蓝鸟、阳光发动机电喷技术介绍.ppt

发动机电喷技术介绍 蓝鸟 阳光车系发动机 第一节 电子控制燃油喷射系统的基本类型 EFI系统 1 波许D型 速度密度控制法 根据进气压力和发动机转速推算出吸入的空气量并计算出所需的燃油量 由于进气管内压力存在波动 故其测量精确度较差 D 是德文 压力 的第一个字母 2 波许L型 质量流量控制法 采用空气流量计 空气流量传感器 直接测量发动机吸入的空气量 其测量精确度高于D型 故能更精确控制空燃比 3 波许LH型 是对L型的改进型 采用热线型空气流量计取代L型的机械式 叶片 空气流量计 4 波许Motronic 莫特朗尼克 型 集中控制系统 是汽油喷射系统和电子点火系统的集合 如 日产 ECCS系统 丰田 TCCS系统 通用 DEFI系统 福特 EEC系统 5 波许Mono型 低油压 0 1MPA 的中央喷射系统 属节气门体单点喷射 TBI 系统 即在多缸发动机上只使用一个 主 喷射器 将其安装在节气门上方 汽油只喷向节气门上方 混合气的混合和分布均在进气管内进行 一 电子控制多点汽油喷射系统 MPFI 现代汽车上大部分是采用电子控制多点汽油喷射系统 MPFI 主要结构特点 1 多点喷射 方式 在发动机每个气缸的进气歧管上分别装有一个喷油器 将燃油喷入各缸进气歧管中 2 间歇喷射 方式 各个喷油器在发动机的每个工作循环中只喷油一次 二 波许L型汽油喷射系统 它是目前汽车上应用最广泛的电子控制汽油喷射系统 一 燃油压力的建立与燃油喷射方式燃油泵压力约350KPA 经滤清器 油管 进入发动机上方分配油管 送到装在各缸进气歧管上的喷油器 喷油器受电脑控制 按时开启喷油 二 进气量的控制与测量发动机的进气量由节气门的开度来控制 空气由空滤器过滤后 流经空气流量计 节气门进入进气歧管 再分配到各个气缸中 空气流量计可以测量进气量的多少 怠速时节气门全闭 空气经节气门旁边的怠速进气道进入 由怠速调整螺钉调配整怠速进气道的大小 从而调整怠速的转速 三 喷油量与喷油时刻的确定电脑根据空气流量计测得的进气量信号和曲轴位置传感器的转速信号计算出基本喷油量 再根据水温传感器 进气温度传感器等其它传感器测得的信号 对基本喷油量做出修正 以确定实际喷油量 喷油器受电脑控制 在每次进气行程开始之前喷油一次 由每次喷油时间的长短来控制喷油量多少 电脑还根据节气门开关所提供的节气门位置信号 在不同的工况下按不同模式来控制喷油量 三 波许LH型汽油喷射系统 波许LH型是波许L型的改进型 其结构和工作原理与波许L型基本相同 不同之处 1 它是用热线式空气流量计取代L型的翼板式空气流量计 由于取消了机械运动零件 完全靠电子原理测量进气量 使进气阻力更小 信号反映更快 精度更高 2 在波许LH型上已开始采用大规模集成电路组成的电脑 因此 运算速度更快 控制精度更广 功能更完善 3 波许D型和L型的喷油量控制是采用开环控制方式 即电脑只能按予定程序控制喷油量 而不能对控制的结果进行测定 更谈不上根据测定的结果对喷油量进行修正 波许LH型采用了闭环控制方式控制喷油量 即由安装在排气管上的氧传感器测量排气中剩余氧气的含量 从而间接测量出混合气的浓度 根据氧传感器的测量信号不断地对喷油量进行修正 当混合气太稀 排气氧含量太高时 及时增加喷油量 反之 当排气中氧含量减少 甚至没有氧分子时 及时减少喷油量 这样不断反复循环 使混合气始终保持在接近最理想的范围内 四 Motronic型汽油喷射系统 Motronic型汽油喷射系统 是在波许L型基础上 结合电子控制点火系统而形成的 特点 1 其电脑由大规模集成电路组成 采用数字控制方式 可同时对汽油喷射系统和点火系统进行控制 该系统除了具有波许L型 LH型的功能外 由于将点火提前角控制和喷油控制相结合 在起动 怠速 加速 全负荷等工况下 不但能实现喷油量自动调节 而且能自动将点火提前角调整到该工况所需最佳角度 实现了喷油量与点火提前角的最优化匹配 2 该系统采用了喷油量闭环控制方式 即由在排气管上的氧传感器检测出排气中的氧含量 从而间接地测量出混合气的浓度 电脑根据测得的信号 对喷油量作出修正 使混合气浓度控制在最佳值 五 目前的电子控制燃油喷射系统的主要特点 1 采用超大规模集成电路组成的电脑和数字控制方式 能同时对汽油喷射系统 进气系统 排放控制系统 电子点火系统以及自动变速器 巡航控制系统等进行控制 通常将这种系统称为发动机总体控制系统 TECS 或微机集中控制系统 ECCS 2 能自动实现起动加浓 冷车快怠速 加速加浓 全负荷加浓等功能 采用带有氧传感器的喷油量闭环控制系统 或称反馈控制系统 能将混合气浓度精确控制在十分接近理想混合气的范围内 3 具有急减速断油 起动溢油时自动断油及超速断油等功能 4 具有自动稳定怠速转速的功能 在使用和维护中无需调整怠速 5 能根据运转工况自动调整点火提前角 采用带有爆震传感器的点火提前角闭环控制系统 在产生爆震时能自动推迟点火 6 采用电脑控制的可变惯性充气系统 充分利用进气系统惯性所产生的谐振增压效应 最大限度地提高充气量 使发动机在所有转速范围内都能产生充足的扭矩 7 电脑除控制各个系统的工作外 还具有故障诊断和保护功能 能自动检测各传感器 执行器及线路方面的故障 并能在出现故障时 按予定的保护程序维持发动机运转 六 不同车型电子控制系统的异同点 不同类型的电子控制汽油喷射系统的结构布置和工作原理上是大同小异的 相同点 1 在结构上 都是由许多传感器 执行器 电脑以及控制电路等组成 2 在工作原理上 都是由电脑根据各个传感器的信号 经计算后按照设定的控制程序 通过各种执行器控制喷油量 进气量 点火提前角等 从而控制发动机的运行 主要区别 其电脑的控制方式 控制范围及内部控制程序不完全相同 各种传感器 执行器的配置和构造也各不相同 下面将电子控制汽油喷射系统 按零件的作用分为三大部分 燃油供给系统 进气系统 控制系统 第二节 燃油供给系介绍 燃油供给系的主要部件组成 汽油箱 电动燃油泵 汽油滤清器 燃油分配管 喷油器 油压调节器 喷油器 冷起动喷油嘴和输油管等 1 电动汽油泵 结构类型 有滚柱式 转子式 叶片式 涡轮式等结构 多装在油箱内 由电脑控制 蓝鸟车 转子式 阳光车 涡轮式 2 燃油分配管作用 将汽油均匀 等压地输送到各缸喷油器 由于容积较大 故有储油储压 减弱油压脉动作用 3 喷油器作用 按电脑指令将燃油适量 适时地喷入进气道或进气管内 并与其中的空气混合形成可燃混合气 结构 是一个小巧的电磁阀 当电脑送给喷油器一个喷油信号时 喷油器中的线圈将针阀吸起 燃油通过喷孔喷入到进气歧管 喷油量由电脑根据喷油脉宽决定 4 油压调节器作用 使燃油供给系的压力与进气管压力之差 即喷油压力 保持恒定 一般为300KPA 结构 由外壳 膜片和弹簧等组成 膜片将其分成上 下两个空腔 燃油系统压力与进气歧管之差 由弹簧的弹力限定 第三节 空气供给系介绍 进气流程图 空气滤清器 空气流量计 节气门 进气歧管 气缸旁通气道 怠速控制阀 空气供给系的主要组成部件 空气流量计 节气门体 怠速控制阀 补充空气阀 进气歧管等 1 空气流量计 作用 测量进入发动机的空气流量 并将测量结果转换成电信号输送给电控单元 结构型式 有翼板式 量芯式 热线式 热膜式 涡流式等 蓝鸟 阳光车 热线式 2 节气门体 带有节气门位置传感器 3 补充空气阀作用 冷车快怠速时额外供给空气量 结构型式有 双金属片式 腊式等 蓝鸟车 空气调节器 双金属片 空气调节器由双金属片 加热器和旋转闸门组成 4 怠速控制阀作用 自动调节发动机的怠速转速 使其在设定的转速下稳定运转 结构型式有 1 步进电机式 阳光车 2 脉冲线性电磁阀式 蓝鸟车 第四节 控制系统介绍 电喷发动机控制系统的组成 由电控单元 ECU 各种传感器 执行器 以及连接它们的控制电路组成 控制系统的中心是 电脑板 ECU 电喷系统中所有部件都通过控制电路与ECU联接 ECU利用安装在发动机上的不同位置的各种传感器 测得发动机的转速 进气量 节气门开度 水温 气温等运转参数 按ECU内设置的程序进行分析 判断和计算 并根据计算结果 向喷油器 电动油泵 怠速控制阀 点火器等发出指令信号 控制其工作 ECU的主要控制内容是 燃油喷射控制 包括 喷油量和喷油时刻的控制 此外 电脑还要进行怠速自动控制 点火提前角控制 排放控制及故障诊断等 一 几种传感器的结构与原理 1 发动机温度传感器 发动机温度用冷却液温度来表征 故又称冷却液温度传感器 用于检测冷却液的温度 内部是一个热敏电阻 热敏电阻感应水温变化 电阻温度特性 呈负温度电阻系数 温度升高 电阻值下降 发动机温度传感器安装在水管上 有两根导线都和电脑板连接 其中一根是搭铁线 2 进气温度传感器 装在空气流量计上 用来测量进气温度 也是热敏电阻 其温度特性 构造 原理和冷却液传感器相同 3 节气门位置传感器 装在节气门轴上 和节气门联动 作用 将节气门的位置或开度转换成电信号输给电脑 作为电脑判定发动机运行工况的依据 结构 有开关型 和线性输出型两种 蓝鸟 阳光车 线性输出型 线性电位计 输出端电压在0 5V 4 5V之间 见图 4 曲轴位置传感器 通常装在分电器内 作用 用于检测发动机转速 曲轴转角 第一缸及各缸压缩上止点信号 作为控制点火和喷射的信号源 分类 光电式 磁脉冲式等 蓝鸟 阳光车 光电式曲轴位置传感器 由发光二极管 光敏二极管 转盘等组成 一 几种传感器的结构与原理 续 5 氧传感器 是电喷系统进行反馈控制的传感器 装在排气管上 反馈控制也称闭环控制 作用 不断监视排气中的含氧量 通常氧传感器与三元催化器同时使用 目前应用最多的是氧化锆氧传感器 氧化锆 是具有传导氧离子能力的固体电解质 它能在氧分子浓度差的作用下产生电动势 工作原理 当混合气很浓时 排气中无氧 锆管中氧离子移动强烈 产生0 8 1V电压 当混合气很稀时 排气中氧分子较多 锆管中氧离子移动减弱 只产生0 1V电压 因此 氧传的输出信号随混合气成分的不同而变化 并以理论空燃比为界发生突变 见图 6 爆震传感器 装在缸体上感应发动机敲缸情况 缸体的敲击震动以压力的形式施加到压电元件上 此震动压力转变成电压信号 输送到电脑 二 电控单元 ECU 组成 由微机 电脑 输入 输出接口及控制电路等组成 作用 根据其内存的程序和数据 对空气流量计和各个传感器输入的信息进行运算 处理 判断 然后输出指令 向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号 以控制喷油量 目前 电子控制系统的功能不断扩展 已从单一汽油喷射控制扩展为 对汽油喷射 点火定时 怠速及废气再循环等进行综合控制的发动机管理系统 见图 电子控制系统框图 输入 输出信号线路 模拟量空气流量进气温度发动机温度节气门位置电瓶电压 数字量曲轴位置发动机转速氧传感器车速节气门全开点火开关起动信号空调信号空档信号机油压力信号 爆震传感器 输入处理电路 A D转换器 爆燃输入电路 微处理机 CPU RAM ROM 电瓶 电源电路 爆燃处理专用微机 输出处理电路 喷油器 点火控制 怠速控制 废气再循环控制传动控制其它控制 自诊断 5V 5V备用 三 执行器 汽油发动机电子控制系统中常用的执行器有 1 燃油泵 2 燃油泵继电器 3 进气控制阀 4 二次控制阀 5 EGR阀 6 活性碳罐排泄控制阀 7 点火控制器 8 怠速控制阀 9 冷却风扇继电器 10 增压器释压控制阀 11 车速控制电磁阀 12 空调压缩机继电器 13 变速器档位电磁阀 14 仪表显示器 15 自诊断显示与报警装置 16 故障备用程序启动装置等 执行器的分类 按实现机械运动的形式分为 1 直行式执行器 2 旋转式执行器 按执行器的结构分为 1 电磁线圈2 微型电机3 压电元件 四 电动油泵控制电路 电动油泵控制电路应具备下列功能 1 在发动机起动及运转过程中 油泵应始终工作 2 当点火开关由OFF转到ON位置时 而又没起动时 油泵应能运转3 5秒 使油管中建立油压 3 当发动机熄火后 即使点火开关仍处于ON位置 油泵也应停止运转 从安全考虑 电动油泵控制电路大致有下列三种类型 1 由点火开关和空气流量计内的油泵控制开关进行控制 仅用于早期采用翼板式空气流量计的车 2 由点火开关和电脑共同控制电动油泵的继电器 3 由电脑控制 目前大部分车采用这种控制电路 蓝鸟车燃油泵控制框图 输入 输出信号线路 曲轴位置传感器 点火开关 ECCS控制单元 发动机速度 起动信号 油泵继电器 五 燃油喷射控制系统 一 喷油量的控制喷油量由电脑控制 电脑根据各种传感器测得的发动机进气量 转速 节气门开度 水温 进气温度等诸多运转参数 按设定程序进行计算 并按计算结果向喷油器发出电脉冲 通过改变每个电脉冲的宽度来控制各喷油器的持续时间 从而达到控制喷油量的目的 电脉冲的宽度越大 喷油持续时间越长 喷油量也越大 其控制方式 大致分为 起动喷油控制 运转喷油控制 断油控制和反馈控制等几种 1 起动喷油控制 起动时 发动机由马达带动运转 由于转速很低 转速波动也很大 因此这时空气流量计测得的进气量信号有很大误差 基于这个原因 在起动时 电脑不是以空气流量计的信号作为喷油量的计算依据 而是按予先给定的起动程序来进行喷油量控制 电脑根据起动开关及转速传感器的信号 判定发动机是否处于起动状态 以决定是否按起动程序控制喷油 当起动开关接通 且发动机转速低于300RPM时 电脑就判定发动机处于起动状态 从而按起动状态控制供油 起动时的固定喷油量 在起动喷油控制程序中 电脑按发动机水温 进气温度和起动转速计算出一个固定喷油量 冷起动加浓的方法 通过冷起动喷射器和冷起动温度开关控制冷起动加浓 通过电脑控制冷起动加浓 一 喷油量的控制 续 2 运转喷油控制 在发动机运转中 电脑主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量 此外 电脑还要参考节气门开度 水温 进气温度 海拔高度及怠速工况 加速工况 全负荷工况等参数来修正喷油量 以提高控制精度 1 基本喷油量 是根据发动机每个工作循环的进气量 按理论混合比 空燃比14 7 1 计算出的喷油量 2 修正量 是根据进气温度 大气压力及实际运转条件对基本喷油量进行适当地修正 以使发动机在各种不同运转条件下都能获得最佳浓度混合气 修正量主要包括以下内容 其一 进气温度修正其二 大气压力修正其三 电瓶电压修正 进气量 发动机转速 比例常数 喷油量 修正系数 修正后的喷油量 基本喷油量 一 喷油量的控制 续 3 增量 是在一些特殊工况下 如暖机 加速等 加浓混合气而增加的喷油量 加浓目的是为了使发动机获得良好的使用性能 如动力性 加速性 平顺性等 增量主要包括以下内容 其一 起动时增量其二 暖机时增量其三 加速时增量其四 大负荷时增量 增量比 基本喷油量 增量 基本喷油量 一 喷油量的控制 续 3 断油控制 是电脑在一些特殊情况下 暂时切断燃油喷射 以满足发动机运转中的特殊要求 它包括以下几种断油控制方式 1 超速断油控制 是由电脑将转速传感器测得的发动机实际转速与控制程序中设定的发动机最高极限转速 一般6000 7000RPM 相比较 当实际转速超过此极限转速时 电脑就切断送给喷油器的喷油脉冲 使喷油器停止喷油 当断油后发动机转速下降到低于极限转速约100RPM时 断油控制结束 恢复喷油 2 减速断油控制 是当发动机然高转速运转中突然减速时 由电脑自动中断燃油喷射 直至发动机转速下降到设定的低转速时再恢复喷油 其目的是为了控制急减速时有害物的排放 减少油耗 使发动机转速能尽快下降 3 溢油消除溢油 淹缸 起动时汽油喷射系统要向发动机提供很浓的混合气 若多次转动马达仍未能起动发动机 淤积在缸内的浓混合气可能会浸湿火花塞 使之不能跳火 这种现象称为溢油 溢油消除 此时驾驶员可将油门踏板踩到底 并转动点火开关起动发动机 电脑在这种情况下会自动中断燃油喷射 以排除气缸中多余的燃油 使火花塞干燥 进入溢油消除状态须同时满足下列三个条件 第一 点火开关处在起动位置 第二 发动机转速低于500RPM 第三 节气门全开 一 喷油量的控制 续 4 反馈控制 闭环控制 它是利用氧传感器 对每一瞬间进入发动机的混合气成分进行检测 并将检测结果输入电脑 电脑根据这一反馈信号不断修正喷油量 使混合气浓度始终保持在理想范围内 目前用于电子控制汽油喷射系统进行反馈控制的传感器是氧传感器 氧传感器通常由三元催化器同时使用 蓝鸟车燃油喷射控制介绍 输入 输出信号线路 曲轴位置传感器 空气流量计 发动机温度传感器 节气门传感器 氧传感器 空档 抑制器开关 车速传感器 点火开关 空调开关 电瓶 ECCS控制单元 发动机转速和活塞位置 进气量 发动机温度 排气中的氧气密度 节气门位置 节气门怠速位置 档位 车速 起动信号 空调工作 电瓶电压 喷油器 基本喷油控制及修正 基本喷油控制喷油器的喷油量 即喷嘴开启时间的长短 由ECU决定 基本喷油量是予先存储在ECU中的ROM存储器中的 换句话说 此予设值是根据发动机的工况 即曲轴位置传感器和空气流量计输入电脑的信号予设的 改变喷油量 增油 减油修正在下列不同工况下 要对喷油量进行修正 1 增油修正的工况 暖机时发动机起动时加速时热机运行高负荷高转速运行2 减油修正的工况 减速时在发动机高速运行时极高水温时 混合比反馈控制 闭环控制 图 闭环控制图 ECU 喷油器 氧传感器 发动机 喷射脉冲信号 燃油喷射 燃烧 反馈信号 闭环控制与开环控制工况 闭环控制工况 混合比反馈系统为驾驶性能和排放控制提供最佳的空燃混合比 三元催化器能大大降低CO HC和NOX排放量 在排气歧管中装有氧传感器 用来监控发动机供油是稀还是浓 电脑根据传感器电压信号来调节喷油脉冲的宽度 这个阶段称为闭环控制工况 开环控制 开环系统条件指电脑检测到下列任何一个条件时 反馈控制停止 以保持燃烧的稳定性 1 减速和加速 2 高负荷高转速运转 3 氧传感器或电路出现故障 4 水温过低时 不足以激活前加热式氧传感器 5 水温过高 6 在暖车期间 7 在发动机起动时 在以上任一条件处于开环控制工况 混合比自学习控制 混合比反馈控制系统监控前加热式氧传感器传送的混合比信号 然后这个反馈信号被发送到电脑 电脑控制基本混合比 使其尽可能接近理论混合比 但是基本混合比无须象原始设计那样受到控制 制造上的差别 如空气流量计的加热膜 和工作期间特性的变化 如喷油嘴堵塞 都会直接影响混合比 因此 这个系统监控基本混合比与理论混合比之间的差 然后根据 喷射脉冲宽度 来进行计算 以自动补偿这两种混合比之间的差额 燃油调节 是指反馈补偿值与基本喷射延续期的比较 包括 短期燃油调节和长期燃油调节 短期燃油调节 使混合比保持在理论值的短期燃油补偿 是通过自前加热式氧传感器的信号指示混合比浓度比理论值稀还是浓 长期燃油调节 针对短期燃油调节连续偏离中心值的情况进行的长期全面的燃油补偿 这种偏差是由于发动机机型的差别 发动机的过度磨损和使用环境的变化而产生的 二 燃油喷射正时的控制 喷油正时 就是喷油量什么时候开始喷油的问题 电脑以曲轴位置传感器的信号为依据进行喷油时刻的控制 使各缸喷油器在设定的时刻喷油 不同车型的喷油正时控制方式有三种 1 同步喷射方式 2 分组喷射方式 3 顺序喷射方式 蓝鸟车燃油喷射正时介绍 顺序多点燃油喷射系统同步多点燃油喷射系统两种形式都采用 顺序多点燃油喷射系统 按照点火次序在发动机的每一工作循环中将燃油喷入每一个气缸 当发动机运转时 使用这一系统 同步多点燃油喷射系统 在发动机的每一个工作循环中燃油现时喷入全部四个气缸两次 换句话说 电脑同时发送相同宽度的脉冲信号 在发动机的每一次工作循环中 四个喷油器都会收到两次信号 当发动机起动和失效安全系统起作用时 使用这一系统 一缸 二缸 三缸 四缸 一缸 二缸 三缸 四缸 一个发动机工作循环 一个发动机工作循环 六 怠速控制系统介绍 此系统自动将发动机怠速控制在某一规定值 怠速可以通过精密调整流过怠速空气控制阀 辅助空气控制阀 IACV AAC 并且旁通过节气门的空气流量来控制 怠速空气控制阀 辅助空气控制阀 IACV AAC 改变空气旁通通道的开度 以控制辅助空气的量 蓝鸟车怠速控制框图 输入 输出信号线路 曲轴位置传感器 发动机温度传感器 节气门传感器 动力转向油压开关 空档 抑制器开关 车速传感器 点火开关 空调开关 电瓶 ECCS控制单元 发动机速度 发动机温度 动力转向负荷信号 节气门位置 节气门怠速位置 档位 车速 起动信号 空调工作 电瓶电压 AAC阀 七 点火提前角控制系统 电控点火提前角控制系统的组成 点火线圈 分电器 高压线 火花塞 点火器 三极管 和曲轴位置传感器等 工作原理 其点火时刻完全是由电脑通过电控的手段来控制 电脑向点火器 三极管 发出点火信号 通过点火器的导通与截止 使点火线圈的初级电流接通或断开 从而产生高压火花 并控制点火正时 电脑在进行点火提前角自动控制时 需要三个输入信号 1 即发动机负荷信号 2 发动机转速信号 3 曲轴位置信号 发动机负荷信号通过空气流量计和节气门位置传感器测得 发动机转速信号和曲轴位置信号由曲轴位置传感器测得 七 点火提前角控制系统 续 采用带有反馈控制功能的电子点火提前控制系统 这种系统在缸体上靠近燃烧室处装有一个爆震传感器 它能将爆震荡时产生的压力波转变成电信号输送给电脑 电脑中的点火提前角反馈控制电路根据爆震传感器传来的反馈信号来调整点火提前角 以保证在任何工况下的点火提前角都处在接近发生爆震的最佳角度 无分电器的电子点火系统 这种点火系统每一个缸或每两个缸配有一个点火线圈和一个点火器 实现了点火系统的全电子化 取消了分电器 蓝鸟车点火正时控制框图