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1、电喷发动机控制系统,第一章 电控汽油喷射系统概述,电子燃油喷射（Electronic Fuel Injection）简称EFI，主要应用在汽油发动机上，通常称为电控汽油喷射系统。,第一节 电控汽油喷射系统的产生和发展,汽车的发明给人类带来极大的便利，但也带来一系列的问题，主要表现在环境污染和能源消耗两方面。为了同时解决汽车发动机的排气净化和经济性两大难题，满足趋于苛刻的法规，汽车工程师将电子计算机技术与燃油喷射技术相结合，由此而诞生了电控汽油喷射系统。如今，电控汽油喷射系统已越来越多地装上了汽车，并且正在逐渐取代传统的化油器。,对电控汽油喷射系统的诞生做出最大贡献的要数德国波许(Bosch)公
2、司。波许公司于1912年就开始研究汽油喷射系统。 1937年波许公司采用机械方式来控制可燃混合气的配制，首次在航空发动机上应用了汽油喷射系统。 1952年，波许公司将汽油喷射系统从飞机“移植”到汽车上，将其装备在奔驰300SL型轿车上。 l953年，美国本迪克斯(Bendix)公司开发研究电控汽油喷射系统，并于1957年开发出E1ectrojactor电控汽油喷射系统。,1962年，波许公司从本迪克斯公司购买了电控汽油喷射系统的专利、并在其基础上加以研究，改进后于1967年推出波许D型电控汽油喷射系统，称为DJectronic System。这是第一个实用型的电控汽油喷射系统，最先装备在大众汽
3、车公司的VW1600型轿车上，开创了电控汽油喷射的新时代，继而在欧洲各大汽车厂获得推广。 1973年，波许公司开发并推出了波许L型电控汽油喷射系统(L-jetronic System)，,20世纪70年代，单片微处理器被应用到汽车上，除了用于控制点火系统和汽油喷射系统外，还很快扩展到了废气再循环(EGRExhaust Gas Recycle)控制、发动机怠速控制等方面。这就产生了一种新的控制系统微处理器(电脑)集中控制系统。 这种类型的系统各家公司都有自己的命名，波许公司命名为Motronic系统，即数字式发动机控制系统；丰田公司命名为TCCS，即丰田电脑控制系统；日产公司命名为ECCS，即日
4、产集中控制系统， 1981年，日立公司和波许公司研制成功热线式空气流量计，它标志着电控汽油喷射系统进气量的检测方式得到了很大的改进。 随后波许公司对K型喷射系统又作了进一步改进，于1982年开发出电子控制的机械式连续喷射系统(波许KE系统)，在燃油分配器上增设的电液调节器(电子差压阀)，能根据各种不同工况控制燃油量。,第二节电控汽油喷射发动机的特点,一、电控汽油喷射系统与化油器的比较 (一)可燃混合气的产生 (图1-1及1-2),一、电控汽油喷射系统与化油器的比较 (一)可燃混合气的产生（续）,一、电控汽油喷射系统与化油器的比较（续） (二)驾驶性能 1冷车起动时（图1-3） 2加速时（图1-
5、4） 3大功率输出时 （图1-5）,二、电控汽油喷射系统的优点,与化油器比较，电控汽油喷射系统有以下优点： (一)每一个气缸可供应相等的可燃混合气 (二)在发动机各个转速档位均可获得精确的空燃比 (三)节气门角度变化的良好反应 (四)可燃混合气的校正 1低温补偿 2减速燃油切断装置,第三节电控汽油喷射系统的组成、分类和工作原理,一、电控汽油喷射系统的基本组成 电控汽油喷射系统由三个子系统组成：燃油系统、进气系统和电控系统。现代的电喷发动机大多采用集中控制系统，因此，发动机控制系统除电控汽油喷射系统外还包括点火和废气控制两个系统。,(一)燃油系统,燃油系统的功能是向气缸提供燃烧时所需要的汽油量。
6、汽油从油箱内由电动汽油泵吸出，经汽油滤清器后，由油压调节器调整燃油压力，再经输油管分配给各喷油器和冷起动喷油器，喷油器根据电脑发来的脉冲信号，把适量汽油喷射到进气歧管中。,(二)进气系统,进气系统为发动机提供形成可燃混合气所必需的空气。空气经空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气歧管进入气缸。在有些电控汽油喷射系统中，当加速踏板完全松开时，节气门全闭，发动机在怠速工况下运行时，空气经旁通道直接进入气缸。而有些电控汽油喷射系统是通过调整怠速螺钉来调节怠速转速，由辅助空气阀控制冷车快怠速的。绝大多数电控系统是由控制怠速控制阀调整怠速的。,(三)电控系统,在电控系统中，电脑根据传感器检测到
7、的发动机运转状况和汽车运行工况，确定喷油量，控制喷油器的开启时间。 用以检测发动机工况的传感器有：空气流量计、水温传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器等。用以检测车辆运行状况的传感器有：车速传感器、空调开关等。 此外还有以下控制部件：主继电器(电脑电源)、开路继电器(油泵电源)、冷起动喷油器定时开关以及控制供给喷油器电流的电阻器等。,(四)点火系统,电脑控制点火系统通过曲轴位置传感器(CKP)、凸轮轴位置传感器(CMP)来检测曲轴转速和活塞位置，点火时刻的确定和控制则由主电脑或点火模块执行。电脑控制点火系统可分为分电盘点火系统和直接点火系统两种，而从其控制模式可分为两大形式
8、：,1形式一,CKP和CMP信号传递给主电脑(ECU)，由主电脑确定点火正时和控制喷油器(INJ)动作、并同时控制点火模块(ESC)，由点火模块控制点火线圈(COIL)动作。,2形式二,CKP和CMP信号传递给点火模块(ESC)，由点火模块确定点火正时并控制点火线圈动作，同时，将信号送到主电脑，提供控制喷油时刻的依据。,(五)废气系统,汽油发动机的有害排放物包括：因混合气燃烧不完全产生的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)，在高温燃烧中产生的氮氧化合物(NOX)，油箱内汽油蒸发产生的燃油蒸气，曲轴箱漏气等。 常见的减轻排放污染的装置有：曲油箱强制通风系统、燃油蒸气回收系统、废气再循环系统、三元
9、催化转化器等。其中，曲轴箱强制通风系统由曲油箱强制通风阀控制，它可将串入曲油箱的废气更新引入气缸燃烧；三元催化转化器直接安装在排气管中，能使排气中的HC、CO、NOx经催化反应后生成无害的N2、CO2和H2O排入大气；燃油蒸气回收系统可以把汽油箱内燃油蒸气引入气缸燃烧；废气再循环系统把排气管中的废气引入气缸，降低燃烧温度，减少氮氧化合物的生成。,二、电控汽油喷射系统的分类,(一)按喷油的控制方式分类 按喷油的控制方式分类，可将汽油喷射系统分为机械控制汽油喷射系统和电控汽油喷射系统。机械喷射系统即欧洲汽车广泛采用的波许K型喷射系统，在其基础上发展形成的波许KE型喷射系统称为机械电控汽油喷射系统。
10、波许KE型喷射系统保留了波许K型系统的基本件，加装了一个电子液压调整器以控制燃油分配柱塞上下室的不同压力，使原有系统增加了暖车加浓、加速加浓、全负荷加浓及减速断油等功能。因为最主要的控制功能与K型是一致。所以也可以认为KE型电控汽油喷射系统仍属机械控制范畴。电控汽油喷射系统是由电脑根据不同工况计算出喷油量后，向喷油器发出电信号来控制燃油喷射的。,(二)按汽油的喷射部位分类,按汽油喷射的部位分类，有缸内喷射与进气管喷射之分。前身类似于柴油机的燃油喷射，由于对喷油器有耐高温、高压的要求，以及发动机设计上喷油器的安装空间等一系列困难，很少采用。现有的电控汽油喷射系统都属于进气管喷射，它又可分为单点喷
11、射系统和多点喷射系统。,单点喷射系统,单点喷射系统，简称SPI或SPFI，也称为节气门体喷射系统(TBI)。它是将汽油喷射在进气总管内。这个部位就是化油器式发动机装置化油器的部位，单点喷射系统一般设有一个喷油器，对于缸数较多的机型可设两个喷油器交替工作，这样能减小喷油器的开启次数，延长喷油器使用寿命。单点喷射系统同样存在着与化油器类似的问题各种工况下各缸混合气分配不均匀。但由于单点喷射系统在空气和燃油的计量控制方面比化油器要精确、稳定得多，而且成本较多点喷射系统低，所以应用仍然很广泛。,多点喷射系统,多点喷射系统(简称MPI)在每一缸装有一只喷油器(安装在各缸进气门前)，因而能保证各缸之间混合
12、气浓度的一致性。由于该系统进气管道仅仅通过空气，而空气的流动性要比汽油颗粒的流动性好，因而进气管可以自由设计，尽量满足发动机最大负荷的要求，以求获得较大的转矩和功率。多点喷射系统的性能比单点喷射系统好，所以采用的车型多，但MPI比SPI元件多，结构复杂，价格高。,(三)按空气流量计的结构分类,电控汽油喷射系统最主要的传感器是空气流量计，因而人们也常用喷射系统所采用的空气流星计的不同结构形式来分类。按空气流量汁的结构，现有的电控汽油喷射系统可分为K型、D型、L型三类。K型(包括KE型)喷射系统采用进气喉管中的气流感应板作为空气流量汁，它输出的是与进气量成比例的位移信号而不是电信号，加之又与燃油分
13、配器连为一体，故习惯上一般不将它独立地作为空气流量计来分类。现有的空气流量计可分为D型和L型两大类。,三、电控汽油喷射系统的工作原理,在电控汽油喷射系统中，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，由此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。即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
14、为电信号，并送入发动机电脑，再经电脑转化为合适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，使之准确地工作。,电控汽油喷射系统的工作过程即是对喷油时间的控制过程。装备电控汽油喷射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。具体的过程是，发动机电脑通过进气压力传感器(D型)或空气流量器(L型)的信号汁算出空气质量，并根据计算出的空气质量与目标空燃比进行比较，确定每次燃烧所必须的燃料质量。目标空燃比即实际进入气缸的空气质量和燃烧所需要的燃料比值。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
15、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。,发动机电脑根据发动机的工况确定最佳喷油持续时间后，如果是根据发动机的工作循环控制燃油喷射，则称为“同步喷射”。但有一些发动机在起动、急加速等特殊情况时会额外增加喷油量，以保证发动机性能，这类的喷油控制称为“异步喷射”。,(一)同步喷射控制,1起动喷油控制 在起动时，电脑(ECU)根据当时的冷却水温度
16、来确定基本喷油时间，然后进行进气温度和蓄电池电压修正，得到起动时的喷油持续时间。,2起动后的喷油控制,(1)基本喷油持续时间 D型电喷汽油喷射系统的基本喷油持续时间由发动机转速信号和进气管绝对压力确定。 L型电控汽油喷射系统的基本喷油持续时间由发动机转速信号和进气量确定。这个基本喷油时间是实际既定空燃比(一般为理论空燃比A/F14.7)的喷射时间。 (2)起动后各工况下喷油量的修正 在确定基本喷油时间的同时，电脑由各种传感器获得发动机运行工况信息对基本喷油时间进行修正。,起动后加浓： 暖机加浓： 大负荷加浓： 过渡工况空燃比控制：,3断油控制,(1)减速断油 发动机在高速下急减速时，节气门完全
17、关闭，为避免混合气过浓、燃料经济性和排放性能变坏、电脑控制喷油器停止喷油。当发动机转速降到某预定转速之下或节气门重新打开时，喷油器重新投入工作。 当冷却水温度低或空调机工作需要增加输出功率时，重新恢复喷油时的转速较高。 (2)发动机超速断油 为避免发动机超速运行，发动机转速超过额定转速时，电脑控制喷油器停止喷油。 (3)汽车超速断油 某些汽车在运行速度超过限定值时，其电脑会根据节气门位置、发动机转速、冷却水温度、空调开关、停车灯开关及车速信号完成上述断油控制。,(二)异步喷射控制,1起动喷油控制 在起动时，电控汽油喷射系统为增加额外喷油量，改善发动机性能，在同步喷射外增加异步喷射。即在起动信号
18、STA接通状态后，ECU自曲轴位置信号(G)检测到的第一个转速信号(Ne)开始，以一个固定的喷油持续时间，同时向各缸增加一次喷油。 2加速喷油控制 发动机由怠速向起步过渡时，由于燃油惯性等原因，会出现短时混合气过稀现象。为改善起步加速性能，在电控汽油喷射系统中，电脑根据节气门位置传感器的怠速触点(IDL)信号从接通到断开，增加一次固定喷油持续时间的喷油。 在一些发动机中，当节气门急速开启或进气量突然变大时，为提高加速响应性，在加速期间，也会在同步喷射基础上增加异步映射。增加持续喷油时间。,第四节 典型汽油喷射系统简介,一、机械控制式汽油喷射系统 1结构 波许K型汽油喷射系统的结构如图1-8所示
19、,2工作原理,波许K型汽油喷射系统是一种机械式汽油喷射系统，其燃油喷射量与发动机吸入的空气量成正比。 如图1-8所示，吸入的空气流经空气滤清器、浮盘式空气计量板，并经节气门流入进气歧管，然后进入各气缸。燃油由电动燃油泵从油箱吸出。经蓄压器及燃油滤清器供给燃油分配器。燃油分配器中的压力调节器可使系统压力恒定在4.47MPa，当系统压力超过规定值时，过量燃油就流回燃油箱。,(二)带电脑的机械式汽油喷油系统 (KE-jetronic),KE-jetronic。nM与K-jetronic的区别是安装了发动机电脑(控制器)，淘汰了暖机调节器，由膜片式电液压力调节器代替K型中的活塞式比力调节器等。 1结构
20、 KE型机械式喷射装置总体结构如图1-9所示。,2工作原理,该系统直接测量空气量，连续喷射燃油(每秒钟可自动喷射2000次)。喷油器的喷油量取决于燃油分配器控制柱塞的升程及其差压阀下室压力的大小。 空气计量板与燃油分配器是机械式汽油喷射系统的两个完整的基础组件。它们平行地完成工作，其中一个组件不工作时，另一个也不能工作。发动机工作时，空气计量板上、下浮动，通过杠杆使燃油量分配器控制柱塞动作，从而控制柱塞套简上的计量槽口的打开截面。 燃油量分配器差压阀下室的油压由电液压力调节器进行调节。电液压力调节器由电脑控制。电脑根据接收到的水温传感器、节气门开关、空气计量板电位计等发出的信号，经处理后向电液
21、压力调节器输送控制电流信号(0120mA)，以便控制喷油器的喷油量，满足发动机在冷起动、暖机时对油量的需要，以及迅速加速到最高转速和怠速工况时对混合气的要求。当电子装置出现故障或电路中出现断路时，整个喷射装置仍能工作。,二、多点式电控汽油喷射系统,在多点式电控汽油喷射系统中，凡采用进气压力传感器通过测量进气管压力来确定进气量的系统，均称为压力感应式汽油喷射系统；凡采用冀板式空气流量计、热线式空气流量计和卡门涡流式空气流量计来测量空气量的系统，均称为流量感应式汽油喷射系统。,(一)多点压力感应式汽油喷射系统,波许Djetronic是最早的、典型的多点压力感应式汽油喷射系统。美国的通用、福特和菜斯
22、勒，日本的丰田、本田、铃木和大发等公司也有类似产品。 1结构 如图1-11所示为多点压力感应式汽油喷射系统的主要部件及功能。,2工作原理,汽油泵直接将汽油输送到喷油器，油压调节器保证喷射压力恒定。压力过高时，多余的汽油又流回油箱。喷油器将燃油喷入进气门之前的进气歧管中。每个气缸有一个喷油器。有些车型为了减少损耗，4缸发动机以两个喷油器为一组将其电路并联，6缸发动机以三个喷油器为一组并联。凸轮轴转一周完成一次分组喷油循环，全部喷油器承受一个大约为0.2MPa的恒定压力。每工作冲程供给气缸的燃油量用控制喷油器的开启持续时间来计量，由电脑(ECU)供给控制脉冲信号，其持续时间由进气歧管压力、发动机转
23、速等修正变量确定。这些修正变量由各种传感器进行检测，并产生电信号输入电脑。,(二)多点流量感应式汽油喷射系统,1波许L型电控喷射系统 (1)结构 波许L型电控喷射系统的总体结构如图1-12所示。,(2)工作原理,L型流量感应式电控汽油喷射系统是在D型喷射的基础上结合直接空气量测定的优点开发的。控制排气污染的辅助净化装置如废气再循环、排气净化后处理系统、氧传感器等均可用于电脑的扩展功能控制。 与D型喷射系统约分组喷射不同，L型采用同时喷射方式，即喷油器凸轮轴每转一周(曲轴转2圈)喷油两次，每次喷射量为所需燃油量的一半。第一次喷射燃油时进气门还是关闭的，第二次(吸气行程)才开启。,2波许LE型电控
24、喷射系统,波许LE-jetronic是L-jetronic的改进型，能使发动机以最佳的方式工作。其结构、工作原理和工作方式基本相同。 此外LE型有下列几个特点： 喷射装置优化，价格低廉，控制器工作可靠，能耗降低。 喷油器内设置高阻值(12l 6)线圈，从而取消了喷油器外电路中的串联减压电阻。 在空气流量计中增设了进气温度传感器，对吸入的空气进行温度校正。 插接件(电插头)数目减少。 通过电子继电器来驱动燃油泵。电子继电器取代了与空气流量计内油泵开关连接的组合继电器。,3波许LH型电控喷射系统,波许LH型汽油电控喷射系统的总体结构如图1-13所示。 LH型汽油喷射系统的基础是L型汽油喷射系统，但
25、以热线式空气流量计代替了机械检测的翼板式空气流量计。热线位于进气道中，可以用电加热到100 且可以控制在这一恒定温度上。吸入空气时，热线被冷却。为了保持100 的温度不变，加热电流的强度要适应吸入的空气量，故可依据加热电流强度来测量吸入的空气量。 电动汽油泵吸出燃油，输送到喷油器。压力调节器保持喷油前的压力不变。过剩的燃油回流到燃油箱。 喷油器采用间断式分组喷射，凸轮轴每旋转一周，完成两次喷油。燃油喷射到进气门前方。为了求得各种工况下的喷射油量，应给电脑输入空气质量、发动机转速、冷却液温度、节气门怠速位置、节气门全负荷位置等测量参数。,4波许M型电控汽油喷射系统,波许M型汽油喷射系统就是在波许
26、L型汽油喷射系统的基础上，结合电脑控制点火系统而形成的，其电脑由大规模集成电路组成，采用数字控制方式，可同时对汽油喷射系统和点火系统进行控制。该系统除了具有波许L型、波许LH型所具有的功能外，由于将点火提前角控制与喷油控制相结合，在起动、怠速、加速、全负荷等工况下，不但能实现喷油量自动调节，而且能自动将点火提前角调整至该工况所需的最佳角度，实现了最佳的动力性和经济性，并减少了有害物质的排放量。 波许M型汽油喷射系统通常将曲轴位置传感器安装在发动机飞轮附近，因此点火提前角的控制更为精确。该系统的喷油量调节采用闭环控制方式，即由安装在排气管上的氧传感器检测出废气中的氧含量，从而间接地测量出混合气的
27、浓度。电脑根据测得的信号对喷油量作出修正，使混合气浓度保持在最佳的范围内。,三、MONO 型单点式电控汽油 喷射系统,MONO型单点式电控汽油喷射系统如图1-15所示，它是在多点式电控汽油喷射系统基础上发展起来的。其工作原理与多点喷射系统相似，基本控制参数也是空气流量与转速，有的系统也采用进气压力信号来计量进气量。,与多点式汽油喷射系统相比，它具有如下特点 用一个(有的系统为两个)喷油器集中喷射，以取代各缸进气歧管喷射，从而省掉了若干喷油器，简化了电脑中的电子线路。 省掉了冷起动温度开关和冷起动喷油器。 采用低压喷射(有的系统喷射压力低于0.1MPs)，不仅大大降低的电动汽油泵、电磁喷油器等精密零部件的制造成本，而且提高了电控汽油喷射系统工作的可靠性。 性能比多点式汽油喷射系统降低，但仍优于电控化油器。,