毕业论文-多点电喷发动机电控系统的总体设计.doc
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1、重庆理工大学毕业论文 多点电喷发动机电控系统总体设计目 录摘要1Abstract21.绪论32. 发动机基本参数及其计算53. 发动机控制单元ECU73.1电子控制单元的功用73.2电子控制单元的结构组成73.3电控单元的工作过程73.4电子控制单元的控制功能83.5电控单元(ECU)选型83.6 ECU引脚定义104. 电控燃油喷射系统124.1电控燃油喷射系统的系统概述124.2电控燃油喷射系统的传感器与执行器124.3电控汽油供给系统各个部件的结构与工作原理184.4电控燃油供给系统234.5汽油喷射控制244.6 喷油系统逻辑图275. 发动机电控点火系统295.1发动机点火系统的概述
2、295.2点火系统的基本要求295.3电子控制单元控制点火系统的组成295.4微机控制的点火配电方式335.5爆震控制系统345.6 点火控制流程图376. 进排气系统396.1怠速控制系统396.2电子节气门控制系统(ETC)426.3可变气门正时系统456.4 闭环控制系统476.5汽油蒸发控制系统516.6冷却风扇控制系统53总结56致谢57参考文献58文献综述.58摘 要随着汽车行业的飞速发展,发动机作为汽车的心脏部件,发动机电控系统的设计成为了发动机设计中重要的一部分。本文以 HMA GN16-VF1 电控汽油机作为研究对象,完成了发动机电控系统的总体设计,设计具体工作如下:1. 完
3、成了发动机电控系统中电控单元的分析,对ECU进行了选型设计。2. 完成了发动机电控系统中电控燃油喷射系统及其子系统燃油供给系统的控制形式选型分析,并对燃油喷射系统相关传感器及执行器进行了选型设计。3. 完成了发动机电控系统中电控点火系统的控制形式及其子系统爆震控制系统的选型分析,并对点火系统相关传感器及执行器进行了选型设计。4. 完成了发动机电控系统中进排气系统的分析,及其子系统怠速控制系统、节气门控制系统、可变气门正时系统、闭环控制系统、汽油蒸发控制系统、冷却风扇控制系统的控制模式的分析,对其主要执行元件进行了选型设计。 由以上对发动机电控系统四大模块的分析及其传感器与执行器的选型,对发动机
4、的电控系统在实体发动机上的总体安装提供了基础。关键词:电控燃油喷射系统 、电控点火系统、电控单元、传感器执行器选型AbstractWith the rapid development of automobile industry, the engine as the heart of the auto parts, engine electronic control system design has become an important part of engine design. Based on HMA GN16 - VF1 electronic control gasoline en
5、gine as the research object, completed the overall design of the electronic engine control system, design the specific work is as follows:1. Completed the analysis of the engine electronic control system of electronic control unit ECU for the selection of design.2. Complete the engine electronic con
6、trol system of electronic control fuel injection system and its subsystems of fuel supply system, the control form selection analysis, and the related sensors and actuators, fuel injection system for the selection of design.3. Complete the engine electronic control system of electronic control ignit
7、ion system control forms and its subsystems selection analysis of knock control system, and the ignition system related sensors and actuators for the selection of design.4. Complete the engine electronic control system in the analysis of the exhaust system, idle speed control system and its subsyste
8、m, throttle control system, variable valve timing system, lambda closed-loop control system, gasoline evaporation control system, the analysis of the control mode of the control system of cooling fan for selection of the main components of the design.By the above analysis of the engine electronic co
9、ntrol system four big modules and the selection of sensors and actuators, the engine electronic control system in the real engine on the overall installation provides the basis.Keywords: electronic fuel injection system, electronic control ignition system, electronic unit, sensor actuator selection1
10、.绪论1.1电控系统发展史 燃油喷射系统首先应用在汽车发动机上是在1940年左右,由德国奔驰公司与拜耳发动机制造厂合成。在50年代初期,机械式燃油缸内喷射系统首先在奔驰公司生产的奔驰汽车发动机应用。直到五十年代后期,美国的朋迪克斯公司首先进行发动机电喷系统的设计,进而电喷系统才面世,成为发动机电控系统的一个里程碑。随着新时代的到来,电控技术的发展,各国排放问题,世界能源危机,种种原因,使发动机现有的排放标准,及其耗能标准已经不能是适应汽车工业的发展,想要继续发展就必须发展更加节能,排放更低的发动机管理系统。于60年代电控喷油系统才开始广泛的应用于汽车发动机,已达到节能减排的目的。由于发动机电控
11、喷射系统在汽车发动机的广泛的应用,化油器在汽车喷油系统上的应用少之又少,八十年代末期化油器基本上已经被淘汰,进入了时代的角落。现在世界各国的汽车产业都在飞速发展,而发动机电控系统也在从节能减排到舒适性转变。现代多点电喷发动机的电控系统的几大巨头基本上代表了这个行业的巅峰,如博世公司、日本株式会社等,现代汽车的高端管理系统都是应用以上公司的发动机电控系统。而现代汽车发动机上应用熟练,高端的电控技术主要由以下几种:1)电控点火中的无触点点火,能够增大发动机中做功冲程的转换率,还有燃烧热效率。2)可变气门正时系统(VVT)。发动机在不同的时间工况不一样,发动机所需要的进气量,进排气时间等等都不一样,
12、而VVT能够根据发动机的实际工况对配气相位和气门升程进行调整,以达到发动机最佳的工况。3)缸内直喷技术。现代发动机的喷油通过高压油管送油到喷油嘴,不同于喷到进气歧管,而是把汽油喷到发动机气缸内使燃油与空气进行混合燃烧。4)涡轮增压技术。合理利用排气的能量,利用机械的原理增加进气的压力,达到增加进气量的目的。现在我国的汽车发动机电控系统的核心技术真正自主研发掌握的十分的少,因为我国还是处于发动机电控系统研究的起步阶段,我国汽车发展的基础较低。现在我国的发动机的管理系统主要是由德尔福和联电两家公司进行生产,博世公司和德尔福公司掌握了高端技术;而NGK公司对发动机的排气系统中的重要部件进行垄断性的生
13、产;国内的主要生产发动机的企业比如沈阳三棱、东风日产、一汽丰田等都是需要国外公司的技术支持,不能够自主研发高端的发动机技术。所以说我国的发动机电控系统的发展情况十分的艰难,与国外的技术有断层,想要追赶上国外经过几代发展的电控技术有难度,不过我国可以根据国外的研究,站在巨人的肩上眺望未来未必不能赶上时代的进步,发展出适用于国内的电控系统。2. 发动机基本参数及其计算 图 2.1 发动机参数基本数据的计算:理论汽油燃烧等式为:实际汽油的化学式可以表示为:C7H17其理论空燃比为: 式-2.1又因为:,根据上述公式空燃比左右气缸标准充气量为公式为: 式-2.2本发动机的缸径为79mm,为四冲程,当转
14、速的时候:空气流量的计算: 式-2.3设发动机在转速的时候发动机的排量为,进气歧管绝对压力 ,进气绝对温度所以空气流量为: 喷油脉宽计算: 式-2.4本发动机修正系数()在之间,由于发动机的修正系数始终在变化不好量化计算,所以我取理论修正系数,而C为常数根据喷油脉宽计算经验值取值2500,空气流量上面已经计算出了,发动机在转速,发动机汽缸数。而燃油修正系数的计算公式为: 式-2.5理想的状态本发动机短期燃油修正量(stft=0),长期燃油修正量(ltft=0)。所以我们确定的理想状态的燃油修正系数(=0)。所以喷油脉宽为:设发动机在转速、的时候根据公式2.1、2.3、2.3、2.4、2.5分别
15、计算出空气流量与喷油脉宽,计算结果总结如表一:转速N(r/min)空气流量F(g/s)喷油脉宽W(ms)10003.5392.20920007.072.209300010.612.210400014.1542.947500017.692.211600021.232.211表一 计算结果总结3. 发动机控制单元ECU3.1电子控制单元的功用 发动机的控制单元(ECU)是发动机的大脑。ECU根据事先标定好的工况信息对接收到的转速、相位、温度等等信号进行处理,然后对比标定的工况的各个工况的信号大小进行判断,然后传输电信号对相关的执行器进行调节,使发动机能够达到最优,如此反复的快速的控制发动机。3.2
16、电子控制单元的结构组成 电子控制单元(ECU)的构成主要有:A/D(模拟/数字)模数转换器、输入回路、输出电路还有处理器 ,如图3.1。图3.1 电子控制单元的构成3.3电控单元的工作过程 电子控制单元(ECU)当发动机开始启动后开始工作,各种传感器的信号传入发动机电控单元中,CPU根据工况进行处理,从而得到发动机匹配工况所需的转速、点火、喷油的时刻等,然后输出控制信号控制发动机的各个执行器,使发动机达到最佳工况。如图3.2所示。图 3.2 电子控制单元ECU的内部结构3.4电子控制单元的控制功能各种传感器检测到的信息与继电器的开闭信号传递给电控单元,通过判断完成以下的控制功能: 启动控制暖机
17、控制、怠速控制、燃油喷射控制、点火正时控制、混合气闭环控制、蒸发排放控制、换档正时控制。3.5电控单元(ECU)选型 1) 电控单元(ECU) 功能需求分析 对本发动机来说,搭配的ECU应该具有模拟信号输入通道为九(加速踏板行程、节气门开度、空气质量、电瓶电压、进气温度、发动机水温、爆震强度、前氧传感器、后氧传感器信号),路数字信号输入通道为五路(曲轴转速、凸轮轴位置、传动机构、车速信号),开关输入通道为八路(各种开关信号)的要求。存储能够使用Flash1.5,SRAM94KB存储器能够满足要求。2)电控单元(ECU) 的选型本海马发动机的电控系统的控制单元参考装载在海马S5系列GN15-TF
18、发动机的控制单元ECU选用的是:型号: 博世公司 MOTRONIC ME7.8.8 图3.3 ME7 组成示意图 图3.4 ME7的参数3.6 ECU引脚定义 在完成电控系统各个传感器和控制器的选型之后,我们对ECU的引脚进行定义,根据我们定义的引脚在安装传感器与执行器的时候,传感器与执行器引脚与ECU引脚正确的连接实现应有的功能。对电控单元的引脚进行定义如图3.5:针脚号定义针脚号定义针脚号定义针脚号定义1点火42点火23点火地4点火35点火16喷油器47喷油器28发动机转速输出9车速输出10上游氧传感器信号11爆震信号A12爆震信号B13点火开关14主继电器控制15空调温度信号16加速踏板
19、信号17上游氧传感器加热18喷油器119下游氧传感器加热20进气压力信号21节气门信号22冷却水温度信号23加速踏板信号24进气温度信号25炭罐控制阀26喷油器327风扇128节气门信号29下游氧传感器信号30车速信号31节气门执行器32风扇233油泵继电器34空调开关35相位传感器36CAN高37CAN低 图3.5 ECU引脚定义4. 电控燃油喷射系统4.1电控燃油喷射系统的系统概述 在电控燃油喷射系统中电动燃油泵为喷油器提供喷射压力,电动燃油泵是沉浸在油箱中的燃油之中。油箱燃油由油泵压出,并且油压升高,再通过汽油滤清器去除杂质后输出给油管。而油管中的燃油又输送给喷油器,汽油通过喷油进入进气
20、歧管。而喷油器是一种由电控单元直接调节的电磁阀门。当ECU输出喷油的信号时喷油器的电磁开关闭合,在高压的情况下燃油变成雾状送入进气歧管。而在进气歧管内雾状燃油又与空气混合,随着进气行程进入燃烧室进行燃烧。而燃油压力调节器固定在油管的末尾,其作用是使油管的油压始终维持在喷油器需要的值左右。还有较多的燃油经过回流通道送回燃油箱。4.2电控燃油喷射系统的传感器与执行器 图4.1 电控燃油喷射系统主要电控元件4.2.1发动机水温传感器 在发动机的数据计算中冷却液的温度可以表达为发动机温度。1)水温传感器的作用水温传感器能够把发动机的冷却水温度信号转变为电信号并且输入ECU。然后发动机根据水温信号进行喷
21、油量的修正、点火提前角的修正、在温度高低对比标定温度做出正确的判断。如当发动机水温较低时适当加大点火提前角、发动机水温较高时减小点火提前角。 2)水温传感器的选择测量介质:水 测量范围:-40C100C根据汽车用发动机冷却水及润滑油温度传感器,传感器的响应时间要小于,而发动机在正常运转的时候冷却水温度一定低于100。备选型号有:品牌型号价格(元)适用车型天博126528海马肇庆爱晟电子科技有限公司VT2K051FB90C3435B-L25T5D5 10通用天博116124金杯根据以上信息我们选择型号:VT2K051FB90C3435B-L25T5D5 参数为:图4.2 发动机水温传感器参数图4
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