电控燃油喷射系统

电控燃油喷射系统电控燃油喷射系统 电控燃油喷射系统的基本任务是以减少发动机机有害物排放为主要目 标， 尽可能兼顾发动机的其它性能要求。 为了实现这一基本任务，空燃比的精确控 制是关键，因此现代电子控制汽油喷射系统都遵守以空气流量和发动机转速为 基本控制参数，以电控单元（ ECU） 为控制核心，以喷油器为控制对象的控制 原则。一个完整的电控汽油喷射系统通常由空气供给系统、燃油供给系统和电 子控制系统三个子系统构成。如图 1-0. 图 1-0 1.1.空气供给系统空气供给系统 空气供给系统任务是向汽油机提供清洁的、与发动机负荷相适应的、 经过计 量的新鲜空气，使它们在进气管或气缸内与喷油器喷出的汽油形成质量好的可 燃混合气。空气供给系统由空气滤清器、空气量计量装置、 节气门体和节气门 位置传感器、 进气总管和进气歧管等组成。如图 1-1 图 1-1 1.11.1 空气量计量装置空气量计量装置 空气量计量装置的作用是对发动机吸入的新鲜空气量进行直接或间接的测量, 并把测量结果转换成电压或频率信号输送到 ECU, ECU 根据输入信号及其它参 数计算出每一工作循环吸入的新鲜空气质量直接测量方式采用空气流量计测量 空气的体积流量或质量流量，间接测量方式大都采用进气歧管绝对压力传感器 测量进气歧管的绝对压力。 1.21.2 空气流量计空气流量计 电控汽油喷射发动机中使用的空气流量计主要有翼片式空气流量计、卡门旋 涡式空气流量计、热线式空气流量计和热膜式空气流量计四种。 1.31.3 节气门体和节气门位置传感器节气门体和节气门位置传感器 1.3.11.3.1 节气门体节气门体 节气门体安装在空气流量计和发动机进气总管之间的进气管上（对于采用空 气流量计进气和电控汽油机） ，或者安装在空气滤清器与进气总管之间（对于使 用进气歧管绝对压力传感器的汽油机） 。节气门体一般由节气门、 怠速旁通气、 怠速调整螺钉、 辅助空气阀等组成。节气门通过拉索与油门踏板相连， 驾驶 员通过油门踏板控制节气门开度，使发动机的输出扭矩与所需的牵引 力相适应。 对于设置怠速旁通气道的节气门体，怠速旁通气道布置在主进气通道一侧，发 动机怠速运转时，节气门完全关闭，怠速所需要的空气经旁通气道布置在气道 进入总管。怠速调整螺钉布置怠速旁通气道上，通过适当旋进或退出怠速调整 螺钉，改变怠速旁通气道截面， 调整怠速空气量，起到调整发动机怠速的作用。 近年生产的电控汽油机已不采用怠速调整螺钉的结构，都采用专门的电控怠速 系统对发动机的怠速进行调整和控制。 1.3.21.3.2 石蜡式补充空气阀石蜡式补充空气阀 在发动机进气系统中布置补充空气阀，是为发动机低温起动和暖机过程提供 所需的增量空气。在上述过渡工况的初期，由于发动机的温度较低，运行所需 克服的阻力矩较大，怠速较高，此时要求发动机增大输出功率；随着发动机工 作工作温度的上升逐渐减少至正常怠速所需的输出功率。补充空气阀根据发动 机温度自 动调节增量空气，以满足发动机低温起动至正常怠速对输出功率的不 同要求。 1.3.31.3.3 节气门位置传感器（节气门位置传感器（ TPSTPS） 在电控汽油喷射系统中，节气门位置传感器的作用是把节气门的开度转换为 电信号，ECU 根据节气门位置传感器的输出信号对实际喷油量进行修正。节气 门位置传感器安装在节气门体上，通过节气门轴与节气门同步旋转。在电控汽 油喷射系统中应用的节气门位置传感器有线性输出型、 开关量输出型和带 Acc 信号输 出型三种形式，其中线性输出型使用最普遍。 2 2 燃油供给系统燃油供给系统 燃油供给系统的任务是以确定压力差，向发动机进气总管或进气歧管内喷入 清洁、 雾化良好的燃油。如图 2-1 燃油供给系统由油箱 、 电动燃泵燃油滤清 器、光滑分配管 、喷油器压力调节器等组成，发动机工作时，电动汽油泵从油 箱吸入汽油，加压后泵送到输油管，汽油经输油管、滤清器到达燃油分配管， 然后分送到各个喷油器。串联在油路上的压力调节器对汽油的油压进行调节， 多余的汽油经压力调节器流回油箱。 图 2-1 2.12.1 燃油泵燃油泵 作用：泵油，建立油压。 结构：油泵、永磁电动机、安全阀、单向阀、外壳等。 油泵：泵油，分滚柱式、齿轮式、涡轮式。 永磁电动机：驱动油泵，浸在燃油中，冷却好。 安全阀：防止油压过高。 单向阀：防止燃油倒流，建立保持油压。如图 2-2 图 2-2 2.22.2 电磁式喷油器电磁式喷油器 电磁式喷油器的作用是在 ECU 的控制下，把雾化良好的汽油喷入进气管或进 气道。 对于电控多点汽油喷射系统和单点汽油喷射系统，由于喷射位置和要求 的不同，喷油器的结构存在一些差异。如图 2-3 图 2-3 3 3 电子控制电路电子控制电路 3.13.1 油泵开关控制电路油泵开关控制电路 控制电路： 安装叶片式空气流量传感器的喷射系统中，常采用此控制电路。油泵开关 设在空气流量传感器内。 工作原理： 1）点火开关 ST，L2 通电，开路继电器 ON，油泵 ON； 2）起动后，点火开关 IG，油泵开关 ON，L1 通电，开路继电器 ON，油泵 ON； 3）发动机停转，油泵开关 OFF，L1 断电，开路继电器 OFF，油泵 OFF。如 图 3-1 图 3-1 3.23.2 ECUECU 控制油泵电路控制油泵电路 控制电路工作原理： 1）点火开关 ST，L2 通电，开路继电器 ON，油泵 ON； 2）起动后，点火开关 IG，ECM 中的 VT 导通，L1 通电，开路继电器 ON，油 泵 ON； 3）发动机停转，VT 截止，L1 断电，开路继电器 OFF，油泵 OFF。如图 3-2 图 3-2 3.33.3 燃油泵转速的控制燃油泵转速的控制 1）利用串联电阻控制油泵转速： 发动机低速或中小负荷时，ECU 控制油泵控制继电器 B 接通和 A 断开，电 阻器串入，油泵低速运转； 发动机高速或大负荷时，ECU 控制油泵控制继电器 B 断开和 A 接通，电阻 器被旁路，油泵高速运转。如图 3-3 图 3-3 2）利用油泵控制模块 ECU 控制油泵转速： 低速或中小负荷时，发动机 ECU 向油泵 ECU 的 FPC 端输入低电平，油泵 ECU 的 FP 端向油泵提供 9V 低电压，油泵低速运转 ； 起动、高速或大负荷时，发动机 ECU 向油泵 ECU 的 FPC 端输入高电平，油 泵 ECU 的 FP 端向油泵提供 12V 高电压，油泵高速运转。如图 3-4 图 3-4 3.43.4 压力调节器压力调节器 燃油压力调节器的主要功用是保持燃油分配管内油压与进气歧管内气压的压 差不变，差值依发动机的类型而异， 开关一般为 0.250. 30MPa。采用压力 差恒定的控制方法，使 ECU 能够用单一控制参数喷油器开启时间， 对喷 油量进行即简单而又精确的控制。因为在喷油器结构参数不变的情况下，喷油 量不仅与喷油器保持最大开度的时间有关，而且还与燃油分配管的压力、 进气 歧管的压力有关。在喷油器全开时间和燃油分配管内油压不变的条件下，喷油 量将随背压（即进气歧管内气压）的变化而变化， 进气歧管压力高，喷油量减 少，反之则增加。若喷油器全开时间和进气歧管的压力保持不变， 则喷油量将 随燃油分配管内 的油压的士变化而变化，燃油分配管内油压升高，喷油量增加， 反之则减少。 实际发动机运转时， 进气歧管的压力随发动机转速及负荷的变 化而变化，燃油分配管内油压的波动与喷油器的开、 关及电动汽油泵的输出特 性等因素有关。 原理：如图 3-5 1）进气管压力气增大， 回油口开度减小，回油减少，油压油增大， 油气恒定，油气P 簧。 2）发动机停机时，油泵停转，回油口关闭，建立保持油压。 图 3-5 3.53.5 曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器 曲轴位置传感器的作用是向 ECU 提供发动机的转速和曲轴转角信号。 发动 机转速是 ECU 判断发动机运行工况、选择控制程序和确定初始控制参数的主要 依据，也是 ECU 对发动机一个工作循环吸入空气量进行计算所必需的基本参数。 凸轮轴位置传感器的作用是向 ECU 提供关于发动机基准气缸所处的工作行程和 活塞运动方向的信号，一般称为判缸信号。在采用顺序喷射方式的电控汽油喷 射系统中，表明基准气缸所处工作行程和活塞位置和判缸信号是 ECU 进行喷油 正时和顺序控制的惟一依据，因此顺序喷射方式的电控汽油喷射系统中必须有 凸轮轴位置传感器， 对于采用分组喷射方式的电控汽油喷射系统则可省略。电 控汽油喷射系统中使用的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器，按它们的工作 原理有电磁感应式、霍尔效应式和光电感应式三种类型， 这三种类型这三种类 型的传感器可以不同的组合方式，完成各自承担的参数采集任务。 3.63.6 温度传感器温度传感器 温度传感器的作用是测量发动机的进气、冷却水、燃油等的温度，并把测量 结果转换为电信号输送到 ECU。 对于所有的汽油机电控系统， 进气温度和冷 却水温度是 ECU 进行控制所必需的两个温度参数，而其它的温度参数则随电控 系统的类型及控制需要而不尽相同。进气温度传感器常安装在空气流量计或空 气滤清器到节气门体之间的进气道或空气流量计中，水温传感器则布置在发动 机冷却水路、气缸盖或机体上的适当位置。可以用来测量温度的传感器有绕线 电阻式、 扩散电阻式、半导体晶体管式、金属芯式、热电偶式和半导体热敏电 阻式等多种类型，目前在进气温度和冷却水温度测量中应用最广泛的热敏电阻 是热敏电阻式传感器。 3.73.7 开关量信号开关量信号 ECU 要实现对发动机运行的精确控制，除了需要用传感器检测进气量、发动 机转速、发动机负荷、进气温度和冷却水温度等定量参数外，还需要一些表明 发动机处于某种状态的定性参数，这种定性参数以是或否的方式传输到 ECU， 故称为开关量信号。 3.83.8 电控单元（电控单元（ ECUECU） 电控单元是发动机电控系统的核心，电控单元主要由输入回路、 A/D 转换器、 微型计算机和输出回路四部分组成。 3.93.9 汽油喷射控制汽油喷射控制 汽油喷射控制包括喷油正时控制、喷油持续时间控制和断油控制三方面内容。 3.103.10 喷油正时控制喷油正时控制 喷油正时控制是指 ECU 对喷油开始时刻的控制，在间歇汽油喷射系统中，喷 油正时控制有同步喷射和异步喷射两种控制方式。同步喷射方式，喷射的开始 时刻与曲轴的转角位置有关， ECU 根据曲轴的转角位置信号输出喷油脉冲信号， 在固定的曲轴转角开始喷油，异步喷射方式，喷射的开始时刻与曲轴的转角位 置无关， ECU 根据需要进行异步喷射的信号或过程，输出喷油脉冲信号。因此。 异步喷射方式是一种临时的补偿性喷射，是同步喷射的补充，发动机处于冷起 动、加速等非怠速工况时，电控汽油喷射控制系统除了同时喷射外，还增加异 步喷射，对同步喷射的喷油量进行增量修正。 3.113.11 喷油持续时间控制喷油持续时间控制 在电控汽油喷射控制系统是，喷油持续时间控制根据发动机的运行情况和控 制要求，分为发动机起动时的喷油持续时间控制和起动后喷油持续时间的控制。 一、自动控制系统基本形式一、自动控制系统基本形式 自动控制系统有两种基本形式，即开环控制和闭环控制。 1、 开环控制是一种最简单的控制方式，其特点是：控制器与被控制对象这间 有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。 2、 闭环控制的特点是：在控制器与被控制对象之间，不仅存在着正向控制作 用，而且存在着有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量有直接影响。 闭环控制系统的基本功能是信号的传播，加工和比较。 当发动机在冷态或在高负荷下运转时，发动机 ECU 进行“开环”控制来供给浓 的空气/燃油混合气，以确保发动机的性能。此外，当发动机在热态或在正常负 荷状态下运转时，发动机 ECU 利用氧传感器信号控制空气/燃油混合气来进行 “闭环”控制，以此获得理论的空气/燃油混合比。这个混合比通过三元催化净 化器将提供最清洁的排放。 二、汽车电脑控制系统二、汽车电脑控制系统 现代汽车应用电脑控制系统的目的的主要考虑节能、安全、环保及提高舒 适性以及提高通信及信息交流能力等。 1、汽油机电控系统由信号输入装置、电脑（ECU）、执行器等组成，其系统包 括：电控燃油喷射系统（EFI）、电控点火装置（ESA）、怠速控制、排放控 制、进气控制、增压控制、故障自我诊断与报警系统、失效保护等。 2、ECU 的主要作用是存储、计算、分析处理信息。ECU 由输入回路、A/D 转换 器、微型计算机和输出回路四部分组成。各部分的功能如下： （1）、输入回路是把传感器传来的信号进行预处理； （2）、A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号后再输入微型计算机； （3）、微型计算机（简称微机）是汽油机电控系统的神经中枢。微机由中央处 理器（CPU）、存储器和输入/输出接口（I/O）、总线组成。CPU 是整 个控制系统的核心，是计算机的大脑。存储器的主要功能是存储信息 资料，它分两种：能读出、不能写入的存储叫随机存储器（ROM），用 来存放各种永久性的程序和永久性、半永久性的数据；能读出。写入 的的存储叫只读