汽油机电子控制燃油喷射系统PPT课件.ppt
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1、1第7章汽油机电子控制燃油喷射系统的基本知识 2学习目标 知识目标 1掌握发动机电子控制汽油喷射系统的构造和工作原理。 2了解电喷发动机燃油系统故障的检查与诊断。3第一节汽油机电子控制汽油喷射系统的构造和工作原理4一、概述 电子控制汽油喷射系统简称EFI,是英文Electronic Fuel Injection字头的缩写,就是用计算机控制的汽油喷射系统。 电控汽油喷射的优点电控汽油喷射的优点 (1)改善了各缸混合气的均匀性 (2)提高发动机的动力性经济性。进气系统无喉管和预热的影响;进气阻力和进气压力较小、充气效率高、燃烧条件好、热效率高。 (3)减少了排放污染 精确控制空燃比,是燃烧更加充分
2、,安装了降低排污的装置,如三元催化转换器废气再循环装置,燃油蒸汽回收装置,二次空气喷射装置。 (4)发动机工况过渡圆滑 (5)提高汽油机高、低温的起动性能和暖机性能。 (6)改善发动机对地理及气候环境的适应性。5二、电控燃油喷射系统的分类(一)按喷射系统执行机构的不同分 多点喷射(MPI) 单点喷射(SPI)(二)按喷射控制方式不同分 间歇喷射 连续喷射(三)按喷射位置的不同分 进气道喷射式 缸内喷射式(四)按空气流量测量方式分 速度密度控制 质量流量控制 节流速度控制6多点喷射多点喷射多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只喷油器,由电控单元(ECU)控制顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射。控制更
3、为精确,使发动机无论处于何种状态,其过渡过程的响应及燃油经济性都是最佳的。返回图图21 21 多点喷射多点喷射 7单点喷射 由12个安装在化油器所在的节气门段的喷油器,将燃油喷入进气流,形成混合气进入进气歧管,再分配到各个气缸中。 单点喷射系统结构简单,故障源少,可采用较低的喷油压力(只有0.1MPa),成本低。返回图图22 22 单点喷射单点喷射 8间歇喷射 对每一个气缸的喷射都有一限制的喷射持续期,喷射是在进气过程中的某段时间内进行的,喷射持续时间相应就是所控制的喷油量。对于所有的缸内直接喷射系统和多数进气道喷射系统都采用了间歇喷射的方式。间歇喷射由可细分为同时喷射、顺序喷射和分组喷射。
4、(a) 同时喷射 (b) 顺序喷射 (c) 分组喷射返回图图23 23 间歇喷射的三种方式间歇喷射的三种方式 9连续喷射式 燃料喷射的时间占有全工作循环的时间,连续喷射都是喷在进气道内,而且大部分的燃料是在进气门关闭后喷射的,因此大部分燃料是在进气道内蒸发的。 返回10进气道喷射式 它是指在进气歧管内喷射或进气门前喷射。在该方式中,喷油器被安装于进气歧管内或进气门附近,故汽油在进气过程中被喷射后与空气混合形成可燃混合气再进入气缸内。采用低压喷射。 返回图图24 24 进气道喷射进气道喷射 11缸内喷射式 它是将喷油器安装于缸盖上直接向缸内喷油,需要较高的喷油压力(3到12MPa)。 相比而言,
5、由于缸外喷射方式汽油的喷油压力(0.1到0.5MPa)不高,且结构简单,成本较低,故目前应用较为广泛。返回12速度密度控制法 (D型EFI) 它是是通过检测进气歧管的压力(真空度)和发动机的转速,推算发动机吸入的空气量,并计算燃油流量的速度密度控制方式。“D”是德文“压力”一词的第一个字母。 D型EFI是最早的、典型的多点压力感应式喷射系统。美国通用、福特、克莱斯勒,日本的丰田、本田铃木和大发等公司都有类似产品。由于空气在进气管内的压力波动,该方法的测量精度稍差。 13图图25 D25 D型型EFIEFI示意图示意图 14返回15图图27 L27 L型型EFIEFI示意图示意图 1617返回1
6、8节流速度方式 节流速度方式是利用节流阀开度和发动机转速,推算每一循环吸入发动机的空气量,根据推算的空气量,计算汽油喷射量。由于是直接测量节流阀开度的角位移,所以过渡响应性能好。在竞赛汽车中得到应用,有些Mono系统也采用该方式。但是,由于吸入的空气量与节流阀开度和发动机转速是复杂的函数关系,所以不容易测量吸入的空气量。返回1920三、电控燃油喷射系统的组成三、电控燃油喷射系统的组成 电控燃油喷射系统一般由三个子系统组成。1、空气供给系统2、燃油供给系统3、电子控制系统21功用:提供、测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量。组成:空气滤清器、空气流量计(进气压力传感器)、节气门体、进气总管和进气歧
7、管等。 1空气供给系统 22图图210 210 进气系统进气系统 232燃油供给系统 功用:燃油供给系统的功能是向发动机精确提供各种工况下 所需要的燃测量。组成:油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器、冷起动器及供油总管等。 动画24253、电子控制系统 电子控制系统的功能是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定汽油的最佳喷射量。该系统由传感器、电控单元(ECU)和执行器三部分组成 26返回2728二、电喷汽油机的燃油系统29第三节第三节 燃油供给系统主要部件结构燃油供给系统主要部件结构 与工作原理与工作原理 一.电动燃油泵 二.燃油滤清器三.脉动阻尼器 四.压力调
8、节器五.喷油器 六.冷起动阀喷油器看下页30图图 223 223 燃油供给系统的组成实物图燃油供给系统的组成实物图31图图 224 224 燃油供给系统的主要装置燃油供给系统的主要装置32一一 电动燃油泵电动燃油泵 功用:功用:电控汽油喷射系统的电动汽油泵是一种由小型直流电电控汽油喷射系统的电动汽油泵是一种由小型直流电动机驱动的油泵动机驱动的油泵, ,其作用是提供汽油喷射所需的压力燃油其作用是提供汽油喷射所需的压力燃油 类型:类型:按安装按安装位置不同位置不同分为:分为:内置式内置式安装在油箱中,具有噪声小、不易产安装在油箱中,具有噪声小、不易产 生气阻、生气阻、不易泄漏、管路安装简单。不易泄
9、漏、管路安装简单。外置式外置式串接在油箱外部的输油管路中,易布置、安装自串接在油箱外部的输油管路中,易布置、安装自由大,但噪声大,易产生气阻。由大,但噪声大,易产生气阻。按电动燃油泵的按电动燃油泵的结构不同结构不同分为:分为:叶轮式、滚柱式、转子式和侧槽式,常用的为叶轮式、滚柱式、转子式和侧槽式,常用的为叶轮式叶轮式、滚柱滚柱式式动画33(一)、结构及工作原理 1、滚柱泵 3435 单向阀:在油泵不工作时,它阻止汽油倒流回油箱,这样可保持油路中有一定的残余压力,便于下次起动; 限压阀:当泵油压力超过规定值以上时,装在泵体内的限压阀即被推开,使部分汽油返回到进油口一侧。 油压缓冲器:滚柱式燃油泵
10、的转子每转一周,其排出的汽油就要产生与滚柱数目相同的压力脉动,故在出口处装有油压缓冲器,以减少出口处的油压脉动和运转噪声。 缺点:滚柱式电动汽油泵运转时噪声较大,泵油压力脉动大,易磨损,使用寿命较短。 362、涡轮泵 结构: 涡轮式电动汽油泵结构和滚柱式电动汽油泵相似,但其转子是一块圆形平板,周围开有小槽,形成叶轮。 原理:当油泵运转时,叶轮周围小槽内的汽油随着叶轮一道旋转。这时由于离心力的作用,使汽油出口处的油压增高,同时在进口处产生一定的真空度,使汽油从进口处被吸入并泵向出口处。这种油泵的泵油量大,最大泵油压力较高,可达600kPa以上。在各种工况下,它都能保持较稳定的供油压力,而且运转噪
11、声小,叶轮无磨损,使用寿命长。 37动画38 特点: 它也设有限压阀,在出油口还设有一个单向阀。 由于该汽油泵的油压脉动小,已能达到普通滚柱泵带油压缓冲器的水平,因此不用装油压缓冲器。电动汽油泵的油泵和电动机都是浸在汽油中。在油泵运转时,汽油不断穿过油泵和电动机,使之得到润滑和冷却。返回39(二)、电动油泵的控制 EFI系统油泵的基本控制要求是:只有在发动机处于运转状态时,油泵才泵油;发动机不运转,接通点火开关,油泵也不工作。 油泵的转速由外加电压决定。通常油泵总是在一定转速下运转,因而输出油量不变。但在 发动机高速、大负荷工况下需油量大,有必要提高油泵转速以增加泵油量。而当发动机工作在低速、
12、中小负荷工况时,应使油泵低速运转,以减少泵的磨损及不必要的电能消耗。故在一些发动机中对油泵设置了转速控制机构。401采用ECU控制的油泵控制电路 此控制方式应用于D型EFI系统及使用热式空气流量计和卡门涡旋式空气流量计的L型EFI系统中。 412.用油泵开关控制的油泵控制电路 此控制方法应用于使用叶片式空气流量计的L型EFI系统中。423具有转速控制的油泵控制电路 在原控制回路中增设油泵控制继电器即可实现油泵的转速控制。43二、燃油滤清器二、燃油滤清器 44 功用:燃油滤清器安装在油泵之后的高压油路中。其作用是,滤除燃油中的氧化铁、粉尘等固体夹杂物,防止燃料系统堵塞,减小系统的机械磨损,确保发
13、动机稳定运转,提高工作可靠性。 性能:燃油滤清器应具有过滤效率高、寿命长、压力损失小、耐压性能好、体积小、质量轻等性能。 使用:滤芯阻塞时,将使油压下降、起动困难、发动机功率降低,故应按规定更换滤清器。返回45 三、脉动阻尼器三、脉动阻尼器 功用:在喷油器喷油时,在输油管道内会产生燃油压力脉动,脉动阻尼器的作用是使压力脉动衰减以减小这种波动和降低噪音。返回46 功用:使燃油压力相对于大气压力或进气管负压保持一定,即保持喷油压力与喷油环境压力的差值一定。以使ECU能以控制喷油时间的长短来控制喷油量 四、压力调节器四、压力调节器 动画47图图2-35 2-35 燃油压力调节器实物图燃油压力调节器实
14、物图返回48五、喷油器五、喷油器 功用:喷油器的作用是根据ECU提供的电信号,控制燃料喷射。 (一) 喷油器的结构、安装与分类 (二)工作原理 (三) 驱动方式动画49(一)喷油器的结构、安装与分类 结构:图237 电磁喷油器结构 1滤网 2电接头 3磁化线圈4回位弹簧 5衔铁 6针阀 7轴针 8密封圈动画50 SPI系统的喷油器位于节气门体空气入口处;MPI系统的喷油器通过绝缘垫圈安装在各进气歧管或进气道附近的缸盖上,并用输油管路固定。安装:51分类 喷油器有几种不同的分类方式:按用途分为SPI用和MPI用;按燃料的送入位置可分为上部给料式和下部给料式;按喷口形式分为孔式和轴针式;按电磁线圈
15、阻值可分为低阻式和高阻式。返回5253(二)工作原理 ECU的喷油控制信号将喷油器与电源回路接通时,电磁线圈通电并在周围产生磁场,吸引衔铁移动,而衔铁与针阀一体,因此克服弹簧张力而打开,燃油即开始喷射。当ECU将电路切断时,吸力消失,弹簧使针阀关闭,喷射停止。 喷油量的多少取决于针阀行程、喷口截面积及喷射环境压力与燃料压力的压差和喷油时间。当前述各因素确定时,喷油量就取决于针阀的开启时间,即电磁线圈的通电时间。 返回图图2-39 2-39 工作原理工作原理54(三)、驱动方式 喷油器的驱动方式分为电流驱动与电压驱动两种方式。电流驱动只适用于低阻喷油器,电压驱动既可用于低阻喷油器,又可用于高阻喷
16、油器。55返回56六、冷起动喷油器与热限时开关六、冷起动喷油器与热限时开关 (一)结构与工作原理(二)冷起动喷油器的控制 功用:冷起动喷油器安装在进气总管上,其功用由热时限开关控制,在发动机在低温起动时投入工作,以改善发动机的低温起动性能。57(一)结构与工作原理结构:58工作原理 冷起动喷油器是在发动机低温起动时,向进气管道附加地喷人一定量的汽油,以利于冷机起动。当点火开关和热限时开关均接通时,冷起动喷油器电磁线圈通电,将阀门吸起。汽油通过旋流式喷嘴喷出旋转的雾状的汽油到进气管道内,加浓混合气。 59(二)冷起动喷油器的控制1 限时开关控制602ECU和热限时开关协同控制61控制方式的发展趋
17、势: 现在有些车辆为了提高控制精度,取消冷起动喷油器与热限时开关,由电控单元ECU根据起动信号和温度信号,来加大喷油脉冲宽度,以增加喷油量,加浓混合气。另外,由于冷起动喷油器安装在进气管上,不可避免地影响各缸供油的均匀性,因而取消冷起动喷油器而改由各缸喷油器来完成冷起动喷油器任务是新的发展趋势。返回62第四节第四节 空气供给系统主要部件结构与空气供给系统主要部件结构与 工作原理工作原理 功用:进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。空气经空气滤清器、空气流量计(D系统无此装置)、节气门体、进气总管、进气歧管进入各气缸。 63 一、空气滤清器 二、空气流量计 三、进气压力传感器 四、节气
18、门体 五、进气总管、进气歧管64一、空气滤清器 空气滤清器的作用是净化空气。汽油喷射发动机的空气滤清器与一般的发动机的空气滤清器相同,在此不再详述。 65二、空气流量计 空气流量计是测量发动机进气量的装置,它将吸入的空气量转换成电信号送至电脑,作为决定喷油量的基本信号之一,主要用于L型EEI系统。 根据测量原理不同,空气流量计有风门式、卡门旋涡式、热线式及热膜式几种类型 66(一)叶片式空气流量计(一)叶片式空气流量计 1 1、结构、结构 如右图,空气流量计主要由测量板、补偿板、回位弹簧、电位计、旁通气道组成,此外还包括怠速调整螺钉、油泵开关及进气温度传感器等。 图图 244 244 叶片式空
19、气流量计的结构叶片式空气流量计的结构67图图245 245 叶片式空气流量计实物叶片式空气流量计实物68图图246 246 叶片式空气流量计的电位计叶片式空气流量计的电位计692 2、叶片式空气流量计工作原理、叶片式空气流量计工作原理 来自空气滤清器的空气通过空气流量计时,空气推力使测量板打开一个角度,当吸入空气推开测量板的里与弹簧变形后的回位力相平衡时,叶片停止转动。与测量扳同轴转动的电位计检测出叶片转动的角度,将进气量转换成电压信号VS送给ECU。图图247 247 叶片式空气流量计工作原理叶片式空气流量计工作原理1 1、电位计滑臂、电位计滑臂 2 2、可变电阻、可变电阻 3 3、接进气管
20、、接进气管 4 4、测量叶片、测量叶片 5 5、旁通空气道、旁通空气道 6 6、接空气滤清器、接空气滤清器70(二)热式空气流量计(二)热式空气流量计 20世纪80年代后生产的日本日产公爵轿车和美国福特车系轿车多数采用热式空气流量计,热式空气流量计的主要元件是热线电阻,可分为热线式和热膜式两种类型,其结构和工作原理基本相同。 711 1、工作原理、工作原理 热线电阻RH以铂丝制成,RH和温度补偿电阻RK均置于空气通道中的取气管内,与RA、RB共同构成桥式电路。 RH 、RK阻值均随温度变化。当空气流经RH时,使热线温度发生变化,电阻减小或增大,使电桥失去平衡,若要保持电桥平衡,就必须使流经热线
21、电阻的电流改变,以恢复其温度与阻值,精密电阻RA两端的电压也相应变化,并且该电压信号作为热式空气流量计输出的电压信号送往ECU。 图图 248 248 热式空气流量计工作原理热式空气流量计工作原理722 2、热式空气流量计的结构、热式空气流量计的结构 73(三)卡门旋涡式空气流量计(三)卡门旋涡式空气流量计 1 1、测量原理、测量原理 卡门旋涡式空气流量计通常与空气滤清器外壳安装成一体,在其空气通道中央设置一柱状或锥状的涡流发生器,在涡流发生器后部将不断产生称之为卡门旋涡的涡流串,卡门旋涡的频率f,与空气流速V之间存在如下关系: f=0.2V/d 测得卡门旋涡的频率f就可以求得空气流速,空气流
22、速乘以空气通路面积,就可以得到进气的流量。 涡旋频率的检测方法有反光镜检测和超声波检测两种。 图图251 251 卡门涡旋原理卡门涡旋原理742 2、反光镜检测式卡门涡旋空气流量计、反光镜检测式卡门涡旋空气流量计 反光镜检测式空气流量计的检测部分由镜面、发光二极管和光电晶体管等组成。空气流经涡旋发生器时,压力发生变化,这种压力变化经压力导向孔作用于薄金属制成的反光镜表面,使反光镜产生振动。反光镜振动时,将发光二极管投射的光反射给光电管,对反射光信号进行检测,即可得涡旋频率。高频率对应大进气量。 图图252 252 反光镜检测式卡门涡旋空气流量计原理反光镜检测式卡门涡旋空气流量计原理 11空气进
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