第一章+汽车发动机电控燃油喷射系统的认识与检修.ppt

第一章汽车发动机电控燃油喷射系统认识与检修,一汽油发动机电控燃油喷射系统概述,1.汽油发动机电控燃油喷射系统的分类多点喷射（MPI）按喷射系统执行结构不同分类单点喷射（SPI）机械式（K系统）按喷射控制装置的形式不同分类机电一体式（KE系统）电控式（EFI系统）间歇喷射或脉冲喷射式按喷射方式不同分类连续喷射式,按喷射位置的不同分类,进气道喷射,缸内直接喷射,按对空气量的计量方式分类,间接测量：D型,直接测量：L型,叶片式,热线式,节流速度控制式,按有无反馈信号分类,开环控制,闭环控制,2.汽油发动机电控燃油喷射系统的组成及工作原理,汽油发动机电控燃油喷射系统的组成,1.空气供给系统：空气滤清器、进气管道、节气门及节气门体、怠速辅助空气管道及怠速控制阀、进气歧管,2.燃油供给系统:燃油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器,3.电控系统：传感器、电控单元（ECU）、执行器,L型空气供给系统,D型空气供给系统,燃油供给系统,电子控制系统：,电子控制系统：,（1）传感器：信号转换装置空气流量计：AFS（AirFlowSensor）直接检测进气量信号曲轴位置传感器：CPS（CrankshaftPositionSensor）凸轮轴位置传感器：CIS（CylinderIdentificationSensor）检测活塞上止点位置信号，故称为气缸识别信号节气门位置传感器：TPS（ThrottlePositionSensor）节气门开度冷却液温度传感器：CTS（CoolantTemperatureSensor）检测冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号进气温度传感器：IATS（IntakeAIRTemperatureSensor）爆燃传感器：KS（KnockSensor）是否爆燃或爆燃强度，作为点火正时控制的修正（反馈）信号氧传感器：OS（OxygenSensor）检测排气中氧的含量，向ECU输送空燃比信号，进行喷油量的闭环控制,车速传感器：VSS（VehicleSpeedSensor）检测行车速度，用于巡航控制或极限断油控制，自动变速器控制信号启动开关：STA（Start）空挡安全信号：NSW（NeutralStartSwitch）检测自动变速器的档位选择开关是否处于空挡位置（2）电控单元ECU：根据各种传感器和控制开关输入的信号，对喷油量和喷油时刻进行实时控制（3）执行器：接受ECU输出的各种控制指令完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳工作状态。执行部件有：电动燃油泵、喷油器、点火器、怠速控制阀、节气门控制电机、EGR阀、进气控制阀、二次空气喷射阀、活性碳罐电磁阀、油泵继电器、风扇继电器、空调压缩机继电器、自诊断显示与报警装置、仪表显示器等,单点喷射(SPI)单点喷射系统是把喷油器安装在化油器所在的节气门段，它的外也有点像化油器，通常用一个喷油器将燃油喷入进气流，形成混合气进入进气歧管，再分配到各个气缸中.但在一些增压和V型发动机上则用两个喷油器。因此，单点喷射又可理解为把化油器换成节流阀体喷射装置(TBI)，也称为中央燃油喷射(CFI)。单点喷射系统结构简单，故障源少，可采用较低的喷油压力(只有0.1MPa)，在原使用化油器的发动机上做很少改动就可形成单点喷射系统而且，在大批量生产以后，其成本也大为下降，仅高于化油器的成本，但其性能要比化油器好多了。与传统化油器式发动机一样，单点喷射系统相邻气缸存在进气行程重叠，使得混合气分配不均，其控制的准确度和性能不如多点喷射。,(2)多点喷射(MPI)多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只喷油器，由电控单元(ECU)控制顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射，汽油直接喷射到各缸的进气门前方，再与空气一起进入气缸形成混合气。多点喷射又称为多气门口喷射(MPI)或顺序燃油喷射(SFI)，或单独燃油喷射(IFI)。显然，多点燃油喷射避免了进气重叠，使得燃油分配均匀性较好，从而提高了发动机的综合性能。同时，由于它的控制更为精确，使发动机无论处于何种状态，其过渡过程的响应及燃油经济性都是最佳的。但是，多点喷射系统结构复杂，成本高，故障源也较多从发展趋势看，由于电子技术日益成熟，法规的日益严格，多点喷射系统由于其性能卓越而将占主导地位。,目前，多点喷射系统不仅为高级轿车和赛车所采用，而且一些普通车辆也开始采用。由于多点喷射系统是直接向进气门前方喷射，因此，多点喷射属于在气流的后段将燃油喷入气流，属于后段喷射。,2.电控汽油喷射系统的工作原理,喷油量由喷油器喷孔的横断面面积，汽油的喷射压力和喷油持续时间来决定。喷孔的横断面面积和喷油压力都是恒定的，汽油的喷射量只取决于喷油持续时间。喷油持续时间由ECU根据发动机的各种参数确定,ECU通过输出喷油脉冲信号的长短控制喷油时间,即喷油量大小。,1)D型EFI系统D型EFI系统的工作原理,1喷油器；2冷启动阀；3燃油压力调节器；4电控单元(ECU)；5节气门位置传感器；6怠速空气调整器；7进气压力传感器；8燃油泵；9滤清器；10水温传感器；11热限时开关,(1)燃油压力的建立与燃油喷射方式(2)进气量的控制与测量(3)喷油量与喷油时刻的确定(4)不同工况下的控制模式启动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等,2)L型EFI系统,叶片式电控汽油机燃油喷射系统,热线式电控汽油机燃油喷射系统,2)L型EFI系统,3)Mono系统,1汽油箱；2电动汽油泵；3汽油调压器；4油压调节器；5喷油器；6进气温度传感器；7ECU；8怠速控制阀；9节气门位置传感器；10氧传感器；11冷却液温度传感器；12曲轴位置传感器；13蓄电池；14点火开关；15燃油喷射继电器,4)燃油喷射控制喷油正时喷油正时分为同步喷射和异步喷射同步喷射指在既定的曲轴转角进行喷射异步喷射是临时性的补充喷射同步喷射又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种类型,(1)连续喷射喷油器稳定连续地喷油，其流量正比于进入气缸的空气量，故又称为稳定喷射。在连续喷射系统中，汽油被连续不断地喷入进气歧管内，并在进气管内蒸发后形成可燃混合气，再被吸入气缸内。由于连续喷射系统不必考虑发动机的工作时序，故控制系统结构较为简单。德国博世公司的K系统和KE系统均采用了连续喷射方式。,(2)间歇喷射又称为脉冲喷射或同步喷射。其特点是喷油频率与发动机转速同步，且喷油量只取决于喷油器的开启时间(喷油脉冲宽度)。因此，ECU可根据各种传感器所获得的发动机运行参数动态变化的情况，精确计量发动机所需喷油量，再通过控制喷油脉冲宽度来控制发动机各种工况下的可燃混合气的空燃比。由于间歇喷射方式的控制精度较高，故被现代发动机集中控制系统广泛采用。间歇喷射又可细分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种形式。同时喷射是指发动机在运行期间，各缸喷油器同时开启、同时关闭。通常将一次燃烧所需要的汽油量按发动机每工作循环分两次进行喷射。,仅可用于进气管喷射，同时喷射不需要判缸信号，而且喷油器驱动回路通用性好，结构简单。因此，现在这种喷射方式占主导地位。分组喷射是将喷油器按发动机每工作循环分成若干组交替进行喷射。仅用于进气管喷射，分组喷射中，过渡空燃比的控制性能介于顺序喷射和同时喷射之间，喷射时刻与顺序喷射方式一样，需判缸信号，但喷油器驱动回路等于分组数目即可。顺序喷射则是指喷油器按发动机各缸的工作顺序依次进行喷射。顺序喷射是缸内喷射和进气管喷射都可采用的喷射方式。相比而言，由于顺序喷射方式可在最佳喷油情况下，定时向各缸喷射所需的喷油量，故有利于改善发动机的燃油经济性。,同时喷射：每转各缸同时喷一次。简单，但不精确。,分组喷射：对每个气缸而言，每2周喷一次。,顺序喷射（独立喷射）：在各缸排气冲程末开始喷油。需要判缸。,2.电控汽油喷射系统的工作原理空燃比的控制是通过对汽油喷射时间的控制实现的。ECU通过绝对压力传感器(D型EFI)或空气流量计(L型EFI)的信号计量空气质量，并根据计算出的空气质量与目标空燃比比较即可确定每次燃烧所必需的燃料质量。目标空燃比即实际充入气缸的空气质量与燃烧所需要的燃料量的比值。根据空气质量和发动机转速计算出的喷油时间称为基本喷油持续时间。目标空燃比是在考虑了发动机的动力性、经济性、响应性、排气净化等之后决定的，它所要求的喷油时间与基本喷油时间有差异，各种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后，对基本喷油持续时间进行修正，确定最佳喷油持续时间，使实际喷油持续时间接近由目标空燃比确定的喷油持续时间。,1)D型EFI系统(1)燃油压力的建立与燃油喷射方式电控燃油喷射系统的喷油压力由燃油泵提供，燃油泵可以装在油箱外靠近油箱的地方，也可以直接安装在油箱内。油箱内的燃油被燃油泵吸出并加压至350kPa左右，经燃油滤清器滤去杂质后，被送至发动机上方的分配油管。分配油管与安装在各缸进气歧管上的喷油器相通。喷油器是一种电磁阀，由ECU控制。通电时电磁阀开启，压力燃油以雾状喷入进气歧管内，与空气混和，在进气行程中被吸进气缸。分配油管的末端装有燃油压力调节器，用来调整分配油管中汽油的压力，使油压保持某一定值(250kPa到300kPa)。多余的燃油从燃油压力调节器上的回油口经回油管返回油箱。,(2)进气量的控制与测量进气量由驾驶员通过加速踏板操纵节气门来控制。节气门开度不同，进气量也不同，同时进气歧管内的真空度也不同。在同一转速下，进气歧管真空度与进气量有一定关系。进气压力传感器可将进气歧管内真空度的变化转变成电信号的变化，并传送给ECU，ECU根据进气歧管真空度的大小计算出发动机进气量。(3)喷油量与喷油时刻的确定喷油量由ECU控制。ECU根据进气压力传感器测量得到的信号计算出进气量，再根据分电器中的曲轴位置传感器测得的信号的计算出发动机转速，根据进气量和转速计算出相应的基本喷油量；ECU控制各缸喷油器在每次进气行程开始之前喷油一次，并通过控制每次喷油的持续时间来控制喷油量。,喷油持续时间越长，喷油量就越大。一般每次喷油的持续时间为2ms到10ms。各缸喷油器每次喷油的开始时刻则由ECU根据曲轴位置传感器测得的1缸上止点的位置来控制。由于这种类型的燃油喷射系统的每个喷油器在发动机一个工作循环中只喷油一次，故属于间歇喷射方式。(4)不同工况下的控制模式电控燃油喷射系统能根据各个传感器测得的发动机各种运转参数，判断发动机所处的工况，选择不同模式的程序控制发动机的运转，实现启动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等功能。D型EFI系统具有结构简单、工作可靠等优点，但由于采用压力作为控制喷油量的主要因素，因此，存在这样的缺点：,(2)喷油量的控制喷油量即喷油持续时间或喷油脉宽基本喷油持续时间（水温确定）启动喷油控制同步喷射进气温度和电压修正基本喷油持续时间（由进气启动后喷油控制量、转速确定）喷油持续时间控制多项修正启动喷油控制异步喷射加速喷油控制,(2)喷油量的控制喷油量的控制亦即喷油器喷射时间的控制，要使发动机在各种工况下都处于良好的工作状态，必须精确地计算基本喷油持续时间和各种参数的修正量，其目的是使发动机燃烧混合气的空燃比符合要求。尽管发动机型号不同，基本喷油持续时间和各种修正量的值不同，但其确定方式和对发动机的影响却是相同的，下面分别予以介绍。启动喷油控制在发动机启动时，由于转速波动大，无论D系统中的进气压力传感器还是L系统中的空气流量计，都不能精确地测量进气量，进而确定合适的喷油持续时间。,因此，启动时的基本喷油时间不是根据进气量(或进气压力)和发动机转速计算确定的，而是ECU根据启动信号和当时的冷却水温度，由内存的水温-喷油时间图找出相应的基本喷油时间TP，然后加上进气温度修正时间TA和蓄电池电压修正时间TB，计算出启动时的喷油持续时间。由THW信号查水温-喷油时间图得出基本喷油时间，根据进气温度传感器THA信号对喷油时间进行修正。由于喷油器的实际打开时刻较ECU控制其打开时刻存在一段滞后，造成喷油量不足，且蓄电池电压越低，滞后时间越长，故需对电压进行修正。,启动喷油控制,启动时的基本喷油时间不是根据进气量和发动机转速确定的，而是根据启动信号和当时的冷却水温度，由内存的水温-喷油时间找出相应的基本喷油时间TP，然后加上进气温度修正时间TA和蓄电池电压修正时间TB，计算出启动时的喷油持续时间。由于喷油器的实际打开时刻较ECU控制其打开时刻存在一段滞后，造成喷油量不足，且蓄电池电压越低，滞后时间越长，故需对电压进行修正。,启动后的喷油控制发动机转速超过预定值时，ECU确定的喷油信号持续时间满足下式：喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值式中，喷油修正系数是各种修正系数的总和。A.基本喷油时间D型EFI系统的基本喷油时间可由发动机转速信号(Ne)和进气管绝对压力信号(PIM)确定。D系统的ECU内存有一个基本喷油时间三维图(三元MAP图)，它表明了与发动机各种转速和进气管压力对应的基本喷油时间。根据发动机转速信号和进气管压力信号确定喷油量，是以进气量与进气管压力成正比为前提的，这一前提只在理论上成立。实际工作中，进气脉动使充气效率变化，进行再循环的排气量的波动也影响进气量测量的准确度。,因此，由MAP图计算的仅为基本喷油时间，ECU还必须根据发动机转速信号(Ne)对喷油时间进行修正。L型EFI系统的基本喷油时间由发动机转速和空气量信号(VS)确定。这个基本喷油时间是实现既定空燃比(一般为理论空燃比：A/F=14.7)的喷射时间。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值A.基本喷油时间由进气歧管绝对压力或进气量与发动机转速确定。存储在ECU内。,B.启动后各工况下喷油量的修正在确定基本喷油时间的同时，ECU由各种传感器获得发动机运行工况信息，对基本喷油时间进行修正。a.启动后加浓发动机完成启动后，点火开关由启动(STA)位置转到接通点火(ON)位置，或发动机转速已达到或超过预定值，ECU额外增加喷油量，使发动机保持稳定运行。喷油量的初始修正值根据冷却水温度确定，然后以一固定速度下降，逐步达到正常。,b.暖机加浓冷机时，燃油蒸发性差，为使发动机迅速进入最佳工作状态，必须供给浓混合气。在冷却水温度低时，ECU根据水温传感器(THW)信号相应增加喷射量，水温在40时加浓量约为正常喷射量的两倍。暖机加浓还受节气门位置传感器中的怠速触点(IDL)接通或断开控制，根据发动机转速，ECU使喷油量有少量变化。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正a.启动后加浓喷油量的初始修正值根据冷却水温度确定，然后以一固定速度下降，逐步达到正常。b.暖机加浓,c.进气温度修正发动机进气密度随发动机的进气温度而变化，ECU根据THA信号修正喷油持续时间，使空燃比满足要求。通常以20为进气温度信号的标准温度，低于20时，空气密度大，ECU增加喷油量，使混合气不致过稀；进气温度高于20时，空气密度减小，ECU使喷油量减少，以防混合气太浓。增加或减少的最大修正量约为10%。由进气温度修正曲线可见，修正约在进气温度20到60之间进行。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正c.进气温度修正,通常以20为进气温度信号的标准温度，低于20时，空气密度大，ECU增加喷油量，使混合气不致过稀；进气温度高于20时，空气密度减小，ECU使喷油量减少，以防混合气太浓。,d.大负荷加浓发动机在大负荷工况下运转时，要求使用浓混合气以获得大功率。ECU根据发动机负荷增加喷油量。发动机负荷状况可以根据节气门开度或进气量的大小确定，故ECU可根据进气压力传感器、空气流量计、节气门位置传感器输送的信号判断发动机负荷状况，决定相应增加的燃油喷射量。大负荷的加浓量约为正常喷油量的10%到30%。有些发动机的大负荷加浓量还与冷却水温度信号(THW)有关。,e.过渡工况空燃比控制发动机在过渡工况下运行时(即汽车加速或减速行驶)，为获得良好的动力性、经济性、响应性，空燃比应作相应变化，即需要适量调整喷油量。使ECU检测到相应工况的信号有：进气管绝对压力(PIM)或空气量(VS)、发动机转速(Ne)、车速(SPD)、节气门位置、空挡启动开关(NSW)和冷却水温度(THW)。,启动后的喷油控制,喷油信号持续时间=基本喷油持续时间喷油修正系数+电压修正值B.启动后各工况下喷油量的修正d.大负荷加浓,发动机在大负荷工况下运转时，要求使用浓混合气以获得大功率。大负荷的加浓量约为正常喷油量的10%到30%。e.过渡工况空燃比控制发动机在过渡工况下运行时(即汽车加速或减速行驶)，为获得良好的动力性、经济性、响应性，空燃比应作相应变化，即需要适量增减喷油量。,g.怠速稳定性修正(只用于D型EFI系统)在D型EFI系统中，决定基本喷油时间的进气管压力，在过渡工况时，相对于发动机转速将产生滞后。节气门以下进气管容积越大，怠速时发动机转速越低，这种滞后时间越长，怠速就越不稳定。进气管压力变动，发动机转矩