電子燃油噴射控制

1、電子燃油噴射控制作者： 日期：2008-5-6 源自：中國汽車電子網(wǎng) 訪問次數(shù)：1558 【 字號： 大 中 小 】      電子燃油噴射控制主要是用來改善汽油機動力性能，凈化尾氣排放，降低燃油消耗以及提高汽車的驅動性能等工作性能指標。如圖 2.6  中所示的各傳感器輸出的是關于汽油機運行狀態(tài)的信息，電子燃油噴射控制系統(tǒng)通過對所接收到的來自各傳感器的輸出信號進行計算，確定發(fā)動機所需的燃油量，并控制燃油的噴入，以保證發(fā)動機始終具有一個最佳的空燃比。噴入發(fā)動機中的燃油量是由噴油器噴油持續(xù)時間來確定。1 電子燃油噴射控制系統(tǒng)的功能大部分電子燃油噴射

2、控制是采用同步控制方式，即每一氣缸中的噴油器隨發(fā)動機轉速進行同步控制。同步噴射可改善汽車的加速性能。發(fā)動機啟動后的油氣加濃補償      該補償是在一固定的期間內，通過增加噴入氣缸的燃油量來穩(wěn)定發(fā)動機的轉速。所要求的補償系數(shù)是由發(fā)動機啟動后的冷卻水溫度所決定。發(fā)動機升溫期間的油氣加濃補償      在發(fā)動機啟動后，為了改善發(fā)動機的動力性能，當發(fā)動機冷卻水溫度較低時，通過增加噴人發(fā)動機氣缸內的燃油量來使發(fā)動機的冷卻水溫度升高，其油氣加濃補償一直到發(fā)動機升溫終止才結束。這一期間所需的補償系數(shù)是由發(fā)動

3、機冷卻水溫度決定。發(fā)動機升溫期間汽車加速過程時油氣加濃補償      為在發(fā)動機升溫期間改善汽車的加速性能，需要向發(fā)動機氣缸內噴入比正常加速時多的燃油，因此需對噴射持續(xù)時間進行補償，其補償系數(shù)仍由發(fā)動機的冷卻水溫度所決定。防止發(fā)動機過熱的油氣減濃補償      當汽車處于滿負荷行駛時，發(fā)動機自身及尾氣催化轉換器會處于過熱狀態(tài)，為了防止過熱，必須給發(fā)動機提供比正常運轉時較為稀薄的油氣混合物。對油氣混合物的補償是根據(jù)發(fā)動機進氣量、轉速和節(jié)氣門位置等因素所決定的發(fā)動機負荷條件來確定。海拔高度變化補償&

4、#160;     在海拔較高的地區(qū)，當發(fā)動機負荷增加時，進氣管內的真空度增加，單位體積空氣中的含氧量下降。為了使發(fā)動機內燃油能正常燃燒，必須對不同海拔高度下的油氣混合濃度加以補償。隨著海拔高度的增加，應對油氣混合物進行加濃補償?？杖急确答佈a償      采用催化轉換器可使汽車廢氣中的CO，HC和NOx  ，物質含量明顯降低，具有較高的尾氣凈化率。但要使經(jīng)過催化轉換器后的汽車尾氣的凈化率保持在一個最高的水平，就必須對進入氣缸的空燃比進行精確的控制，使其保持在最接近以化學計量比計算所得的

5、一個狹窄的范圍內。為了達到這一目的，需要控制汽車排氣中的含氧量。通過對排氣含氧量的檢測實現(xiàn)噴射時間的反饋補償控制，從而使排氣中的氧濃度不至于升得太高或降得太低。這就要求進入發(fā)動機氣缸的油氣濃度維持在理論空燃比附近。完成這一控制需要氧量傳感器（即氧傳感器），氧傳感器具有這樣的一種特性，當進入氣缸的油氣濃度達到化學計量比附近時，傳感器的輸出電壓急速變化，由氧傳感器的特性所構成的反饋回路用于油氣混合比的反饋控制（見圖2 8 ）。電子控制單元接收來自氧傳感器的電壓信號，并判斷油氣混合物是否處于適當?shù)目杖急葼顟B(tài)。當氧傳感器檢測到油氣混合物的濃度太高時，ECU作出減少燃油噴射量的指示。當情況相反時，控制系

6、統(tǒng)執(zhí)行反饋補償控制，增加噴射量。當氧傳感器的輸出電壓降至參考電壓以下時，補償系數(shù)大幅度階躍變化，以提高反饋補償?shù)捻憫芰ΑＳ捎谘鮽鞲衅髟诶鋺B(tài)時其輸出信號不準確，因此應該注意到當氧傳感器的溫度尚未達到其工作溫度時不能實現(xiàn)反饋控制。所以有些氧傳感器與加熱器做成一體。這樣當發(fā)動機啟動時，氧傳感器就能立即投入使用。常用的燃油噴射控制除了具有基本的同步噴射功能外還具有下述功能:（1）供油切斷發(fā)動機減速期間供油切斷      當發(fā)動機尚處于高速運轉而節(jié)氣門已完全關閉時，即汽車處于滑行或剎車的狀態(tài)下，這一控制功能可起到減少不必要的燃油噴入氣缸的作用。在切斷燃

7、油噴射控制的同時，發(fā)動機尚能吸入少量的空氣。當發(fā)動機轉速跌至設定的轉速以下時，則恢復燃油噴射。供油切斷的特性曲線見圖 2 9 。發(fā)動機高轉速時的供油切斷      為了防止發(fā)動機超速而引起危險，當發(fā)動機轉速超過定值后，燃油噴射暫時被切斷。（2）發(fā)動機啟動時的噴射特性由于發(fā)動機剛啟動而不帶任何負荷時，進入發(fā)動機的空氣量較小而不能被空氣流量傳感器所精確測定。因此這時的燃油噴射持續(xù)時間是用來自發(fā)動機冷卻水溫度傳感器的信號來計算（見圖 2 10 ）。當發(fā)動機的轉速超過設定值后，燃油噴射量由通常的同步燃油噴射方法來確定。圖2 .9  

8、  供油切斷的特性曲線                      圖2 .10   發(fā)動機啟動時的噴射特性（3）異步噴射異步噴射主要發(fā)生在發(fā)動機啟動及加速時，噴射與曲軸的旋轉和角度無關，是一種隨機噴射。在發(fā)動機啟動和加速過程中采用與正常（同步）噴射不同的異步噴射方式。當啟動鑰匙打到啟動發(fā)動機的位置時，就立即開始噴油，以提高發(fā)動機

9、的啟動性能而噴油時間與發(fā)動機的轉速不同步。為此，在異步噴射控制系統(tǒng)中需要安裝一個特殊的電磁閥（冷啟動噴油器）。當汽車加速時，汽車的加速度是通過各有關的傳感器送來的信號所決定，而這時的噴射控制是根據(jù)該加速度作出。這樣可以提高汽車的加速性能。燃油噴射控制一般只用于多點噴射系統(tǒng)（ MPI ），所謂多點噴射系統(tǒng)是指在汽油機每一氣缸的進氣管處安裝噴油器，而此系統(tǒng)中的進氣風門相當于普通汽車的節(jié)氣門，無單獨的化油器。燃油噴射時間取決于下述不同的噴射方式，安裝在氣缸進氣管處的噴射器與發(fā)動機轉速同步的單缸獨立噴射方式、每轉同時噴射及每轉分組噴射方式。圖2 11 顯示了一臺四缸發(fā)動機獨立、同時（一轉一次）和分組（

10、 2 組）噴射方式的典型的噴射時序。2 電子燃油噴射控制系統(tǒng)所用的傳感器 （ 1 ）空氣流量傳感器（ MAS ）空氣流量傳感器是由安裝在發(fā)動機進氣管中的電加熱元件（如采用鉑熱線的電熱絲）所構成。進入發(fā)動機進氣管內的氣流將電熱元件冷卻，使電熱絲的阻值發(fā)生變化，通過對流過電熱絲中的電流測定就可測得進入發(fā)動機中的空氣流量?？諝饬髁總鞲衅鞯募訜嵩c橋式電路構成一個測量系統(tǒng)，當電熱絲的溫度差別處于一固定范圍內，傳感器輸出的模擬電壓信號與流過傳感器的電流密度成一定的比例關系。采用熱線氣體流量測量系統(tǒng)的空氣流量儀結構如圖 2 12 所示，圖 2 13 顯示其輸出特性曲線。熱線空氣流量儀與后面將要介紹的其它

11、類型的空氣流量測試系統(tǒng)相比較，其顯著的優(yōu)點是熱線空氣流量儀測定的是進入發(fā)動機的空氣質量（或重量）流量，不需要對因進氣溫度及進氣壓力的變化對進氣質量流量的影響進行補償。（ 2 ）曲柄轉角傳感器（ CRNS ）電子燃油噴射控制系統(tǒng)中的曲柄轉角傳感器用來感知曲柄角的位置，進而確定活塞在氣缸中往復運動的位置。此傳感器一般設在曲軸輸出皮帶輪上或分電器轉軸上。有些發(fā)動機除裝有曲柄轉角傳感器還裝有一個凸輪軸位置傳感器?，F(xiàn)以分電器轉角傳感器為例進行說明。在分電器內除了設有曲柄轉角傳感器外，還設有發(fā)動機轉速傳感器。由這兩個傳感器發(fā)出兩種脈沖信號（見圖 2 14 ）。其中：G信號是提供給發(fā)動機燃油噴射電子控制單元

12、的一個曲柄轉角參照信號。用來確定相對于每缸上止點的噴油定時和點火定時。N e信號是提供給發(fā)動機燃油噴射電子控制單元的一個實際曲柄轉角信號，從中可以計算出發(fā)動機的實際轉速。該信號用來確定基本噴射時間和基本點火提前角。分電器內的傳感器由定時轉子（ N e ），信號轉子（ G ）和兩組電磁式檢測線圈所組成，其結構如圖 2 15 所示。圖 2 16 顯示了該傳感器中的 G 信號和 N e 信號的工作原理，而圖 2 17 則給出了分電器內兩傳感器的信號關系。在圖 2 15 和圖 2 16 所示的曲柄轉角傳感器系統(tǒng)中，G 信號轉子只有兩個齒（齒間角 180 °），而 N e 信號轉子卻有 24

13、個齒（齒間角 15 °），這兩轉子均隨發(fā)動機分電器的軸而轉動。它們的探頭線圈輸出交變波形。分電器每轉一周（相當于四沖程發(fā)動機的曲軸轉兩周）， G 信號轉子發(fā)出兩個脈沖波，對于 6 缸發(fā)動機而言，分別可以檢測出 1 缸和 6 缸的上止點位置（曲柄轉角的基準位置），而 N e 信號轉子發(fā)出 24 個脈沖波。通過對 N e 轉子發(fā)出的脈沖信號的時間間隔的測定和計算，電子控制單元可得出發(fā)動機在單位時間內的轉數(shù)。（ 3 ）冷卻水溫度傳感器（ CTS ）發(fā)動機冷卻水溫度傳感器用來檢測發(fā)動機冷卻水溫度，通常該傳感器安裝在冷卻水節(jié)溫器附近。傳感器內裝有嵌入式熱敏電阻，其電阻值隨發(fā)動機冷卻水的溫度變化

14、而較大幅度地變化。圖 2 18 顯示了該傳感器的結構及其工作特性曲線。（ 4 ）節(jié)氣門位置傳感器（ TPS ）節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門閥體內，并設有一個與節(jié)氣門擋板一起動作的電位計。傳感器輸出的電壓與擋板開度成正比，傳感器的結構和內部電路如圖2 19 所示。（ 5 ）氧傳感器（ O 2 S ）安裝在發(fā)動機排氣管內的氧傳感器用來檢測發(fā)動機排氣中所含氧的濃度，并將測定的氧濃度信號送到電子控制單元中，以確定發(fā)動機進氣中的空燃比是否高于或低于理論空燃比。圖 2 20 是氧傳感器的剖面結構圖。氧傳感器的測頭元件是以氧化鋯為主要材料，制成像試管的形狀，在其內外壁面均覆蓋有多孔的鉑電極。傳感器測頭元件的

15、外表面暴露在發(fā)動機排氣管中，直接與煙氣接觸。傳感器的原動力是氧化鋯與電極之間的電位勢差，電位勢差的高低由排氣管內尾氣中氧百分濃度的大小所決定。氧傳感器的工作原理及特性曲線如圖 2 21 所示。目前在市場上銷售的另一種氧傳感器是由鈦陶瓷制成的，而不是用氧化鋯。由鈦陶瓷所制成的 N 型的半導體，其電阻值的大小取決于汽車尾氣中氧的分壓力。鈦陶瓷的這種特性非常適用于制做氧傳感器。圖 2 22 顯示了鈦陶瓷傳感器的結構和油氣比與其電阻值之間的特性曲線。當空燃比一旦超過理論空燃比值時，從圖 2 .22 中可見，鈦陶瓷氧傳感器的輸出特性曲線的變化相當大，呈階躍變化。由鈦陶瓷制成的一種富氧濃度傳感器已投入實際

16、使用，這種傳感器在富氧濃度的范圍內工作，其輸出的特性曲線與油氣混合比幾乎成線性關系。由于在富氧濃度范圍內燃料在汽油機內的燃燒是處于比理論空燃比更為稀薄的范圍內進行，所以這種燃燒方式也稱之為稀薄燃燒方式。3 電子燃油噴射控制系統(tǒng)的執(zhí)行器噴油器電子燃油噴射控制系統(tǒng)中，使用的噴油器是電磁式的，噴油器通過絕緣墊圈安裝在各缸的進氣管上，并用輸油管與其相連，噴油器的結構如圖 2 23 所示。當來自電子控制單元的輸出信號到達嵌在噴射器金屬殼體內的電磁線圈時，挺桿被磁力吸起，固定在挺桿上的針閥開啟，噴油開始。噴油器的形式根據(jù)它的結構大致可分為兩種，即針閥型和孔型。針閥型噴油器的噴口不易堵塞，而孔型噴油器噴孔所

17、噴出的燃油霧化較好。在發(fā)動機運轉時，燃油泵向噴油器提供大約為大氣壓力2倍的一個恒定的供油壓力。當噴油器噴嘴內的針閥開啟時，燃油隨即噴出。由于設計的噴油器針閥抬起量是固定的，也就是說燃油的噴射與針閥開啟的時間成正比，這樣只要通過電子控制單元控制給電磁線圈通電的時間，就能完全控制燃油的噴射量。4 其它的空氣流量測量傳感器電子燃油噴射控制很大程度上取決于發(fā)動機進氣量的測定，以進氣量作為參照值來控制噴油量，來滿足進入氣缸時的最佳油氣比。因此非常精確地測定進氣量對電子燃油噴射控制系統(tǒng)是很必要的。除用已介紹的熱線空氣流量計測量外，進氣管壓力測量法、卡門渦街測量法和風門型空氣流量計也適用于發(fā)動機進氣流量的測

18、量。（ 1 ）進氣管壓力測量法進氣管壓力測量法是用一個壓力傳感器檢測節(jié)氣門后進氣管內的負壓壓力，通過測得的負壓和發(fā)動機的轉速間接地計算出進入的空氣流量。因此這種測量法又稱為“速度密度測量法”。此法中所用的半導體壓力傳感器由硅片、集成電路和真空室組成，其結構及其輸出特性曲線如圖 2 24 所示。壓力傳感器的工作原理是利用半導體硅片的壓電效應進行壓力變送。封裝在真空室內的硅片，由于一側受進氣壓力的作用，另一側是真空，所以在進氣壓力變化時硅片產(chǎn)生變形，使硅片的電阻值發(fā)生變化，導致橋式電路的輸出電壓發(fā)生變化。但傳感器實際輸出值是經(jīng)過空氣溫度補償及放大后的值。由于壓差的關系引起壓電元件所組成的橋式電路中電阻阻值的變化而使電流偏流，通過對橋式平衡電路中電壓變化的測定即可計算出發(fā)動機的進氣量。（ 2 ）卡門渦街測量法卡門渦街傳感器結構及其輸出特性曲線如圖 2 25 所示。安裝在發(fā)動機進氣道內的漩渦發(fā)生器產(chǎn)生一個不對稱的漩渦，這種漩渦稱之為卡門渦街流。漩渦產(chǎn)生的頻率與進氣流速成正比，根據(jù)這一機理只要通過對漩渦產(chǎn)生的頻率進行檢測就可測定進氣流量，由卡門漩渦所產(chǎn)生的微小的氣流壓力波動，通過一連接孔傳遞到一個細小的金屬鏡