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第二节
燃油喷射电子控制系统的结构与控制原理

一、燃油喷射电子控制系统的控制原理

电喷发动机通过喷油器将一定压力的燃油喷射到进气管或气缸内,与空气混合形成可燃混合气,而最佳空燃比是由燃油喷射电子控制系统的电子控制器(ECU),通过控制喷油器的喷油时间来实现。ECU根据各传感器输入的电信号判断发动机的工况和状态,并确定最佳的喷油量。燃油喷射电子控制系统的基本组成与控制原理如图2-6所示。

阅读提示

燃油喷射电子控制系统中,电子控制器根据各传感器信号确定各工况下基本喷油量和各种状态下的喷油量修正,并输出相应的喷油器控制脉冲,控制喷油器的喷油时间,实现最佳空燃比控制。

图2-6 燃油喷射电子控制系统的基本组成与控制原理

1. 基本喷油量控制

基本喷油量控制是为了保证发动机在正常的工作温度下运行时有最佳的空燃比。电子控制器根据发动机转速传感器、进气压力传感器(压力型)或空气流量传感器(流量型)的信号,确定基本喷油量,并通过喷油器驱动电路控制喷油器每个工作循环的喷油(通电)时间。基本喷油时间的确定方式有公式计算法和查寻法两种。

(1)公式计算法确定基本喷油时间

在电子控制器的ROM中,存储有基本喷油时间计算公式(控制模型)。工作时,控制器根据当前的发动机转速和空气流量(或进气压力)参数,调用计算模型来确定基本喷油时间 T p 。典型的计算模型如下:

式中 G a ——空气流量(g/s);

C ——与喷油器结构和理论空燃比有关的常数;

Z ——发动机气缸数;

n ——发动机转速(r/min)。

公式计算法确定基本喷油时间的问题是:确定适用于该型发动机的基本喷油量计算公式难度很大,所确定的计算模型也不可能实现该型发动机所有工况的最佳喷油时间控制。

(2)查寻法确定基本喷油时间

在电子控制器中的ROM内存储有各种特定工况下的最佳喷油时间标准参数(三维图,如图2-7所示)。发动机各特定工况下的最佳喷油时间是通过试验取得的。工作时,电子控制器根据当时的发动机转速和空气流量(或进气压力),从ROM中查寻得到基本喷油时间。如果发动机工作在非特定工况,ECU中的CPU可根据该工况周围的4个特定工况点的基本喷油时间,通过插值法计算得到该工况下的喷油时间。

专家提醒:

特定工况也称其为试验工况,以发动机转速为横坐标,以发动机进气流量(或进气压力)为纵坐标(图2-8)。在发动机的转速变化范围内划分若干小区间,发动机的进气流量(或进气压力)变化范围内也划分若干小区,划分线所形成的交叉点设定为特定工况(试验工况)。在这些特定工况下进行试验,测得最佳的喷油时间,并作为标准参数存入ROM中。

用查寻法求得最佳的基本喷油时间,可实现非线性控制,使燃油喷射的控制精度更高,因此,燃油喷射控制系统多采用查寻法求得基本喷油时间。

图2-7 最佳基本喷油时间标准参数(三维图)

图2-8 发动机试验工况

2. 喷油量修正控制

喷油量修正控制是为了使发动机在各种情况下都有最适当的空燃比,使发动机始终工作在最佳状态。燃油喷射电子控制系统一般有以下几条喷油量修正控制。

(1)进气温度修正

1)进气温度修正的作用。进气温度不同时,空气的密度也不同,会使混合气的空燃比发生变化。进气温度修正是为了消除进气温度改变对空燃比的影响。

2)进气温度修正方法。电子控制器根据进气温度传感器的信号对喷油时间做出适当修正,进气温度修正特性示例如图2-9所示。

图2-9 进气温度修正特性示例

(2)起动喷油量修正

1)起动喷油量修正的作用。发动机在起动时转速很低,基本喷油量很少,需要通过适当增加喷油量(起动喷油修正)来提高其起动性能。

2)起动喷油量修正方法。电子控制器根据点火开关信号(起动档)做出起动时喷油量修正控制;另外,根据冷却液温度传感器的信号确定喷油修正量,发动机冷却液温度越低,起动补充喷油量也越多。一些燃油喷射控制系统则是通过在正常喷油脉冲之间增加一个喷油脉冲,来增加起动喷油量的。

小知识

早期的电喷发动机通过增设一个冷起动喷油器来提高发动机冷起动性能。冷起动喷油器通常安装在节气门后的进气管处,由热时间开关或ECU控制。在低温下发动机冷起动时,由热时间开关或ECU控制冷起动喷油器打开喷油,以加浓混合气,使发动机顺利起动。起动后或起动时间过长,冷起动喷油器都会被关闭。

(3)起动后的喷油量修正

1)起动后喷油量修正的作用。发动机起动后,起动喷油量修正立刻停止,而这时发动机的温度较低,燃油雾化不良,此时如果立刻转入基本喷油量控制,就容易导致发动机运转不平稳甚至熄火。电子控制器进行起动后的喷油量修正,在基本喷油量的基础上增加起动后补充喷油量,以保证发动机在温度较低,燃油雾化不良的情况下能稳定运转。

2)起动后喷油量修正方法。控制器根据点火开关从“起动”档到“点火”档的变化,快速做出起动后喷油修正控制;根据冷却液温度传感器的信号确定起动后喷油修正量,根据发动机转速传感器的信号脉冲递减喷油修正量。起动后喷油量修正特性如图2-10所示。

图2-10 起动后喷油量修正特性

a)起动后喷油补充量初始值 b)起动后喷油补充量随转速信号递减过程

(4)怠速暖机喷油量修正

1)怠速暖机喷油量修正的作用。发动机冷起动后,保证发动机起动后能稳定运行的起动后补充喷油量很快就会消失,如果这时发动机的温度仍较低,就会还需要较浓的混合气。这时需要用到时间相对较长的怠速暖机修正控制,以保证发动机运转平稳。

图2-11 怠速暖机喷油量修正特性

1—起始温度低修正特性曲线 2—起始温度高修正特性曲线

2)怠速暖机喷油量修正方法。电子控制器根据节气门位置传感器(怠速开关)信号做出怠速暖机喷油量修正控制;根据冷却液温度传感器的信号确定修正量。典型的怠速暖机喷油量修正特性如图2-11所示,根据冷却液温度传感器信号对喷油修正量进行适当调整。

(5)加速时的喷油量修正

1)加速时的喷油量修正的作用。汽车加速时,需要在基本喷油量的基础上增加适当的喷油量,以避免加速时混合气过稀,确保发动机有良好的加速性能。

2)加速时的喷油量修正方法。电子控制器根据节气门位置传感器信号作出加速时喷油量修正控制;根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器及冷却液温度传感器的信号,确定加速喷油修正量。典型的加速时喷油量修正特性如图2-12所示。

上述加速时的喷油量修正为同步加速修正,有的燃油喷射系统采用异步修正,即在正常喷油脉冲之间额外地输出一个喷油脉冲信号,通过喷油器多喷一次油的方式增加加速时的喷油量。

(6)减速时的喷油量修正

1)减速时的喷油量修正的作用。减速时如果仍按基本喷油量控制会使混合气过浓,通过减速时的喷油量修正,适当地减小喷油量,可达到降低汽车燃油消耗和排放污染之目的。

2)减速时的喷油量修正方法。电子控制器根据节气门位置传感器、空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器及冷却液温度传感器的信号进行减速喷油量修正,适当减少喷油器的喷油时间,以降低汽车减速时的燃油消耗和排气污染。

图2-12 加速时喷油量修正特性

a)负荷变化量修正特性 b)冷却液温度变化修正特性

(7)大负荷喷油量修正

1)大负荷喷油量修正的作用。在发动机大负荷时需适当加浓混合气,以保证发动机在大负荷工况下,仍能保持在最佳的状态下工作。

2)大负荷喷油量修正方法。电子控制器根据节气门位置传感器的信号作出大负荷喷油量修正控制。当节气门开度大于某设定值时,电子控制器根据节气门位置传感器的信号作出发动机大负荷判断,并开始进行大负荷喷油量修正;当节气门开度小于设定值时,大负荷修正就立即停止。

(8)燃油高温喷油量修正

1)燃油高温喷油量修正的作用。当燃油温度过高时,喷油器内的燃油会汽化,含有蒸气的燃油会导致喷油量减少而使混合气过稀。因此,在汽车热车起动时,如果燃油的温度过高,就需要适当增加喷油时间,以弥补因燃油汽化所引起的混合气过稀。

2)燃油高温喷油量修正方法。电子控制器根据点火开关(起动档)信号和冷却液温度传感器的信号,做出热起动喷油量修正控制;根据冷却液温度传感器确定燃油高温喷油量修正量,其修正特性如图2-13所示。

图2-13 燃油高温喷油量修正特性

有的燃油喷射系统在燃油箱上设置了燃油温度传感器,直接采用燃油温度传感器的信号作为燃油高温喷油量修正控制的依据。

(9)燃油关断控制

1)燃油关断控制的作用。燃油关断控制有两种情况,一是在汽车减速时停止喷油,以达到节油和降低排放污染之目的;二是在发动机转速太高时停止供油,以防止发动机因超速而损坏。

2)燃油关断控制方法。电子控制器根据节气门位置传感器信号判断是否是减速工况(节气门开度突然减小至关闭),再参考发动机转速传感器和冷却液温度传感器的信号确定是否停止喷油。在发动机转速降至较低的范围、发动机冷却液温度较低时,电子控制器则不作出停止喷油控制,或在停止喷油状态下立即恢复喷油,以避免发动机熄火。

电子控制器根据发动机转速传感器信号作出高转速停止喷油控制。当发动机转速超过设定的极限转速时,电子控制器作出立即停止喷油控制,以避免发动机转速过高。

(10)蓄电池电压变化喷油量修正

1)蓄电池电压变化喷油量修正的作用。喷油器的电源是发电机和蓄电池,其电源电压会随蓄电池的充电状态有较大的变化(起动时电压最低,蓄电池充足电时最高)。当蓄电池的电压变化时,由于喷油器电磁线圈电流的上升速率和最高稳定电流值也会随之改变,使喷油器阀的开启速率发生变化。喷油器阀的开启速率改变,将导致同样的喷油时间喷油量不一样,从而使ECU的空燃比控制受喷油器电源电压波动的影响。蓄电池电压变化喷油量修正控制就是在蓄电池电压变化时,通过修正喷油器的喷油时间,使喷油量不受蓄电池电压波动的影响。

2)蓄电池电压变化喷油量修正方法。电子控制器根据主电源端子(连接发电机和蓄电池)取得蓄电池电压信号,根据蓄电池电压的变化对喷油器通电时间进行修正,以消除蓄电池电压波动对喷油量的影响,其修正特性如图2-14所示。

图2-14 蓄电池电压变化喷油量修正特性

(11)混合气浓度反馈喷油修正

1)混合气浓度反馈喷油修正的作用。安装在发动机排气管处的三元催化转化器用于对废气中的NO X 、HC和CO进行净化,且在混合气的浓度在理论空燃比附近时,其净化效果均可达到最佳。混合气浓度反馈喷油修正控制的作用,就是在发动机混合气的浓度过浓或过稀时,通过修正喷油器的喷油时间,将混合气的浓度控制在理论空燃比附近,以保证三元催化转化器有良好的排气净化效果。

2)混合气浓度反馈喷油修正方法。混合气浓度反馈喷油修正是通过氧传感器反馈的混合气浓度信号对喷油量进行修正。氧传感器通过监测发动机排出废气中的氧含量来反映混合的浓度,并产生相应的电信号。当氧传感器的输入信号电压为0.8V左右(混合气过浓)时,电子控制器将会适当减少喷油时间;当氧传感器的电压为0.1V左右(混合气过稀)时,电子控制器则会适当增加喷油时间。通过这样的反馈修正,使得发动机的空燃比始终保持在理论空燃比附近,确保三元催化转化器良好的排气净化效果。

为确保发动机正常起动性和运行,在下列情况电子控制器将停止混合气浓度反馈修正。

1)发动机温度在60℃以下。

2)起动时及起动后加浓期间。

3)大负荷加浓期间。

4)减速断油期间。

专家解读:

在上述4种情况下,电子控制器修正控制的结果是使混合气偏浓或偏稀,如果ECU不停止混合气浓度反馈喷油修正控制,就会与这4种修正控制发生互扰,从而影响发动机的正常工作。

(12)自适应修正

1)自适应修正的作用。自适应修正也称学习修正,用于进一步提高空燃比控制精度。在汽车使用过程中,发动机的供油系统、进气系统及汽油喷射电子控制系统的一些部件的性能会发生变化,使得实际空燃比中心值与理论空燃比的偏差逐渐加大,导致电子控制系统不能进行正常的控制。自适应修正的作用是当燃油喷射控制出现偏差时,通过适当的修正,使发动机保持正常的工作。

2)自适应修正方法。自适应修正就是计算出实际空燃比中心值与理论空燃比的偏离量,并求出空燃比偏离量的修正系数,然后将修正系数存入点火开关断开不断电的RAM存储器中,并在以后的工作中使用这一修正系数修正喷油时间,使空燃比的控制精度得以提高。

可见,燃油喷射控制系统ECU根据相关传感器信号及设定的控制程序,进行基本喷油量控制和喷油量修正控制,使发动机在任何工况状态下的混合气均为最佳的空燃比。

二、燃油喷射电子控制系统的基本组成

燃油喷射电子控制系统由空气供给系统、燃油供油系统和电子控制系统三部分组成,组成框图如图2-15所示。

图2-15 燃油喷射电子控制系统组成框图

1. 空气供给系统

空气供给系统主要由空气滤清器、进气管与进气歧管、节气门、怠速调节装置等组成。空气供给系统的作用是使适量的空气进入气缸。空气供给系统的进气通道有三个:由节气门控制的主进气通道、怠速旁通道及怠速辅助通道。

注意: 空气流量传感器设置在进气通道中,但它是电子控制系统的部件,不属于空气供给系统部件。

1)进气主通道。由驾驶人通过操纵加速踏板来改变节气门的位置,以控制进气主通道的进气量,实现发动机转速与功率的控制。

2)怠速旁通道。在节气门关闭时,通过怠速旁通道通气,其通道的截面积可由安装在怠速旁通道上的怠速调整螺钉来调节,用以调节发动机的怠速。

3)怠速辅助通道。其通气量由怠速控制阀控制,发动机电子控制器通过控制怠速控制阀来实现发动机怠速的自动控制。

专家提醒:

旋动安装在怠速旁通道上的怠速调整螺钉,可改变怠速旁通道的通气截面积,即改变了发动机怠速时的进气量。该调整螺钉用来调整怠速的高低,而量板式空气流量传感器怠速旁通道上的调整螺钉是用于调整怠速时的混合气浓度。

2. 燃油供给系统

燃油供给系统主要由燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器和喷油器等组成,其作用是提供源源不断的燃油,并使喷油器内的燃油压力保持稳定。喷油器是燃油供给系统喷出一定压力燃油的部件,它也是电子控制系统的执行器。

电动燃油泵在电子控制器和燃油泵控制电路的控制下工作,将燃油箱内的燃油泵入喷油器,并通过油压调节器使喷油器内的燃油压力保持稳定。

3. 电子控制系统

电子控制系统主要由相关的传感器、电子控制器(ECU)和执行器(喷油器)组成,其作用是识别发动机的工况与状态,输出一个最佳的喷油控制脉冲,使喷油器喷出适量的燃油。

电子控制系统的控制器根据各传感器所提供的发动机工况与状态信息输出控制信号,控制喷油器间歇喷油,将适量的燃油喷出,与适量的空气混合,形成空燃比适宜的混合气,并经进气门进入气缸。

三、燃油喷射电子控制系统组成部件结构原理

典型的燃油喷射电子控制系统如图2-16所示。

⒈燃油泵

燃油泵的作用是将汽油增压并源源不断地泵入供油管路。燃油泵主要由直流电动机和油泵组成,根据结构与原理不同,燃油泵可分为滚柱式、叶片式(涡轮式)、齿轮式等类型。

(1)滚柱式燃油泵

滚柱式燃油泵由直流电动机、油泵、单向阀和安全阀等组成,如图2-17所示。

滚柱式油泵的工作原理如图2-18所示。泵转子与泵壳内腔不同轴,泵转子在电动机的带动下转动时,转子槽内的滚柱在离心力的作用下向外侧移动至与泵套壁接触后,两相邻滚柱之间形成封闭的油腔。泵转子在转动过程中,左侧油腔会逐渐增大,将燃油箱内的汽油吸入;右侧油腔则逐渐减小,将汽油压进供油管路。

图2-16 典型的燃油喷射电子控制系统

1—氧传感器 2—火花塞 3—喷油器 4—燃油压力调节器 5—怠速调整螺钉 6—怠速旁通道 7—空气流量传感器(热丝式)8—燃油箱 9—燃油泵 10—燃油滤清器 11—怠速辅助空气通道 12—怠速调节电磁阀 13—节气门位置传感器 14—电子控制器 15—接点火开关 16—冷却液温度传感器

图2-17 滚柱式燃油泵

1—安全阀 2—泵壳 3—单向阀 4—电动机 5—燃油泵电动机插接器 6—滚柱式油泵

安全阀的作用是防止供油管路中的油压过高,而单向阀的作用是在燃油泵停止工作时,使供油管路中保持一定的油压,以便在发动机下次起动时能及时供油进而使发动机易于起动。

图2-18 滚柱式油泵工作原理

1—滚柱 2—泵套 3—泵转子 4—汽油吸入 5—汽油泵出

(2)叶片式燃油泵

叶片式燃油泵采用叶片式油泵,其基本组成与工作原理如图2-19所示。

图2-19 叶片式燃油泵

a)结构 b)工作原理

1—滤网 2—叶轮 3—磁极 4—电枢 5—电刷 6—安全阀 7—单向阀 8—泵体

当电动机带动油泵叶轮高速运转时,叶轮的小槽与泵体的进油口之间产生真空,真空吸力将燃油箱内的汽油吸入泵体内,并被叶轮带向油泵出油口处。当叶轮小槽转到出油口处时,汽油在离心力和泵内存油压力的共同作用下,从出口流出,并通过单向阀进入供油管路。

(3)燃油泵的安装位置

燃油泵有油箱内、外两种安装形式,滚柱式燃油泵的自吸能力较强,因此,安装在汽油箱内外均可。自吸能力较差的燃油泵(比如叶片泵)一般都安装在油箱的内部。

专家提示:

滚柱式燃油泵输出的汽油压力脉动较大,而控制器是通过控制喷油器的喷油时间来控制喷油量的。如果汽油的压力脉动较大,就会影响控制器喷油量的控制精度。为此,一些汽车在安装喷油器的燃油分配管上,还安装有燃油脉动缓冲器,用于减小汽油压力的脉动。

2. 燃油压力调节器

燃油压力调节器的作用是使喷油器的喷油压力稳定,以确保ECU通过控制喷油器的喷油时间即可准确控制空燃比。燃油压力调节器有绝对压力调节和相对压力调节两种形式。

(1)绝对压力调节器

绝对压力调节器的结构如图2-20所示。当汽油压力超过设定的高限值时,汽油压力就会推动膜片上移而使出油阀开启,部分汽油便经出油阀、回油管流回汽油箱,使油压降低。当汽油压力低于调设定的低限压力值时,弹簧力使膜片下移而关闭出油阀,汽油压力又会回升。

图2-20 绝对压力调节器

1—调节螺钉 2、7—弹簧座 3—弹簧 4—膜片 5—阀托盘 6—阀体

绝对压力调节器的膜片根据汽油压力变化振动,使阀开启或关闭,将汽油压力稳定在一个恒定值。通过调节螺钉改变弹簧的张力即可调整汽油压力。

绝对压力调节器的不足是当进气管的压力发生变化时,喷油器内部的油压与喷口(进气管)的压力差就会随之改变,从而导致喷油量发生变化。因此,采用绝对压力调节器的燃油喷射控制系统,其电子控制器需根据进气管压力的变化对喷油器的喷油时间做适当修正。

(2)相对压力调节器

相对压力调节器的结构原理如图2-21所示。它与绝对压力调节器的主要区别在于膜片的弹簧侧通过一真空管与进气歧管相通,使得进气歧管压力可作用于弹簧侧的膜片上。当进气歧管的压力变化时,由于作用于弹簧侧膜片的真空吸力也改变了,使调节器调定的汽油绝对压力随之改变。这种相对压力调节方式使得喷油器的喷油压力与进气歧管的压力差保持恒定,因此,进气歧管压力变化时不会对喷油器的喷油量造成影响。

图2-21 相对压力调节器

1—燃油室 2—真空室 3—弹簧 4—膜片 5—阀

专家提示:

由于绝对压力调节器稳定的是喷油器内汽油的绝对压力,汽油喷射控制系统需要监测进气管内的压力变化,并根据进气管压力的波动对喷油器喷油时间进行修正,这增加了控制的复杂性,因而在现代汽车发动机上已较为少见。相对压力调节器稳定的是喷油器内外两侧的压差,无论进气管内的压力如何变化,控制器都不需要对喷油器的喷油时间做任何修正,因此,现代汽车发动机上普遍采用相对压力调节器。

3. 喷油器

喷油器的作用是根据电子控制器的喷油脉冲信号将适量的汽油喷射到进气歧管中。

(1)喷油器的结构类型

喷油器的结构类型较多,按适用性分,有单点喷射的喷油器、多点喷射的喷油器和冷起动喷油器等三种。按喷油器阀的结构分,则有针阀式、球阀式、片阀式等几种。按喷油器喷孔数量分,又有单喷口喷油器、双喷口喷油器和多喷口喷油器等。按喷油器电磁线圈的电阻大小分,又可分低电阻(2~3Ω)型喷油器和高电阻(13~17Ω)型喷油器两种类型。

(2)喷油器的结构原理

不同类型的喷油器,其基本组成与工作原理相同,其核心部件均为电磁线圈和连接阀体的铁心。图2-22所示的是适用于多点喷射的针阀式喷油器,其工作原理如下。

图2-22 针阀式喷油器的结构

1—滤网 2—弹簧 3—调整垫片 4—凸缘部 5—针阀 6—壳体 7—阀体 8—阀行程 9—铁心 10—电磁线圈 11—接线端子

具有恒定压力的汽油经滤网进入喷油器内部,当电磁线圈通电时,其电磁力使铁心克服弹簧力而上移,带动与之连为一体的阀体一起上移,阀被打开,具有一定压力的汽油便从喷口喷出。当电磁线圈断电时,其电磁力消失,铁心在弹簧力作用下迅速回位,阀体落座,喷油器立刻停止喷油。

4. 无回油管燃油供给系统

燃油压力调节器的两油管接口连接着燃油分配管(喷油器)和回油管,燃油压力调节器工作时,通过回油管将燃油压力调节器多余的汽油引回油箱。由于回油管必须安装在发动机的附近,使得流回燃油箱的汽油有较多的时间和空间吸收发动机散发的热量,其温度较高,流入燃油箱后,会使油箱内油温升高,因而会带来如下问题:

1)加速了油箱内汽油蒸发速度,使得油箱内蒸气压力升高,增加了燃油蒸发排放控制(EVAP)系统的工作负荷。

2)热机起动时,由于泵入供油管路的汽油温度较高,部分汽油处于汽化状态,这会使实际的喷油量减少,从而导致发动机的热机起动性能下降。

3)由于回油经供油管路、燃油分配管后再经回油管路流回燃油箱,燃油泵运行损耗功率较大。

一些汽车采用了无回油管的燃油供给系统,这种供油系统将电动燃油泵、燃油滤清器、油压调节器及相应的油管等集成在一起,安装在燃油箱内(图2-23)。无回油管燃油供给系统在燃油箱外无回油管,工作时,在燃油箱内进行燃油压力的调节,多余的汽油在油箱内就完成了回流,通过供油管向连接各喷油器的燃油分配管提供恒定压力的汽油。

图2-23 无回管油燃油供给系统

1—油位传感器 2—供油管 3—燃油分配管 4—燃油压力调节器 5—汽油滤清器 6—油箱内回油管 7—燃油泵 8—燃油箱 9—滤网

无回油管燃油供给系统避免了温度较高的回油进入油箱而导致油温升高,减小了油箱内汽油蒸发速度,降低了蒸发排放控制(EVAP)系统的工作负荷,并可提高热机起动性能。此外,无回油供油系统油箱外的连接件少,便于安装,并降低了燃油泄漏的可能性。

无回油管燃油供给系统的主要缺点是减少了燃油箱的燃油存储容量,燃油滤清器不能单独更换。

四、燃油喷射电子控制系统电路

1. 电子控制系统的组成

燃油喷射电子控制系统的基本组成如表2-1所示。

表2-1 燃油喷射电子控制系统的基本组成

(续)

*表示仅在部分燃油喷射电子控制系统中装用

2. 电子控制器的电源电路

电子控制系统电源控制电路的常见形式有两种,如图2-24所示。

(1)点火开关直接控制的电源电路

由点火开关直接控制的电源控制电路如图2-24a所示。点火开关通过主继电器控制电子控制器的电源。ECU另有一个直接连接蓄电池的电源,以便在点火开关关断(OFF)时,使储存故障信息和学习修正参数的随机存储器(RAM)继续保持通电。

(2)具有延时关断功能的电源电路

由点火开关和ECU协调控制的具有延时关断功能的电源控制电路如图2-24b所示。当接通点火开关(ON)时,ECU的IGSW端子通电,ECU内部的主继电器控制电路通电后,使ECU的MREL端子输出高电位,主继电器线圈便通电产生磁力,吸引触点闭合而接通ECU主电源。

在点火开关关断(OFF)时,ECU内部的主继电器控制电路可使MREL端子继续通电约2s左右,使ECU的主电源端子延迟2s左右断电。ECU可利用这2s的时间完成怠速控制阀初始状态的设定(步进电机式怠速控制阀)、热丝的清洁(热丝式空气流量传感器)等工作。

图2-24 电子控制器电源电路

a)点火开关直接控制 b)控制器内控制电路控制

1—点火开关 2—主继电器 3—主继电器控制电路

专家解读:

使用热丝式空气流量传感器,在点火开关OFF时,ECU需要输出自洁信号来完成热丝的清洁;对于步进电动机式怠速控制阀,在点火开关OFF时,ECU需要输出控制脉冲,控制步进电动机转动,将怠速空气阀转至阀全开位置。因此,这些ECU电源电路必须设置延时断电功能。

(3)电路故障检测

1)点火开关直接控制的ECU电源电路。其检测要点如下:

①发动机ECU的BAT端子:该端子失去电压将导致ECU不能储存故障信息及学习修正信息等。可用直流电压表检测BAT端子与搭铁之间的电压,应为蓄电池电压。如果无电压,需检查线路连接和熔断器FU。

②发动机ECU的+B端子:该端子失去电压将使ECU不工作,发动机无法起动。接通点火开关(ON),测量+B端子与搭铁之间的电压,应为蓄电池电压。如果无电压,需检查熔断器、主继电器及其连接线路。

2)具有延时功能的ECU电源电路,其检测要点如下:

①发动机ECU的BAT端子:该端子失去电压将导致ECU不能储存故障信息及学习修正信息等。可用直流电压表检测BAT端子与搭铁之间的电压,应为蓄电池电压。如果无电压,需检查线路连接和熔断器FU。

②发动机ECU的+B端子:接通点火开关(ON)后,检测+B端子与搭铁之间的电压,应为蓄电池电压。如果电压为0V,则再检测MREL端子、IGSW端子与搭铁之间的电压,有如下几种情况:

a. IGSW端子无电压,则需检查点火开关及连接线路、熔断器等。

b. IGSW端子电压正常,MREL端子无电压,检查ECU的E2端子其搭铁是否良好,若E2端子搭铁正常,则ECU内部有故障;若E2搭铁不良,则检查ECU插接器相关端子和线路。

c. IGSW端子、MREL端子电压均正常,则需要检查主继电器及其连接线路。

3. 燃油泵控制电路

燃油喷射系统设有燃油泵控制电路,其基本控制功能是:在起动发动机、发动机正常运转时,使燃油泵稳定可靠地工作;发动机一旦熄火,使燃油泵立即停止工作;发动机不工作时,即使接通点火开关(ON),燃油泵也不会工作,以防止汽车发生交通事故时,由于点火开关没有关断而使燃油不断地从破裂的供油管路溢出而造成安全隐患。

燃油泵控制电路有多种形式,控制电路通常设有燃油泵继电器,该继电器为常开触点,有两个线圈,其中一个线圈通电就可使触点闭合。

(1)燃油泵开关控制的燃油泵控制电路

较早的汽油喷射式发动机利用量板式空气流量传感器中的燃油泵开关来控制燃油泵工作,其控制电路如图2-25所示。

燃油泵开关串联在燃油泵继电器的L 1 线圈电路中,只要有空气流动,燃油泵开关就闭合。起动发动机时,由点火开关中的起动触点接通燃油泵继电器线圈L 2 而使触点K 2 闭合,燃油泵通电工作;发动机起动后,点火开关退至点火档,起动触点断开,但此时空气流量传感器内的燃油泵开关已处于闭合状态,将L 1 接通,其电磁力使K 2 保持闭合,燃油泵继续通电而正常工作。发动机熄火时,空气流量传感器内的燃油泵开关随即断开,燃油泵继电器L 1 线圈断电,触点K 2 断开,燃油泵立即停止工作。

图2-25 由燃油泵开关控制的燃油泵控制电路

1—点火开关 2—主继电器 3—燃油泵继电器 4—燃油泵 5—空气流量传感器中的燃油泵开关 6—燃油泵检查插座

这种采用机械式燃油泵开关来控制燃油泵工作的燃油泵控制电路,在现代汽车上已很少见。

(2)ECU控制的燃油泵控制电路

由ECU控制的燃油泵控制电路如图2-26所示。在发动机工作时,ECU接收到发动机转速传感器的信号,并通过内部的控制电路使VT导通,L 1 通电而使K 2 保持闭合,燃油泵正常通电工作;当发动机熄火时,ECU接收不到发动机转速传感器信号,ECU内部VT截止而立即使L 1 断电,K 2 断开,燃油泵立即停止工作。

图2-26 大众车系由ECU控制的燃油泵控制电路

1—点火开关 2—主继电器 3—故障检查插座 4—燃油泵继电器 5—燃油泵 6—发动机转速传感器 7—燃油泵检查插座

(3)具有燃油泵转速控制功能的燃油泵控制电路

一些汽车上,还设置了燃油泵转速控制功能,使燃油泵的转速随发动机转速的上升而增加,以便在满足发动机供油量需求前提下,尽可能减小燃油泵的磨损,并使回油管的汽油回流量减少,以减轻EVAP炭罐的工作负担。

典型的具有燃油泵转速控制功能的燃油泵控制电路如图2-27所示。

1)燃油泵继电器控制的燃油泵控制电路原理。如图2-27a所示,其电路的特点是:

①主继电器控制ECU主电源电路,同时也连接开路继电器电源接柱+B。

图2-27 燃油泵控制电路

a)燃油泵继电器控制 b)燃油泵ECU控制

②开路继电器为常开触点,控制燃油泵的通断电;开路继电器有两个线圈,其中L 1 是在点火开关拨至起动档,起动继电器触点闭合时通电;L 2 由ECU内部的燃油泵控制电路(PC端子)控制其通断电。L 1 、L 2 中有一个线圈通电时,就可吸合开路继电器的触点,使燃油泵通电工作。

③燃油泵继电器常闭触点B连接燃油泵,常开触点A通过电阻器连接燃油泵。

在主继电器接通电源后,燃油泵控制电路开始工作。具体工作过程如下:

①起动时,点火开关拨至起动档,起动继电器线圈通电,其触点闭合,开路继电器触点因线圈L 1 通电而闭合,通过燃油泵继电器的常闭接通了燃油泵,其电流通路为:蓄电池+→主继电器触点→开路继电器的触点→燃油泵继电器的常闭触点→燃油泵→搭铁→蓄电池-,燃油泵通电工作。

②起动后,起动开关断开,L 1 断电,但发动机已正常运转,ECU接收到发动机转速传感器的电信号,ECU内部的燃油控制电路通过ECU的F C 端子使线圈L 2 通电,开路继电器触点保持闭合,燃油泵正常通电工作。

③当发动机熄火时,发动机转速传感器无转速脉冲信号产生,ECU接收不到发动机转速信号,内部控制电路通过ECU的F C 端子使L 1 迅速断电,开路继电器的L 1 和L 2 均不通电,其触点断开,燃油泵立刻停止工作。

④当发动机处于怠速工况时,发动机ECU通过FPR端子控制燃油泵继电器线圈通电,使燃油泵继电器的常闭触点断开,常开触点闭合,这时,燃油泵的电流通路为:蓄电池+→主继电器触点→开路继电器触点→燃油泵继电器常开触点→电阻器→燃油泵→搭铁→蓄电池-,燃油泵电路因串联了电阻器,其电流减小而低速运转。

2)燃油泵ECU控制的燃油泵控制电路原理。如图2-27b所示,其电路的特点是:增设了燃油泵ECU;主继电器控制ECU主电源电路,同时也连接燃油泵ECU的电源端子+B;燃油泵ECU通过其FP端子直接控制燃油泵。

在主继电器接通电源后,燃油泵控制电路开始工作,其工作原理如下:

①发动机ECU通过其FPC端子输出控制信号,控制燃油泵ECU工作,由燃油泵ECU的FP端子控制燃油泵在起动时、发动机运转时通电工作;在发动机熄火时,无论点火开关是打开或关闭,燃油泵立刻停止工作。

②在发动机处于起动、高转速或大负荷工况时,发动机ECU通过FPC端子向燃油泵ECU的FPC端子输出一个高电位信号,使燃油泵ECU的FR端子输出一个较高的电压(约为蓄电池电压),使燃油泵高速运转。

③当发动机处于怠速工况时,发动机ECU通过FPC端子向燃油泵ECU的FPC端子输出一个低电位信号,使燃油泵ECU的FR端子输出一个较低的电压(约为9V),使燃油泵低速运转。

(4)电路故障检测

1)燃油泵继电器控制的燃油泵控制电路。ECU电源电路正常,燃油泵不工作的检测要点如下:

接通点火开关(ON),将开路继电器的+B端子与燃油泵的FC端子直接连接,看燃油泵是否运转。如果燃油泵不转,则为燃油泵故障;如果燃油泵正常运转,则需检查燃油泵继电器和开路继电器。

2)燃油泵ECU控制的燃油泵控制电路。ECU电源电路正常,燃油泵不工作的检测要点如下:

将燃油泵检查插座上的+B和FC端子短接,再接通点火开关(ON),看燃油泵是否运转。如果燃油泵不转,说明燃油泵故障;如果燃油泵正常运转,则需检查燃油泵ECU及其连接线路。

4. 喷油器控制电路

喷油器控制电路的作用是按ECU的喷油控制脉冲,使喷油器准确、及时地通断电,以使其从喷口喷出适量的汽油。喷油器实际上是一个直动式开关电磁阀,其驱动方式有电压驱动和电流驱动两种形式。

专家解读:

电压驱动方式是指喷油脉冲期间,喷油器控制电路持续给喷油器施加一个稳定的电压;电流驱动方式是指在喷油脉冲期间,控制器先给喷油器施加一个高电压脉冲,使喷油器的电流迅速上升,喷油器阀迅速打开,接着控制器输出低电压脉冲,使喷油器的电流减小,使喷油器线圈线圈的磁场使喷油器阀保持开启状态,直到喷油脉冲结束。

(1)电压驱动方式喷油器控制电路

电压驱动方式喷油器控制电路如图2-28所示,喷油器有低电阻型和高电阻型两种,低电阻型喷油器在其控制电路中需串联一个电阻,用于减小喷油器电磁线圈的工作电流,以避免其过热烧坏。

图2-28 电压驱动方式的喷油器控制电路

a)低电阻型喷油器 b)高电阻型喷油器

1—点火开关 2—附加电阻 3—喷油器驱动电路 4—喷油器

当微处理器输出喷油指令时,驱动电路中的晶体管VT导通,喷油器线圈通电。在喷油器喷油的时间内,加在喷油器线圈上的电压保持不变。这种驱动方式由于喷油器线圈自感电动势的阻碍作用,使喷油器阀打开的速率较低,喷油器完全开启的滞后时间较长。

阅读提示

采用低电阻型的喷油器,其电磁线圈的匝数相对较少,线圈的电感较小,可提高线圈电流的上升速率,使喷油器的打开速率提高。但是,线圈匝数减少后,线圈的直流电阻也减小了,这会使喷油器线圈的工作电流过大而容易过热损坏。因此,电压驱动方式若采用低电阻型喷油器,需要在其驱动电路中串联附加电阻,用以降低喷油器工作电流。

(2)电流驱动方式喷油器控制电路

电流驱动方式喷油器控制电路如图2-29所示,ECU外部的喷油器控制电路与电压驱动方式的相似,但ECU内部的喷油器驱动电路较为复杂。

电流驱动方式ECU内部驱动电路的工作电压与电流波形如图2-30所示。当ECU输出喷油指令时,驱动电路中的晶体管VT2迅速饱和导通,使喷油器电磁线圈电流迅速上升至8A左右,喷油器可迅速全开。此后,驱动电路输出一个电压较低的脉冲电压,使喷油器电磁线圈电流减小至仅能维持喷油器阀处在打开状态,以防止电磁线圈过热。

图2-29 电流驱动方式喷油器控制电路

1—点火开关 2—安全主继电器 3—喷油器控制电路 4—喷油器

图2-30 电流驱动方式喷油器工作时有关的电压与电流波形

电流驱动方式虽然其驱动控制电路较为复杂,但采用低电阻型喷油器,喷油器开启时的电流上升快且较大,故而电磁阀开启的速率高,因而应用比较广泛。各种喷油器驱动电路的工作特性如表2-2所示。

表2-2 喷油器驱动方式分类及特性

(3)电路故障检测

电路的检测要点是检测喷油器电源端子。拨出喷油器插接器的插头,接通点火开关(ON)后,检测插头的电源端子对搭铁的电压,应为蓄电池电压。如果电压正常,需要检查喷油器及其与ECU之间的连接线路;如果电压为0V,则检查喷油器的电源连接线路。 n4wbuvCxMaB5wElyZQZVzJ+TLvGgRPQG96MpcZ56iVE2EtMOUMCONKZ4tLxfc+zK

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