汽车电子第二课汽油机电控燃油喷射系统.ppt

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1、电控燃油喷射系统简介 电控燃油喷射系统的功能原理 电控燃油喷射系统的组成,第二章汽油机电控燃油喷射系统,电控燃油喷射系统简介,电控燃油油喷射系统（Electric fuel injection,EFI）是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经ECU的判断、计算，使发动机在不同工况下，均能获得合适浓度的可燃混合气。电子控制喷油系统是通过空气流量计、绝对压力传感器和发动机转速信号来确定基本喷油量(由喷油时间决定），电子控制单元根据各种传感器的信号进行判断、计算、修正控制喷油器喷油的持续时间，使发动机获得该工况下运行所需的最佳可燃混合气浓度。,电控汽油喷射发动机简介,燃油喷射控制系统是由传感器、电子

2、控制单元和执行器组成。其核心是电子控制单元。电子控制单元通过进气歧管绝对压力传感器或空气流量计的信号计算进气量，并根据进气量和发动机的转速获得基本喷油持续时间，然后通过冷动水温度、进气温度、节气门开启角度、电瓶电压等各种工作参数进行修正，得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油持续时间。,电控汽油喷射发动机简介,电控汽油喷射发动机简介,电控汽油喷射发动机简介,按喷射时刻分:,按喷射位置分:,按喷射压力分:,电控燃油喷射系统简介 电控燃油喷射系统的功能原理 电控燃油喷射系统的组成,第二章汽油机电控燃油喷射系统,喷油正时控制就是喷油器何时开始喷油。单点喷射系统只有一只或两只喷油器，安装在节气门体上，发

3、动机一旦工作就连续喷油。多点燃油喷射系统每个气缸配有一只喷油器，安装在燃油分配管上。根据燃油喷射时序不同，又分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种喷射方式。,喷油正时控制,：,同时喷射正时控制,发动机工作时,ECU根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器输入的基准信号发出喷油指令,控制功率管导通与截止,继而控制喷油器电磁线圈电流的通断,使各缸喷油器同时喷油和停止喷油。曲轴每转一圈,各缸喷油器同时喷油一次,一次喷油量为发动机一次燃烧需要燃油量的1/2,喷油正时与发动机工作循环无关。优点：控制电路和控制程序简单，通用性较好。缺点：各缸喷油时刻不可能最佳，已很少采用。,同时喷射正时控制：,分组喷射正时控制

4、：,将喷油器喷油分组进行控制,一般将四缸发动机分成二组，六缸发动机分成三组，八缸发动机分成四组。发动机工作时,由ECU控制各组喷油器轮流喷油。发动机每转一圈，只有一组喷油器喷油。,顺序喷射正时控制：,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）和发动机的作功顺序，确定各缸工作位置。当确定某缸活塞运行即至压缩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。,优点：各缸喷油时刻均可设计在最佳时刻。已普遍采用。缺点：控制电路和控制软件较复杂。,目的：发动机工况不同，对混合气浓度的要求也不相同。为使发动机在各种运行工况下，都能获得最佳的

5、混合气浓度，以提高发动机的经济性和降低排放污染，需要对喷油量进行控制。方式：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(喷油触发脉冲宽度)的控制来实现的。,喷油量控制,在发动机冷起动时，ECU不是以空气流量传感器信号或进气压力信号作为计算喷油量的依据，而是根据冷却液温度传感器信号确定基本喷油量,然后根据进气温度及电压修正。原因：起动时，发动机转速很低且波动较大，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。,1、起动时的喷油量控制：,1、起动时的喷油量控制：,实际喷油时刻晚于ECU发出喷油指令时刻，会使喷油

6、量不足蓄电池电压越低，喷油滞后时间越长，电压修 正喷油时间（TB）越长,2、起动后的喷油量控制：,总喷油量=基本喷油量+喷油修正量+喷油增量 基本喷油量由进气量传感器（空气流量传感器或歧管压力传感器）和曲轴位置传感器（发动机转速传感器）信号计算确定；喷油修正量由与进气量有关的进气温度、大气压力、氧传感器等传感器信号和蓄电池电压信号计算确定；喷油增量由反映发动机工况的点火开关信号、冷却液温度和节气门位置等传感器信号计算确定。,2、起动后的喷油量控制：,2、起动后的喷油量控制：,（1）基本喷油量的控制：,进气温度的修正：目的：进气温度变化空气密度变化进气量变化。(体积相同时，温度升高，质量降低。)

7、对于采用进气压力传感器或体积流量传感器的喷射系统，在传感器信号相同的情况下，进入发动机的空气质量将随空气温度升高而减小。为此，需要ECU根据进气温度和大气压力的信号，对喷油量进行修正，使发动机在各种运行条件下，都能获得最佳的喷油量。,（2）喷油修正量的控制：,修正方式:当进气温度高于20时，ECU将确定修正系数小于1，适当减少喷油量（缩短喷油时间）进行修正；反之，当进气温度低于20时，ECU将确定修正系数大于1，适当增加喷油量（延长喷油时间）进行修正。,（2）喷油修正量的控制：,大气压力的修正：目的：大气压力变化空气密度变化进气量变化。为此，ECU将根据大气压力传感器输入的信号，对喷油量（喷油

8、时间）进行适当修正。,（2）喷油修正量的控制：,修正方式:当大气压力低于101kPa时，ECU将减小修正系数，使喷油量减少（缩短喷油时间）进行修正，避免混合气过浓和油耗过高。反之，当大气压力高于101kPa时，ECU将适当增加喷油量（延长喷油时间）进行修正。,空燃比（AF）的修正：不同工况时，发动机空燃比不同,发动机不同转速和负荷时的最佳空燃比预先通过台架试验测试求得并存储在只读存储器ROM中。发动机工作时，ECU根据曲轴位置传感器、空气流量传感器和节气门位置传感器等信号，从空燃比脉谱图中查询出最佳的空燃比修正系数对空燃比进行修正。,（2）喷油修正量的控制：,空燃比反馈控制修正(氧气含量修正)

9、目的：试验证明：当混合气的空燃比控制在理论空燃比14.7）附近时，三元（HC、CO、NOx）催化转换器转换效率最高。如果仅仅利用空气流量传感器和发动机转速传感器计算求得充气量，那么很难将空燃比控制在理论空燃比（14.7）附近。,（2）喷油修正量的控制：,修正方式:许多电控发动机都配装了三元催化转换器和氧传感器，借助于安装在排气管上的氧传感器反馈的空燃比信号，对喷油脉冲宽度进行反馈优化控制，将空燃比精确控制在理论空燃比（14.7）附近，再利用三元催化转换器将排气中的三种主要有害成分HC、CO、NOX转化为无害成分。,（2）喷油修正量的控制：,在下述情况下，ECU对空燃比不进行反馈控制：发动机起动

10、工况；发动机起动后暖机工况（4s）；发动机大负荷工况；加速工况；减速工况；氧传感器温度低于正常工作温度；氧传感器输入ECU的信号电压持续10s以上时间保持不变。,（2）喷油修正量的控制：,电源电压的修正：目的：喷油器的电磁线圈为感性负载，其电流按指数规律变化，因此当喷油脉冲到来时，喷油器阀门开启和关闭都将滞后一定时间。蓄电池电压的高低对喷油器开启滞后时间影响较大，电压越低，开启滞后时间越长，在控制脉冲占空比相同的情况下，实际喷油量就会减小，为此必须进行修正。,（2）喷油修正量的控制：,修正方式：修正喷油量时，ECU以14V电压为基准。当蓄电池输入ECU的电压低于 14V时，ECU将增大喷油脉冲

11、的占空比，即增大修正系数，使喷油器的喷油时间增长；反之，当蓄电池电压升高时，ECU将减小占空比，即减小修正系数，使喷油时间缩短。,（2）喷油修正量的控制：,启动后喷油增量的修正：目的：发动机冷车启动后，由于低温混合气雾化不良，燃油会在进气管上沉积而导致混合气变稀，发动机运转不稳甚至熄火。修正方式：为此在启动后的短时间内，必须增加喷油量，使混合气加浓，保证发动机稳定运转而不致熄火。喷油增量比例的大小取决于启动时发动机的温度，并随启动后时间的增长而逐渐减小至1。,（3）喷油增量的控制,启动后喷油增量的修正：,（3）喷油增量的控制,冷却液温度的修正：冷却液温度的修正是指暖机过程中冷却液温度的修正。目

12、的：在冷车起动结束后的暖机过程中，发动机温度较低，燃油雾化较差，部分燃油凝结在进气管和气缸壁上，会使混合气变稀，燃烧不稳定。因此在暖机过程中；必须增加喷油量，其燃油增量的比例取决于冷却水温度传感器。,（3）喷油增量的控制,修正方式：ECU根据水温传感器信号，通过加大喷油脉冲宽度（占空比）进行暖车加浓。随着发动机冷却水温的升高，喷油脉冲的占空比将逐渐减小，直到发动机冷却水温超过60后才停止加浓，喷油增量比例逐渐减小至1。,（3）喷油增量的控制,冷却液温度的修正：,（3）喷油增量的控制,加速时喷油增量的修正：目的：当汽车加速时，为了保证发动机能够输出足够的扭矩，改善加速性能，必须增大喷油量。,（3

13、）喷油增量的控制,修正方式：在发动机运转过程中，ECU将根据节气门位置传感器信号和进气量传感器信号的变化速率，判定发动机是否处于加速工况。汽车加速时，节气门增大，与此同时，空气流量突然增大，歧管压力突然增大，进气量传感器信号突然升高，ECU接收到这些信号后，立即发出增大喷油量的控制指令，使混合气加浓。燃油增量比例大小与加浓时间取决于加速时发动机冷却液的温度。冷却液温度越低，燃油增量比例越大，加浓持续时间越长。,（3）喷油增量的控制,加速时喷油增量的修正：,（3）喷油增量的控制,1、减速断油控制：（1）目的：当汽车在高速行驶中突然松开油门踏板减速时，发动机将在汽车惯性力的作用下高速旋转。由于节气

14、门已经关闭，进入气缸的空气很少，如不停止喷油，混合气将会很浓而导致燃烧不完全，排气中的有害气体成分将急剧增加。,三、燃油停供控制,（2）控制过程：,1、减速断油控制：,当条件满足时，ECU立即发出停止喷油指令，控制喷油器停止喷油。当喷油停止、发动机转速降低到燃油复供转速或怠速触点断开时，ECU 即发出指令，控制喷油器恢复供油。燃油停供转速和复供转速与冷却液温度和发电机负荷有关。冷却液温度越低、发动机负荷越大（如空调接通），燃油停供转速和复供转速就越高。,1、减速断油控制：,（1）目的：当发动机转速超过允许的极限转速时，ECU就控制喷油器中断燃油喷射，防止发动机超速运转而损坏机件。,2、限速断油

15、控制：,（2）控制方式：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(7000-8000rmin)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80-100rmin时，ECU将控制喷油器恢复喷油。,2、限速断油控制：,电控燃油喷射系统简介 电控燃油喷射系统的功能原理 电控燃油喷射系统的组成,第二章汽油机电控燃油喷射系统,电控燃油喷射系统的组成,电控燃油喷射系统的组成,工作情况：,燃油供给系统：,燃油路径为：汽油箱汽

16、油泵输油管汽油滤清器燃油分配管喷油器。回油路径为：汽油箱汽油泵输油管汽油滤清器燃油分配管油压调节器回油管油箱。,燃油供给系统：,（1）齿轮式电动 燃油泵：由燃油泵电动机、叶片、出油阀、卸压阀等组成。,一、电动燃油泵,工作原理：叶轮是一个圆形平板，在平板的圆周上加工有小槽，形成泵油叶片。叶轮旋转时，小槽内的汽油随同叶轮一同高速旋转。由于离心力的作用，使出口处油压增高，而在进口处产生真空，从而使汽油从进口吸入，从出口排出。优点：泵油量大、泵油压力高（600kPa以上）、供油压力稳定、运转噪声小、使用寿命长，应用广泛。,止回阀可在燃油泵不工作时，阻止燃 油倒流回油箱，这样可保持油 路中有一定的残余压

17、力，便于 下次起动。安全阀燃油泵输出油压达到 0.4MPa 时，卸压阀开启，以防止输油 压力过高。,一、电动燃油泵,（2）滚柱式电动燃油泵：由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成。,一、电动燃油泵,1-卸压阀；2-滚柱泵；3-电动机；4-出油阀；5-进油口；6-出油口。,工作原理：,一、电动燃油泵,转子偏心地安装在泵体内，滚柱装在转子的凹槽中。当转子旋转时，滚柱在离心力的作用下紧压在泵体的内表面上；同时在惯性力的作用下，滚柱总是与转子凹槽的一个侧面贴紧，从而形成若干个工作腔。,在汽油泵工作过程中，进油口一侧的工作腔容积增大，成为低压吸油腔，汽油经进油口被吸入工作腔内。在出油口一侧的

18、工作腔容积减小，成为高压油腔，高压汽油从压油腔经出油口流出。,缺点：输油压力波动较大，在出油端必须安装阻尼减振器，这使得燃油泵体积增大，故一般都安装在油箱外面，属外置式。,一、电动燃油泵,1、功用：滤除燃油中的杂质和水分，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，以保证发动机正常工作。2、安装：燃油滤清器安装在燃油泵之后的高压油路中。,二、燃油滤清器,3、构造及工作原理：,二、燃油滤清器,1、功用：衰减喷油器喷油时引起的燃油压力脉动及喷油脉动压力，使燃油系统压力保持稳定。2、安装：安装在输油管的一端。,三、脉动阻尼器,3、构造及工作原理：,三、脉动阻尼器,1-膜片弹簧；2-膜片；3-出油口；4-进油口。

19、,1、功用：调节燃油压力，使喷油压差（喷油器内压力与进气歧管之间压力差）保持恒定。2、安装：安装在输油管的一端。,四、燃油压力调节器,四、燃油压力调节器,3、构造及工作原理：,四、燃油压力调节器,1、功用：固定喷油器和油压调节器，并将汽油分配给各个喷油器。2、安装：安装在发动机进气歧管上部。又称为供油总管或油轨。,五、燃油分配管,五、燃油分配管,3、构造及工作原理：,六、喷油嘴,喷油器是电磁阀式的。当喷油器不工作时，针阀在回位弹簧作用下将喷油孔封住。当ECU的喷油控制信号将喷油器的电磁线圈与电源回路接通时，针阀才在电磁力的吸引下克服弹簧压力、摩擦力和自身重量，从静止位置往上升起，燃油经针阀头部

20、的轴针和喷孔之间的环形间隙高速喷射，并形成雾化。,六、喷油嘴,喷油器分类,工作情况：,空气供给系统,D型,L型,1、D型 EFI空气供给系统：,空气供给系统,1-空气滤清器；2-稳压箱；3-节气门体；4-进气控制阀；5-进气室；6-真空罐；7-电磁真空阀；8-真空驱动器；9-怠速控制阀。,2、L型 EFI空气供给系统：,空气供给系统,1-空气滤清器；2-空气流量计；3-进气连接管4-节气门体；5-进气室。,D型多点喷射系统节气门体：,空气供给系统基本元件的构造,1-节气门体衬垫；2-节气门限位螺钉；3-螺钉孔护套；4-节气门体；5-加热水管；6-节气门位置传感器；7-螺钉；8-怠速控制阀；9-

21、O型密封圈；10-螺钉。,L型多点喷射系统节气门体：,空气供给系统基本元件的构造,1-空气流量计；2-怠速控制阀；3-节气门位置传感器。,单点喷射系统节气门体：,空气供给系统基本元件的构造,1-进油管接头；2-喷油器；3-燃油压力调节器；4-回油管接头；5-怠速控制阀；6-节气门位置传感器；7-真空管接头；8-活性炭罐管接头。,Throttle Position Sensor,ETCS-A No-contact type throttle position sensor is used,Throttle Control Motor,Reduction Gears,Throttle Valve,

22、Hall ICs,Magnets,空气供给系统基本元件的构造,进气管：（1）多点电控燃油喷射式发动机：进气总管和进气歧管有：整体式 分开式（2）单点燃油喷射系统的发动机：进气管与化油器式发动机进气管的要求和结构基本相同。,空气供给系统基本元件的构造,进气管：,空气供给系统基本元件的构造,空气传感器：进气管绝对压力传感器,空气供给系统基本元件的构造,节气门位置传感器,空气供给系统基本元件的构造,1）功能检测节气门开度转换为电压信号传递给ECU 判定发动机运转工况的依据（2）类型线性输出型(滑动电阻式)开关量输出型(触点式,电磁感应式，霍尔效应式),节气门位置传感器：滑动电位计式,空气供给系统基本

23、元件的构造,输出电压随节气门开度的增大而线性增大当节气门完全关闭时，怠速触点闭合，发动机处于怠速状态,节气门位置传感器：触点式,空气供给系统基本元件的构造,怠速工况,大负荷工况,传感器有开和关两种信号怠速触点闭合：节气门全闭，发动机处于怠速状态全开触点闭合：节气门开度50，发动机处于大负荷状态,空气传感器：翼片式空气流量计,空气供给系统基本元件的构造,（1）主要件功能缓冲片：缓冲室内空气对缓冲片的阻尼作用，使翼片转动平稳；旁通空气调节螺钉：调节怠速时旁通空气量的大小，从而调节怠速混合气的成分；电位计：将翼片转动的角度转换为电信号；,空气传感器：翼片式空气流量计,空气供给系统基本元件的构造,（2

24、）工作原理翼片全关时，没有进气量，产生电压信号最强翼片打开时，进气量由小变大，产生电压信号由强变弱翼片全开时，进气量最大，产生电压信号最弱,空气传感器：热线式空气流量计,空气供给系统基本元件的构造,当进气量越大，因进气的散热使铂金热丝电阻减小，电桥平衡受到破坏。控制电路自动增大电流，增大铂金热丝电阻使电桥重新恢复平衡。因电路中电流的增大，使精密电阻的电位增大。该电位与进气量成正比，作为进气量信号电压传输给发动机ECU。,空气传感器：热线式空气流量计,空气供给系统基本元件的构造,R1、R2、RH、RK组成电桥电路。空气流过RH RH温度降低 RH电阻值减小电桥失去平衡控制电路增大流经RH的电流以

25、恢复RH的阻值，使电桥重新平衡R1两端的电压增大，此电压即为热线式空气流量计的传感信号。原理与电阻温度计类似。,空气传感器：热膜式空气流量计,空气供给系统基本元件的构造,空气传感器：卡门漩涡式空气流量计,空气供给系统基本元件的构造,卡门漩涡原理：流体流过涡流发生体时，流体会产生系列漩涡，且漩涡频率与流体流速成正比。即根据涡流的频率可计算出流体的流速。当进气管的尺寸一定时，便可计算出流体的流量。在汽车空气流量计中测量涡流频率的方法有两种：光电式和超声波式。,空气传感器：卡门漩涡式空气流量计,空气供给系统基本元件的构造,光电式传感器：由发光二极管、振动反光镜、光敏三极管组成。漩涡频率通过压力孔使振

26、动反光镜振动，光敏三极管接受因振动产生变化的光能，转化为脉冲电压信号，该脉冲信号与漩涡频率成正比,空气传感器：卡门漩涡式空气流量计,空气供给系统基本元件的构造,超声波式传感器：由超声波发射器、超声波接受器组成。漩涡频率使超声波发射器产生的超声波发生变化，超声波接受器接受该超声波转化为脉冲电压信号，该脉冲信号与漩涡频率成正比。,曲轴/凸轮轴位置和转速传感器,空气供给系统基本元件的构造,曲轴位置传感器，也称为NE信号传感器；凸轮轴位置传感器,也称为G信号传感器。G信号用于判断一缸的TDC（上止点）确定喷射正时和点火正时；发动机ECU利用NE信号检测发动机转速。,电磁感应式霍尔效应式光电式 磁控电阻

27、式韦根德效应式各向异性磁阻式巨磁阻式,曲轴位置传感器/转速传感器(电磁感应式),空气供给系统基本元件的构造,曲轴转角1信号=30转角时间/30等分发动机转速：Ne信号以2个脉冲时间（曲轴60）为基准计算和检测,曲轴/凸轮轴位置和转速传感器,空气供给系统基本元件的构造,曲轴位置传感器/转速传感器（光电式）,空气供给系统基本元件的构造,曲轴位置传感器/转速传感器（霍尔式）,空气供给系统基本元件的构造,原理：在通电的导体或半导体的电流方向的垂直方向施加磁场，在电流和磁场的垂直面方向上出现感应电压。,脉冲环前沿通过时：产生5V高电压 脉冲环后沿离开时：产生0V信号电压分电器旋转一周：高低电位各占180

28、(曲轴转角360)产生5V电压信号时：表示下一个到达上止点的是1、4缸，1缸为压缩行程，4缸为排气行程。产生0V电压信号时：表示下一个到达上止点的仍是1、4缸，但气缸工作行程与前相反。,氧传感器,空气供给系统基本元件的构造,氧传感器,空气供给系统基本元件的构造,原理：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(0.61V)，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300C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。它在约800C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。,