汽车发动机原理课件：电控汽油喷射空气供给系统

空气供给系统的作用是根据发动机的工作状态提供适量的空气，同时向ECU传递此信息，并根据ECU的指令完成空气量的调节。如图4-21所示，空气供给系统主要由空气流量计或进气管压力传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、进气管、辅助空气阀及空气滤清器等组成。在D型EFI系统中，进气量由进气管绝对压力传感器(速度密度方式)来计量，而在L型EFI系统中，发动机进气量则通过空气流量计(质量流量方式)来计量。质量流量方式是利用空气流量计直接测量吸入的空气量，通常是用测量的空气流量除以发动机转速，把所得的值作为计算喷油量的依据，典型质量流量式的空气系统如图4-22a)所示。速度密度方式是利用压力传感器测出进气歧管绝对压力，根据进气管绝对压力和发动机转速推算出每一循环吸入发动机的空气量，由此空气量计算汽油的喷射量，由于空气在进管中的压力是变化的，因此，速度密度方式不容易精确检测吸入的空气量，如图4-22ｂ)所示，速度密度方式与质量流量方式在结构上的差别主要是用压力传感器代替了空气流量计。汽车在正常行驶时，空气流量由节气门控制，而节气门则通过加速踏板操纵，怠速时进气量的调整可通过两种方式进行:一是调整怠速状态下节气门的开度，二是调整旁通空气道的大小(图4-21)，可通过怠速调整螺钉、怠速空气阀或怠速控制阀调节怠速进气量，进而调节怠速转速。目前，大多数发动机控制系统广泛采用带ECU控制的怠速控制阀来控制发动机的怠速转速。在冷却液温度较低时，为加快发动机暖机过程，设置了快怠速装置，由ECU控制的怠速控制(ISC)阀可提供较多的空气量，这时经空气流量计计量后的空气，绕经节气门经怠速控制阀直接进入进气总管，如图4-21所示随着发动机冷却液温度逐渐升高，怠速调整装置可使旁通的空气量逐渐减少，空气供给系统的主要元件介绍如下。一、空气流量计空气流量计是用来检测吸入发动机的空气量，并把其转换成电信号输入ECU，作为决定基本喷油时间的信号之一，它用于L型EFI系统，根据测量原理不同，空气流量计有热线式、热膜式、卡门涡旋式、翼片式等几种类型。热线式空气流量计有两种形式:一种是把热线和进气温度传感器都放在进气主通路的取样管内，称为主流测量式，其结构如图4-23a)所示，另一种是把热线缠在绕线管上和进气温度传感器都放在旁通气路内，称为旁通测量式，其结构如图4-23b)所示。热线式空气流量计工作原理如图4-24所示，它是由4个热敏电阻组成了一个电桥，其中的热线RH和冷线RC在取样管中，取样管在进气管的中央或一侧，取样管两端设有整流网和防回火网，具有控制气流匀速流动和保护热线的作用，其他电阻和放大器在控制电路板中。RH——铂热线，是电桥的一个桥臂，是正温度系数的热敏电阻。RC——铂冷线，是电桥的另一个桥臂，是负温度系数的热敏电阻。它又是气温传感器。IH——加热补偿电流，在50~100mA内变化，温度差多少，补偿多少。RA——精密电阻(10kΩ)，是另一个桥臂，是ECU的测量端(取值端)。RB——电桥电阻，是电桥的另一个桥臂。自洁加热线——发动机熄火后，ECU使RH瞬时温度达1000℃(1s)，以烧掉热线上的污物。热线式流量计是应用恒温差原理工作的，在发动机的进气道空气流中置有通电受热的铂热线，利用安装插头固定在金属环上，热线作为惠斯顿电桥的一臂，空气流过时，热线受到一定冷却，其电阻值随之减小，同时使电桥电路的电压发生变化，进气温度的任何变化都会使电桥失去平衡。热线式空气流量计工作原理:发动机运转，空气流过时，带走热量，热线RH的电阻值变小(PTC)，冷线RC电阻值变大(NTC)，电桥失去平衡，为了保持电桥的平衡，放大器即加大流过热线RH的补偿电流IH，使冷热线恢复正常温差(100℃)，控制流过热线的电流可以使热线的温度始终比空气流温度高出一定的温度(保持温差)。因此，加热电流就是检测空气质量流量大小的度量，电流IH的增加，会使RA的电压降增大，只要测量RA两端的电压降，即可得知流过空气量的多少(图4-24b)，ECU就能确定所需空燃比的喷油量，热线式空气流量计长期使用会使热线上积累杂质，为此每当发动机熄火时，ECU自动接通空气流量计壳体内的电路，热线被自动加热，使其温度在1s内升高1000℃，由于烧净温度必须非常精确，因此，在发动机熄火后4s，该电路才被接通。二、进气管压力传感器D型EFI系统通过进气管压力和发动机转速推算发动机进气量，进气管压力的测定靠绝对压力传感器完成。进气管绝对压力传感器种类较多，按照信号产生原理可分为半导体压敏电阻式、电容式、膜盒传动的可变电感式和表面弹性波式等，下面以半导体压敏电阻式进气压力传感器为例进行介绍。在单晶半导体上，通过扩散的方法加入一些不纯物质，就会形成一定的电阻值，在此电阻值的基础上，施加一定的应力应变，其阻值会发生变化，这种现象就称为半导体的压电效应，半导体压力传感器就是应用了这个原理，在N型硅板的中部做成比其他部分的厚度要薄的圆形膜片，如图4-25所示，在这个膜片上，利用光刻腐蚀技术让其形成P型硅应变电阻，4个应变阻(R1、R2、R3、R4)的电阻值都设计成有相同阻值R0。当膜片受到应力作用时，应力在切方分量与径向分量会使各电阻片的阻值产生变化，假设R1和R3的阻值变化量为ΔR，则R2和R4的阻值变化量应为ΔR，此时如果输入电压是VE，则电桥的输出电压就可表示为:半导体压力传感器的结构图与输出特性图如图4-26所示，这种传感器是将硅片的周边固定在基座上，再整体封入一个壳体内，并在壳体内形成真空。当通道口与进气管相连接时，进气管内的压力就会使传感器内的膜片产生变形，此时由应变电阻组成的电桥电路就会输出与进气管内压力成比例的电压，由于基准压力是真空的压力，使用这种压力传感器可以测定出绝对压力。三、节气门体节气门体安装如图4-27所示，节气门体位于空气流量计和发动机之间的进气管上，节气门由加速踏板控制，以便控制发动机的进气量，节气门体上有怠速通道，当怠速时可提供少量的空气，节气门位置传感器也装在节气门轴上，用来向ECU传递节气门开度信号。四、冷起动空气阀在冷车起动时，发动机温度低，摩擦阻力大，为了减少发动机的暖机时间，通过空气阀为发动机提供额外的空气(空气量也由空气流量计计量)，使发动机转速增加，以缩短暖机时间，当发动机完成暖机过程，流经空气阀的空气被切断，发动机吸入的空气改由节流阀的旁通通道供给。五、怠速控制阀(ISC)I