第七章汽油机电子控制燃油喷射系统的基本知识

第7章汽油机电子控制燃油喷射系统的基本知识第一节汽油机电子控制汽油喷射系统的构造和工作原理汽油喷射式燃油供给系电喷汽油机用电脑控制空燃比和点火提前角，使发动机在任何工况下都能获得最佳空燃比的混合气并以最佳的点火提前角点火燃烧汽油喷射式与化油器相比的优点：能提高发动机的最大功率耗油量低，经济型好排放污染小改善了发动机低温起动性能怠速平稳，工况过渡圆滑，工作可靠，灵敏度高。Bosch公司MotronicM3.8.2系统电动燃油泵活性炭罐电磁阀点火线圈组件凸轮轴传感器氧传感器喷油器节气门位置传感器空气流量计控制单元进气温度传感器曲轴传感器冷却液温度传感器爆震传感器节气门组件发动机电控系统的认识活性炭罐汽油滤清器油压调节器电子控制系统燃油系统进气系统燃油供给系功用：向气缸供给燃烧所需的汽油。组成：燃油泵、燃油滤清器、燃油脉动阻尼器、喷油器、燃油压力调节器和输油管道等组成。电喷汽油机燃油系统1－活性炭罐2－活性炭罐电磁阀3－燃油压力调节器4－燃油分配管5－喷油器6－燃油滤清器7－燃油箱8－电动汽油泵9－加燃油口10－回油管11－供油管12－燃油箱油气排放管1.燃油压力调节器作用：使供油总管内的油压随进气歧管内的气压的增减而增减，以此控制二者的压差值基本不变。燃油压力调节器2.喷油器作用在恒压下定时喷油、定时断油，提高雾化质量，改善燃烧条件。构造由壳体、绕组、针阀、回位弹簧、喷嘴等组成，其喷嘴的型式有单孔、双孔、多孔之分。冷启动喷油器冷启动喷油器安装在进气总管处，构造与喷油器类似。有的发动机不单设冷启动喷油器，而是通过加大各缸喷油器的喷油量来增加冷启动时的附加燃油量。冷启动喷油器的开启持续时间取决于发动机的温度，一般是热限时开关或电脑控制。电动汽油泵作用：供给燃油系统足够的具有规定压力的汽油，电动汽油泵一般都安装在汽油箱内，浸泡在汽油中。安全阀：安全阀打开时，压力燃油可流回泵的进油侧，从而可以避免汽油管路阻塞时压力过分升高，而造成的油管破裂或损坏。单向阀:汽油泵停止工作时密封油路，使燃油系统保持一定残压，以便发动机下次启动容易。燃油滤清器脉动缓冲器空气供给系统的组成1－空气滤清器2－节气门体3－进气管4－空气流量计节气门体作用：通过改变节气门的大小改变进气通道截面积的大小，来控制发动机的工况，并通过节气门位置传感器检测发动机的负荷。10－节气门11－节气门电计12－应急弹簧13－节气门电机15－怠速开关16－热水进出关口17－节气门拉线节气门位置传感器功用：将节气门的开度信号转换成电压信号输送给ECU。进气温度传感器怠速控制装置用于控制怠速，安装在旁通空气道上或直接控制节气门。四、电喷汽油机的电子控制系统简介电子控制系统由电脑（ECU）和各种传感器及执行器（如喷油器等）组成。作用：电脑根据各个传感器送来的信号控制燃油喷射和点火时刻1.发动机进气量的检测方式发动机进气量的检测装置主要包括空气流量计（L型汽油喷射系统）或进气歧管压力传感器（D型汽油喷射系统）空气流量计作用：将吸入的空气量转换成电信号反馈给电脑，他是决定喷油量的基本信号之一。翼片式空气流量计---体积流量型流行与20世纪60~70年代。卡门旋涡式空气流量计---体积流量型多见于日本三菱和丰田汽车热线式空气流量计---质量流量型应用交广热膜式空气流量计---质量流量型与热线式结构相同翼片式空气流量计工作原理空气通过空气流量传感器主通道时，空气流量增大，使翼板偏转，翼板转角增大。此时，电位计中的滑臂与翼板转轴同轴偏转，使接线插头“Vc”端子与“Vs”端子间的电阻减小，Us电压值降低。如图2-3所示，电压US/UB比值与空气流量成反比，且线性下降。当吸入的空气流量减小时，翼板转角减小，接线插头“VC”与“VS”间的电阻值增大，Us电压值上升，则US/UB的电压比值随之增大。图2-3电压比特性使用电压比作为空气流量传感器的输出信号，其目的在于当电源电压UB发生变化时，因信号Us与UB成比例变化，因比值保持不变，即不受电源电压的影响，确保了空气流量传感器的测量准确。热限式空气流量计热线：感知空气流量的白金热线冷线：温度补偿电阻（阻止较高，通过的电流只有几毫安）分类：主流测量方式和旁通测量方式工作原理工作原理：在热线式空气流量计电路中，热线是电路的一部份，功率放大器控制供给电桥四个臂的电流，使电桥保持平衡，当空气通过流量计时进入小管的空气流流过热丝周围，使其冷却、温度下降、电阻值也随之减小，热丝电阻的减速小使电流失去平衡，此时放大器会自动增加供给丝电流，使热丝恢复原来的温度和电阻值直使电桥恢复平衡，放大器所增加的电流大小取决于热丝被冷却的程度，即取决于通过流量计空气流速，由于电流增加精确电阻的电压降也增加，这就将电流的变化，转换成电压变化，电控单元根据电压变化计算出进入气缸的空气量。热膜式空气流量计热膜式空气流量计的结构与工作原理与热线式空气流量计基本相同。区别是将发热体由热线改成热膜。优点：不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度。热膜式跟热线是能测出空气质量流量，避免了海拔高度引起的误差，且响应时间短，测量精度高，所以普遍采用。进气管压力传感器工作原理封装在真空式内的硅片，由于一侧受进气压力的作用，另一侧是真空，所以在进气歧管压力发生变化时，硅片产生变形，使扩散在硅片上的电阻的电阻值改变，导致电桥输出电压发生变化。集成电路IC将这电压放大处理，作为进气管压力信号送到电脑。节气门位置传感器节气门位置传感器又称为节气门开度传感器或节气门开关。其主要功用是检测出发动机是处于怠速工况还是负荷工况，是加速工况还是减速工况。它实质上是一只可变电阻器和几个开关，安装于节气门体上，外形及内部结构如下图所示。电阻器的转轴与节气门联动，它有两个触点:全开触点和怠速触点。当节气门处于怠速位置时，怠速触点闭合，向计算机输出怠速工况信号;当节气门处于其它位置时，怠速触点张开，输出相对于节气门不同转角的电压信号，计算机便根据信号电压值识别发动机的负荷;根据信号电压在一定时间内的变化增减率识别是加速工况还是减速工况。计算机根据这些工况信息来修正喷油量，或者进行断油控制。工作原理—On档由ECU向PSW和IDL提供5V电源，在节气门完全关闭时活动触点与IDL闭合，使5V变为0V。同时由ECU控制发动机的怠速和启动着车怠速工况时，IDL仍处于闭合状态，IDL为0VECU收到此信号控制发动机怠速运行，当节气门打开一定角度后IDL触点断开ECU收到此信号为发动机加速阶段，由ECU根据其他主控信号维持发动机运行，当节气门开度达到80％时，PSW触点闭合；使5V变为0V,ECU根据此信号控制加农混合气，使发动机到达最大功率。氧传感器电喷车为获得高排气净化率，降低排气中（CO）一氧化碳、（HC）碳氢化合物和（NOx）氮氧化合物成份，必须利用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。催化器通常装在排气歧管与消声器之间。氧传感器具有一种特性，在理论空燃比（14.7：1）附近它输出的电压有突变。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态（小电动势：O伏）通知ECU。当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态（大电动势：1伏）通知（ECU）电脑。氧传感器的组成其核心元件是多孔的陶瓷管，它是一种固态电解质，两侧面分别烧结上多孔铂电极。在一定温度下，由于两侧氧浓度不同，高浓度侧(陶瓷管内侧4)的氧分子被吸附在铂电极上与电子结合形成氧离子，使该电极带正电，离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧(废气侧)，使该电极带负电,即产生电势差。当空燃比较低时(浓混合气)，废气中的氧较少，因此陶瓷管外侧氧离子较少，形成1.0V左右的电动势；当空燃比等于14.7时，此时陶瓷管内外两侧产生的电动势为0.4V~0.5V，该电动势为基准电动势；当空燃比较高时（稀混合气），废气中氧含量较高，陶瓷管内外的氧离子浓度差较小，所以产生电动势很低，接近为零。氧化锆式氧传感器的工作原理锆管的陶瓷体是多孔体，氧气可以渗入该多孔体固体电解质内。温度较高时，氧气发生电离。只要锆管内(大气)外(废气)侧氧含量不一样，存在氧浓度差，则在固体电解质内部氧离子从大气一侧向排气一侧扩散，使锆管形成微电池，在锆管铂极间产生电压。当混合气稀时，排气中氧含量多，两侧氧浓度差小，产生的电压小;当混合气浓时，排气中氧含量少，CO、CH、NOx的含量较多，这些成分在锆管外表面的铂的催化作用下，与氧发生反应，消耗废气中残余的氧，使锆管外表面氧浓度变成零，这样使得锆管内、外两侧的氧浓度差突然增大，两极间产生的电压也增大。在一定条件下(高温和铂催化)，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21%，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压(0。6～1V)，这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时(端部达到300°C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。它在约800°C时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。温度传感器为了判定发动机的热状态，计算进气的质量以及排气净化处理，需要能够连续精确地测量冷却液温度，进气温度与排气温度的传感器。分类：绕线电阻式，热敏电阻式，扩散电阻式，半导体晶体管式，金属芯式和电偶式等。应用多的是绕线电阻式和热敏电阻式温度传感器。绕线电阻式温度传感器是在绝缘绕线架上绕有高纯度的镍线，再罩上适当的外套而制成的，用于测量冷却液温度和进气温度；利用其电阻值随温度变化而变化的特性，其精度在±1%以内，响应特性差，时间常数约为15s。热敏电阻式温度传感器这种传感器利用热敏电阻半导体的电阻值随温度变化而改变的特性实现温度检测，灵敏度高。热敏电阻有负温度系数（阻值随温度升高而降低）和正温度系数（阻值随温度升高而变大）两种。曲轴位置传感器曲轴位置传感器用于检测曲轴转角、转速和活塞上止点位置。安装位置：飞轮处、分电器内以及曲轴或凸轮轴前端，因机型而异机光电式曲轴位置传感器光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内，由信号发生器和带光孔的信号盘组成。其信号盘与分电器轴一起转动，信号盘外圈有360条光刻缝隙，产生曲轴转角1°的信号;稍靠内有间隔60°均布的6个光孔，产生曲轴转角120°的信号，其中1个光孔较宽，用以产生相对于1缸上止点的信号。信号发生器安装在分电器壳体上，由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。发光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，由于信号盘上有光孔，则产生透光和遮光交替变化现象。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压;当发光二极管光束被档住时，光敏二极管电压为0。这些电压信号经电路部分整形放大后，即向电子控制单元输送曲轴转角为1°和120°时的信号，电子控制单元根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置第二节电喷汽油机燃油系统故障的检查与诊断一、燃油系统各部件工作不正常时对发动机的影响故障现象电动汽油泵故障：发动机不能起动，运转不稳，运转中熄火。汽油滤清器故障：发动机不能起动，运转不稳，发动机喘抖，动力性差。压力调节器故障：发动机不能起动，运转不稳，发动机喘抖，油耗增加。喷油器故障：发动机不能起动，运转不稳，