汽车新技术课件-第五章喷油器及控制

单元二

发动机电控系统构造与维修

5.1喷油器喷油量的控制现代电控发动机是一种发动机综合控制系统，也叫电控发动机管理系统，它实现了发动机集中控制，即用一个电子控制单元(ECU)对燃油喷射、点火正时、怠速转速、电动燃油泵、燃油蒸发等进行全面控制。该电控发动机根据发动机的动力性、燃油经济性、排放净化性、行驶特性和舒适性等综合性能要求，按照发动机各种运行工况匹配需要，对上述整个控制内容进行全面优化控制，使发动机始终处于最佳运行状态。第五章喷油器及其控制电路分析燃油喷射控制原理基本喷油时间启动喷油时间启动后和暖机修正闭环控制激活时的修正倒拖、转速限制或车速限制喷油切断重新喷油时的修正过度工况补偿根据工况点修正蓄电池电压修正有效喷油时间是否

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인젝터에어플로센서ECU크랭크앵글센서흡기온센서수온센서스로틀포지션센서(아이들S/W)스타터신호(IG신호)스로틀포지션센서(스위치신호)O2센서밧데리전압자속센서与燃料喷射有关的传感器曲轴位置传感器空气流量传感器进气温度传感器冷却水温传感器节气门位置传感器怠速开关起动信号IG信号节气门位置传感器开关信号喷油嘴氧传感器车速传感器电瓶电压5.1.1启动喷油量控制

启动喷油控制:发动机启动时，由起动机开始带动运转。由于转速很低，转速的波动也很大，因此这时空气流量计所测的进气量信号有很大误差。冷启动基本喷油量实际喷油量水温传感器进气温度修正电压修正ㅈ

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ECU起动修正(冷态时)喷油嘴CASAFSWTSWTS/W冷起动时燃料修正启动后加浓发动机冷车启动后，由于低温下混合气形成不良及部分燃油在进气管上沉积，造成混合气变稀。启动后增量比的大小取决于启动时发动机的温度，并随发动机的运转时间增长而逐渐减小为零。暖机加浓

在冷车启动结束后的暖机运转过程中，发动机的温度一般不高，喷入进气歧管的燃油与空气的混合较差，不易立即汽化，造成气缸内的混合气变稀。因此，在暖机过程中必须增加喷油量。暖机增量比的大小取决于水温传感器所测得的发动机温度，并随着发动机温度的升高而逐渐减小，直至温度升高至80℃时，暖机加浓结束。冷却水温度低高暖机增量修正系数小大5.1.2启动暖机后运转喷油量控制(1)基本喷油量：电子控制单元根据空气流量计测量出的发动机进气量和发动机转速传感器测出的发动机转速，依据存储器(ROM)中按理论空燃比(空燃比为14．7：1)存储的数据(脉谱)，得出基本喷油量(基本喷油时间)。空气流量计发动机转速信号其他传感器修正喷油量基本喷油量喷油器进气量喷射信号ECU

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基本喷射量的决定

ECU基本喷射量的决定曲轴位置传感器空气流量传感器喷油嘴(2)修正喷油量:

电子控制单元根据冷却液温度、进气温度、不同负荷等实际工况和蓄电池电压，对基本喷油量进行修正，即在基本喷油时间的基础上延长(或缩短)喷油时间，以加浓(或变稀)混合气，使发动机在不同运转条件下，都能获得最佳浓度的混合气。电子控制单元还在一些特别条件下(如暖机)及过渡工况(加速、减速)下为加浓(或变稀)混合气而暂时增加(或减少)喷油量，其目的是为了使发动机具有良好的使用性能(如动力性、加速性、平顺性等)

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.ECUCASAFSWTS基本喷射量冷却水温修正80ºC基准喷油嘴冷却水温修正进气温度与大气压力修正

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SystemECU基本喷射量进气温度修正基准温度20ºCCASWTSATS喷油嘴进气温度燃料修正过度工况修正

过渡工况包括加速和减速工况。在汽车进行加速、减速等过渡工况时，仅仅使用燃油基本喷射，则混合气的空燃比相对于目标值会产生一定偏移。加速时混合气变稀，减速时混合气变浓。如果不进行加速减速时的燃油量修正，发动机就会产生“喘振”、车辆产生前后方向的振动等现象，排气中的有害成分也会增加。加速工况加浓

在加速工况时，微机能自动按一定的增量比适当增加喷油量，使发动机能发出最大转矩，改善加速性能。微机是根据节气门位置传感器测得的节气门开启的速率鉴别出发动机是否处于加速工况的。

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.ECU加速修正WTSTPSAFSCAS喷油嘴加速时燃料修正大负荷加浓

部分负荷工况是汽车发动机的主要运行工况。在这种工况下的喷油量应能保证供给发动机的混合气具有最经济的成分，通常应稀于理论混合比。在大负荷及满负荷工况下，要求发动机能发出最大功率，因而喷油量应比部分负荷工况大，以提供稍浓于理论混合比的功率混合气。大负荷信号由微机根据节气门位置传感器测得的节气门开度来决定。当节气门开度大于70‘C时，微机按功率混合比计算喷油量。

进行增量修正时，与冷却水温无关，只受节气门位置传感器的影响。大负荷行驶时，根据扭矩随空燃比的变化规律，应将空燃比设定在与扭矩峰值相对应的12.5附近。这时氧传感器反馈控制停止起作用。高速行驶时，同大负荷行驶时基本一样，把空燃比设定在12.5附近。减速修正减速时节气门关闭，进气管内压力降低，促使附着在进气门及其附近的汽油加速汽化，因此与减速工况相反，这时混合气气变浓。节气门关闭，怠速开关ON，转速在规定值以上时（发动机制动状态），停止燃料喷射。这是为了降低油耗和防止三元催化器过热。燃料切断下限转速随冷却水温度的变化应也变化，温度越低，燃料切断下限转速应越高.异步喷射加速时燃油量修正，是与曲轴转角同步的燃油量喷射。而异步喷射虽也同样是加速时燃料量修正，但它是在急加速工况下，由于燃料来不及供给，混合气将变稀时，所实行的临时性燃料增量来喷射。为了提高加速性能，节气门的怠速开关由ON变OFF,与基本喷射量无关进行异步喷射。

异步喷射确认方法:

发动机静止状态下点火开关放ON,TPS开到约15º

左右，若有喷油嘴工作音，说明进行异步喷射

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System

高温修正:汽车高速行驶后而发动机熄火2～3

分，此时发动机处于高温下再起动，就应进行高温燃油增量修正。一般高速行驶时汽油温度上升到50ºC左右。如果此时发动机熄火时，发动机就成为热源，会使汽油温度向80～100ºC上升，一旦达到这样温度，喷油器内的汽油会出现沸腾，产生汽油蒸汽。此时喷油器喷射的汽油中，因含蒸汽而使汽油喷射量减少造成混合气变稀。为了解决问题，一般当冷却水温度当升到设定值（100ºC）以上时，进行高温燃料增量修正。5.2反馈控制(FeedBack)

喷油反馈控制有的叫空燃比反馈控制，也叫闭环控制。喷油反馈控制是ECU根据氧传感器的反馈信号，对喷油量进行修正，以使空燃比保持在理论空燃比(14.7或

＝1)附近很窄的范围内。

为了对应排放规定，现大多数车辆设置了三元催化器。三元催化器净化效果如图所示在理论空燃闭附近时对CO,HC氧化,Nox还原能力最大。比理论空燃比稀Nox排放量多，比理论空燃比浓CO,HC排放量多。

为了有效的使用三元催化器和充分的净化排放气体，因此把空燃比控制在理轮空燃比附近。但可净化CO,HC,Nox的空燃比范围极为狭窄，因此OpenLoop控制是无法满足这样要求。为了配制适当的空燃比应进行反馈控制。ECU根据

O2传感器输出的电压和理论空燃比所表示的基准电压进行比较来判定空燃比的浓度。100%80%60%40%20%0%1.00.980.960.941.021.041.061000mV80060040020000.940.960.981.01.021.041.06COHCNOx空气过盈率()空气过盈率(氧传感器输出值)

>1稀薄<1浓=1混合气改变短改变长喷油嘴加长

缩短

决定基本喷射时间判定为空燃比稀薄判定为空燃比浓ECU浓稀薄电动势大电动势小氧浓度增加

氧浓度减少O2传感器发动机进气排气压缩膨胀反馈控制过程图

当混合气稀时，排气中所含氧多，氧传感器只产生小电动势，这时微机判断为混合气稀薄状态，之后增加喷油量（加长喷油嘴电流导通时间）。当喷射量增加时，混合气将变浓，排气中所含氧少，氧传感器产生大电动势，这时微机判断为混合气浓的状态，之后减少喷油量，恢复原状态。如此反复的进行空燃比控制。反馈控制的停止条件:1)起动后或发动机暖机时停止反馈控制。2)为了确保行驶性能，高负荷，高转速时停止反馈控制。

以下情况反馈控制作用解除：

(1)发动机起动时；

(2)起动后燃油增量修正(加浓)时；

(3)冷却水温度使燃油增量修正时；

(4)节气门全开(大负荷、高转速)时；

(5)加、减速燃油量修正时；

(6)燃油中断停供时；

(7)从氧传感器送来的空燃比过稀信号持续时间大于规定值(如10s以上)时；

(8)从氧传感器送来的空燃比过浓信号持续时间大于规定值(如4。以上)时；

(9)氧传感器在300~C以下时不会产生电压信号，即在低温时氧传感器不能正确检测空燃比，反馈控制不会发生作用。5.3空燃比自学习控制

所谓学习控制，是微机学习(检知)了一定时间反馈修正量后，即使在发动机工作过程中进行转换，以此修正量对基本喷油时间进行修正。学习控制的功能是为了进一步提高空燃比的控制精度。

ECU在反馈控制期间，根据反馈控制的修正量，设置一个与该时刻运转工况(转速和负荷)相应的学习修正量(代替反馈控制修正量)，或用于与喷油时间相乘，或用于与喷油时间相加，使混合气成分迅速地趋近14.7：1。在某一负荷和转速区域内形成的学习修正量数据被贮存在RAM中，以后进入同一负荷和转速区域时就被从RAM中调出用于修正喷油时间。汽车发动机关闭时ECU并不断电，所以学习修正量的数据不会从RAM中丢失。但是，如果切断ECU的电源，则RAM中自适应变量的数据丢失，重新接通电源时必须从头开始自学习过程。

λ修正系数与中性值整1.0的差值就是混合气成分有效修正值。当久修正值达到1.0(有效修正值为0)时，学习修正量的增量为0。空燃比修正范围

空燃比反馈控制虽然可以修正空燃比的偏差，但是修正的范围是有限的。如果空燃比过稀时，反馈修正系数会增大，反馈修正中心会偏向浓的一边，如图中A一B一C所示。当反馈修正值超出修正范围时，如图中C所示，ECU就无法进行反馈修正。空燃比反馈修正时，ECU对喷油量是一点点加浓或减稀的，使空燃比恢复到理论值或恢复到正常值也需要一定时间(约几十毫秒)。5.4超速断油控制

超速断油是在发动机转速超过允许的最高转速时，由电脑自动中断喷射燃油，以防止发动机超速运转造成机件损坏，也有利于减小燃油消耗量，减少有害排放物。5.5减速断油控制

减速断油控制就是当发动机在高转速运转中突然减速时，由电脑自动中断燃油喷射，直至发动机转速下降到设定的某一低转速时再恢复喷油。目的是为了控制急减速时有害物的排放，减少燃油消耗，促使发动机转速尽快下降，有利于汽车减速。减速断油条件是：

a．节气门位置传感器中的怠速开关接通；

b．发动机水温已达正常温度；

c．发动机转速高于某一数值。减速断油与复供燃料Cut,复供转速特性Cut转速复供转速减速断油与复供5.6溢油消除控制

启动时燃油喷射系统向发动机提供很浓的混合气。若多次转动启动电机后发动机仍未启动，淤集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。电脑只有在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；节气门接近全开。正因如此，电子控制汽油喷射式发动机在启动时，不应踩下油门踏板，否则有可能因进入溢油消除状态而使发动机启动困难。5.7蓄电池电压与喷油修正电脉冲宽度（持续通电时间）针阀全开针阀全关喷油器针阀动作原理蓄电池电压与喷射时间无效喷射时间特性喷射时间延长特性

燃料修正的分类燃料喷射量电瓶电压修正冷却水温起动后增量暖机增量加速增量(暖机时)电瓶电压修正大气压力修正进气温度修正基本喷射量全负荷输出增量燃料切断发动机状态起动ON(500rpm以下)起动节气门全闭怠速行驶(暖机)加速通常行驶节气门关闭(4188rpm以上)全负荷发动机制动节气们全开(减速时)5.8燃油喷射方法和喷射正时多点顺序喷射（独立喷射）分组喷射（组群喷射）同组喷射（同步喷射）喷油嘴

(Injector)概要设置在进气岐管，根据

ECU的喷射信号,进行燃料喷射.由针阀,柱塞,电磁线圈等组成.电磁线圈柱塞针阀滤网连接器衔铁按供料方式分类：（1）上部给料式

（2）下部给料式

（3）冷起动喷油嘴

（4）空气屏蔽式喷油嘴按驱动方式分:(1)电压控制式(2)电流控制式喷油器种类:按供料方式分类：(1)上部给料式(Top)电磁线圈电流导通，铁心被吸，柱塞和针阀被吸到与衔铁接触为止，阀门开启，燃料通过缝隙喷出.喷射量取决于针阀的行程，喷口面积,

燃料喷射压力，电磁线圈的通电时间。喷口针阀衔铁柱塞电磁线圈弹簧燃料入口滤网连接器(2)下部给料式(Side)燃料从喷油嘴侧面进入，在高温能抑制燃料温度的上升

，提高了起动性能和稳定性能。各汽缸的最佳位置，两个方向进行喷油，提高了低温起动性能和响应速度.(三星汽车

VQ

发动机)燃料入口连接器喷射方向(3)冷起动喷油嘴(ColdStartInjector)为了提高低温起动性能，在进气总管设置电磁式喷油嘴저（喷入补助油量）。喷射量取决于恒温开关的通电时间。高温起动时无需工作，所以驱动电压低，为了提高起动性能，喷雾要细粒化，喷雾角要宽。.电磁线圈柱塞ABA-B断面涡流喷嘴喷射燃料IGSTIG开关点火开关往起动机冷起动喷油嘴

冷起动恒温开关电热丝S/W(4)空气屏蔽式喷油嘴(Air-ShroudedInjector)在现有的喷油嘴出口设置屏蔽通道，燃料喷出时与空气一起喷出，促进了燃料的雾化，提高了燃烧速度，因此降低了排气中有害气体的排放（CO,HC）。空气屏蔽式喷油嘴空气引管按驱动方式分:(1)电压控制式

喷油嘴窜联电阻，降低驱动电压.

IG开关放

ON，电流通过电阻和喷油嘴到.ECU。微机根据喷射量信号，给功率三极管的基电极输入电流，这时功率三极管工作，喷油嘴电路行程回路，喷油嘴喷油.(优点)1.因设电阻提高了喷油嘴响应性。2.降低喷油嘴驱动电压，防止了线圈的发热。电瓶控制继电器电阻往点火开关往ECUECUBCE喷射信号1234NO(2)电流控制式

不设附加电阻，直接用电瓶电压驱动喷油嘴，提高了喷射响应速度，喷射时间是由微机来控制.(优点)1.喷油嘴工作时的驱动电流大，缩短了无效喷射时间.2.维持柱塞位置时，用小电流来驱动

，因此防止线圈的发热和降低电消耗.ECU喷射信号

喷油嘴电压波形0

喷油嘴电流波形01

喷油嘴燃料喷射时间无效喷射时间喷射信号ECU喷油嘴电瓶无效喷射时间:针阀,柱塞重量,谈行阻力

和喷油嘴工作迁延时间.5.9喷油器基本电路★同组喷射正时与控制电路气缸0º180º360º540º720ºNo.1No.3

No.4

No.2Ne-信号

特征一个工作循环喷两次油与活塞行程无关进气排气膨胀压缩压缩膨胀排气进气进气进气膨胀压缩排气排气膨胀压缩进气排气膨胀压缩

燃料喷射方式

依据了点火线圈的电压变化，因此与行程无关，进行同时喷射(以初期信号为基准，进行喷射)。燃料喷射量是一次燃烧所必要燃料量的1/2,

曲轴每转一轴喷一次油，一个工作循环喷两次油。为了提高加速性能，同时喷射以外，进行异步喷射。喷射在进气门附近的燃料待进气门开启,同时进入气缸。