汽車電控技術 發(fā)動機

1、汽車發(fā)動機電控技術第1章 緒 論 汽車電子控制技術是汽車的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到汽車的動力性、經濟性、可靠性、安全性、排氣凈化及舒適性。 例如：為使汽車發(fā)動機獲得最高的經濟性，需靠點火系統(tǒng)才能在最適當的時間點火； 為使汽車在制動過程中有良好的操縱性能，需采用電子控制防抱死制動裝置； 為保證汽車工作可靠、行駛安全，則有賴于各種其他電子控制系統(tǒng)的正常工作。1.1 汽車電子控制技術的現(xiàn)狀與發(fā)展 隨著汽車結構的改進與性能的不斷提高，汽車上裝用的傳統(tǒng)電氣設備正面臨著巨大的沖擊。 近年來，伴隨電子工業(yè)的發(fā)展，電子技術在汽車上的應用越來越多，車用電子裝置的新產品不斷涌現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路及

2、微型處理機的應用，大大推動了汽車工業(yè)的發(fā)展，同時亦給汽車的控制裝置帶來了巨大的變革。 當前，電子技術在解決汽車所面臨的油耗、安全、排放等方面正起著重要作用。 如電子控制汽油噴射裝置和電子點火裝置的應用不僅可節(jié)油5%到10%，同時對排氣凈化也十分有利； 電子控制防抱死制動裝置的應用不但可使汽車在泥濘路面上高速行駛，而且緊急制動時可防止側滑，保證汽車安全制動。 此外，在實現(xiàn)操縱自動化和提高舒適性等方面也離不開電器與電子設備的應用。 可見隨著汽車工業(yè)和電子工業(yè)的高速發(fā)展，汽車上所裝用的電器與電子設備的數量將與日俱增，所起的作用也會越來越重要。 微處理器實質上就是一種比較簡單、便宜的單片計算機。 它把

3、中央處理單元(CPU)、存儲器和輸入/輸出接口電路集成在一塊芯片上。 微處理器工作時，通過各種傳感器接收各種輸入信號，經過分析、計算后再向執(zhí)行機構發(fā)出指令，控制機械裝置動作。 由于汽車運行時，發(fā)動機和傳動機構的工作過程相當復雜，因此，要對其進行適時控制，傳統(tǒng)的機械機構已力不從心，而微處理器在這方面卻能大顯身手。 國外汽車運用電子技術從20世紀60年代開始，而大規(guī)模的運用在20世紀90年代以后。 從汽車電子化發(fā)展進程來看，可分為三個階段。 第一階段，從20世紀60年代中期到20世紀70年代末期，汽車上運用電子技術主要是對汽車電器產品進行電子技術改造，以改善部分性能。 如晶體管電壓調節(jié)器、交流發(fā)電

4、機及晶體管點火裝置等。 進入20世紀70年代，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車需求數量呈直線增長，汽車排放公害日益嚴重，能源危機問題日益突出，以及汽車的安全問題迫使各國政府出臺相應的法規(guī)，使各國汽車生產廠家無不感到巨大壓力。 而傳統(tǒng)的常規(guī)方法對此已無能為力。 所幸的是從20世紀70年代末期到20世紀90年代中期，由于電子工業(yè)的長足發(fā)展，特別是集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展，為人們在汽車上廣泛采用電子技術提供了可能，形成汽車電子技術發(fā)展的第二階段。 這一階段的主要特征是，廣泛采用機電一體化裝置，解決機械系統(tǒng)無法解決的復雜的自動控制問題，強調解決汽車的安全、環(huán)保及節(jié)能三大問題

5、，從而引發(fā)了世界范圍內的汽車技術革命，給汽車工業(yè)帶來了劃時代的變革。 第三個階段，應從20世紀90年代中期至今，預計可延續(xù)到2010年，其特征是強調以人-車-環(huán)境為主線的系統(tǒng)工程整體優(yōu)化，主要體現(xiàn)在智能化上。 隨著人工智能技術的飛速發(fā)展，將人工智能用于汽車系統(tǒng)控制已成為不爭的事實。 可以相信，隨著電子技術、信息技術、能源技術、新材料技術、人體科學及其他新興科學技術的進一步發(fā)展，將會提供滿足未來汽車發(fā)展需求的各種高新技術，使得汽車不僅在高速公路上行駛，而且將在信息高速公路上奔馳；不僅成為人們可靠的交通工具，還將變成人際間交往的流動辦公室和舒適的休閑娛樂室，成為人類社會活動中的重要場所。 隨著科技

6、的飛速發(fā)展，汽車裝備日趨完善，汽車內部配備越來越多的電子控制系統(tǒng)，要求大批的數據信息能夠在不同的子系統(tǒng)中共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實時交換，以提高信號的利用率，傳統(tǒng)的線束已遠遠不能滿足這種需求。 為實現(xiàn)汽車內部的數據通信，開發(fā)和組建了以 CAN為代表的車載網絡系統(tǒng)。 車載網絡系統(tǒng)在各個汽車公司的高端產品中均有應用。 例如，德國寶馬(BMW)汽車公司在其3系、5系、7系中廣泛使用K-CAN、F-CAN、PT-CAN、byteflight、MOST等網絡技術，極大地提高了車輛的技術水準。 車載網絡系統(tǒng)的大量應用將是今后汽車電子控制技術的發(fā)展趨勢之一。 1.2 汽車電子控制技術應用

7、概況 縱觀近20年汽車技術電子化的發(fā)展過程，日益激烈的世界商業(yè)汽車市場的競爭，以及節(jié)油、排放和安全方面的嚴重挑戰(zhàn)成為當代汽車技術革命巨大的推動力。 同時，隨著計算機技術越來越多地應用于汽車，因而便提供了處理各種事故和緊迫問題的十分有效的手段，各種車用電控系統(tǒng)應運而生，許多新技術、新設備也層出不窮。 目前在汽車上已經使用的電子裝置品種已發(fā)展到了幾十種，它們由品種繁多的傳感器、電子控制單元(ECU)、微處理器、存儲器、輸入/輸出接口、執(zhí)行機構、顯示器和設計軟件集合而成，完成了極為復雜的多元控制過程，以改進汽車技術性能來滿足現(xiàn)行法規(guī)的要求。 目前，國外汽車上應用較多、較為成熟的電子控制裝置大致可分為

8、四個方面 :1.儀表通信 儀表通信類的應用主要有電子鐘、電子油耗表、電子溫度計、電子車速里程表、電子轉速表、旅程計算器、燃料消耗計、電子定時、電子化圖示儀表盤、電話及其通信裝置、各種報警(燈絲切斷，排氣溫度，水面，液面，未關門，未系安全帶等)。 儀表通信類即將采用的新技術主要有大型電子化薄式儀表盤、多路信息傳輸、光纖通信傳輸、慣性導航、衛(wèi)星導航、屏幕顯示街道圖及交通阻塞狀況圖、多功能綜合屏幕顯示等。 2.發(fā)動機及傳動系 發(fā)動機及傳動系已經采用的技術主要有交流發(fā)電機的整流及集成調節(jié)器、電子點火(全晶體管式，集成式，無觸點分電器式，一體化點火線圈式)、點火正時控制、廢氣再循環(huán)控制(氧傳感器)、燃油

9、噴射電子控制、電子控制化油器、柴油機最佳參數電子控制(噴射，進氣，正時等)、發(fā)動機最佳參數電子控制(空燃比，點火，廢氣再循環(huán)，怠速，爆燃控制，噴射控制等)、車速自動控制、柴油機啟動控制、增壓器自動控制、變速器電子控制、離合器電子控制、卻系電子控制、冷啟動控制、換擋提示器、發(fā)動機停缸控制、車速感應的動力轉向裝置等。 發(fā)動機及傳動系即將采用的新技術主要有發(fā)動機氣缸電子控制、發(fā)動機和傳動系綜合控制、無級變速和自適應速度控制、熱電變換、蓄電池容量余值顯示、自動巡航系統(tǒng)、電子控制消聲器、電子控制動力轉向等。 3.安全方面 安全方面已經采用的技術主要有電子防抱制動控制、驅動防滑控制裝置、電子主動懸架控制、

10、電子控制四輪轉向系統(tǒng)、安全氣囊自控裝置、刮水器自動控制、速度控制(限速與恒速)、車窗自動控制、輪胎氣壓報警、防盜報警、防撞車間距報警、未系安全帶報警、安全帶自動鎖緊控制、明暗燈光控制、沖撞記錄儀 、前大燈控制、后視鏡控制、電子門鎖等。 安全方面即將采用的技術主要有路面狀態(tài)顯示、防碰撞自動控制、死角處障礙物報警、安全雷達、制動管路故障應急制動、睡眠檢測報警、司機突病時自控、電子操縱緊急制動、酒醉檢測安全自控、后視攝像及屏幕顯示、聲音合成報警系統(tǒng)、故障預警提示系統(tǒng)、倒車測距系統(tǒng)等。 4.舒適性方面 舒適性方面已經采用的技術主要有空調自動控制、座椅自動調整、自動照明、紅外線控制車門開關、車窗及車門自

11、動開關(聲控)、高級立體音響、無線電調諧自動預選、無鑰匙開車、車用電視機及音響等。 舒適性方面已經采用的技術主要有全自動空調(溫度、濕度、清潔度、含氧量)系統(tǒng)、道路交通信息指示表、行駛路線最優(yōu)化選擇控制、聲控駕駛等。 第2章 發(fā)動機電子控制系統(tǒng) 2.1 電控汽油噴射系統(tǒng)概述 電控汽油噴射系統(tǒng)簡介1. 電控汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)展歷程 電子控制燃油噴射技術最早應用于飛機發(fā)動機，二戰(zhàn)結束之后，燃油噴射技術才逐漸被應用于汽車發(fā)動機上。 1952年，曾用于二戰(zhàn)德軍飛機的機械式汽油噴射技術被應用于轎車，德國戴姆樂-奔馳(Daimler-Benz)300L型賽車裝用了德國博世(Bosch)公司生產的第一臺機械式

12、汽油噴射裝置。 1953年，美國本迪克斯(Bendix)公司著手開發(fā)電控汽油噴射(Electric Fuel Injection，EFI)裝置，1957年，該公司的電子控制汽油噴射系統(tǒng)問世，并首次裝于克萊斯勒(Chrysler)豪華型轎車和賽車上。 但在20世紀60年代以前，車用汽油噴射裝置大多采用機械式噴射泵，其結構和原理與柴油機噴油泵很相似，控制功能是借助于機械裝置實現(xiàn)的，結構復雜，價格昂貴，多用于豪華型轎車和賽車。 20世紀60年代以后，由于電子技術的迅猛發(fā)展和受排放法規(guī)的影響，使電控汽油噴射(EFI)技術得到了進一步的 發(fā)展。 由于汽油噴射系統(tǒng)比起化油器來，計量更精確、霧化燃油更精細、

13、控制發(fā)動機工作更為靈敏，因此，在經濟性、排放性、動力性上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。 人們的注意力越來越集中在汽油噴射系統(tǒng)上。 1967年，德國博世公司研制成功K-Jetronic機械式汽油噴射系統(tǒng)，并進而成功開發(fā)增加了電子控制系統(tǒng)的KE-Jetronic機電結合式汽油噴射系統(tǒng)，使該技術得到了進一步的發(fā)展。 1967年，德國博世公司率先開發(fā)出一套D-Jetronic全電子汽油噴射系統(tǒng)并應用于汽車上，于20世紀70年代首次批量生產，在當時率先達到了美國加利福尼亞州廢氣排放法規(guī)的要求，開創(chuàng)了汽油噴射系統(tǒng)的電子控制的新時代。 D型噴射系統(tǒng)在汽車發(fā)動機工況發(fā)生急劇變化時，控制效果并不理想。 1973年，在D型汽

14、油噴射系統(tǒng)的基礎上，博世公司開發(fā)了質量流量控制的L-Jetronic型電控汽油噴射系統(tǒng)。 之后，L型電控汽油噴射系統(tǒng)又進一步發(fā)展成為LH-Jetronic系統(tǒng)，后者既可精確測量進氣質量，補償大氣壓力，又可降低溫度變化的影響，而且進氣阻力進一步減小，使響應速度更快，性能更加卓越。 大規(guī)模集成電路與微型計算機的迅猛發(fā)展，為能協(xié)調發(fā)動機各方面的矛盾，達到對油耗、排放與動力性等性能進行綜合控制的綜合控制系統(tǒng)的誕生提供了條件。 1979年，德國博世公司開始生產集電子點火和電控汽油噴射于一體的Motronic數字式發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)，它能對空燃比、點火時刻、怠速轉速和廢氣再循環(huán)等方面進行綜合控制。 為了降

15、低汽油噴射系統(tǒng)的價格，從而進一步推廣電控汽油噴射系統(tǒng)，1980年，美國通用(GM)公司首先研制成功一種結構簡單價格低廉的節(jié)流閥體噴射(TBI)系統(tǒng)，它開創(chuàng)了數字式計算機發(fā)動機控制的新時代。 TBI系統(tǒng)是一種低壓燃油噴射系統(tǒng)，它控制精確，結構簡單，是一種成本效益較好的供油裝置。 隨著排放法規(guī)的不斷完善，使這種物美價廉的系統(tǒng)大有完全取代傳統(tǒng)式化油器的趨勢。 1983年，德國博世公司也推出了自己的單點汽油噴射系統(tǒng),即Mono-Jetronic系統(tǒng)。 電控汽油噴射技術日趨完善，性能優(yōu)越，使得電控汽油噴射裝置從20世紀70年代末開始得到迅猛發(fā)展。 不僅轎車，而且越來越多的其他類型車輛也采用了電控汽油噴射

16、技術，這充分證明了它強大的生命力與競爭力。2. 電控汽油噴射系統(tǒng)分類 電噴系統(tǒng)發(fā)展至今，已有多種類型。根據其結構特點分為以下幾種類型。1) 按系統(tǒng)控制模式分類 在發(fā)動機電噴控制系統(tǒng)中，按系統(tǒng)控制模式可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種類型。(1) 開環(huán)控制 就是把根據試驗確定的發(fā)動機各種運行工況所對應的最佳供油量的數據事先存入計算機中，發(fā)動機在實際運行過程中，主要根據各個傳感器的輸入信號，判斷發(fā)動機所處的運行工況，再找出最佳供油量，并發(fā)出控制信號。 控制信號經功率放大器放大后，再驅動電磁噴油器動作，由此控制混合氣的空燃比，使發(fā)動機處于最佳運行狀態(tài)。 開環(huán)控制系統(tǒng)不帶氧傳感器等反饋傳感器，只受發(fā)動機運行

17、工況參數變化的控制，且按事先設定在計算機ROM中的試驗數據流工作。 其優(yōu)點是簡單易行，缺點是其精度直接依賴于所設定的基準數據的精度和電磁噴油器調整標定的精度。 但當噴油器及傳感器系統(tǒng)電子產品性能變化時，混合氣就不能正確地保持在預定的空燃比值上。 因此，它對發(fā)動機及控制系統(tǒng)的各個組成部分的精度要求高，系統(tǒng)本身抗干擾能力較差，而且當使用工況超出預定范圍時，就不能實現(xiàn)最佳控制。(2) 閉環(huán)控制 閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)，其特點是加入了反饋傳感器，輸出反饋信號，反饋給控制器，以隨時修正控制信號。 閉環(huán)控制系統(tǒng)在排氣管上加裝了氧傳感器，可根據排氣管中氧含量的變化，測出發(fā)動機燃燒室內混合氣的空燃比值

18、，并把它輸入計算機中再與設定的目標空燃比值進行比較，將偏差信號經功率放大器放大后再驅動電磁噴油器噴油，使空燃比保持在設定的目標值附近。 因此，閉環(huán)控制可達到較高的空燃比控制精度，并可消除因產品差異和磨損等引起的性能變化對空燃比的影響，工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。 采用閉環(huán)控制的燃油噴射系統(tǒng)后，可保證發(fā)動機在理論空燃比(14.7)附近很窄的范圍內運行，使三元催化轉換裝置對排氣的凈化處理達到最佳效果，如圖2.3所示。 但是，由于發(fā)動機某些特殊運行工況(如啟動、暖機、加速、怠速、滿負荷等)需要控制系統(tǒng)提供較濃的混合氣來保證發(fā)動機的各種性能，所以在現(xiàn)代汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中，通常采用開環(huán)與閉環(huán)相結合

19、的控制方式。 2) 按噴油實現(xiàn)的方式分類 在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中，按噴油實現(xiàn)的方式進行分類，可分為機械式、機電混合式和電子控制式三種燃油噴射系統(tǒng)。(1) 機械式燃油噴射系統(tǒng)(K系統(tǒng)) 在柴油機中應用時間較長，在汽油機中應用較少。 德國博世公司的K-Jectronic系統(tǒng)屬于機械式汽油噴射系統(tǒng)，簡稱K系統(tǒng)。 該系統(tǒng)采用連續(xù)噴射方式，可分為單點或多點噴射，其噴油量是通過空氣計量板直接控制汽油流量調節(jié)柱塞來控制的，采用的是機械式計量方式，故由此得名。 該系統(tǒng)中設有冷啟動噴油器、暖車調節(jié)器、空氣閥及全負荷加濃器等裝置，以便根據不同工況對基本噴油量進行修正。(2) 機電混合式燃油噴射系統(tǒng)(KE 

20、;系統(tǒng)) 德國博世公司的KE-Jectronic系統(tǒng)屬于該類型，可簡稱KE系統(tǒng)，是在K式的基礎上改進后的產品。 其特點是增加了一個電子控制單元(Electric Control Unit，ECU)。ECU可根據水溫、節(jié)氣門位置等傳感器的輸入信號來控制電液式壓差調節(jié)器的動作，以此實現(xiàn)對不同工況下的空燃比進行修正的目的。(3) 電子控制式燃油噴射系統(tǒng)(E 系統(tǒng)) 燃油的計量通過電控單元和電磁噴油器來 實現(xiàn)。 該系統(tǒng)采用了全電子控制方式，即電子控制單元通過各種傳感器來檢測發(fā)動機運行參數(包括發(fā)動機的進氣量、轉速、負荷、溫度、排氣中的氧含量等)的變化，再由ECU根據輸入信號和數學模型來確定所

21、需的燃油噴射量，并通過控制噴油器的開啟時間來控制噴入氣缸內的每循環(huán)噴油量，進而達到對氣缸內可燃混合氣的空燃比進行精確配制的目的。 電子控制式燃油噴射系統(tǒng)在發(fā)動機各種工況下均能精確計量所需的燃油噴射量，且穩(wěn)定性好，能實現(xiàn)發(fā)動機的優(yōu)化設計和優(yōu)化控制。 因此，它在汽油噴射系統(tǒng)中被廣泛應用。3) 按噴油器數目分類 在發(fā)動機燃油噴射控制系統(tǒng)中，按噴油器數目進行分類，又可分為單點噴射(Single-Point Injection，SPI)和多點噴射(Multi-Point Injection，MPI)兩種形式。(1) 單點噴射(SPI) 單點噴射系統(tǒng)是把噴油器安裝在化油器所在的節(jié)氣門段，它的外形也有點像化

22、油器，通常用一個噴油器將燃油噴入進氣流，形成混合氣進入進氣歧管，再分配到各個氣缸中。 但在一些增壓和V型發(fā)動機上則用兩個噴油器。 而且，在大批量生產以后，其成本也大為下降，僅高于化油器的成本，但其性能要比化油器好多了。 因此，在20世紀90年代的小排量普通轎車上曾得到廣泛應用。預計隨著燃油法規(guī)的嚴格，其地位也將升高。 與傳統(tǒng)化油器式發(fā)動機一樣，單點噴射系統(tǒng)相鄰氣缸存在進氣行程重疊，使得混合氣分配不均，其控制的準確度和性能不如多點噴射。 單點噴射由于在氣流的前段(節(jié)氣門段)就將燃油噴入氣流，因此它也屬于前段噴射。(2) 多點噴射(MPI) 多點噴射系統(tǒng)是在每缸進氣口處裝有一只噴油器，由電控單元(

23、ECU)控制順序地進行分缸單獨噴射或分組噴射，汽油直接噴射到各缸的進氣門前方，再與空氣一起進入氣缸形成混合氣。 多點噴射又稱為多氣門口噴射(MPI)或順序燃油噴射(SFI)，或單獨燃油噴射(IFI)。 顯然，多點燃油噴射避免了進氣重疊，使得燃油分配均勻性較好，從而提高了發(fā)動機的綜合性能。 同時，由于它的控制更為精確，使發(fā)動機無論處于何種狀態(tài)，其過渡過程的響應及燃油經濟性都是最佳的。 但是，多點噴射系統(tǒng)結構復雜，成本高，故障源也較多。 從發(fā)展趨勢看，由于電子技術日益成熟，法規(guī)的日益嚴格，多點噴射系統(tǒng)由于其性能卓越而將占主導地位。 目前，多點噴射系統(tǒng)不僅為高級轎車和賽車所采用，而且一些普通車輛也開

24、始采用。 由于多點噴射系統(tǒng)是直接向進氣門前方噴射，因此，多點噴射屬于在氣流的后段將燃油噴入氣流，屬于后段噴射。4) 按噴油器的噴射方式分類 在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中，按噴油器的噴射方式可分為連續(xù)噴射和間歇噴射兩種形式。(1) 連續(xù)噴射 噴油器穩(wěn)定連續(xù)地噴油，其流量正比于進入氣缸的空氣量，故又稱為穩(wěn)定噴射。 在連續(xù)噴射系統(tǒng)中，汽油被連續(xù)不斷地噴入進氣歧管內，并在進氣管內蒸發(fā)后形成可燃混合氣，再被吸入氣缸內。 由于連續(xù)噴射系統(tǒng)不必考慮發(fā)動機的工作時序，故控制系統(tǒng)結構較為簡單。 德國博世公司的K系統(tǒng)和KE系統(tǒng)均采用了連續(xù)噴射方式。(2) 間歇噴射 又稱為脈沖噴射或同步噴射。其特點是噴油頻率與發(fā)動機轉速

25、同步，且噴油量只取決于噴油器的開啟時間(噴油脈沖寬度)。 因此，ECU可根據各種傳感器所獲得的發(fā)動機運行參數動態(tài)變化的情況，精確計量發(fā)動機所需噴油量，再通過控制噴油脈沖寬度來控制發(fā)動機各種工況下的可燃混合氣的空燃比。 順序噴射是缸內噴射和進氣管噴射都可采用的噴射方式。 相比而言，由于順序噴射方式可在最佳噴油情況下，定時向各缸噴射所需的噴油量，故有利于改善發(fā)動機的燃油經濟性。 但要求系統(tǒng)能對待噴油的氣缸進行識別，同時要求噴油器驅動回路與氣缸的數目相同，其電路較復雜，多在高檔轎車發(fā)動機控制系統(tǒng)中采用。5) 按噴油器的噴射部位分類 在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中，按噴油器的噴射部位進行分類，又可分為缸內噴射

26、和缸外噴射兩種形式。(1) 缸內噴射它是將噴油器安裝于缸蓋上直接向缸內噴油，因此需要較高的噴油壓力(3到12MPa)。 由于噴油壓力較高，故對供油系統(tǒng)的要求較高，成本也相應較高。 同時由于要求噴出的汽油能分布到整個燃燒室，故缸內噴油器的布置及氣流組織方向比較復雜，同時發(fā)動機設計時需保留噴油器的安裝位置，使發(fā)動機的結構設計受到限制，在過去的機械式汽油噴射系統(tǒng)中，尚有這一類型的例子，但現(xiàn)在已經不使用了。(2) 缸外噴射 它是指在進氣歧管內噴射或進氣門前噴射。在該方式中，噴油器被安裝于進氣歧管內或進氣門附近，故汽油在進氣過程中被噴射后與空氣混合形成可燃混合氣再進入氣缸內。 理論上，噴射時刻設計在各缸

27、排氣行程上止點前70°左右為佳。 噴射方式可以是連續(xù)噴射或間歇噴射。 相比而言，由于缸外噴射方式汽油的噴油壓力(0.1到0.5MPa)不高，且結構簡單，成本較低，故目前應用較為廣泛。 6) 按空氣量的檢測方式分類 在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中，根據空氣進氣量的檢測方式，可分為直接檢測方式和間接檢測方式兩種。 直接檢測方式稱為質量-流量(Mass-Flow)方式(如K型、KE型、L型、LH型等)，間接檢測方式又可分為速度-密度(Speed-Density)方式(如 D 型)和節(jié)氣門-速度(Throttle-Speed)方式。 D型EFI系統(tǒng)是通過檢測進氣歧管的壓力(真空度

28、)和發(fā)動機的轉速，推算發(fā)動機吸入的空氣量，并計算燃油流量的速度。 D是德文“壓力”一詞的第一個字母。 D型EFI系統(tǒng)是最早的、典型的多點壓力感應式噴射系統(tǒng)。 美國的通用、福特和克萊斯勒，日本的豐田、本田、鈴木和大發(fā)等各主要汽車公司，都有類似的產品。 由于空氣在進氣管內的壓力波動，故該方法的測量精度稍差。 L型EFI系統(tǒng)是用空氣流量計直接測量發(fā)動機吸入的空氣量，其測量的準確程度高于D型，故可更精確地控制空燃比。 L是德文“空氣”一詞的第一個字母。 常用的空氣流量計有以下幾種：(1) 葉片式空氣流量計(測量體積流量)或稱為翼板式空氣流量計；(2) 卡門旋渦式空氣流量計(測量體積流量)；(3) 熱線

29、式空氣流量計(測量質量流量)；(4) 熱膜式空氣流量計(測量質量流量)。 葉片式電控汽油機燃油噴射系統(tǒng)采用葉片式空氣流量計和卡門旋渦式空氣流量計，其空氣流量的計量方式均屬體積流量型，即計量進入氣缸的空氣的體積量，將該量轉變成電信號，輸送至ECU，ECU計算出與該體積的空氣相適應的噴油量，以控制混合氣空燃比的最佳值。 由于采用體積流量型的空氣流量計量方式時，需要考慮大氣壓力的修正問題，且葉片式空氣流量計有體積大、不便安裝和加速響應慢等缺點致使以質量流量型的空氣流量計量方式，即熱線式和熱膜式空氣流量計很快誕生。 熱線式電控汽油機燃油噴射系統(tǒng)可以直接測量進入氣缸內空氣的質量，將該空氣的質量轉換成電信

30、號，輸送給 ECU，由 ECU根據空氣的質量計算出與之相適應的噴油量，以控制最佳空燃比。 D、L型系統(tǒng)均采用多點間歇脈沖噴射方式，配用這兩種系統(tǒng)的發(fā)動機可獲得良好的綜合性能，目前，在汽油發(fā)動機上得到廣泛應用。 節(jié)流速度控制法是利用節(jié)流閥開度和發(fā)動機轉速，推算每一循環(huán)吸入發(fā)動機的空氣量，根據推算出的空氣量，計算汽油噴射量。 由于是直接測量節(jié)流閥開度的角位移，所以過渡響應性能好。 但是，由于吸入的空氣量與節(jié)流閥開度和發(fā)動機轉速是復雜的函數關系，不容易準確測定吸入的空氣量，目前只應用于賽車和有些Mono(單點噴射)系統(tǒng)中，市場上尚不多見，因此，本書不予介紹。 在間接檢測方式中，速

31、度-密度方式是根據進氣管絕對壓力和發(fā)動機轉速來計量發(fā)動機每循環(huán)的進氣量； 而節(jié)氣門-速度方式則根據節(jié)氣門開度和發(fā)動機轉速來計量發(fā)動機每循環(huán)的進氣量，從而計算所需的噴油量。 由于質量-流量控制方式(L型)是通過空氣流量計(Air Flow Meter)直接測量發(fā)動機的進氣量，再根據進氣量和轉速來確定發(fā)動機每工作循環(huán)的供油量，因此比用進氣管絕對壓力間接測量發(fā)動機進氣量的方法精度高、穩(wěn)定性好。 電控汽油噴射系統(tǒng)的基本組成和工作原理1. 電控汽油噴射系統(tǒng)的基本組成和功能 電控汽油噴射系統(tǒng)盡管類型不少，品種繁多，但它們都具有相同的控制原則： 即以電控單元(ECU)為控制核心，以空氣流量和發(fā)動機轉速為控制

32、基礎，以噴油器、怠速空氣調整器等為控制對象，保證獲得與發(fā)動機各種工況相匹配的最佳混合氣成分和點火時刻。 相同的控制原則決定了各類電控汽油噴射系統(tǒng)具有相同的組成和類似的結構。 電控汽油噴射系統(tǒng)大致可分為進氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)三個部分。1) 進氣系統(tǒng) 進氣系統(tǒng)，又稱空氣供給系統(tǒng)，其功能是提供、測量和控制燃油燃燒時所需要的空氣量，如圖2.7所示(以L型系統(tǒng)為例)。 空氣經空氣過濾器過濾后，由空氣流量計(在D-Jetronic系統(tǒng)中為進氣歧管絕對壓力傳感器)計量，通過節(jié)氣門體進入進氣總管，再分配到各進氣歧管。 在進氣歧管內，從噴油器噴出的燃油與空氣混合后被吸入氣缸內燃燒。 一般行駛時，空氣的

33、流量由進氣系統(tǒng)中的節(jié)氣門來控制。 踩下加速踏板時，節(jié)氣門打開，進入的空氣量多。 怠速時，節(jié)氣門關閉，空氣由旁通氣道通過。 怠速轉速的控制是由怠速調整螺釘和怠速空氣調整器調整流經旁通氣道的空氣量來實現(xiàn)的。 怠速空氣調整器一般由電控單元(ECU)控制，在氣溫較低發(fā)動機暖機時，怠速空氣調整器的通路打開，以供給暖機時必須給進氣歧管的空氣量，此時發(fā)動機轉速較正常怠速高，稱為快怠速。 隨著發(fā)動機冷卻水溫升高，怠速空氣調整器使旁通氣道開度逐漸減小，旁通空氣量亦逐漸減小，發(fā)動機轉速逐漸降低至正常怠速。2) 燃油系統(tǒng) 燃油供給系統(tǒng)的功能是向發(fā)動機精確提供各種工況下所需要的燃油量。 燃油系統(tǒng)一般由油箱、電動燃油泵

34、、過濾器、燃油脈動阻尼器、燃油壓力調節(jié)器、噴油器、冷啟動噴油器及供油總管等組成，如圖2.8所示。 燃油由燃油泵從油箱中泵出，經過過濾器，除去雜質及水分后，再送至燃油脈動阻尼器，以減少其脈動。 這樣具有一定壓力的燃油流至供油總管，再經各供油歧管送至各缸噴油器。 噴油器根據ECU的噴油指令，開啟噴油閥，將適量的燃油噴于進氣門前，待進氣行程時，再將燃油混合氣吸入氣缸中。 裝在供油總管上的燃油壓力調節(jié)器是用以調節(jié)系統(tǒng)油壓的，目的在于保持油路內的油壓約高于進氣管負壓300kPa。 此外，為了改善發(fā)動機低溫啟動性能，有些車輛在進氣歧管上安裝了一個冷啟動噴油器，冷啟動噴油器的噴油時間由熱限時開關或者ECU控

35、制。 進氣系統(tǒng)，又稱空氣供給系統(tǒng)，其功能是提供、測量和控制燃油燃燒時所需要的空氣量，如圖2.7所示(以L型系統(tǒng)為例)。 空氣經空氣過濾器過濾后，由空氣流量計(在D-Jetronic系統(tǒng)中為進氣歧管絕對壓力傳感器)計量，通過節(jié)氣門體進入進氣總管，再分配到各進氣歧管。 在進氣歧管內，從噴油器噴出的燃油與空氣混合后被吸入氣缸內燃燒。 一般行駛時，空氣的流量由進氣系統(tǒng)中的節(jié)氣門來控制。 踩下加速踏板時，節(jié)氣門打開，進入的空氣量多。 怠速時，節(jié)氣門關閉，空氣由旁通氣道通過。 怠速轉速的控制是由怠速調整螺釘和怠速空氣調整器調整流經旁通氣道的空氣量來實現(xiàn)的。 怠速空氣調整器一般由電控單元(ECU)控制，在氣

36、溫較低發(fā)動機暖機時，怠速空氣調整器的通路打開，以供給暖機時必須給進氣歧管的空氣量，此時發(fā)動機轉速較正常怠速高，稱為快怠速。 隨著發(fā)動機冷卻水溫升高，怠速空氣調整器使旁通氣道開度逐漸減小，旁通空氣量亦逐漸減小，發(fā)動機轉速逐漸降低至正常怠速。2) 燃油系統(tǒng) 燃油供給系統(tǒng)的功能是向發(fā)動機精確提供各種工況下所需要的燃油量。 燃油系統(tǒng)一般由油箱、電動燃油泵、過濾器、燃油脈動阻尼器、燃油壓力調節(jié)器、噴油器、冷啟動噴油器及供油總管等組成，如圖2.8所示。 燃油由燃油泵從油箱中泵出，經過過濾器，除去雜質及水分后，再送至燃油脈動阻尼器，以減少其脈動。 這樣具有一定壓力的燃油流至供油總管，再經各供油歧管送至各缸噴

37、油器。 噴油器根據ECU的噴油指令，開啟噴油閥，將適量的燃油噴于進氣門前，待進氣行程時，再將燃油混合氣吸入氣缸中。 裝在供油總管上的燃油壓力調節(jié)器是用以調節(jié)系統(tǒng)油壓的，目的在于保持油路內的油壓約高于進氣管負壓300kPa。 此外，為了改善發(fā)動機低溫啟動性能，有些車輛在進氣歧管上安裝了一個冷啟動噴油器，冷啟動噴油器的噴油時間由熱限時開關或者ECU控制。3) 電子控制系統(tǒng) 電子控制系統(tǒng)的功能是根據發(fā)動機運轉狀況和車輛運行狀況確定燃油的最佳噴射量。 該系統(tǒng)由傳感器、電控單元(ECU)和執(zhí)行器三部分組成，如圖2.9所示。 供給發(fā)動機的汽油量，由噴油持續(xù)時間來控制，噴油持續(xù)時間則由ECU通過來自進氣歧管

38、壓力傳感器或空氣流量計的信號來計算進氣量，根據進氣量和轉速計算出基本噴油持續(xù)時間。 然后進行溫度、海拔高度、節(jié)氣門開度等各種工作參數的修正，得到發(fā)動機在這一工況下運行的最佳噴油時間，精確地控制噴油量。 傳感器是信號轉換裝置，安裝在發(fā)動機的各個部位，其功用是檢測發(fā)動機運行狀態(tài)的電量參數、物理參數和化學參數等，并將這些參數轉換成計算機能夠識別的電信號輸入ECU。 檢測發(fā)動機工況的傳感器有：水溫傳感器、進氣溫度傳感器、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器、空調離合器開關等。 ECU是發(fā)動機控制系統(tǒng)的核心部件。 ECU的存儲器中存放了發(fā)動機各種工況的最佳噴油持續(xù)時間，在接

39、收了各種傳感器傳來的信號后，經過計算確定滿足發(fā)動機運轉狀態(tài)的燃油噴射量和噴油時間。 ECU還可對多種信息進行處理，實現(xiàn)EFI系統(tǒng)以外其他諸多方面的控制，如點火控制、怠速控制、廢氣再循環(huán)控制、防抱死控制等。 執(zhí)行器是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，其功用是接受ECU輸出的各種控制指令完成具體的控制動作，從而使發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài)，如噴油脈寬控制、點火提前角控制、怠速控制、炭罐清污、自診斷、故障備用程序啟動、儀表顯示等。2. 電控汽油噴射系統(tǒng)的工作原理 電控汽油噴射系統(tǒng)工作原理框圖，如圖2.10所示。 噴油器噴射到進氣歧管中的汽油量，由噴油器噴孔的橫斷面面積，汽油的噴射壓力和噴油持續(xù)時間來決定。 為了便于控

40、制，在實際的噴油控制系統(tǒng)中，噴孔的橫斷面面積和噴油壓力都是恒定的，汽油的噴射量只取決于噴油持續(xù)時間。 噴油器的噴孔由電磁閥來開閉，電磁閥的開啟時刻(噴油開始時刻)和開啟延續(xù)時間(噴油持續(xù)時間)的長短，由發(fā)動機的各種參數確定。 傳感器將發(fā)動機各種非電量的工況參數(如轉速、負荷、發(fā)動機冷卻水及進氣溫度、空氣流量、曲軸轉角、節(jié)氣門開度等)轉變?yōu)殡娦盘?，并把這些信號以信息形式送入電控單元(ECU)，再經電控單元轉化為長短不一的電脈沖信號傳到噴油器，控制噴油器打開時刻及延續(xù)時間長短，使之準確地工作。 EFI系統(tǒng)的工作過程即是對噴油時間的控制過程。 裝用EFI系統(tǒng)的發(fā)動機具有良好的動力性、經濟性，排放污染

41、大為降低，這都緣于空燃比的精確控制。 而這種空燃比的控制是通過對汽油噴射時間的控制實現(xiàn)的。 ECU通過絕對壓力傳感器(D型EFI)或空氣流量計(L型EFI)的信號計量空氣質量，并根據計算出的空氣質量與目標空燃比比較即可確定每次燃燒所必需的燃料質量。 目標空燃比即實際充入氣缸的空氣質量與燃燒所需要的燃料量的比值。 根據空氣質量和發(fā)動機轉速計算出的噴油時間稱為基本噴油持續(xù)時間。 目標空燃比是在考慮了發(fā)動機的動力性、經濟性、響應性、排氣凈化等之后決定的，它所要求的噴油時間與基本噴油時間有差異，各種傳感器檢測冷卻水溫度、進氣溫度、節(jié)氣門開度等與發(fā)動機工況有關的參數后，對基本噴油持續(xù)時間進行修正，確定最

42、佳噴油持續(xù)時間，使實際噴油持續(xù)時間接近由目標空燃比確定的噴油持續(xù)時間。1) D型EFI系統(tǒng) 圖2.11所示的是D型EFI系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理如下所述。(1) 燃油壓力的建立與燃油噴射方式 電控燃油噴射系統(tǒng)的噴油壓力由燃油泵提供，燃油泵可以裝在油箱外靠近油箱的地方，也可以直接安裝在油箱內。油箱內的燃油被燃油泵吸出并加壓至350kPa左右，經燃油濾清器濾去雜質后，被送至發(fā)動機上方的分配油管。 分配油管與安裝在各缸進氣歧管上的噴油器相通。 噴油器是一種電磁閥，由ECU控制。 通電時電磁閥開啟，壓力燃油以霧狀噴入進氣歧管內，與空氣混和，在進氣行程中被吸進氣缸。 分配油管的末端裝有燃油壓力調節(jié)器，用來

43、調整分配油管中汽油的壓力，使油壓保持某一定值(250kPa到300kPa)。 多余的燃油從燃油壓力調節(jié)器上的回油口經回油管返回油箱。 (2) 進氣量的控制與測量 進氣量由駕駛員通過加速踏板操縱節(jié)氣門來控制。 節(jié)氣門開度不同，進氣量也不同，同時進氣歧管內的真空度也不同。 在同一轉速下，進氣歧管真空度與進氣量有一定關系。 進氣壓力傳感器可將進氣歧管內真空度的變化轉變成電信號的變化，并傳送給ECU，ECU根據進氣歧管真空度的大小計算出發(fā)動機進氣量。(3) 噴油量與噴油時刻的確定 噴油量由ECU控制。ECU根據進氣壓力傳感器測量得到的信號計算出進氣量，再根據分電器中的曲軸位置傳感器測得的信號的計算出發(fā)

44、動機轉速，根據進氣量和轉速計算出相應的基本噴油量； ECU控制各缸噴油器在每次進氣行程開始之前噴油一次，并通過控制每次噴油的持續(xù)時間來控制噴油量。 噴油持續(xù)時間越長，噴油量就越大。一般每次噴油的持續(xù)時間為2ms到10ms。 各缸噴油器每次噴油的開始時刻則由ECU根據曲軸位置傳感器測得的1缸上止點的位置來控制。 由于這種類型的燃油噴射系統(tǒng)的每個噴油器在發(fā)動機一個工作循環(huán)中只噴油一次，故屬于間歇噴射方式。(4) 不同工況下的控制模式 電控燃油噴射系統(tǒng)能根據各個傳感器測得的發(fā)動機各種運轉參數，判斷發(fā)動機所處的工況，選擇不同模式的程序控制發(fā)動機的運轉，實現(xiàn)啟動加濃、暖機加濃、加速加濃、全負荷加濃、減速

45、調稀、強制怠速斷油、自動怠速控制等功能。 D型EFI系統(tǒng)具有結構簡單、工作可靠等優(yōu)點，但由于采用壓力作為控制噴油量的主要因素，因此，存在這樣的缺點： 在汽車突然制動或下坡行駛中節(jié)氣門關閉時，加速反應效果不良；當大氣狀況發(fā)生較大變化時，會影響控制精度。 現(xiàn)代汽車使用的D型EFI系統(tǒng)都經過了改進，即采用運算速度快、內存容量大的ECU，大大提高了控制精度，控制的功能也更加完善。這種系統(tǒng)通常用于中檔車型上，如豐田HIACE小客車、豐田CROWN轎車等。2) L型EFI系統(tǒng) L型EFI系統(tǒng)是在D型EFI系統(tǒng)的基礎上，經改進而形成的。它是目前汽車上應用最廣泛的燃油噴射系統(tǒng)。 L型EFI系統(tǒng)的構造和工作原理

46、與D型EFI系統(tǒng)基本相同，但它以空氣流量計代替D型EFI系統(tǒng)中的進氣壓力傳感器，可直接測量發(fā)動機進氣量，提高了控制精度。3) Mono系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一種低壓中央噴射系統(tǒng)，是單點噴射(SPI)系統(tǒng)，其組成如圖2.14所示。 在原來安裝化油器的部位僅用一只電磁噴油器進行集中噴射，與化油器相比，能迅速地輸送燃油通過節(jié)氣門，在節(jié)氣門上方沒有或極少發(fā)生燃油附著管壁現(xiàn)象，因而消除了由此而引起的混合與燃燒的延遲，縮短了供油和空燃比信息反饋之間的時間間隔，提高了控制精度，改善了排放。 Mono系統(tǒng)空氣量可以采用空氣流量計計量，也可以采用節(jié)氣門轉角和發(fā)動機轉速(節(jié)流速度方式)來控制空燃比，而省去空氣流量計。 這

47、樣做，可使結構和控制方式均簡化，既兼顧了發(fā)動機性能與成本，發(fā)動機結構的變動又較少。 兼顧減少排放、提高性能、簡化結構、降低成本諸多優(yōu)勢的Mono系統(tǒng)，在國外已迅速推廣應用于低排量的普通轎車甚至貨車上。4) 燃油噴射控制(1) 噴油正時 如前所述，電控燃油噴射發(fā)動機的噴射可分為單點噴射和多點噴射，其中多點噴射又分為同時噴射，即各缸噴油時刻相同； 分組噴射，即多缸發(fā)動機分為若干組進行噴射，同一組各缸同時噴油，不同組間順序噴油； 順序噴射，即按點火順序要求逐缸噴油。 單點噴射，即只有一個噴油器，將油集中噴于進氣總管(Mono系統(tǒng)用)。 噴油正時就是噴油器什么時候開始噴油的問題。 對于多點間歇噴射發(fā)動

48、機，噴油正時分為同步噴射和異步噴射。 同步噴射指在既定的曲軸轉角進行噴射，在發(fā)動機穩(wěn)定工況的大部分運轉時間里，噴油系統(tǒng)以同步方式工作。 發(fā)動機在啟動和加速時，為了保證啟動迅速、加速響應快，ECU會根據水溫、節(jié)氣門變化程度適當地增加供油量，此時應采用與曲軸的旋轉角度無關的異步噴射。 另外，采用卡門旋渦式流量計的發(fā)動機，其噴油器的開啟時間與其渦流頻率同步。 下面分別介紹同步噴射發(fā)動機中的同時噴射、分組噴射和順序噴射三種類型。 同時噴射 早期生產的間歇燃油噴射發(fā)動機多是同時噴射。 其噴油器的控制電路和控制程序都較簡單，其控制電路如圖2.15所示。 所有的噴油器并聯(lián)連接，微型計算機(簡稱微機)根據曲軸

49、位置傳感器送入的基準信號，發(fā)出噴油器控制信號，控制功率三極管的導通和截止，從而控制各噴油器電磁線圈電路同時接通和切斷，使各缸噴油器同時噴油。 通常曲軸每轉一轉，各缸噴油器同時噴射一次。 如圖2.16所示為某發(fā)動機噴油器的噴油正時波形。 由于在發(fā)動機的一個工作循環(huán)中噴射兩次，因此有的稱這種噴射方式為同時雙次噴射。 兩次噴射的燃油，在進氣門打開時一起進入氣缸。圖2.17所示為同時噴射正時圖。 由于這種噴射方式是所有各缸噴油器同時噴射，所以噴油正時與發(fā)動機進氣、壓縮、做功、排氣的循環(huán)沒有什么關系。 其缺點是由于各缸對應的噴射時間不可能最佳，有可能造成各缸的混合氣形成不一樣。 但這種噴射方式不需要氣缸

50、判別信號，且噴射驅動回路通用性好，其電路結構與軟件都比較簡單，因此目前這種噴射方式還占有一定地位。 分組噴射 分組噴射一般是把所有氣缸的噴油器分成2到4組。 四缸發(fā)動機一般把噴油器分成兩組，由微機分組控制噴油器，兩組噴油器輪流交替噴射。 每一工作循環(huán)中，各噴油器均噴射一次或兩次。 一般多是發(fā)動機每轉一轉，只有一組噴射。圖2.19為分組噴射的正時圖。 順序噴射 順序噴射也叫獨立噴射。曲軸每轉兩轉，各缸噴油器都輪流噴射一次，且像點火系統(tǒng)一樣，按照特定的順序依次進行噴射。 北京切諾基汽車發(fā)動機采用的就是順序噴射方式。 各缸噴油器分別由微機進行控制。驅動回路數與氣缸數目相等。 順序噴射方式由于要知道向

51、哪一缸噴射，因此應具備氣缸判別信號，常叫判缸信號。 采用順序噴射控制時，應具有正時和缸序兩個功能，微機工作時，通過曲軸位置傳感器輸入的信號，可以知道活塞在上止點前的位置，再與判缸信號相配合，可以確定向上止點運行的是哪一缸，同時應分清該缸是壓縮行程還是排氣行程。 因此當微機根據判缸信號、曲軸位置信號，確定該缸是排氣行程且活塞行至上止點前某一噴油位置時，微機輸出噴油控制信號，接通噴油器電磁線圈電路，該缸即開始噴射。 北京切諾基發(fā)動機在各缸排氣行程上止點前64°開始噴射，其四缸發(fā)動機的噴油順序是1-3-4-2，六缸發(fā)動機的噴油順序是1-5-3-6-2-4。 圖2.21為日本本田四缸發(fā)動機的

52、順序噴射的正時圖。 順序噴射可以設立在最佳時間噴油，對混合氣的形成十分有利，因此它對提高燃油經濟性和降低有害物的排放等有一定好處。 盡管順序噴射方式的控制系統(tǒng)的電路結構及軟件都較復雜，但這對日益發(fā)展的先進電子技術來講，是比較容易得到解決的。 順序噴射方式既適合進氣歧管噴射，也適用于氣缸內噴射。(2) 噴油量的控制 噴油量的控制亦即噴油器噴射時間的控制，要使發(fā)動機在各種工況下都處于良好的工作狀態(tài)，必須精確地計算基本噴油持續(xù)時間和各種參數的修正量，其目的是使發(fā)動機燃燒混合氣的空燃比符合要求。 盡管發(fā)動機型號不同，基本噴油持續(xù)時間和各種修正量的值不同，但其確定方式和對發(fā)動機的影響卻是相同的，下面分別予以介紹。 啟動噴油控制 在發(fā)動機啟動時，由于轉速波動大，無論D系統(tǒng)中的進氣壓力傳感器還是L系統(tǒng)中的空氣流量計，都不能精確地測量進氣量，進