汽车发动机原理课件：燃油喷射的控制

在汽油机电控燃油喷射系统中，以电子控制单元(ECU)为中心，用安装在发动机不同部位上的各种传感器测定发动机的各种工作参数，将它们转化为ECU能接受的电信号之后，传送给ECU，ECU对输入信号作运算、处理、分析和判断后，向执行器发出指令，控制喷射系统的工作，最终通过喷油器定时、定量地把汽油喷入进气道或汽缸中去，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气。一、喷油时刻的控制燃油喷射系统中，喷油时刻控制是所有采用间歇喷射方式所必须解决好的问题之一，喷油时刻是指喷油器开始进行喷油的时刻所对应得曲轴位置，喷油时刻随发动机喷油方式的不同而有所不同，ECU以曲轴转角传感器的信号为依据，根据不同的喷油方式控制喷油器的开启时刻。图4-48分别是六缸发动机和四缸发动机不同喷油方式下的喷油时刻图。二、喷油量的控制喷油量的控制由ECU根据发动机的不同运行工况控制喷油器的不同喷油持续时间来实现，ECU根据各种传感器测得的发动机进气量、转速、节气门开度、冷却液温度与进气温度等多项运行参数，按设定的程序进行计算，并按计算结果向喷油器发出电脉冲信号，通过改变每个电脉冲的宽度来控制各喷油器每次喷油的持续时间，从而达到控制喷油量的目的。喷油持续时间的控制分为同步喷射和异步喷射持续时间两种控制方式，同步喷射控制方式中，喷油时刻具有固定的曲轴转角，喷油量由喷油持续时间控制，发动机在稳定工况的大部分运转时间内都以此方式工作，异步喷射方式中，喷油时刻与曲轴转角无关，只与发动机实际运行工况有关，如起动、加速等过渡工况，喷油持续时间的长短也由对应的工况决定。１.起动工况的喷油控制发动机刚起动时，由于转速很低，转速的波动也很大，这时空气流量计所测得的进气量信号有很大的误差，因此，在发动机刚起动时，ECU不以空气流量计的信号作为喷油量的计算依据，而是按预先给定的起动程序来进行喷油控制，ECU根据起动开关及转速传感器的信号，判定发动机是否处于起动状态。当起动开关接通，且发动机转速低于某一转速(如300r/min)时，ECU按发动机冷却液温度、进气温度和起动转速计算出一个固定的喷油量，这一喷油量能使发动机获得顺利起动所需的浓混合气。冷车起动后，发动机温度仍很低，喷入进气道的燃油不易蒸发，为了保证发动机在低温下也能正常起动，需进一步增大喷油量。一般采用以下两种方法:(１)通过ECU控制冷起动加浓，通过延长各缸喷油器的喷油持续时间或增加喷油次数来增加喷油量，所增加的喷油量及延长的喷油持续时间，由ECU根据进气温度传感器和冷却液温度传感器测得的温度来确定，发动机冷却液温度或进气温度越低，喷油量就越大，喷油的持续时间也就越长。(２)通过冷起动喷油器和冷起动温度开关控制冷起动加浓，这种控制方式在冷车起动时，除了通过ECU延长各缸喷油器的喷油持续时间来增大喷油量之外，还通过冷起动油器喷入一部分冷车起动所需要的附加燃油，以加浓混合气。现代汽油机为了简化结构，一般采取第一种方法。２.起动后的喷油控制发动机起动后，转速超过了最低的极限转速，转入正常运转程序，在发动机运转期间，各传感器适时检测发动机的转速、进气量、进气温度、冷却液温度、节气门位置(即工况)以及排气中氧的含量等信号，通过接口电路输入ECU，ECU按下式确定喷油持续时间:喷油持续时间＝基本喷油时间×喷油修正系数＋电压修正值１)蓄电池电压修正当ECU控制的喷油脉冲信号到达喷油器时，由于喷油器电磁线圈具有感抗，延缓了电磁线圈内电流的增大，使喷油器针阀的开启滞后于电脉冲到达的时刻，而喷油器针阀关闭的时刻又落后于电脉冲结束的时刻。一般开启时间大于关闭时间，因此导致实际的喷油持续时间小于电脉冲宽度(图4-49a)。这样，在同样宽度的喷油电脉冲控制下，当蓄电池电压不同时，会引起实际喷油量的变化，蓄电池电压降低，喷油量也会下降，蓄电池电压修正通常以14V电压为基准，低于14V时，增加喷油时间，发动机因此得到正确的喷油量。蓄电池电压修正系数如图4-49b)所示。２)进气温度修正进气温度不同，空气质量会有变化，为了补偿这个误差，在空气流量计内常装有进气温度传感器，通常是以20℃时的进气温度为基准，修正系数如图4-50所示，当进气温度低于20℃时，修正系数大于１，适当增加喷油量，当进气温度高于20℃时，修正系数小于1，适当减少喷油量。３)起动后喷油修正发动机冷车起动后数十秒内，由于发动机机体温度较低使得汽油汽化不良，为使发动机保持稳定运转，应随时间变化进行不同程度的加浓，喷油修正系数的初始值由冷却液的温度决定，然后随着起动运行，修正系数逐渐减小，喷油量的修正值如图4-51所示。４)暖机加浓修正在冷车起动结束后的暖机过程中，发动机的温度一般不高，喷入燃油与空气的混合依然较差，结果造成汽缸内的混合气变稀，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冷却液温度传感器所测得的发动机温度，并随着发动机温度升高而逐渐减小(图4-52)。５)加速修正汽车发动机加速时，节气门突然开大，发动机吸气量会随着节气门开度的变化而立即发生变化，但进入汽缸的燃料量却由于在进气管壁上凝聚的油膜蒸发量受进气压力增加的影响而减少，所以在短时间内使混合气变稀，为了获取良好的加速过渡性能，要求供给系统能在短时间内使混合气加浓。在加速工况时，发动机根据节气门位置传感器的变化速率判断发动机是否处于加速工况，当发动机处于加速工况时，ECU能自动按一定比例适当增加喷油量，修正的大小取决于加速时的发动机冷却液温度，温度越低，修正量越大，持续时间越长(图4-53)。６)大负荷修正发动机处于部分负荷时，喷油量控制在经济成分，以得到最低油耗和降低排放，当节气门位置传感器的大负荷触点闭合或节气门开度大于70°时，ECU判断为大负荷工况，此时应按功率混合气要求供给喷油量，目的是使发动机发出最大功率，大负荷信号由节气门位置传感器测得的节气门开度来决定，当判断出为大负荷时，ECU调节喷油器的持续喷油时间，使喷油量增加。７)断油控制断油控制是ECU在一些特殊工况下，暂时中断燃油喷射，以满足发动机运转中的特殊要求，它包括超速断油控制和减速断油控制两种断油控制方式。(１)超速断油控制，超速断油是当发动机转速超过允许最高转速时，由ECU控制自动中断喷油，以防止发动机超速运转，造成零件损坏，也有利于降低油耗，减少有害排放物，对发动机的最高转速进行限制，对电子控制燃油喷射发动机来说，采用切断燃油的电子转速限制装置。ECU根据发动机的实际转速与ECU内存储的最高转速(一般为6000

~7000r/min)进行比较，当达到设定的最高转速时，ECU立即抑制喷油脉冲，停止输出喷油信号，使喷油器停止喷油，当发动机转速降到规定值时即断油后发动机转速下降至低于极限转速约100r/min时，断油控制结束，恢复喷油，如此循环，以防止转速继续上升。(２)减速断油控制，当发动机高速运行突然完全关闭节气门时，不可能很快转入正常怠速，ECU根据节气门全闭信号和转速高于某一设定值的信息，自动控制中断燃油喷射，直到发动机转速下降到设定的低转速时再恢复喷油。这样，有利于控制急减速时的有害排放物，降低燃油消耗量，并加大发动机对汽车滑行的制动作用。减速断油控制过程是由ECU根据节气门位置、发动机转速、冷却液温度等运转参数作出综合判断后，在满足以下条件时执行减速断油控制的:①节气门位置传感器中的怠速开关接通。②发动机冷却液温度已达正常温度。③发动机转速高于某一数值，该转速称为减速断油转速，其值根据发动机冷却液温度、负荷等参数确定。以上所述空燃比的控制方法，被称之为开环控制，在此控制系统中，发动机各种运行工况下的空燃比存储在ECU的存储控制单元中，在发动机运行时，ECU根据传感器检测到的信号从存储器中查取相应的控制参数并输出控制，其特点是发动机只是按照ECU中预先存储的空燃比值对发动机进行控制，因而其控制比较简单，但并不检测控制后是否达到了真正目标，所以不能纠正自身控制产生的相对误差。３.理论空燃比的反馈控制反馈控制又称为闭环控制，所谓反馈控制是指借助安装在排气管中的氧传感器反馈信号，对理论空燃比进行反馈控制的方式，根据氧传感器的输出特性，氧传感器输出电压信号在过量空气系数ϕa

=1处发生跃变，ECU有效地利用这一空燃比反馈信号，当混合气过稀时，排气中含氧量增加，当增加到一定值时，氧传感器的输出电压突然降低。ECU根据这一信号使喷油器增加供油量，使混合气逐渐变浓，直至加浓到实际空燃比略低于化学计量空燃比、氧传感器的输出电压再次迅速上升、ECU再次发出减少喷油量的命令为止，反馈控制便是如此循环往复地进行的(图4-54)。氧传感器通常和三元催化转化器一同使用，应用氧传感器进行反馈控制的目的就是保证三元催化转化器工作在高效净化区。在发动机运行中，并不是在所有时刻和任何工况下，氧传感器和反馈控制系统都起作用，ECU是交替通过开环和闭环两种方式对喷油量进行控制的，发动机在起动、大负荷(节气门全开)及暖机运转过程中，需要较浓的混合