存储器ROM(Read Only Memory)，是读出专用存储器，内容一次写入后就不再变更，但可以调出来使用。当切断电源时，ROM中存储的信息不会消失，通电后，又可继续使用。因此，适用于存放永久性的程序和不变的常数；另一种叫随机存储器RAM(Random Access Memory)，它是既能读出也能写入记忆在任意地址上数据的存储器。但是，当切断电源后，记忆的数据将全部消失。所以，RAM适用于中途处理数据的暂时保留，或被以后输入的后续的实际运行数据所代替。 ③输入输出接口(I/O)微机所进行的信息接收与发出以及它与外界进行的数据交换都是通过I/O接口来完成的。I/O接口是微机与被控制对象进行信息交换的纽带，它起着数据缓冲、电平匹配、时序匹配等多种功能。 ④信息传递通道信息传递通道又称传送总线。在微机系统中，CPU、存储器、I/O接口之间都用公用的传递总线连接。它包括数据总线、地址总线和控制总线，如 图3-25所示。(3)输出回路 输出回路作为微机与执行器之间的联系，它将微机作出的指令，转变成控制信号来驱动执行器进行工作。它起着控制信号的产生和放大等功能。微机输出的是数字信号，而且输出的电压也低，这种输出信号一般不能直接驱动执行器工作，因此采用输出回路，将其转换成可以驱动执行竣工作的输出信号，如 图3-26所示。[TOP] |