1、汽车电子控制技术汽车电子控制技术机械工业出版社汽车电子控制技术发动机电子控制第二章02目 录汽油机电子控制柴油机高压共轨系统电子控制汽车发动机控制新技术010203第二章、发动机电子控制汽油机电子控制第一节第一节 汽油机电子控制随着汽车数量的日益增多,汽车尾气排放量与燃油消耗量的不断上升困扰着人们,迫使人们去寻找一种能使汽车排气净化、节约燃料的新技术装置以取代化油器,汽油喷射技术的发明和应用,使人们的这一理想得以实现。传统化油器发动机面临的主要困难包括:化油器不能实时提供最佳空燃比,无法很好地满足发动机的统一性能指标;化油器不能实现各缸汽油的均匀喷射;化油器加速性能不良,特别是在夏天气温较高时
2、容易发生气阻现象;化油器起动、暖机性能不良,充气效率低;化油器在减速、减油时易发生断油现象。一、概述第一节 汽油机电子控制电喷汽油机的特点包括:各气缸混合气分配均匀在任何情况下都能得到精确的空燃比、点火提前角、怠速和排放的位置控制加速性能好起动性能和减速减油或断油性能优良发动机充气效率高。第一节 汽油机电子控制汽油机电子控制系统主要通过对空燃比、点火时刻、废气排放等实施精确控制,来实现对发动机动力性、经济性、排放净化等方面的最佳要求。汽车排放的尾气组成包括NOx、CO、HC、微粒等。汽油机采取机内净化和机外净化措施。机内净化措施包括改进燃油供应系统和点火系统、改进燃油室结构、改进气缸体设计、采
3、用电控燃油喷射、电控电子点火等技术。机外净化措施包括采用燃油蒸发排放控制装置、曲轴箱强制通风装置、废气再循环装置等。另外,还可使有害气体在排放过程中被氧化、还原,将其变成无害气体后再排出车外。第一节 汽油机电子控制1.可燃混合气可燃混合气是指空气与燃料的混合物,其成分对发动机的动力性与经济性有很大影响。可燃混合气成分的表示方法如下。(1)空燃比可燃混合气中空气(A)和燃料(F)的质量比。(2)过量空气系数=(2-1)理论上1kg汽油完全燃烧需要空气14.7kg。1)空燃比=14.7,=1,为标准混合气;2)空燃比14.7,14.7,1,为稀混合气。二、汽油发动机与可燃混合气燃烧1kg汽油实际消
4、耗的空气量完全燃烧1kg汽油理论上消耗的空气量第一节 汽油机电子控制发动机的功率和燃油消耗率都是随着过量空气系数变化而变化的。理论上,对于=1的标准混合气而言,所含空气中的氧正好足以使汽油完全燃烧,但实际上,由于时间和空间条件的限制,汽油细粒和蒸气不可能及时地与空气绝对均匀地混合,因此,即使=1,汽油也不可能完全燃烧,混合气1才有可能完全燃烧。因为1时,混合气中有适量较多的空气,正好满足完全燃烧的条件,此混合气称为经济混合气,对于不同的汽油机经济混合气成分不同,一般在=1.051.15范围内。当不在1.051.15范围内时,经济性变坏。2.可燃混合气浓度对发动机性能的影响第一节 汽油机电子控制
5、当=0.88时,发动机功率Pe最大,因为这种混合气中汽油含量较多,汽油分子密集,致使燃烧速度最高,热量损失最小,因而使得缸内平均压力最高,功率最大,此混合气称为功率混合气。对不同的汽油机来说,功率混合气一般在=0.850.95范围内。1.11的混合气称为过稀混合气,0.88的混合气称为过浓混合气。混合气无论过稀过浓都会使发动机功率Pe降低,燃油消耗率ge增加。第一节 汽油机电子控制混合气过稀时,由于燃烧速度太低,损失热量很多,往往造成发动机温度过高,严重过稀时,燃烧可延续到进气行程的开始,进气门已经开启时还在进行,火焰将传到进气管。当混合气稀到=1.4以上时,混合气虽然能着火,但火焰无法传播,
6、导致发动机熄火,所以=1.4称为火焰传播下限。混合气过浓时,由于燃烧很不完全,产生大量的CO,造成气缸盖、活塞顶和火花塞积炭,排气管冒黑烟,甚至废气中的CO可能在排气管中被高温废气引燃,产生排气管“放炮”现象。混合气浓度达到=0.4以下时,可燃混合气虽然能着火,但火焰无法传播,发动机熄火,所以=0.4称为火焰传播上限。第一节 汽油机电子控制从以上分析可知,发动机正常工作时,所用的可燃混合气值,应该在获得最大功率和获得最低燃油消耗率之间,在节气门全开时,值的最佳范围为0.851.15。一般在节气门全开条件下,=0.850.95时,发动机可得到较大的功率;当=1.051.15时,发动机可得到较好的
7、燃料经济性。所以,当在0.851.15范围内时,动力性和经济性都比较好,即发动机功率Pe较大,燃油消耗率ge较小。第一节 汽油机电子控制发动机功率Pe、燃油消耗率ge与过量空气系数的关系曲线如图2-1所示。图2-1发动机功率、燃油消耗率与过量空气系数的关系曲线1Pe与的关系曲线2ge与的关系曲线第一节 汽油机电子控制作为车用汽油机,其工况(负荷和转速)是复杂的。例如,超车、制动、高速行驶、汽车在红灯信号下起步或怠速运转、汽车满载爬坡等,工况变化范围很大,负荷可以从0变化至100%,转速可以从最低变化至最高。不同工况对可燃混合气成分的要求见表2-1。3.不同工况下发动机对可燃混合气的要求表2-1
8、不同工况对可燃混合气成分的要求工况节气门开度混合气气缸内性能怠速接近于关闭0.60.8废气含量大小负荷逐渐开启0.70.9废气作用减弱中等负荷足够的开度0.91.1追求经济性大负荷和全负荷最大开度0.850.95要求供给最大功率第一节 汽油机电子控制发动机的运转情况是复杂的,各种运转情况对可燃混合气的成分要求不同。起动、怠速、全负荷、加速运转时,要求供给浓混合气(1)。中负荷运转时,随着节气门开度由小变大,要求供给由浓逐渐变稀的混合气(=0.91.1)。(1)怠速和小负荷怠速时节气门处于关闭状态,混合气燃烧后做的功只用于克服发动机内部阻力,使发动机保持最低转速稳定运转。由于吸入气缸内的混合气数
9、量少,且汽油雾化不良,缸内压力高于进气管压力,为保证混合气能正常燃烧,就必须提高其浓度。在小负荷时,也要提供浓混合气,但加浓程度随负荷增加而减小。第一节 汽油机电子控制(2)中等负荷此时,节气门开度已足够大,可提供较稀的混合气,以获得最佳燃油经济性。发动机大部分工作时间都处于中等负荷状态。(3)大负荷和全负荷大负荷时,节气门开度已超过75%,此时应随着节气门开度的加大逐渐加浓混合气,满足发动机的功率要求。实际上,在节气门未全开前如需更大的转矩,只要把节气门进一步开大就能实现,不需使用功率空燃比来提高功率,应继续使用经济空燃比来达到省油的目的。因此,在节气门全开之前,所有的部分负荷工况都应按经济
10、混合气配制。只有在全负荷时,节气门已全开,才需提供功率混合气以获得最大功率。第一节 汽油机电子控制三、电喷汽油机可燃混合气的形成1.D型EFI系统(Speed Density Control Type,速度密度控制型)可燃混合气的形成最早的电控燃油喷射系统,即传统D型系统,它的空燃比和点火提前角采用开环控制,现在已改进为开环与闭环联合控制。D型EFI系统组成框图如图2-2所示。图2-2D型EFI系统组成框图第一节 汽油机电子控制通过进入气缸空气的压强p0、进气温度T0、发动机转速n计算得到进气流量为 (2-2)(2-3)式中,Qm为发动机进气流量;发动机的充气效率0(n)1;F0为实际喷油量;
11、k=,其中,x为发动机气缸数,V0为每缸燃烧室容积,为摩尔质量,R为摩尔气体常数。00mnpQknT0/mQA FF第一节 汽油机电子控制2.L型EFI系统(Mass-flow Control Type,质量流量控制型)可燃混合气的形成利用空气流量计直接测量发动机的进气量,ECU不必进行推算,可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量。L型EFI系统组成框图如图2-3所示。图2-3L型EFI系统组成框图第一节 汽油机电子控制空气流量计的功用是测量进入发动机的空气流量,并将测量的结果转换为电信号传输给ECU。空气流量计有多种形式,包括翼片式、热线式、热膜式和涡流式等。不同形式的空气流量计的性
12、能对比见表2-2。种类特性种类特性热膜式热膜式线式线式翼片式翼片式涡流式涡流式响应特性良良差良怠速稳定性良良良良废气再循环适用性良良良良发动机性能随时间的变化优优优优海拔修正无无有有进气温度修正无无有有安装性良良良良成本低较高较高较高表2-2不同形式的空气流量计的性能对比第一节 汽油机电子控制种类特性种类特性D型型L型型空气流量获取方式间接直接精度差优动态响应慢快价格便宜贵表2-3D型和L型EFI系统的性能对比D型和L型EFI系统的性能对比见表2-3。第一节 汽油机电子控制电控汽油喷射系统概括起来可分为两大类和六小类。两大类即D型和L型EFI系统。六小类具体如下。1.按喷油器的喷射位置分类(1
13、)缸内喷射缸内喷射是将喷油器安装在气缸盖上直接向气缸内喷油。(2)进气管喷射进气管喷射是将喷油器安装在进气总管或进气歧管上,汽油由喷油器喷入进气总管(或进气歧管的进气门前)。它按照喷油器的安装部位又可分为单点喷射(SPI)和多点喷射(MPI)。四、电喷汽油机控制系统的种类与控制内容第一节 汽油机电子控制1)单点喷射。在节气门体上只装12个喷油器,向进气总管内喷油,形成可燃混合气。单点喷射系统如图2-4所示。在节气门上方装一个中央喷射装置,由12个喷油器集中喷油。其采用单点喷射方式,结构简单、故障少、维修调整方便,广泛应用于普通轿车和货车。图2-4单点喷射系统第一节 汽油机电子控制2)多点喷射。
14、又可分为单节气门和多节气门两种。在每一气缸的进气门前均安装一个喷油器,汽油直接喷射到各缸的进气门附近并与空气混合形成混合气。多点喷射系统如图2-5所示。每缸进气门处装有一个喷射装置,由ECU控制喷射。其燃油分配均匀性好,但控制系统复杂、成本高,主要用于中、高级轿车。图2-5单节气门多点喷射系统第一节 汽油机电子控制2.按控制方式分类(1)机械式汽油喷射系统(2)机电混合式汽油喷射系统(3)电子控制式汽油喷射系统3.按喷射方式分类(1)间歇喷射(脉冲喷射)汽油的喷射以脉冲方式在某一时间段内喷入进气管。(2)连续喷射(稳定喷射)其特点是在发动机运转期间汽油连续不断地喷射到进气歧管内,与发动机的工作
15、顺序没有关系,大多应用于机械式或机电混合式汽油喷射系统中,如博世公司的机械式(K型)和机电式(KE型)喷射系统。第一节 汽油机电子控制4.按空气流量测量方式分类(1)质量流量方式利用空气流量计直接测出吸入的空气量(L型)。(2)速度密度方式根据进气管压力、温度和发动机转速,推算吸入的空气量,并计算燃油流量(D型)。(3)节流速度方式根据节气门开度和发动机转速,推算吸入的空气量并计算燃油流量。第一节 汽油机电子控制5.按控制系统有无反馈信号分类(1)开环控制开环控制系统如图2-6所示。通过试验确定的发动机各工况最佳供油参数预先存入ECU,在发动机运行时,ECU根据系统中各传感器的输入信号,判断发
16、动机自身所处的运行工况,从内部存储器中查出相应的控制参数,并计算出最佳喷油量,输出信号对执行机构进行控制。其精度直接依赖于所设定的基准数据和喷油器调整标定的精度。当使用工况超出预定范围时,不能实现最佳控制。图2-6开环控制系统第一节 汽油机电子控制(2)闭环控制闭环控制是指ECU以事先设定的控制参数控制发动机工作,同时还不断地检测发动机相关工作参数,根据检测到的信号对控制参数进行修正。闭环控制系统如图2-7所示。在系统中,发动机排气管上加装了氧传感器,根据排气中含氧量的变化,判断实际进入气缸的混合气空燃比,通过ECU与设定的目标空燃比进行比较,并根据误差修正喷油量,空燃比控制精度较高。图2-7
17、闭环控制系统第一节 汽油机电子控制6.按喷油正时不同分类(1)同时喷射电控汽油喷射系统的同时喷射如图2-8所示。将各气缸的喷油器并联,所有喷油器由ECU的同一个指令控制,同时喷油,同时断油。其缺点是,由于各缸对应的喷射时间不可能最佳,有可能造成各缸混合气组成不一样。但这种喷射方式,不需要气缸判别信号,而且喷射驱动回路通用性好,其电路结构与软件都较简单。图2-8同时喷射第一节 汽油机电子控制(2)分组喷射电控汽油喷射系统的分组喷射如图2-9所示。将喷油器分成2组(或3组)交替喷射,ECU发出两路喷油指令,每路指令控制一组喷油器,这种结构较同时喷射系统更精细、更先进一些。图2-9分组喷射第一节 汽
18、油机电子控制(3)顺序喷射电控汽油喷射系统的顺序喷射如图2-10所示。喷油器由ECU分别控制,按发动机各气缸的工作顺序喷油。顺序喷射也称独立喷射,其喷油器按发动机各缸进气行程的顺序轮流喷射,由ECU根据曲轴位置传感器提供的信号判别各缸的进气行程,适时发出各缸的喷油脉冲信号,以实现顺序喷射的功能。顺序喷射是目前电喷系统中最先进、最精细的结构形式。图2-10顺序喷射第一节 汽油机电子控制电喷汽油机控制系统的主控内容包括汽油喷射控制和点火控制。其中,汽油喷射控制包括喷油量、喷油正时、断油、闭缸、电动燃油泵控制;点火控制包括点火时刻、点火闭合角、防止爆燃控制。电喷汽油机控制系统的辅控内容包括怠速控制、
19、排放控制、可变进气机构控制、进气增压控制、自动变速器控制、自诊断功能测试控制、故障保护和备用系统控制、其他功能扩展控制。其中,排放控制包括燃油蒸发回收、废气再循环、二次空气喷射、三元催化转化器净化控制等;其他功能扩展控制包括巡航控制、冷却风扇控制、空调压缩机控制和发电机控制等。第一节 汽油机电子控制五、电喷汽油机控制系统的组成与工作原理电喷汽油机是在曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统、起动系统等传统发动机结构的基础上,增加传感器、执行器、电子控制器和电器开关等组成的。电控燃油喷射系统的组成如图2-11所示。电喷汽油机主要由空气供给系统(供气系统)、燃油供给系统(
20、供油系统)和电子控制系统组成。电子控制燃油喷射装置是ECU控制发动机所需燃油量。ECU综合各种不同传感器送来的信息进行判断,控制喷油器以一定的压力,正确、迅速地把燃油喷射到发动机进气歧管里,与吸入的空气混合后,进入气缸内。第一节 汽油机电子控制图2-11电控燃油喷射系统的组成1喷油器2油压调节器3空气流量计4怠速空气调节器5节气门位置开关 6冷却液温度传感器7氧传感器8电子控制器9电动燃油泵 10燃油滤清器11燃油箱第一节 汽油机电子控制1.功用和组成空气供给系统的功用是为电喷发动机提供计量实时准确、进气量动态范围宽的空气。空气供给系统的组成如图2-12所示,它由空气滤清器、进气管、节气门体、
21、怠速控制阀等组成,其作用包括滤清、调节和分配等。(一)空气供给系统图2-12空气供给系统的组成a)L型b)D型第一节 汽油机电子控制2.节气门体节气门体安装在进气管中,用来控制发动机正常工况下的进气量。节气门体实物如图2-13所示。节气门体置于空气流量计和发动机之间的进气管上,节气门与加速踏板联动,通过改变进气通路截面积,控制发动机运转工况。节气门体包括节气门及壳体等一系列部件。图2-13节气门体实物第一节 汽油机电子控制(1)MPI节气门体MPI节气门体的主要起控制进气量的作用。MPI节气门体的结构组成如图2-14所示。体内有节气门、节气门开度传感器、通气道和节气门缓冲器等。图2-14MPI
22、节气门体的结构组成1旁通螺钉2旁通气道3节气门4轴 5稳压箱6加速踏板7加速踏板拉索 8操纵臂9回位弹簧第一节 汽油机电子控制(2)SPI节气门体SPI节气门体较MPI节气门体结构复杂,主要是因其内还装有集中供油用的主喷油器、压力调节器和节气门位置传感器。主喷油器只有一个,它装在节气门壳体的上部,所喷出的燃油要供给发动机各缸使用。SPI节气门体的结构组成如图2-15所示。图2-15SPI节气门体的结构组成1空气阀2压力调节器3接燃油箱 4来自空气滤清器的空气5主喷油器6来自燃油泵的燃油7怠速调整螺钉 8节气门9通往发动机的混合气第一节 汽油机电子控制空气阀的作用是在发动机低温起动时,为发动机提
23、供额外的空气(此部分空气也由空气流量计计量),保持发动机怠速稳定运转,使发动机起动后迅速暖车,从而缩短暖车时间。空气阀一打开,发动机吸入的空气量就能被空气流量计测出,把该信号传给ECU,从而使喷油器的喷油量增加,从而在低温下顺利起动发动机。发动机完成暖机运转之后,流经空气阀的空气即被切断,发动机吸入的空气改由节气门体的旁通气道供给,使发动机在正常怠速工况下稳定运转。第一节 汽油机电子控制 1.功和组合燃油供给系统的作用是为电喷发动机提供计量实时准确、喷油量动态范围宽的可燃混合气并使其顺利、均匀地进入每个燃烧室。它需要具有抗堵塞、抗污染、抗气阻的综合能力。燃油供给系统的组成如图2-16所示。(二
24、)燃油供给系统图2-16燃油供给系统的组成1燃油箱2燃油泵3燃油滤清器4油压脉动阻尼器5冷起动喷油器6喷油器7油压调节器第一节 汽油机电子控制燃油供给系统在汽车上的安装示意图如图2-17所示。燃油供给系统由燃油箱、油管、燃油泵、燃油滤清器、油压脉动阻尼器、油压调节器、喷油器等组成,其作用包括供油、滤清、调压和喷油等。图2-17燃油供给系统在汽车上的安装示意图1燃油滤清器2燃油泵3输油管4冷起动喷油器5油压调节器6喷油器7油压脉动阻尼器第一节 汽油机电子控制2.电动燃油泵(1)电动燃油泵的分类及结构与原理电动燃油泵按安装位置的不同分为内置式和外置式。其中,内置式电动燃油泵安装在油箱中,具有噪声小
25、、不易产生气阻、不易泄漏、管路安装简单等优点;外置式电动燃油泵串接在油箱外部的输油管路中,易布置、安装自由度大,但噪声大,易产生气阻。按电动燃油泵常见结构包括滚柱式和涡轮式。第一节 汽油机电子控制1)滚柱式电动燃油泵的结构与原理。滚柱式电动燃油泵主要由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成。滚柱式电动燃油泵的结构如图2-18所示。图2-18滚柱式电动燃油泵的结构第一节 汽油机电子控制当转子旋转时,位于转子槽内的滚柱在离心力的作用下,紧压在泵体内表面上,对周围起密封作用,在相邻两个滚柱之间形成工作腔。在燃油泵运转过程中,工作腔转过出油口后,其容积不断增大,形成一定的真空度,当转到与进油
26、口连通时,将燃油吸入;而吸满燃油的工作腔转过进油口后,容积不断减小,使燃油压力提高,受压燃油流过电动机,从出油口输出。第一节 汽油机电子控制2)涡轮式电动燃油泵的结构与原理。涡轮式电动燃油泵主要由燃油泵电动机、涡轮泵、出油阀和卸压阀组成。其结构与滚柱式相似,但转子是圆形平板,平板圆周上开有小槽,形成泵油叶片。涡轮式电动燃油泵的结构如图2-19所示。燃油泵电动机通电时,电动机驱动涡轮泵叶片旋转,由于离心力的作用,使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳,将燃油从进油室带往出油室。图2-19涡轮式电动燃油泵的结构第一节 汽油机电子控制由于进油室的燃油不断减少,形成一定的真空度,将燃油从进油口吸入;而出油室的
27、燃油不断增多,燃油压力升高,当达到一定值时,顶开出油阀的出油口输出。出油阀在燃油泵不工作时阻止燃油流回油箱,保持油路中有一定的压力,便于下次起动。涡轮式电动燃油泵具有泵油量大、泵油压力较高、供油压力稳定、运转噪声小、使用寿命长等优点。此外,其由于不需要消声器,因此可以小型化,因此广泛应用在轿车上,如大众捷达、本田雅阁等。第一节 汽油机电子控制(2)电动燃油泵的控制燃油泵的工作有两种控制方式。一是工作时的控制,为了保证车辆的安全,只有在发动机运转送来相应的信号时,燃油泵才工作;二是转速的控制,在发动机高速和低速运转时,燃油泵也相应地有高速和低速运转两种工作方式。1)ECU控制。该种控制主要应用在
28、装用D型EFI系统和装用热式或卡门涡旋式空气流量计的L型EFI系统中。ECU控制的燃油泵控制电路如图2-20所示。图2-20ECU控制的燃油泵控制电路第一节 汽油机电子控制燃油泵ECU控制方式受命于发动机ECU的指令,然后再控制燃油泵的转速。在发动机低转速、小负荷的工况下,发动机ECU的FPC端向燃油泵ECU的FPC端送入一个低电平信号,使燃油泵ECU的FP端输出一个较低的电压(9V左右)给燃油泵,燃油泵低速运转,减小泵油量。在发动机处于高转速、大负荷的工况下,发动机ECU的FPC端向燃油泵ECU的FPC端送入一个较高的电平信号,FP端输出一个较高的电压(12V左右)使燃油泵高速运转,增加泵油
29、量。当发动机处于最低转速(120r/min)时,发动机ECU判断为要熄火停机状态,令燃油泵ECU停止燃油泵的工作。第一节 汽油机电子控制2)燃油泵开关控制。该种控制主要用于装用叶片式空气流量计的L型EFI系统中。这种控制燃油泵工作的特点是只有在发动机运转时,空气流量计的触点K在进气的作用下闭合后,燃油泵须接通电路才得以工作。因此,触点K也称为燃油泵开关。燃油泵开关控制的燃油泵控制电路如图2-21所示。图2-21燃油泵开关控制的燃油泵控制电路第一节 汽油机电子控制当点火开关ST端子接通时,起动机继电器线圈通电使触点闭合,此时开路继电器中L1线圈通电使其触点闭合,从而通过EFI主继电器、开路继电器
30、向燃油泵供电,燃油泵工作;发动机正常运转时,点火开关IG端子与电源接通,同时空气流量计测量板转动使油泵开关闭合,开路继电器L2线圈通电,使开路继电器触点保持闭合,燃油泵继续工作。发动机停机时,L1和L2线圈不通电,燃油泵停止工作。第一节 汽油机电子控制3)燃油泵继电器控制。此控制电路根据发动机转速和负荷的变化,通过燃油泵继电器改变燃油泵的供电线路,从而控制油泵的工作转速。燃油泵继电器控制的燃油泵控制电路如图2-22所示。图2-22燃油泵继电器控制的燃油泵控制电路第一节 汽油机电子控制起动机继电器闭合,同时ECU有STA信号,点火开关STA点火,起动机起动;STA信号和Ne信号输入ECU,Tr1
31、接通,开路继电器闭合,燃油泵运转;起动或重负荷时,ECU中的Tr2断开,燃油泵继电器闭合,燃油泵高速运转;怠速或轻负荷时,ECU中的Tr2接通,燃油泵继电器断开,电流流过燃油泵电阻器,燃油泵低速运转。第一节 汽油机电子控制3.燃油滤清器图2-23燃油滤清器的结构组成燃油滤清器的功用是滤清燃油中的杂质和水分,防止燃油系统堵塞,减少机件磨损,保证发动机正常工作。燃油滤清器的结构组成如图2-23所示。一般采用纸质滤芯,每行驶2000040000km或12年应更换,安装时应注意燃油流动方向的箭头,不能装反。第一节 汽油机电子控制4.燃油压力脉动阻尼器图2-24燃油压力脉动阻尼器的结构组成1膜片弹簧2膜
32、片3出油口4进油口燃油压力脉动阻尼器的功用是,减小喷油器喷油时油路中的油压可能会产生的微小波动,使系统压力保持稳定。燃油压力脉动阻尼器的结构组成如图2-24所示。燃油压力脉动阻尼器由膜片、膜片弹簧、阀片和外壳组成。发动机工作时,燃油经过脉动阻尼器膜片下方进入输油管,当燃油压力产生脉动时,膜片弹簧被压缩或伸张,膜片下方的容积稍有增大或减小,从而起到稳定燃油系统压力的作用。第一节 汽油机电子控制图2-25燃油压力调节器的结构组成5.燃油压力调节器燃油压力调节器的功用是使燃油分配管与进气歧管之间的压力差保持恒定,使喷油器的喷油量唯一地取决于喷油器的开启时间。燃油压力调节器的结构组成如图2-25所示。
33、第一节 汽油机电子控制压力调节特性曲线如图2-26所示。燃油压力调节器主要由阀片、膜片、膜片弹簧和外壳组成。发动机工作时,燃油压力调节器膜片上方承受的压力为弹簧压力和进气歧管内气体的压力之和,膜片下方承受的压力为燃油压力,当压力相等时,膜片处于平衡位置不动。当进气管内气体压力下降时,膜片向上移动,回油阀开度增大,回油量增多,使输油管内燃油压力下降;反之,进气歧管内气体压力升高时,燃油的压力升高。图2-26压力调节特性曲线第一节 汽油机电子控制6.喷油器(1)喷油器的构造与工作原理喷油器的功用是在恒定压力下定时、定量地喷油并使之雾化。喷油器按照ECU的指令将一定数量的汽油适时地喷入进气道或进气管
34、内,并使其与其中的空气混合形成可燃混合气。第一节 汽油机电子控制按喷油口的结构不同,喷油器可分为轴针式和孔式两种。喷油器的结构组成如图2-27所示。图2-27喷油器的结构组成a)孔式喷油器b)轴针式喷油器1调压弹簧2进油管接头3电磁线圈4顶杆5定位销6密封锥面7喷孔第一节 汽油机电子控制喷油器主要由滤网、线束连接器、电磁线圈、调压弹簧、衔铁和针阀等组成,针阀与衔铁制成一体。轴针式喷油器的针阀下部有轴针伸入喷口。喷油器不喷油时,调压弹簧通过衔铁使针阀紧压在阀座上,防止滴油。当电磁线圈通电时,产生电磁吸力,将衔铁吸起并带动针阀离开阀座,同时调压弹簧被压缩,燃油经针阀并由轴针与喷口的环隙或喷孔中喷出
35、。当电磁线圈断电时,电磁吸力消失,回位弹簧迅速使针阀关闭,喷油器停止喷油。第一节 汽油机电子控制(2)喷油器的驱动方式喷油器的驱动方式(见图2-28)可分为电流驱动方式和电压驱动方式。1)电流驱动方式。电流驱动式喷油器的驱动电脉冲开始是一个较大的电流,使电磁线圈产生较大的吸力,以打开针阀,然后再用较小的电流来保持针阀的开启。这种喷油器一般为低阻抗型,电磁线圈的电阻一般为23。喷油器针阀的升程很小,一般为0.10.2mm,以保证针阀反应快捷,在数毫秒之内开启和关闭。图2-28喷油器的驱动方式a)电流驱动b)电压驱动(低阻)c)电压驱动(高阻)第一节 汽油机电子控制2)电压驱动方式。电压驱动是指E
36、CU驱动喷油器喷油的电脉冲的电压是恒定的,这种喷油器又可分为高阻抗型和低阻抗型两种,低阻抗型喷油器用56V的电压驱动,电磁线圈的电阻较小,为34,不能直接和12V电源连接,否则会烧坏电磁线圈;高阻抗型喷油器用12V电压驱动,电磁线圈电阻较大,为1216,在检修时可直接与12V电源连接。第一节 汽油机电子控制7.冷起动喷油器冷起动喷油器的功用是当发动机低温起动时,向进气管喷入一定数量附加的汽油,以加浓混合气,改善发动机的冷起动性能,其开启和持续喷油的时间取决于发动机的温度。冷起动喷油器的控制电路如图2-29所示。发动机起动时,起动继电器线圈通电,触点闭合将蓄电池电压送至冷起动喷油器,正时开关控制
37、冷起动搭铁回路接通,冷起动喷油器喷油。若冷却液温度较高,正时开关则断开,冷起动喷油器不喷油。图2-29冷起动喷油器的控制电路第一节 汽油机电子控制发动机电子控制系统能够根据需要,把各种传感器送来的信号,用内存程序和数据进行查找运算处理,并把处理结果送往输出回路。输出回路为电控单元(ECU)与执行器之间建立联系的一部分装置,它将ECU发出的决策指令,转变成控制信号来驱动执行器工作,输出回路一般起着控制信号的生成和放大等功能。ECU输出的是数字信号,而且输出电流极小,用这种信号一般不能驱动执行器动作,因此需要输出电路将其转换成可以驱动执行器工作的控制信号来完成。(三)电子控制系统第一节 汽油机电子
38、控制电喷发动机电子控制器的基本构成如图2-30所示。电子控制系统由各种传感器和执行器、控制器和主继电器等组成,其作用包括喷油量控制和点火控制等。图2-30电喷发动机电子控制器的基本构成第一节 汽油机电子控制1.传感器(1)曲轴位置传感器它用于检测曲轴转角位移,为ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号,作为燃油喷射和点火控制的主控信号。曲轴位置传感器用来确定相对于每缸压缩上止点的喷油定时和点火定时,在顺序喷射发动机上还需要有判缸信号。曲轴位置传感器主要有光电式、磁感应式、霍尔式和差动霍尔式四种类型。其中,磁感应式曲轴位置传感器利用电磁线圈产生的脉冲信号来确定发动机转速和各缸的工作位置。它由信号轮
39、和传感器头组成,信号轮安装在曲轴尾部并随其旋转,传感器头固定在飞轮壳上。第一节 汽油机电子控制磁感应式曲轴位置传感器的安装如图2-31所示。图2-31磁感应式曲轴位置传感器的安装第一节 汽油机电子控制磁感应式曲轴位置传感器的两个缺齿指示为第一缸发动机的上止点前某个固定位置,当信号触发齿盘经过传感器的磁头时,传感器产生的交变电压信号频率随发动机转速变化而变化。发动机ECU根据交变电压的频率和缺口信号识别发动机转速变化和第一缸上止点位置。霍尔式曲轴位置传感器的工作原理:ECU通过电源使电流通过霍尔晶体管,旋转转子的凸齿经过磁场时使磁场强度改变,霍尔晶体管产生的霍尔电压放大后输送给ECU,ECU根据
40、霍尔电压产生的次数确定曲轴转角和发动机转速。第一节 汽油机电子控制(2)凸轮轴位置传感器它为ECU提供曲轴转角基准位置(第一缸压缩上止点)信号,作为燃油喷射控制和点火控制的主控信号;识别第一缸的压缩上止点,从而进行顺序喷油控制、点火控制和爆燃控制。(3)空气流量计它用来将吸入的空气量转换成电信号送给ECU,作为决定喷油量的基本信号之一。(4)进气歧管绝对压力传感器它依据发动机的负荷状况,测出进气歧管中绝对压力的变化,并将其 转换成电压信号,与转速信号一起送到ECU,作为确定基本喷油量的依据。(5)气温传感器它用于检测进气温度,多安装在进气主管上。第一节 汽油机电子控制(6)冷却液温度传感器它用
41、于检测发动机冷却液的温度,安装在发动机水套的出水口上端。汽车工作时,曲轴位置和凸轮轴位置上的霍尔传感器控制发动机的顺序点火正时与顺序喷油正时,而冷却液温度传感器则对发动机的空燃比控制、点火控制、怠速控制、排放控制均有重要修正影响。主要表现如下:第一节 汽油机电子控制1)在发动机的空燃比控制系统中,冷却液温度低时,空燃比偏大;冷却液温度高时,空燃比可适当减小。2)在发动机的点火控制系统中,冷却液温度低时,点火提前角应适当增大;冷却液温度高时,点火提前角应适当减小。3)在发动机的怠速控制系统中,冷却液温度低时,怠速转速比稳定怠速转速要高,加快热机过程;冷却液温度正常时,怠速转速进入正常怠速控制范围
42、。4)在排放控制系统中,冷却液温度低时,废气再循环(EGR)系统停止工作;冷却液温度高时,EGR系统视发动机负荷和转速工况进行部分EGR控制。第一节 汽油机电子控制(7)节气门位置传感器节气门位置传感器用于检测节气门的开度及开度变化,此信号输入ECU,由ECU判断发动机的工况(如怠速工况、部分负荷工况、大负荷工况等),控制燃油喷射时间及进行其他辅助控制(变速器换档和变矩器锁止时机等)。它通过一个电位计检测节气门位置,在M-Jetronic燃油喷射系统中,起到一个负荷传感器的作用。在其他喷油系统中,它用来检测发动机的节气门开度和加速、减速信号。第一节 汽油机电子控制1)开关式节气门位置传感器。开
43、关式节气门位置传感器由滑动触点和两个固定触点(功率触点和怠速触点)组成。开关式节气门位置传感器的触点状态如图2-32所示。当节气门全关闭时,可动触点与怠速触点接触;当节气门开度达到50%以上时,可动触点与功率触点接触,检测节气门大开度状态。图2-32开关式节气门位置传感器的触点状态1功率触点2怠速触点3可动触点第一节 汽油机电子控制2)线性节气门位置传感器。线性节气门位置传感器安装在节气门上,它可以连续检测节气门的开度。线性节气门位置传感器如图2-33所示。在传感器上安装了两个与节气门联动的电刷触头,其中一个电刷触头在印制电路基片上的滑片电阻上滑动,利用电阻值的变化,测得与节气门开度对应的线性
44、输出电压,根据输出的电压值,可知节气门的开度。另一个电刷触头在节气门关闭时与怠速触点IDL接触。图2-33线性节气门位置传感器a)结构b)等效电路c)输出特性1电阻膜2节气门电刷触头3怠速触点第一节 汽油机电子控制(8)氧传感器在三元催化转化器的上游安装一个氧传感器,用来检测混合气的空燃比较化学计量比大还是小,并向ECU发出反馈信号,调节喷油量,将混合气空燃比控制在化学计量比附近,使三元催化转化器转化效率最高。这种控制方式称为闭环控制方式。氧传感器的输出特性如图2-34所示。图2-34氧传感器的输出特性第一节 汽油机电子控制最常用的氧传感器是氧化锆式氧传感器。氧化锆式氧传感器的内侧通大气,外侧
45、裸露在排气中。如果陶瓷体内侧大气中的含氧量与陶瓷体外侧大气中的含氧量不同,则在氧化锆内、外两侧极间就会产生一个电压。当混合气稀时,氧化锆式氧传感器产生的电压低(接近于0V);混合气浓时,氧化锆元件产生的电压高(约1V)。在化学计量比附近,电压有突变,氧传感器起到一个浓、稀开关的作用。只有采用闭环控制的电控燃油喷射系统,才能将空燃比控制在化学计量比附近,使三元催化转化器的转化效率最高。而化油器式发动机是无法实现此要求的。第一节 汽油机电子控制三种发动机的主要控制器件比较见表2-4。广本广本2.4别克君威别克君威2.5帕萨特帕萨特1.8T曲轴位置(曲轴转角)传感器1个,电磁式7信号,电磁感应式曲轴
46、位置与曲轴转角,电磁式凸轮轴位置传感器2个,电磁式24信号,霍尔式凸轮轴位置,霍尔式凸轮轴位置传感器2个,电磁式24信号,霍尔式凸轮轴位置,霍尔式每缸线圈分配点火凸轮轴信号,霍尔式每缸线圈分配点火顺序喷油控制六缸线圈分配点火(两缸合一个),顺序喷油控制电子节气门式怠速旋转电磁阀控制,附加石蜡空气阀怠速步进电机式踏板压力传感器双空燃比传感器L型和D型空气流量混合式无废气外循环歧管压力型检测(加气温)非电子节气门活性炭罐控制非电子节气门废气外循环顺序喷油控制线性节气门位置传感器活性炭罐控制式L型空气流量计活性炭罐控制线性节气门位置传感器双氧传感器(前氧传感器为宽范围,后氧传感器为窄范围)非废气外循
47、环控制单氧传感器,外加三元催化转化器增压压力传感器表2-4三种发动机的主要控制器件比较第一节 汽油机电子控制2.汽油喷射控制(1)喷油正时控制在采用间歇喷射方式的电控燃油喷射系统中,ECU必须控制喷油器喷油的开始时刻,这就是喷油正时控制。其控制目标一般是在进气行程开始前喷油结束。1)同步喷油正时控制。喷油时刻与发动机旋转同步,在固定的曲轴转角位置进行喷射。同步喷油正时控制分为顺序喷射正时控制、分组喷射正时控制和同时喷射正时控制。第一节 汽油机电子控制顺序喷射正时控制电路如图2-35所示。喷油器驱动回路数与气缸数相等。ECU根据凸轮轴位置传感器信号(G信号)、曲轴位置传感器信号(Ne信号)和发动
48、机的做功顺序,确定各气缸工作位置。当确定各缸活塞运行至排气行程上止点前某一位置时,ECU输出喷油控制信号,接通喷油器电磁线圈电路,该缸开始喷油。图2-35顺序喷射正时控制电路第一节 汽油机电子控制分组喷射正时控制电路如图2-36所示。把所有喷油器分成24组,由ECU分组控制喷油器。以各组最先进入做功行程的气缸为基准,在该气缸排气行程上止点前某一位置,ECU输出指令信号,接通该组喷油器电磁线圈电路,该组喷油器开始喷油。图2-36分组喷射正时控制电路第一节 汽油机电子控制同时喷射正时控制电路如图2-37所示。所有各缸喷油器由ECU控制同时喷油和停止。喷油正时控制是以发动机最先进入做功行程的气缸为基
49、准,在该缸排气行程上止点前某一位置,ECU输出指令信号,接通所有喷油器电磁线圈电路,喷油器开始喷油。图2-37同时喷射正时控制电路第一节 汽油机电子控制2)异步喷油正时控制。喷油时刻与曲轴转角无关,与发动机的实际工况有关,是同步喷油正时控制的补充,追加喷油(起动、起步、加速)。异步喷油正时控制分为起动时异步喷油正时控制和加速时异步喷油正时控制。起动时异步喷油正时控制。在部分电控燃油喷射系统中,为改善发动机的起动性能,在发动机起动时,除同步喷油外,再增加一次异步喷油。在起动开关处于接通状态时,ECU接收到第一个上止点信号(G信号)后,接收到第一个曲轴位置传感器信号(Ne信号)时,开始进行起动时的
50、异步喷油。第一节 汽油机电子控制 加速时异步喷油正时控制。发动机由怠速工况向汽车起步工况过渡时,由于燃油惯性等原因,会出现混合气稀的现象。为了改善起步加速性能,ECU根据节气门位置传感器中怠速触点输送的怠速信号(IDL信号)从接通到断开后,检测到第一个Ne信号时,增加一次固定量的喷油。有些发动机电控燃油喷射系统,为使发动机加速更灵敏,当节气门迅速开启或进气量突然增加(急加速)时,在同步喷射的基础上再增加异步喷射。第一节 汽油机电子控制(2)喷油量控制喷油量控制的目的是使发动机在各种运行工况下,都能获得最佳的喷油量,以提高发动机的经济性和降低排放污染。1)起动时的同步喷油量控制。在发动机转速低于
