1、第五章 汽油喷射式汽油机燃料供给系,一、电子控制汽油喷射系统的组成 二、主要元件结构及工作原理 三、系统控制 四、实例,第一节 概述,汽油喷射的基本概念： 汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到气缸或进气歧管中，与进入的空气混合而形成可燃混合气。,汽油喷射系统发展概况,1930年飞机发动机，二战德国军用飞机采用了水冷式汽油喷射发动机 20世纪50年代，德国奔驰公司将汽油喷射发动机装置在汽车上，高压汽油喷射系统低压连续机械式汽油喷射系统 1961年美国Bendix公司首先发明了电子控制汽油喷射系统。 1967年西德Bosch公司首先推出电子控制汽油喷射发动机，并装在大众汽车上。,19
2、80年美国福特汽车公司研制成功电脑控制汽油喷射发动机，使汽车的燃料经济性、动力性和控制排放污染等方面进一步优化。 应用越来越广泛，逐渐取代化油器,汽油喷射的优点,1）提高充气效率，增加发动机功率和转距 2）控制爆燃，压缩比较高 3）配高能点火装置，可燃稀薄混合气 4）发动机冷启动和加速性较好 5）使发动机总处于最佳工作状态 6）多点喷射使各缸可燃混合气分配均匀 7）节省燃油，改善排放 功率提高510，油耗降低510，有害排放减少1520,汽油喷射的分类,1.按汽油喷射方式分类 间歇喷射式： 1）L-Jetronic 2）LH-Jetronic 3) 电子控制中央汽油喷射系统 4）Motroni
3、c 持续喷射式： 1）K- Jetronic 2）KE - Jetronic,2.按喷油器的布置方式分类 1）MPI 2）SPI 3.按喷射控制装置的型式分类 1）机械式汽油喷射系统 2）电子控制汽油喷射系统（EFI） 4.按进气量的检测方式分类 1）直接测量方式（流量型） 2）间接测量方式（压力型）,第二节 EFI的组成,控制原理： 以电控单元（微机）为控制核心，以空气流量和发动机转速为控制基础，以喷油器、点火系统和怠速空气调节为控制对象，以获得与发动机各种工况相匹配的最佳浓度的可燃混合气和点火时刻为主要目标。 组成：燃油供给系统、空气供给系统、电子控制系统及各种传感器等,EFI的组成,1.
4、燃油供给系统,作用 组成：燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器及喷油器,2.空气供给系统,作用 组成,3.电子控制系统,作用：控制和检测 组成：电控单元、各种传感器、执行器,执行器,第三节 EFI主要元件结构及工作原理,一、电控单元,在电控发动机中最主要的输入接口是传感器接口（例如转速、负荷、温度、 压力等）。最主要的输出接口是控制接口，它控制外部执行机构的动作（例如：喷油器、点火模块、喷油泵、怠速执行器等）。,1、电控单元的组成 （1）CPU：ALU、累加器、控制器 （2）ROM （3）PROM （4）RAM （5）I/O：地址译码、数据缓冲与锁止、转换信息 （6）总线：数据总线、地址
5、总线、控制总线 （7）输入/输出回路 2、电控单元工作过程,二、传感器,1.空气流量传感器 （1）叶片式空气流量传感器 （2）热线式空气流量传感器 （3）热膜式空气流量传感器,2.进气歧管压力传感器,3.曲轴位置传感器,（1）电磁感应式曲轴位置传感器,（2）光电式曲轴位置传感器,4.水温传感器 5.进气温度传感器 6.氧传感器 （1）二氧化锆型传感器 （2）二氧化钛型传感器,7.节气门位置传感器 （1）线性节气门位置传感器 （2）开关型节气门位置传感器 （3）综合型节气门位置传感器,8.爆震传感器,爆震：爆震的特性是开始时点火及燃烧波的传播都正常，但是最后应该燃烧的一部份油气，我们称为尾气（E
6、nd Gas），因为受了燃烧后气体膨胀所造成的压缩作用，使其体积缩小、温度和压力升高，在燃烧波尚未传到该处之前，一部份油气的温度已经达到自燃点，到达自燃点后在经过一段时间的自燃点火延迟后就会自行引燃，并且以300m/s200m/s的速度迅速向外传播，而当正常燃烧和爆震两个方向相反的燃烧压力波相遇时，会产生剧烈的气体震动，并发出特有的金属撞击声，所以称为爆震。,三、电动燃油泵,燃油泵装在油箱内，涡轮泵由电机驱动。当泵内油压超过一定值时，燃油顶开单向阀向油路供油。当油路堵塞时，卸压阀开启，泄出的燃油返回油箱。,四、燃油滤清器 五、燃油导轨（分配管） 六、燃油压力调节器,七、喷油器,MPI SPI,
7、八、冷启动喷油器,第四节 EFI的控制,一、喷油时刻的控制 单点喷射，多点喷射 1.同时喷射方式 2.分组喷射方式 3.顺序喷射方式,二、喷油持续时间的控制,基本喷油持续时间 1.同步喷射 （1）启动喷油控制 （2）启动后的喷油控制 喷油持续时间基本喷油持续时间喷油修正系数电压修正值 1）基本喷油持续时间 D型EFI: L型EFI: 基本喷油持续时间K进气量/发动机转速,2）喷油量修正 A 启动加浓 B 暖车加浓 C 进气温度修正 D 大负荷加浓 E 过渡工况空燃比控制 F 怠速稳定性修正 G 空燃比反馈修正 H 空燃比反馈控制过程 I CO排放控制修正 J电压修正 k 断油,2.异步喷射 （
8、1）启动喷油控制 （2）加速喷油控制 （3）急加速时的异步喷射,三、点火控制系统,点火控制系统由传感器、电子控制单元和执行器组成。,执行器为点火模块和点火线圈。最常见的为无分电器点火系统，它是两个气缸共用一个点火线圈。 目前也有采用每个气缸一个点火线圈的。,四、空燃比控制,控制策略： 1）冷起动和冷却水温度低时通常采用开环控制方式。 由于起动转速低、冷却水温度低、燃油挥发性差，需对燃油进行一定的补偿。混合气空燃比与冷却水温度有关，随着温度增加，空燃比逐渐变大。,2）部分负荷和怠速运行时此时可分为两种情况： 若为了获得最佳经济性，可采用开环控制方式，将空燃比控制在比化学计量比大的稀混合气状态下工
9、作。 为了获得低的排放，并有较好的燃油经济性，必须采用电控汽油喷射系统加三元催化转化器，进行空燃比闭环控制。 3）节气门全开（WOT）时： 为了获得最大的发动机功率和防止发动机过热，采用开环控制，将混合气空燃比控制在12.513.5范围内。此时发动机内混合气燃烧速度最快，燃烧压力最高，因而输出功率也就越大。,空燃比的控制方法,五、点火控制,1.点火提前角控制,为了使发动机发出最大功率，应使最高燃烧压力出现在上止点后 1015左右，点火时刻用点火提前角来表示。它是指火花塞电极间跳火开始到活塞运行至上止点时这段时间内曲轴所转过的角度。 点火过迟：使发动机功率下降，油耗增加。 点火过早：使功率下降，
10、还容易产生爆震。 发动机的最佳点火提前角，不仅要使发动机的动力性、经济性最佳，还应使有害排放物最少。 最佳点火提前角的控制策略 起动期间:固定值 起动后 基本点火提前角的控制：由转速和负荷确定点火提前角的修正： 部分负荷工况根据冷却水温、进气温度和节气门位置等信号进行修正。 满负荷工况要特别小心控制点火提前角，以免产生爆震。 最大和最小提前角的控制：微处理器计算的点火提前角必须控制在一定范围内，否则发动机很难正常运转。,2.闭合角控制 闭合角是沿用了传 统点火系的概念。在 电子控制的点火系统 中是指初级电路接通 的时间。点火线圈的 次级电压是和初级电路断开时的初级电流成正比。通电时间短时，初级
11、电流小，会使感应的次级电压偏低，容易造成失火。初级电流大，对点火有利；但通电时间过长，会使点火线圈发热，甚至烧坏，还会使能耗增大。因此要控制一个最佳通电时间。 蓄电池电压下降时，在相同的通电时间里初级电流能达到的值会变小。因此必须对通电时间修正。,3.爆震控制 汽车发动机利用电火花将混合气点燃，并以火焰传播方式使混合气燃烧。如果在传播过程中，火焰还未到达时，局部地区混合气自行着火燃烧，使气流运动速度加快，缸内压力、温度迅速增加，造成瞬时爆燃，这种现象称为爆震。,爆震会使气体强烈振动，产生噪音；也会使火花塞、燃烧室、活塞等机件过热，严重情况会使发动机损坏。 在发动机结构参数已确定的情况下，采用推
12、迟点火提前角是消除爆震既有效又简单的措施之一。 装有爆震传感器的发动机能检测爆震界限，通过电子控制单元将点火时刻调到接近爆震极限的位置，从而改善了发动机的性能。 当发动机出现爆震时，ECU根据爆震程度，推迟点火时刻，爆震程度大的，不仅推迟的角度大，而且是先快后慢，直到爆震消失为止。为了保证良好的发动机性能，爆震消失后，又将点火提前角逐步加大，增加的速率也分为快、慢两种。当发动机再次出现爆震时，点火提前角再次推迟。通常点火提前角推迟的速率要大于点火提前角增加的速率。,六、废气再循环控制,通常用EGR率表示 EGR的控制量。它用进入气缸的混合气中废气的比例表示。 EGR率与发动机动力性、经济性和排
13、放性能有关。 EGR率增加过大时，使燃烧速度太慢，燃烧变得不稳定，失火率增加，使HC也会增加；EGR率过小，NOx排放达不到法规要求，易产生爆震，发动机过热等现象。 因此EGR率必须根据发动机工况要求进行控制。,EGR控制系统中，EGR阀是关键部件。不同的EGR率是通过EGR阀的调节来实现的。电控发动机中广泛采用电子控制EGR阀方法。 直线型EGR阀是由ECU控制针阀位置，调节从排气进入进气歧管孔口的大小，精确地控制EGR率。 EGR工作期间通过监测针阀位置反馈信号控制针阀位置。并根据冷却水温度、 节气门位置和进气流量控制EGR针阀的位置。 EGR的控制策略： 增加EGR率可以使NOx排出物降
14、低，但同时会HC排出物和燃油消耗增加。因此在各种工况采用的EGR率必须是对动力性、经济性和排放性能的综合考虑。,试验结果说明：当EGR率小于10%时，燃油消耗量基本上不增加，当EGR率大于20%时，发动机燃烧不稳定，工作粗暴，HC排放物将增加10%。因此通常将EGR率控制在10%20%范围内较合适 随着负荷增加EGR率允许值也增加（阴影部分）。,七、燃油挥发的控制,为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到
15、燃油蒸汽的控制。 采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的碳氢化合物和节约燃料。,八、EFI的发展趋势,1.缸内直喷汽油机 采用电控缸内直接喷射方法，在火花塞附近供给浓混合气，以利着火；在其它区域供给稀混合气，进行分段喷油。达到分层燃烧的目的。据报导空燃比为30时，仍可燃烧。此种方法可节约燃料三分之一以上。为了减少稀燃时的NOx,在排气系统中安装了两只温度传感器、两只氧传感器和两级催化转化器。,2.减少排放物的新手段 试验结果表明： CO、HC和NOx三种排放物在第一个十五工况循环中将占总排放量的70-80%，因此今后解决排放的重点在: 降低HC排放； 改善怠速和暖机期间的排放； 尽可能地缩短催化器的
16、加热时间，在催化器达到起燃温度之前，最大程度地降低发动机排出的废气。,满足美国及欧洲共同体排放法规要求的途径：,3.采用集成诊断系统 带有在集成诊断系统OBD II 的发动机管理系统：,此系统的要求： 系统监测：监测所有与排放相关的部件和系统； 部件保护：防止关键部件的损坏(如三元催化器)； 应急反应：设置故障时传感器的代用值或“跛行回家”方式信息存储：存储故障发生时的有关信息超标显示：当废气排放超过限定标准时给出显示； 信息读取：在维修时利用检测设备读取故障； 重点要求为： 催化器监测 氧传感器监测 失火监测 燃油系统监测 二次空气系统监测 废气再循环系统监测 燃油蒸汽系统监测 其他系统监测
17、 检测装置标准化 发动机相关信息的存储 “多功能指示灯”显示标准化 故障代码的预定义 电控系统抗干扰保护,4. CAN总线（Controller Area Network） 由于车内电控发动机系统、底盘电子控制系统、车身电子控制系统和音响、娱乐等广泛应用。车内开始采用CAN总线。,5.气门系统 配气机构精确地控制发动机的工作正时和性能输出。双变位或连续可变相位凸轮轴调整装置精确地控制着凸轮的定时或用电磁阀直接驱动气门的方法，可优化发动机的废气排放、性能和燃油经济性。,第五节 几种车型EFI,一、上海桑塔纳2000轿车发动机EFI,二、上海通用别克轿车EFI,三、捷达轿车电子控制汽油喷射系统,四、一汽红旗CA7220轿车EFI,小结,掌握汽油喷射的概念和分类 掌握EFI的组成 了解EFI主要元件结构及工作原理 熟悉EFI的控制 了解EFI的发展趋势 了解几种车型EFI,
