汽车电控发动机构造和维修教案.docx

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汽车电控发动机构造和维修教案

课题名称

模块一：

电控发动机基础

单元一：

电控发动机概述

课时安排

2课时

第一周

第课时

教学

目标

知识目标

1．了解汽车电控系统的发展过程。

2．了解电控发动机系统的基本组成。

3．了解电控发动机的基本工作原理。

4．了解电控发动机的发展趋势。

技能目标

掌握电控发动机的总体结构。

情感、态度价值观

在理论课程中,培养学生端正的学习态度，求实的科学态度，使学生确立对真善美的价值追求以及人与人的和谐相处的理念。

教材

分析

重点

汽车电控系统的发展历程

难点

汽车电控发动机的基本工作原理

教具器材

桑塔纳电控发动机试验台，电控发动机结构挂图

教学方法

理实一体法，分组教学法，总结归纳法

教学过程的设计

教学环节

教学内容（问题设计、师生活动）

设计意图

一、组织教学

二、导入

三、新授课

师生问好。

导言：

发动机构造的课程，大家在上学期已经学习，发动机的工作过程大家也都有所了解，那发动机在工作时所需要的燃油量到底是怎么样进行控制的呢，这也是我们这门课程要进行学习的。

一、汽油机电子控制技术发展史

为适应降低汽油机燃油消耗和有害物排放量的要求，汽油机燃油供给技术经历了从机械控制汽油喷射到现在的发动机集中管理系统，以及目前正在迅猛发展的缸内直喷技术。

1934年，德国怀特（Wright）兄弟发明了向发动机进气管内连续喷射汽油来配制混合气的技术。

1953年美国本迪克斯公司（Bendix）开始研制由真空管电子控制系统控制的汽油喷射装置，并在1957年研制成功。

1967年，德国博世（Bosch）公司根据美国本迪克斯公司的专利技术，开始批量生产利用进气歧管绝对压力信号和模拟式计算机来控制发动机空燃比A/F的D型燃油喷射系统（D-Jetronic）。

1973年，德国Bosch公司在D型燃油喷射系统

集中学生注意力。

加强学生记忆。

教学环节

教学内容（问题设计、师生活动）

设计意图

（D-Jetronic）的基础上，改进发展成为L型燃油喷射系统（L-Jetronic）。

1973~1974年，美国通用（General）汽车公司生产的汽车装上了集成电路IC点火控制器。

1976年，美国克莱斯勒（Chrysler）汽车公司研制成功微机控制点火系统，取名为“电子式稀混合气燃烧系统ELBS”。

1977年，美国通用汽车公司研制成功了数字式点火控制系统。

1981年，Bosch公司开发出了LH-Jetronic系统。

1987~1989年，Bosch公司开发出电控单点汽油喷射系统。

1995年，日本三菱（MITSUBISHl）汽车公司公布了电控缸内直喷汽油机（即GDI系统）。

2001年，Volkswagen/Audi集团研制出独有的FSI（Fuel Stratified Injection）缸内直喷系统。

1994年上海大众推出采用D-Jetronic电控汽油喷射系统的桑塔纳2000型轿车。

2000年，我国政府规定：

5人座以下的化油器式发动机汽车自2001年1月1日起停止生产。

2、电控发动机的基本组成

就总体结构而言，发动机电子控制系统都是由传感器、电子控制单元（ElectronicControlUnit，简称ECU）和执行器3部分组成。

桑塔纳2000GSi、3000型轿车发动机电子控制系统的传感器有空气流量传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、怠速节气门位置传感器和节气门位置传感器（两只传感器与节气门控制组件J338制作成一体）、冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器、爆震传感器和车速传感器。

发动机电控单元（ECU）除了接收上述传感器输送的信号外，还要接收点火启动开关、空调开关、怠速开关F60、电源电压以及空挡安全开关（对装有自动变速器的汽车而言）信号，以便判断汽车运行状态并采取相应的控制措施。

桑塔纳2000GSi、3000型轿车发动机电子控制系统的执行器有电动燃油泵、电磁喷油器、怠速控制电动机（在节气门控制组件J338内），活性炭罐电磁阀、点火控制器和点火线圈。

发动机上不同的执行器完成不同的控制功能。

一个执行器和若干个传感器组合起来，构成了发动机电子控制系统中一个子系统，有的子系统同时具有多种控制功能。

这些子系统有燃油喷射控制系统、微机控制点火系统、空燃比反馈控制系统、怠速控制系统、燃油蒸气回收系统、发动机爆震控制系统、超速断油控制系统、减速断油控制系统、溢流清除控制系统、故障自诊断系统等。

3、电控发动机的基本工作原理

1．组成

有三部分组成：

信号输入装置——各种传感器，采集控制系统的信号，并转换成电信号输送给ECU。

电子控制单元——ECU，给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后执行器发出指令。

执行元件——由ECU控制，执行某项控制功能的装置。

锻炼学生的学习能力。

加强学生记忆。

使学生明确本课程的任务。

布置作业

预习下节内容

巡回指导

学生分组在发动机实验台上熟悉电控发动机传感器，执行器的名称和位置。

对学生提出的各种问题进行解答。

结束指导

一、汽油机电子控制技术发展史

二、电控发动机的基本组成

三、电控发动机的工作原理

课题名称

模块一：

电控发动机基础

单元二：

电控发动机的分类

课时安排

2课时

第周

第课时

教学

目标

知识目标

1.了解电控发动机的类型。

2.熟悉D型和L型电控发动机的结构。

技能目标

1.熟悉各类型电控发动机的结构。

2.能区分不同电控发动机的类型。

情感、态度价值观

在理论课程中,培养学生端正的学习态度，求实的科学态度，使学生确立对真善美的价值追求以及人与人的和谐相处的理念。

教材

分析

重点

D型和L型电控发动机的结构

难点

各类型电控发动机的结构

教具器材

桑塔纳电控发动机试验台，帕萨特B5电控发动机，不同类型电控发动机结构挂图

教学方法

理实一体法，分组教学法，总结归纳法

教学过程的设计

教学环节

教学内容（问题设计、师生活动）

设计意图

一．组织教学

二．导入

三．新授课

师生问好。

复习提问：

电控发动机有哪些传感器和执行器？

导言：

发动机电控系统也是有很多类型的，那么是如何进行分类的呢？

1、按发动机使用的燃料分类

分为汽油喷射系统和柴油喷射系统

2、按空气流量的测量方式分类

按空气量测量方式分类，可分为间接测量方式汽油喷射系统和直接测量方式汽油喷射系统两类。

1．间接测量方式汽油喷射系统

ECU通过测量发动机转速、节气门开度或进气歧管压力，计算出发动机吸入的空气量。

按所需测量的参数分类，可分为节流-速度方式和速度-密度方式两种。

（1）节流-速度方式

节流-速度方式是指ECU通过测量节气门开度和发动机转速，根据节气门开度、发动机转速和发动机进气量的关系，计算出每一循环进入汽缸的空气量，从而确定循环基本喷油量。

（2）速度-密度方式

速度-密度方式是指ECU通过测量进气歧管压力和发动机转速，根据进气歧管压力、发动机转速和发动机进气量的关系，计算出每一循环进入汽缸的空气量，从而确定循环基本喷油量。

Bosch公司的D-Jetronic系统。

2．直接测量方式汽油喷射系统

直接测量方式采用空气流量传感器直接测量发动机单位时间吸入的空气量，ECU根据流量传感器测出的空气流量和发动机的转速，计算出每一工作循环发动机吸入的空气量，从而确定循环基本喷油量。

对于直接测量方式，按测出的是空气的体积流量，还是质量流量，可分为体积流量方式和质量流量方式。

（1）体积流量方式

体积流量方式采用翼片式空气流量传感器或卡门旋涡式空气流量传感器，测量发动机单位时间吸入的空气体积。

（2）质量流量方式

质量流量方式利用热线式或热膜式空气流量传感器，测量发动机单位时间吸入的空气质量。

二、按喷油器的喷射部位分类

按喷油器喷射燃油的部位不同，汽油机燃油喷射系统可分为进气管喷射系统和缸内喷射系统两种类型。

其中进气管喷射又可分为单点喷射（SPI、TBI或CFI）和多点喷射（MPI）两种类型，多点喷射又可分为压力型（即D型）和流量型（即L型）多点喷射系统两种类型。

目前，大众（VAG）、宝马（BMW）、奔驰（Mercedes-Benz）、通用（GM）以及丰田（ToyotaLexus）等公司已经开始使用缸内喷射系统。

按喷油器喷射方式分类，汽油机燃油喷射系统可以分为连续喷射系统和间歇喷射系统两种类型。

1．连续喷射系统

连续喷射系统是指在发动机运行期间，喷油器连续不断地喷射燃油的燃油喷射系统。

2．间歇喷射系统

间歇喷射系统是指在发动机运转期间，喷油器间歇喷射燃油的燃油喷射系统。

间歇喷射系统按照各缸喷油器的喷油时序不同，分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种方式。

（1）同时喷射

同时喷射是指各缸喷油器开始喷油和停止喷油的时刻完全相同。

一般发动机曲轴每转一圈，各缸喷油器同时喷油一次，发动机一个工作循环所需的油量，分二次喷入进气管。

（2）分组喷射

（3）顺序喷射

集中学生注意力。

加强学生记忆。

锻炼学生的学习能力。

加强学生记忆。

使学生明确本课程的任务

布置作业

各类型电控发动机的特点

巡回指导

学生分组练习，在发动机实验台上熟悉不同类型电控发动机传感器，执行器的名称和位置。

对学生提出的各种问题进行解答。

结束指导

一、电控发动机的分类

二、电控发动机按空气流量的测量方式分类

三、电控发动机按燃油喷射方式分类

课题名称

模块二：

电控发动机空气供给系统

单元一：

空气流量计

课时安排

6课时

第周

第课时

教学

目标

知识目标

1.空气供给系统的组成。

2.空气流量计的分类和作用。

3.空气流量计的结构和工作原理。

技能目标

掌握热膜式和热线式空气流量传感器的检测。

情感、态度价值观

在理论课程中,培养学生端正的学习态度，求实的科学态度，使学生确立对真善美的价值追求以及人与人的和谐相处的理念。

教材

分析

重点

热式空气流量传感器的检测方法。

难点

热式空气流量传感器的工作原理。

教具器材

桑塔纳电控发动机试验台，万用表，金德KT600解码器，检测灯

教学方法

理实一体法，分组教学法，总结归纳法

教学过程的设计

教学环节

教学内容（问题设计、师生活动）

设计意图

1．复习上节课重点

二．组织教学

三．导入

四．新授课

师生问好。

复习提问：

电控发动机的测量进气量的方式？

导言：

发动机电控燃油喷射系统中有很多传感器，那么这节课咱们来学习空气流量传感器。

一、空气供给系统元件位置

D型EFI空气供给系统

L型EFI空气供给系统

二、空气供给系统基本元件的构造

1．空气滤清器

一般为干式纸质滤心式，结构与普通发动机上相同。

2．节气门体

节气门体安装在进气管中，来控制发动机正常工况下的进气量。

主要由节气门和怠速空气道等组成。

节气门位置传感器装在节气门轴上，来检测节气门的开度。

有的车上还设有副节气门和副节气门位置传感器，例如LS400。

在LS400上还设有牵引控制系统（TRC），当车辆处于TRC控制状态行驶时，无论是起步、匀速或加减速工况，汽车均能根据道路状况（包括泥泞、湿滑路面）确保输出最佳的驱动力和牵引性能，使车辆平稳和安全行驶。

在TRC控制行驶状态下，发动机的主节气门由主节气门强制开启器打开（全开），进气量由副节气门控制，节气门开度信号也由副节气门位置传感器负责将信号传送给ECU。

注意：

在装有节气门限位螺钉的汽车上，使用中一般不允许调节节气门限位螺钉，除非怠速控制阀发生故障而无法及时修复，可通过调整节气门最小开度来保持发动机怠速运转，故障排除后，应将节气门限位螺钉调回原位。

3．进气管

为了消除进气波动和保证各缸进气均匀，对进气总管和歧管的形状、容积有严格的要求。

如LS400在空气室设一个大容量的空气室以减少进气脉动和各缸的相互干涉，有利于提高各缸的充气量，在进气室两侧各设有4根进气管，8根进气歧管呈S型交叉布置，以增加进气歧管的长度，提高进气谐波压力，有利于进一步提高充气量。

4．空气供给系的检修

维修时应注意进行以下检查：

（1）检查空气滤清器滤心是否赃污，必要时用压缩空气吹净或更换；

（2）进气系统漏气对电控燃油喷射发动机的影响比对化油器式发动机的影响大。

检查各连接部位应连接可靠，密封垫应完好；

（3）检查节气门内腔的积垢和积胶情况，必要时用清洗剂进行清洗。

注意：

绝对不能用砂纸和刀片清理积垢和积胶。

集中学生注意力。

加强学生记忆。

锻炼学生的学习能力。

加强学生记忆。

使学生明确本课程的任务。

二．空气流量传感器

根据检测进气量的方式不同，空气流量传感器分为D型（即压力型）和L型（即空气流量型）两种类型。

“D”型来源于德文“Druck（压力）”的第一个字母，是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。

装备“D”型传感器的系统称为“D”型燃油喷射系统，控制系统利用该绝对压力和发动机转速来计算吸入汽缸的空气量。

“L”型来源于德文“Luftmengen（空气流量）”的第一个字母，是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。

汽车采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、涡流式）传感器和质量流量型（如热丝式和热膜式）传感器。

（1）叶片式空气流量计

1）结构

如图，空气流量计主要由测量板、补偿板、回位弹簧、电位计、旁通气道组成，此外还包括怠速调整螺钉、油泵开关及进气温度传感器等。

在流量计内还设有缓冲室和缓冲叶片，利用缓冲室内的空气对缓冲叶片的阻尼作用，可减小发动机进气量急剧的变化引起测量叶片脉动，提高测量精度。

l—电位计滑臂2—可变电阻3—接进气管

4—测量叶片5—旁通空气道6—接空气滤清器

2）工作原理

来自空气滤清器的空气通过空气流量计时，空气推力使测量板打开一个角度，当吸入空气推开测量板的力与弹簧变形后的回位力相平衡时，叶片停止转动。

与测量板同轴转动的电位计检测出叶片转动的角度，将进气量转换成电压信号VS送给ECU。

3）检测

测量VC与E2、VS与E2、THA与E2之间的电阻。

叶片式空气流量计电路

（2）热式空气流量计

1）工作原理：

如下图，热线电阻RH以铂丝制成，RH和温度补偿电阻RK均置于空气通道中的取气管内，与RA、RB共同构成桥式电路。

RH、RK阻值均随温度变化。

当空气流经RH时，使热线温度发生变化，电阻减小或增大，使电桥失去平衡，若要保持电桥平衡，就必须使流经热线电阻的电流改变，以恢复其温度与阻值，精密电阻RA两端的电压也相应变化，并且该电压信号作为热式空气流量计输出的电压信号送往ECU。

热线式空气流量计工作原理

2）自洁功能在1000℃以上将粉尘烧掉。

3）检测

接通点火开关，不起动发动机，测E与D、E与C之间的电压为蓄电池电压。

B与C间的信号电压发动机工作时为2～4V

发动机不工作为1.0～1.5V

F与D间电压，关闭点火开关时，电压应回零并在5s后有跳跃上升，1s后在回零，说明自洁信号良好。

（3）卡门旋涡式空气流量计

在气流通道中放一个柱体，气体通过时在柱体后产生许多涡旋。

1）分类：

按检测分为超声波检测和反光镜检测法。

2）反光镜检测法

检测部分结构：

镜片、发光二级管和光电晶体管组成。

原理：

空气流经过发生器时，压力发生变化，经压力导向孔作用在反光镜上，使反光镜发生振动，从而将反光二极管投射的的光发射给光电管，对反射光进行检测。

3）超声波检测法

结构：

由超声波信号发生器、超声波发射探头、涡流稳定板、涡流发生器、整流器、超声波接收探头和转换电路组成。

原理：

卡门涡旋造成空气密度变化，受其影响，信号发生器发出的超声波到达接收器的时机或变早或变晚，测出其相位差，利用放大器使之形成矩形波，矩形的脉冲频率为卡门涡旋的频率。

4）检测：

点火开关转至“ON”位置，检测VC与E2间电压应为5V，KS与E2间电压应为2～4V。

布置作业

预习下节内容

巡回指导

学生分组在发动机实验台上熟悉电控发动机传感器，执行器的名称和位置。

对学生提出的各种问题进行解答。

结束指导

1.空气供给系统的组成。

2.空气流量计的分类和作用。

3.空气流量计的结构和工作原理。

课题名称

模块二：

电控发动机空气供给系统

单元二：

压力传感器

课时安排

4课时

第周

第课时

教学

目标

知识目标

1.熟悉压力传感器的分类。

2.掌握进气压力传感器的结构和工作原理。

技能目标

掌握进气压力传感器的检测。

情感、态度价值观

在理论课程中,培养学生端正的学习态度，求实的科学态度，使学生确立对真善美的价值追求以及人与人的和谐相处的理念。

教材

分析

重点

进气压力传感器的检测方法

难点

进气压力传感器的工作原理。

教具器材

桑塔纳电控发动机试验台，进气压力传感器一个，万用表一个，金德KT600一个

教学方法

理实一体法，分组教学法，总结归纳法

教学过程的设计

教学环节

教学内容（问题设计、师生活动）

设计意图

一．组织教学

二．导入

三．新授课

师生问好。

复习提问：

热膜式空气流量传感器的结构，工作原理和检测方法。

导言：

发动机电控燃油喷射系统中有很多传感器，那么这节课咱们来学习进气歧管压力传感器。

进气歧管绝对压力传感器的作用是把进气歧管内节气门后方的进气压力转换成电信号。

进气歧管绝对压力传感器按工作原理可分为压阻效应式、电容式和电感式三种。

一、进气歧管绝对压力传感器的结构与工作原理

1．压阻效应式进气歧管绝对压力传感器

图2-17所示为压阻效应式进气歧管绝对压力传感器，主要由压力转换元件、混合集成电路、真空室、壳体和线束插接器组成。

图2-18所示为压阻效应式进气歧管压力传感器的内部结构，主要由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管接头和引线电极等组成。

通过特殊加工，使4个电阻应变片处于特殊的位置，即在受到膜片拉应力的作用下，应变电阻R2、R4增加（即产生正向增量ΔR），应变电阻R1、R3减小（即产生负向增量－ΔR）。

如图2-19所示，当惠斯通桥形电路的电源电压为UCC时，电桥的输出电压U0为：

U0=（R+ΔR）UCC/[（R+ΔR）+（R－ΔR）]－（R－ΔR）UCC/[（R+ΔR）+（R－ΔR）]

=UCC（ΔR/R）

式中：

R——应变电阻的初始值（一般为100mΩ）；

ΔR——应变电阻R的阻值变化量。

2．电容式进气歧管绝对压力传感器

将电容变换器与传感器混合集成电路的振荡电路相连接，通过振荡电路输出与电容变化一致的电信号，从而将进气歧管的压力转变成电信号。

3．电感式进气歧管绝对压力传感器

电感式进气歧管绝对压力传感器的主要由膜盒、铁心、感应线圈、电子电路等组成，如图2-22所示。

二、进气歧管绝对压力传感器的检测

1．压阻效应式进气歧管压力传感器的检测

①检查进气歧管压力传感器的电源电压。

②检查进气歧管压力传感器的输出信号电压。

2．电感式进气歧管压力传感器的检测

①检查传感器的输出信号。

②检查传感器线圈有无断路

进气管绝对压力传感器电路

检测：

将点火开关转至“ＯＮ”，检测VCC和E2间应为5V，PIM与E2之间的输出电压应随着真空度增加而降低。

集中学生注意力。

加强学生记忆。

锻炼学生的学习能力。

加强学生记忆。

使学生明确本课程的任务

布置作业

简述进气歧管压力传感器的工作原理？

巡回指导

学生分组练习，在发动机实验台上熟悉不同类型电控发动机传感器，执行器的名称和位置。

对学生提出的各种问题进行解答。

结束指导

一、熟悉压力传感器的分类。

二、掌握进气压力传感器的结构和工作原理。

三、掌握进气压力传感器的检测方法。

课题名称

模块二：

电控发动机空气供给系统

单元三：

节气门位置传感器

课时安排

4课时

第周

第课时

教学

目标

知识目标

1.了解节气门位置传感器的类型。

2.掌握节气门位置传感器的用途和工作原理。

技能目标

掌握节气门位置传感器的检测和匹配。

情感、态度价值观

在理论课程中,培养学生端正的学习态度，求实的科学态度，使学生确立对真善美的价值追求以及人与人的和谐相处的理念。

教材

分析

重点

节气门位置传感器的检测。

难点

节气门位置传感器的工作原理。

教具器材

桑塔纳电控发动机试验台，节气门阀体一个，万用表一个，金德KT600一个，导线一个

教学方法

理实一体法，分组教学法，总结归纳法

教学过程的设计

教学环节

教学内容（问题设计、师生活动）

设计意图

一．组织教学

二．导入

三．新授课

师生问好。

复习提问：

进气压力传感器的结构，工作原理和检测方法。

导言：

发动机电控燃油喷射系统中有很多传感器，那么这节课咱们来学习节气门位置传感器。

节气门位置传感器的作用是把汽油机运转过程中节气门开度转换成电压信号。

用于判别发动机工况（怠速工况、加速工况、减速工况、小负荷工况、大负荷工况等）。

一、节气门位置传感器的结构与工作原理

常见的节气门位置传感器有触点式、可变电阻式、触点与可变电阻结合式三种。

1．触点式节气门位置传感器

触点式节气门位置传感器由转盘、活动触点、怠速触点、全开触点（功率触点）等组成。

在某些装备自动变速器的轿车上，采用多触点式节气门位置传感器（如图2-49所示），触点数目多，能更精确地反映发动机负荷的变化，以便于更加准确地控制自动变速器的换挡时刻和变矩器锁止离合器的锁止时刻。

2．可变电阻式节气门位置传感器

可变电阻式节气门位置传感器由滑动电刷、电阻片组成。

3．触点与可变电阻结合式节气门位置传感器

为使ECU更准确地得到节气门怠速位置信号，在可变电阻式节气门位置传感器的基础上增设了一个怠速触点，形成触点与可变电阻结合式节气门位置传感器。

二、节气门位置传感器的工作电路

节气门位置传感器的型式不同，其工作电路也有所不同。

三、节气门位置传感器的检测

1．触点式节气门位置传感器的检测

①检查搭铁电路。

②检查工作电压。

③检查传感器。

2．触点与可变电阻结合式节气门位置传感器的检测

①检查搭铁电路。

②检查工作电压。

③检查传感器。

本节课我们学习了节气门位置传感器的结构及工作原理，了解了其工作电路，并且对节气门位置传感器的检测也进行了学习，希望同学们能进一步巩固。

集中学生注意力。

加强学生记忆。

锻炼学生的学习能力。

加强学生记忆。

使学生明确本课程的任务

布置作业

简述可变电阻式节气门位置传感器的工作原理？

巡回指导

学生分组练习，在发动机实验台上熟悉不同类型电控发动机传感器，执行器的名称和位置。

对学生提出的