第六章 典型发动机集中控制系统

第一节 丰田 TCCS系统

TCCS 是丰田计算机控制系统的英文缩写。控制内容主要包括发动机控制、电子控制自动变速器（ ECT ）制动防抱死系统（ ABS ）电控悬架（ TEMS ）牵引控制（ TRC ）空调（ A ／ C ）巡航控制（ CCS ）安全气囊（ SRS ）

一、汽油供给系统

1UZ － FE 型发动机汽油供给系统的结构，它主要由汽油泵、汽油过滤器、汽油压力调节器、油压脉动减振器、喷油器、冷起动喷油器和温度—时间开关（ 1992 年前车型）、供油总管和汽油箱等组成。

二、进气系统

1UZ － FE 型发动机进气系统

主要由空气过滤器、空气流量计、节气门体、进气室、各种连接管和真空软管等组成。此外还有计量节气门开度的节气门位置传感器和用于发动机怠速控制的怠速控制阀

三、电子控制系统 1 ．电子控制单元（ ECU ）凌志 LS400 型轿车采用的是发动机和变速器集中控制的 ECU ，

安装在仪表板右端杂物箱的右侧。2 ．传感器和控制开关等（ 1 ）空气流量计（ 2 ）节气门位置传感器 （ 3 ）进气温度传感器 （ 4 ）冷却液温度传感器 （ 5 ）曲轴转速和凸轮位置传感器（ 6 ）车速传感器 （ 7 ）爆震传感器（ 8 ）氧传感器（ 9 ）可变电阻器（ 10 ）海拔高度补偿器（ HAC ）

3 ．电控汽油系统工作过程

起动时， ECU 根据冷却液温度传感器的信号，由内存的冷却液温度—喷油时间图找出相应的基本喷油时间，再进行进气温度修正和电瓶电压修正，得到起动时的喷油持续时间。当发动机的转速超过预定值时， ECU 根据其的内存三元脉谱图，以空气流量计的信号和发动机转速确定基本喷油时间，再根据冷却液温度、空气温度、节气门开度（ VTA 信号或 IDL 信号）、 A/C信号、车速等因素，对喷油量进行修正。起动后喷油量的修正通常包括起动后加浓、暖机加浓、进气温度修正 、大负荷修正、过渡工况空燃比的修正和怠速的稳定性修正等。

第二节 福特 EEC-IV系统

目前福特轿车均采用了福特汽车公司 1988 年推出的第四代电子发动机控制组件，用质量流量型空气流量计取代了以往的进气歧管绝对压力传感器，并采用功能最强、最先进的微处理器，根据各传感器输入的信号优化发动机工作，使发动机控制能力进一步增强，改善了冷起动和可驾驶性，同时还具有很强的故障自检测性能。

测量（控制）参数 传感器 / 执行器

曲轴位置及转速节气门位置发动机冷却液温度发动机进气温度排气中氧浓度起动信号空调离合器位置变速器位置动力转向EGR系统排气压力发动机进气流量 空燃比控制点火正时控制怠速控制排气再循环量控制汽油蒸气排放控制空调及冷却风扇转速控制电动汽油泵控制

分电器处霍尔效应式传感器线性式节气门位置传感器负电阻系数温度传感器负电阻系数温度传感器加热型氧化锆氧传感器点火起动开关空调压缩机离合器开关离合器接合开关变速器位置开关动力转向压力开关压力变送器热线式空气流量传感器喷油器TFI－ IV 点火系统占空比型旁通空气阀EGR真空度调节器电磁式排气阀A ／ C及风扇控制系统汽油泵继电器

福特 92款轿车采用的传感器和执行器

1 ．空气流量计（MAF） 早期的福特公司生产的轿车采用进气歧管压力传感器测量进气量，在 92款轿车中，用在进气管旁通管路中安装的热线式质量空气流量传感器测量发动机进气量，以电压变化的形式输出给电控单元，来感知进气量的质量流量，其输出电压范围为 0.5V～ 5.0V 。为了防止污物污染热线，在进气系统中空气过滤器后装有滤网。

2 ．进气温度和发动机冷却液温度传感器 当进气温度和发动机冷却液温度变化时，电控单元要相应地根据

温度变化对喷油器喷油量及怠速空气量进行调整。发动机进气温度由热线式空气流量计内的冷线测量，冷却液温度由安装在缸体上的温度传感器测定，两种温度传感器均采用负系数电阻制成，随温度的升高，传感器电阻值相应减小，由此产生一相应的电压信号传送给电控单元，由电控单元控制执行器对进气系统及供油系统进行校正。其输出电压范围为 0.3V ～ 3.7V。

3 ．节气门位置传感器为了感知节气门开启的位置及开启的速率，以实现对在不同节气门开度及加、减速工况下调节混合气浓度， X 型、 U 型发动机采用了安装在节气门轴上的线性旋转式电位计测量节气门的开启，输出电压范围 0～ 5V ，电控单元根据节气门位置信息控制空燃比，点火提前角以及废气再循环数量。

4 ．怠速控制系统 当使用空调、动力转向装置以及发动机暖车阶段要对怠速空气量进行调整，两种形式发动机采用如图 6-6所示的直动式、占空比型的辅助空气阀，它是由电控单元根据传感器输入的信号控制的电磁旁通阀，通过控制电磁阀的开、闭，使部分空气绕过节气门而进入进气歧管。

5 ．排气氧传感器 采用了加热型氧化锆氧传感器。根据排气中氧气的含量引起氧化锆元件内、外表面两电极间电压的变化来感知混合气浓度，电控单元根据此信息以及其它传感器传入的信息，反复调节喷油器喷油量，使混合气空燃比稳定在 14.7:l附近。

柴油机电控喷射系统简介

汽车柴油机电子控制的内容主要有最佳喷油量控制、最佳喷油正时控制、喷油压力控制、喷油率曲线类型控制、调速系统控制、进气涡流控制、废气再循环率、增压压力控制、电控可变进气系统（可变配气正时、可变进气管长度、可变涡流比等）、断缸控制、电热塞通电时间控制和自诊断等，其中最重要的是柴油喷射系统的控制。 柴油机的电控喷射，不仅可以降低 HC 和排放与排气烟度，还可降低噪声，改善起动性能，提高柴油机多方面的性能。

xNO

柴油机电控喷射系统可分为位移控制和时间控制两大类。 位移控制是在机械控制喷油正时与喷油量的基础上，用执行机构（电磁液压或电磁式）控制油量调节和喷油提前器，实现喷油正时和喷油量的电控。也可用改变柱塞预行程的方法，实现可变供油速率的电控，以满足高压喷射中高速、大负荷和低怠速喷油过程的综合优化控制。 此种控制方式的系统响应慢，控制频率较低，精度不稳定。

xNO

时间控制是在高压油路中利用一个或两个高速电磁阀的启闭，控制喷油泵和喷油器的喷油过程。喷油量由喷油器开启时间的长短和喷油压力的大小来决定，喷油正时则由控制电磁阀的开启时刻所确定，从而实现喷油正时、喷油量和喷油速率的柔性一体控制。时间控制喷油系统的高压喷射可使柴油雾化得很细，发动机的燃烧过程进行得相当完善，且速度快，燃烧温度也不明显提高。喷油压力的提高，可降低 HC 、 CO 、、微粒和碳烟的排放，也可使油耗降低。

一、博世式喷油泵电子控制系统

此系统保留了博世式喷油泵的柴油压送机构部分，而将传统的机械式调速器和喷油提前正时器分别由相应的电控装置所取代。日本五十铃汽车公司采用的 IE系统就是一个典型实例，

1 ．喷油量控制柴油机在运行时的喷油量是根据由加速踏板位置和柴油机转速所确定的喷油量整定值来选定的。喷油泵调节齿杆位置则是由喷油量整定值、柴油机转速和具有三维坐标模型的预先存储在控制器内的喷油泵速度特性所确定。在运行中，系统一直校验和校正调节齿杆的实际位置和设定值之间的差异，以获得正确的喷油量。

2 ．喷油定时控制喷油定时是根据柴油机的负荷和转速确定，并根据冷却水的温度

进行校正。控制器把喷油定时的整定值与实际值加以比较，然后输出控制信

号使定时控制阀动作，以确定通至定时器的油量；油压的变化又使定时器的活塞移动，喷油定时就被调整到整定值。当发生故障时，定时器使喷油定时处在最滞后的位置。

3 ．怠速和暖车控制怠速有两种控制方式：其一为手动控制，另一种为自动控制。借助于选择开关可选定怠速控制方式。

当选定手动控制时，转速由怠速控制旋钮来调整。选择自动控制时，随着冷却液温度逐渐升高，转速从暖车前的 800r/min降至暖车后的 400r/min 。用这种方法可缩短冬季暖车时间。

4 ．巡航控制该系统的巡航控制是由车速、柴油机转速、加速踏板位置、巡航开关传感器和电子调速器控制器来实现。一个快速、精密的电子调速器执行器，根据控制器的指令自动进行巡航控制，使发动机始终处于最佳运动状态。在原有的电子调速器基础上，只需增加几个开关和软件就可实现这项功能。

5 ．柴油消耗量指示器这种指示器接收柴油机转速信号和喷油泵调节齿杆位置信号。在运行中，柴油消耗状态由安装在仪表板上的绿、黄、红三色发光二极管显示出来，以作为经济行驶的参考。负荷信号由调节齿杆位置信号提供，而不是由加速踏板位置信号提供。所以，即使在巡航控制状态下行驶时，该指示器也能精确地表示油耗量。

该系统是以传统的分配式油泵为基础，而对调速器喷油提前正时器进行电子控制 .

二、分配式喷油泵电子控制系统

1 ．喷油量控制由发动机转速和加速踏板位置所决定的喷油量控制图储存在控制

器中。由控制杆位置传感器检测到的实际喷油量信号反馈到控制器中，并与上述控制图上的数值比较，通过这个闭环系统可以确定在所有工况下的最佳喷油量。

2 ．喷油定时控制当负载改变时，定时控制阀的位置也随之变化，从而改变了从提

前器活塞室的高压腔流入输油泵进油腔的油量，提前器活塞的移动就实现了对喷油定时的控制。

3 ．怠速控制怠速是通过发动机的转速传感器来实现反馈控制的，因此转速可始终保持稳定，不受因长期运行、季节变更、机油粘度变化等导致发动机和喷油泵特性改变所带来的影响。此外，存储在控制器中的程序可使发动机的转速随其冷却液温度的上升而逐渐降低，从而使发动机在暖机时获得最佳的高怠速。当空调压缩机在运行或停止状态，蓄电池电压发生变化时，也可实现怠速的自动控制。

4 ．行驶控制为使车辆在行驶时能保持恒速，在控制器中编入一些软件，同时

增加一个车速传感器，把车速信号传递给控制器。

三、电子控制共轨式柴油喷射系统

电控共轨喷油系统是高压柴油喷射系统的一种， 20世纪 90 年代中期才开始推向市场的第 3 代电控喷射技术，它摒弃了传统使用的直列泵系统，而代之以用一供油泵建立一定油压后将柴油送到各缸共用的高压油管（简称共轨）内，再由共轨把柴油送入各缸的喷油器。共轨式柴油喷射系统喷油压力与喷油量无关，也不受发动机负荷和转速的影响，能根据要求任意改变压力水平，使 NOX 和颗粒排放都大大降低。由于采用了独立的高压油泵，可提供很高的喷油压力，最高可达 200~ 220MPa ，即使联结各喷油器的高压油管很短也不会出现不可控制的异常喷射情况。系统采用的是压力—时间计量原理， ECU 根据工况、油温、空气温度等信号，由油压传感器测出压力值并输送给 ECU ，并使所测得的压力与发动机工况所给定的油压脉谱图（所设的最佳压力值）比较， ECU 给出信号控制电磁式柴油泵控制阀（ PCV ）的启闭，来调整高压油泵的供油量，以改变共轨油道中的油压，使油压为最佳值。因此，油压与发动机的转速和负荷无关。

1 ）喷油压力柔性可调。对不同工况可采用最佳喷射压力，从而可以优化柴油机的综合性能，由于喷油压力不随转速改变，解决了传统喷射系统（包括泵—喷嘴系统）因低速时喷油压力下降而导致的低速转矩差和低速烟度大的缺陷。2 ）喷射压力高。由于系统紧凑、刚度大，可实现较高的喷射压力（ 120 MPa ~170MPa），比普通的柱塞泵高出一倍。加上可独立柔性控制喷油定时和喷油量，可将排放和微粒控制在较小范围内。

xNO

xNO

与传统喷射系统比，电控共轨柴油喷射系统主要特点有：

3 ）可柔性控制喷油规律。可实现灵活多样的喷油规律，喷油速率柔性化。如预喷射、多段喷射、“靴形”喷射等，以及配合排气后处理使用的排气行程中的喷射，从而既保证优良的动力性、经济性，又可降低排放和 dφ/dp。

4 ）控制精度高。电磁阀控制喷油，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围内，喷油量变动小，各缸的不均匀可得以改善，并减小柴油机的振动与有害排放，对于车用柴油机来说还可改善驱动性能。

The end