电控发动机概述

第五章电控汽油发动机概述 第一节电控汽油发动机的组成及功能汽油喷射系统原理 以ECU为控制核心 以空气流量和发动机转速为控制基础 以喷油量 喷油时刻 发动机怠速和点火装置为控制对象 获得最佳空燃比和点火提前角 适时调整发动机怠速 汽油喷射系统组成 1 燃油供给系统2 空气供给系统3 电子控制系统4 点火系统 功用 向气缸内供给供给燃烧时所需一定量的燃油 组成 1 燃油供给系统 功用 为发动机可燃混合气的形成提供必要的空气 并测量和控制空气量 组成 2 空气供给系统 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 3 电子控制系统 组成 任何一种电子控制系统 其主要组成都可分为信号输入装置 电子控制单元 ECU 和执行元件三部分 电控单元 接受来自各个传感器传来的信号 并完成对这些信息的处理和发出指令控制执行器的动作 各种传感器 把各种反映发动机工况和汽车运行状况的参数 非电量参数 转变为电信号 电压或电流 提供给电控单元 使电控单元正确地控制发动机运转或汽车运行 执行器 用来完成电控单元发出的各种指令 是电控单元指令的执行者 4 点火系统 组成 电子点火组件 电子点火器 点火线圈 火花塞 高压线 和ECU 工作过程点火系统主要由ECU根据转速 负荷和水温传感器的信号确定实际工况的最佳点火提前角 再由发动机转速传感器 曲轴或凸轮轴位置传感器 确定活塞在气缸内的实际位置 并发出指令控制电子点火组件 电子点火器 由电子点火组件完成点火线圈一次侧电路接通和断开的控制 从而在点火线圈二次绕组内产生出2万伏左右的高电压 高压击穿火花塞间隙产生电火花 点燃可燃混合气 第二节电控汽油喷射系统的分类 电控发动机可按照喷油器安装位置 燃油喷射部位 喷射方式 喷射时序 控制方式和进气量检测方式的不同进行分类 一 按喷油器安装部位分类 1 电子控制单点汽油喷射系统 SPI 指安装在节气门体上的一只或两只喷油器 向进气歧管中喷射汽油 与高速流动的空气混合形成可燃混合气 2 电子控制多点汽油喷射系统 MPI 指在每一个缸的进气门前均安装一只喷油器 喷油器对各缸适时进行喷油 多点喷射系统有利于各缸可燃混合气浓度的控制 单点喷射系统有利于简化结构 降低成本 提高可靠性 缸内喷射 将汽油直接喷入气缸内 缸外喷射 汽油机缸外喷射是通过喷油器将具有一定压力的汽油 喷射到气缸外进气管内的相应部位 2 按汽油喷射部位分类 3 按汽油喷射方式分类连续喷射间歇喷射 同时喷射 指发动机运转期间 由ECU的同一个喷油指令控制所有喷油器同时动作 各缸喷油器同时开启和同时关闭 所有喷油器并联 4 按汽油喷油时序分类同时喷射分组喷射顺序喷射 分组喷射 将各气缸的喷油器分成几组交替喷射 ECU发出指令 每个指令控制一组喷油器 同一组喷油器同时喷油或断油 顺序喷射 指喷油器按照发动机的工作顺序 在各缸排气行程上止点前某一曲轴转角顺序轮流喷射 具有喷油正时 5 按汽油喷射控制方式分类机械控制式 K型 机电混合控制式 KE型 电子控制式 EFI型 6 按空气检测方式分类 在根据进气管压力间接推算出进气量 确定基本喷油量 D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 可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量 L型电控燃油喷射系统 翼片式 卡门旋涡式 热线式 热模式 第三节电控汽油发动机的优点 一 减少排放污染 电控汽油喷射系统能根据发动机的各种不同工况 迅速准确地提供与其相匹配的最佳空燃比 使汽油完全燃烧 同时与三元催化系统配合使用可以有效地减少CO HC和NOx有害气体的排放量 尤其是在发动机急减速和强制快怠速时 具有断油的功能 可完全排除传统化油器减速时所无法清除的HC气体 使其废气排放中的污染物小于1 具有减少排放污染的优点 二 提高发动机最大功率 电控汽油发动机的进气不必预热 进 排气管可以分别布置在发动机缸体的两侧 加之配备直径较大 过渡非常圆滑的进气管道 可大大减小进气阻力 提高充气效率 提高了发动机的最大功率 可提高10 左右 三 耗油量低 经济性能好 电控汽油发动机能做到使发动机在各种工况下 精确地控制混合气的空燃比为最佳值 并且汽油在一定压力下喷出 雾化品质好 同时进气管道不受汽油雾化的限制 可以设计得更加合理 使混合气向各缸均匀分配 所以燃料消耗量低 经济性能好 四 改善了发动机的低温起动性能 在电控汽油喷射式发动机内设有补充空气调节器和冷起动喷油器 冷起动阀 且汽油的供给量不受进气流速的限制 可改善发动机的低温起动性能 五 怠速平稳 工况过渡圆滑 工作可靠 灵敏度高 电控汽油喷射系统计算机的运算速度极快 它能根据各个传感器输入的电信号迅速作出反应 及时而准确地将适量汽油喷入进气门附近 所以发动机的怠速稳定 加速性能好 工况过渡圆滑 操作灵敏度高 且故障率较低 第一节 空气供给系统第二节 燃油供给系第三节 电子控制系统 第六章电控汽油发动机的燃料系统与性能检测 功用 为发动机提供清洁的空气并控制发动机正常工作时的供气量 组成 空气滤清器 空气流量计 进气压力传感器 怠速阀 节气门体 进气总管 进气歧管等 工作原理如图 第一节 空气供给系统 1 型 空气供给系 D型喷射系统由于没有空气流量计 其进气系统结构简单 应用比较广泛 2 型 空气供给系 L型喷射系统对空气量的测量更精确 应用也比较广泛 工作过程 在发动机工作过程中 空气经滤清器过滤后 有节气门控制 空气流量传感器计量 通过节气门进入进气总管 再分配到各进气歧管 在进气歧管内与喷油器喷出的汽油混合气形成可燃混合气 吸入气缸内燃烧 发动机怠速时 节气门关闭 空气经旁通空气道进入气缸 旁通空气道流通截面积的大小 由ECU根据发动机的实际工况通过怠速阀控制 二 空气供给系统基本元件的构造 1 进气管2 节气门体3 空气滤清器 用于滤除空气中的灰尘 一般都为纸质滤心 其结构与普通发动机上相同 1 空气滤清器 2 节气门体 功能 节气门体安装在进气管中 来控制发动机正常工况下的进气量 组成 主要由节气门和怠速空气道等组成 节气门位置传感器装在节气门轴上 来检测节气门的开度 有的车上还设有副节气门和副节气门位置传感器 D型多点喷射系统节气门体L型多点喷射系统节气门体单点喷射系统节气门体 1 节气门衬垫2节气门限螺钉3 螺钉孔护套4 节气门体5 加热水管6 节气门位置传感器7 螺钉8 怠速控制阀9 O形密封圈10 螺钉 D型多点喷射系统节气门体 如右图所示为韩国大宇王子 超级沙龙轿车D型多点喷射系统的节气门体 1 空气流量计2 怠速控制阀3 节气门位置传感器 L型多点喷射系统节气门体 如右图所示为美国通用鲁米娜 LUMNA 3 8L旅行车带空气流量计的节气门体 1 进油管接头2 喷油器3 燃油压力调节器4 回油接头5 怠速控制阀6 节气门位置传感器7 真空管接头8 活性炭管接头 单点喷射系统节气门体 如图所示为韩国大宇希望 ESPERO 和赛手 RACER 轿车单点燃油喷射系统的节气门体 管接头7和8用于燃油蒸发排放控制系统 3 进气管 在多点电控燃油喷射式发动机上 为了消除进气波动和保证各缸进气均匀 对进气总管和进气歧管的形状 容积都有严格的要求 每个气缸必须一个单独的进气歧管 有些发动机的进气总管与进气歧管制成一体 有些则是分开制造再用螺栓连接 三 空气供给系的检修 维修时应注意进行以下检查 1 检查空气滤清器滤心是否赃污 必要时用压缩空气吹净或更换 2 进气系统漏气对电控燃油喷射发动机的影响比对化油器式发动机的影响大 检查各连接部位应连接可靠 密封垫应完好 3 检查节气门内腔的积垢和积胶情况 必要时用清洗剂进行清洗 注意 绝对不能用砂纸和刀片清理积垢和积胶 功用 供给喷油器一定压力的燃油 喷油器则根据电脑指令喷油 工作原理如图 二 燃油供给系 燃油压力调节器 一 燃油供给系的组成二 电动燃油泵三 燃油滤清器四 脉冲阻尼器五 燃油压力调节器六 燃油供给系的检修 第五节燃油供给系统主要元件的构造与维修 由电动燃油泵 燃油滤清器 燃油压力调节器 脉动阻尼器及油管组成 如下图 压力调节器 汽油滤清器 油箱 燃油分配管 一 燃油供给系统元件位置 1 二 电动燃油泵1 电动燃油泵的类型2 电动燃油泵的构造 1 涡轮式电动燃油泵 2 滚拄式电动燃油泵3 电动燃油泵的控制 1 ECU控制的燃油泵控制电路 2 燃油泵开关控制的燃油泵控制 3 燃油泵继电器控制的燃油泵控制电路4 燃油泵的就车检查5 燃油泵的拆装与检测 按安装位置不同分为 内置式 安装在油箱中 具有噪声小 不易产生气阻 不易泄漏 管路安装简单 外置式 串接在油箱外部的输油管路中 易布置 安装自由大 单噪声大 易产生气阻 按电动燃油泵的结构不同分为 涡轮式 滚柱式 转子式和侧槽式 1 电动燃油泵的类型 14 1 涡轮式电动燃油泵 4 结构 主要由燃油泵电动机 涡轮泵 出油阀 卸压阀组成 原理 7 油泵电动机通电时 电动机驱动涡轮泵叶片旋转 由于离心力的作用 使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳 将燃油从进油室带往出油室 由于进油室的燃油不断增多 形成一定的真空度 将燃油从进油口吸入 而出油室燃油不断增多 燃油压力升高 当达到一定值时 顶开出油阀出油口输出 出油阀在油泵不工作时阻止燃油流回油箱 保持油路中有一定的压力 便于下次起动 如下页图所示优点 泵油量大 泵油压力较高 供油压力稳定 运转噪声小 使用寿命长等优点 此外 由于不需要消声器所以可以小型化 因此广泛的应用在轿车上 如捷达 本田雅阁 2 电动燃油泵的构造 2 及原理 3 动画 6 动画 5 结构 主要由燃油泵电动机 滚柱式燃油泵 出油阀 卸压阀等组成 原理 8 如图 当转子旋转时 位于转子槽内的滚柱在离心力的作用下 紧压在泵体内表面上 对周围起密封作用 在相邻两个滚柱之间形成工作腔 在燃油泵运转过程中 工作腔转过出油口后 其容积不断增大 形成一定的真空度 当转到与进油口连通时 将燃油吸入 而吸满燃油的工作腔转过进油口后 容积不断减小 使燃油压力提高 受压燃油流过电动机 从出油口输出 2 滚拄式电动燃油泵 功用 滤清燃油中的杂质和水分 防止燃油系统堵塞 减小机件磨损 保证发动机正常工作 一般采用纸质滤心 每行驶20000 40000 或1到2年应更换 安装时应注意燃油流动方向的箭头 不能装反 如右图 三 燃油滤清器 见视频11 1 入口2 出口3 滤芯 功用 减小在喷油器喷油时 油路中的油压可能会产生微小的波动 使系统压力保持稳定 组成 由膜片 回位弹簧 阀片和外壳组成 原理 发动机工作时 燃油经过脉动阻尼器膜片下方进入输油管 当燃油压力产生脉动时 膜片弹簧被压缩或伸张 膜片下方的容积稍有增大或减小 从而起到稳定燃油系统压力的作用 如右图 四 脉动阻尼器 1 膜片弹簧2 膜片3 出油口4 进油口 功用 在发动机冷起动时喷油 以加浓混合气 改善发动机的冷起动性能 原理 发动机起动时 起动继电器线圈通电 触电闭合使蓄电池电压送至冷起动喷油器 正时开关控制冷起动搭铁回路接通 冷起动喷油器喷油 若冷却水温度较高 正时开关则断开 冷起动喷油器不喷油 5 冷起动喷油器及其控制电路 下一页 冷起动喷油器 冷起动喷油器控制电路 电插头 电磁线圈 阀门弹簧 阀门 喷嘴 ECU ECU根据空气流量计信号和发动机转速信号确定基本喷油时间 在根据其他传感器对喷油时间进行修正 并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令 使喷油器喷油或断油 三 控制系统 一 传感器1 空气流量计 MAF 2 进气管绝对压力传感器 IMAPS 3 节气门位置传感器 TPS 4 进气温度传感器 IATS 5 冷却水温度传感器 ECTS 6 凸轮轴 曲轴位置传感器 CPS 7 车速传感器 VSS 8 信号开关 1 叶片式空气流量计 2 热式空气流量计 3 卡门旋涡式空气流量计 反光镜检测法超声波检测法 1 空气流量计 MAF 发动机电子控制系统中很重要的一项控制内容就是最佳空燃比控制 为达到这样的目的 必须对发动机进气空气流量进行精确测量 应用范围 空气流量传感器用于EFI系统 如何实现最佳空燃比控制 空气流量计 直接或间接检测进入发动机气缸空气量大小 并将检测结果换成电信号送至ECU ECU根据空气流量信号是来确定基本喷油量 1 结构如右图 空气流量计主要由测量板 补偿板 回位弹簧 电位计 旁通气道组成 此外还包括怠速调整螺钉 油泵开关及进气温度传感器等 1 叶片式空气流量计 见视频14 下一页 1 电位计滑臂2 可变电阻3 接进气管4 测量叶片5 旁通空气道6 接空气滤清器 2 叶片式空气流量计工作原理 如右图 来自空气滤清器的空气通过空气流量计时 空气推力使测量板打开一个角度 当吸入空气推开测量板的里与弹簧变形后的回位力相平衡时 叶片停止转动 与测量扳同轴转动的电位计检测出叶片转动的角度 将进气量转换成电压信号VS送给ECU 功能 检测发动机燃烧时有无爆燃 并把爆燃信号送给发动机控制电脑作为修正点火提前角的重要参考信号 安装位置 缸体侧面或火花塞座孔上 分类 电感式爆燃传感器压电式爆燃传感