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汽车构造 I. 造 I. （ 9 ）. 赵雨东. 清华大学汽车工程系. 主要内容和学时安排. 汽车发动机基本知识 （ 4 学时） 发动机机体（ 2 学时） 曲柄连杆机构（ 3 学时） 气门机构（ 3 学时） 进排气、增压系统及排放 控制装置（ 3 学时） 汽油机燃油供给系统（ 4 学时）. 柴油机燃油供给系统（ 4 学时） 汽油机点火系统（ 2 学时） 发动机冷却系统（ 2 学时） 发动机润滑系统（ 2 学时） 发动机起动系统 与电源 （ 1 学时） 发动机管理系统（ 2 学时）. 汽油机管理系统. 管理内容 系统组成 传感器

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  1. 汽车构造I 造I （9） 赵雨东 清华大学汽车工程系

  2. 主要内容和学时安排 汽车发动机基本知识 （4 学时） 发动机机体（2学时） 曲柄连杆机构（ 3学时） 气门机构（ 3学时） 进排气、增压系统及排放 控制装置（ 3学时） 汽油机燃油供给系统（4 学时） 柴油机燃油供给系统（4 学时） 汽油机点火系统（2学时） 发动机冷却系统（2学时） 发动机润滑系统（2学时） 发动机起动系统与电源 （1学时） 发动机管理系统（2学时）

  3. 汽油机管理系统 管理内容 系统组成 传感器 执行器 控制器

  4. 汽油机管理系统－管理内容（1） 满足发动机动力 性、燃油经济性、 排放控制及操纵 舒适、安全、方 便等要求 基本功能 燃油喷射 电子点火

  5. 汽油机管理系统－管理内容（2） 其它控制功能 可变气门驱动控制 限制输出转矩、转速 巡航控制 自适应巡行控制 自动变速器换高档位时转 矩控制 载荷瞬变控制（对驾驶员 需求平滑响应） 转矩协调（外部转矩干预） 其它控制功能 怠速转速控制 闭环空燃比控制 汽油蒸发污染控制（碳罐 系统） 爆震控制 废气再循环（EGR）控制 二次空气喷射控制 涡轮增压器控制 可变进气管长度控制

  6. 汽油机管理系统－管理内容（3） 自诊断功能 监测发动机管理系统是否有发生故障的迹象，存储故 障信息，以便于故障诊断和修理。 监测ECU的输入信号：判断传感器及引线的工作状态、 是否断路、对电源或地短路 监测传感器的供电电压 检查传感器测量值是否在正常范围内（如冷却水温在- 40~150° C之间） 如有可相互印证的两个传感器的测量值，则进行可信度检 查（如比较曲轴和凸轮轴转速） 对非常重要的传感器采用冗余设置，以判断和比较相关的 信号的可信度（如加速踏板采用两个位置传感器）

  7. 汽油机管理系统－管理内容（4） 监测ECU的输出信号：判断执行器及引线的工作状 态，执行器是否发生故障，是否断路、短路 通过输出驱动电路监测输出信号，判断是否对电源短路， 断路、对地短路，是否信号中断 将管理系统中的数据与执行器控制信号进行比较，判断执 行结果的真实性。如EGR系统中，要判断进气歧管压力值 是否在规定范围内，以及进气歧管压力值对执行器控制的 反应是否正确。 监测ECU之间的数据通讯、ECU内部工作情况

  8. 汽油机管理系统－管理内容（5） 对故障的处理 故障识别 故障码存储 跛行回家功能——发生故障后，管理系统启动应急功能， 用预先设定的喷油、点火值使发动机进入简易控制状态， 从而能继续工作，让汽车行驶回家。 提供诊断接口，供检修用 各厂家自诊断功能大同小异，但无统一标准

  9. 汽油机管理系统－管理内容（6） 车载诊断功能（On-board diagnostics） 发动机管理系统必须持续监测与排放控制有关的系统 和零部件，以使排放符合法规要求； 与排放控制有关的系统和零部件发生故障要报警； 自诊断功能集成到OBD中，OBD已是发动机管理系统 中标准化配置（与厂家无关） OBD I（美国加州， 1988） OBD II （美国加州， 1994 ） EPA OBD（美国环保署强制其它州1994施行，与 OBD II略 有不同 ） EOBD（欧洲2000施行，基于 EPA OBD ）

  10. 汽油机管理系统 管理内容 系统组成 传感器 执行器 控制器

  11. 汽油机管理系统－组成（1） 发动机管理系统的主要开发商 德国BOSCH，世界第二汽车零部件供应商 美国Delphi，最大 日本Denso（电装），第三 德国Siemens VDO 意大利 Magneti-Marelli 各公司开发的系统大同小异

  12. 汽油机管理系统－组成（2） Bosch M-Motronic 电控汽油喷射系统组成.swf 驾驶员通过加速踏板操纵节气门，控制进气量及输出 转矩；怠速执行器控制怠速空气量。 确定空气质量流量和每缸循环进气量：用空气质量流 量计测量，或根据进气歧管绝对压力、进气温度和发 动机转速，用速度密度法计算； 根据发动机工况确定基本喷油量和点火提前角，再根 据节气门位置、蓄电池电压、变速器档位、冷却液温 度、进气温度、爆震倾向等进行修正。

  13. 碳罐 二次空气泵 VVT传感 器执行器 点火线圈 凸轮轴相 及火花塞 位传感器 脱附控制阀 进气歧管 压力传感器 油箱泄 漏诊断 模块 二次空气阀 可变 进气 喷油器 氧传感器 爆震 传感器 空气流量计 节气门位 置传感器 EGR阀 发动机ECU 冷却液温 度传感器 诊断 接口 故障指示灯 油箱压力 传感器 氧传感器 曲轴转速 传感器 汽油箱 变速器 接口 BOSCH M-Mochonic

  14. Motronic，Santana2000 1：电动汽油泵 2：汽油滤清器 3：炭罐脱附电磁阀 4：炭罐 5：点火线圈 6：相位传感器 7： 喷油器 8：油压调节器 9：节气门控制组件 10：空气流量计 11：氧传感器 12：冷却水温传感器 13：爆震传感器 14：发动机转速传感器 15：进气温度传感器 16：ECU

  15. Delphi system for Dong’an engine

  16. 汽油机管理系统－组成（3） BOSCH ME-Motronic 采用电动节气门，无怠速执行器。驾驶员通过加速踏 板设定发动机的工作状态。 根据加速踏板位置信号，将驾驶员的意图转换为发动 机转矩；再基于大量的发动机运行的当前数据，将转 矩转换为 进入气缸的新鲜空气充量（通过电控节气门实现） 喷油量（通过燃油喷射系统实现） 点火提前角（通过点火系统实现）

  17. VVT传感 器执行器 点火线圈 凸轮轴相 及火花塞 位传感器 碳罐 脱附控制阀 喷油器 进气歧管 压力传感器 氧传感器 爆震 传感器 空气流量计 氧传感器 节气门组件 EGR阀 发动机ECU 加速踏 板模块 曲轴转速 传感器 冷却液温 度传感器 故障指示灯 诊断 接口 BOSCH ME-Mochonic

  18. 汽油机管理系统－组成（4） BOSCH DI-Motronic 基于ME-Motronic，多出一个汽油高压油路；比 ME- Motronic复杂 需要确定 空气充量（电控节气门实现） 喷油压力（高压泵实现） 喷射时刻－中高速大负荷均质充量（进气冲程喷射）、低 速低负荷分层充量（压缩冲程末期，点火之前喷射） 喷入燃烧室的油量 点火提前角

  19. VVT传感 器执行器 高压泵带 油量控制阀 点火线圈 凸轮轴相 及火花塞 位传感器 碳罐 脱附控制阀 进气歧管 压力传感器 氧传感器 喷油器 爆震 传感器 空气流量计 发动机ECU 节气门组件 EGR阀 加速踏 板模块 氧传感器 废气温度 传感器 曲轴转速 传感器 冷却液温 度传感器 故障指示灯 氧传感器 诊断 接口 BOSCH DI-Mochonic

  20. Audi A3 BOSCH DI-Mochonic

  21. 汽油机管理系统－组成（5） Mono-Motronic 与M-Motronic相比，只是再节气门体处安置一个喷油 器 目前极少应用

  22. 汽油滤清器 喷油器 进气温度 传感器 油压调节器 怠速控制阀 汽油箱 ECU 电动汽油泵 氧传感器 节气门及其位置传感器 继电器 冷却水温 传感器 蓄电池 分电器及曲轴 点火 Bosch Mono-Jetronic 位置传感器 开关

  23. 汽油机管理系统－组成（6） 发动机管理系统硬件构成 传感器、ECU、执行器， 传感器、执行器分布在发动机上的具有独立功能 的各子系统中 空气系统 供油系统 点火系统 排放控制系统 附件系统

  24. ECU 传感器 加速踏板位置 节气门位置 空气质量流量 蓄电池电压 进气温度 冷却液温度 爆震强度 氧传感器 执行器 点火线圈 及火花塞 电控节气 门驱动器 喷油器 主继电器 发动机转速表 燃油泵继电器 氧传感器 的加热器 曲轴转速及上止点 凸轮轴位置 变速器档位 车速 VVT控制 油箱通风 可变进 气控制 二次空气 EGR ME-Mochonic

  25. 空气流量计 发动机控制单元 节气门控制组件 发动机转速传感器 喷油器 相位传感器 节气门控制组件 点火线圈组件 进气温度传感器 冷却水温传感器 炭罐脱附电磁阀 自诊断接口 氧传感器 爆振传感器 电动燃油泵 氧传感器 车速 空调器 发动机转速 空调器压缩机 辅助信号 辅助信号 SANTANA 2000

  26. 发动机控制单元 传感器插头支架 氧传感器 冷却水温 传感器 炭罐脱附电磁阀 节气门控制组件 空气流量计 炭罐 爆振传感器 爆振传感器 进气温度传感器 发动机转速传感器 电动燃油泵 喷油器 油压调节器 SANTANA 2000 相位传感器

  27. Polo 1.4L

  28. 汽油机管理系统－组成（7） 测量载荷的传感器 翼片式空气流量计 热线式空气流量计 热膜式空气流量计 进气歧管压力传感器 （与进气温度传感器、 发动机转速一起用于计 算空气量） 节气门位置传感器 空气系统 节气门 怠速执行器（电动节气 门则无怠速执行器） 测量载荷的传感器 可变进气 可变气门驱动 废气再循环（EGR）

  29. 汽油机管理系统－组成（8） 供油系统 电动汽油泵 汽油滤清器 油压调节器 汽油蒸发污染控制系统 油轨 喷油器 缸内直喷系统不同 点火系统 点火线圈 火花塞

  30. 汽油机管理系统－组成（9） 附件系统 冷却风扇 空调压缩机 发动机工作信息传感器 曲轴转速 凸轮轴相位 冷却液温度 进气温度 爆震强度 排放控制 一个或两个三效催化转 换器（初级催化转换器 和主催化转换器） 氧传感器，初级催化转 换器前、后端各一 二次空气喷射装置 EGR发动机装废气温度 传感器

  31. 汽油机管理系统 管理内容 系统组成 传感器 执行器 控制器

  32. 汽油机管理系统－传感器 空气质量流量传感器 温度传感器 压力传感器 转速和转角位置传感器 位置传感器 氧传感器

  33. 汽油机管理系统－传感器 －空气质量流量传感器（1） 翼片式 通过流量计的空气推动翼片（带回位弹簧－卷簧） 转动，气流速度（体积流量）越大，由弹簧力和气 流推力决定的翼片转角越大。 翼片带动的电位计，将翼片角度转换为电信号。 缓冲室起阻尼作用，使翼片转动平稳，避免发生摆 振。 工作可靠，有进气阻力，易磨损。 已经基本不用

  34. 翼片 进气温度传感器 接到ECU 缓冲片 缓冲室 电位计 翼片式空气流量计

  35. 汽油机管理系统－传感器 －空气质量流量传感器（2） 温度补偿电阻 微调电阻 热线式 热线－铂金属丝；惠 斯通电桥（铂丝为其 中一电阻）；混合电 路 热线工作时通电加 热，要求热线表面与 周围环境保持固定温 铂热丝 混合电路 差； 测量电阻

  36. 精密测量电阻 铂热丝 温度补偿电阻

  37. 汽油机管理系统－传感器 －空气质量流量传感器（3） 热线式 经过热线表面的空气会带走热线散发的一部分热量，铂丝温 度及电阻减小，电桥失去平衡；混合电路自动增大通过铂丝 的电流，增大其温度和电阻，电桥恢复平衡。 流经热线的空气量越大，混合电路供给热线的加热电流也越 大。加热电流是空气流量的单值函数。 加热电流通过一精密电阻产生的压降作为输出信号。 无运动件、无磨损，灵敏度高，响应快。但任何方向运动的 空气都会带走热量，故在进气管气流脉动较强的场合（如四 缸机）易导致误判；且热线污染时会发生零点飘移。

  38. 金属防护网 测试管 铂热丝 温度补偿电阻 壳体 控制电路板 电接头 热线式空气流量计

  39. 汽油机管理系统－传感器 －空气质量流量传感器（4） 电接头 热膜式 测管 混合电路 热膜 壳体 空气分流通路 测量原理与热线式 相同； 利用热膜与空气的 热传递来测量空气 流量； 热膜：铂金属片固 定在树脂薄膜上。 与热线式相比，提 高了可靠性和耐用 性。不会被灰尘污 染。

  40. 壳体 金属防护网 导流隔栅 SANTANA 2000 热膜元件 混合电路盒 电插头 主流热膜式空气流量计

  41. 上海联合电子（BOSCH）

  42. 汽油机管理系统－传感器 －温度传感器（1） 发动机温度传感器（冷却液温度传感器） 装在气缸体上，测量冷却液温度；测量范围－40～ 130° C 空气温度传感器 装在进气总管或进气质量流量计上；测量范围－40～120°C 与进气压力传感器一起，用于计算进气质量 用于各种控制（EGR、增压压力） 机油温度传感器 装在缸体主油道，用于计算维修间隔；测量范围－40～ 170°C 燃油温度传感器 装在柴油机低压油路，用于精确计算喷油量；测量范围－ 40～ 120°C

  43. 汽油机管理系统－传感器 －温度传感器（2） 引 线 接 头 密 封 垫 圈 安 装 螺 纹 测 温 电 阻 大多采用负温度系数（NTC） 热敏电阻式，其电阻值随温度 升高而降低。 冷 却 液 壳 体 将热敏电阻与一标准电阻串 连，并提供稳定电压（5V）。 温度变化时，标准电阻分压值 发生变化。 冷却水温传感器：导热的金属 套管隔水密封封装。 进气温度传感器：贯通的保护 套式封装，以直接接触被测气 体，提高灵敏度。

  44. 进气温度 冷却水温 热敏 电阻 导热的绝 缘填充物 热敏 电阻

  45. Deiphi 冷却液温度传感器 Deiphi 进气温度传感器

  46. 冷却液温度传感器 进气温度传感器 上海联合电子（BOSCH）

  47. 汽油机管理系统－传感器 －压力传感器（1） 进气歧管压力传感器 装在进气总管上，测量进气绝对压力 用于计算进气质量，以及用于控制增压压力 大气压力传感器 装在ECU上或发动机仓内，用于海拔高度修正 机油压力传感器 装在机油滤清器内或主油道，用于监测润滑系统的工作情况 燃油压力传感器 装在燃油滤清器上，用于监测滤芯的堵塞程度

  48. 汽油机管理系统－传感器 －压力传感器（2） 硅膜片 玻璃 基座 外罩 引压管 引线 真空室 玻璃 封装 引线 端子 半导体压敏电阻型 主要元件——单晶硅 材料制成的硅膜片， 一侧是真空，一侧是 引入的进气管压力。 用集成电路加工技术 在膜片上制成四个阻 值相等的压敏电阻 （固态电阻），构成 惠斯通电桥。 进气管压力传感器

  49. 锡焊 封口 压敏 电阻 金线 电极 硅膜片 压敏电阻 真空室 硅膜片 电极 引线 底座 硅杯 壳体 引线 端子 真空管 硅膜片 压敏电阻 压敏电阻型进气管压力传感器

  50. 汽油机管理系统－传感器 －压力传感器（3） 半导体压敏电阻型（续） 在压力作用下，膜片产生 应变，压敏电阻阻值变 化，电桥平衡被打破。若 电桥输入电压一定，则其 输出也会变化，反映出进 气管压力的大小。 输出电压与进气管压力成 线性关系。 Delphi 进气管压力传感器

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