《汽油机电子控制》复习题参考.doc

发动机、安全气囊、仪表等部分思考题

说明：

要求掌握以下这些内容，具体问题的提法可能有变化，但范围不变；

综述

1.电喷发动机和化油器式发动机相比，有什么优缺点？P20

或：单点喷射发动机和化油器式发动机相比，在哪些方面得到了改进？或：电喷发动机哪些控制技术可以降低油耗？降低排放？提高动力性能？答：电喷发动机优点：

1.混合气的各缸分配均匀性好（有利于发动机有害排放物的控制和燃油经济性的改善）;

2.在任何情况下都能获得精确空燃比的混合气（对排放控制有利，可改善燃油经济性）;

3.加速性能好（喷油器装在进气门附近，汽油又以一定的喷油压力从喷油嘴喷出，形成雾状，极易与空气混合，使送至气缸的混合气的空燃比能及时地随节气门开度变化而立即改变）；

4.良好的起动性能和减速减油或断油（排放、燃油经济性）；

5.充气效率高（动力性）。

2.电喷发动机控制系统的基本结构、原理？

答：传感器：检测发动机运行参数，并送至控制单元。

控制器（ECU）:接受传感器的输入信号，分析计算后产生输出信号送至执行器。

执行器：接收控制单元的输出信号，产生执行动作，实现各种控制。

主要传感器部件：进气压力传感器、霍尔传感器、冷却温度传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、爆震传感器、氧传感器。

主要执行器部件：喷嘴、点火线圈、怠速稳定阀、汽油泵继电器、汽油泵

基于扭矩结构的控制算法模型

发动机最终输出的扭矩是发动机性能的重要指标，而且汽车的加速和减速过程其实就是发动机输出扭矩增加和减少的过程，因此发动机电子控制的核心是扭矩控制，所有发动机运行参数的控制都是I韦I绕扭矩来进行，通过扭矩数学模型计算出目标输出扭矩，然后再通过进气、喷油、点火等一系列动作来实现。

（在闭环控制系统中采用氧传感器反馈控制，可使空燃比的控制精度进-步提高。在汽车运行的各种条件下空燃比均可得到适当的修正，使发送机在各种工况下均能得到最佳的空燃比。与传统的化油器式发送机相比装有电控汽油喷射系统的发动机，动力性提高，经济性改善，更为重要的是汽车有害排放物得到很好的控制。）

3.汽油喷射控制系统（EFI）和发动机管理系统（EMS）的区别？P34

答：电控汽油喷射（electronic fuel injection, EFI）系统利用各种传感器检测发动机和汽车的各种状态，经微机的判断、计算，确定喷油脉宽、点火正时等参数，使发动机在不同工况下均能获得合适空燃比的混合气和合适的点火提前角。

发动机管理系统EMS （Engine Management System）,就是将多项目控制集中在一个动

力控制模块PCM （PowerControl Module ）或发动机控制单元ECU （Engine Control Unit）上完成，共用传感器。

供油系统

4.简述电喷发动机供油系统特点？相关零部件？

或：喷油器的特点？

或：供油系统中，为什么会出现气泡？对控制系统有什么影响？怎样处理？

答：相关零部件：燃油泵、燃油分配管、燃油压力调节器、喷嘴。

燃油喷射方式有连续和间歇2种，但目前儿乎全部使用间歇喷射方式。燃油喷嘴最重要的是要保证燃油喷射量的精确，燃油喷嘴喷射时，燃油流量设计成是恒定的。

从整个结构上來讲，和化油器式发动机有很大区别。主要是有个回油管，将燃油直接返回输送回油箱。原因是，市于汽油里面含有一定量的空气，在燃油泵剧烈扰动的作用下，游离出来，并在发动机附近加入膨胀。使得到达燃油分配管的汽油含气暈很大，严重影响喷油的精度。所以，必须依赖大量回油的手段来降低气泡量和散热。

但是，大量的气泡进入密闭的油箱，也必须有一个技术手段来处理。实际上，还需要一个控制输送油气到发动机进气管的电子系统（炭罐控制系统）来完成此任务。（见后述）进气量测量

5.汽油电子喷射发动机进气量测量的主要方法有哪些？或：发动机空气质量流量传感器的原理、特点？

答：直接测量：1空气质量流量传感器；

间接测量：2转速密度法；3转速转角法；

传感器的基本原理是“热线风速仪”：

热线风速仪基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。

（①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化, 由此测量流速；

②恒温式。热线的温度保持不变，如保持150°C,根据所需施加的电流可度量流体流速。由于这种方式，传感器的灵敏度保持基本恒定，所以，使用更加广泛。）

喷油定量

6.电喷发动机喷油脉宽最终是怎样确左的？或：什么是电喷发动机的供油MAP图？

或：电池电压对喷油的影响？

答:先通过发动机在试验台架稳态标定，获取喷油量随工况变化的优化数据（基本喷油时间）, 形成“MAP”图。实际发动机工作屮，按照不同工况，调用相应的喷油参数进行喷油，所以, 本质上属于“基于经验数据”的控制。

电压过低会影响喷油

九闭环控制

7.九闭环控制的作用？电喷汽油机九闭环控制要考虑那些特殊因素？

或：什么是入不对称调节？如何实现？

或：通过汽油机九闭坏控制如何获得自学习值？有何意义？

或：汽油机九闭环控制有哪些不利因素？对应策略有哪些？

答：X闭环控制能够大大提高汽油机燃油喷射的精度，使得实际喷油吋问满足高精度空燃比控制的要求，即将过量空气系数控制在X =0.99-1范围。

汽油机首先根据实际运行工况和MAP图的喷油参数进行喷油控制，然后根据氧传感器的反馈，判断混合气混合屮，空气是否过量（所以，氧传感器又称入传感器）。根据这个氧传感器的反馈信息，来有效修正喷油时间。这个过程，就是入闭环控制。

特殊因素：1） X信号滞后（死时间）

2）入信号不能反馈实际数值

3）入控制精度高;0.99?1

通过X闭环控制还可以获取一个燃油喷射的自学习值。具体方法是，在一定时间间隔内，当喷油修正系数大于1,则自学习值逐步增加；反Z,当喷油修正系数小于1,则自学习值逐步减少。相当于对喷油修正系数进行积分。这个口学习值的意义是在运行条件变化时, 自学习修正参数立即反映到喷油时间上，提高空燃比的控制精度。

针对问题1, （ECU从氧传感器获得混合气过浓或过稀的信息，实际已经有一定的吋I'可滞后。所以，应该尽快做出反应，按反方向调节。但是，喷油时间直接决定了喷油量，喷油量的剧烈变化，使得汽油机输出的扭矩也发生剧烈的变化。不仅使得汽车的舒适性大大减低，还使得机械部件受到剧烈冲击，故喷油时间的阶跃调整是受严格限制的。）所以，大部分ECU采用先采用一定幅度的阶跃迅速调节，然后，在按一定斜率慢慢调节，以使得驾乘人员感受不到震动。这样，不仅将调节速度达到允许极限，而且，使得大部分过程，实际喷油吋间离理想喷油时间差距较小。这同时将问题2随便解决了，即尽管入信号在上下跳动，而实际的喷油时间仅仅在理想值附近波动。

针对问题3,是通过所谓的1不对称调整来实现的。具体方法是，将喷油修正的上下跳跃调整幅度故意设泄一泄的差别，即往浓跳跃调整幅度略大于往稀跳跃调整幅度，结果是造成混合气偏浓。具体偏浓多少，是通过入计，长时间在不同工况下进行边测定，边调整，直到汽油机在部分负荷的空燃比落入入二0.99~1范围内。

炭罐控制

8.炭罐控制和入闭环控制的如何协调？

或：ECU如何测量炭罐的含油量？

答：在实施入闭环控制的工况范围，为确保自适应功能正确运行，必须交替地进行正常运行和清洗运行。在正常运行阶段，炭罐清洗阀关闭，可在不受油箱蒸发物干扰的情况下进行自适应。在清洗运行阶段，炭罐清洗阀开启，其开度按斜坡函数改变，ECU根据由入闭环控制回路确定的入偏离1的程度，与关闭炭罐清洗阀吋的情形进行对比，对队由清洗气流引起的入修正量作出估计，确定清洗气流中的燃油含量，并在转换运行模式时相应地增加或减少喷油时间，使过渡工况的混合气保持在入=1附近一个狭窄的区域内。

爆震

9.汽油电子喷射发动机爆震控制的原理及优点？P80

或：爆震信号的特点和处理？

或：发动机爆震控制和燃油经济性的关系？

或：什么是爆震？电喷发动机可以如何通过控制抑制爆震？

答：控制对象：点火提前角

控制目标：不发生爆震，使点火提前角小于爆震极限

震传感器其实就是振动加速度传感器，它可将爆震引起的机体振动信号转变成电信号, 然后送往ECU进行处理。爆震信号还有5?10kHz的高频成分。这个频率比范围远比由于缸内压力引起的燃烧噪声频率范围高得多。两种频率范围信号都会出现在爆震信号中，经滤波后就能将高频爆震信号检测出來。

爆震传感器信号经滤波器滤波后，首先进行模/数转换，然后进入积分器，对每个汽缸单独地形成该缸在一定曲轴转角范围内出现的前面若干循环的信号平均值，并用作参考基准，在比较期内跟他显示信号值之差与门槛值作比较，确定是否爆震。若差值超过门槛值, 则认为发生爆震，将该缸的下次点火正时比特性场数据推迟一个固定的量。若该缸下次点火仍被确定为爆震，则将该缸再下次点火正时也推迟一个同样的量。若不发生爆震，则以比推迟点火时小得多的步幅慢慢增大点火提前角，直到恢复到特性场数据。

爆震是由于汽缸压力和温度异常升高，造成部分混合气不等火焰传播，就自行着火燃烧的现象。汽油发动机获得最大功率和最佳燃油经济性的有效方法之一就是增大点火提前角, 但是点火提前角过大又会引起发动机爆震。爆震的危害主要是噪声大,而且会导致发动机使用寿命缩短其至损坏。因此通过检测发动机是否发生爆震来控制点火提前角，使发动机工作在爆震的临界状态，从而提高发动机热效率，增加发动机的动力性和燃油经济性。

爆震：汽车发动机利用电火花将混合气点燃，并以火焰传播方式使混合气燃烧。如果在传播过程中，火焰还未到达时，局部地区混合气就口行着火燃烧，使气流运动速度加快，缸内压力、温度迅速增加，造成瞬时爆燃，这种现象称为爆震。

点火提前角

10.点火提前角如何优化？

或：点火提前角对动力性的影响？或：点火提前角对经济性的影响？或：点火提前角对排放的影响？答：启动：点火提前角为0,避免倒转；

怠速：点火提前角尽量大，以增加扭矩，使怠速平稳；

过渡工况：点火提前角和喷油配合，避免扭矩波动太大；

部分负荷：点火提前角尽量大，以提髙经济性；

全负荷：点火提前角和喷油配合，避免爆震；

倒拖（断油）：无特殊要求。

经济性能：图3. 3a是一般汽油机的油耗曲线，说明在入二1左右，汽油机的油耗是随着点火提前角的增加而减少的；

排放性能：由于有害排放主要有3种，所以需要分述。

图3. 3b是NOX排放，可以看到，在入二1左右，NOX排放是随着点火提前角的增加而儿乎成比例的增加的；

图3?3c是HC排放，可以看到，在入二1左右，HC排放也是随着点火提前角的增加而儿乎成比例的增加的；

图3. 3d是CO排放，可以看到，在入=1左右，CO排放随着点火提前角的增加没有变化，只有对于很浓的混合气燃烧有一定影响；

动力性能：如图3.4所示，无论是对于恒转速或恒负荷运转的情况下，点火提前角的影响是先使得功率上升，达到最高点，然后再逐步下降。但是，点火提前角的调节范围主要在-10^40度，所以，一般可以认为，点火提前角的提高，动力是增加的。

综上所述，点火提前角的增加，对动力性能、经济性能是有利的；但对排放性能是不利的。但排放的控制，不仅在于气缸内的原始排放控制，通过排气管内的后处理可以进一步加以控制。所以，只要能够达到国家的排放法规耍求，点火提前角当然越大越好。不过，点火提前角的提高还受到爆震控制的约束（见3. 7）。

闭合角

11.电喷发动机和化油器式发动机相比，闭合角调整有何不同？

答：传统的点火系统断电器开关由机械驱动，在高速时，开关闭合时间必然减小，引起点火能量减小，甚至造成失火；而电喷发动机由于釆用电子点火，可以保证初级线圈的充电能量; 汽油机点火吋刻，是在断电器开关打开的瞬间，决定了点火提前角的具体数值。传统的点火系统由于采用机械离心和真空调节，无法做到最优化。

12.闭合角自动调整对汽油发动机来讲，有何意义？

或：电喷发动机点火能量由什么决定？应该如何控制？

答：汽油机点火系统的点火能量由断电器开关闭合时间（闭合角）决定，传统的点火系统断电器开关由机械驱动，在高速时，开关闭合时间必然减小，引起点火能量减小，甚至造成失火；而电喷发动机由于采用电子点火，可以保证初级线圈的充电能量；

各个工况的点火、喷油控制策略

13.请简要说明电喷发动机各个工况的控制策略？

或：电喷发动机怠速控制的优点？

答：进入怠速工况时，通过改变怠速进气量、点火提前交等，使发动机发出适当的指示功率, 从而保持目标转速，可保证各种工况改变吋的平顺性

或：怠速执行机构和怠速控制的要点？

或：简述汽油电子喷射发动机启动、暖机及怠速工况点火控制的基本策略；

答：

1）启动：点火提前角为0,避免倒转；

2）怠速：点火提前角尽量大，以增加扭矩，使怠速平稳；

3）过渡工况：点火提前角和喷油配合，避免扭矩波动太大；

4）部分符合：点火提前角尽量大，以提高经济性；

5）全负荷：点火提前角和喷油配合，避免爆震；

6）倒拖（断油）：无特殊要求。

车载故障诊断系统

14.实施车载故障诊断OBD 11的目的有哪些？

或：OBD II主要监测部件有哪些？

答：目的是通过检测整个动力总成系统的故障或恶化来减少在用车的排放。

催化剂的监测、失火监测、氧传感器监测、燃油蒸发系统的监测、燃油供给系统的监测

柴油机

15.柴油机电子控制系统的类型有哪些？相应特点？

或：柴油机高压共轨系统的结构、原理、特点？

答：高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起來，并消除燃油中的压力波动，然后再输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。如下图所示，共轨式电控发动机系统的组成可划分为以下四个部分：

（1）燃油低压子系统：包括油箱、输油泵、滤清器和低压回油管；

（2）共轨压力控制子系统：包括高压泵、高压油管、共轨压力控制阀（PCV）、共轨、共轨压力传

感器，以及提供安全保障的安全泄压阀和流量限制阀；

（3）燃油喷射控制子系统：包括带油电磁阀的喷油器、凸轮轴和曲轴传感器等；

（4）电控发动机管理系统：包括电子控制单元和发动机的各种传感器。

特点

（1）轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所盂的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能，包括低温起动性。

（2）可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力（120MPa^200MPa）,可同时控制NOx 和微粒（PM）在较小的数值内，以满足排放要求。

（3）柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机NOx,又能保证优良的动力性和经济性。

（4）市电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范］韦I内，循环喷油暈变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放，提高发动机运转稳定性。

（5）可以同时对涡轮增压精确控制。

仪表

16.简述汽车数字化仪表的特点；

或：什么是数字化仪表，主要的显示手段有哪些？

数字化仪表使用液品LCD显示来代替传统车辆上的机械指针式仪表，芯片、总线、接口技术成为仪器仪表的内核，更加智能化、网络化、人性化、多功能化，信息量大大增加，在各种显示界面可以进行选择切换，主要显示手段有荧光、发光二级管（LED）,字符型（或图形）液晶显示LCD,真空荧光屏显示（VFD）,阴极射线管（CRT）,背光脉冲宽度调制（PWM）.

安全气囊

17. 简述汽车安全气囊系统点火控制策略；

或：汽车安全气囊点火时刻目前采用的最普遍准则是怎样的？如何理解？ 或：简述汽车安全气囊点火控制的主要一些控制算法？

答：安全气囊系统目标点火控制策略要求：准确的点火、防止误点、漏点和迟点。

目前，国际汽车界普遍采用的是5in-30ms 的准则作为点火控制准则，其含义是汽车碰 撞过程中，乘员向前移动5in 时刻的前30ms 时刻是气囊目标点火时刻。

加速度法…■这种算法是通过测量汽车上的加速度信号來实现的，当加速度信号超过预 先设定的阈值就发出气囊点火信号，使气囊充气。

速度变量法…■通过对测得的加速度信号积分即可得到速度变化量，当速度变化量超过 预先设定的阈值时就发出点火信号。

加速度坡度法■-■在对加速度求导之前，先对测量得到的信号进行低通滤波，在对滤波 过的信号进行求导得到加速度的坡度，当这指标超过预设的阈值时就发出点火信号。

功率比值法…?综合了加速度、速度变化量、加速度坡度信息。

移动窗积分算法，对加速度曲线在一定时间内进行积分，当积分值超过预先设置的阈值 时，就发出点火信号。

ARMA 模型预报算法

1&简述汽车安全气囊电气系统的基本结构和工作原理；

或：汽车安全气囊对其控制器的要求？

答：安全气囊系统主要由碰撞传感器、安全传感器、气囊、气体发生器、点火器、安全气囊 SRS 指示灯、安全气囊ECU 组成。

安全气囊系统的工作原理是：传感器感受汽车碰撞强度并将其传给传感器，控制器接受 并处理传感器的信号，当ECU 判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号，触发气体发生 器，气体发生器点火后迅速产生大量气体，在驾驶员和汽车内部结构之间展开一个充满气体 的气囊，使得在发生碰撞事故时，驾驶员能够与比较柔软的气囊相接触，而不是与坚硬的汽 车结构猛烈碰撞，从而达到减少伤害、保护乘员生命安全的目的。

（工作过程：气袋张开、吸收能量，保护乘员过程）

□气囊系统的匸作原理

系统丁?作原理 安全气囊系统目标点火控制策略要求：准确的点火、防止误点、漏点和迟点。

目前，国际汽车界普遍采用的是5in-30ms 的准则作为点火控制准则。其含义是汽车碰撞过 程中，

控制器 气袋张开

?乘客侧气袋

乘员向前移动5inch时刻的前30ms时刻是气囊目标点火时刻。

GPS导航

19.简述汽车GPS定位系统的基本原理；

或：GPS定位至少需要几颗卫星？为什么？

答：21颗工作卫星，3颗备用卫星；每4颗卫星工作在同一轨道平面内，24颗卫星

均匀分布在6个轨道平面，彼此夹角为60,地球上任何地方任何时刻同时可收到4颗以上GPS 卫星的信号。

□GPS的定位原理

定位原理：待测点到各个卫星的伪距di=c*Ato其中：x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。xi、yi、zi（i=l、2、3、4）分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vti（i=l、2、3、4）分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐

标x、y、z和接收机的钟差Vto o

A

Kxi ?x)2+(yi ?yy+(zi-z)2]i^c(吻?％)=山

[(x2-x)2+(y2-y)2+(22-z)2]1^c(n-^>=d2

[(&-xy+(w(24?z)2]i 令