第三章 汽车电子控制技术

第三章第一节汽油喷射系统概述第二节空气供给系统第三节汽油供给系统第四节电控汽油喷射系统第一节汽油喷射系统概述一、发动机汽油喷射的发展过程二、汽油发动机电控系统的基本组成及功用三、电控汽油喷射系统分类四、缸内直喷式汽油机系统五、电控汽油喷射发动机的优点一、发动机汽油喷射的发展过程二次大战后，汽油喷射技术才逐渐应用汽车发动机。１９５２年，德国Ｄａｉｍｌｅｒ-Ｂｅｎｚ３００L型赛车装用了博世公司(Bosch)生产的第一台机械式汽油喷射装置，它采用气动式混合气调节器控制空燃比，向气缸内直接喷射。１９５８年，德国Mercedes-Benｚ′２２０S型轿车装备了博世公司和库格菲舍尔(Kugerfischer)公司共同研制和生产的带油量分配器的进气管汽油喷射装置。２０世纪６０年代以前，车用汽油喷射装置大多数采用机械式柱塞喷射泵，其结构和工作原理与柴油机喷油泵十分相似，控制功能也是借助于机械装置实现的，结构复杂，价格昂贵，因此发展缓慢，技术上无重大突破，应用范围也仅仅局限于赛车和为数不多的追求高速和大功率的豪华型轿车上。在车用汽油发动机领域内化油器仍占有绝对优势。二、汽油发动机电控系统的基本组成及功用１.空气供给系统２.汽油供给系统３.电控系统１.空气供给系统图３-１空气供给系统１—空气滤清器２—空气流量计３—节气门４—怠速控制阀２.汽油供给系统图３-２汽油供给系统１—汽油压力脉动减振器２—汽油滤清器３—汽油泵４—汽油压力调节器５—冷起动喷油器６—点火开关７—喷油器８—ECU３.电控系统图３-３电子控制系统三、电控汽油喷射系统分类１.按有无反馈分类２.按喷油器安装部位分类３.按汽油的喷射方式分类４.按进气量的检测方式分类５.按喷射时序分类６.按结构分类７.按空气量的检测方式分类１.按有无反馈分类(１)开环控制该控制是指在发动机运行中，ECU检测发动机的各输入信号，并查出发动机ECU中固有的相应的控制参数，输出控制信号。(２)闭环控制该控制是指ECU控制的结果反馈给ECU，ECU再根据发动机实际运行状况决定控制量的增减。２.按喷油器安装部位分类图３-４喷油器安装位置示意图a)单点汽油喷射系统b)多点汽油喷射系统１—节气门上带有喷油器２—混合气３—喷油器４—节气门５—空气６—对进气门喷油３.按汽油的喷射方式分类(１)缸内喷射该喷射方式是将汽油直接喷射到气缸内。(２)进气管喷射该喷射方式是目前普遍采用的喷射方式。４.按进气量的检测方式分类(１)直接式检测方式该方式是由空气流量计直接测量进入进气总管的空气量，这种方式也称为质量流量控制型，K型和L型汽油喷射系统均属于这种类型。(２)间接式检测方式该方式不是直接检测空气量，而是根据发动机转速及其他参数，推算出吸入的空气量，现在采用的有两种方式：一种是根据进气管压力和发动机转速，推算出吸入的空气量，并计算适量的燃料量的速度密度，这种方式也称为速度密度控制型，例如D型汽油喷射系统。５.按喷射时序分类图３-５喷油器喷射时序a)同时喷射b)顺序喷射c)分组喷射６.按结构分类表３-１汽油喷射系统按结构分类６.按结构分类图３-6机械式汽油喷射系统１—速度继电器２—热限时开关３—节气门位置开关４—喷油器５—冷起动喷油器６—汽油分配器７—暖机调节器８—汽油箱９—电动汽油泵１０—蓄能器１１—汽油滤清器１２—最高转速切断阀１３—辅助空气阀１４—混合气控制器６.按结构分类图３-７机电结合式汽油喷射系统１—冷却液温度传感器２—热限时开关３—喷油器４—冷起动喷油器５—汽油分配器６—电液式压差调节器７—油压调节器８—混合气控制器９—汽油滤清器１０—汽油箱１１—电动汽油泵１２—蓄能器１３—节气门位置开关１４—怠速空气调整器７.按空气量的检测方式分类308.tif７.按空气量的检测方式分类图３-９支管压力计量式电控汽油喷射系统１—喷油器２—冷起动喷油器３—汽油压力调节器４—ECU５—节气门位置传感器６—怠速空气调整器７—支管压力传感器８—汽油泵９—汽油滤清器１０—冷却液温度传感器１１—热限时开关７.按空气量的检测方式分类图３-１０叶片式电控汽油喷射系统１—冷却液温度传感器２—节气门位置开关３—喷油器４—油压调节器５—空气流量计６—汽油滤清器７—汽油箱８—电动汽油泵９—ECU１０—辅助空气阀(空气调整器)７.按空气量的检测方式分类图３-１１热线式电控汽油喷射系统１—冷却液温度传感器２—节气门位置开关３—氧传感器４—喷油器５—油压调节器６—热线式空气流量计７—汽油箱８—电动汽油泵９—汽油滤清器１０—怠速控制阀四、缸内直喷式汽油机系统１.福特PROCO稀薄燃烧系统２.丰田D—４稀薄燃烧系统３.三菱４G稀薄燃烧系统１.福特PROCO稀薄燃烧系统图３-１２福特PROCO稀薄燃烧系统１—喷油器２—火花塞３—低热惯性排气支管４—活塞２.丰田D—４稀薄燃烧系统图３-１３丰田D—４稀薄燃烧系统组成１—唇状燃烧室２—螺旋进气道３—高压旋流喷油器４—电控节流阀５—电控EGR阀６—高压油泵７—三元催化器３.三菱４G稀薄燃烧系统图３-１４三菱４G稀薄燃烧系统组成１—高压燃料泵２—立式进气管３—高压旋流喷油器４—弯曲顶面活塞五、电控汽油喷射发动机的优点１)在进气系统中，由于没有像化油器供油那样的喉管部位，进气压力损失较小。２)在汽车加减速行驶的过渡运转阶段，空燃比控制系统能够迅速响应，使汽车加减速反应灵敏。３)当汽车在不同地区行驶时，对大气压力或外界环境温度变化引起的空气密度变化，可以进行适量的空燃比修正。４)在发动机起动时，可以用ECU计算出起动供油量，并且能使发动机顺利经过暖机运转。５)能提供各种工况下最适当的混合气空燃比，且汽油雾化好，各缸分配均匀，使燃烧效率提高。６)减速断油功能，亦能降低排放，节省汽油。图３-１６喷油器使各缸喷油量相同第二节空气供给系统一、空气供给系统的组成二、空气供给系统的主要零件一、空气供给系统的组成空气供给系统的作用是测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量。以L型系统为例(图３-１７)，空气经空滤器后，用空气流量计测量，通过节气门体进入进气总管，再分配到各进气支管。在进气支管内，从喷油器喷出的汽油和空气混合后被吸入气缸内燃烧。二、空气供给系统的主要零件１.节气门体与怠速调整螺钉节气门体由节气门、旁通气道等组成(图３-１９、图３-２０)。节气门用来控制发动机正常运行工况下的进气量。由于EFI系统在发动机怠速时通常将节气门全关，故设一旁通气道，在发动机怠速时供给少量空气。节气门位置传感器装在节气门轴上，用以检测节气门开启的角度。有的节气门体上装有节气门缓冲器。为防止寒冷季节流经节气门体的空气中的水分在节气门体上冻结，有些节气门体上设有使发动机冷却液流经的管路。２.怠速空气调整器(空气阀)怠速空气调整器的功用：一是稳定发动机的怠速转速，从而降低汽车怠速行速时的汽油消耗量；二是发动机在怠速运行时，若负荷增大，如接通空调、动力转向和液力变矩器等，则提高怠速转速(快怠速)，以防止发动机熄火。它是通过控制节气门旁通道的方式来实现怠速调整的。３.进气管进气管包括进气总管和进气支管。第三节汽油供给系统一、汽油供给系统组成二、电动汽油泵的构造和工作原理三、汽油压力调节器的构造和工作原理四、汽油滤清器及脉动减振器五、电磁喷油器六、冷起动喷油器和热限时开关七、汽油分配管总成一、汽油供给系统组成图３-２７具有脉动阻尼器的汽油供给系统(汽油泵置于汽油箱内)一、汽油供给系统组成图３-２８汽油泵的外形二、电动汽油泵的构造和工作原理１.滚柱式电动汽油泵２.涡轮式电动汽油泵３.转子式和叶片式电动汽油泵４.电动汽油泵的性能改善５.通用别克车的汽油泵及汽油箱１.滚柱式电动汽油泵图３-２９滚柱式电动汽油泵结构示意图１—安全阀２—滚柱泵３—驱动电动机４—单向阀A—进油口B—出油口２.涡轮式电动汽油泵涡轮式电动汽油泵属内装泵，主要由驱动电动机、涡轮泵、单向阀和安全阀等组成。３.转子式和叶片式电动汽油泵转子式汽油泵工作原理与滚柱式十分类似，主要是利用内外转子啮合过程中腔室容积大小的变化，将汽油以一定的压力泵出。由于泵腔数目较多，因而出油压力波动较滚柱式小。４.电动汽油泵的性能改善(１)改进滚柱滚道的廓线传统滚柱泵的滚道轮廓线是偏心圆，在排油和吸油换相交替瞬间，泵室容积突然变化，汽油由高度压缩突变到泵室出现真空，这是产生噪声的根源。(２)改进涡轮泵叶片设计涡轮泵叶轮上均匀分布的叶片和泵壳之间的相互作用力可能会产生能被人的耳朵感觉到的窄频带音调。(３)采用特殊的阻尼装置在汽油泵吸油口采用充气软塑料空心垫，或者在汽油泵出油口采用一种专用的弹簧膜片式阻尼器，可将压力波动降低到原先的２０％～１０％，噪声可相应降低１４～２０dB。(４)采用双级泵的结构形式由于汽油极易挥发，加上油泵工作时温度升高和吸油时产生局部真空，更助长了汽油的汽化，特别是汽油泵吸油腔内存在的气泡，将使泵油量明显减少，从而导致输油压力的波动。三、汽油压力调节器的构造和工作原理１.基本结构及工作原理２.通用别克车汽油压力调节器１.基本结构及工作原理汽油压力调节器的主要功用是：使系统油压(即供油总管内油压)与进气支管压力之差保持常数，一般为２５０kPa。这样，从喷油器喷出的汽油量便唯一地取定于喷油器的开启时间。ECU提供给电磁喷油器通电信号的时间长度，专业术语称为喷油脉冲宽度，简称喷油脉宽(单位ms)。２.通用别克车汽油压力调节器带有真空控制的复合式的汽油压力调节器位于汽油分配管回油侧。该装置的目的是使MFI系统和施加在各喷油器的汽油压力保持恒定。四、汽油滤清器及脉动减振器１.汽油滤清器２.汽油压力脉动减振器五、电磁喷油器１.轴针式电磁喷油器２.球阀式电磁喷油器３.片阀式电磁喷油器４.单点喷射系统用电磁喷油器５.通用别克的喷油器１.轴针式电磁喷油器图３-４１轴针式电磁喷油器a)结构图b)连接图１—滤网２—电接头３—磁化线圈４—衔铁５—针阀６—喷油轴针７—汽油分配管８—保险夹头９—上密封圈１０—下密封圈２.球阀式电磁喷油器图３-４２球阀式电磁喷油器１—弹簧２—阀针３—阀座４—喷孔５—护套６—挡块７—衔铁８—喷油器体９—磁化线圈１０—盖２.球阀式电磁喷油器图３-４４片阀式电磁喷油器１—喷嘴套２—阀座３—挡圈４—喷油器体５—铁心６—汽油滤清器７—调压滑阀８—弹簧９—磁化线圈１０—限位阀１１—阀片２.球阀式电磁喷油器图３-４３同等级的球阀式与轴针式阀针的比较１—钢球２—导杆３—衔铁４—轴针３.片阀式电磁喷油器图３-４６中央喷射单元结构１—压力调节器２—进气温度传感器３—电磁喷油器４—节气门体５—节气门３.片阀式电磁喷油器图３-４５阀片工作情况a)阀片静止在阀座上b)阀片抬离阀座直至抵住挡圈c)阀片离开挡圈落座１—挡圈２—弹簧３—铁心４—挡圈５—阀片６—阀座４.单点喷射系统用电磁喷油器图３-４７Bosch公司的单点式电磁喷油器１—电接头２—磁化线圈３—球形阀４—斜置的喷油孔５—汽油的流向４.单点喷射系统用电磁喷油器图３-４８Pierburg公司单点式电磁喷油器１—电接头２—中央铁心３—滤网４—磁化线圈５—针阀开启行程６—针阀７—阀座８—阀弹簧９—进油口１０—出油口５.通用别克的喷油器图３-４９Bosch和Multec喷油器１—喷孔２—针阀３—电气连接４—上部O形密封圈５—进油滤清器６—电磁阀绕组７—下部O形密封圈８—导向板９—阀芯弹簧１０—喷头１１—球—座阀图３-４９Bosch和Multec喷油器１—喷孔２—针阀３—电气连接４—上部O形密封圈５—进油滤清器６—电磁阀绕组７—下部O形密封圈８—导向板９—阀芯弹簧１０—喷头１１—球—座阀５.通用别克的喷油器图３-５０冷起动喷油器结构１—电接头２—磁化线圈３—阀门弹簧４—阀门５—旋流式喷嘴第四节电控汽油喷射系统一、汽油泵控制二、喷油器控制三、喷油量的控制一、汽油泵控制(一)采用汽油泵开关控制的汽油泵控制电路(二)ECU控制的汽油泵控制电路(三)具有转速控制的汽油泵控制电路(一)采用汽油泵开关控制的汽油泵控制电路图３-５３汽油泵控制电路(L型)(二)ECU控制的汽油泵控制电路图３