汽车燃油喷射控制.ppt

第三章 电控汽油喷射系统 1 汽油喷射系统概述 2 空气供给系统 3 汽油供给系统 4 电控汽油喷射系统 第一节 汽油喷射系统概述 一、汽油发动机电控喷射系统的基本组成及功用 二、电控汽油喷射系统分类 三、缸内直喷式汽油机系统 四、电控汽油喷射发动机的优点 汽油发动机电控喷射系统的组成 n电子控制汽油喷射系统控制的目标是空燃比，即 综合各种传感器送来的信息进行判断，控 制喷油器以一定的油压，正确、迅速地把燃油直 接喷入发动机进气支管或者汽缸。主要优点如下 ： 进气阻力小，充气效率大 空燃比控制动态响应快 能适应大气压力的变化 起动容易，暖机性能好 各种工况都能提供最佳空燃比 能够减速断油 二、电控汽油喷射系统分类 按有无反馈：开环 闭环 n）开环控制系统在排气管中无氧传感器，根据 存储器中的设定值控制喷油量 n）闭环控制系统在排气管中安装有氧传感器，检查废 气中的氧含量，反馈到中，以修正喷入发动机汽缸 中的燃油量，使空燃比保持在理论值附近 按喷油器的位置和数量： 进气支管、多点喷射 每个汽缸安装一个喷油器，直接将汽油喷射到各个汽缸 进气门前方又称进气门喷射 进气总管、单点喷射 n 只有一个或两个喷油器，将汽油集中喷射到节气门上 方又称节气门喷射或者集中喷射也就是进气管喷射。 单点喷射结构简单，控制精度高 缸内喷射 汽油机缸内直接喷射方式兼有柴油机低油耗和汽油机高 输出的优点，发展前景值得关注。 高空燃比25 : 1 大压缩比=15 按喷射方式（喷射时间和顺序）： 同时喷射 顺序喷射 分组喷射 按进气量的检测方式： ）质量流量型（型）汽油喷射系统 以空气流量为主要控制参数，在进气管内安装有一个空 气流量传感器 ）压力型（型）汽油喷射系统 以进气管内负压为控制参数，在进气管节气门后面装有 一个压力传感器根据进气管真空度间接检测空气的吸入量 电控式汽油喷射系统 支管压力计量式电控汽油喷射系统 叶片式电控汽油喷射系统 热线式电控汽油喷射系统 第二节 空气供给系统 一、空气供给系统的组成 二、空气供给系统的的主要零件 一、空气供给系统的组成 作用：测量和控制汽油燃烧是所需要的空气量。 组成：空气滤清器、空气流量计、进气支管、节气门 。 二、空气供给系统的的主要零件 节气门体与怠速调整螺钉 节气门体由节气门、旁通气道等组成。节气门控制 发动机正常运行工况下的进气量，怠速调整提供 怠速所需空气量。空气阀提供怠速控制。 电子节气门系统实物及组成 电子踏板 电子节气门 ECU 怠速空气调整器（空气阀） 功用：稳定发动机怠速转速，减低怠速时燃油消耗； 发动机怠速时若负荷增加（空调、照明），进行 怠速调整。 石蜡式怠速空气 调整器 是在发动机低温 起动时及暖车过 程增加空气量。 第三节 汽油供给系统 一、汽油供给系统组成 二、电动汽油泵的构造和工作原理 三、汽油压力调节器的构造和工作原理 四、汽油滤清器及脉动减振器 五、电磁喷油器 六、冷起动喷油器和热限时开关 一、汽油供给系统组成 功用：向气缸内供给燃烧所需的汽油。 汽油供给系统组成：燃油泵、压力调节器、滤清器、 喷油器 二、电动汽油泵的构造和工作原理 电动汽油泵是一种由小型直流电动机驱动的油泵。 功用：是提供汽油喷射所需的压力燃油。 类型：按安装位置分： 内置式安装在油箱中，具有噪声小、不易产 生气阻、不易泄漏、管路安装简单。 外置式串接在油箱外部的输油管路中，易布置 、安装自由大，但噪声大，易产生气阻。 按结构形式分： 滚柱式、涡轮式、齿轮式和 叶片式。 滚柱式电动汽油泵（属外装泵） 结构:主要由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀 、卸压阀等组成 工作原理 ：当转子旋转时，位于其凹槽内的滚柱在离心 力的作用下，紧压在泵体内表面上，在相邻两个滚柱之 间形成了一个空腔。在燃油泵运转过程中，一部分空腔 的容积不断增大，成为低压油腔，将汽油吸入，而另一 部分空腔容积不断减小，成为高压泵油腔，受压汽油流 过电动机，通过出油口压出。 单向阀：在油泵不工作时,它阻止汽油倒流回油箱,这 样可保持油路中有一定的残余压力,便于下次起动； 限压阀：当泵油压力超过规定值以上时,装在泵体内 的限压阀即被推开,使部分汽油返回到进油口一侧。 油压缓冲器：滚柱式燃油泵的转子每转一周,其排出 的汽油就要产生与滚柱数目相同的压力脉动,故在出口处 装有油压缓冲器,以减少出口处的油压脉动和运转噪声。 缺点：滚柱式电动汽油泵运转时噪声较大,泵油压力 脉动大,易磨损,使用寿命较短。 涡轮式电动汽油泵（属内装泵） 结构：由驱动电动机、涡轮泵、单向阀、安全阀等组成 。 其转子是一块圆形平板,周围开有小槽,形成叶轮。 工作原理：当油泵运转时,叶轮周围小槽内的汽油随着 叶轮一道旋转。这时由于离心力的作用,使汽油出口处 的油压增高,同时在进口处产生一定的真空度,使汽油 从进口处被吸入并泵向出口处。这种油泵的泵油量大, 最大泵油压力较高,可达600kPa以上。在各种工况下, 它都能保持较稳定的供油压力,而且运转噪声小,叶轮 无磨损,使用寿命长。 转子式和叶片式电动汽油泵 a 转子式电动汽油泵 b 叶片式电动汽油泵 三、汽油压力调节器的构造和工作原理 功用：使汽油压力相对于进气支管压力之差保持常 数，一般为250kPa。即保持喷油压力与喷油环境压力的 差值一定，以使ECU能以控制喷油时间的长短来控制喷 油量。 汽油压力调节器工作原理 使汽油压力相对于进气管 负压保持一 定，即保持喷油压力与喷 油环境压力的差值一定 ，以使ECU能以控制喷 油时间的长短来控制喷 油量。 工作原理：汽油压力调节器一般安装在燃油总管上 ，并采用膜片结构。膜片联动一个汽油阀门，并将弹 簧室和汽油室隔开，弹簧室有一预紧弹簧，且和进气 支管相连通。膜片两侧的压力平衡方程： 四、汽油滤清器及脉动减振器 汽油滤清器 结构 原理 脉动减振器 功用：在喷油器喷油时，在输油管道内会产生燃油 压力脉动，脉动阻尼器的作用是使压力脉动衰减以减 小这种波动和降低噪音。 结构及原理 五、电磁喷油器 电磁喷油器是发动机电控喷射系统的 一个关键执行器，它接受ECU的喷油脉冲 信号，精确计量汽油喷射量。 要求：动态流量范围大； 抗堵塞抗污染能力强； 雾化性能好。 结构类型：轴针式电磁喷油器 球阀式电磁喷油器 片阀式电磁喷油器 工作原理： ECU的喷油控制信号将喷 油器与电源回路接通时，电磁 线圈通电并在周围产生磁场， 吸引衔铁移动，而衔铁与针阀 一体，因此克服弹簧张力而打 开，燃油即开始喷射。当ECU 将电路切断时，吸力消失，弹 簧使针阀关闭，喷射停止。 喷油器每一次的喷油量主 要由三个因素决定：喷油孔截 面积的大小、喷油压力、喷油 持续时间。由于油压调节器的 作用使得喷油压力恒定，对于 一个喷油器，它的尺寸是固定 的；所以喷油量的多少控制主 要由喷油持续时间确定。一般 情况下，喷油持续时间在ms -10ms左右。 喷油器驱动方式： 驱动方式分为电流驱动与电压驱动两种方式。 电流驱动只适用于低阻喷油器； 电压驱动既可用于低阻喷油器，又可用于高阻喷油器。 电流驱动低阻型方式无效喷油时间最短，动态响应好； 电压驱动低阻型 驱动方式其次； 电压驱动高阻型 驱动方式最差。 第四节 电控汽油喷射系统 n1、工作原理 n电子控制系统是汽 油喷射系统的中枢 ，主要由电子控制 器以及传感器组成 。其作用是通过各 种传感器把反映发 动机工况的非电量 参数转换成各种电 信号输入到电子控 制器中，经过控制 器的判断与计算， 确定喷油器的开启 和持续时间，使喷 油器喷油。 n2、汽油喷射系统的工作过程 n 当接通点火开关，控制器便开始执行程序，系统在程序 的控制下工作，如系统的初始化，接通汽油泵等。控制系 统收到启动信号后，马上执行启动控制程序，并控制喷油 器向汽缸喷油。当发动机启动后，自动转入正常运行程序 。 n 在发动机正常运行期间，单元首先根据发动机 转速、空气流量、冷却水温度、排气中的氧含量等信号， 经过接口电路输入给控制器（称为数据采集）按照 存储器中的程序和数据，计算出该工况下的基本喷油量， 并转换为基本喷油脉冲宽度，再根据氧传感器提供的信号 和水温，启动、怠速等情况加以修正，并将计算结果转换 为控制信号，控制喷油器工作。喷油量越大，则经过 计算后需要的喷油时间越长，喷油脉冲宽度越大 一、喷油器的基本工作情况与有关特性 喷油器的基本控制电路和工作原理 间歇性喷射喷油器的控制原理电路。 喷油器的喷油量取决于针阀行程、喷口面积、喷油 压力等因素，这些因素确定后就唯一取决于喷油 时间，即信号脉冲宽度。 二、喷油正时的控制 喷油正时即确定喷油器开始喷射的时刻。 同时喷油 同步喷射 分组喷油 喷油时刻 顺序喷油 异步喷射 同步喷射：与发动机旋转同步，在固定的曲轴转角 位置进行喷射。 异步喷射：喷射时刻与曲轴转角位置无关。（如急 加速临时性喷油） 同时喷射 早期发动机多用同时喷射，曲轴每转一圈，各 缸同时喷射一次。发动机每循环各缸喷射两次，也 称同时两次喷射。 控制电路简单 驱动回路通用 混合气均匀性差 同时喷射正时 分组喷油 分组喷射一般是把所有气缸的喷油器分成24组 。 四缸发动机一般 把喷油器分成两 组，微机分组控 制喷油器，两组 喷油器轮流交替 喷射。 顺序喷油 顺序喷射也叫独立喷射。曲轴每转两转，各缸喷油 器都轮流喷射一次，且像点火系一样，按照特定的顺序 依次进行喷射。 顺序喷油 G1第四缸活塞上 止点信号 G2第一缸活塞上 止点信号 N曲轴转角信号 三、喷油量的控制 喷油量的控制即喷油器喷射时间的控制。 精确计算基本喷油持续时间和各种参数修正量， 其目的是使发动机燃烧混合气的空燃比符合要求。 微机控制喷射时间的对策、措施、方法，各个厂 家不尽相同，本课介绍常见的基本做法。 汽油喷射时间的控制分为两大类： 是发动机起动后运行时的控制，根据进气质量 来计算； 是发动机起动时的控制，不是根据进气质量来 计算的。 汽油喷射时间的控制汽油喷射时间的控制 基本喷射时间修正基本喷射时间修正 发动机温度相关的修正发动机温度相关的修正 加减速时的燃油修正加减速时的燃油修正 理论空燃比的反馈修正理论空燃比的反馈修正 起动后控制起动后控制 学习控制产生的修正学习控制产生的修正 大负荷高转速的修正大负荷高转速的修正 蓄电池电压的修正蓄电池电压的修正 （无效时间）（无效时间） 同步控制同步控制 燃油停供（断油）燃油停供（断油） 喷射喷射 基本喷射时间修正基本喷射时间修正 时间时间 起动时控制起动时控制 控制控制 发动机冷却水温度发动机冷却水温度 异步控制异步控制 急加速时的异步喷射急加速时的异步喷射 起动后同步喷射时间的计算方法 汽油喷射量，是以一个进气行程中填充气缸 的空气质量为基准而计算的。一个进气行程中填 充气缸的空气质量，可以利用空气质量流量计的 信号计算得出。计算实际喷射量时，要考虑到发 动机的动力性、响应性、排气净化及燃油经济性 等因素，即按照目标空燃比决定的， 对于某一发动机的喷油器而言，在供油压力与进 气支管压力差一定的情况下，喷油量仅与喷油时间成 正比，所以，实际的喷油量是通过控制喷油器开启时 间来实现的。起动时的特殊工况除外，按照空燃比确 定的汽油喷射时间用下式计算： 式中： T 汽油喷射时间，ms。 TP 基本喷射时间，ms。TU 电压修正值，ms。 FC 基本喷射时间修正系数。 基本喷射时间TP Q 进气流量 kg/s; n 发动机转速，r/min K1 喷油器常数，和喷油器尺寸、喷射方式、气缸 数有关。 基本喷射时间修正系数FC ： 式中： FET 与发动机温度有关的修正系数； FAD 加减速运转是的修正系数； FO 理论空燃比反馈修正系数； FL 学习控制产生的修正系数； FH 大负荷高转速运转时的修正系数。 例如： 与发动机温度相关的修正系数FET 分三种情况： 起动后燃油增量修正系数（起动后数十秒内） 发动机低温起动后，进气门及气缸壁处汽油汽化 不良附着在进气门及气缸壁上，混合气变稀。燃油增 量修正分两步： 根据起动时水温确定起动后燃油增量修正系数的初值 发动机完成 爆震后，每隔 一步长（时间 或发动机转数） 对起动后燃油 增量修正系数 衰减。 暖机时燃油增量修正系数 暖机燃油增量修正也是对发动机冷态燃油供给 不足的一种补偿，在进行起动后燃油增量修正的同 时，进行暖机燃油增量修正。前者在发动机完成起 动后数十秒内结束，而后者应一直到冷却水温度达 到规定值。 暖机燃油增量修正 系数随着冷却水温度的 上升而逐渐衰减。 高温时燃油增量修正系数 汽车高速行驶时，由于风力作用汽油温度一般在 50左右，若熄火，发动机会加热汽油至80 100 。此时热态起动，因汽油沸腾产生蒸汽会减少喷射量 ，需要高温燃油增量修正。一般是当冷却水温度上升到 设定值(如100 )以上进行高温燃油增量修正。 另外，也有高温起动 燃油增量修正，不是利用 冷却水温传感器，而是开 发一种新型的汽油温度传 感器。在高温工况下，用 汽油温度传感器直接检测 汽油温度，根据汽油温度 进行高温燃油增量修正。 加减速运转时的燃油修正系数FAD 在汽车进行加速、减速等过渡工况时，仅仅使用燃 油基本喷射量，则混合气的空燃比相对于目标值会产生 一定偏移，一般情况下，偏移趋向是：加速时混合气变 稀，减速时混合气变浓。因此，要分别进行燃油增量和 减量的修正。如果不进行加速减速时的燃油量修正，发 动机就会产生“喘振”、车辆产生前后方向的振动等现象 ，排气中的有害成分也会增加。 加速时燃油修正 减速时燃油修正 理论空燃比的反馈修正 空燃比反馈控制的概念与控制过程 在ECU根据氧传感器的输入信号，对喷油器喷射量 进行修正时，由于发动机运转条件非常复杂，时刻在变 化，不是修正一次就可以维持在理论空燃比状态的。在 实际控制过程中，都是在一定的周期内重复加浓（增加 喷射量）或重复减稀（减少喷射量），逐渐使其平均值 达到理论空燃比。 理论空燃比的反馈条件，在下列工况下解除反 馈控制： 发动机起动时； 起动后燃油增量修正(加浓)时； 冷却水温度使燃油增量修正时； 节气门全开(大负荷、高转速)时； 加、减速燃油量修正时； 燃油中断停供时； 从氧传感器送来的空燃比过稀信号持续时间大于规定 值(如10 s以上)时； 从氧传感器送来的空燃比过浓信号持续时间大于规定 值(如4s以上)时； 氧化感器在300 以下时不会产生电压信号，即在低 温时氧传感器不能正确检测空燃比，反馈控制不会发 生作用。 空燃比学习控制产生的修正 空燃比学习控制常简称为学习控制。所谓学习控制 ，是微机学习(检知)了一定时间反馈修正量后，及时在 发动机工作过程中进行转换，以此修正量对基本喷射时 间进行修正。学习控制的功能是为了进一步提高空燃比 的控制精度。 大负荷、高转速运转时燃油增量的修正 部分负荷时，空燃比的调整是保证排放性能的前提 下，提供经济混合气成分，以得到最低油耗。 节气门全开的大负荷时，要求发动机输出大扭矩。 根据扭矩随空燃比的变化规律，应将空燃比设定在扭矩 峰值处的12.5附近。大负荷控制为开环控制，氧传感器 的反馈控制停止作用。 当发动机在高转 速运行即汽车高速行 驶时，同大负荷行驶 时相同，把空燃比设 定在12.5附近。 无效喷射时间 无效喷射时间（ T0 TC ）中，开阀时间T0受 蓄电池电压的影响较大，关阀时间TC受蓄电池电压 的影响较小。 当蓄电池电压降低