电子燃油喷射控制

1、电子燃油喷射控制作者：日期：2008-5-6源自：中国汽车电子网访问次数：1558 字号：人 屮小】电子燃汕喷射控制主耍是用來改善汽汕机动力性能，净化尾气排放，降低燃汕消耗以及 提高汽车的驱动性能等工作性能指标。如图2. 6屮所示的齐传感器输出的是关于汽油机运行 状态的信息，电了燃油喷射控制系统通过对所接收到的來自各传感器的输出信号进行计算，确 定发动机所需的燃汕竝，并控制燃汕的喷入，以保证发动机始终貝冇一个最佳的空燃比。喷入 发动机中的燃汕址是由喷汕器喷汕持续时间來确疋。1 .电子燃油喷射控制系统的功能大部分电了燃油喷射控制是采用同步控制方式，即每一气缸中的喷油器随发动机转速进行 同步控制。

2、同步喷射可改善汽车的加速性能。 发动机启动后的油气加浓补偿该补偿是在一固定的期间内，通过增加喷入气缸的燃油量来稳定发动机的转速。所要求的 补偿系数是由发动机启动后的冷却水温度所决定。 发动机升温期间的油气加浓补偿在发动机启动后，为了改善发动机的动力性能，当发动机冷却水温度较低时，通过增加喷 人发动机气缸内的燃油量來使发动机的冷却水温度升高，其油气加浓补偿一立到发动机升温终止 才结束。这一期间所需的补偿系数是由发动机冷却水温度决定。 发动机升温期间汽车加速过程时油气加浓补偿为在发动机升温期间改善汽不的加速性能，需要向发动机气缸内喷入比正常加速时多的燃 油，因此需对喷射持续时间进行补偿，其补偿系数

3、仍由发动机的冷却水温度所决定。 防止发动机过热的油气减浓补偿当汽车处于满负荷行驶时，发动机自身及尾气催化转换器会处于过热状态，为了防止过热, 必须给发动机提供比止常运转时较为稀薄的油气混合物。对油气混合物的补偿是根据发动机进气 量、转速和节气门位置等因素所决定的发动机负荷条件来确定。 海拔高度变化补偿在海拔较高的地区，当发动机负荷增加时，进气管内的真空度增加，单位体积空气屮的含 氧量下降。为了使发动机内燃油能正常燃烧，必须対不同海拔高度下的油气混合浓度加以补偿。 随着海拔高度的增加，应对油气混介物述行加浓补偿。 空燃比反馈补偿采用催化转换器可使汽车废气中的co, hc和nox ,物质含量明显降

4、低，具有较高的尾气 净化率。但要使经过催化转换器后的汽车尾气的净化率保持在一个最髙的水平，就必须对进入气 缸的空燃比进行粘确的控制，使其保持在最接近以化学计量比计算所得的一个狭窄的范围内。为 了达到这一h的，需要控制汽车排气屮的含氧量。通过対排气含氧量的检测实现喷射时间的反馈 补偿控制，从而使排气屮的氧浓度不至于升得太高或降得太低。这就要求进入发动机气缸的油气 浓度维持在理论空燃比附近。完成这一控制需要氧量传感器（即氧传感器），氧传感器具有这样的一种特性，当进入气 缸的油气浓度达到化学计量比附近时，传感器的输出电压急速变化，山氧传感器的特性所构成的 反馈冋路用于油气混合比的反馈控制（见图2.8

5、 ）。电子控制单元接收来自氧传感器的电压信号，并判断油气混合物是否处于适当的空燃比状 态。当氧传感器检测到油气混合物的浓度太高时，ecu作出减少燃油喷射量的指示。当情况相反 时，控制系统执行反馈补偿控制，增加喷射量。当氧传感器的输出电压降至参考电压以下时， 补偿系数大幅度阶跃变化，以提高反馈补偿的响应能力。山于氧传感器在冷态时其输出信号不准确，因此应该注意到当氧传感器的温度尚未达到其 工作温度时不能实现反馈控制。所以有些氧传感器与加热器做成一体。这样当发动机启动时，m 传感器就能立即投入使用。常用的燃油喷射控制除了具有基本的同步喷射功能外还具有下述功能：（1）供油切断发动机减速期间供油切断当发

6、动机尚处于髙速运转而节气门已完全关闭时，即汽车处于滑行或刹车的状态下，这一 控制功能可起到减少不必耍的燃汕喷入气缸的作川。在切断燃汕喷射控制的同时，发动机尚能吸 入少量的空气。当发动机转速跌至设定的转速以下时，则恢复燃油喷射。供油切断的特性iii线见 图 2.9。发动机高转速时的供油切断为了防止发动机超速而引起危险，当发动机转速超过一定值后，燃油喷射暂时被切断。（2）发动机启动时的喷射特性山于发动机刚启动而不带任何负荷时，进入发动机的空气量较小而不能被空气流量传感器 所精确测定。因此这时的燃油喷射持续时间是用來自发动机冷却水温度传感器的信号來计算（见 图2 . 10 ） °当发动机的

7、转速超过一设定值后，燃油喷射量由通常'的同步燃油喷射方法來确定。图2 .9供油切断的特性曲线图2 . 10 发动机启动时的喷射特性（3）异步喷射界步喷射主要发生在发动机启动及加速时，喷射与illi轴的旋转和角度无关，是一种随机喷 射。在发动机启动和加速过程中釆用与正常（同步）喷射不同的异步喷射方式。当启动钥匙打 到启动发动机的位置时，就立即开始喷油，以提高发动机的启动性能而喷油时间与发动机的转速 不同步。为此，在界步喷射控制系统中需要安装一个特殊的电磁阀（冷启动喷油器）。当汽车加速时，汽车的加速度是通过各有关的传感器送来的信号所决定，而这时的喷射控 制是根据该加速度作出。这样可以提高汽

8、车的加速性能。燃油喷射控制一般只用于多点喷射系统（mpi ）,所谓多点喷射系统是指在汽油机每一气 缸的进气管处安装喷汕器，而此系统中的进气风门相当于普通汽车的节气门，无单独的化汕器。燃油喷射时间取决于下述不同的喷射方式,安装在气缸进气管处的喷射器与发动机转速同 步的单缸独立喷射方式、每转同时喷射及每转分组喷射方式。图2.11显示了一台山缸发动机独立、同时（一转一次）和分组（2组）喷射方式的典型的喷射时序。2 电子燃油喷射控制系统所用的传感器（1 ）空气流量传感器（mas ）空气流量传感器是山安装在发动机进气管中的电加热元件（如采用钳热线的电热丝）所构 成。进入发动机进气管内的气流将电热元件冷却

9、，使电热丝的阻值发生变化，通过对流过电热丝 中的电流测定就可测得进入发动机屮的空气流量。空气流量传感器的加热元件与桥式电路构成一 个测量系统，当电热丝的温度差别处于一固处范围内，传感器输出的模拟电压信号与流过传感器 的电流密度成一定的比例关系。采用热线气体流量测量系统的空气流量仪结构如图2 .12所示, 图2 . 13显示其输出特性曲线。热线空气流量仪与后面将要介绍的其它类型的空气流量测试系统相比较，其显苦的优点是 热线空气流量仪测定的是进入发动机的空气质量（或垂量）流量，不需要对因进气温度及进气压 力的变化对进气质量流量的影响进行补偿。（2 ）曲柄转角传感器（crns ）电子燃油喷射控制系统

10、屮的1111柄转角传感器用來感知1川柄角的位置，进而确定活寒在气缸 中往复运动的位置。此传感器一般设在曲轴输出皮带轮上或分电器转轴上。有些发动机除装有曲 柄转角传感器还装有一个凸轮轴位置传感器。现以分电器转角传感器为例进行说明。在分电器内除了设有illi柄转角传感器外，还设有发动机转速传感器。由这两个传感器发出 两种脉冲信号（见图2 14 ）。其中：g信号是提供给发动机燃油喷射电子控制单元的一个曲柄转角参照信号。用来确定相对于 每缸上止点的喷油定时和点火定时。ne信号是提供给发动机燃油喷射电子控制单元的一个实际 1111柄转角信号，从中可以计算出发动机的实际转速。该信号用來确定基本喷射时间和基

11、本点火提 前角。分电器内的传感器由定时转了（ ne ）,信号转了（ g ）和两纽电磁式检测线圈所组成, 其结构如图215所示。图2 . 16显示了该传感器屮的g信号和ne信号的工作原理，而 图2 . 17则给出了分电器内两传感器的信号关系。在图2 . 15和图2 . 16所示的illi柄转角传感器系统屮，g信号转子只有两个齿（齿间 角180 ° ），而n e信号转子却有24个齿（齿间角15 ° ）,这两转子均随发动机分电器的 轴而转动。它们的探头线圈输出交变波形。分电器每转一周（相当于四冲程发动机的曲轴转两周）, g信号转子发出两个脉冲波，对于6缸发动机而言，分别可以检测出

12、1缸和6缸的上止点位 s（曲柄转角的基准位置），而ne信号转子发出24个脉冲波。通过对ne转子发出的脉冲 信号的时间间隔的测定和计算，电子控制单元可得岀发动机在单位时间内的转数。（3 ）冷却水温度传感器（cts ）发动机冷却水温度传感器用来检测发动机冷却水温度，通常该传感器女装在冷却水节温器 附近。传感器内装有嵌入式热敏电阻，其电阻值随发动机冷却水的温度变化而较人幅度地变化。 图2 . 18显示了该传感器的结构及其工作特性illi线。（4 ）节气门位置传感器（tps ）节气门位置传感器安装在节气门阀体内，并设有一个与节气门挡板一起动作的电位计。传 感器输出的电压与扌当板开度成正比，传感器的结构

13、和内部电路如图2 . 19所示。（5 ）氧传感器（0 2 s ）安装在发动机排气管内的氧传感器用来检测发动机排气中所含氧的浓度，并将测定的氧浓 度信号送到电子控制单元中，以确定发动机进气中的空燃比是否高于或低于理论空燃比。图 2 . 20是氧传感器的剖血结构图。氧传感器的测头元件是以氧化钳为主要材料，制成像试管的形状，在其内外壁而均覆盖冇 多孔的钳电极。传感器测头元件的外表面暴露在发动机排气管中，宜接与烟气接触。传感器的原动力是氧化钳与电极z间的电位势差，电位势差的高低山排气管内尾气中氧tf 分浓度的人小所决定。氧传感器的工作原理及特性曲线如图2 . 21所示。h前在市场上销售的另一种氧传感器

14、是由钛陶瓷制成的，而不是用氧化铅。由钛陶瓷所制成的n 型的半导体，其电阻值的大小取决于汽车尾气中氧的分压力。钛陶瓷的这种特性非常适用于制做 氧传感器。图2 . 22显示了钛陶瓷传感器的结构和油气比与其电阻值z间的特性曲线。当空燃比一旦超过理论空燃比值时，从图2.22屮可见，钛陶瓷氧传感:器的输出特性illi线 的变化和当大，呈阶跃变化。由钛陶瓷制成的一种富氧浓度传感器已投入实你使用，这种传感器 在富氧浓度的范圉内工作，其输出的特性曲线与油气混合比儿乎成线性关系。山于在富氧浓度范 围内燃料在汽油机内的燃烧是处于比理论空燃比更为稀薄的范围内进行，所以这种燃烧方式也称 z为稀薄燃烧方式。3电子燃油喷

15、射控制系统的执行器喷油器电子燃油喷射控制系统屮，使用的喷油器是电磁式的，喷油器通过绝缘垫圈安装在各缸的 进气管上，并用输油管与其相连，喷油器的结构如图2 . 23所示。当来白电子控制单元的输出 信号到达嵌在喷射器金属壳体内的电磁线圈时，挺杆被磁力吸起，固定在挺杆上的针阀开启，喷 油开始。喷油器的形式根据它的结构大致可分为两种，即针阀型和孔型。针阀型喷油器的喷口不易 堵塞，而孔型喷汕器喷孔所喷出的燃汕雾化较好。在发动机运转时，燃油泵向喷油器提供大约为大气压力2倍的一个恒定的供油压力。当喷 油器喷嘴内的针阀开启时，燃油随即喷出。山于设计的喷油器针阀抬起量是固定的，也就是说燃 油的喷射与针阀开启的时

16、间成正比，这样只要通过电子控制单元控制给电磁线圈通电的时间，就 能完全控制燃油的喷射量。4其它的空气流量测量传感器电子燃油喷射控制很大程度上取决于发动机进气量的测定，以进气量作为参照值来控制喷 油量，来满足进入气缸时的最佳油气比。因此非常精确地测定进气量对电子燃油喷射控制系统是 很必要的。除用已介绍的热线空气流量计测量外，进气管压力测量法、卡门涡街测量法和风门型空气 流量计也适用于发动机进气流量的测量。(1 )进气管压力测量法进气管压力测量法是用一个压力传感器检测节气门后进气管内的负压压力，通过测得的负 压利发动机的转速间接地计算出述入的空气流量。因此这种测量法乂称为“速度密度测量法”。此法中

17、所用的半导体压力传感器山硅片、集成电路和真空室组成，其结构及其输出特性曲 线如图2 . 24所示。压力传感器的工作原理是利川半导体硅片的压电效应进行压力变送。封装 在真空室内的硅片，由于一侧受进气压力的作用，另一侧是真空，所以在进气压力变化时硅片产 生变形，使硅片的电阻值发生变化，导致桥式电路的输出电爪发生变化。但传感器实际输出值是 经过空气温度补偿及放大后的值。山于压差的关系引起压电元件所组成的桥式电路中电阻阻值的 变化而使电流偏流，通过对桥式平衡电路屮电压变化的测立即可计算出发动机的进气量。(2 )卡门涡街测量法卡门涡街传感器结构及其输出特性曲线如图2 . 25所示。安装在发动机进气道内的漩涡 发生器产生一个不对称的漩涡，这种漩涡称z为卡门涡街流。漩涡产生的频率与进气流速成正比, 根据这一机理只要通过对漩涡产牛的频率进行检测就可测定进气流量，由卡门漩涡所产生的微小 的气流压力波动，通过一连接孔传递到一个细小的金属镜面上，在交错漩涡压力的作川下，使金 属薄片镜血产牛振动。由于镜血的振动使传感器屮发光二极管照射到该镜血,并折射到光电管的 光线发生变化。这样漩涡的频率在涡流压力作用下转换成镜而的振动频率，镜面振动频率通过光 电耦合器转换成脉冲信号。进气量愈大，脉冲信号的频率愈高;迹气量愈小,脉冲信号的频率愈 低。这样采用光