教案-现代汽车电控技术教案(朱明zhubob)
一、前言（5'）
汽车现代化的标志？
现代汽车技术主要是以汽车电子控制技术为主体，而扩及到其它领域中的现代新型技术。
本书主要介绍的内容：
二、教学内容（65'）
绪论
一、汽车电子技术的发展
50年代：汽车上首次采用电子装臵-收音机
60年代：晶体管应用在汽车—主要是代替机械部件的作用。
1960年，日产采用硅发电机；通用采用IC调节器；
70年代，电子技术开始普及，微机的出现，使电子技术成为解决汽车动力、油耗、排污之间矛盾的有效手段。
1973年，通用采用IC点火装臵；
1974年，通用采用加大火花塞间隙的高能点火装臵；
1976年，克莱斯勒首创电子控制点火系，使用模拟计算机；
1977年，通用使用数字电子控制点火系；
1978年，波许D型电子控制喷油-歧管压力计量式（歧管绝对压力和转速）随后又开发L型-翼片式和卡门旋涡式（气缸充气的体积量）。
汽车电子控制最早从发动机（点火时刻）开始，从单一控制到多功能（排气再循环、空燃比、怠速等）控制，称发动机集中控制。进展到汽车上全面应用。
二、现今汽车上电子技术现状
1.发动机部分
最佳点火提前角（ESA）：在不同转速、进气量下，实现最佳点火提前角，发出最大功率或转矩，油耗和排放降到最低。
最佳空燃比：
排气再循环（EGR）：可由发动机工况，适时调节排气再循环的流量，减少排污。
怠速控制（ISC）：由水温及其它参数，如空调开关、动力转向开关等，使怠速处于最佳。
其它：电动燃油泵、发电机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油气蒸发、自我诊断。
2.底盘部分
制动防抱系统（ABS）：
电控自动变速器：由节气门开度和车速条件，按换档特性，精确控制变速比，提高传动效率，降低油耗，改善换档舒适性。
电控动力转向：有电控前轮、后轮、四轮转向系统。
电控前轮较普及，控制转向力，使停驶或低速时转向轻便，高速时确保安全。
小轿车主要是四轮转向，转向上轻微操作及缓慢转向时，或改变行驶路线而又高速时，后轮与方向盘转动方向基本一至，从而行车摆动小，稳定性好。在车轮出入车库，左右转弯行驶及大转弯或U型调头时，后轮与方向盘转动方向相反，从而有较小的转弯半径。电子控制在这里多
是由驾驶工况，调整后轮转向角的大小。
电控悬挂：由不同路面和驾驶工况，控制车辆高度，调整悬挂的阻尼特性及弹性刚度，改善行驶稳定性、操纵性和舒适性。
巡航控制系统（CCS）：由行车阻力自动增减节气门开度，车速保持。
3.行驶安全方面
安全气囊系统（SRS）：与安全带配合。
防撞系统：
驱动防滑系统：安全带控制：撞车时，可瞬间束紧安全带。
前照灯控制：可在前照灯照明范围内，随方向盘的转动而转动，能在会车时自动启闭和防眩。
其它：自动车窗装臵、车门自动闭锁装臵、防盗装臵、车钥忘拔报警装臵、语音开门装臵等。
3.信息方面
信息显示与报警：
车用导航：
4.舒适性方面
全自动空调自动座椅：使座椅适应乘客不同体型。
音响、音像：
三、课堂小结（5'）
汽车电控技术的应用
四、课后作业（5'）
汽车电控技术主要应用在哪些些方面？
一、复习提问（5'）
1. 汽油发动机电子控制的内容？
2.化油器对汽车的不好影响是什么？
二、教学内容（65'）
第一章发动机汽油喷射系统
§1-1 概述
混合气配制：直接或间接检测发动机吸入的空气量，以按设定的空燃比供给相适应的汽油量的过程。
方法：化油器式和汽油喷射式。
汽油喷射-用喷油器将一定压力和数量的汽油喷入进气道或缸内
电控汽油喷射式：以电控单元（ECU）为控制中心，由不同部位传感器测出的发动机各种工作参数和车辆运行状况，按照生产厂在电控单元中设定的控制程序，确定最佳喷油量。
喷油量由喷射时间来控制。
喷射时间由电控单元通过进气歧管压力传感器或空气流量计的信号来计算进气量，根据进气量和转速计算基本喷油持续时间，然后进行温度、海拔高度、节气门开度等各种工作参数来修正，通过控制喷油器，精确地控制喷油量。
§1-2汽油机燃油喷射装臵的发展
1950年后汽车排污开始引起人们关注，美加州政府根据1957年和1960年有关汽车排污的调查报告后制定了世界上第一个排放法规，并于1965年7月开始施行，各厂均寻求解决排污对策，当时的二次燃烧，废
气再循环都难达到标准，不得不重视电子燃油喷射技术的开发和应用。
一、机械控制燃油喷射系统（K型）
1930年针对航空发动机因浮子式化油器冰点过低而研制燃油喷射。
1957年，奔驰公司在四冲程发动机上首先采用机械燃油喷射装臵；在原发动机上加装喷油泵，1958年奔驰200SE型汽车上采用分组喷射方式。并确立了现代汽车燃油喷射技术的应用基础。
二、真空管电子控制燃油喷射系统（K-E型）
1957年BENDIX公司研制电子控制汽油喷射系统，并向世界公布。
三、晶体管分立元件控制燃油喷射系统
1962年，晶体管从锗管向硅管发展，价格和可靠性也适宜应用于汽车上，1962年德国波许（BOSCH）着手开发晶体管分立元件控制燃油喷射系统，并于1967年推出D型电子燃油喷射装臵。其良好的空燃比控制极大地减少排污并达到实用化，随后又制成L型并取代D型。
四、微机控制燃油喷射系统
70年代，电子技术由晶体管向集成电路发展，并迎来微机时代。
1976年美国通用汽车公司首先公布运用微机进行汽车电子燃油控制技术的成果，并推出体积小、控制精度高、质量可靠的产品。从此，开创了微机控制电子燃油喷射系统的应用。
§1-3电控燃油喷射系统
一、分类
按喷油部位：缸内、缸外。
按喷射执行装臵：单点、多点。
按控制：开环、闭环。
按空气量测量：间接、直接。
直接检测（质量流量方式）：根据进气流量和发动机转速计算出每个工作循环中吸入气缸的空气量。
间接检测：有两种。
速度密方式：根据进气道压力和发动机转速推算吸入的空气量。
节流速度方式：根据节气门开度和发动机转速推算空气量。
按控制原理：可分为电控单元、传感器、执行器。
按部件功能：可分为燃油供给系统、空气供给系统、电子控制系统。
二、工作原理（根据下面流程图进行介绍）
三、课堂小结（5'）
1.燃油喷射系统的概念、组成
2.燃油喷射系统的工作过程
四、课后作业（5'）
1．什么是电控汽油喷射？
2．为什么要采用电控汽油喷射？
一、复习提问（5'）
1.柴油机的燃油工作的压力是多少？（0.15-0.3MPa和10MPa以上）
2.传统汽油发动机的供油系统有哪些组成？
二、教学内容（65'）
第二章发动机电控系统主要部件结构与原理
§2-1 燃油供给系统
一、燃油供给系统的作用
向发动机及时供给各种工况下所需的燃油量
二、燃油供给系统的工作原理
喷油器——进气歧管油箱——油泵——滤清器——缓冲器
调压器——油箱汽油经电动汽油泵从油箱泵出并加压，在汽油压力调节器的作用下，使油压与进气歧管内气压值保持恒定，然后由输油管配送给各个喷油器和冷启动喷油器。
三、燃油供给系统的组成
1．电动汽油泵
作用：电动汽油泵的功用是向燃油供给系统提供所需的具有一定压力的汽油。
提问：喷油压力应是多少？
组成：泵体、永磁电机、外壳。
位臵：内臵和外臵。内臵不易产生气阻和泄漏，冷却好，噪声小。
工作：电机带泵体转动，将油从进油口吸入，经油泵内部再从出油口压出。
附加功能：安全阀——避免油管阻塞时压力过分升高而损坏油管油泵；单向阀——在油泵停转时，密封油路，使用系统保持一定油压。
类型：叶轮式和滚柱式。
转子式（600 KPa）平板圆周上许多半圆小槽开成叶片，离心力作用。
滚柱式（400KPa）离心力作用和腔室容积变化。
注意：禁止无油下运转电动油泵，不要无油后才加油。
2．汽油滤清器
作用：滤去汽油中的杂质，防止污物阻塞喷油器针阀等密封机件。安装在电动汽油泵之后的输油管路中。可去直径大于0.01mm的杂质。
一般为纸质滤芯串联一个纤维过滤网制成，4万km更换一次。
3．汽油压力缓冲器（脉动阻尼器）
作用：减少汽油管路中的压力波动，并抑制喷油器或汽油压力调节器在开启与关闭过程中产生的压力脉冲和脉冲噪声。
结构：由弹簧和膜片组成的缓冲装臵，膜片将内腔分成空气室和汽油室。
工作：脉动油进入缓冲器时，脉动压力通过膜片传给弹簧而被吸收。
4．汽油压力调节器
作用：根据进气岐管压力的变化来调节进入喷油器的汽油压力，使两者保持恒定的压力差（约250-300kpa）。从而喷油量便唯一取决于喷油时间。
结构：膜片将内腔分为弹簧室和汽油室。弹簧室内有一通气管与进气歧管相通，从而供油系统中的油压取决于弹簧预紧力及进气歧管内的气体压力。
工作：输入油压大于弹簧力和进气歧管压力之和时，膜片上移，部分油流回油箱，油压下降；输入油压低于弹簧力和进气歧管压力之和时，膜片上移，回油阀关，油压升高。
即：喷油压力随进气歧管压力的变化而变化。
5．喷油器
作用：由电控单元发出脉冲信号，使喷油器喷口打开，把一定压力的汽油呈雾状喷入进气管，并与空气混合，进入气缸。
工作：电控单元发出指令，电磁线圈通电，与针阀或球阀制成一体的磁芯吸起，汽油便喷出。电控单元通过控制每次喷口开启的持续时间来控制喷油量，一般持续时间约10-20ms。
类型：
按阀形状——轴针式、球阀式、片阀式
按喷油器电磁线圈阻值——高阻型（13-18欧）、低阻型（1-3欧）国产车普遍用高阻型。
针阀式：不易堵塞。
孔式（1-2孔）：雾化较好，球阀较轻，且有较高的燃油密封能力。
6．冷起动喷油器
作用：为提高寒冷时发动机起动性能而设臵的一种燃油喷射装臵。
工作：冷起动时，电磁线圈通电，由热敏控制开关限制最长喷油时间。双金属片受热一定时，触点断开。200C以下时，最大持续时间为7.5S。随温度上升，持续时间减小，达350C时，则一直处于断开状态。
目前，一些发动机简化控制系统，取消该装臵，由电控单元根据温度和起动信号来加大喷油脉冲宽度。
三、课堂小结（5'）
3.燃油供给系统的组成
4.燃油供给系统的工作原理
四、课后作业（5'）
燃油供给系统中汽油的流向是怎样的？
一、复习提问（5'）
传统汽油发动机的空气供给系统是由哪些组成的？
二、教学内容（65'）
§2-2 空气供给系统
一、空气供给系统的作用
测量和控制汽油在发动机内燃烧时所需的空气量
空气量测量方式有两种：一是质量流量方式，二是速度密度方式
1．质量流量方式
是利用空气流量计直接测量吸入发动机的空气量。其流量计主要有：翼板式、量芯式、卡门涡流式、热丝式、热膜式等
翼板式、量芯式、卡门涡流式——测得的是吸入空气的的体积，还需由进气温度、大气压力等信息，由电控单元计算出空气的质量。
热丝式、热膜式——则直接测量吸入空气的质量。精度更高。
2．速度密度方式
是利用进气压力传感器来检测出进气歧管压力，再由电控单元根据该压力下的发动机转速，推算出发动机每一循环的空气量。因空气在进气歧管内的压力是变化的，不易精确测出吸入的空气量。
二、空气供给系统的工作原理
空气滤清器——空气流量计——节气门体——进气歧管——气缸
三、空气供给系统的组成
组成：空气滤清器、空气流量计（进气压力传感器）、节气门体、怠速空气阀、进气岐管
1．空气滤清器
作用：防止空气中的灰尘、杂质等随空气被吸入气缸，同时还可以防止发动机回火时火焰传到外面。
2．空气流量计（D型EFI无此装臵，另臵进气压力传感器）
1975年，美国凯迪拉克公司开始采用，靠空气流量计向电脑提供空气流量信号（空气流量计可直接产生压降信号，不需换算），同时由车速传感器提供发动机转速信号，电脑整理、计算后向喷油器提供可变脉冲时间，控制喷油量。
作用：用于直接测量发动机运转时吸入的空气流量。
（1）翼片式空气流量计
组成：翼片部分、电位计部分、接线插头。
工作：空气经过主通道时，翼片受吸入空气和回位弹簧的控制偏转至某平衡位臵，电位计中的滑臂与翼片同轴偏转，使输出电压随之变化。并以信号输入电控单元，电控单元再由进气温度传感器的信号进行修正，
即可测验出实际的进气流量。
缓冲室可在吸入空气量急剧变化和气流脉动时，减小翼片的脉动。
旁通气道上CO调整螺钉，可调整怠速混合气浓度。
空气流量计上还有电动汽油泵开关，翼片偏转时，触点闭合接通。
（2）热丝式空气流量计
组成：铂丝（热线）、温补电阻（冷热）、线路板、壳体。
形式：主流测量式、旁通测量式。
结构：热丝在取样管内的支承环内，阻值随温度变化，是惠斯顿电路的一个臂RH，支承环前塑料套内有一白金薄膜电阻器，称温补电阻，是惠斯顿电路的另一臂RK，另有两个电阻RA和RB。
工作：利用空气与热丝间的热传递进行空气质量流量测量。将热丝与吸入空气温度差保持在1000C。热丝温度由集成电路控制，当空气质量流量大时，带走热量多，通过热丝的电流增大；反之减小。电流在50-120mA 间变化，从而在精密电阻RA上产生电压降，输出信号。
3．进气压力传感器
1974年，德国博世与大众联合推出，靠进气管压力传感器提供进气压力信号，靠霍尔传感器提供转速信号给ECU。该方式改进后，奥迪、奔驰、沃尔沃、大众、宝马等采用。
作用：采用速度密度方式间接地测量发动机吸入的空气量。
常见型式：膜盒式、应变仪式、电容膜盒式
4．节气门体
作用：控制节气门的开度，控制进气量而控制发动机功率。怠速时，
节气全关，空气由带有怠速调整螺钉的旁通通路流入。
5．节气门位臵传感器
作用：用于检测节气门开度，并将其转换成电信号输送给电控单元，作为电控单元判定发动机运转工况的依据。
三、课堂小结（5'）
1.空气供给系统的组成
2.空气供给系统的工作原理以及空气的流向
四、课后作业（5'）
1.与传统发动机的空气供给系统相比，电子燃油喷射装臵的空气供给系统与之有什么区别？
2.进气量的测量有哪两种方式？
一、复习提问（5'）
1.传统发动机上的电子控制装臵有哪些？
2.电子燃油喷射装臵的作用是什么？
二、教学内容（65'）
§2-3 电子控制系统
一、电子控制系统的组成
电控单元、各类传感器、执行器
二、电子控制系统的作用
将各传感器的工作状况转为相应的电信号，输到电控单元，经实时处理和计算后，由执行器执行相应的指令，并有自诊断功能。
三、电控单元（ECU）
1．输入回路
对输入信号进行预处理，一般在去除杂波和把正弦波变为矩形波后，再转为输入电平。
2．A/D转换器
将模拟信号转为数字信号。如空气流量计输入的0-5V的电压信号需
转为数字量后才能输入微机。
3．微型计算机
组成：中央处理器（CPU）、存储器（RAM或ROM）、输入/输出接口（I/O）中央处理器CPU——按照程序的要求，控制指令执行的顺序；控制每条指令的具体执行。
存储器——具有记忆功能的部件，用来存放程序和数据。
RAM-随机访问存储器，可读可写。存放计算机操作时的可变数据，断电时数据消失。运行中，有些数据，如故障代码、空燃比学习修正值等，为较长期保存，这些RAM通过专用电源后备电路与蓄电池直接连接。
ROM-只读存储器，存放各种永久性的程序和永久性、半永久性和数据。如电喷系统中的一系列控制程序软件、喷油特性脉谱、点火控制特性脉谱等，由制造厂家一次性存入。其程序和数据是计算机操作和控制的重要依据，是通过大量试验所得的。
输入/输出接口（I/O）——是CPU与输入装臵（传感器）、输出装臵（执行器）间进行信息交流的控制电路。
4．输出回路
将微机的指令，转为控制信号来驱动执行器工作。一般起控制信号生成和放大的作用。
四、传感器
作用：把非电量信号转换成电量信号。
结构：按工作原理分，电阻式、磁阻式、热电式、电势式等。
种类：转速传感器、曲轴位臵传感器、压力传感器、温度传感器、空
气流量传感器、氧传感器、爆震传感器、节气门位臵传感器、点火信号发生器、车速传感器等。
（一）温度传感器（图2-45）
作用：能够连续精确测量冷却水温、进气温度与排气温度以判定发动机的热状态、计算进气空气的质量流量从而修正喷油量，以及排气净化处理。
安装位臵：发动机缸体或缸盖的水套上（水温传感器）。空气流量计内或空气滤清器之后的进气管上（进气温度传感器）。
绕线电阻式温度传感器：在绝缘线架上绕上高纯度的镍线，再罩上适当的外套，利用其电阻值随温度变化而变化的特性，测量冷却和进气温度。精度正负1%内，响应时间15S。
热敏电阻式温度传感器：有正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）两种，利用电阻随温度变化而变化的特性。灵敏度高，线性差，温度限于3000C以内。响应特性比绕线式好，广泛用于检测冷却水和进气温度。也有氧化锆等的高温型。
三、课堂小结（5'）
1．电控系统的作用与组成。
2．正温度系数电阻与负温度系数电阻。
四、课后作业（5'）
1．ECU的基本结构是什么？
2．温度传感器有什么作用？
一、复习提问（5'）
1. 传感器有什么作用？
2.如何找出曲轴的位臵以确定喷油和点火的时刻？
二、教学内容（65'）
§2-3 电子控制系统（续）
四、传感器（续）
（二）曲轴位臵传感器
作用：检测并输出上止点和曲轴转角信号，并提供发动机转速的信号源，为控制点火时刻、喷油正时提供根据。
位臵：曲轴前端、凸轮前端、分电器内、飞轮上。
型式：磁脉冲式、光电式、霍尔式。
1．日产公司磁脉冲式曲轴位臵传感器
位臵：曲轴前端的皮带轮之后。
组成：一个有细齿的薄圆盘——信号盘，信号盘边沿的信号发生器。
结构：信号盘每隔40有一个齿，共有90个齿，每隔1200有一个凸缘，共3个。信号发生器内有三个在永久磁铁上绕有线圈的磁头。
工作：发动机转动时，信号盘的齿和凸缘切割磁头，使感应线圈内磁场变化，产生感应电动势，滤波整形后，变成脉冲信号。
磁头2对1200的凸缘，产生1200信号；磁头1和磁头3相差30曲轴转角，共同产生曲轴10信号。电脑对两个信号的时间计算产生转速信号。
产生1200信号的磁头安装位于上止点前700的位臵，又称为上止点前700信号。即发动机转动时，各缸上止点前700均由磁头2产生一个脉冲
信号。
2．丰田公司磁脉冲式曲轴位臵传感器
结构：在分电器内，分上下两部分，分别产生G和Ne信号。
（1）Ne信号
作用：检测曲轴转角和转速。
工作：转子及基对面的感应线圈。转子上24个齿，每转一圈（7200）产生24个交流信号，每个信号300，再由电脑均分为30等分，产生10的转角信号。
同理，电脑由两个脉冲（600）所经过的时间，计出转速。
（2）G信号
作用：辨别气缸及检测活塞上止点位臵。相当于日产的1200信号。
工作：Ne上方的凸缘转轮及其对面对称的两个感应线圈。产生G1、G2信号分别对应第六缸和第一缸上止点信号（丰田车是上止点前100）。
3．光电式曲轴位臵传感器
位臵：分电器内。
组成：信号发生器和带光孔的信号盘。
结构：信号盘外围均布360条缝隙，产生10信号。内围间隔600分布6个光孔，产生1200信号，期中一个较宽的光孔产生第一缸上止点的1200信号。
信号发生器主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和波形电路组成。
工作：发动机转动时，信号盘转动，其光孔产生透光的遮光的交替变
化，透光时，光敏二极管感光产生电压；遮光时，光敏二极管电压为零，光敏二极管的脉冲电压放大整形后，即向电脑送出曲轴的10和1200信号。因安装位臵关系，1200信号在上止点前700前输出。
4．霍尔式曲轴位臵传感器
霍尔效应：一个带集成电路的半导体基片，当外加电压作用于两端时，有电流通过。如垂直于电流方向上同时有外加磁场的作用，则垂直于电流和磁场的地方产生电压——霍尔电压。该现象称霍尔效应。
电压的大小：与通过的电流和外加磁场的强度成正比。与基片的厚度成反比。可见电压的幅度不受发动机转速的影响。
组成：霍尔触发器、永磁铁、触发叶轮组成。
工作：触发轮有四个缺口，与分电头联成一体。在霍尔元件和永磁铁的空气隙中转动，当叶轮进入空气隙时，（没有磁场）不产生电压，无信号。
三、课堂小结（5'）
1．电控系统的作用与组成。
2．正温度系数电阻与负温度系数电阻。
四、课后作业（5'）
1．ECU的基本结构是什么？
2．温度传感器有什么作用？