发动机电控燃油喷射技术

发动机电控燃油喷射技术内容摘要：

经空气过滤器过滤后，由空气流量计 (在 DJetronic 系统中为进气歧管绝对压力传感器 )计量，通过节气门体进入进气总管，再分配到各进气歧管。 在进气歧管内，从喷油器喷出的燃油与空气混合后被吸入气缸内燃烧。 一般行驶时，空气的流量由进气系统中的节气门来控制。 踩下加速踏板时，节气门打开，进入的空气量多。 怠速时，节气门关闭，空气由旁通气道通过。 怠速转速的控制是由怠速调整螺钉和怠速空气调整器调整流经旁通气道的空气量来实现的。 怠速空气调整器一般由电控单元 (ECU)控制，在气 温较低发动机暖机时，怠速空气调整器的通路打开，以供给暖机时必须给进气歧管的空气量，此时发动机转速较正常怠速高，称为快怠速。 随着发动机冷却水温升高，怠速空气调整器使旁通气道开度逐渐减小，旁通空气量亦逐渐减小，发动机转速逐渐降低至正常怠速。 （ 2）燃油系统 燃油供给系统的功能是向发动机精确提供各种工况下所需要的燃油量。 燃油系统一般由油箱、电动燃油泵、过滤器、燃油脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器、冷启动喷油器及供油总管等组成，如图 32所示。 陕西交通职业技术学院 毕业设计论文 13 图 31 进气系统 图 32 燃油系统 燃油由燃油泵从油箱中泵出，经过过滤器，除去杂质及水分后，再送至燃油脉动阻尼器，以减少其脉动。 这样具有一定压力的燃油流至供油总管，再经各供油歧管送至各缸喷油器。 喷油器根据 ECU 的喷油指令，开启喷油阀，将适量的燃油喷于进气门前，待进气行程时，再将燃油混合气吸入气缸中。 装在供油总管上的燃油压力调节器是用以调节系统油压的，目的在于保持油路内的油压约高于进气管负压 300kPa。 此外，为了改善发动机低温启动性能，有些车辆在进气歧管上安装了一个冷启动喷油器，冷启动喷油器的喷油时间由 热限时开关或者 ECU 控制。 （ 3）电子控制系统 电子控制系统的功能是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。 该系统由传感器、电控单元 (ECU)和执行器三部分组成，如图 33所示。 供给发动机的汽油量，由喷油持续时间来控制，喷油持续时间则由 ECU 通过来自进气歧管压力传感器或空气流量计的信号来计算进气量，根据进气量和转速计算出基本喷油持续时间。 然后进行温度、海拔高度、节气门开度等各种工作参数的修正，得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油时间，精确地控制喷油量。 陕西交通职业技术学院 毕业设计论文 14 基本测量用 传感器 用于检测空气量 用于检测 发动机转速 修正用 传感器 曲轴位置传感器 水温传感器 氧传感器 爆燃传感器 节气门位置传感器 其他传感器 ECU 电磁喷油器 电子点火 怠速控制 废气再循环 其他控制 图 3 3 电子控制系统 传感器是信号转换装置，安装在发动机的各个部位，其功用是检测发动机运行状态的电量参数、物理参数和化学参数等，并将这些参数转换成计算机能够识别的电信号输入ECU。 检测发动机工况的传感器有：水温传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器、车速传感器、氧传感器、爆燃传感器、空调离合器开关等。 ECU 是发动机控制系统的核心部件。 ECU 的存储器中存放了发动机各种工况的最佳喷油持续时间，在接收了各种传感器传来的信号后，经过计算确定满足发动机运转状态的燃油喷射量和喷油时间。 ECU 还可对多种信息进行处理， 实现 EFI 系统以外其他诸多方面的控制，如点火控制、怠速控制、废气再循环控制、防抱死控制等。 执行器是控制系统的执行机构，其功用是接受 ECU 输出的各种控制指令完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳工作状态，如喷油脉宽控制、点火提前角控制、怠速控制、炭罐清污、自诊断、故障备用程序启动、仪表显示等。 工作原理 电控汽油喷射系统工作原理框图，如图 34 所示。 陕西交通职业技术学院 毕业设计论文 15 图 34 电控汽油喷射系统原理框图 1— 发动机工作参数； 2— 传感器； 3 — 电控单元； 4— 喷油器 喷油器喷射到进气歧管中的汽油量，由喷油器喷 孔的横断面面积，汽油的喷射压力和喷油持续时间来决定。 为了便于控制，在实际的喷油控制系统中，喷孔的横断面面积和喷油压力都是恒定的，汽油的喷射量只取决于喷油持续时间。 喷油器的喷孔由电磁阀来开闭，电磁阀的开启时刻 (喷油开始时刻 )和开启延续时间 (喷油持续时间 )的长短，由发动机的各种参数确定。 传感器将发动机各种非电量的工况参数 (如转速、负荷、发动机冷却水及进气温度、空气流量、曲轴转角、节气门开度等 )转变为电信号，并把这些信号以信息形式送入电控单元 (ECU)，再经电控单元转化为长短不一的电脉冲信号传到喷油器，控制喷油 器打开时刻及延续时间长短，使之准确地工作。 EFI 系统的工作过程即是对喷油时间的控制过程。 装用 EFI 系统的发动机具有良好的动力性、经济性，排放污染大为降低，这都缘于空燃比的精确控制。 而这种空燃比的控制是通过对汽油喷射时间的控制实现的。 ECU 通过绝对压力传感器 (D型 EFI)或空气流量计 (L型 EFI)的信号计量空气质量，并根据计算出的空气质量与目标空燃比比较即可确定每次燃烧所必需的燃料质量。 目标空燃比即实际充入气缸的空气质量与燃烧所需要的燃料量的比值。 根据空气质量和发动机转速计算出的喷油时间称为基本喷油持续时 间。 目标空燃比是在考虑了发动机的动力性、经济性、响应性、排气净化等之后决定的，它所要求的喷油时间与基本喷油时间有差异，各种传感器检测冷却水温度、进气温度、节气门开度等与发动机工况有关的参数后，对基本喷油持续时间进行修正，确定最佳喷油持续时间，使实际喷油持续时间接近由目标空燃比确定的喷油持续时间。 （ 1） D 型 EFI 系统 图 35 所示的是 D 型 EFI 系统，该系统的工作原理如下所述。 陕西交通职业技术学院 毕业设计论文 16 图 35 歧管压力计量式电控汽油机燃油喷射系统 1— 喷油器； 2— 燃油压力调节器； 3— 电控单元 (ECU)； 4— 节气门位置传 感器； 5— 怠速空气调整器； 6— 进气压力传感器； 7— 燃油泵； 8— 滤清器； 9— 水温传感器； 10— 热限时开关。 1） 燃油压力的建立与燃油喷射方式 电控燃油喷射系统的喷油压力由燃油泵提供，燃油泵可以装在油箱外靠近油箱的地方，也可以直接安装在油箱内。 油箱内的燃油被燃油泵吸出并加压至 350kPa 左右，经燃油滤清器滤去杂质后，被送至发动机上方的分配油管。 分配油管与安装在各缸进气歧管上的喷油器相通。 喷油器是一种电磁阀，由 ECU 控制。 通电时电磁阀开启，压力燃油以雾状喷入进气歧管内，与空气混和，在进气行程中被吸进气缸。 分配油管的末端装有燃油压力调节器，用来调整分配油管中汽油的压力，使油压保持某一定值 (250kPa 到 300kPa)。 多余的燃油从燃油压力调节器上的回油口经回油管返回油箱。 2） 进气量的控制与测量 进气量由驾驶员通过加速踏板操纵节气门来控制。 节气门开度不同，进气量也不同，同时进气歧管内的真空度也不同。 在同一转速下，进气歧管真空度与进气量有一定关系。 进气压力传感器可将进气歧管内真空度的变化转变成电信号的变化，并传送给 ECU，ECU 根据进气歧管真空度的大小计算出发动机进气量。 3） 喷油量与喷油时刻的确定 陕西交通职业技术学院 毕业设计论文 17 喷油量由 ECU 控制。 ECU 根据进气压力传感器测量得到的信号计算出进气量，再根据分电器中的曲轴位置传感器测得的信号的计算出发动机转速，根据进气量和转速计算出相应的基本喷油量； ECU 控制各缸喷油器在每次进气行程开始之前喷油一次，并通过控制每次喷油的持续时间来控制喷油量。 喷油持续时间越长，喷油量就越大。 一般每次喷油的持续时间为 2ms 到 10ms。 各缸喷油器每次喷油的开始时刻则由 ECU 根据曲轴位置传感器测得的 1 缸上止点的位置来控制。 由于这种类型的燃油喷射系统的每个喷油器在发动机一个工作循环中只喷油一次，故属于间歇 喷射方式。 4）不同工况下的控制模式 电控燃油喷射系统能根据各个传感器测得的发动机各种运转参数，判断发动机所处的工况，选择不同模式的程序控制发动机的运转，实现启动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等功能。 D 型 EFI 系统具有结构简单、工作可靠等优点，但由于采用压力作为控制喷油量的主要因素，因此，存在这样的缺点：在汽车突然制动或下坡行驶中节气门关闭时，加速反应效果不良；当大气状况发生较大变化时，会影响控制精度。 现代汽车使用的 D 型 EFI 系统都经过了改进，即采用运算速度快 、内存容量大的 ECU，大大提高了控制精度，控制的功能也更加完善。 这种系统通常用于中档车型上，如丰田HIACE 小客车、丰田 CROWN 轿车等。 （ 2） L型 EFI 系统 L 型 EFI 系统是在 D型 EFI 系统的基础上，经改进而形成的。 它是目前汽车上应用最广泛的燃油喷射系统。 L 型 EFI 系统的构造和工作原理与 D 型 EFI 系统基本相同，但它以空气流量计代替 D 型 EFI 系统中的进气压力传感器，可直接测量发动机进气量，提高了控制精度。 典型的 L型 EFI 系统的结构图 36所示。 陕西交通职业技术学院 毕业设计论文 18 图 36 热线式电控汽油机燃油喷射系统 . 柴油机电控燃油喷射系统组成及工作原理 组成 柴油机电控燃油喷射系统除了控制喷油量外，对喷油正时和喷油的压力都有很高的要求。 （柴油机电控燃油喷射系统的喷油压力较高约 ） 各种柴油电控系统的区别在于控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、ＥＣＵ控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置，基本组成与其他电子控制系统一致，也由传感器 —— ECU—— 执行器 三部分组成 （ 1） 传感器 1加速踏板位置传感器 2反馈信号传感器 3燃油温度传感器 4其他传感器和信号开关 （ 2） 柴油机控制 ECU 根 据各传感器输入信号和内存程序，计算出供（喷）油量和供（喷）油开始时刻，并向执行元件发出执行令信号。 （ 3）执行器 执行 ECU 的指令，调节柴油机的供（喷）油量和供（喷）油正时。 工作原 理 基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正，确定最佳喷油量的。 由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。 油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象，由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物（ HC）的排放量，油耗增加。 高压共轨系统 概述 陕西交通职业技术学院 毕业设计论文 19 （ 1）组成 高压共轨燃油喷射系统主要部件介绍 图 它主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。 低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的 map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。 Pizezo 喷射器 (压电式喷油器 ) Piezo 喷射器具有极快和精确的燃油量分配。 Piezo 喷射器的响应时间是原系统的 4 倍，允许在预喷和主喷之间更短和更多可变距离的喷射。 陕西交通职业技术学院 毕业设计论文 20 图为 Piezo 喷射器 由于通过能量恢复获得必需的触发能的可能，必需的触发能会相当地减少。 另外，通过简单的电控制，可达到忍受较大的电磁和基本减少感应错误。 Piez。