03-汽车电子控制技术

汽车电子控制技术ElectronicControlTechnologyforAutomobile第三章电控汽油喷射系统1汽油喷射系统概述2空气供给系统3汽油供给系统4电控汽油喷射系统现代汽车发动机的电子控制系统，除完成燃油喷射控制外。还能同时进行点火控制、怠速控制和排放控制等多种控制功能，即所谓集中控制系统。随着微机控制功能的不断扩展，控制项目在不断增多。发动机控制功能有：燃油喷射控制、点火控制、怠速控制、排放控制等。发动机的汽油（燃油）喷射控制系统包括空气供给系统、汽油供给系统、电控系统组成。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、汽油发动机电控喷射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1952年德国第一台机械式汽油喷射装置，缸内喷射；1958年德国奔驰汽车装备了进气管汽油喷射装置；1960年以前汽油喷射装置基本和柴油机喷油泵原理相似；1967年博世开发K-Jetronic机械式汽油喷射系统，低压0.36MPa；后改进为机电式KE-Jetronic系统；1973年博世批量生产利用进气管绝对压力控制空燃比的D-Jetronic模拟式电子控制汽油喷射系统，后改进用叶片式流量计直接测量空气流量的L-Jetronic系统；1981年博世用热线式流量计代替叶片式的LH-Jetronic系统；同期集电子点火和电控汽油喷射于一体的Motronic数字式发动机集中控制系统开始生产。与此同时，美国和日本也研制了相应的系统，如：通用汽车DEFI系统、福特汽车EEC-Ⅲ系统、日产公司ECCS系统、丰田公司TCCS系统等。对点火、喷油、怠速、排放等综合控制。二、汽油发动机电控喷射系统的基本组成及功用汽油发动机电控喷射系统主要由空气供给系统、燃(汽)油供给系统、ECU组成。⒈空气供给系统为发动机形成可燃混合气提供空气。由空气滤清器、空气流量计、节气门、进气总管、进气支管组成。⒉燃油供给系统依据发动机工况、进气量为发动机燃烧所需空燃比提供精确燃油量。⒊电子控制系统（ECU）根据各种传感器的信息进行综合分析和处理，精确控制喷油量，使发动机在各种工况具有最佳性能。汽油发动机电控喷射系统的组成三、电控汽油喷射系统分类⒈按有无反馈：⑴开环⑵闭环⒉按喷油器的位置和数量：⑴进气支管、多点喷射⑵进气总管、单点喷射⑶缸内喷射⒊按喷射方式（喷射时间和顺序）：⑴同时喷射⑵顺序喷射⑶分组喷射⒋按进气量的检测方式：⑴直接检测⑵间接检测⒌按结构分类⑴机械控制⑵电子控制机械式汽油喷射系统机电结合式汽油喷射系统电控式汽油喷射系统支管压力计量式电控汽油喷射系统叶片式电控汽油喷射系统热线式电控汽油喷射系统四、缸内直喷式汽油机系统汽油机缸内直接喷射方式兼有柴油机低油耗和汽油机高输出的优点，发展前景值得关注。⑴高空燃比25:1⑵大压缩比ε=15五、电控汽油喷射发动机的优点⒈进气阻力小，充气效率大⒉空燃比控制动态响应快⒊能适应大气压力的变化(汽油泵输出压力0.4～0.6MPa，喷油器喷油压力0.25～0.3MPa)⒋起动容易，暖机性能好⒌各种工况都能提供最佳空燃比⒍能够减速断油第二节空气供给系统一、空气供给系统的组成二、空气供给系统的的主要零件一、空气供给系统的组成作用：测量和控制汽油燃烧是所需要的空气量。组成：空气滤清器、空气流量计、进气支管、节气门。二、空气供给系统的的主要零件⒈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。节气门控制发动机正常运行工况下的进气量，怠速调整提供怠速所需空气量。空气阀提供怠速控制。电子节气门系统实物及组成⑴电子踏板⑵电子节气门⑶ECU⒉怠速空气调整器（空气阀）功用：⑴稳定发动机怠速转速，减低怠速时燃油消耗；⑵发动机怠速时若负荷增加（空调、照明），进行怠速调整。⑴石蜡式怠速空气调整器是在发动机低温起动时及暖车过程增加空气量。⑵双金属片式怠速空气调整器是在发动机低温起动时及暖车过程增加空气量。目前在电控发动机的怠速控制中，双金属片和石蜡型怠速空气阀已较少使用⒊进气管（进气总管和进气支管）SPI系统发动机采用中央喷射法，进气管形状与化油器式发动机基本一致。(a)SPI系统发动机进气管(b)MPI系统发动机进气管MPI系统发动机为消除进气脉动和使各缸配气均匀，对进气总管、歧管在形状、容积等方面都提出了严格的设计要求。各缸分别设立独立的歧管，歧管和总管可制成整体型，也可分开制造再以螺栓连接。MPI系统发动机分开型进气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一、汽油供给系统组成功用：向气缸内供给燃烧所需的汽油。汽油供给系统组成：喷油泵、压力调节器、滤清器、脉动阻尼器、喷油器二、电动汽油泵的构造和工作原理电动汽油泵是一种由小型直流电动机驱动的油泵。功用：是提供汽油喷射所需的压力燃油。类型：按安装位置分：内置式——安装在油箱中，具有噪声小、不易产生气阻、不易泄漏、管路安装简单。外置式——串接在油箱外部的输油管路中，易布置、安装自由大，但噪声大，易产生气阻。按结构形式分：滚柱式、涡轮式、齿轮式和叶片式。⒈滚柱式电动汽油泵（属外装泵）结构:主要由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成工作原理：当转子旋转时，位于其凹槽内的滚柱在离心力的作用下，紧压在泵体内表面上，在相邻两个滚柱之间形成了一个空腔。在燃油泵运转过程中，一部分空腔的容积不断增大，成为低压油腔，将汽油吸入，而另一部分空腔容积不断减小，成为高压泵油腔，受压汽油流过电动机，通过出油口压出。单向阀：在油泵不工作时,它阻止汽油倒流回油箱,这样可保持油路中有一定的残余压力,便于下次起动；限压阀：当泵油压力超过规定值以上时,装在泵体内的限压阀即被推开,使部分汽油返回到进油口一侧。油压缓冲器：滚柱式燃油泵的转子每转一周,其排出的汽油就要产生与滚柱数目相同的压力脉动,故在出口处装有油压缓冲器,以减少出口处的油压脉动和运转噪声。缺点：滚柱式电动汽油泵运转时噪声较大,泵油压力脉动大,易磨损,使用寿命较短。⒉涡轮式电动汽油泵（属内装泵）结构：由驱动电动机、涡轮泵、单向阀、安全阀等组成。其转子是一块圆形平板,周围开有小槽,形成叶轮。工作原理：当油泵运转时,叶轮周围小槽内的汽油随着叶轮一道旋转。这时由于离心力的作用,使汽油出口处的油压增高,同时在进口处产生一定的真空度,使汽油从进口处被吸入并泵向出口处。这种油泵的泵油量大,最大泵油压力较高,可达600kPa以上。在各种工况下,它都能保持较稳定的供油压力,而且运转噪声小,叶轮无磨损,使用寿命长。⒊转子式和叶片式电动汽油泵a转子式电动汽油泵b叶片式电动汽油泵⒋电动汽油泵的性能改善性能包括运转噪声和热汽油输送两方面。改进措施有：⑴改进滚柱滚道的廓线⑵改进涡轮泵叶片设计⑶采用特殊的阻尼装置⑷采用双级泵的结构形式初级泵是叶片泵主泵是转子泵或涡轮泵⒌通用别克车的汽油泵及汽油箱三、汽油压力调节器的构造和工作原理功用：使汽油压力相对于进气支管压力之差保持常数，一般为250kPa。即保持喷油压力与喷油环境压力的差值一定，以使ECU能以控制喷油时间的长短来控制喷油量。汽油压力调节器的构造和工作原理基本构造：使汽油压力相对于进气管负压保持一定，即保持喷油压力与喷油环境压力的差值一定，以使ECU能以控制喷油时间的长短来控制喷油量。工作原理：汽油压力调节器一般安装在燃油总管上，并采用膜片结构。膜片联动一个汽油阀门，并将弹簧室和汽油室隔开，弹簧室有一预紧弹簧，且和进气支管相连通。膜片两侧的压力平衡方程：弹簧进气支管汽油进气支管弹簧汽油PPPPPP通用汽油压力调节器四、汽油滤清器及脉动减振器⒈汽油滤清器⑴结构⑵原理⒉脉动减振器⑴功用：在喷油器喷油时，在输油管道内会产生燃油压力脉动，脉动阻尼器的作用是使压力脉动衰减以减小这种波动和降低噪音。⑵结构及原理⑶安装：滤清器的生产五、电磁喷油器电磁喷油器是发动机电控喷射系统的一个关键执行器，它接受ECU的喷油脉冲信号，精确计量汽油喷射量。要求：动态流量范围大；抗堵塞抗污染能力强；雾化性能好。结构类型：轴针式电磁喷油器球阀式电磁喷油器片阀式电磁喷油器喷油器的分类方式：按用途分为SPI用和MPI用；按燃料的送入位置可分为上部给料式和下部给料式；按喷口形式分为孔式(球阀、片阀)和轴针式；按电磁线圈阻值可分为低阻式和高阻式。工作原理：ECU的喷油控制信号将喷油器与电源回路接通时，电磁线圈通电并在周围产生磁场，吸引衔铁移动，而衔铁与针阀一体，因此克服弹簧张力而打开，燃油即开始喷射。当ECU将电路切断时，吸力消失，弹簧使针阀关闭，喷射停止。喷油量的多少取决于针阀行程、喷口截面积及喷射环境压力与燃料压力的压差和喷油时间。当前述各因素确定时，喷油量就取决于针阀的开启时间，即电磁线圈的通电时间。喷油器驱动方式：驱动方式分为电流驱动与电压驱动两种方式。电流驱动只适用于低阻喷油器；电压驱动既可用于低阻喷油器，又可用于高阻喷油器。电流驱动低阻型方式无效喷油时间最短，动态响应好；电压驱动低阻型驱动方式其次；电压驱动高阻型驱动方式最差。⒈轴针式电磁喷油器⑴结构：主要由喷油器外壳、喷油嘴、针阀、衔铁、电磁线圈组成。⑵工作原理：电磁线圈通电时衔铁向上带动针阀打开喷油，断电后在弹簧力作用下针阀回位关闭。⒉球阀式电磁喷油器结构：球阀由钢球、空心导杆、衔铁激光焊接组成。与轴针式比较：可以自动定心，无需导杆，质量仅为轴针式的一半，动态响应明显优于轴针式。⒊片阀式电磁喷油器结构：阀片、孔式阀座、铁芯、电磁线圈、弹簧原理：电磁线圈通电，铁芯磁化磁力克服弹簧力吸起阀片，汽油喷射；电磁线圈断电，磁力消失，弹簧力作用压紧阀片，片阀关闭。特点：质量轻、流量范围大。⒋单点喷射系统用电磁喷油器中央喷射：使用一只或两只喷油器安装在节气门位置。特点：流量大、多喷射孔。六、冷起动喷油器和热限时开关*（淘汰）⒈冷起动喷油器⒉热限时开关冷启动时补偿燃油冷凝控制补偿脉宽第四节电控汽油喷射系统电控汽油喷射系统主要控制的项目包括：喷油器控制、喷油量控制、喷油时刻控制。一、喷油器的基本工作情况与有关特性二、喷油正时的控制三、喷油量的控制四、汽油泵的控制一、喷油器的基本工作情况与有关特性⒈喷油器的基本控制电路和工作原理间歇性喷射喷油器的控制原理电路。喷油器的喷油量取决于针阀行程、喷口面积、喷油压力等因素，这些因素确定后就唯一取决于喷油时间，即信号脉冲宽度。⒉喷油器针阀的工作特性由于针阀的机械惯性和电磁线圈的磁滞，从脉冲开始到针阀最大升程需要一定的开阀时间T0，从脉冲消失到针阀完全关闭也需要一定的关阀时间TC。（T0－TC）称为无效时间T0受蓄电池电压影响TC不受蓄电池电压影响⒊喷油器喷射量特性喷油器喷射量特性是指动态喷射量q随喷油器电磁线圈通电时间Ti的变化规律。静态喷射量Q是指喷油器在规定压力下，使针阀保持在最大行程位置时，单位时间喷射量。动态喷射量q是指某一通电时间的喷油量。⒋喷油器喷射量范围喷油器针阀的动态过程：从静止到最大升程T0(开阀时间)、到达最大升程后至针阀稳定状态TB0(稳定时间)、从最大升程至针阀完全关闭TC(关阀时间)、针阀关闭后至稳定状态都需要一定时间Trest(休整时间)。⑴最小通电时间Timin是指针阀从静止到达最大升程状态的时间T0与到达最大升程之后处于稳定状态的时间TB0之和。Timin=T0＋TB0不同类型喷油器的最小通电时间有差异，一般在1.2～1.8ms之内。与Timin相对应的动态喷射量qimin称为最小喷油量。⑵最大通电时间Timax是指喷油器工作脉冲周期内针阀最大通电的时间，最大通电时间为脉冲周期与针阀关闭后所必须维持稳定的时间（休整时间）之差。Timax=Ti－Trest对应于Timax的动态喷射量qimax称为最大喷油量。在确定实际喷油量过程中，应将最小喷油量和最大喷油量设定为界限值。⒌喷油器驱动方式低电阻喷油器是指电磁线圈的电阻值为0.6～