1、1,第六章 电子控制汽油喷射系统,Electronic Fuel Injection System,2,本章重点难点 重点：系统组成、燃油供给系统 难点：电控汽油喷射的控制系统,本章主要内容,电控汽油喷射的概述 电控汽油喷射系统的组成 燃油供给系统空气供给系统 电控汽油喷射的控制系统,3,6.1电控汽油喷射概述,一、电控汽油喷射的基本概念 二、电控汽油喷射的基本工作原理 三、电控汽油喷射的优点 四、电控汽油喷射的分类,4,一、电控汽油喷射系统的概念,电子控制汽油喷射系统简称EFI（Electronic Fuel Injection System），是用电子控制器来控制喷油器，在合适的时刻供给发
2、动机需要的汽油量。,喷油器,电子控制 单元,空气流量计,蓄电池,5,二、电控汽油喷射的基本工作原理,当发动机运转时，（1）ECU接收多种传感器送来的信息；（2） ECU对这些信息进行处理；（3）ECU根据专门程序对发动机在各种工况下所需的汽油量进行计算；（4）ECU向喷油器发出指令；（5）喷油器在合适时刻将适量汽油直接喷射到发动机的燃烧室，或喷入进气管，与空气混合后进入发动机的气缸，使配置的混合气浓度达到理想值。,6,三、电控汽油喷射的优点,相对于化油器式汽油供给系统，电控汽油喷射主要具有以下优点： 1.提高了发动机的输出功率和扭矩。因为取消了喉管,减少了进气阻力,提高了充气效率。在同样供油量
3、条件下，混合气燃烧更完全。 2.降低了汽油消耗。因为具有高精度空燃比的控制功能，能提供各种工况下的最适当的空燃比，并且汽油是在一定压力下喷射，汽油雾化更好，而多点喷射解决了混合气的均匀分配问题。因此同样工况下，汽油利用率提高，汽油消耗量降低了。,7,电控汽油喷射的优点（续）,3.减少了有害气体排放。因为采用了闭环控制空燃比，混合气浓度控制在最佳范围内，过浓或过稀现象减少，避免了燃烧不完全现象的发生，燃烧进行更彻底，并且发动机相应配备了废气再循环系统和三元催化转化装置。 4改善了使用性能。 以ECU为控制中心的电子控制系统，使车辆在加、减速和低温起动的过渡过程中， 空燃比响应速度快，反应灵敏，发
4、动机的使用性能得到提高。,8,四、电控汽油喷射的分类,按进气量检测方式可分为：直接检测与间接检测； 按燃油燃油喷射方式可分为：连续喷射与间歇喷射； 按喷射部位可分为：缸内喷射与进气道喷射； 按喷射点数目可分为：单点喷射与多点喷射； 按喷射时序可分为：同时喷射、分组喷射和顺序喷射； 按控制方式可分为:机械式、机电混合式和电子控制式。目前应用较多的为电子控制缸外多点间歇喷射系统。,9,6.2电控汽油喷射系统的组成,主要内容 一、EFI系统图 二、带冷启动喷嘴的系统图 三、电控燃油喷射系统总体组成,10,一、电控汽油喷射 系统图,11,系统图图注,1-油箱 2-油泵 3-滤清器 4-分油管 5-压力
5、调节器6-电控单元 7-排气门 8-火花塞 9-进气门 10-喷油器 11-怠速调节螺钉 12-节气门传感器 13-节气门 14-空气流量计 15-氧传感器 16 -温度传感器 17-热敏限时开关 18-分电器 19-点火线圈 20-补充空气阀 21-蓄电池 22-点火开关,12,8冷启动喷嘴、16热敏限时开关,二、 带冷启动喷嘴的系统图,13,三、电控汽油喷射系统总体组成,14,6.3 燃油供给系统,功用: 燃油供给系统的功用是将燃油从油箱中吸出，加压滤清后经喷油器供给发动机。 组成: 燃油供给系统由汽油箱、汽油滤清器、电动汽油泵、压力调节器、电磁喷油器等组成（如下图所示）。,15,一、燃油
6、供给系统组成,燃油箱,燃油滤清器,电动输油泵,燃油总管,燃油压力调节器,电磁喷油器,16,燃油供给系统的工作原理,电动燃油泵提供充足的燃油，压力调节器将燃油压力与进气歧管之间的压力差调整为恒定值，电磁式喷油器根据电子控制单元（Electronic Control Unit，简称ECU）提供的信号，将适量的燃油喷入进气道。对多点燃油喷射系统而言，燃油可以由各个气缸喷油器同时喷入，也可按发火顺序由各缸喷油器依次喷入；各缸可以每一工作循环喷油器喷油1次，也可以每一工作循环喷油2次，视发动机运行工况而定。,17,二、电磁式喷油器,功用：接收ECU送来的喷油脉冲信号，准确地计量喷射量，同时将燃油喷射雾化
7、。,18,电磁喷油器的性能特点,电磁喷油器是一个加工精度要求很高的精密电磁阀，其计量精度高，重复性好，工作脉冲宽度一般在210ms，最小喷射量为1.5mm3/pulse，要求在6亿次喷射的使用寿命内，动态流量允许误差为+4%。,19,1-过滤器 2-弹簧 3-调整垫片 4-针阀法兰5-针阀 6-外套筒 7-喷口部 8-阀体 9-磁芯10-电磁线圈 11-电线接口 12-燃油接口,电磁式喷油器结构图,20,电磁喷油器的安装位置,一般安装在进气歧管内，在进气 门之前，节气门之后。,21,电磁式喷油器工作原理,在筒状外壳内装有励磁电磁线圈、磁芯、针阀和回位弹簧等。 （1）磁芯和针阀装成一体，在回位弹
8、簧的压力下，针阀紧贴在阀座上，将喷孔封闭。 （2）当电磁线圈通电时，吸动磁芯，针阀升起，压力燃油从喷孔喷出。因为针阀升起高度和燃油压力差均为恒定值，燃油喷射量只取决于针阀开启时间，亦即电磁线圈供电的脉冲宽度，故喷油量可实现精确的控制。,22,电磁喷油器的工作情况,23,三、冷启动喷嘴及热敏限时开关,冷起动喷嘴功用：改善发动机低温启动性能，在发动机冷态启动时，提供较浓的混合气，以利启动发动机。,冷启动喷嘴,热敏限时开关,24,冷起动喷嘴的结构组成,1-电插座 2-电磁线圈 3-回位弹簧 4-衔铁阀门 5-紊流喷孔,25,冷起动喷嘴工作原理,（1）衔铁阀门4在回位弹簧3的作用下紧贴在阀门座上，使阀
9、门闭合。 (2)当电磁线圈2通电时，电磁吸力克服回位弹簧预紧力将衔铁阀门向上移动，阀门被打开，汽油经入口流入至紊流喷孔，在紊流喷孔处靠两个切线入口管道引起旋流，汽油便以极细的雾状喷出。 (3)冷启动喷嘴不受ECU的控制，只受热敏限时开关控制。,26,热敏限时开关,热敏限时开关 1-电插座 2-壳体 3-双金属片 4-加热线圈 5-触点,功用：控制冷起动喷嘴的开启。当发动机温度低于35时，冷起动喷嘴才打开喷油。,27,热敏限时开关工作过程,在发动机起动时，当冷却水温度低于35，热敏限时开关触点5闭合，电流由电源经冷起动喷嘴的电磁线圈2、双金属片3、触点5、搭铁构成回路，冷起动喷嘴的电磁线圈2得电
10、产生吸力，吸动衔铁阀门，喷出雾状汽油。当冷却水温高于35或启动时间超过15s时，热敏限时开关内的双金属片受热弯曲，触点5打开，冷起动喷嘴则停止喷油。发动机正常工作时，双金属片受热而使触点5保持断开，以防止发动机正常工作中冷起动喷嘴工作。,28,热敏限时开关工作情况,冷态触点闭合,热态触点断开,29,四、燃油压力调节器,自动调节燃油总管内燃油压力，使之与喷油器喷射空间的压差不变，使喷油量仅为ECU输出的脉冲宽度的单一函数而得以精确控制。,功用：,燃油压力调节器,30,燃油压力调节器的外观及安装位置,燃油压力调节器,31,燃油压力调节器结构组成,1-弹簧室 2-弹簧3-膜片 4-壳体5-阀 6-燃
11、油室,32,燃油压力调节器工作原理,当进气管真空度为设定值，燃油压力增加时，膜片下移，阀5打开，燃油流回油箱，燃油压力下降至设定值 。 当进气管真空度增加，膜片下移，阀5打开，部分燃油流回油箱，燃油压力下降至与进气管真空度总和为设定值时，阀5关闭。这样反复调节，使喷油器喷油量与燃油压力和进气管真空度变化无关。,接进气歧管,接燃油箱,接燃油总管,33,压力调节器作用效果,34,五、油箱,油箱用来随车贮油，并使汽油中的水分和杂质得到初步沉淀，汽车的油箱应能贮存行驶200600公里所需的油量。油箱的加油口一般装有滤网，可滤除大直径的机械杂质。油箱的底部有放油塞，可由此放出沉淀的水分和杂质。汽车油箱内
12、往往装有油量指示表的传感器，以便随时显示剩余油量。电动输油泵一般装在油箱里。,35,六、汽油滤清器,功用：清除汽油中杂质，防止堵塞喷油器，减少运动部件的磨损。 汽油滤清器采用过滤型式。钢质或铝质圆柱形壳体内有一个纸质滤芯。,36,纸滤芯汽油滤清器,a-总体结构 b-滤芯,滤芯的微孔平均直径为10m,并串联一个棉纤维制成的过滤筛，以达到较好的过滤效果。滤芯常见的有菊花形和涡卷形两种。,37,汽油滤清器的安装,汽油滤清器的安装在输油泵之后，安装要注意进油和出油的方向性。,38,七、电动输油泵,功用：把汽油从油箱中吸出，加压后克服滤清器和管道的阻力，将所需要流量的汽油供给喷油器。 常用类型：涡轮泵、
13、滚子（柱）泵,涡轮泵,永磁电动机,39,电动输油泵组成,止回阀,限压阀,滚子泵,电动机,电刷,磁极,40,电动滚子泵的工作原理,转子与泵体偏心安装，转子转动时滚子在离心力作用下紧靠在泵体的内表面，在相邻两个滚子之间形成了一个容积周期性变化的空腔，从而实现汽油的吸入和泵出。,进油口,岀油口,滚子,转子,泵体,41,电动泵止回阀的作用,当发动机停止运转时，泵自动停止工作，止回阀自动关闭，使管路中维持约150kPa的压力，防止气阻，并有利于发动机再次启动。,止回阀,42,限压阀的作用,当油路堵塞或油压超过400kPa时，限压阀自动打开，使油液在泵内循环。,限压阀,43,6.4 空气供给系统,功用：定
14、量供给发动机清洁新鲜的空气。它由空气滤清器、进气管、空气流量传感器、进气歧管绝对压力传感器、进气温度传感器、节气门体及节气门位置传感器、进气歧管、快怠速阀等组成。,44,空气供给系统的组成,空气滤清器,空气流量计,节气门,节气门体,进气歧管,进气总管,45,一、空气流量传感器,空气流量传感器功用：将与进气量相关的物理量、或电量转变为电信号输送给ECU，以确定汽油机吸入的空气量。,46,1.翼(叶)片式空气流量计,功用:通过测量进入进气管的空气对测量叶片的推力来测量进入发动机的空气流量。,47,翼(叶)片式空气流量计结构组成,测量叶片,缓冲叶片,回位弹簧,缓冲室,电位计,翼片由测量叶片和缓冲叶片
15、组成，两者铸为一体。翼片转轴安装在壳体上，转轴一端安装有回位弹簧。,48,翼(叶)片式空气流量计外观,测量叶片,回位弹簧,电位计,49,翼片式空气流量计工作原理,当气流流过空气流量计主通道时，空气流给测量叶片一个推力，使测量叶片顺着气流的方向偏转，同时翼片转轴也受到回位弹簧的弹力作用。当两力平衡时，翼片即处于稳定位置。电位计安装在空气流量计壳体上方。翼片转轴上端固装着平衡配重和滑臂，随翼片一起动作，滑臂与印刷电路板上的镀膜电阻接触并在其上滑动。当翼片稳定在某一个位置，电位计对应输出一个电压给ECU，ECU根据固定程序进行计算，就可得到对应的进气流量。,50,缓冲叶片的作用,进入气缸空气的压力是
16、波动的。缓冲叶片可以平衡来自气缸方向压力波对测量叶片的冲击，而保证测量的准确性。缓冲室对叶片的运动起阻尼作用，减少翼片的脉动，使翼片运转平稳。,缓冲室,缓冲叶片,测量叶片,51,2.两种常见的热线流量传感器,主气流测量热线式 1-防逆屏蔽 2-取样管 3-白金热线 4-前置温度传感器 5-控制线路板 6-连接器,旁通测量热线式 1-冷热金属线 2-陶瓷螺线管 3-控制电路 4-冷线 5-热线 6-旁通路 7-主通路,52,热线空气式流量传感器的工作原理,（2）另一方面，电热丝的温度，可通过调节流经电热丝的电流大小使其保持恒定，从而根据流经电热丝的电流大小，便可测定进入气缸的空气流量。,利用热线
17、与空气的热传递现象进行空气质量流量测量。（1）将白金电热丝装在进气通路中，当吸入的空气流经过电热丝时，空气将电热丝产生的热量带走，其带走的热量取决于空气温度和流量。,53,热线空气式流量传感器的工作特点,该流量计的特点是：可直接测得进气空气的质量流量，无需大气压力修正，无运动零件，进气阻力小，响应特性好，可正确测出急剧减速时的进气量。但在流速分布不均匀的情况下，测量误差较大，造价较高。 为了清除使用中电热丝上附着的胶质和积炭对测量精度的影响，起动时，可由控制器控制输入电热丝大的电流，将积炭烧净。,54,热膜式空气流量传感器,主气流测量热膜式空气流量计 1-控制电路盒 2-至发动机 3-热膜 4
18、-上流温度传感器 5-防逆屏蔽,结构,55,热膜式空气流量计工作原理,热膜式空气流量计与热线式空气流量计的结构和工作原理基本相同。但它不使用铂丝，而用热膜代替。热膜将发热金属铂固定在树脂薄膜上，这种结构可使发热体不直接承受空气流所产生的作用力，提高了发热体强度，同时其分析电路比热线式简单，目前应用较广。 除上述直接测量方式外，还有间接测量方式，即对进气歧管绝对压力和节流阀位置进行测量，进而通过专门的数学模型计算出空气流量。,56,二、快怠速阀,当发动机暖机时，为了防止不稳定运转，需提高怠速转速。快怠速阀一般有双金属片式、石蜡式、电磁式和步进电机等型式。下图为石蜡式空气阀。它主要由恒温石蜡感温体
19、4、弹簧和阀5等组成。石蜡感温体浸在发动机冷却介质中，在低温时，石蜡收缩，空气阀门打开，从空气滤清器来的空气绕过节气门直接进入进气歧管，使发动机怠速上升较快。当发动机水温升高时，石蜡受热膨胀，推动阀门缓慢关闭，发动机怠速逐渐下降，暖机过程结束。,57,石蜡式空气阀,a）总体结构 b）空气阀 1-怠速调整螺钉 2-节气门体 3-节气门 4-石蜡感温体 5-阀 6-内弹簧 7-外弹簧,58,电磁控制空气阀,59,6.5 电控汽油喷射的控制系统,主要内容喷油正时控制喷射量控制有关传感器,60,汽油喷射控制系统组成框图,燃油喷射控制系统主要由各类传感器，电子控制单元及执行元件等组成，其功用是根据各传感
20、器反映发动机各种工况的信息，确定喷油器的开启时间，以确保供给发动机该工况下的最佳可燃混合气。燃油喷射控制系统最终是对喷油正时与喷油量进行控制。,61,一、 喷油正时控制,同时喷射分组喷射顺序喷射,三种方式,喷油正时控制方式有：,62,1.同时喷射,概念:对于多缸发动机,各个缸的喷油器同时喷油。有单循环双喷油式,也由单循环四喷油式.单循环双喷油式为曲轴每转一圈,各缸喷油一次。,63,同时喷射1,64,同时喷射2,65,同时喷射控制电路,各缸喷油器的电磁线圈并联. 微机根据曲轴位置传感器输入的基准信号，发出喷油控制信号，控制功率三极管的导通或截止，从而控制各喷油器电磁线圈电路同时接通或切断，使各缸
21、喷油器同时喷油或同时关闭。,66,同时喷射工作特点,优点:不需要判别气缸工作次序，而且喷射驱动回路通用性好，电路结构与软件都较简单。在早期应用较多。 缺点：各缸对应的喷射时间不可能最佳，有可能造成各缸的混合气形成不一样。,67,2.分组喷射,概念:把偶数多缸发动机的气缸分为两组,曲轴每旋转一圈时,只有一组缸的喷油器喷一次油,另一组不喷油。即一个工作循环内只喷油一次,两组气缸喷油器交替喷油。,68,分组喷射1,69,分组喷射2,70,分组喷射控制电路,将同一组缸电磁喷油器的电磁线圈并联，由同一功率三极管控制，同时导通与截止。这种方式使最佳喷射时间的缸数增加，但驱动回路数等于分组数，需判别缸信号，
22、较同时喷射的电路结构复杂。,71,3.顺序喷射,概念:每缸喷油器按各自工作顺序(着火顺序如：153624)轮流喷射。,顺序喷射工作,控制电路,72,顺序喷射1,73,顺序喷射2,74,顺序喷射3,75,顺序喷射4,76,顺序喷射5,77,顺序喷射6,78,顺序喷射控制电路,各个缸的电磁喷油器的电磁线圈由单一的功率三极管控制，其导通与截止。功率三极管数等于发动机缸数。,79,顺序喷射工作特点,优点：各缸均可在最佳时刻喷油，有利于混合气的形成及采用稀薄混合气，进而降低燃油消耗和减少有害气体排放量。 缺点：软硬件结构复杂。顺序喷射需要ECU确定在什么时刻向哪一个气缸输出信号，需要精确的曲轴转角信号。
23、,80,二、喷射量控制,81,目标空燃比,汽油喷射时间实际上就是由ECU运算后输送给喷油器的喷射信号，它是以一个进气冲程中填充进气缸的空气质量为基准而计算的。一个吸气冲程中，填充气缸的空气质量，可以利用安装在进气道中的空气流量计、进气温度传感器及大气压力传感器等的输出信号进行计算。同时，考虑发动机的动力性、经济性、排气净化等所确定的目标空燃比来决定用实际喷射时间所表示的每循环供油量。目标空燃比 A/F=Ga / Gf （5-3） 式中 Ga 每循环气缸进气量（g）； Gf 每循环所需燃油量（g）。,82,每循环供油量,根据上式，如已知每一进气冲程中填充进气缸的空气量Ga与目标空燃比A/F，就可
24、以确定燃烧所需要的燃油质量 Gf = Ga /（A/F） （54）因供油系统保证喷油器的压差不变，喷油器喷油量只与喷射时间成正比。每次燃烧所需的燃油量，是通过控制喷油器的喷射时间T（ms）来实现，不考虑起动等特殊情况，已知Gf 与喷油器的动态特性，喷射时间T由下式确定：,83,喷射时间,T=TPFc+Tv （55） 式中 T 喷油器喷射时间（ms/pulse）；TP基本喷射时间（ms/pulse），即理论空燃比的喷射时间；Tv喷油器无效喷射时间（ms/pulse）；Fc基本喷射时间修正系数，由下式中各项决定：,84,修正系数,Fc=f（FET ，FAD ，FO ，FL ，FH ） （55） 式
25、中 FET与发动机温度有关的修正系数；FAD加减速运转时的修正系数；FO 理论空燃比反馈修正系数； FL 学习控制产生的修正系数； FH 大负荷、高转速运转时修正系数。,85,三、有关传感器,除了前面介绍的吹大气外，还有氧传感器、发动机转速与曲轴位置传感器、温度传感器、爆燃传感器、各类开关等。,86,氧传感器的安装位置,节气门体,排气管,87,氧传感器的结构,1.锆管 2.电极 3.弹簧 4.电极座 5.导线6.排气管 7.带孔防护套管,锆管（ZrO2)为固体电解质。锆管内外表面覆盖了一层多孔性铂膜作为电极。锆管的多孔性陶瓷体允许氧渗入到该固体的电解质中。,88,氧传感器的结构,89,氧传感器的工作原理,在废气温度较高时（400度），传感器正常工作。锆管外侧铂层感受废气中的氧含量,其内侧感受空气中的氧含量,两侧氧含量差越大,则氧传感器产生的信号电压越高. 信号电压低,说明混合气稀,信号电压高,说明混合气浓.,喷油器,氧传感器,
