汽车原理——第9章

第九章发动机电控燃油喷射系统第一节燃油喷射系统的发展发动机燃油喷射系统经历了机械控制式、机电结合式和电子控制式燃油喷射系统这三个阶段。◆机械控制式燃油喷射系统第九章发动机电控燃油喷射系统第一节燃油喷射系统的发展◆机电结合式燃油喷射系统第九章发动机电控燃油喷射系统第一节燃油喷射系统的发展◆电子控制式燃油喷射系统第九章发动机电控燃油喷射系统第二节电控燃油喷射系统的分类发动机燃油喷射系统可按控制方式、喷射位置方式、空气量的计量方式和喷射方式的不同而分类。按控制方式分：◆机械控制式燃油喷射系统；◆机电结合式燃油喷射系统；◆电子控制式燃油喷射系统（其中有开环控制系统、闭环控制系统、自适应控制系统、学习控制系统、模糊控制系统五个子系统）。按喷射位置分：◆进气管喷射系统（其中有单点喷射系统SPI、TBI或CFI，多点喷射系统MPI包含D型多点喷射系统、L型多点喷射系统、LH多点喷射系统、M型多点喷射系统）。◆缸内喷射系统。按对空气量的计量方式分：◆D型电控燃油喷射系统（检测进气压力）；◆L型电控燃油喷射系统（检测空气流量）。按喷射方式分：◆连续喷射；◆间歇喷射（其中有同时喷射、分组喷射、顺序喷射三个子系统）。第九章发动机电控燃油喷射系统第三节电控燃油喷射系统的组成与原理电控燃油喷射系统形式多样，但其组成相同，都是由三个子系统组成：空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统，如图9-15。第九章发动机电控燃油喷射系统第三节电控燃油喷射系统的组成与原理◆喷油控制软件喷油控制软件的流程主要由主程序、自检程序、故障报警子程序、起动子程序和怠速子程序等组成。主程序的主要功用：监测判定发动机工作状态，计算或从喷油脉谱图中查询确定空燃比A/F、喷油时间、喷油提前时间（喷油提前角），并发出喷油指令、控制喷油器开始喷油和结束喷油。第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程各型汽车燃油喷射系统采用传感器和执行器的数量与型式各不相同，“D（压力）”型燃油喷射系统采用歧管压力式传感器MAP，“L（空气流量）”型燃油喷射系统采用空气流量传感器AFS。其中，“L”型燃油喷射控制系统的组成如图9-20。电控燃油喷射系统的功能是：对喷油器的喷射正时、喷油量、燃油停供和燃油泵进行控制。一、喷油器和燃油泵的控制燃油喷射式发动机所需燃油靠燃油泵供给。各型汽车执行元件喷油器的控制电路大同小异，以捷达两阀电喷车Gi、GiX系列轿车来简单说明喷油器和燃油泵的控制电路，如图9-21。第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程1、同步喷油正时控制多点燃油顺序喷油就是各缸喷油器按照一定的顺序喷油。由于各缸喷油器独立喷油，因此也叫独立喷射。（1）顺序喷射的控制（如图9-22）第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程1、同步喷油正时控制一般将四缸发动机分成两组，六缸发动机分成三组，八缸发动机分成四组。（2）分组喷射的控制（如图9-23）第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程1、同步喷油正时控制优点：控制电路和控制程序简单，且通用性较好。（3）同时喷射的控制（如图9-24）缺点：各缸喷油时刻不可能最佳。除1、4缸喷油正时较好之外，2、3缸喷射的燃油在进气门附近将要停留较长时间，其混合气雾化质量必然降低。因此，仅早期研制的燃油喷射系统采用，现在汽车已很少采用。第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程二、喷油正时控制2、异步喷油正时控制（1）起动时异步喷油正时控制（2）加速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。具有起动异步喷油功能的电控燃油喷射系统，在起动开关（STA）处于接触状态时，ECU接收到第一个凸轮轴位置传感器（CMPS）信号（G信号），接收到第一个曲轴位置传感器时的（CKPS）信号（Ne信号）时，开始进行起动时的异步喷油。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（IDL信号）从接通到断开时，增加一次固定量的喷油。在有些电控燃油喷射系统中，ECU接收到的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。第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程三、喷油量控制喷油量控制是电控燃油喷射系统最主要的控制功能之一。其目的是使发动机在各种运行工况下，都能获得最佳的混合气浓度，以提高发动机的经济性和降低排放污染。喷油量的控制大致可分为起动控制、基本喷油量控制、加减速控制、怠速控制和空燃比反馈控制等等。当喷油器的结构和喷油压差一定时，喷油量的多少就取决于喷油时间。在汽油机电控燃油喷射系统中，喷油量的控制是通过对喷油器喷油时间的控制来实现的。发动机工况不同，对混合气浓度的要求也不相同。特别是冷起动、怠速、急加减速等特殊工况，对混合气浓度都有特殊要求。第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程◆发动机起动时喷油量的控制（如图9-25）起动发动机时，起动机驱动发动机运转，其转速很低（50r/min左右）且波动较大，导致反映进气量的空气流量信号或进气压力信号误差较大。第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程◆发动机起动后喷油量的控制（如图9-27）在发动机运转过程中，喷油器的总喷油量由基本喷油量、喷油修正量和喷油增量三部分组成第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程四、燃油停供控制燃油停供控制（断油控制）是电控单元ECU在某些特殊工况下，暂时中断燃油喷射，以满足发动机运行的特殊要求，断油控制包括发动机超速断油控制、减速断油控制和清除溢流控制等。。◆超速断油控制第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程四、燃油停供控制◆超速断油控制在发动机运行过程中，ECU随时都将曲轴位置传感器测得的发动机实际转速与存储器中存储的极限转速进行比较。当实际转速达到或超过极限转速80~100r/min（Motronic控制系统为80r/min）时，ECU就发出停止喷油指令，控制喷油器停止喷油，限制发动机转速进一步升高。喷油器停止喷油后，发动机转速将降低。当发动机转速下降至低于极限转速80~100r/min时，ECU将控制喷油器恢复喷油，极限转速控制曲线如图9-32所示第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程四、燃油停供控制◆减速断油控制减速断油的控制过程是ECU根据节气门位置、发动机转速和冷却液温度传感器信号。减速断油判断是否满足应具备的三个条件：节气门位置传感器的怠速触点闭合；冷却液温度已经达到正常温度；发动机转速高于某一转速。该转速称为燃油停供转速，其值由ECU根据发动机温度、负荷等参数确定。第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程四、燃油停供控制◆清除溢流控制在装备燃油喷射式发动机的汽车上，起动时喷射系统将向发动机供给很浓的混合气。如果多次起动未能成功，那么淤积在气缸内的浓混合气就会浸湿火花塞，使其不能跳火而导致发动机不能起动。火花塞被混合气浸湿的现象称为“溢流”或“淹缸”。清除溢流功能就是将发动机油门踏板踩到底，接通起动开关起动发动机时，ECU自动控制喷油器中断喷油，以便排除气缸内的燃油蒸汽，使火花塞干燥，从而能够跳火。当驾驶员踩下油门而发动机又不能起动时，可利用电控系统的清除溢流功能先将溢流清除，然后再进行起动。第九章发动机电控燃油喷射系统第四节电控燃油喷射系统的控制过程四、燃油停供控制◆清除溢流控制电控系统清除溢流控制条件：点火开关处于起动位置；节气门全开；发动机转速低于500r/min。◆减扭矩断油控制在配装电子控制自动变速器的汽车上，当行驶中变速器自动升挡时，变速器ECU会向燃油喷射系统ECU发出一个减扭矩信号。燃油喷射ECU接收到这一信号后，将立即发出控制指令，暂时中断个别气缸喷油，降低发动机转速，以便减轻换挡冲击，这种控制功能称为减扭矩断油控制。第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理一、空气供给系统的组成元件电控燃油喷射发动机空气供给系统基本相同，主要组成元件包括空气滤清器、节气门体和进气管，如图9-34。第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理一、空气供给系统的组成元件◆节气门体节气门体安装在进气管中，用以控制发动机正常运行工况下的进气量。节气门体主要由节气门和怠速空气道等组成，如图9-35。由于电控燃油喷射发动机怠速运转时，一般将节气门完全关闭，所以专门设有怠速空气道，以供给发动机怠速时所需的空气。怠速空气道由ECU通过怠速控制阀控制。第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理二、燃油供给系统的组成元件与控制电路各种发动机的燃油供给系统基本相同，都是由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、脉动阻尼器及油管等组成。如图9-36所示。第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理二、燃油供给系统的组成元件与控制电路1、燃油泵控制电路不同车型采用的燃油泵控制电路也不同，但主要分为以下三种类型：（1）ECU控制的燃油泵控制电路此种控制电路主要应用在装用D型EFI和装用热式或卡门旋涡式空气流量计的L型EFI系统中，以日本丰田皇冠3.0轿车为例来说明燃油泵的控制电路，如图9-37所示。第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理二、燃油供给系统的组成元件与控制电路（2）燃油泵开关控制的燃油泵控制电路此种控制电路用于装用叶片式空气流量计的L型EFI系统，以日本丰田凌志ES300轿车为例来说明燃油泵控制电路，如图9-38。1、燃油泵控制电路第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理二、燃油供给系统的组成元件与控制电路（3）燃油泵继电器控制的燃油泵控制电路此种控制电路可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供电线路，从而控制燃油泵工作转速。以日本丰田凌志LS400轿车为例来说明燃油泵的控制电路，如图9-39。1、燃油泵控制电路第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理二、燃油供给系统的组成元件与控制电路2、燃油压力控制阀电路此种在部分车型上，燃油压力调节器与进气管连接的真空管路中装有一个真空开关阀（VSV阀），又称燃油压力控制阀，此阀是由ECU控制的电磁阀。日本丰田凌志LS400轿车燃油压力控制阀控制原理及电路如图9-40所示。第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理三、控制系统主要元件的构造与原理1、传感器（1）空气流量计（MAF）在L型电控燃油喷射系统中，由空气流量计测量发动机的进气量，并将进气量信号输入ECU。根据空气流量计的测量原理不同，空气流量计可分为叶片式、热式和卡门旋涡式三种类型。20世纪90年代我国进口的日本丰田凌志ES300、子弹头（PREVIA）等轿车仍采用叶片式空气流量计，测量叶片和缓冲叶片制成一体，安装在空气流量计壳体内的转轴上，转轴的一端装有回位弹簧，电位计安装在空气流量计壳体的上方，电位计的滑动触点与测量叶片为同轴结构。①叶片式空气流量计第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理三、控制系统主要元件的构造与原理1、传感器（1）空气流量计（MAF）①叶片式空气流量计第九章发动机电控燃油喷射系统第五节电控燃油喷射系统的主要元件的结构和原理三、控制系统主要元件的构造与原理1、传感器（1）空气流量计（MAF）②热式空气流量计热式空气流量计的主要元件是热线电阻，可分为热线式和热膜式两种类型，其结构和工作原理基本相同。热线式空气流量计主要由防护网、采样管、热线