汽油发动机燃油喷射控制

1、3.4 EFI3.4 EFI系统控制系统控制( (原理原理) ) 4.1 4.1 空气供给系统空气供给系统 4.2 4.2 燃油供给子系统燃油供给子系统 4.3 4.3 电子控制系统电子控制系统 3.4 EFI3.4 EFI系统控制系统控制( (原理原理) ) 影响汽油机完全燃烧的主要因素： A/F值、燃烧时刻。 影响可燃混合气A/F值的主要因素： 喷油量、喷油正时。 内燃机的主要技术之一是完全燃烧。 1.检测：发动机工况、进气质量； 2.控制：汽油喷射的时间、燃油质量。 3.4.1 3.4.1 喷油正时控制喷油正时控制 1 同步喷射 喷射频率与曲轴的运动状态（或活塞行程）同 步，即喷油时刻与

2、曲轴的位置有严格的对应关系。 ECU根据曲轴位置传感器信号触发驱动电路。 2 异步喷射 喷射频率与曲轴的运动无相关关系，多为临时 行的补充供油的情况，如急加速时的异步喷射。 喷油正时即为何时喷油 同步喷射分为三种类型 进气进气 压缩压缩 作功作功 排气排气 排气排气 进气进气 压缩压缩 作功作功 作功作功 排气排气 进气进气 压缩压缩 压缩压缩 作功作功 排气排气 进气进气 1 1 3 3 4 4 2 2 喷油喷油喷油喷油 1801803603605405400 0 同时喷油同时喷油 1.1.同时喷射同时喷射 所有喷射器共用一个喷 油驱动电路，每个工作循环 喷油两次。 优点优点：不需要判定活塞

3、的行 程位置，系统结构、控制电 路和软件相对简单，喷油驱 动电路通用性好。 缺点缺点：因喷油正时的工作循 环无关，各缸的喷射时刻不 能同时达到最佳，各缸混合 气浓度不均匀。 2.2.分组喷射分组喷射 将发动机喷油器分 组，由ECU控制喷油过 程分组交替喷射。 其工作原理与同时喷 射相同。 进气进气 压缩压缩 作功作功 排气排气 排气排气 进气进气 压缩压缩 作功作功 作功作功 排气排气 进气进气 压缩压缩 压缩压缩 作功作功 排气排气 进气进气 1 1 3 3 4 4 2 2 喷油喷油 喷油喷油 1801803603605405400 0 分组喷油 720720 顺序喷射根据曲轴位置 传感器信

4、号判定各缸活塞的 行程位置，ECU分别单独对 各缸进行喷油。控制电路的 驱动电路与气缸数相同。 优点优点：喷油正时可在各缸工 作循环的最佳时刻进行，控 制精度好，各缸混合气浓度 均匀。 缺点缺点：需要判定活塞的行程 位置，喷油驱动电路，系统 结构、控制电路和控制软件 复杂。 3.3.顺序喷射顺序喷射 进气进气 压缩压缩 作功作功 排气排气 排气排气 进气进气 压缩压缩 作功作功 作功作功 排气排气 进气进气 压缩压缩 压缩压缩 作功作功 排气排气 进气进气 1 1 3 3 4 4 2 2 喷油喷油 喷油喷油 1801803603605405400 0 顺序喷油 720720 喷油量控制实质上是

5、根据发动机的特定状态所 设定的目标，对喷油持续时间实施控制。 当发动机工况和喷油器结构确定后，每一循环 喷油量取决于由ECU控制的喷油器喷射持续时间。 喷射持续时间转换为喷射脉宽的方式。 喷油器结构将在第4章介绍。 3.4.2 3.4.2 喷油量控制喷油量控制 发动机喷油量控制主要有： 1.1.稳定工况的喷油量控制； 2.2.过渡工况的喷油量控制。 1）基本喷油量 1 以空气流量为控制的基 础；空气进气质量采 用流量传感器检测。 2 以空气流量与发动机转速作为控制基本喷油量 的因素；发动机转速采用转速传感器检测。 2）校正喷油量 用节气门位置、冷却水温、空气温度等传感 器检测到的表征发动机运行

6、工况的信号作为喷油 量的校正，使发动机运转稳定。 1 1）燃油质量计算）燃油质量计算 根据发动机的运行工况确定目标空燃比(A/F) 。 1.1.稳定工况的喷油量控制稳定工况的喷油量控制 Ga: 一个工作循环吸入气缸的空气质量，单位g Gf : 一个工作循环需要的燃油质量，单位g 燃油质量计算: Gf Ga / (A/F) 目标空燃比：(A/F)Ga / Gf 2 2）吸入气缸的空气质量）吸入气缸的空气质量Ga 吸入气缸的空气质量根据空气流量计，进气 温度传感器、进气歧管绝对压力传感器、大气压 力传感器的检测值获得。（将在第4章介绍） 喷油器结构确定后，其单位时间的喷油量保持 不变，则一个工作循

7、环需要的燃油量可以通过喷油 器的喷射持续时间来实现的。 由于ECU发出的喷射持续时间控制指令是脉冲 型信号，该脉冲的宽度（简称为喷射脉宽）就决定 了喷射持续时间。 3 3）喷射持续时间）喷射持续时间 720 720 720 如图对一个缸的喷射脉宽如图对一个缸的喷射脉宽 喷射脉宽喷射脉宽 基本基本喷射脉宽 Tp 以空气流量为控制的基础； Tp的计算与流量计的类型有关。EFI 采用的流量计 有如下几种： 4 4）基本喷射脉宽）基本喷射脉宽 1 叶片式空气流量计 2 卡门涡流式空气流量计 3 热线式空气流量计 4 热膜式空气流量计 其结构和原理在第4章介绍。 喷油持续时间T 为 T=TPFc+Tu

8、TP：基本喷射时间，ms Tu：喷油器无效喷射时间， ms Fc：基本喷射时间的修正系数，该系数根据 发动机的各种工况和特殊要求确定的。 5 5）基本喷射时间修正基本喷射时间修正 1) 与温度相关的燃油修正 2) 过渡工况的燃油修正 3) 大负荷、高转速工况燃油增量修正 4) 空燃比反馈控制修正 5) 学习空燃比控制修正 修正系数Fc包括： Tu的修正： 6) 无效喷射时间修正 1)1)与温度相关的燃油修正与温度相关的燃油修正 发动机工作处于低温汽油雾化不良，处于高温 汽油形成饱和蒸汽，均减少了喷油量。 燃油修正项燃油修正项修修 正正 原原 因因 冷启动燃油冷启动燃油 加浓修正加浓修正 发动机

9、温度低，转速低，附壁现象严重，发动机温度低，转速低，附壁现象严重， 燃油不容易气化。燃油不容易气化。 冷启动后燃油冷启动后燃油 加浓修正加浓修正 发动机仍然处于低温，汽油雾化不良，附发动机仍然处于低温，汽油雾化不良，附 壁现象仍存在。壁现象仍存在。 暖机燃油暖机燃油 加浓修正加浓修正 补偿冷态时的汽油气化不足引起供油量不补偿冷态时的汽油气化不足引起供油量不 足，修正系数随发动机温度升高而减小。足，修正系数随发动机温度升高而减小。 高温燃油高温燃油 加浓修正加浓修正 高温使燃油总管的汽油形成饱和蒸汽而减高温使燃油总管的汽油形成饱和蒸汽而减 少了喷油量。少了喷油量。 2)2)过渡工况的燃油修正过渡

10、工况的燃油修正 燃油修正项燃油修正项修修 正正 原原 因因 加加 速速 燃油修正燃油修正 加速时，进气系统压力增高产生附加速时，进气系统压力增高产生附 壁现象，需燃油壁现象，需燃油加浓修正加浓修正。 减减 速速 燃油修正燃油修正 减速时，进气系统压力降低产生加减速时，进气系统压力降低产生加 快附壁燃油气化，需燃油浓度降低快附壁燃油气化，需燃油浓度降低 修正。修正。 急加速时急加速时 异步喷射异步喷射 急加速时负荷突然增大使得燃油供急加速时负荷突然增大使得燃油供 给产生滞后现象，需给产生滞后现象，需临时性补油临时性补油。 3)3)大负荷、高转速稳定工况燃油增量修正大负荷、高转速稳定工况燃油增量修

11、正 提高发动机的动力性。 4)4)空燃比空燃比反馈反馈控制修正控制修正 为了满足排放法规要求。通过氧传感器检测，并实施 反馈闭环控制，使得混合气浓度在理论A/F值附近。 5)5)学习空燃比控制修正学习空燃比控制修正 经过一定时间运行后，系统的参数发生变化，空燃 比按原来系统的参数实施控制就会产生偏离。 6)6)无效喷射时间修正无效喷射时间修正 由于喷油器的机械惯性和磁滞现象，导致电磁阀动作 滞后，产生无效喷射时间。 EFIEFI系统主要由三个子系统组成：系统主要由三个子系统组成： 空气供给系统空气供给系统 燃料供给系统燃料供给系统 控制系统控制系统(ECU) 第第4章章 汽油发动机燃油喷射控制

12、系统汽油发动机燃油喷射控制系统 电控喷射工作演示电控喷射工作演示 空气流量计空气流量计汽油喷油器汽油喷油器 控制单元控制单元 4.1 4.1 空气供给系统空气供给系统 L型EFI系统进气过程为： 4.1.14.1.1空气供给系统的类型空气供给系统的类型 根据空气供给系统的计量方式，EFI 可分为: L型EFI 系统：通过空气流量计检测并计量空气质量。 D型EFI 系统：通过进气流歧管绝对压力传感器检测， 间接计量空气质量。 空气滤清器空气滤清器 进气歧管进气歧管 节气门节气门空气流量计空气流量计 进气阀门进气阀门 稳压腔稳压腔 发动机各缸发动机各缸 空气阀空气阀 （D型无） 空气空气 滤清器滤

13、清器 空气空气 流量计流量计 节气门体节气门体 ECU 怠速控制阀怠速控制阀 空气阀空气阀 节气门节气门 L型型EFI 系统系统D型型EFI 系统系统 进气子系统示意图进气子系统示意图 进气量的多少取决与节气门的开度和节气门 两侧的压差。 进气子系统的主要组成 1. 空气滤清器 2. 空气流量计 D型EFI 系统无， 在控制系统(ECU)节 介绍。 3. 节气门体 （见右图） 4. 怠速控制阀 4.1.2介绍 发动机转速一般情况下，空气流量随节气门开 度成正比变化。但在怠速转速(300- -1000r/min)工况 时，通过节气门的空气流量几乎为零。利用节气门 后部真空度增大，打开怠速旁通空气

14、阀，以满足怠 速工况的要求。 现代EFI系统是由ECU指令控制怠速控制阀， 改变怠速通道流通截面，适应发动机怠速转速及负 荷。怠速控制还可以兼顾冷启动、暖机以及怠速工 况下如：汽车空调、发电机对发动机输出功率的需 求。 4.1.24.1.2怠速进气装置怠速进气装置 怠速进气控制示意图怠速进气控制示意图 温度感应式流量控制阀温度感应式流量控制阀 怠速控制阀图片怠速控制阀图片 4.24.2 燃油供给子系统燃油供给子系统 功用： 利用燃油泵提供的压力，将燃油从燃油箱中 吸出，经由滤清器过虑后，压送到各喷油器。喷 油器根据ECU发出的指令将燃油按计算量喷入各 进气歧管或稳压箱中，与流入发动机的空气进行

15、 混合形成混合气。 喷油器的数量 1）单点喷射 喷射在节气门上方，喷 油器装在节气门上方。 2）多点喷射 喷射在进气门前，喷 油器装在进气管上。 2.喷油器结构 1）机械式 2）电子控制式 3）机电混合控制式 3.喷射方式 1）间歇喷射或脉冲喷射 2）连续喷射或稳定喷射 4.缸外喷射和缸内喷射 缸外缸外多点喷射图片多点喷射图片 4.24.2 燃油供给子系统燃油供给子系统 汽油泵汽油泵 回油管回油管 汽油滤清器汽油滤清器 油油 压压 调调 节节 器器 输油管路输油管路 喷油器喷油器 燃油轨燃油轨 1.燃油供给子系统的组成燃油供给子系统的组成 燃油供给系统框图燃油供给系统框图 燃油滤清器燃油滤清器

16、 进气歧管进气歧管 燃油箱燃油箱 发动机各缸发动机各缸 调压器调压器燃油泵燃油泵 燃油轨燃油轨 各喷油器各喷油器 高压油高压油 低压油低压油 混合可燃气混合可燃气 燃油燃油 分配管分配管 喷油器和喷油器和燃油轨图片燃油轨图片 油油 压压 调调 节节 器器 4.2.1 燃油泵 功用：将燃油从油箱中吸出并加压。 结构：电动燃油泵，与普通工业小型泵基本相同。 在现代汽车多采用双级电动燃油泵。 燃油泵燃油泵图片图片 4.2.2 4.2.2 燃油压力调节器燃油压力调节器 功用功用：稳定喷油器输入端(进油)和输出端(喷油)的压 力差，减小压差变化对燃油喷射量的影响。 保持喷油压力恒定。过量的压力油将通过此

17、 压力调节器无损失地返回到油箱。 原理原理：弹簧膜片式压力调节器，利用燃油总管的压 力(一般恒定不变)与进气歧管压力(随发动机 工况而变)之差，通过弹簧(预置压力)和膜片 调节喷油器两端的压差(绝对压力)。 压力调节器装在分配管的后端。 结构：结构： 结构：结构： 燃油压力调节器图片燃油压力调节器图片 功用：根据ECU发出的喷油脉冲信号，精确控制 燃油的喷射量。 4.2.3 4.2.3 喷油器喷油器 阀座阀座阀体阀体 弹簧弹簧 喷孔喷孔 喷油器体喷油器体 护套护套 挡块挡块 衔铁衔铁 电磁线圈电磁线圈 外壳外壳 结构：主要由电磁线圈、衔铁、弹簧、喷嘴和阀门组成。 (阀门的结构有轴针式、球阀式、

18、片阀式等） 1.喷油器的结构与工作原理 球阀式电磁喷油器结构示意图球阀式电磁喷油器结构示意图 当ECU发出的喷油脉冲信号时，电磁线圈驱动电路触 发接通，产生电磁力，吸动衔铁带动阀芯打开阀门。喷油 脉冲信号结束时，电磁线圈驱动电路切断，电磁力消失， 阀芯在弹簧的作用下回位，阀门关闭。 工作原理：工作原理： 以下几种电磁喷油器的主要区别在阀门的阀口和阀芯 结构上的不同。工作原理基本相同。 类类 型型 特特 点点 轴针式轴针式 电磁喷油器电磁喷油器 利用轴针状阀芯的移动使圆孔形阀口开闭。轴利用轴针状阀芯的移动使圆孔形阀口开闭。轴 针状阀芯有利于燃油雾化。针状阀芯有利于燃油雾化。 球阀式球阀式 电磁喷

19、油器电磁喷油器 利用球状阀芯的移动使圆孔形阀口开闭。球状利用球状阀芯的移动使圆孔形阀口开闭。球状 阀芯有自动定心的作用，质量轻、密封性好、阀芯有自动定心的作用，质量轻、密封性好、 动态流量范围大。动态流量范围大。 片阀式片阀式 电磁喷油器电磁喷油器 利用圆形平面状阀芯的移动使孔式阀口开闭。利用圆形平面状阀芯的移动使孔式阀口开闭。 片阀式阀芯有质量更轻、耐久性、重复精度高片阀式阀芯有质量更轻、耐久性、重复精度高 、抗堵塞性好、动态流量范围更大、噪声低。、抗堵塞性好、动态流量范围更大、噪声低。 1 1）电磁喷油器的无效喷射时间与工作特性）电磁喷油器的无效喷射时间与工作特性 由于喷油器阀芯驱动机构的

20、机械惯性和电磁 线圈的磁滞现象，导致电磁阀阀芯动作滞后，产 生无效喷射时间。 Tu To- Tc 式中 To：电磁阀阀芯滞后开启时间； Tc：电磁阀阀芯滞后关闭时间。 2.2.电磁喷油器特性电磁喷油器特性 1 静态流量Q： 在规定压力下，阀芯处于最大开启状态，单 位时间喷射的燃油量（单位：mm3/ms） 2 2）电磁喷油器流量特性）电磁喷油器流量特性 2 动态流量q： 在规定压力下，在某一通电时间( 可用喷油信 号的脉冲宽度表示，简称喷射脉宽) Ti 内喷射的 燃 油量(单位：mm3/pluse) 3 动态流量 q 与静态流量Q关系 式中 Q ：静态流量，单位：mm3/ms； Ti ：通电时间

21、(喷射脉宽) ，单位：ms； Tu：无效喷射时间单位：ms； )( 60 ui TT Q q 3 3）电磁喷油器基本性能指标）电磁喷油器基本性能指标 1 最小线性动态流量 q min 2 最大线性动态流量 q max 3 动态流量范围 Rd 按电磁线圈的电阻值分为 1 高阻电压驱动型：电磁线圈电阻值1217 ； 2 低阻电压驱动型：电磁线圈电阻值0.36 ； 3 低阻电流驱动型：电磁线圈电阻值0.36 。 3. 3. 电磁喷油器驱动电路电磁喷油器驱动电路 低阻电流驱动型 的无效喷油时间最短， 动态响应最快； 低阻电压驱动型 次之； 高阻电压驱动型 最差。 低阻电流驱动型低阻电流驱动型 驱动电路

22、图 电子控制系统组成：电子控制装置、传感器、执行器 4.3 4.3 电子控制系统电子控制系统 4.3.14.3.1电子控制装置电子控制装置 1.1.功能功能：根据发动机的运转状态和车辆的运行状态确定燃油 最佳喷射量，控制发动机的最佳空燃比。 ECU 图片图片 ECU 图片图片 1 1 获得进气量获得进气量 根据进气歧管压力传感器或空气流量计获得进 气量； 2 2 获得发动机转速获得发动机转速 根据曲轴位置传感器获得发动机转速； 3 3 计算基本喷射脉宽计算基本喷射脉宽 根据进气量、发动机转速计算基本喷射脉宽； 4 4 确定最佳喷射脉宽确定最佳喷射脉宽 根据发动机冷却水温、节气门开度、发动机工

23、况、车辆工况等参数对基本喷射脉宽进行修正，确 定最佳喷射脉宽（喷油持续时间）。 2.2.主要工作过程主要工作过程 1.1.输入回路输入回路 传感器检测的信号经过输入回路滤波、整形、 放大等处理，其中模拟信号经A/D转换后输入到I/O 接口，数字信号直接输入到I/O接口。 2.2. A/D转换器转换器 输入回路中的模拟信号经A/D转换后输入到I/O 接口。 3.3.输出回路输出回路 将微型计算机输出的数字信号转换成可以驱动 执行器工作的信号。 4.4.微型计算机微型计算机 由CPU、 I/O接口、存储器（ROM，RAM） 组成，其作用是根据传感器检测的发动机运行工 况中各种参数信号的变化，进行运

24、算处理，寻求 最优控制目标， 通过 I/O接口对执行器进行适时 控制。存储器 ROM 存放控制程序软件、数学模 型、控制序列参数。 功能：测量或检测发动机运行状态下的各种工作 参数，并将这些工作参数转换为电信号。 4.3.2 4.3.2 传感器传感器 空气流量计空气流量计 进气歧管绝对压力传感进气歧管绝对压力传感 器器 节气门位置传感器节气门位置传感器 进气温度传感器进气温度传感器 冷却水温传感器冷却水温传感器 发动机控制系统中常用的传感器有： 曲轴位置传感器曲轴位置传感器 发动机转速传感器发动机转速传感器 车速传感器车速传感器 爆震传感器爆震传感器 氧传感器氧传感器 传感器的输出信号有：模拟

25、信号、数字开关 量信号、和连续脉冲数字信号。 卡门空气流量计卡门空气流量计1 卡门空气流量计卡门空气流量计2 热线式空气流量传感器热线式空气流量传感器 叶片式空气流量传感器叶片式空气流量传感器 空气流量计空气流量计 热膜式空气流量传感器热膜式空气流量传感器热线式空气流量传感器热线式空气流量传感器 功能：功能：检测进气流量。检测进气流量。 进气压力传感器进气压力传感器 功能：功能：检测进气质量。检测进气质量。 节气门位置传感器节气门位置传感器 节气门阀体总成节气门阀体总成 功能：功能：检测节气门开度。检测节气门开度。 进气温度传感器进气温度传感器 功能：功能：检测进气质量。检测进气质量。 冷却水

26、温传感器冷却水温传感器 功能：功能：检测发动机工作温度。检测发动机工作温度。 曲轴位置传感器曲轴位置传感器 功能：功能：检测发动机活塞的位置。检测发动机活塞的位置。 发动机转速传感器发动机转速传感器 功能：功能：检测发动机转速。检测发动机转速。 车速传感器车速传感器 氧传感器氧传感器 功能：功能：检测发动机尾气排放。检测发动机尾气排放。 爆震传感器爆震传感器 功能：功能：检测发动机气缸的微暴检测发动机气缸的微暴震震。 3.3.电子控制系统的基本构成电子控制系统的基本构成 ECU I/O 输输 入入 回回 路路 CPU 存储器存储器 A/D 空气流量 发动机转速 节气门位置 冷却水温 进气温度

27、曲轴位置 车速 爆震 氧传 启动信号 空调开关 输输 出出 回回 路路 喷油量控制 点火正时控制 怠速控制 故障自诊断 废气再循环 其它辅助控制 传感器传感器控制项目控制项目 油箱油箱 汽油泵汽油泵 燃燃 油油 滤清器滤清器 压力调节器压力调节器 电控单元电控单元 ECU 冷起动阀冷起动阀 节气门节气门 开关开关 节气门节气门辅助空气阀辅助空气阀 油压调节器油压调节器 喷油器喷油器 燃燃 油油 分配器分配器 空气温度空气温度 传感器传感器 氧传感器氧传感器 曲轴转角曲轴转角 传感器传感器 转速传感器转速传感器 例：桑塔纳例：桑塔纳20002000轿车发动机汽油喷射系统轿车发动机汽油喷射系统 空

28、气流量空气流量 传感器传感器 水水 温温 传感器传感器 例：别克轿车电子控制汽油喷射系统例：别克轿车电子控制汽油喷射系统 燃油滤清器燃油滤清器燃油箱燃油箱 调压器调压器 燃油泵燃油泵 燃油轨燃油轨 各喷油器各喷油器 空气滤清器空气滤清器 进气歧管进气歧管 节气门节气门空气流量计空气流量计 进气阀门进气阀门 稳压腔稳压腔 发动机各缸发动机各缸 空气阀空气阀 （D型无） ECU 传感器传感器 高压油高压油 低压油低压油 混合气混合气 空空 气气 多点喷射多点喷射汽油喷射系统框图汽油喷射系统框图 工况项工况项ECU确定喷油脉宽工况信号确定喷油脉宽工况信号 冷冷 起起 动动冷却水温冷却水温 、点火开关

29、、储电池电压、点火开关、储电池电压 起起 动动 后后喷油脉宽基本喷油脉宽喷油脉宽基本喷油脉宽 修正系数修正系数 基本喷油脉宽基本喷油脉宽 空气流量计空气流量计或或进气歧管压力、发动机转速进气歧管压力、发动机转速 修修 正正 项项 冷启动后冷启动后 冷却水温、点火开关冷却水温、点火开关 暖暖 机机 冷却水温、怠速开关冷却水温、怠速开关 进气温度进气温度 进气温度进气温度 大大 负负 荷荷 空气流量、或进气歧管压力、节气门位置空气流量、或进气歧管压力、节气门位置 怠怠 速速 发动机转速、怠速开关、空调开关发动机转速、怠速开关、空调开关 过渡工况过渡工况 空气流量、进气歧管压力、发动机转速、空气流量、进气歧管压力、发动机转速、 车速、节气门位置、空挡开关、冷却水温车速、节气门位置、空挡开关、冷却水温 4. 喷油量的控制喷油量的控制 4. 4.