汽油发动机管理系统.ppt

第3章汽油发动机管理系统 EMS EngineManagementSystem为了实现低排放 良好的燃油经济性 驱动性能 可以从以下几个方面努力 燃烧室的形状 火花塞的位置 进气门的数目 发动机机械设计 空燃比 点火时刻 电控部分 3 1电控系统的基本概念 自动控制的定义 自动控制是采用控制装置使被控制对象 如机器设备的运行或生产过程的进行 自动地按照给定规律运行 使被控制对象的一个或数个物理量 如电压 电流 速度 位置 温度 流量等 能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化 电子控制系统 采用电子设备 如计算机 作为自动控制系统的控制装置 一 自动控制系统概述 一 自动控制系统概述 电子控制系统的基本形式 开环控制 闭环控制开环控制的组成与特点开环控制的组成 开环控制的特点 在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用 5 闭环控制的组成与特点 1 闭环控制的组成 2 闭环控制的特点 在控制器与被控对象之间 不仅存在着正向作用 而且存在着反馈作用 即系统的输出量对控制量有直接影响 3 各部分的功能 测量元件对被控对象的被控参数进行测量 变换发送单元将被测参数变成电压 或电流 信号 并反馈给控制器 控制器将反馈回来的信号与给定值进行比较 一 自动控制系统概述 二 微机控制系统 1 微机控制系统的组成如果把闭环控制中的控制器用微机代替 就组成微机控制系统 2 微机控制系统的控制过程 数据采集 对被控参数的瞬时值进行检测 并输送给计算机将涉及到传感器 信号变换 放大等处理环节 控制 对采集到的表征被控参数的状态量进行分析 并按已定的控制规律确定控制过程 适时对执行机构发出控制信号 不同工况应采取什么适当的控制算法 上述过程不断重复 使整个系统能够按照一定的控制指标进行工作 并对被控参数和设备本身出现的异常状态及时监督 迅速处理 现代发动机电控系统属于微机控制系统 早期采用开环控制 现在大部分采用闭环控制 汽车电子技术发展始于20世纪60年代 分为三个阶段 目前发动机上常用的电控系统有 电控燃油喷射系统 电控点火系统 怠速控制系统 排放控制系统 增压控制系统 警告提示系统 自我诊断与报警系统 失效保护系统和应急备用系统等 3 2发动机电控系统的发展过程 二 现代汽车电子控制系统的发展趋势1 单独控制 早期的汽车电控系统多采用一个ECU控制汽车的某一个系统 如果有多个系统就要采用多个ECU控制 2 集中控制系统 利用微处理器使控制功能集中化 将多种控制功能集中到一个ECU上 就可以不必设置多个传感器和ECU 现代汽车都采用集中控制系统 一 发动机电控技术发展 3 3发动机电控系统的基本组成及工作原理 一 电控系统的基本组成与类型组成 信号输入装置 各种传感器 采集控制系统的信号 并转换成电信号输送给ECU 电子控制单元ECU 给各传感器提供参考电压 接受传感器信号 进行存储 计算和分析处理后执行器发出指令 执行元件 由ECU控制 执行某项控制功能的装置 电控系统的类型 开环控制 ECU根据传感器的信号对执行器进行控制 而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响 闭环控制 反馈控制 在开环的基础上 它对控制结果进行检测 并反馈给ECU 对原先的控制进行修正 3 4发动机电控系统的基本组成及工作原理 二 信号输入装置及输入信号空气流量计 MAF 测量发动机吸入空气量 并将信号输入ECU 作为燃油喷射和点火控制的主控制信号 进气 歧管绝对 压力传感器 MAP 测量进气管压力 并将信号输入ECU 作为燃油喷射和点火控制的主控制信号 发动机转速与曲轴位置传感器 检测曲轴位置信号和曲轴转角信号 并输入ECU 作为燃油喷射和点火控制的主控制信号 凸轮轴位置传感器 也叫同步信号传感器 是一个气缸判别定位装置 是点火控制的主控制信号 上止点位置传感器 向ECU提供1缸上止点位置信号 作为点火控制的主控制信号 缸序判别传感器 向ECU提供各缸工作顺序 作为点火控制的主控制信号 冷却液温度传感器 给ECU提供冷却液温度信号 作为燃油喷射和点火控制的修正信号 进气温度传感器 检测进气温度信号 修正信号 节气门位置传感器 检测节气门的开度及开度变化 信号输入ECU 氧传感器 检测排气中的氧含量 向ECU输入反馈信号 爆震传感器 检测汽油机是否爆燃及爆燃强度 大气压力传感器 检测大气压力 修正喷油和点火控制 车速传感器 控制发动机转速 实现超速断油控制 也是自动变速器的主控制信号 起动信号 发动机起动时 给ECU提供一个起动信号 作为喷油量和点火提前角的修正信号 发电机负荷信号 发电机负荷增大时 作为喷油量和点火提前角的修正信号 空调作用信号 当空调开关打开 空调压缩机工作 发动机负荷加大时 由空调开关向ECU输入信号 挡位开关信号和空挡位置开关信号 自动变速器由P N挡挂入其他档时 发动机负荷增加 向ECU输入信号 当挂入P N挡时向ECU提供P N挡信号才能启动发动机 19 离合器开关信号 在离合器接合和分离时 由离合器开关向ECU输入离合器工作状态信号 修正喷油量和点火提前角 20 制动开关信号 在制动时 由制动开关向ECU提供制动信号 作为对喷油量 点火提前角 自动变速器等的控制信号 21 动力转向开关信号 由于动力转向液压泵工作使发动机负荷加大 动力转向开关向ECU输入修正信号 20 EGR阀位置传感器 向ECU提供EGR阀的位置信号 22 巡航 定速 控制开关 ECU输入巡航控制状态信号 由ECU对车速进行自动控制 一 信号输入装置及输入信号 12 1 电子控制单元的功能 接收传感器或其他装置输入的信息 给传感器提供参考电压 将输入的信息转变为微机所能接受的信号 存储 计算 分析处理信息 计算输出值所用的程序 存储该车型的特点参数 存储运算中的数据 存储故障信息 运算分析 根据信息参数求出执行命令数值 将输出的信息与标准值对比 查出故障 输出执行命令 把弱信号变成强的执行命令信号 输出故障信息 自我修正功能 自适应功能 三 电子控制单元 ECU 的功能与组成 2 发动机集中控制系统ECU的构成主要由输入回路 A D转换器 微机和输出回路四部分组成 输入回路 从传感器来的信号 首先进入输入回路 在输入回路里 对输入信号进行预处理 一般是在去除杂波和把正弦波变为矩形波后 再转换成输入电平 A D转换器 微机不能直接处理模拟信号 A D转换器是将模拟信号转换为数字信号后再输入微机 如果传感器输出的是脉冲 数字 信号 经过输入回路处理后可直接进入微机 三 电子控制单元 ECU 的功能与组成 14 2 发动机集中控制系统ECU的构成微机 是发动机电控系统的核心 它能根据需要 把各种传感器送来的信号 按内存的程序对数据进行运算处理 并把处理结果送往输出回路 输出回路 将微机发出的指令 转变成控制信号来驱动执行器工作 输出回路一般起着控制信号的生成和放大等功能 三 电子控制单元 ECU 的功能与组成 15 执行器是受ECU控制 具体执行某项控制功能的装置 常见的执行器有 电磁式喷油器点火控制器怠速控制阀进气控制阀EGR阀等 四 执行器 五 电子控制系统的基本工作过程 发动机起动时 ECU进入工作状态 某些程序从ROM中取出 进入CPU 这些程序可以用来控制点火时刻 燃油喷射 怠速等 通过CPU的控制 一个个指令逐个地进行循环执行 执行程序中所需要的发动机信息 来自各个传感器 从传感器来的信号 首先进入输入回路进行处理 如果是数字信号直接经I O接口进入微机 如果是模拟信号经A D转换器转换成数字信号后才经I O接口进入微机 大多数信息暂时存储在RAM内 根据指令再从RAM送到CPU 有时需将存储在ROM中的参考数据引入CPU 使输入传感器的信息与之进行对比 对来自有关传感器的每个信息依次取样 并与参考数据比较 CPU对这些数据进行比较运算后 作出决定并发出输出指令信号 经I O接口 必要的信号还要经D A转换器变成模拟信号 最后经输出回路去控制执行器动作 第3章汽油发动机管理系统 EMS EngineManagementSystem为了实现低排放 良好的燃油经济性 驱动性能 可以从以下几个方面努力 燃烧室的形状 火花塞的位置 进气门的数目 发动机机械设计 空燃比 点火时刻 电控部分 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化学当量比 空燃比小于化学当量比时供给浓混合气 此时发动机发出的功率大 但燃烧不完全 生成的CO HC多 当混合气略大于化学当量比时 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的方式 将空燃比控制在化学当量比附近 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 在化学当量比附近 转化器的净化效率最高 发动机管理系统 空气的流量由通道中的节气门来控制 节气门由油门踏板操作 踩下油门踏板时 节气门打开 进入的空气量多 怠速时 节气门关闭 空气由旁通道通过 EMS 发动机管理系统 是集成燃油喷射 点火角和排放控制为一体的汽油发动机管理系统 主要包括控制器 传感器 执行器三大组成部分 EMS采用各种传感器 把发动机吸入空气量 冷却水温度 发动机转速与加减速等状况转换成电信号 送入控制器 控制器将这些信息与储存信息比较 精确计算后输出控制信号 EMS不仅可以精确控制燃油供给量 以取代传统的化油器 而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等 极大地提高了发动机性能 发动机管理系统采用综合点火和喷油控制 确保发动机在所有工况下处于最佳工作状态 从而净化排放 降低燃油消耗 提高功率 改善驾驶性 基于微处理器的电子控制单元以及大量电子和电磁传感器和执行器 应具有以下功能 喷油系统能够提供正确的混合气空燃比控制确保发动机所有运行工况正确和精确的点火定时能检测和控制大量的其他参数 如怠速转速 排气再循环 空调的运转 燃油蒸发排放物等 基于微处理器的电子控制单元简图 3 5电控汽油喷射系统 EFI EFI ElectronicFuelInjection EFI系统利用各种传感器检测发动机和汽车的各种状态 经过微机的判断 计算 确定喷油脉宽 点火正时等参数 在闭环系统中采用氧传感器实现反馈控制 使空燃比的控制在14 7附近 精度进一步提高 电控汽油喷射系统发展历程 目前汽车工业发达的国家在汽油车上均采用汽油喷射系统 以满足日益严格的排放要求 一 电控喷射系统的特点 混合气的各缸分配均匀性好 减少了爆震现象 提高了发动机工作的稳定性 同时 也降低了废气排放和噪声污染 在任何工况下都能获得精确空燃比的混合气加速性能好 喷油器装在进气门附近 汽油又以一定压力从喷油器喷出 形成雾状 极易与空气混合 使送入气缸的混合气空燃比能及时随节气门开度变化而立即改变 良好的起动性能和减速减油或断油 通过检测冷却液温度 起动转速 起动经历次数和时间等因素来确定起动时混合气的浓度 因而可精确控制空燃比 充气效率高 汽油以一定压力喷出 雾化良好 可与空气充分混合 不需要喉管 进气通道截面增大 提高充气效率 二 EFI分类 按喷油器数量分多点喷射 MPI 每个气缸有一个喷油器 喷油器安装在进气歧管中 在进气门附近单点喷射 SPI 多个气缸共享一个喷油器 安装在节气门体上 进气冲程时燃油混合气被吸入气缸内 二 EFI分类 按喷油地点分缸内喷射 在压缩行程开始前或刚开始时将燃油喷入气缸 用于稀燃汽油机 喷在节气门上方 用于单点喷射系统喷在进气门前 喷油器在进气歧管上 用于多点喷射系统 二 EFI分类 按进气量检测方法分D型电控汽油喷射系统 间接式检测方式 D是德语Druck 压力 的第一个字母 D型电控燃油喷射系统采用进气歧管绝对压力传感器来检测发动机吸入的空气量 ECU根据进气管内的绝对压力和发动机转速推算出发动机的进气量 再根据进气量和发动机转速确定基本喷油量 L型电控燃油喷射系统 直接式检测方式 L 是德语Luft 空气 的第一个字母 L型电控燃油喷射系统利用空气流量计直接测量发动机的进气量 电脑不必进行推算 即可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量 由于消除了推算进气量的误差影响 其测量的准确程度高于D型 故对混合气浓度的控制更精确 进气歧管压力计量式 D型EFI系统 将歧管压力和转速信号输送到电脑 由电脑根据该信号计算出充气量 再产生与之相对应的喷油脉冲 控制喷油器喷射适量的燃油 翼片式和卡门旋涡式 L型EFI系统 其计量方式属于体积流量型 即通过计量气缸充气的体积 将物理量转变成电信号输送至电脑 电脑计算出与该体积的空气相适应的喷油量以控制混合气空燃比 热线式和热膜式 LH型EFI系统 直接测量进入气缸内空气的质量 将该空气质量转换成电信号 输送给电脑 由电脑根据空气的质量计算出与之相适应的喷油量 控制空燃比在最佳值 二 EFI分类 按控制方式分开环控制系统 无氧传感器 它是将通过实验确定的发动机各工况的最佳供油参数预先存入电脑 在发动机工作时 电脑根据系统中各传感器的输入信号 判断自身所处的运行工况 并计算出最佳喷油量 通过对喷油器喷射时间的控制 来控制混合气的浓度 使发动机优化运行 开环控制系统按预先设定在电脑中的控制规律工作 只受发动机运行工况参数变化的控制 简单易行 但其精度直接依赖于设定的基准数据和喷油器调整标定的精度 喷油器及发动机的产品性能存在差异 或由于磨损等引起性能参数变化时 就不能使混合气准确地保持在预定的浓度 空燃比 上 因此 开环控制系统对发动机及控制系统各组成部分的精度要求高 抗干扰能力差 当使用工况超出预定范围时 不能实现最佳控制 闭环控制系统 有氧传感器 在该系统中 发动机排气管上加装了氧传感器 根据排气中含氧量的变化 判断实际进入气缸的混合气空燃比 再通过电脑与设定的目标空燃比值进行比较 并根据误差修正喷油器喷油量 使空燃比保持在设定的目标值附近 闭环控制系统可达到较高的空燃比控制精度 并可消除因产品差异和磨损等引起的性能变化 工作稳定性好 抗干扰能力强 但为了使排气净化达到最佳效果 只能运行在理论空燃比14 7附近 对起动 暖机 加速 怠速 满负荷等特殊工况 仍需采用开环控制 使喷油器按预先设定的加浓混合气配比工作 以满足发动机特殊工况的工作要求 所以 目前普遍采用开环和闭环相结合的控制方案 三 EFI的组成 组成 空气供给系统燃油供给系统控制系统故障诊断系统 1 空气供给系统 作用 为发动机的可燃混合气的形成提供必需空气量 怠速时节气门全关 由怠速执行器根据冷却水温 空调和动力转向等工况调节进气量 1 空气流量计 功能 检测发动机的进气量 将进气量信号转换为电信号送到发动机ECU 发动机ECU据此信号决定主喷油量 类型 叶片式 属于空气体积流量测量型 对大气压力和温度的变化需要修正 卡门旋涡式 属于空气体积流量型 需要根据进气压力和进气温度对空气密度进行修正 热线式热膜式 热线式空气流量计 分类 主流测量式热线空气流量计 把通电加热的铂丝置于空气流中 使热线温度与吸入空气温度差保持100度 铂丝是惠斯顿电桥的一个臂 旁通测量式热线空气流量计 铂丝与温度补偿电阻绕在陶瓷绕线管上 安装在旁通空气气道上 组成 防回火和赃物的金属网 取样管 白金热线 温度传感器 控制电路 接线插头等 热线式空气流量计工作原理 RH 热线电阻 Rk 冷线电阻 RB 用以调定流量计的输出特性 RA 向 输出测量信号 惠斯顿电桥平衡条件 热线电阻的温度始终高于冷线电阻温度 度 桥压的变化反映了空气流速的变化 Rk 桥式电路的特点 沿对角线的电阻乘积相等时 即当RB RC RH RA时 A点和B点的电位相等 当热丝电阻RH被进气空气冷却 使电阻减小 由于A点与B点产生电位差 运放检测到这一电位差 并使施加在桥式电路上的电压升高 增大流过热线电阻丝RH的电流 在这一系统中 利用热敏电阻RC检测进气温度 热丝电阻RH的温度始终保持在高于进气温度的恒温 进气量改变 则RH的温度发生变化 其阻值也发生变化 其两端电压发生变化 电桥失去平衡 电路运作完成时 热丝电阻RH的温度又上升 从而电阻相应增大 直至A点与B点的电位相等 利用桥式电路的这一特性 空气流量计就能够由测量B点的电压而测量进气质量 这样由于即使进气温度有变化 也能准确测量出进气质量 就不需要发动机ECU根据进气温度校正喷油持续时间 热膜式空气流量计 组成 与热线式基本相同 将热线改为热膜 热膜由发热金属铂固定在薄的树脂膜上构成 工作原理 与热线式相同 热线式和热膜式空气流量计的特点 属于质量流量型的空气流量计 能测出空气质量 因而无需对进气温度和空气压力进行修正 并且响应时间短 测量精度高 2 节气门体与进气管 节气门安装在节气门体上 控制进入气缸的空气量 当发动机处于怠速时 大多数EFI发动机节气门全闭 由怠速控制阀控制发动机的进气量 吉利自主研发的我国首款CVVT发动机 节气门体 节气门 发动机正常运行时 通过改变节气门开度的大小 来调节进气通道截面积 控制发动机的运转工况 怠速控制装置 少量空气从旁通通道进入发动机 由怠速空气阀来控制 节气门位置传感器 将节气门的开度信号转换成电压信号输送到发动机 并检测有无加 减速信号 旁通空气道式怠速控制装置 节气门体 进气总管与进气歧管 具有稳压的功能 可减小由于进气而产生的进气脉动 在多点喷射发动机中 为了消除进气脉动和改善各缸分配均匀性 需专门设计进气总管形状和容积 每个气缸有单独的进气歧管 通常两者做成一体 实验证明 进气管的形状 粗细 长短影响到发动机的输出扭矩细而长的进气管有利于发动机低速时的大扭矩的输出 而粗而短的进气管 则有利于发动机高速时的大扭矩输出 现代发动机广泛使用单缸多进气歧管 气门 控制 可变进气管控制 在发动机低速 低负荷时 用细而长的进气管进气 在发动机高速 高负荷时 用细而长和粗而短的进气管一起进气 粗而短的进气管的开启 可以使用机械的膜片式真空阀来控制 也可以使用ECU控制的膜片式真空阀来控制 2 燃油供给系统 电动燃油泵将燃油从油箱内泵出 将油压提高到规定值 多点喷射0 2 0 55MPa 单点0 07 0 12MPa 再经过滤清器进入喷油器 多余燃油经过压力调压器流回油箱 喷油量由喷油器通电时间的长短来控制的 电动燃油泵 将汽油从油箱中吸出 供给燃油系统足够的具有规定压力的汽油限压阀 防止系统中的压力过高 单向阀 在发动机熄火后 封闭系统 使系统保持一定残压 以便发动机下次容易起动 燃油滤清器 除去汽油中的杂质 Note 燃油滤清器的安装是有方向性的 燃油压力调节器 使发动机在任何工况下 燃油系统的绝对油压和进气歧管的空气压力之间的差值恒定不变 1 燃油泵 燃油泵 置于油箱内燃油泵采用涡轮泵 使油路内油压波动小 这种泵由电机 涡轮泵 单向阀 卸压阀以及滤网等组成 涡轮泵由电机驱动 当泵内油压超过一定值时 燃油顶开单向阀向油路供油 当油路堵塞时 卸压阀开启 泄出的燃油返回油箱 EFI发动机中 只有发动机运转时 燃油泵才工作 燃油泵的控制 汽油泵开关控制的汽油泵控制电路起动时 起动机继电器闭合 开路继电器线圈L1通电 开路继电器触点闭合 燃油泵运转 起动后正常运转 翼片式空气流量计中的翼片因进气气流转动 使燃油泵开关闭合 开路继电器线圈L2通电 开路继电器触点闭合 燃油泵运转 与油泵开关控制式相比 ECU控制式的主要区别在于开路继电器线圈L1的接地端由发动机ECU 电子控制单元 控制 当发动机ECU接收到分电器传来的发动机转速信号 Ne信号 后 ECU内的三极管导通 于是电流流经线圈L1 开路继电器保持闭合 油泵连续工作 具有转速控制的汽油泵控制电路 电阻器式 在汽油泵控制电路中 增设一个电阻 降压电阻 和汽油泵控制继电器 或称电阻器旁路继电器 发动机工作时 ECU根据发动机转速和负荷 对汽油泵控制继电器进行控制 汽油泵控制继电器则控制电阻是否串入在汽油泵控制电路中 以此控制汽油泵电机上的不同电压 进而实现汽油泵转速变化 工作原理 点火开关STA 起动机继电器闭合 同时ECU有STA信号 起动机起动 STA信号和NE信号输入ECU Tr1接通 开路继电器闭合 燃油泵运转 起动或重负荷时 ECU中的Tr2断开 燃油泵继电器闭合 燃油泵高速运转 怠速或轻负荷时 ECU中的Tr2接通 燃油泵继电器断开 电流流过燃油泵电阻器 燃油泵低速运转 常闭触电 发动机ECU直接控制式 随着发动机功率的增大 汽油泵的泵油量也必然增大 因而导致汽油泵消耗的电功率和汽油泵的噪声都比较大 为了尽可能减少电能的消耗和噪声污染 近年来研制成功一种发动机ECU直接控制式 由发动机ECU直接控制汽油泵的工作电压 起动或重负荷 发动机ECU通过FPC端子向燃油泵ECU发出高电平信号 燃油泵ECU向燃油泵输出高电压 约12V 燃油泵高速运转怠速或轻负荷 发动机ECU通过FPC端子向燃油泵ECU发出低电平信号 燃油泵ECU向燃油泵输出低电压 约9V 燃油泵低速运转 2 燃油压力调节器 燃油压力调节器的作用喷油器的喷出的油量取决于 要想让ECU只改变喷油脉宽来唯一地控制喷油量 必须保持喷孔内外压差 P为定值 喷孔外的压力是进气管内的气体的绝对压力 因发动机工况而异 喷孔内的压力是燃油总管中燃油压力 装在燃油轨下游的燃油压力调节器的作用是通过调节燃油回油量的多少使油轨中的油压力随进气歧管压力变化而相应地变化 从而保持 P不变 2 燃油压力调节器的工作原理 真空室通过通气孔与进气歧管相通 燃油室与安装喷油器的燃油总管相通 出油口通过油管与燃油箱接通 当进气歧管压力降低时 膜片带动安装在膜片上的阀门向真空室方向移动 回油口打开 系统油压降低 当进气歧管压力增大时 阀门被压向燃油室 系统油压增加 如此反复使系统油压随进气歧管处压力的变化而变化 使系统的绝对油压和进气歧管的压力的差值不随发动机的工况的变化而变化 来自油轨 回油 接进气歧管 膜片 阀门 膜片弹簧 油室 气室 3 喷油器 电磁式 电控燃油喷射系统的执行元件是喷油器 电控燃油喷射系统全部采用电磁式喷油器单点喷射系统的喷油器安装在节气门体空气入口处 在多点喷射系统中 喷油器通过绝缘垫圈安装在进气歧管或进气道附近的缸盖上 并用输油管将其固定 功能 根据ECU的指令控制燃油喷射量 A 喷油器工作原理 相当于电磁阀 通电时电磁线圈产生电磁力 衔铁及针阀吸起 喷油器开启 汽油经喷孔喷入进气道或进气管断电时电磁力消失 衔铁及针阀在复位弹簧的作用下将喷孔封闭 喷油器停止喷油 喷油器的通电 断电由电控单元以电脉冲控制 喷油量由电脉冲宽度决定 脉冲宽度 喷油持续时间 喷油量一般针阀升程约为0 1mm 而喷油持续时间在2 l0ms范围内 B 喷油器针阀的工作特性 由于喷油器针阀的机械惯性和电磁线圈的磁滞特性以及磁路效率的影响 在驱动脉冲 喷油脉冲信号 加到电磁线圈后 从脉冲开始到针阀呈最大升程状态 需要一定的开阀时间TO 同时 当脉冲消失到针阀落座关闭也需要一定的关阀时间TC 由图可见 针阀升起和落座与脉宽并不吻合 且开阀时间比关阀时间长 TO TC 为不喷油时间 称为无效喷射时间 通常 开阀时间受蓄电池电压影响较大 而关闭时间受影响较小 因此喷油的有效喷射时间将随蓄电池电压稍有变化 喷油量必须考虑电压修正 C 喷油器分类 按结构分 轴针式不易堵塞 孔型燃油雾化好 孔式喷油器在现代车中比较多 减少了喷油器内的沉积物 轴针式喷油器 多孔式喷油器 单孔式喷油器 按其线圈的电阻值可分为高阻 电阻为13 16 和低阻 电阻为2 3 两种类型 按喷油器的驱动方式分电流驱动 只适用于低阻值喷油器电压驱动 对高阻值和低阻值喷油器均可使用 电流驱动 电压驱动 从图中可见 电流驱动低阻型的无效喷射时间最短 其次是电压驱动的低阻型 电压驱动的高阻型最长 故第一种喷油器使用较广 电流驱动式喷油器的驱动电脉冲开始时是一个较大电流 使电磁线圈产生较大吸力 以打开针阀 然后再用较小的电流来保持针阀的开启 电压驱动是指电脑驱动喷油器喷油的电脉冲的电压是恒定的 电压驱动型 输出电路采用饱和驱动器 在电路中需要加入附加电阻 低阻喷油器与电流驱动式配合使用时 由于电路没有附加电阻 故电路阻抗小 驱动脉冲将电路接通后 线圈电流迅速上升 针阀能快速打开 缩短无效喷射时间 在电流驱动型电路中 增加了电流控制电路 能对喷油器线圈的电流进行控制 低阻喷油器与电压驱动配合使用时 必须加入附加电阻 为了使电磁喷油器响应特性好 减少了低阻喷油器线圈的电阻和匝数 减小了电感 加入电阻可以防止电磁线圈中电流加大 造成线圈发热而损坏 但是电阻的加入加大了阻抗 导致线圈电流减小 电磁吸力降低 针阀开启滞后时间延长 由于喷油器电磁线圈存在电感 在线圈两端可能产生很高的感生电动势 损坏功率管 因此在电路中加入消弧电路 保护功率管以及缩短喷油器关阀时间 a 电压驱动电路 b 电流驱动电路 四 电控汽油喷射系统的控制方法 基本思路 ECU通过空气流量计或进气歧管绝对压力传感器的信号计算空气流量 根据发动机的进气量和转速计算出基本喷油脉宽 利用传感器检测冷却水温度 进气温度 节气门开度等与发动机工况有关的参数 对基本喷油脉宽进行修正 确定最佳喷油脉宽 以获得该工况下所需的最佳空燃比 喷油定时由ECU根据转速和曲轴位置传感器检测到的上止点位置曲轴转角和判缸信号来确定的 c 喷油量基本控制方法 喷油脉宽控制方式分为 启动喷油控制方式启动后喷油控制方式两种控制方式以发动机转速 如300r min 作为转换信号断油控制反馈控制 c 喷油量基本控制方法 启动喷油控制 在发动机启动时 电脑不以空气流量计的信号作为喷油量的计算依据 而按预先给定启动程序进行喷油控制 电脑根据启动开关及转速传感器的信号 判定发动机是否处于启动状态 以决定是否按启动程序控制喷油 当启动开关接通 且发动机转速低于300r min时 电脑判定发动机处于启动状态 从而按启动程序控制喷油 必须附加喷入一定量的加浓油量 以产生足够的燃油蒸汽形成可燃混合气 改善冷启动性能 理由如下 冷启动时 温度和转速均较低 转速波动大 空气流量计所测得的进气量信号存在较大误差 喷入的燃油不易汽化 有相当一部分燃油凝结在进气道壁上 使实际吸入气缸的混合气变稀 致使启动困难 启动喷油控制加浓油量方法 通过安装在进气总管的冷启动喷油器和冷启动温度开关来控制冷启动加浓 ECU直接控制电磁喷油器 通过增加喷油脉宽或喷油次数来实现 启动喷油控制 加浓油量方法一 通过安装在进气总管的冷启动喷油器和冷启动温度开关来控制冷启动加浓 这种控制方式在冷车启动时 在进气总管中间位置上安装一个冷启动喷油器 以喷入一部分冷启动所需的附加燃油 冷启动喷油器的工作由冷启动温度开关控制 冷启动温度开关安装在缸体水道上 在发动机冷车启动时 由于水温较低 使冷启动温度开关触电闭合 冷启动喷油量电磁线圈通电 针阀开启 向进气管内喷射雾状燃油 这部分加浓的附加燃油与进气管内的空气混合后 经过进气歧管 与各缸喷油器喷入的燃油一同进入气缸 冷启动喷油器在喷油时是连续喷射的 冷启动温度开关能根据启动时发动机温度的高低来限制冷启动喷油器的喷油持续时间 冷启动温度开关触点接通的持续时间就是冷启动喷油器的喷油持续时间 它取决于启动时发动机的温度 温度愈低 冷启动喷油器的喷油持续时间就愈长 启动喷油控制 加浓油量方法二 ECU直接控制电磁喷油器 通过增加喷油脉宽或喷油次数来实现 冷启动时增加喷油 所增加的喷油量及加浓持续时间完全由ECU根据进气温度传感器和发动机水温传感器测得的温度高低来决定 发动机水温或进气温度愈低 喷油量就愈大 加浓的持续时间也就愈长 具体思路 ECU在ROM中存储水温 喷油脉宽曲线 并根据当时的冷却水 查出相应的基本喷油脉宽 再根据进气温度信号和蓄电池电压信号 进行进气温度修正和蓄电池电压修正 即无效喷射时间修正 得到启动时的喷油脉宽 启动后喷油控制当发动机转速超过预定值时 ECU自动转入启动后喷油控制方式计算和控制喷油脉宽 ECU主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量 此外 还要参考节气门开度 发动机水温 进气温度 海拔高度及怠速工况 加速工况 全负荷工况等运转参数来修正喷油量 以提高控制精度 由于要考虑的参数很多 为了简化计算程序 通常将喷油量分成基本喷油量 修正量 增量三个部分 并分别计算出结果 然后再将三个部分叠加在一起 作为总喷油量来控制喷油器喷油 实际喷油持续时间 基本喷油持续时间 喷油修正系数 电压修正系数 说明 喷油修正系数是指各种修正系数之和 基本喷油持续时间 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 计算出喷油量 计算公式为基本喷油持续时间 K 进气量 发动机转速说明 基本喷油量和进气量成正比 和发动机转速成反比 由此可知 空气流量计和发动机转速传感器是电子控制汽油喷射系统中最重要的两个传感器 特别是空气流量计 其精确度将直接影响喷油量计算的精度 并影响发动机运转的动力和油耗 修正量修正量是根据进气温度 大气压力等实际运转条件 对基本喷油量进行适当修正 以使发动机在各种不同的运转条件下都能获得最佳浓度的混合气 修正量的大小用修正系数表示 断油控制 断油控制是电脑一些特殊工况下暂时中断燃油喷射 以满足发动机运转中的特殊要求 断油控制有以下几种方式 超速断油控制减速断油控制溢油消除减扭矩断油控制 超速断油控制 超速断油是在发动机转速超过允许最高转速时 由ECU自动中断喷油 以防止发动机超速运转 造成机件损坏 也有利于减少燃油消耗量 减少有害排放物 减速断油控制 汽车在高速行驶中突然松开油门踏板减速时 发动机极在汽车惯性的带动下高速旋转 由于节气门已关闭 进入气缸的混合气数量很少 在高速运转下燃烧不完全 使废气中的有害排放物增多 减速断油控制就是当发动机在高转速动转中突然减速时 由电脑自动中断燃油喷射 直至发劝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 减少燃油消耗量 促使发动机转速尽快下降 有利于汽车减速 减速断油控制过程是由ECU根据节气门位置 发动机转速 水温等参数 作出综合判断 在满足一定条件时 执行减速断油控制 减速断油控制 断油控制必须在满足下列三个条件时才执行 节气门位置传感器中的怠速开关接通 发动机水温已达正常温度 发动机转速高于某一数值 该转速称为减速断油转速 其数值由电脑根据发动机水温 负荷等参数确定 通常水温愈低 发动机负荷愈大 该转速愈高 当上述三个条件都满足时 电脑就执行减速断油控制 切断喷油脉冲 上述条件只要有一个不满足 如发动机转速已下降至低于减速断油转速 电脑就立即停止执行减速断油 恢复喷油 溢油消除 启动时汽油喷射系统向发动机提供很浓的混合气 如果多次转动启动机后发动机仍未启动 淤积在气缸内的浓混合气可能会浸湿火花塞 使之不能跳火 这种情况称为溢油或淹缸 此时驾驶员可将油门踏板踩到底 并转动点火开关 启动发动机 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 这种功能称为溢油消除 只有在点火开关 发动机转速及节气门位置同时满足以下条件时 才能进入溢油消除状态 点火开关处于启动位置发动机转速低于500R MIN节气门全开 因此 电子控制汽油喷射式发动机在启动时 不必踩下油门踏板 否则有可能因进入溢油消除状态而使发动机无法启动 减扭矩断油控制 装有电子控制自动变速器的汽车在行驶中自动升挡时 控制变速器的电脑会向汽油喷射系统的ECU发出减扭矩信号 汽油喷射系统的电脑在收到这一减扭矩信号时 会暂时中断个别气缸 如2 3缸 的喷油 以降低发动机转速 从而减轻换挡冲击 这种控制功能称为减扭矩断油控制 反馈控制 前述的各种喷油量控制方式都属于开环控制方式 即ECU是按预先设定的控制程序计算并控制喷油量 对控制的结果 如混合气成分 油耗 功率 废气排放等参数 不具备反馈作用 这种控制程序的制定在一定程度上只能代表某一机型的发动机的一般情况 由于存在着加工制造误差和使用条件的变化如活塞环磨损 气缸积炭等 因此 对个别发动机来说 可能会出现实际控制结果偏离设定的理想状态 导致油耗增大或功率下降的现象 反馈控制又称为闭环控制 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 这种控制方式可以进一步提高喷油量的控制精度 并可避免由于制造加工误差和使用老化带来的影响 启动喷油控制 说明 曲轴转角G发动机转速NE冷却水温度THW进气温度THA蓄电池电压 B进气歧管压力PIM起动STA进气量VS KS或VG氧传感器OX节气门位置IDL PSW或VTA停车灯开关SPD 说明 曲轴转角G发动机转速NE冷却水温度THW进气温度THA蓄电池电压 B进气歧管压力PIM起动STA进气量VS KS或VG氧传感器OX节气门位置IDL PSW或VTA停车灯开关SPD 喷油脉宽的计算流程 3 控制系统 控制系统由传感器 ECU和执行器三部分构成 由于发动机控制系统除了控制喷油 点火 怠速外 还控制增压压力 配气相位 进气管长度和故障诊断等多种参数 其特点为输入传感器种类多 执行器多 最为复杂 传感器是感知信息的部件 负责向ECU提供发动机的工作情况和汽车运行状况执行器则负责执行ECU发出的各项指令 最重要的传感器是决定发动机工况的负荷传感器和转速传感器 其次是水温 空气温度传感器和记起门位置传感器以及控制空燃比闭环的氧传感器 在电控发动机中最主要的输入接口是传感器接口 例如转速 负荷 温度 压力等 最主要的输出接口是控制接口 它控制外部执行机构的动作 例如 喷油器 点火模块 喷油泵 怠速执行器等 汽车用的传感器介绍 发动机集中控制系统所用的传感器主要有 1 空气流量计 MAFS 在L型电控燃油喷射系统中 由空气流量计对测量发动机的进气量 并将信号输入ECU 作为燃油喷射和点火控制的主控制信号 2 进气管绝对压力传感器 MAPS 在D型电控燃油喷射系统中 由进气管绝对压力传感器测量进气管内气体的绝对压力 并将该信号输入ECU 作为燃油喷射和点火控制的主控制信号 3 节气门位置传感器 TPS 在汽油机性能的试验研究中 常用节气门开度来表示负荷率 这种表示不能用于控制 因为节气门转角与循环充气量没有线性关系 也没有确定的对应关系 在节气门由小开大和由大减小时不重复 控制系统之所以要有节气门开度信号 是为了下列用途 用来判断发动机的工况处于怠速控制区 部分负荷区还是节气门接近全开的加浓区 或催化转化器的高温保护区 即用来界定开环 闭环控制区 对于有自动变速器控制功能的电控系统来说 节气门开度和车速是决定换挡时刻的条件参数 用节气门转角变化率的大小作为加速 减速过程中修正喷油量的条件 它直接反映驾驶员的意图 比其他负荷传热的响应更快 可与空气流量计的信号对照互检 提供后者发生损坏的信息 并代替后者与转速配合 作为ECU控制喷油量的条件参数 4 凸轮轴位置传感器 CMPS 凸轮轴位置传感器给ECU提供转角基准位置信号 G信号 活塞上止点位置信号 作为喷油正时控制和点火正时控制的主控制信号 汽车用的传感器介绍 5 曲轴位置传感器 CKPS 曲轴位置传感器用来检测曲轴转角位移 给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号 作为喷油正时控制和点火正时控制的主控制信号 6 进气温度传感器 IATS 进气温度传感器的功用是给ECU提供进气温度信号 作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号 7 发动机冷却液温度传感器 ECTS 冷却液温度传感器给ECU提供发动机冷却液温度信号 作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号 冷却液温度传感器信号也是其他控制系统 如怠速控制和废气再循环控制等 的控制信号 6和7均采用负温度系数的热敏电阻 8 车速传感器 VSS 车速传感器检测汽车的行驶速度 给ECU提供车速信号 SPD信号 用于巡航控制和限速断油控制 也是自动变速器的主控制信号 汽车用的传感器介绍 9 氧传感器 O2S 氧传感器用来检测排气中的氧含量 向ECU输送空燃比的反馈信号 进行喷油量的闭环控制 10 爆燃传感器 KS 爆燃传感器用来检测汽油机是否爆燃及爆燃强度 将此信号输入ECU 作为点火正时控制的修正 反馈 信号 11 起动开关 STA 发动机起动时 通过起动开关给ECU提供一个起动信号 作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号 12 空调开关 A C 当空调开关打开 空调压缩机工作 发动机负荷加大时 由空调开关向ECU输入信号 作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号 13 档位开关 自动变速器由P N档位挂入其他挡位时 发动机负荷将有所增加 档位开关向ECU输入信号 作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号 当挂入P或N档位时 空档位置评关提供P N档位位置信号 防止不在P N档位时发动机起动 氧传感器 为了满足严格的排放法规的要求 在EFI发动机上均安装三元催化转化器 其作用是把发动机排气中的一氧化碳 碳氢化合物氧化成CO2和H2O以及将NOX还原成氮和氧 三元催化转化器安装在排气消声器前 尽可能接近排气总管 为了使三元催化转化器达到最佳转化效率 必须将混合气的空燃比保持在化学计量比附近很窄的范围内 为此 在三元催化转化器上游安装一个氧传感器 用来检测混合气的空燃比比化学计量比浓还是稀 向ECU发出反馈信号 将混合气空燃比控制在化学计量比附近 目前常用的氧传感器是氧化锆式氧传感器 g km