電子控制燃油噴射系統(tǒng)的組成及工作原理

1、電子控制燃油噴射系統(tǒng)的組成及工作原理一、電子控制燃油噴射系統(tǒng)的控制內(nèi)容及功能1、電子控制燃油噴射 （EFI）電子控制燃油噴射主要包括噴油量、噴射定時(shí)、燃油停供及燃油泵的控制。1）噴油量控制ECU將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)作為主控信號(hào)，確定基本噴油量（噴油電磁閥開啟的時(shí)間長(zhǎng)短），并根據(jù)其它有關(guān)輸入信號(hào)加以修正，最后確定總噴油量。2）噴油定時(shí)控制在電控間歇噴射系統(tǒng)中，當(dāng)采用與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)同步的順序獨(dú)立噴射方式時(shí)，ECU不僅要控制噴油量，還要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的發(fā)火順序，將噴射時(shí)間控制在一個(gè)最佳時(shí)刻。3）減速斷油及限速斷油控制a. 減速斷油控制汽車行駛中，駕駛員快收油門踏板時(shí)，ECU將會(huì)切斷燃油噴射控制電路，

2、停止噴油，以降低減速時(shí)HC及CO的排放量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至一定的特定轉(zhuǎn)速時(shí)，又恢復(fù)供油。b. 限速斷油控制發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過安全轉(zhuǎn)速或汽車車速超過設(shè)定的最高車速，ECU將會(huì)在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)切斷燃油噴射控制電路，停止噴油，防止超速。4）燃油泵控制當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打開后，ECU將控制汽油泵工作 2 3秒，以建立必須的油壓。此時(shí)若不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，ECU將切斷汽油泵控制電路，汽油泵停止工作。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程和運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，ECU控制汽油泵保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2、電控點(diǎn)火裝置 （ESA）點(diǎn)火裝置的控制主要包括點(diǎn)火提前角、通電時(shí)間和爆震控制等方面。1）點(diǎn)火提前角控制ECU中首先存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況及運(yùn)行條件下最理想

3、的提火提前角。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)， 確定基本點(diǎn)火提前角， 并根據(jù)其它有關(guān)信號(hào)進(jìn)行修正， 最后確定點(diǎn) 火提前角，并向電子點(diǎn)火控制器輸出信號(hào)，以控制點(diǎn)火系的工作。2）通電時(shí)間（閉角）控制與恒流控制為保證點(diǎn)火線圈初級(jí)電路有足夠大的斷開電流，以產(chǎn)生足夠高的次級(jí)電壓，同時(shí)也要防止通電時(shí)間過長(zhǎng)線圈過熱損壞，ECU可根據(jù)蓄電池電壓及轉(zhuǎn)速等信號(hào)，控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的通電時(shí)間。在高能點(diǎn)火裝置中還增加了恒流控制電路，以使在極短時(shí)間內(nèi)初級(jí)電流迅速增長(zhǎng)到額定值， 減少轉(zhuǎn)速對(duì)次級(jí)電壓的影響，改善點(diǎn)火特性。3）爆震控制當(dāng)ECU收到爆震傳感器輸出的信號(hào)后，ECU對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理并判斷發(fā)動(dòng)機(jī)有無

4、爆震現(xiàn)象。在檢測(cè)到爆震時(shí)，立即把點(diǎn)火時(shí)刻變成滯后角；在無爆震時(shí)，則采用提前角反饋控制形式。 此項(xiàng)控制是點(diǎn)火時(shí)刻控制中的追加功能。3、怠速控制（ISC）發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車運(yùn)轉(zhuǎn)、空調(diào)壓縮機(jī)工作、變速器掛入檔位、發(fā)電機(jī)負(fù)荷加大等不同怠速運(yùn)轉(zhuǎn)工 況下，由ECU控制怠速控制閥，使發(fā)動(dòng)機(jī)都能處在最佳怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)。4、排放控制排放控制項(xiàng)目主要有：廢氣再循環(huán)控制（EGR）、氧傳感器及三元催化開環(huán)閉環(huán)控制、二次空氣噴射控制、活性碳罐電磁閥控制等。1）EGR廢氣再循環(huán)控制當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到一定溫度時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，ECU控制EGR閥作用，廢氣進(jìn)行再循環(huán)，以降低 NOx排放量。2）開環(huán)和閉環(huán)控制在裝有氧傳感器及三元催

5、化器的發(fā)動(dòng)機(jī)中，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況及氧傳感器反饋的空燃比信號(hào)，確定開環(huán)控制與閉環(huán)控制方式。3）二次空氣噴射控制ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度，控制新鮮空氣噴入排氣歧管或三元催化器中，以減少排氣污 染。4）活性碳罐排泄電磁閥控制ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等信號(hào)，控制活性碳罐排泄電磁閥的工作，以降低 油箱中的汽油蒸發(fā)污染。5、進(jìn)氣控制1）動(dòng)力閥控制發(fā)動(dòng)機(jī)在不同負(fù)荷下，ECU控制真空電磁閥，以控制動(dòng)力閥的開閉來改變進(jìn)氣流量，從而 改善發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩與動(dòng)力。2）渦流控制閥ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速信號(hào)，去控制真空電磁閥，以控制渦流控制閥的開閉，改善 發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷的充氣效率，提高輸出扭矩和

6、動(dòng)力。6、增壓控制ECU根據(jù)進(jìn)氣壓力傳感器（MAP）檢測(cè)的進(jìn)氣壓力信號(hào)去控制釋壓電磁閥，以控制排放通路 切換閥，改變排氣通路的走向，從而控制廢氣渦輪增壓器進(jìn)入工作或停止工作。7、警告提示ECU控制各種指示和警告裝置，顯示有關(guān)控制系統(tǒng)的工作狀況，當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能 及時(shí)發(fā)出警告信號(hào)。如氧傳感器失效、催化劑過熱、油箱油溫過高等。8、自我診斷與報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，ECU將會(huì)點(diǎn)亮組合儀表上的“檢查發(fā)動(dòng)機(jī)”（CHECK ENGINE）燈，提醒駕駛員注意發(fā)動(dòng)機(jī)已出現(xiàn)故障，并將故障信息儲(chǔ)存到ECU中，通過一定程序，能將故障碼及有關(guān)信息資料調(diào)出供檢修用。9、 傳感器故障預(yù)診參考系統(tǒng)（失效保護(hù)）當(dāng)

7、ECU檢測(cè)到傳感器或線路故障時(shí)，即會(huì)自動(dòng)按ECU預(yù)先的程序提供設(shè)定值，以便發(fā)動(dòng)機(jī)仍能保持運(yùn)轉(zhuǎn)，但此時(shí)性能將有所下降。10、主電腦故障備用控制系統(tǒng)當(dāng)ECU發(fā)生故障時(shí)，則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)備用系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入強(qiáng)制運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以便駕駛員將 車輛開到檢修廠進(jìn)行修理。二、電子控制燃油噴射系統(tǒng)的基本組成EFI系統(tǒng)主要由信號(hào)輸入裝置、電子控制單元（ECU）、執(zhí)行器等組成。如圖 1所示。1、信號(hào)輸入裝置及輸入信號(hào)EFI系統(tǒng)的信號(hào)主要是通過各種傳感器或其它裝置將各種信號(hào)輸入ECU的。EFI系統(tǒng)的傳感器和輸入信號(hào)主要有下列種類：1）空氣流量計(jì)（MAF在L型EFI系統(tǒng)中，由空氣流量計(jì)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣量，并將信號(hào)輸入EC

8、U ,作為燃油噴射和點(diǎn)火控制的主信號(hào)。2）進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器 （MAP）在D型EFI系統(tǒng)中，由進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器測(cè)量進(jìn)氣管壓力，并將信號(hào)輸入ECU ,作為燃油噴射和點(diǎn)火控制的主信號(hào)。3）轉(zhuǎn)速和曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)（轉(zhuǎn)速信號(hào)）輸入ECU ,作為點(diǎn)火和燃油噴射的主控制信號(hào)。4）凸輪軸位置傳感器凸輪軸位置傳感器向 ECU輸入凸輪軸位置信號(hào)，是點(diǎn)火控制的主控制信號(hào)。5）上止點(diǎn)位置傳感器上止點(diǎn)位置傳感器向 ECU提供一缸上止點(diǎn)位置信號(hào)，作為點(diǎn)火控制的主控制信號(hào)。6）缸序判別傳感器缸序判別傳感器向 ECU提供各缸工作順序信號(hào)，作為點(diǎn)火控制的主控制信號(hào)。7）冷卻水溫度傳感器檢

9、測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度，向ECU輸入冷卻水溫度信號(hào)，作為燃油噴射和點(diǎn)火正時(shí)的修正信號(hào)，同時(shí)也是其它控制系統(tǒng)的控制信號(hào)。8）進(jìn)氣溫度傳感器檢測(cè)進(jìn)氣溫度，向 ECU輸入進(jìn)氣溫度信號(hào)，作為燃油噴射和點(diǎn)火正時(shí)的修正信號(hào)。9）節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器檢測(cè)節(jié)氣門的開度狀態(tài)，如怠速（全關(guān)）、全開及節(jié)氣門開閉的速率信號(hào)，輸入ECU，控制燃油噴射及其它控制系統(tǒng)，如 EGR、開閉環(huán)控制等。10）氧傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中氧含量，向 ECU輸入空燃比反饋信號(hào)，進(jìn)行噴油量的閉環(huán)控制。11）爆震傳感器爆震傳感器向ECU輸入爆震信號(hào)，經(jīng) ECU處理后，控制點(diǎn)火提前角，抑制發(fā)動(dòng)機(jī)爆震現(xiàn)象產(chǎn)生。12）大氣壓力傳感器檢測(cè)大氣

10、壓力，向 ECU輸入大氣壓力信號(hào)，修正噴油和點(diǎn)火控制。13）車速傳感器檢測(cè)車速， 向ECU輸入車速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)超速斷油控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速器共同控制時(shí)，也是自動(dòng)變速器的主控制信號(hào)。14）起動(dòng)信號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由起動(dòng)系向ECU提供一個(gè)起動(dòng)信號(hào)， 作為噴油量、點(diǎn)火提前角的修正信號(hào)。15）發(fā)電機(jī)負(fù)荷信號(hào)當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷因用電量較大的電器設(shè)備而增大時(shí)，向ECU輸入此信號(hào)，作為噴油量與點(diǎn)火提前角的修正信號(hào)。16）空調(diào)作用信號(hào)（A/C）當(dāng)空調(diào)開關(guān)打開，空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)入工作，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷加大時(shí)，由空調(diào)開關(guān)向ECU輸入空調(diào)作用信號(hào)，作為對(duì)噴油量及點(diǎn)火提前角控制的修正信號(hào)。17）檔位開關(guān)信號(hào)和空檔位置開關(guān)信號(hào)自動(dòng)變速

11、器由P/N檔掛入其它檔位時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷將有所增加， 檔位開關(guān)向ECU輸入信號(hào)，作為對(duì)噴油量及點(diǎn)火提前角控制的修正信號(hào)。當(dāng)掛入P或N檔時(shí)，空檔位置開關(guān)提供 P/N檔位置信號(hào)，防止不在 P/N檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。18）蓄電池電壓信號(hào)當(dāng)ECU檢測(cè)到蓄電池和電源系的電壓過低時(shí)，將對(duì)供油量進(jìn)行修正，以補(bǔ)償由于電壓過低時(shí)造成噴油壓力過低所帶來的影響。19）離合器開關(guān)信號(hào)在離合器接合和分離過程中，由離合器開關(guān)向ECU輸入離合器工作狀態(tài)信號(hào)，作為噴油量與點(diǎn)火提前角的修正信號(hào)。20) 剎車開關(guān)信號(hào)在制動(dòng)時(shí)，由剎車開關(guān)向ECU提供制動(dòng)信號(hào)，作為對(duì)噴油量、點(diǎn)火提前角和自動(dòng)變速器等的控制信號(hào)。21) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)信號(hào)采用

12、動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的汽車，當(dāng)方向盤由中間位置向左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵工作而使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷加大，此時(shí)動(dòng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)向ECU輸入修正信號(hào)，調(diào)整噴油量及點(diǎn)火提前角。22) EGR閥位置傳感器EGR閥位置傳感器向 ECU提供EGR閥的位置信號(hào)。23) 巡航(定速)控制開關(guān)信號(hào)當(dāng)進(jìn)入巡航控制狀態(tài)時(shí)，由巡航控制開關(guān)向ECU輸入巡航控制狀態(tài)信號(hào)，由 ECU對(duì)車速進(jìn)行自動(dòng)控制。隨著控制功能的擴(kuò)展，輸入信號(hào)也將不斷增加。從上述所列傳感器及輸入信號(hào)中可以看出，EFI系統(tǒng)所用的傳感器及輸入信號(hào)有很多都是相同的。這就意味著可以減少大量的傳感器數(shù)目， 一個(gè)傳感器或一個(gè)輸入信號(hào)，可以多次重復(fù)使用，作為幾個(gè)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)。

13、2、電子控制單元(ECU)ECU是一種電子綜合控制裝置，它所具備的基本功能如下：(1) (1)接受傳感器或其它裝置輸入的信息，給傳感器提供參考(基準(zhǔn))電壓：2V、5V、9V、12V,將輸入的信息轉(zhuǎn)變?yōu)槲C(jī)所能接受的信號(hào)。(2) (2)存儲(chǔ)、計(jì)算、分析處理信息，計(jì)算出輸出值所用的程序，存儲(chǔ)該車型的特點(diǎn)參數(shù)，存 儲(chǔ)運(yùn)算中的數(shù)據(jù)(隨存隨取)，存儲(chǔ)故障信息。(3) (3)運(yùn)算分析。根據(jù)信息求出執(zhí)行命令數(shù)值；將輸出信息與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，查出故障。(4)輸出執(zhí)行命令。把弱信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)的執(zhí)行命令，輸出故障信息。(5) (5)自我修正功能(自適應(yīng)功能)。在EFI系統(tǒng)中，ECU不僅用來控制燃油噴射系統(tǒng)，同時(shí)還具有點(diǎn)火

14、提前角控制、怠速控制、排放控制、進(jìn)氣控制、增壓控制、自診斷、失效保護(hù)和備用控制系統(tǒng)等多項(xiàng)控制功用。由于使用 微機(jī)，與以往的模擬電路控制相比，信號(hào)處理的速度和容量都大大提高，因此就可以實(shí)現(xiàn)多功能 的高精度集中控制如圖2所示，ECU主要由輸入 回路、A/D轉(zhuǎn)換器（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）、微 型計(jì)算機(jī)和輸出回路四部分組成。1）輸入回路輸入ECU的傳感器信號(hào)有兩種：一 種是模擬信號(hào)（如圖3a所示），如熱 線式空氣流量計(jì)的輸出信號(hào)和水溫 傳感器的輸出信號(hào)等；另一種是數(shù)字 信號(hào)（如圖3b所示），如卡門渦流式 空氣流量計(jì)的輸出信號(hào)和轉(zhuǎn)速傳感 器的輸出信號(hào)等。信號(hào)的類型不同， 輸入ECU后的處理方法也不一樣。從傳感器

15、輸出的信號(hào)輸入ECU后，首先通過輸入回路， 其中數(shù)字信 號(hào)直接輸入微機(jī)，模擬信號(hào)則由 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后再輸入 微機(jī)。輸入回路的作用是將傳感器輸 入的信號(hào)，在除去雜波和把正旋波轉(zhuǎn) 變?yōu)榫匦筒ê螅俎D(zhuǎn)換成輸入電平。如圖4所示。圖2 ECU構(gòu)成1.傳感器2.模擬信號(hào)3.輸入回路4.A/D轉(zhuǎn)換器 5.輸出回路6.執(zhí)行元件7.微機(jī) 8.數(shù)字信號(hào) 9.ROM-RAM 記憶裝置nnnnr圖3傳感器輸入信號(hào)的種類（a）模擬信號(hào)（b）數(shù)字信號(hào)圖4 輸入回路的作用圖5模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換處理1除去雜波 2輸入回路1空氣流量計(jì) 2輸入回路3 A/D轉(zhuǎn)換器 4微機(jī)2） A/D轉(zhuǎn)換器（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器）由傳感器

16、輸入的模擬信號(hào)，微機(jī)不能直接處理，故要用 A/D轉(zhuǎn)換器將模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再輸入微機(jī)。圖5是空氣流量計(jì)輸出模擬信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器處理的示意圖。3）微型電子計(jì)算機(jī)微機(jī)的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的需要，把各種傳感器送來的信號(hào)用內(nèi)存的'數(shù)據(jù)（微機(jī)處理的順序）和數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并把處理結(jié)果如燃油控制信號(hào)、點(diǎn)火控制信號(hào)等送往輸出回路。微機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出裝置等組成。a. 中央處理器中央處理器CPU的功用是讀出命令并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)。CPU是由進(jìn)行數(shù)據(jù)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的運(yùn)算器、暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寄存器、按照程序進(jìn)行各裝置之間信號(hào)傳送及控制任務(wù)的控制 器等組成。b

17、. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的功用是記憶存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，一般由幾個(gè)只讀存儲(chǔ)器 ROM和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM組成。ROM是讀出專用存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)內(nèi)容一次寫入后不能改變，但可以調(diào)出使用。 即使切斷電源，ROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的內(nèi)容也不會(huì)丟失，故適用于各種程序和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保留。近年可編程只讀存 儲(chǔ)器（EPROM）已在汽車微機(jī)中得到應(yīng)用，該存儲(chǔ)器可由紫外線將其記憶內(nèi)容消去，并可改寫存 儲(chǔ)內(nèi)容。隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM即能讀出也能寫入數(shù)據(jù)記憶在任意地址上。但是如果切斷電源，存儲(chǔ) 的數(shù)據(jù)就丟失。所以 RAM只適用于暫時(shí)保留過程中的處理數(shù)據(jù)。c. 輸入/輸出裝置,在外部傳感器和執(zhí)行器之間執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送任務(wù),輸入/輸出裝置的功用是根據(jù) CPU的命令一般稱之為I/O接口。4）輸出回路由微機(jī)輸出的是電壓很低的數(shù)字信號(hào)， 用 這種信號(hào)一般是不能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。 輸出 回路的功用就是將微機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換 成可以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的輸出信號(hào)。輸出回路多圖6 輸出回路1微機(jī) 2輸出回路3噴油器采用大功率三極管， 由微機(jī)輸出的信號(hào)控制其 導(dǎo)通和截止，從而控制執(zhí)行元件的搭鐵回路。如圖6所示。3、執(zhí)行器ECU控