第一章电喷系统概述

电控汽油喷射系统概述 第一节电喷系统的发展 二十世纪三十年代 电喷系统用于飞机发动机1952年 电喷技术 移植 到奔馳300SL汽车上1957年 美国BONDX公司开发的Eleotrojator电喷系统 雏形 1967年 德国波许公司推出波许D型第一个实用的电喷系统1973年 波许公司开发并推出C型电喷系统 之后又推出波许K型汽油喷射系统1976年 推出了采用闭环入控制的K型 气油喷射系统70年代末 产生了新的控制系统的类型 微处理器集中控制 即数字式发动机控制系统 其特征 A 从模似电路发展到数字电路 B 控制对象 汽油喷射系统的控制 自动波的控制 ABS防抱系统的控制 电控燃油喷射系统图 第二节电喷车的优点 相对于化油器 或电控化油器 发动机而言 一 优良的驾驶性能 1 冷起动性能A 化油器式发动机靠关闭阻风的加浓B 电喷发动机靠冷起动阀额外喷油加浓混合气 2 加速性能A 化油器式发动机靠加速泵提供额外的燃油来补偿节气门突然开大刹那混合气变稀的趋势 B 电喷发动机根据进气量及转速的变化来电空加浓 反应快 无滞后 3 大功率输出工况A 化油器式发动机靠机械省油器和真空省油器参与工作来提供功率混合气 B 电喷发动机靠节气门位置传感器和空气流量传感器来感知大功率输出信号 由微处理器精确计算出功率混合气的最佳空 然比 并油喷油器准确提供 二 良好的燃油经济性 电喷发动机比化油器式发动机节油5 15 三 优良的环保性能 电喷发动机的最大优点在于相对最低的排放污染 混合气的浓度 空 燃比 指空气与燃料的质量比值 A F 14 8的混合气为标准混合气 汽车排放污染指 A一氧化灰 CO 由燃烧不完全 缼氧 引起B碳氧化合物 HC 燃烧不完全引起C氮氧化合物 NOX 高温时氮与氧反应生成降低排放污染的方法 A精确控制空 燃比B机外净化 采用触媒净化 三无触煤是一种可以使一氧化碳 碳氧化合物 氮氧化合物同时产生氧化和还原反应的触媒 第三节电喷系统的分类及工作原理 一 电喷系统的分类 一 按喷油的控制方式分 A 机械控制式汽油喷射系统B 电子控制式汽油喷射系统 二 按汽油的喷射部位分 A 缸内喷射 喷射器要高温高压 已少用 B 进气管喷射分 1 单点喷射系统 SPI TBI 2 多点喷射系统 MPI 所谓单点喷射也称为节气门体喷射系统 将汽油喷射在进气总管内 一般设置一或二个喷油器 优点 在空 然比方面比化油器精确 稳定 成本低 缺点 对于多缸机也存在各种工况下各缸混合气分配不均匀 所谓多点喷射系统指各缸进气管前都装有一只喷油器 优点 各缸之间混合气浓度及均匀性一致 进气管空气流动性好 缺点 器件多 结构复杂 成本高 三 按空气流量传感器的结构分 A D型空气流量传感器B L型空气流量传感器D型传感器指通过测量进气压力来间接以电压量来表示进气流量的传感器 Drck 空气 新D型传感器指硅膜片应变式传感器 L型空气流量传感器指直接检测空气的质量流量 也称空气流量计 Luft 空气 L型传感器以分为 1 叶片式2 热线式3 卡门涡流式 a 超声波卡门涡流式b 光学卡门涡流式 四 按然油喷射的时序分类 A 连续喷射系统如 K型喷射系统B 间歇喷射系统 a 非回转同步喷射 b 回转同步喷射 1 各缸单独喷 2 各缸同时喷 3 按点火顺序分组喷 二 主要传感器的工作原理 一 空气流量传感器 1 D型传感器 是一个一体化的集成器件 其结构由硅应变片 集成电路 IC 和真空气三部分完成 其工作原理 1 当进气管内的压力改变时 硅膜片发生变形使电元件的电阻值发生变化 阻值的变化与硅膜的变形即进气压力的变化是成比例的 这种阻值变化引起IC电桥不平衡产生输出 由IC放大后输出一个电压 PIM 信号给ECU 2 PIM信号电压在1 4v范围内 3 PIM电压愈高 表示进气管真空度愈小 进气量愈大 PIM电压愈小 表示进气管真空度愈大 进气量愈小 注 Ecu提供给D型传感器中IC的参考电压为5v vcc PIM为IC放大后输出给ECU的电压量 模拟量 加上搭铁线E D型传感器与ECU为三线接 一般 2 叶片式空气流量计 属L型传感器 组成 主要由测量叶片 补尝叶片 回位弹簧 电位器及旁通道等组成 此外空气流量计内还包含 a怠速调整螺钉 b电动燃油泵开关 c进气温度传感器工作原理 测量叶片在回位弹簧的作用下在发动机不转动的情况下保持关闭 当曲轴转动后 吸入的空气推开测量叶片 吸入的空气作用在测量叶片正面的力矩与回位弹簧的力矩相平衡 使测量叶片保持在某一开后的位置 测量叶片的位置代表了不同空气的流量 测量叶片的位置改变时带动同轴的电位器转动 电位器由外部供给电压 由滑动臂输出电压代表了空气流量 补偿叶片和阻尼室的设置是为了减小测量叶片的波动 3 热线式空气流量计 属L型空气流量传感器 组成 主要由测量元件 铂金属线圈 及电桥电路等组成 工作原理 在进气通道中 流动的空气对通电加热的线圈起冷却作用 使线圈的阻值发生变化 电桥失去平衡 为了保持电桥的平衡 必须提高电压 加大流过线圈的电流 使热线的温度升高 恢复至原电阻值 桥压的变化反应了空气流速的变化 脉冲量 为保持热线圈长期清洁 获得良好的稳定性 通常采用高温烧净处理 在发动机停车时使线圈加热到一个非常高的温度 1000 以烧掉表面污物 4 超声波卡门涡流式空气流量计 三菱ECI单巨喷射系统 组成 主要由A 均匀方格横断面的空气通道B 产生卡门涡流的三角形支架C 超声波发射器和接受器D 控制电路 工作原理 当吸入的空气经空气通道时 在支架的尾流中会产生两股稳定的涡流 在一个很宽的雷诺数范围内 涡流发生的频率与空气通道内流动的空气速度成正比 因此 空气的质量流量就可通过检测涡流数来确定 在此过程超声波发射器横向穿过带有涡流的气流 然后到达接收器 在此过程中超声波受到涡流的干忧 接受器输出信号 电相位检测器解调成等幅度变频脉冲 脉冲频率与空气流量有很好线性关系 脉冲量 弱电 信号 5 光学卡门涡流式空气流量计 丰田公司的凌志轿车 组成 主要由圆柱形体 涡流发生器 发光二极管 镜面及光敏三极管等组成 理论和实验证明 卡门涡流的频率F与气流的速度V 涡流发生体圆柱的直径d三者之间有确定的关系 工作原理 在交错涡流的变化压力下 悬置的金属镜面产生振动 摆动 光敏三极管通过金属镜面的反射接收来自发光二极管的光束 由于镜面摆动光敏三极管接到光信号时断时续 向ECU输出一串不同频率的脉冲 频率越高表示进气流量越大 反之则小 脉冲量 二 节气门位置传感器1 节气门位置负责向ECU提供节气门开度大小的信息 2 节气门位置传感器依ECU需求的不同分 A开关型 输出开关量 B连续型 输出模似量 A开关型节气门位置传感器 组成 由一些开关触点及随节气门同步旋转的控制轮或旋转触头等组成 工作原理 在某一设定的开度位置使某一触点闭合 向ECU提供一个表示该位置的开关信号 例如 二触点节气门位置传感器中IDL为怠速位置触点PSW为满负荷触点三触点式节气门位置传感器在二触点式基础上增加了LSW触点为稀薄燃烧触点 用于在部分负荷下提供经济混合气的控制 若某一触点闭合表示该触点与中心触点E搭铁 从而将该端子 IDL或LSW或PSW 的电位拉低 各触点在末闭合时由上拉电阻拉至5V 触点含义 IDL为怠速触点 其信号用于燃油切断控制和点火正时修正 PSW为满负荷触点 该端子上的信号用于增加燃油喷射量的控制 LSW为稀薄燃烧触点 用于部分荷负下提供经济混合气 带L端子的节气门位置传感器中的L1 L2 L3端子分别用于自动变速器的控制 带ACC端子的 如ACC1ACC2 用来描述踏板的加速状态 B 连续型节气门位置传感器 其组成 是一只与节气门同步旋转的线性电位器 其阻值变化与角度变化成线性关系 其电位器由ECU提供5V电压 其VTA端输出电压信号供ECU采用 三 温度传感器电喷系统中使用两种温度传感器 A 水温传感器B 进气温度传感即水温 或气温 升高时 电阻值变小 反之变高 温度传感器的两个端子与ECU连接 由ECU提供5V电压 串过一个标准电阻向热敏电阻供电 代号 水温传感器为THW气温传感器为THA安装位置 THW一般安装在进气管的预热水套上 THA对D型压力传感器 一般安装于空滤器后进气管道一侧 对于L型叶片式传感器 一般安装叶片轴的附近 对L型光学卡门涡流式空气流量设计于温度通道上方 个别车型的水温传感器采正温度系数的热敏电阻 四 氧传感器 入传感器 分类 氧化锆型氧化钛型稀燃混合传感器1 氧化锆型氧传感器 其组成 由多孔的二氧化锆 ZrO2 陶瓷管作敏感元件 在其内外表面上镀上一层极薄的铂 氧传感器的内侧导入大气 外侧暴露于排放的废气中 工作条件 在足够高的温度 400 左右 氧传感器内外侧的氧浓度相差大时 其内外侧产在电位差 0 1V A当混合气较稀时 排放的废气中含氧多 敏感元件内外侧表面的氧浓度差异少 产生输出电压小 0V左右 B当混合气较浓时 废气中的含氧低 敏感元件内外侧的氧浓度差异大 产生输出电压信号 0 9 1V 2 氧化钛型氧传感器 组成 二氧化钛 TiO2 是一种电阻型的敏感陶瓷材料 工作原理 其电阻值随废气中的氧浓度变化而变化 由ECU提供一个1V的恒定电压供给氧化钛传感器 由于TiO2电阻产生压降 在输出端得到一个反映氧浓度的电压信号 3 稀燃混合传感器 在稀燃区指空 燃比 16以上时 稀燃是不稳定的 稀燃混合传感器的工作温度在650 左右 否则氧传感器信号输出失准 总此 氧传感器一个致命弱点是铅中毒 所以采用闭环控制系统的电喷发动机所用的燃料必须是无铅汽油 五 爆震传感器 1 影响扑震的主要因素有两 A 汽油的辛烷值B 点火提前角2 爆震的危害 会造成发动机动力性下降 发动机过热等不良现象 3 减少爆震的措施 A 使牌号高的汽油B 动态将点火提前角控制在最佳位置4 爆震传感器是一种谐振式的振动传感器 其压电晶体对某一频率最为敏悉 输出的电信号最大 爆震的频率一般在7KHZ左右 5 其安装一般装在发动机缸体上 向ECU提供KNK信号 ECU根据信号的电压峰值是否超过设定的扑震电压来断是否发生了扑震 若发生了扑震 则ECU将点火时刻推迟 当扑震消失 再将点火时刻提前 周而复始 动态保持最佳临界状态 三电喷的控制原理 一 喷油控制1 连续喷射的控制其供油部分从功能上分为 基本供油部分 机械控制式 辅助供油部分 加浓 电控式基本供油部分是靠供油系的压力克服喷油的针阀回位弹簧力使针阀开启实现喷油的 油压越高 针阀升起越高 喷油量越大 所以连续喷射系统的喷油量与时间无关而取决于油压 油压的大小取决于燃油分配器中燃油控制柱塞的位置 而柱塞的位置又取决于气流感应报的瞬时位置 辅助供油部分包括 A 冷起动阀B 热时间开关C 暖机时起调节作用的控制压力调节器 冷起动阀是一只是磁喷油器 受起动机开关和热时间开关双重控制 两条件 A 冷态时 热时间开关闭合B 起动机起动 转动 控制压力调节器在起动后的暖机过程中提供加浓 2 间歇喷射的控制D型系统 L型系统及单点喷射系统都属间歇喷射控制方式 这种方式的喷油器都是电控式的 其喷油的时刻 油量完全由ECU根据各传感器的状态来决定的 1 基本控制原理 间歇喷射系统采用喷油器开启时间 有效喷射时间 来控制喷油量 即喷油量 常数 有效喷射时间 有效喷射时间由ECU以脉宽调制的方式来确定和改变 压力调节器的调节目标是保证系统油压与进气管内压力保持同步 同趋势变化 即 恒压差 控制 2 喷油器的控制方式 间歇型喷射所用的喷油器依电磁线圈的电阻分 A 高阻喷油器B 低阻喷油器高阻喷油器的阻值为12 17 不带外部附加电阻低阻喷油器的阻值为0 6 3 可带或不带附加电阻由于喷油器线圈为感性绕组 存在感抗 故喷油器接到喷射脉冲到针阀开启所经历的时间t为无效喷射时间 喷油器控制方式有 A 电压控制法B 电流控制法电压控制法的高阻或低阻喷油器都加附加电阻 电流控制法采用低阻值喷油器 并在喷油驱动电路的晶体管发射极上串上一只反馈电阻 由于阻值较小 电流以较大斜率增大 针阀迅速打开 之后只需较小电流就可保持针阀的开启 所以电流控制法不但改善了喷油器的响应特性 缩短了无效喷射时间 还可减少电能消耗 降低喷油器线圈发热程度 3 喷射时序A 对于单点喷射系统分 单喷嘴喷射双喷嘴交替喷射喷射的间隔角与喷油器个数及气缸数有关 B 对于多点喷射系统有三种基本时序 a 同时喷射b 分组喷射c 顺序喷射6缸为例 a同时喷射 指6个喷油器同时喷射每个工作循环 曲轴2转 喷射2次 即曲轴每3600同时喷射一次 喷射量为每循环定额的一半 也有机型分得更细 因为其控制方式简单 目前采用同时喷射的机型较多 b分组喷射 将6只喷油器分为2组或3组 同组的喷油器同时喷射 分组原则 按发动机的工作顺序 相互做功的为一组 如6缸机 2组法是1 5 3缸为一组 6 2 4缸为一组 3组法是1 5为一组 3 6为一组 2 4为一组c顺序喷射 各缸独立喷射 按照发动机工作次序 顺序喷射 在该缸处于进气行程时将一循环所需的燃料一次喷完 二 空 燃比控制 控制方法有 a开环控制 b闭环控制开环控制指实时检测各个传感器的输出信号 用 查表 法查出对应该工况的空 燃比值 再根据检测到当前的空气流量算出对应的喷油量 喷油脉冲宽度 缺点 开环控制不能纠正自身误差 闭环控制指ECU根据开环控制的模型控制喷油器喷油 同时检测发动机排放的含氧量以判断实际的A F 空 燃比 是否偏离最佳值 进而采取补偿措施来修正喷油量 ECU的修正措施 若混合气过浓则减少喷油时间 过稀则延长喷油时间 三 点火控制1 解释 与点火有关的信号a 曲轴位置信号G用于确定曲轴当前位置 通常指某缸上止点 是必备的点火基准信号b 曲轴转角信号Ne用于计算发动机转速c IGT是送往点火模块的点火命令信号 由点火模块进行功率放大后驱动点火线圈点火d IGF为点火确认信号 点火模块完成点火时发出此信号 ECU只有接到IGF信号后才继续正常喷油 2 点火提前角的控制分为 开环控制方式 最基本的 闭环控制方式A 开环控制方式由微处理器实时检测发动机的工作状况 从只读存储器中查取对应的点火提前角 最终确定的点火提前角包括三个部分 a初始点火提前角相当于理论提前角 b基本点火提前角相当于真空或离心提前角是经常变化的 c修正提前角是在特定情况下的进一步修正如暖机 怠速 爆燃等等 B 闭环控制方式大多数是以控制爆然为目标的 ECU根据爆震的强度减少点火提前角 扑震愈大 减小量愈大 直至扑震停止 又试探性地增加点火提前角 反复动态控制在最佳位置 四 怠速控制怠速指发动机运行时不对外输出功率 只维持自身稳定运转的低转速稳定工况 在电喷发动机中 多采用在进气通道上增设旁通气道 用电控的执行元件 由ECU控制它来调节旁通空气量而改变怠速转速 1 怠速控制方法 不同工况下的怠速控制要求 A 起动怠速 发动机起动时 旁通空气阀开至最大 起动后ECU则控制逐步减小旁通气阀的开度 B 暖机怠速 冷机起动后必定经历的一种工况 主要根据发动机的水温来调节怠速的 冷机时旁通气道全开 随着冷却水温的升高 旁通气道逐步减小 水温正常后转入正常怠速控制 C 常温怠速 此怠速多为闭环控制 控制在设定的怠速 D 其它怠速控制 如在空调机运行时 在电喷发动机上能根据这些设备的开关状态相应地增减旁通气道空气量 2 怠速控制的执行部件 1 分类 最常见的三种 步进