(高职高专)汽油发动机微机控制系统检修 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:311

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出版时间:2009-5

价格:34.00元

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isbn号码:9787561148495

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• 汽油发动机
• 微机控制系统
• 检修
• 高职高专
• 汽车工程
• 发动机原理
• 电子控制
• 故障诊断
• 实训
• 维修技术

一、 汽车电子技术发展历程与趋势 汽车电子技术是现代汽车工业的核心驱动力之一，其发展历程大致可分为几个阶段： 萌芽期（20世纪70年代前）： 这一时期，汽车电子化主要体现在简单的点火、照明等基本电路。电子元件的应用非常有限，主要以机械式控制为主。 初步发展期（20世纪70年代）： 随着半导体技术的发展，集成电路开始应用于汽车，如电子点火系统、电压调节器等。发动机管理系统的雏形开始出现，但功能相对简单。 快速发展期（20世纪80年代）： 微处理器技术的成熟使得汽车电子化进入快车道。电子燃油喷射（EFI）、电子点火（EI）等系统得到广泛应用，大大提高了燃油经济性和排放性能。车载诊断（OBD）系统也在此期间开始发展。 成熟与融合期（20世纪90年代至今）： 电子控制单元（ECU）成为汽车的核心，实现对发动机、变速器、制动、转向等众多系统的精确控制。高级驾驶辅助系统（ADAS）、信息娱乐系统、车联网（V2X）等技术的出现，使得汽车的智能化、网联化水平不断提升。当前，新能源汽车的普及更是加速了电力电子、电池管理系统（BMS）等技术的革新。 未来，汽车电子技术将继续朝着更加智能化、网络化、电气化、共享化的方向发展。AI、大数据、5G通信等前沿技术的融合将催生更高级别的自动驾驶、智能座舱、个性化服务等。同时，汽车电子系统的安全性和可靠性也将是重要的发展方向。 二、 发动机控制系统在汽车中的作用与演变 发动机控制系统是汽车的核心电子系统之一，其主要作用是根据驾驶员的意图和车辆的运行状态，精确控制发动机的燃油喷射量、点火时刻、进气量等参数，以达到最佳的动力输出、燃油经济性和排放水平。 早期化油器时代： 发动机控制主要依靠化油器和机械点火系统。控制精度低，对环境变化的适应性差，燃油经济性和排放性能难以优化。 电子燃油喷射（EFI）时代： 引入电子控制单元（ECU）来取代化油器。ECU根据传感器信号（如空气流量、节气门位置、发动机转速等）计算出最佳的喷油量和喷油时刻，实现了对燃油供应的精确控制。这显著提高了燃油经济性和动力性。 电子点火（EI）时代： 同样引入ECU控制点火时刻。通过精确控制点火提前角，可以进一步优化燃烧过程，提高效率并降低排放。 集成化发动机管理系统（EMS）： 将燃油喷射和点火控制集成到同一个ECU中，并引入更多的传感器（如氧传感器、爆震传感器、水温传感器等），实现了对发动机运行的更全面、更精细的控制。EMS能够根据实时工况动态调整控制策略，以满足不同驾驶需求和排放法规的要求。 微机控制的发动机管理系统： 这里的“微机控制”通常指的就是基于微处理器（CPU）的ECU。这是现代发动机管理系统的基础。这些ECU内部集成了高性能的微处理器、存储器（RAM、ROM、EEPROM）和输入/输出接口，能够执行复杂的控制算法。 当前与未来： 现代发动机管理系统更加复杂，通常集成到整车域控制器中，与变速器控制、排放控制、车身控制等系统协同工作。对于新能源汽车，虽然动力源变为电动机，但能量管理系统（EMS）在功能上与传统发动机管理系统有相似之处，负责电池、电机、电控等关键部件的能量调度与控制。 三、 汽车传感器技术在发动机控制中的应用 传感器是发动机管理系统的“眼睛”和“触角”，它们负责将发动机及其周围环境的物理参数转化为电信号，供ECU分析和决策。常见的用于发动机控制的传感器包括： 空气流量传感器（MAF）： 测量进入发动机的空气质量，是决定喷油量的关键参数之一。 节气门位置传感器（TPS）： 检测节气门阀门的开启角度，反映驾驶员的动力需求。 发动机转速传感器（CKP）： 检测曲轴的旋转速度，是计算发动机转速和执行点火、喷油时序的重要依据。 凸轮轴位置传感器（CMP）： 检测凸轮轴的转动位置，用于识别发动机的特定气缸，辅助CKP信号进行精确的发动机相位判断，从而实现顺序喷射和点火。 氧传感器（O2 Sensor / Lambda Sensor）： 安装在排气管中，用于检测排气中的氧含量，从而判断混合气的空燃比是否在理论值（Stoichiometric）附近。ECU根据氧传感器的反馈信号闭环调整喷油量，以优化燃烧效率和降低排放。 爆震传感器（Knock Sensor）： 检测发动机的爆震（Knocking）现象。当检测到爆震时，ECU会适时调整点火提前角，以防止发动机损坏。 水温传感器（ECT）： 检测冷却液的温度。冷启动、怠速、满负荷等工况下，ECU会根据水温调整喷油量和点火时刻。 油温传感器： 检测发动机机油的温度，辅助ECU进行润滑和冷却策略的调整。 进气温度传感器（IAT）： 检测进入发动机的空气温度。空气密度随温度变化，ECU需要根据此参数修正喷油量。 曲轴箱压力传感器： 检测曲轴箱内的压力，用于辅助PCV（Positive Crankcase Ventilation）系统的控制。 这些传感器输出的信号种类多样，包括模拟电压信号、频率信号、脉冲信号等。ECU通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，再进行处理和分析。 四、 执行器在发动机控制系统中的角色 执行器是ECU指令的“执行者”，它们接收ECU发出的电信号，并将其转化为机械动作，从而控制发动机的各个部件。关键的执行器包括： 燃油喷油器（Fuel Injector）： 电磁阀门，ECU控制其开启和关闭的时间长短（脉宽）来精确控制喷油量。 点火线圈（Ignition Coil）： ECU控制其初级绕组的通断，产生高压电荷，然后通过火花塞点燃混合气。 怠速控制阀（ISC / IAC Valve）： 在发动机怠速时，用于调节进入发动机的额外空气量，从而稳定怠速转速。 可变气门正时（VVT）执行器： 通过液压或电动方式，改变凸轮轴的相位，以优化不同工况下的进排气时机，提高动力性和燃油经济性。 节气门执行器（ETC / Drive-by-Wire）： 取代了传统的拉线节气门，ECU直接控制节气门电机，实现对进气量的精确控制，并为巡航控制、牵引力控制等功能提供基础。 EGR阀（Exhaust Gas Recirculation Valve）： 控制一部分废气重新进入进气歧管，降低燃烧温度，减少氮氧化物（NOx）的排放。 碳罐电磁阀（Canister Purge Valve）： 控制碳罐中的燃油蒸气被吸入发动机燃烧，以减少挥发性有机化合物（VOC）的排放。 五、 发动机控制单元（ECU）的工作原理与结构 ECU（Engine Control Unit），也被称为发动机控制模块（ECM）或发动机控制电脑（PCM，如果集成了变速器控制），是发动机管理系统的“大脑”。其核心是微处理器。 微处理器（CPU）： 执行ECU内部的软件程序，处理来自传感器的数据，并根据控制算法生成输出信号给执行器。 存储器： ROM/Flash Memory： 存储发动机控制程序、校准数据（如燃油映射表、点火映射表）等。这些数据在生产时就被固化，一般情况下不会改变。 RAM： 用于存储临时数据，如传感器读数、计算结果、诊断故障码等。断电后数据会丢失。 EEPROM： 用于存储一些需要长期保存但又可能需要更新的数据，如用户自定义的参数、一些自适应学习值等。 输入/输出接口（I/O Ports）： 模拟输入： 连接各种模拟传感器（如MAF、TPS、ECT等），通过ADC转换为数字信号。 数字输入： 连接霍尔传感器、开关等数字信号源。 脉冲输入： 用于接收来自CKP、CMP传感器的脉冲信号，用于计算转速和相位。 输出驱动： 控制燃油喷油器、点火线圈、怠速阀等执行器。这些输出通常需要较高的电流驱动能力，ECU通过功率驱动电路来实现。 通信接口： 如CAN（Controller Area Network）总线，用于与其他ECU（如变速器控制单元、ABS控制单元、仪表盘等）进行数据交换。OBD-II接口也通过通信总线与ECU连接。 ECU的工作流程大致如下： 1. 数据采集： ECU通过传感器实时采集发动机的各种运行参数（转速、负荷、温度、氧含量等）。 2. 信号处理： 将采集到的模拟信号转换为数字信号，并进行滤波、校准等预处理。 3. 诊断与监控： ECU会不断监控所有传感器和执行器的状态。如果检测到异常（如传感器信号超出范围、执行器无响应），就会生成故障码（DTC）并存储在EEPROM中，同时可能触发发动机故障指示灯（MIL）亮起。 4. 计算与决策： ECU运行预先存储在ROM中的控制程序。程序会根据采集到的数据，查询或计算出最优的燃油喷射量、点火时刻、进气量等控制参数。常用的控制策略包括基于查表的（Map-based）和基于模型的（Model-based）。 5. 指令输出： ECU将计算出的控制指令发送给相应的执行器。 6. 反馈调整： ECU会持续接收来自氧传感器等关键传感器的反馈信号，并根据反馈信号对喷油量等参数进行实时调整，形成闭环控制。 六、 发动机控制系统的故障诊断与维修 发动机控制系统的故障诊断是检修工作的关键环节。由于系统的复杂性，通常需要借助专门的诊断设备和方法。 故障码（DTC）： 当ECU检测到故障时，会生成一个对应的故障码。专业诊断仪（扫描工具）可以连接到车辆的OBD-II接口，读取ECU中存储的故障码。故障码通常会指向具体的传感器、执行器或电路。 数据流（Live Data）： 诊断仪还可以实时读取ECU采集到的各种传感器数据和执行器的工作状态。通过分析这些数据流，维修人员可以了解发动机在特定工况下的表现，判断传感器是否正常工作，以及ECU的控制是否合理。 执行器测试： 诊断仪通常具备执行器测试功能，可以强制ECU驱动某个执行器工作（如开启燃油泵、激活某个喷油器），以验证执行器本身以及其控制电路是否正常。 电路检查： 对于传感器和执行器本身正常但系统工作异常的情况，需要进行电路检查。这包括检查传感器和ECU之间的线路连接是否牢固、有无断路、短路、对地短路等。可能需要使用万用表、示波器等工具。 传感器性能检测： 对于模拟传感器，可以使用万用表测量其输出电压是否随输入参数（如温度、空气流量）的变化而变化，并与正常范围对比。 ECU本身故障： ECU本身发生故障的可能性相对较小，但并非不可能。在排除了外部电路和部件的故障后，如果仍然无法解决问题，可能需要考虑ECU的故障。ECU的检测和维修通常需要专业设备，有时甚至需要更换。 维修时需要注意： 安全第一： 操作前务必断开蓄电池负极，避免短路和触电。 原厂配件： 尽量使用原厂或质量可靠的配件，避免因配件质量问题导致二次故障。 遵循手册： 严格按照汽车维修手册的规定进行操作。 系统思维： 检修时要具备系统性思维，从整体到局部，逐步排除可能性。 持续学习： 汽车电子技术发展迅速，维修人员需要不断学习新的技术和诊断方法。 七、 汽车电气系统基础知识 虽然本书侧重于发动机的微机控制，但理解汽车电气系统的基本原理对于进行检修至关重要，因为发动机控制系统本身就属于汽车电气系统的一部分，并且与整车电气系统紧密相连。 电源系统： 蓄电池（Battery）： 提供车辆启动时的强大电流，并在发动机不工作或工作不稳定时为电气设备供电。 发电机（Alternator）： 在发动机运转时，将机械能转化为电能，为蓄电池充电，并向全车电气设备供电。 电路组成： 任何电气电路都由电源、导线、用电器和开关组成。发动机控制系统中，ECU扮演着“智能开关”的角色。 导线与连接： 导线： 负责电流的传输。导线的截面积（线径）决定了其能承载的最大电流，过细的导线容易发热甚至烧毁。 连接器： 用于连接不同的电气部件，如传感器插头、ECU连接器、线束接头等。良好的连接是电路正常工作的关键。 保险丝（Fuse）： 是电路中的安全保护装置。当电路出现过载或短路时，保险丝会熔断，切断电路，从而保护电器元件和导线不被损坏。不同用电器有不同安培数的保险丝。 继电器（Relay）： 是一种用小电流控制大电流的电磁开关。发动机控制系统中，ECU可能通过继电器来控制燃油泵、风扇等大功率用电器。 接地（Grounding）： 电路需要形成闭合回路才能工作。在汽车上，车身通常作为公共接地端。良好的接地是保证电气设备正常工作、避免电磁干扰的重要因素。 电压与电流： 电压（Voltage, V）： 电流流动的“动力”。汽车电气系统通常是12V或24V。 电流（Current, A）： 电荷的定向移动。 电阻（Resistance, Ω）： 对电流的阻碍作用。 基本测量工具： 万用表（Multimeter）： 最基础的电气检测工具，可以测量电压、电流、电阻，并进行导通性测试。 示波器（Oscilloscope）： 用于观察电信号随时间变化的波形，对于分析传感器信号、脉冲信号等非常有用。 电磁兼容性（EMC）： 现代汽车集成了大量的电子设备，它们之间可能产生电磁干扰。ECU和传感器设计时会考虑EMC问题，例如屏蔽、滤波等。在检修时，也要注意避免引入新的干扰源。 理解这些基础知识，有助于更好地理解发动机控制系统中各个部件的连接方式、工作原理，以及在发生故障时如何定位问题。例如，当一个传感器不工作时，首先要检查其电源、接地和信号线是否正常；当一个执行器不工作时，要检查其供电、ECU的控制信号以及执行器本身。 八、 总结与展望 汽车发动机控制系统是集成了传感器、ECU和执行器的复杂电子控制系统。它通过微处理器对各种运行参数进行实时监控和精确控制，从而优化发动机的动力性、经济性和排放性。随着汽车技术的不断进步，发动机控制系统正变得越来越智能化、集成化和网络化。 对于高职高专层次的学生而言，掌握发动机微机控制系统的基本原理、主要组成部件的功能、工作方式，以及故障诊断和维修的基本方法，是从事汽车维修、技术服务等工作的基础。这要求学习者不仅要理解理论知识，更要注重实践操作，通过实际的检修案例，加深对知识的理解和应用能力。 未来，随着新能源汽车的普及和自动驾驶技术的不断发展，对汽车电子技术的要求将更加严苛。传统的内燃机微机控制技术仍然是理解整个汽车电子控制系统的重要基石，而掌握其核心原理和检修方法，将有助于维修技术人员更好地适应汽车行业的发展趋势。

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