燃油控制喷射系统.ppt

第二章汽油机的电子控制系统 第一节燃油喷射控制系统第二节电子点火控制系统第三节发动机怠速控制系统第四节汽车排放控制系统第五节发动机集中电子控制系统第六节发展趋势 第二章汽油机的电子控制系统 学习目标 1 了解电控汽油喷射系统的组成和工作原理 2 了解电控汽油喷射系统的控制功能 3 了解电控汽油机的发展趋势 第二章汽油机的电子控制系统 学习指导 本章由概述 工作原理 控制功能和发展趋势四部分组成 重点是工作原理和控制功能两部分内容 此两部分必须顺序学习 若要了解更详细的内容 请查阅参考资料 第二章汽油机的电子控制系统 参考资料 1 汽车构造2000年人民邮电出版社2 汽车排放污染物控制实用技术1999年人民交通出版社3 现代汽车电子控制技术1998年科学技术文献出版社4 AUTOMOBILEELECTRONIC1995ERICCHOWANITZSAEINTERNATIONAL5 AUTOMOBILEELECTRICAL ELECTRONICSYSTEMS1995TOMDENTONSAEINTERNATIONAL 第一节燃油喷射控制系统 前言 影响汽油发动机排放的最主要因素是混合气的空燃比 理论上1公斤燃料完全燃烧时需要14 7公斤的空气 这种空气和燃料的比例称为理论空燃比 空燃比小于理论空燃比时供给浓混合气 此时发动机发出的功率大 但燃烧不完全 生成的CO HC多 当混合气空燃比略大于理论空燃比时 燃烧效率最高 燃油消耗量低 但生成的NOx也最多 供给稀混合气时 燃烧速度变慢 燃烧不稳定 使得HC增多 在电控汽油喷射系统中采用闭环控制 第一节燃油喷射控制系统 前言 将空燃比控制在理论空燃比附近 并在排气系统中消声器前安装一个三元催化转化器 对发动机进行后处理 是当前减少汽车排气污染物的最有效方法 在理论空燃比附近 转化器的净化效率最高 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 1 燃油喷射技术发展概况汽油发动机燃油喷射技术最早是在航空发动机上使用 到20世纪50年代开始应用于赛车的二冲程发动机 1954年 德国奔驰汽车公司在其生产的300BL 四冲程发动机上使用了燃油喷射技术 以上都是机械控制汽油缸内喷射 1958年 奔驰公司推出了进气管内喷射式220SE发动机 最初的机械控制燃油喷射技术实际上就是使用了由发动机驱动的喷射泵 其最大的缺点是安装性差 性能提高有限 成本高 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 电控燃油喷射技术的研究与开发始于20世纪50年代 1953年美国本迪克斯 Bendix 公司开始着手开发电子控制燃油喷射装置 Electrojector 并在4年后公布了他们的成果 德国博世 Bosch 公司购买了本迪克斯的专利并加以改进 于1967年推出了D Jetronic电控燃油喷射装置 1968年 德国大众汽车公司首次将博世公司研制的D Jetronic应用于轿车上 1 燃油喷射技术发展概况 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 此后 美国 日本等国的汽车公司也纷纷在自己生产的轿车上装用电子控制燃油喷射装置 1972年 博世公司又推出了博世L Jetronic电控燃油喷射装置和K Jetronic机械控制燃油喷射装置 1980年 美国通用 GM 和福特 Ford 公司又推出了单点喷射式电子控制汽油喷射装置 SPl 近几年来 性能更好 技术要求更高的缸内喷射式电子控制燃油喷射技术也应用在汽车上 1 燃油喷射技术发展概况 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 由于传统的化油器其结构原理本身的原因 使得化油器式发动机的油耗降低和排污控制水平进一步提高受到了限制 因此被性能更高的燃油喷射装置取代是必然的 如今 燃油喷射式发动机的应用已基本普及 1 燃油喷射技术发展概况 电控喷射系统的发展史 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 燃油喷射技术是将具有一定压力的燃油直接喷射到进气歧管 与进入的空气混合而形成适当浓度的可燃混合气 这种混合气形成方式具有如下的优点 1 进气阻力小由于进气管中无需喉管 发动机的进气阻力小 使发动机的充气效率得以提高 从而有效地提高了发动机的动力性 2 汽油喷射式发动机的特点 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 2 雾化良好喷射的汽油颗粒小 雾化良好 有助于形成空燃比适当 各缸均匀的混合气 可使发动机各缸均有良好的燃烧 充分发挥燃油的效能 降低油耗和排气污染 燃油喷射可在发动机低温 低速时使汽油仍得到良好的雾化 因此也改善了发动机低温起动性能和汽车爬坡性能 2 汽油喷射式发动机的特点 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 3 供油滞后性小由于汽油以一定的压力直接喷射在进气门处 其对节气门的响应快 因此 发动机的加速性能好 2 汽油喷射式发动机的特点 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 相比于机械控制燃油喷射系统 电子控制燃油喷射系统还具有如下的优点 1 可实现汽车减速断油控制电子控制燃油喷射系统很容易实现在汽车减速时断油控制 从而进一步减少了燃油的消耗和排气污染 2 汽油喷射式发动机的特点 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 2 空燃比控制精度高电子控制燃油喷射技术可实现非线性的空燃比控制 在发动机的各种工况下均有最佳的基本供油量控制 并且还可根据发动机的温度 废气中的氧含量等情况对供油量作出修正控制 因此 电子控制燃油喷射系统可使发动机始终在最佳的空燃比状态下工作 2 汽油喷射式发动机的特点 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 3 可实现与其它电子控制系统的协调性控制汽车各个电子控制系统的协调控制 可使汽车的安全性 舒适性 动力性及经济性进一步提高 2 汽油喷射式发动机的特点 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 1 按喷油和供油量的控制方式不同分按喷油和供油量的控制方式大致可分为三类 1 机械控制方式通过油路中的压力油顶开喷油器实现喷油 由空气流量计的感知板根据进气管空气流量动作 并通过柱塞式比例阀的联动来控制喷油量 这种机械控制方式在工作过程中喷油器连续喷油 通过控制喷射流量来调节空燃比 二 燃油喷射系统分类 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 2 机电混合控制方式实际上是机械控制方式的改进型 增设了一个由电子控制器控制的电液流量调节器 使其适应性和控制功能得以提高 二 燃油喷射系统分类 1 按喷油和供油量的控制方式不同分 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 3 电子控制方式电子控制器根据发动机各传感器输入的信号产生适当的喷油控制脉冲 控制电磁阀式喷油器喷油 电子控制方式工作中为间歇喷油 其喷油压力一定 通过喷油的时间 喷油控制脉冲的宽度 来控制喷油量 二 燃油喷射系统分类 1 按喷油和供油量的控制方式不同分 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 1 缸内喷射式喷油器安装在发动机气缸盖上 汽油直接喷射到气缸内 这种喷射方式其喷油的压力高 喷射的时间要求很严 且喷油器要承受高温 高压 其结构较为复杂 二 燃油喷射系统分类 2 按喷油器的位置不同分 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 2 缸外喷射式缸外喷射式又分单点喷射 SPI 和多点喷射 MPI 两种形式 二 燃油喷射系统分类 2 按喷油器的位置不同分 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 2 缸外喷射式1 单点喷射式 SPl 燃油喷射装置有一个或两个喷油器 安装在节气门体处 因此也被称之为节气门体式燃油喷射装置 SPI的控制精度稍低于MPI 但执行机构简单 成本较低工作可靠性相对较高 从20世纪80年代开始 SPI在一些汽车上得到了应用 二 燃油喷射系统分类 2 按喷油器的位置不同分 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 2 多点喷射式 MPl 燃油喷射装置有与发动机气缸数相等的喷油器 安装在进气门处的进气歧管上 这种喷射方式燃油的控制精度 喷油变化灵敏度等均优于单点喷射 是目前广泛采用的燃油喷射装置 二 燃油喷射系统分类 2 按喷油器的位置不同分 2 缸外喷射式 多点喷射又有同时喷射 分组喷射和单独喷射等三种控制方式 同时喷射方式 按发动机转动节拍各缸喷油器同时喷油 可只用一个喷油器驱动电路 结构简单 空燃比的控制精度相对较低 分组喷射方式 将喷油器分成两组或三组 按发动机转动节拍各组交替同时喷油 分组同时喷射方式其控制精度有所提高 但增加了喷油器驱动电路 且需要分组气缸识别信号 控制电路相对要复杂一些 独立喷射方式 各缸喷油器按照发动机气缸的工作顺序喷油 各缸独立喷射可相对于各缸的每次燃烧所需喷油量都设定一个最佳的喷射时刻 因此可以展宽稀薄空燃比界限 进一步降低油耗 这种喷射方式需要气缸识别信号及与气缸数相等的喷油器驱动电路 因此其控制电路的结构更为复杂 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 德国的博世公司生产的燃油喷射装置最具代表性 应用也较广泛 其它公司生产的燃油喷射装置也是由博世公司的产品演变而成 因此 燃油喷射装置按照博世公司的命名方式分类也比较流行 二 燃油喷射系统分类 3 按博世 Bosch 公司的命名方式分 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 按博世公司的命名方式 燃油喷射装置主要分为三大系列 即K型 D型和L型 1 K型 即博世公司的K Jetronic 是一种机械控制单点连续喷射式燃油喷射装置 2 KE型 即K型的改进型 是一种机电混合式燃油喷射装置 二 燃油喷射系统分类 3 按博世 Bosch 公司的命名方式分 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 3 D型 即博世公司的D Jetromc 一种压力型 速度密度 空气流量检测方式的电子控制燃油喷射系统 用压力传感器检测进气管的压力 并根据发动机的转速推算出进入发动机的空气量 属此类燃油喷射装置的有 丰田公司的EFI D 本田公司的PGM FI 大发公司的EFI 通用公司的MFI 福特公司的PFI等 二 燃油喷射系统分类 3 按博世 Bosch 公司的命名方式分 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 4 L型 即博世公司的L一Jetronic 一种流量型 质量流量 空气流量检测方式的电子控制燃油喷射系统 直接用空气流量传感器检测进气流量确定发动机的进气量 与之同种类型的如丰田公司的EFI 马自达公司的EGI 铃木公司的EPI 美国通用公司的SFI和TPI等 二 燃油喷射系统分类 3 按博世 Bosch 公司的命名方式分 电控单元 热线式空气流量计 第一节燃油喷射控制系统 一 燃油喷射技术发展概况与特点 电子控制燃油喷射系统由供油系统 空气供给系统和电子控制系统三部分组成 一典型的电子控制燃油喷射系统构成如图所示 二 燃油喷射系统分类 三 电子控制燃油喷射系统的结构 工作时 电动燃油泵将燃油箱的汽油源源不断地泵出 经燃油滤清器滤除去杂质和水份后 由燃油压力调节器的调节作用下 使喷油器内的燃油压力始终保持为一定值 喷油器在电子控制器的控制脉冲作用下间歇喷油 将适量燃油喷入进气管 与空气混合形成空燃比适当的可燃混合气 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 1 燃油供给系统 燃油供给系统主要由燃油箱 燃油泵 燃油滤清器 燃油压力调节器及喷油器等组成 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 1 燃油泵燃油泵主要由直流电动机和油泵组成 根据其油泵的结构与原理不同 燃油泵可分为滚柱式 叶片式 涡轮式 齿轮式等 1 燃油供给系统 燃油供给系统主要由燃油箱 燃油泵 燃油滤清器 燃油压力调节器及喷油器等组成 燃油泵有油箱内 油箱外两种安装形式 滚柱式燃油泵的自吸能力较强 因此有安装在燃油箱内的 也有安装在油箱外面的 自吸能力较差的燃油泵 比如叶片泵 一般都采用内装形式 燃油泵中卸压阀的作用是防止供油管路中的油压过高 而单向阀的作用是在燃油泵停止工作时 使燃油管路中保持一定的油压 以便在发动机再次起动时能及时供油而易于起动 单向阀未打开 单向阀打开 汽油泵工作原理 滚柱式燃油泵所泵出的燃油脉动较大 因此有的燃油喷射系统在输油管路中串接一个燃油脉动缓冲器 如图 以减小输油瞥路中燃油的脉动 压力脉动衰减器结构图 利用膜片和弹簧的减震效果降低压力波动 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 2 燃油压力调节器燃油压力调节器的作用是使喷油器的喷油压力稳定 以保证控制器通过喷油时间控制空燃比的精确度 燃油压力调节器有绝对压力调节和相对压力调节两种形式 1 燃油供给系统 燃油供给系统主要由燃油箱 燃油泵 燃油滤清器 燃油压力调节器及喷油器等组成 绝对压力调节值 当燃油压力超过调定值时 压力油就会推动膜片上移而使出油阀开启 部分压力油经出油阀 回油管流回燃油箱 使油压降低 当燃油压力低于调定的压力时 弹簧力使膜片下移而关闭出油阀 油压又会回升 绝对压力调节器通过膜片根据油压变化的振动 使燃油压力稳定在一个恒定值 通过调节螺钉改变弹簧的张力即可调整压力调节器的绝对压力调节值 绝对压力调节器的不足是当进气管的压力发生变化时 喷油压力与进气管的压力差就会随之改变 从而导致喷油量发生变化 为此 采用这种压力调节器 其电子控制器需根据进气管压力的变化对喷油器的喷油时间作适当的修正 相对压力调节器 如图所示 与绝对压力调节器的主要区别在于膜片的弹簧侧通过一真空子与进气歧管相通 使得进气歧管压力的变化对弹簧侧的作用力产生影响 如果进气歧管的压力降低了 p 燃油的压力比原设定的值低 p时 就推动膜片上移而使出油阀打开 也就是说 喷油器的喷油压力也降低了 p 相对压力调节器 由于喷油压力随进气歧管的压力变化而相应改变 使得喷油器的喷油压力与进气歧管的压力差保持恒定 如图 因此采用相对压力调节器 进气歧管压力的变化不会对喷油量造成影响 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 3 喷油器喷油器是电磁阀类执行器 其作是根据电子控制器的喷油脉冲信号将适量的燃油喷射到进气歧管中 喷油器的结构类型较多 有适用于多点喷射和单点喷射两种不同的喷油器 两种喷油器又各有不同的结构形式 如图是一种适用于多点喷射的针阀式喷油器 其工作原理如下 1 燃油供给系统 电磁线圈通电 产生的电磁力使铁心克服弹簧力而移动 与铁心为一体的针阀被打开 压力油便从喷口喷出 电磁线圈断电 其电磁力消失 铁心在弹簧力作用下迅速回位 针阀关闭 喷油器立即停止喷油 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 4 冷起动喷油器与热时间开关在一些较早使用的燃油喷射系统中 采用冷起动喷油器来加浓冷起动时的混合气 冷起动喷油器也是一种电磁阀 但由于它总是在低温 低电压下工作 因此要求冷起动喷油器的启动电压要低 喷油器的雾化质量要高 喷射的角度要大 1 燃油供给系统 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 热时间开关的作用是控制冷起动喷油器只在低温起动时工作 其结构如图所示 热时间开关一般与发动机冷却液温度传感器安装在相同的位置 在发动机冷机状态 低于180 下 热时间开关的触点闭合 使冷起动喷油器接通搭铁 1 燃油供给系统 4 冷起动喷油器与热时间开关 冷起动时 接通起动开关冷起动喷油器就立即喷油 以加浓混合气 而在热状态下 热时间开关双金属片因受热弯曲而其触点分离 因此冷起动喷油器不工作 加热线圈的作用是较长时间通电后加热双金属片 使之弯曲而断开触点 以避免冷起动时间过长或多次频繁起动的情况下 冷起动喷油器过多的喷油而将火花塞 淹死 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 空气供给系统主要由空气滤清器 进气管道 节气门及节气门体 怠速辅助空气通道及怠速调节电磁阀 进气歧管等组成 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 进气行程在真空度作用下 适量的空气经空气滤清器滤清后 经节气门和 或 怠速通道到进气歧管 与喷油器喷出的汽油混合后从进气门进入气缸 在汽车运行时 空气的流量由节气门开度控制 发动机处于怠速工况时 节气门关闭 空气由怠速旁通道和怠速辅助通道进入气缸 通过怠速调节螺钉改变怠速旁通道的通气量 可调整发动机的怠速 电子控制器通过控制怠速调节电磁阀 可调节怠速辅助空气通道的空气流量 以实现发动机怠速的自动控制 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 传感器执行器电子控制单元 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 3 电子控制系统 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 传感器执行器电子控制单元 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 3 电子控制系统 1 氧传感器 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 传感器执行器电子控制单元 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 3 电子控制系统 2 负荷传感器 空气流量传感器 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 传感器执行器电子控制单元 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 3 电子控制系统 2 负荷传感器 进气歧管绝对压力传感器 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 传感器执行器电子控制单元 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 3 电子控制系统 3 转速传感器 霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器 转速传感器用来测量发动机转速 以确定基本喷油量和基本点火提前角 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 传感器执行器电子控制单元 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 3 电子控制系统 3 转速传感器 磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器 曲轴位置传感器用来确定相对于每缸压缩上止点的喷油定时和点火定时 在顺序喷射发动机上还需要有判缸信号 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 传感器执行器电子控制单元 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 3 电子控制系统 4 温度传感器 负温度 第一节燃油喷射控制系统 三 电子控制燃油喷射系统的结构 传感器执行器电子控制单元 1 燃油供给系统 2 空气供给系统 3 电子控制系统 4 温度传感器 负温度 第一节燃油喷射控制系统 三