电喷发动机的结构分析.ppt

机械工程实验教学中心 电喷系统结构分析实验 机械工程实验教学中心 实验目的 了解电子控制燃油喷射发动机的工作原理认识电喷发动机上主要传感器及部分执行器认识电喷发动机电路 机械工程实验教学中心 实验器材和设备 MR479QA电喷发动机万用表 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 一 电喷发动机工作原理与组成工作原理电子控制燃油喷射工作原理是 通过传感器检测发动机进气量 发动机转速及曲轴转角等信号 由电子控制单元根据发动机运行工况 计算出每循环的基本供油量 同时通过节气门位置 冷却水温 空气温度和氧含量等发动机运行工况 对供油量进行修正 修正后的供油量转换为喷油时间并放大输出 实现对喷油器的喷油量的控制 从而使发动机始终具有一个最佳的空燃比 按照电子控制燃油喷射系统喷射位置 该系统可以分为缸内喷射和进气管喷射两大类 进气管喷射又可以分为单电喷射和多电喷射两大类 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 一 电喷发动机工作原理与组成工作原理 图1单点汽油喷射1 汽油2 空气3 节气门4 进气歧管5 喷油器6 发动机 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 一 电喷发动机工作原理与组成工作原理 图2多点汽油喷射1 汽油2 空气3 节气门4 进气歧管5 喷油器6 发动机 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 一 电喷发动机工作原理与组成系统组成电控燃油喷射系统由以下几个系统组成 进气系统进气系统的作用是根据发动机的工作状态提供适量的空气量 同时向ECU传递此信息 并根据ECU的指令完成空气量的调节 进气系统主要由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器 进气温度传感器 节气门位置传感器 进气歧管 空气阀及空气滤清器等组成 燃油供给系统燃油供给系的功能是 根据ECU的驱动信号 以恒定的压差将一定数量的燃油喷入进气歧管 向发动机精确提供各种工况下所需要的燃油量 该系统由电动燃油泵 燃油虑清器 燃油压力调节器 喷油器等组成 另外还包括冷启动喷油器 脉冲阻尼器 蓄压器等辅助设备 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 一 电喷发动机工作原理与组成系统组成燃油供给系统 图3燃油供给系统1 油箱2 燃油泵3 汽油虑清器4 回油管5 燃油压力调节器6 输出管7 冷启动喷油器8 稳压箱9 喷油器10 各缸进气歧管 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 一 电喷发动机工作原理与组成系统组成电子控制系统电子控制系统由ECU 各类传感器 执行器 及继电器等组成 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 一 电喷发动机工作原理与组成系统组成 图4电喷发动机电控系统总体框图 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器空气流量传感器真空度传感器真空度传感器的结构如图5所示 真空度传感器实际上是一个由硅片组成的半导体应变片 硅片封装在真空室中 硅片的一面是真空室 另一面接人进气歧管压力 硅片上下面各有一层二氧化硅膜 在膜层中 沿硅片四周 有四个传感器电阻 这四个电阻连接成惠斯顿电桥 无变形时 电桥调至电平衡状态 当硅片中膜片受真空负压弯曲时 引起电阻值的变化 使电桥失去平衡 从面在AB两端形成电压差 由于输出信号较小 因此通过IC集成电路进行放大 作为ECU的输人信号 真空度传感器与ECU的接线如图6所示 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器空气流量传感器真空度传感器 图5真空度传感器1 硅片2 绝对真空室3 虑清器4 接线端 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器空气流量传感器真空度传感器 图6传感器与ECU的接线图 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器空气流量传感器叶片式流量计 图7叶片式流量计外形结构1 进气温度传感器2 回位弹簧3 4 缓冲室5 缓冲叶片6 电位计7 插头8 怠速调节螺钉9 旁通道10 测量叶片 叶片式空气流量计是一种较为常用的空气流量计 如图7所示 它主要由测量板 补偿板 回位弹簧 电位器 旁通道与怠速调节螺钉等组成 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器空气流量传感器热线式空气流量计热线式空气流量计的结构如图8所示 它是利用空气流过热金属线时的冷却效应工作的 将一根铂丝热线置于进气空气流中 当恒定电流通过钢丝使其加热后 如果流过铂丝周围的空气增加 金属丝温度会降低 同理 如果要使铂丝的温度保持恒定 就应根据空气量调节通过热线的电流 空气流量越大 需要的电流也越大 当空气以恒定质量流量流过时 电源电流使热线保持在一定温度 此时电桥保持平衡 如空气流量稍有增加 热线温度即降低 其电阻随之减少 使电桥失去平衡 此时 放大器即增加通过铂丝的电流 直到恢复原来的温度和电阻值 使电桥重新平衡 由于电流的增加 RM的电压降增加 这样 只需精确测量电阻RM两端的电压降 就能得到空气流量的信号 将热线传感器的输出信号和储存在ECU存储器中的数据相对照 计算机就能确定此时所需的基础喷油量 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器空气流量传感器热线式空气流量计 图8热线式空气流量传感器的主要零件1 温度补偿传感器2 热线传感器环3 精密电阻 图9热线式空气流量传感器的电桥电路RH 热线 EK 温度补偿电阻 RM 测量电阻人 R1 R2 平衡电阻 UM 测量电压 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器节气门位置传感器线性输出型节气门位置传感器 图10线性输出型节气门位置传感器的结构 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器节气门位置传感器线性输出型节气门位置传感器 图11线性输出型节气门位置传感器与ECU的接线 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器节气门位置传感器线性输出型节气门位置传感器图10 图11为线性输出型节气门位置传感器的结构图和回路图 气门轴上装有滑触臂 气门轴转动的时候滑触臂在相互平行的两段弧形滑触电阻上滑动 图10 b 是该传感器的输出特性 该图表明了节气门开度输出信号 VTA 怠速触点 IDL 信号 主要用于断油控制和点火提前角的修正 随节气门开度变化的关系 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器节气门位置传感器开关输出型节气门位置传感器开关量输出型节气门位置传感器由沿导向轮沟槽移动的可动触点 TL 固定的功率触点 PSW 和怠速触点 IDL 构成 如图12所示 当节气门全闭时 可动触点和怠速触点接触 TL和IDL 导通 从而检测出节气门的全闭状态 当发动机大负荷时 节气门开度超过50 时 可动触点和功率触点接触 TL和PSW导通 从而检测出发动机的大负荷状态 当节气门在中间开度时 可动触点和任何一个触点都不接触 PSW和IDL TL都不导通 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器节气门位置传感器开关输出型节气门位置传感器 图12开关量输出型节气门位置传感器 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器水温传感器在冷却水温度传感器内感知温度的是一个负温度系数电阻 NTC电阻 温度越高 电阻值越低 在暖机阶段 ECU根据此信号控制点火提前角与燃油喷射量 图13水温传感器及其接线图1 NTC电阻2 外壳3 电接头 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器水温传感器在冷却水温度传感器内感知温度的是一个负温度系数电阻 NTC电阻 温度越高 电阻值越低 在暖机阶段 ECU根据此信号控制点火提前角与燃油喷射量 图13水温传感器及其接线图1 NTC电阻2 外壳3 电接头 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器进气温度传感器进气温度传感器是一个负温度系数电阻 NTC电阻 温度越高 电阻值越低 在暖机阶段 ECU根据此信号控制点火提前角与燃油喷射量 图14进气温度传感器接线图 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器曲轴转角位置传感器与转速传感器曲轴转角位置传感器请参阅教材上相关内容 本实验中所见到的传感器是整合了曲轴位置检测功能的转速传感器 如图15所示 脉冲盘装在曲轴上 不可与起动齿圈混淆 脉冲盘通常有60齿 空缺2个齿 每逢脉冲盘上的齿经过传感器 引起磁通量的变化 便在线圈中感应出交变信号 缺齿处的信号特殊 如图16所示 此交变电压的幅值随齿盘与感应传感器的距离的增大而减小 随转速的提高而增大 但是只要转速超过20r min就会产生足够幅值的正弦电压转换成恒定幅值的矩形波 根据他可以计算出曲轴位置和转速 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器曲轴转角位置传感器与转速传感器 图15脉冲盘感应传感器1 永磁体2 感应传感器壳体3 发动机机体4 软铁心5 线圈6 脉冲盘 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器曲轴转角位置传感器与转速传感器 图15点火电压 脉冲盘感应传感器信号合凸轮轴霍耳传感器信号a 点火线圈次级电压 b 脉冲盘感应传感器信号 c 凸轮轴霍耳传感器信号1 初级线圈通电2 点火 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器车速传感器车速传感器主要用于发动机怠速和加速期间的空燃比控制 主要包括两种型式 舌簧开关型和光电耦合型 图16舌簧开关型传感器 图17光电耦合型车速传感器1 带切槽光盘 2 发光二极管 3 光电耦合器 4 光敏晶体管 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器车速传感器舌簧开关型传感器装在组合仪表内 其结构如图16所示 其中磁铁由转速表的软轴驱动 软轴每转一圈 磁铁的极性变换四次 由于极性的变化 使舌簧开关的触点关闭或打开 光电耦合型传感器也装在组合仪表内 其结构如图17所示 其工作原理与前面的光电式曲轴转角位置传感器一样 当转速表软轴转一圈时 光敏二极管产生20个脉冲 经分频后变成四个脉冲 送给ECU 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 二 各类传感器氧传感器主要包括加热的管式氧传感器和不加热的管式氧传感器 图18管式氧传感器原理1 传感陶瓷管 2 电极 3 触头 4 壳体触头 5 排气管 6 陶瓷保护层 多孔 7 废气 8 空气 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 三 ECU如图19所示 电子控制单元ECU的硬件分为输入级 微型计算机 输出级三部分 图19电子控制单元原理图 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 四 继电器主继电器主继电器的作用是使包括ECU在内的电控汽油喷射系统的各部件不受电源干扰和电压脉动的影响 图20为主继电器的结构 主继电器一般多采用滑阀型 由线圈 可动铁心 滑阀 调整块和触点等组成 图20主继电器结构1 线圈 2 可动铁心 滑阀 3 调整块 4 触点 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 四 继电器断路继电器图21为断路继电器的结构图 从安全角度考虑 断路继电器的作用是使燃油泵只有在发动机转动时才工作 当点火开关接通 发动机不转时 燃油泵停止供油 图21断路继电器1 可动片 2 线圈 3 触点 机械工程实验教学中心 实验原理及方法 四 继电器断路继电器采用叶片式空气流量计的喷射系统的燃油泵开关控制电路如图22 a 所示 当发动机启动时 点火开关的启动装置 ST 端子接通 继电器内的线圈L2通电 触点闭合 电源向燃油泵供电 在发动机启动后 吸入发动机的空气使叶片转动 通过一杠杆装置使油泵开关接通 继电器的线圈L1通电时 使启动装置的端子断开 触点仍处于接通状态 当发动机由于某种原因停止工作时 空气流量计内的燃油泵开关断开 线圈L1断电 触点断开 燃油泵停止工作 采用热线式和卡门涡流式空气流量计的喷射系统以及速度密度方式的喷射系统中 油泵开关电路如图22 b 所示 由ECU控制 当发动机启动时 点火开关的ST端接通 继电器线圈L2通电 继电器触点闭合 电源向燃油泵供电 在发动机启动后 发动机转速信号 NE 输