《汽车电子控制技术》课程教学资源（教材讲义）第2章燃油喷射系统的控制.pdf

- 1 - 第 2 章目录第 2 章燃油喷射系统的控制...........................................................................................................................- 2 - 2.1 燃油喷射系统概述................................................................................................................................. - 2 - 2.1.1 燃油喷射的基本概念 .....................................................................................................................- 2 - 2.1.2 燃油喷射的发展过程 .....................................................................................................................- 2 - 2.1.3 汽油发动机对可燃混合气的要求..................................................................................................- 3 - 2.1.4 燃油喷射系统的优点 .....................................................................................................................- 5 - 2.1.5 燃油喷射系统的分类 .....................................................................................................................- 5 - 2.2 空气供给系统 ..........................................................................................................................................- 9 - 2.2.1 空气供给系统的组成 .....................................................................................................................- 9 - 2.2.2 空气供给系统主要部件及工作原理............................................................................................ - 11 - 2.3 燃油供给系统 ...........................................................................................................................................- 15 - 2.3.1 燃油供给系统的组成 ...................................................................................................................- 15 - 2.3.2 燃油泵的结构与原理 ...................................................................................................................- 16 - 2.3.3 汽油滤清器 ...................................................................................................................................- 19 - 2.3.4 燃油压力调节器和脉动阻尼器....................................................................................................- 19 - 2.3.5 电磁喷油器的结构与原理 ...........................................................................................................- 21 - 2.3.6 冷起动喷油器和热限时开关........................................................................................................- 27 - 2.3.7 汽油分配管总成 ...........................................................................................................................- 29 - 2.4 传感器的结构与原理 ........................................................................................................................... - 29 - 2.4.1 空气流量计 ................................................................................................................................- 29 - 2.4.2 进气压力传感器 ........................................................................................................................- 36 - 2.4.3 节气门位置传感器 ....................................................................................................................- 38 - 2.4.4 氧传感器 ....................................................................................................................................- 40 - 2.4.5 温度传感器 ................................................................................................................................- 43 - 2.5 电子控制系统 ....................................................................................................................................... - 45 - 2.5.1 电控系统的基本组成与类型........................................................................................................- 45 - 2.5.2 信号输入装置及输入信号 ...........................................................................................................- 45 - 2.5.3 电子控制装置（ECU） .................................................................................................................- 46 - 2.5.4 执行器 ...........................................................................................................................................- 50 - 2.5.5 电子控制系统的简要工作过程....................................................................................................- 50 - 2.5 燃油喷射系统的工作过程 ................................................................................................................... - 50 - 2.5.1 喷油器控制 ...................................................................................................................................- 50 - 2.5.2 喷油量的控制 ...............................................................................................................................- 53 - 小结 ..................................................................................................................................................................- 58 - 习题 ..................................................................................................................................................................- 58 -

燃油喷射技术在20世纪30年代首先应用于航空发动机,1934年德国研制成功第一架装有汽油喷射发动机的军用战斗机。50年代德国、美国开始研究在汽车发动机上应用汽油喷射技术, 1967年,德国波许( BOSCH)公司研制成功K- Jetronic机械式汽油喷射系统,后来经改进发展成为RE- Jetronic汽油喷射系统。该系统是在K- Jetronic机械式汽油喷射系统的油量分配器上增设了一只电液式压差调节器,用以控制计量槽前后的压差,从而能快速地大幅度地调节燃油量,提高了操纵的灵活性,并增加了控制功能。 70年代后半期迅速发展起来的以微机控制为基础的车用电控汽油喷射系统是世界汽车工业同时解决节油和排放净化两大难题在技术上的重大突破。1967年,德国波许(B0SCH)公司开始批量生产用进气管绝对压力控制空燃比的D- Jetronic模拟式电子控制汽油喷射系统。1973年,德国波许 (B0SCH)公司开在D- Jetronic电子控制汽油喷射系统的基础上,经过改进发展成为L- Jetronic电子控制汽油喷射系统,采用翼片式空气流量计直接测量进气过程中的空气体积流量来控制空燃比, 相比D- Jetronic电子控制汽油喷射系统而言,精度和稳定性都得到了提高。 1981年,L- Jetronic电子控制汽油喷射系统又进一步改进发展成为LH- Jetronic电子控制汽油喷射系统,用热线式空气流量计直接测量进气空气的质量流量,无需附加专门装置来补偿大气压力和温度变化的影响。为了在满足排放法规的前提下实现最佳的燃油经济性指标,采用单项电子控制装置远远达不到要求。 1979年,德国波许(BSCH)公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的 Motronic数字式发动机控制系统,我们把这种汽油喷射装置和点火装置集中由一个ECU控制的系统称为发动机集中控制系统;若两者分别由各自的ECU控制,则称为发动机单独控制系统。同一时期,美国和日本各大汽车公司也研制成功了与各自车型配套的数字式发动机集中控制系统。这种集中控制系统能对空燃比、点火时刻、怠速转速和废气再循环等多方面进行综合控制,控制精度越来越高,控制功能日趋完善。总之,发动机电子控制的发展趋势是从单独控制逐步向集中控制系统发展 2.1.3汽油发动机对可燃混合气的要求混合气的成分不同,对发动机动力性、经济性和排放性有很大影响。混合气的成分通常用空燃比表示。我们把空气和燃油的混合比,即空气质量与燃油质量比,称为空燃比,通常用A/F表示。其空燃比的计算公式表达式:A/F=空气质量/燃油质量。汽油完全燃烧并生成二氧化碳和水时的空燃比称为理论空燃比,理论空燃比约为14.7左右。在实际的发动杋燃烧过程中,燃烧一千克的燃油所消耗的空气不一定就是理论所需要的空气量,它与发动机的结构和使用工况相关,所供给的实际空气量可能大于或小于理论空气量。我们把燃烧一千克质量燃油的实际空气质量与理论空气质量的比值称为过量空气系数,可以用下列公式表示:过量空气系数a=实际空气质量/理论空气质量。 1.不同浓度混合气对发动机性能的影响 (1)标准混合气α=1或A/F=14.7。实际它不能完全燃烧,因为燃烧空间和时间的限制,还

- 3 - 燃油喷射技术在 20 世纪 30 年代首先应用于航空发动机，1934 年德国研制成功第一架装有汽油喷射发动机的军用战斗机。50 年代德国、美国开始研究在汽车发动机上应用汽油喷射技术。 1967 年，德国波许（BOSCH）公司研制成功 K-Jetronic 机械式汽油喷射系统，后来经改进发展成为 KE-Jetronic 汽油喷射系统。该系统是在 K-Jetronic 机械式汽油喷射系统的油量分配器上增设了一只电液式压差调节器，用以控制计量槽前后的压差，从而能快速地大幅度地调节燃油量，提高了操纵的灵活性，并增加了控制功能。 70 年代后半期迅速发展起来的以微机控制为基础的车用电控汽油喷射系统是世界汽车工业同时解决节油和排放净化两大难题在技术上的重大突破。1967 年，德国波许（BOSCH）公司开始批量生产用进气管绝对压力控制空燃比的 D-Jetronic 模拟式电子控制汽油喷射系统。1973 年，德国波许（BOSCH）公司开在 D-Jetronic 电子控制汽油喷射系统的基础上，经过改进发展成为 L-Jetronic 电子控制汽油喷射系统，采用翼片式空气流量计直接测量进气过程中的空气体积流量来控制空燃比，相比 D-Jetronic 电子控制汽油喷射系统而言，精度和稳定性都得到了提高。 1981 年，L-Jetronic 电子控制汽油喷射系统又进一步改进发展成为 LH-Jetronic 电子控制汽油喷射系统，用热线式空气流量计直接测量进气空气的质量流量，无需附加专门装置来补偿大气压力和温度变化的影响。为了在满足排放法规的前提下实现最佳的燃油经济性指标，采用单项电子控制装置远远达不到要求。 1979 年，德国波许（BOSCH）公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的 Motronic 数字式发动机控制系统，我们把这种汽油喷射装置和点火装置集中由一个 ECU 控制的系统称为发动机集中控制系统；若两者分别由各自的 ECU 控制，则称为发动机单独控制系统。同一时期，美国和日本各大汽车公司也研制成功了与各自车型配套的数字式发动机集中控制系统。这种集中控制系统能对空燃比、点火时刻、怠速转速和废气再循环等多方面进行综合控制，控制精度越来越高，控制功能日趋完善。总之，发动机电子控制的发展趋势是从单独控制逐步向集中控制系统发展。 2.1.3 汽油发动机对可燃混合气的要求混合气的成分不同，对发动机动力性、经济性和排放性有很大影响。混合气的成分通常用空燃比表示。我们把空气和燃油的混合比，即空气质量与燃油质量比，称为空燃比，通常用 A/F 表示。其空燃比的计算公式表达式：A/F=空气质量/燃油质量。汽油完全燃烧并生成二氧化碳和水时的空燃比称为理论空燃比，理论空燃比约为 14.7 左右。在实际的发动机燃烧过程中，燃烧一千克的燃油所消耗的空气不一定就是理论所需要的空气量，它与发动机的结构和使用工况相关，所供给的实际空气量可能大于或小于理论空气量。我们把燃烧一千克质量燃油的实际空气质量与理论空气质量的比值称为过量空气系数，可以用下列公式表示：过量空气系数 α=实际空气质量/理论空气质量。 1．不同浓度混合气对发动机性能的影响（1）标准混合气 α=１或 A/F＝14.7。实际它不能完全燃烧，因为燃烧空间和时间的限制，还

有废气的干扰。 (2)稀混合气a>1或M/F>14.7。它是有可能完全燃烧的混合气,当a=1.05~1.15或A/F 约为16时的混合气,称为经济混合气,此时的空燃比称为经济空燃比。当燃油完全燃烧时,发动机的油耗最低。α或A/F再增大则导致发动机过热,加速性能变坏。 (3)浓混合气a<1或AF<14.7。当a=0.85~0.95或MF为12~13时的混合气,称为功率混合气,此时的空燃比称为功率空燃比。这种混合气将使发动机发出最大功率。在功率空燃比与经济空燃比之间范围内的混合气成分是汽油发动机常用的混合气 2.发动机对混合气的要求从发动机工作的稳定性、动力性和燃油经济性统一考虑,对不同工况,混合气空燃比的要求是不同的。 (1)稳定工况对混合气的要求稳定工况是指发动机已经完成预热,运转过程中没有转速和负荷的突然变化。混合气成分的要求根据实际运行的转速与负荷而定。稳定工况可分为怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷几种情况。 1)怠速和小负荷怠速工况是发动机无负荷的运行。怠速时节气门关闭,进气管内的真空度很大。当进气门开启时,气缸内的一部分废气冲入进气管和新鲜的可燃混合气混合后又被吸入气缸, 为了保证这种被稀释过的混合气能正常燃烧,就必须供给很浓的混合气,一般为α=0.6~0.8的混合气。随着负荷的增加和节气门开度的加大,新鲜的混合气中废气的含量逐渐减少。所以在小负荷工况,也应该供给浓的混合气,但是混合气的浓度将会随负荷的增大而减小。 2)中等负荷中等负荷时,节气门的开度已经足够大,一般节气门开度在25%~85%范围内, 废气稀释的影响已经不大,因此要求供给发动机稀的混合气,以获得最佳的燃油经济性,一般α= 0.9~1.1或空燃比A/F约为16~17的经济混合气。 3)大负荷和全负荷大负荷时,随着节气门开度的增大应逐渐加浓混合气以满足功率混合气的要求。但实际上在节气门尚未全开之前,如果需要获得更大的扭矩,只要把节气门进一步开大就可以实现,因此就没有必要使用功率混合气来提高功率,而应当继续使用经济混合气来提高经济性因此在节气门全开之前的所有大负荷工况都应该供给经济混合气,只有在节气门全开即全负荷工况时,为了获得该工况的最大功率必须供给功率混合气,以满足动力性要求为主。 (2)过渡工况对混合气的要求过渡工况是指负荷或转速随时间不断变化的运行工况。主要包括冷启动、暖车、加速等工况。 1)冷车启动时,发动机要求供给很浓的混合气。冷启动时,燃油与空气的温度很低,燃油蒸发的百分数很小,为了保证冷启动顺利完成,要求供给浓混合气的空燃比接近2:1。这样浓的混合气在汽油喷射系统中用冷启动喷油器或通过各缸喷油器的异步喷射来实现。 2)发动机启动后,就会进入暖车工况,在暖车过程中也需要浓的混合气。暖车的加浓程度必须

- 4 - 有废气的干扰。（2）稀混合气 α>１或 A/F>14.7。它是有可能完全燃烧的混合气，当 α＝1.05～1.15 或 A/F 约为 16 时的混合气，称为经济混合气，此时的空燃比称为经济空燃比。当燃油完全燃烧时，发动机的油耗最低。α 或 A/F 再增大则导致发动机过热，加速性能变坏。（3）浓混合气 α<１或 A/F<14.7。当 α＝0.85～0.95 或 A/F 为 12～13 时的混合气，称为功率混合气，此时的空燃比称为功率空燃比。这种混合气将使发动机发出最大功率。在功率空燃比与经济空燃比之间范围内的混合气成分是汽油发动机常用的混合气。 2．发动机对混合气的要求从发动机工作的稳定性、动力性和燃油经济性统一考虑，对不同工况，混合气空燃比的要求是不同的。（1）稳定工况对混合气的要求稳定工况是指发动机已经完成预热，运转过程中没有转速和负荷的突然变化。混合气成分的要求根据实际运行的转速与负荷而定。稳定工况可分为怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷几种情况。 1）怠速和小负荷怠速工况是发动机无负荷的运行。怠速时节气门关闭，进气管内的真空度很大。当进气门开启时，气缸内的一部分废气冲入进气管和新鲜的可燃混合气混合后又被吸入气缸，为了保证这种被稀释过的混合气能正常燃烧，就必须供给很浓的混合气，一般为 α＝0.6～0.8 的混合气。随着负荷的增加和节气门开度的加大，新鲜的混合气中废气的含量逐渐减少。所以在小负荷工况，也应该供给浓的混合气，但是混合气的浓度将会随负荷的增大而减小。 2）中等负荷中等负荷时，节气门的开度已经足够大，一般节气门开度在 25％～85％范围内，废气稀释的影响已经不大，因此要求供给发动机稀的混合气，以获得最佳的燃油经济性，一般α＝ 0.9～1.1 或空燃比 A/F 约为 16～17 的经济混合气。 3）大负荷和全负荷大负荷时，随着节气门开度的增大应逐渐加浓混合气以满足功率混合气的要求。但实际上在节气门尚未全开之前，如果需要获得更大的扭矩，只要把节气门进一步开大就可以实现，因此就没有必要使用功率混合气来提高功率，而应当继续使用经济混合气来提高经济性。因此在节气门全开之前的所有大负荷工况都应该供给经济混合气，只有在节气门全开即全负荷工况时，为了获得该工况的最大功率必须供给功率混合气，以满足动力性要求为主。（2）过渡工况对混合气的要求过渡工况是指负荷或转速随时间不断变化的运行工况。主要包括冷启动、暖车、加速等工况。 1）冷车启动时，发动机要求供给很浓的混合气。冷启动时，燃油与空气的温度很低，燃油蒸发的百分数很小，为了保证冷启动顺利完成，要求供给浓混合气的空燃比接近 2：1。这样浓的混合气在汽油喷射系统中用冷启动喷油器或通过各缸喷油器的异步喷射来实现。 2）发动机启动后，就会进入暖车工况，在暖车过程中也需要浓的混合气。暖车的加浓程度必须

在暖车过程中逐渐减小,一直到发动机能以稳定的怠速运转为止。 3)发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。加速时,驾驶员猛踩加速踏板,使节气门开度突然增大,以期待发动机功率迅速增大。可是当喷油器将汽油喷入进气歧管后,有一部分汽油将附着在进气门及其附近,由于附着的汽油产生汽化需要一定时间,因此加速时实际供给发动机的燃油相对不足,致使混合气暂时过稀,车速下降。为了防止这种现象发生,在加速时,喷油器喷射的油量会相应增加 4)发动机急减速时,驾驶员迅速松开加速踏板,节气门突然关闭,此时由于惯性作用,发动机仍然保持很高的转速运转,进气管的真空度急剧升高,促使附着在进气管壁面上的燃油加速汽化, 在空气量不足的情况下进入气缸,造成混合气过浓。为避免这种现象的发生,发动机减速时,喷油器喷射的油量将会相应减少。 2.1.4燃油喷射系统的优点与传统的化油器式燃油供给系统相比较,使用燃油喷射系统的发动机具有以下优点: 1)能实现空燃比的高精度控制采用多点喷射方式独立向各缸喷油,使各缸空燃比偏差减小: 通过闭环控制系统中的氧传感器的反馈控制,可以精确的控制空燃比;在气压、温度、空气密度、变化或加减速行驶过渡运转工况时,空燃比可以得到及时的修正;点火控制、怠速控制等辅助控制系统的采用,使各种工况都有最佳的空燃比。 2)充气效率高在进气系统中,由于没有像化油器那样的喉管部位,进气压力损失小,只要合理设计进气管道,就可以充分利用吸入空气的惯性增压作用,增大充气量,提高输出功率,增加发动机的动力。 3)瞬时响应快在汽车加减速行驶的过渡运行阶段,燃油喷射系统响应速度快,使汽车加减速反应灵敏。 4)起动容易,暖机性能好在发动杋启动时,ECU根据启动工况増加启动时的喷油量;溢流消除功能可以有效的防止发动机多次启动但不着车,导致启动时气缸内燃油过多的现象。并且使发动机顺利地过渡到暖机运转。 5〕节油和排放净化效果明显能提供各种运行工况下最佳空燃比的混合气,燃油雾化好,各缸分配均匀,燃烧效率提高,降低了排放物的污染。 6)减速断油功能降低了排放,节省燃油在燃油喷射系统中,当节气门关闭而发动机转速超过预定转速时,喷油就会停止,使排气中HC的含量减少,并可降低燃油的消耗。 2.1.5燃油喷射系统的分类 1.按喷油器安装部位和数量不同分类 (1)多点喷射系统(MPI)多点喷射系统是指在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器, 喷油器适时喷油,空气和汽油在进气门附近形成可燃混合气

- 5 - 在暖车过程中逐渐减小，一直到发动机能以稳定的怠速运转为止。 3）发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。加速时，驾驶员猛踩加速踏板，使节气门开度突然增大，以期待发动机功率迅速增大。可是当喷油器将汽油喷入进气歧管后，有一部分汽油将附着在进气门及其附近，由于附着的汽油产生汽化需要一定时间，因此加速时实际供给发动机的燃油相对不足，致使混合气暂时过稀，车速下降。为了防止这种现象发生，在加速时，喷油器喷射的油量会相应增加。 4）发动机急减速时，驾驶员迅速松开加速踏板，节气门突然关闭，此时由于惯性作用，发动机仍然保持很高的转速运转，进气管的真空度急剧升高，促使附着在进气管壁面上的燃油加速汽化，在空气量不足的情况下进入气缸，造成混合气过浓。为避免这种现象的发生，发动机减速时，喷油器喷射的油量将会相应减少。 2.1.4 燃油喷射系统的优点与传统的化油器式燃油供给系统相比较，使用燃油喷射系统的发动机具有以下优点： 1）能实现空燃比的高精度控制采用多点喷射方式独立向各缸喷油，使各缸空燃比偏差减小；通过闭环控制系统中的氧传感器的反馈控制，可以精确的控制空燃比；在气压、温度、空气密度、变化或加减速行驶过渡运转工况时，空燃比可以得到及时的修正；点火控制、怠速控制等辅助控制系统的采用，使各种工况都有最佳的空燃比。 2）充气效率高在进气系统中，由于没有像化油器那样的喉管部位，进气压力损失小，只要合理设计进气管道，就可以充分利用吸入空气的惯性增压作用，增大充气量，提高输出功率，增加发动机的动力。 3）瞬时响应快在汽车加减速行驶的过渡运行阶段，燃油喷射系统响应速度快，使汽车加减速反应灵敏。 4）起动容易,暖机性能好在发动机启动时，ECU 根据启动工况增加启动时的喷油量；溢流消除功能可以有效的防止发动机多次启动但不着车，导致启动时气缸内燃油过多的现象。并且使发动机顺利地过渡到暖机运转。 5）节油和排放净化效果明显能提供各种运行工况下最佳空燃比的混合气，燃油雾化好，各缸分配均匀，燃烧效率提高，降低了排放物的污染。 6）减速断油功能降低了排放,节省燃油在燃油喷射系统中，当节气门关闭而发动机转速超过预定转速时，喷油就会停止，使排气中 HC 的含量减少，并可降低燃油的消耗。 2.1.5 燃油喷射系统的分类 1. 按喷油器安装部位和数量不同分类（1）多点喷射系统（MPI）多点喷射系统是指在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器, 喷油器适时喷油，空气和汽油在进气门附近形成可燃混合气

《汽车电子控制技术》课程教学资源（教材讲义）第2章 燃油喷射系统的控制

《汽车电子控制技术》课程教学资源（教材讲义）第2章燃油喷射系统的控制