第三節(jié) 電子控制汽油噴射系統(tǒng)

一、汽油噴射系統(tǒng)的分類

汽油噴射式發(fā)動機的燃油系統(tǒng)簡稱汽油噴射系統(tǒng)，它是在恒定的壓力下，利用噴油器將一定數量的汽油直接噴入氣缸或進氣管道內的汽油機燃油供給裝置。與化油器相比，汽油噴射系統(tǒng)具有下列優(yōu)點：

1)能根據發(fā)動機工況的變化供給最佳空燃比的混合氣；

2)供入各氣缸內的混合氣，其空燃比相同，數量相等；

3)由于進氣管道中沒有狹窄的喉管，因此進氣阻力小，充氣性能好。

因此，汽油噴射式發(fā)動機具有較高的動力性和經濟性，良好的排放性。此外，發(fā)動機的振動有所減輕，汽車的加速性也有顯著改善。

車用汽油噴射系統(tǒng)有多種類型，可按不同方法進行分類：

1)按汽油噴射系統(tǒng)的控制方法分為機械控制式、電子控制式及機電混合控制式3種。近十年來電子控制汽油噴射系統(tǒng)(以下簡稱電控汽油噴射系統(tǒng))得到了迅速而又充分的發(fā)展，成本大幅度下降，使用可靠性和可維修性都達到了相當高的水平。

缸外噴射系統(tǒng)分進氣管噴射和進氣道噴射。進氣管噴射系統(tǒng)的噴油器安裝在節(jié)氣門體上，而節(jié)氣門體安裝在進氣歧管的上部，相當于化油器式發(fā)動機安裝化油器的位置。因此，進氣管噴射又稱節(jié)氣門體噴射(TBI)。由于一臺發(fā)動機只裝有1或2個噴油器在節(jié)氣門體上，所以又稱這種噴射方式為單點噴射(SPI)。

3)按噴射的連續(xù)性將汽油噴射系統(tǒng)分為連續(xù)噴射式和間歇噴射式。連續(xù)噴射是指在發(fā)動機工作期間，噴油器連續(xù)不斷地向進氣道內噴油，且大部分汽油是在進氣門關閉時噴射的。這種噴射方式大多用于機械控制式或機電混合控制式汽油噴射系統(tǒng)。間歇式噴射是指在發(fā)動機工作期間，汽油被間歇地噴入進氣道內。電控汽油噴射系統(tǒng)都采用間歇噴射方式。間歇噴射還可按各缸噴射時間分為同時噴射、分組噴射和按序噴射等三種形式。

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二、電控汽油噴射系統(tǒng)的基本類型

(一)波許D型(D葉特朗尼克)汽油噴射系統(tǒng)

D型汽油噴射系統(tǒng)是最早應用在汽車發(fā)動機上的電控多點間歇式汽油噴射系統(tǒng)，其基本特點是以進氣管壓力和發(fā)動機轉速作為基本控制參數，用來控制噴油器的基本噴油量。

汽油箱內的汽油被電動汽油泵吸出并加壓至0.35MPa左右，經汽油濾清器濾除雜質后被送至燃油分配管。燃油分配管與安裝在各缸進氣歧管上的噴油器相通。在燃油分配管的末端裝有油壓調節(jié)器，用來調節(jié)油壓使其保持穩(wěn)定，多余的汽油經回油管返回汽油箱。

(二)波許L型(L-葉特朗尼克)汽油噴射系統(tǒng)

L型汽油噴射系統(tǒng)是在D型汽油噴射系統(tǒng)的基礎上，在20世紀70年代發(fā)展起來的多點間歇式汽油噴射系統(tǒng)。其構造和工作原理與D型基本相同，只是L型汽油噴射系統(tǒng)采用翼片式空氣流量計直接測量發(fā)動機的進氣量，并以發(fā)動機的進氣量和發(fā)動機轉速作為基本控制參數，從而提高了噴油量的控制精度。

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(三)波許LH型(LH-葉特朗尼克)汽油噴射系統(tǒng)

LH型汽油噴射系統(tǒng)是L型汽油噴射系統(tǒng)的變型產品，兩者的結構與工作原理基本相同，不同之處是LH型采用熱線式空氣流量計，而L型采用翼片式空氣流量計。熱線式空氣流量計無運動部件，進氣阻力小，信號反應快，測量精度高。另外，LH型汽油噴射系統(tǒng)的電控裝置采用大規(guī)模數字集成電路，運算速度快，控制范圍廣，功能更加完善。

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(四)波許M型(莫特朗尼克)汽油噴射系統(tǒng)

M型汽油噴射系統(tǒng)將L型汽油噴射系統(tǒng)與電子點火系統(tǒng)結合起來，用一個由大規(guī)模集成電路組成的數字式微型計算機同時對這兩個系統(tǒng)進行控制，從而實現了汽油噴射與點火的最佳配合，進一步改善了發(fā)動機的起動性、怠速穩(wěn)定性、加速性、經濟性和排放性。

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(五)節(jié)氣門體汽油噴射系統(tǒng)

節(jié)氣門體汽油噴射系統(tǒng)是單點噴射系統(tǒng)。與上述多點噴射系統(tǒng)不同，單點噴射系統(tǒng)只用一個或兩個安裝在節(jié)氣門體上的噴油器，將汽油噴入節(jié)氣門前方的進氣管內，并與吸入的空氣混合形成混合氣，再通過進氣歧管分配至各氣缸。單點噴射系統(tǒng)的工作原理與多點噴射系統(tǒng)相似。電控單元根據發(fā)動機的進氣量或進氣管壓力以及曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機溫度傳感器及進氣溫度傳感器等測得的發(fā)動機運行參數，計算出噴油量，在各缸進氣行程開始之前進行噴油，并通過噴油持續(xù)時間的長短控制噴油量。單點汽油噴射系統(tǒng)的噴油器距進氣門較遠，噴入的汽油有足夠的時間與空氣混合形成均勻的可燃混合氣。因此對噴油的霧化質量要求不高，可采用較低的噴射壓力。

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三、電控汽油噴射系統(tǒng)主要組件的構造和工作原理

波許公司設計生產的幾種電子控制汽油噴射系統(tǒng)已被廣泛地用于各國生產的汽車上。此外還有一些國家也研制開發(fā)了多種汽油噴射系統(tǒng)。盡管電子控制汽油噴射系統(tǒng)多種多樣，但就其組成和工作原理而言卻大同小異。主要的區(qū)別是電控單元的控制方式、控制范圍和控制程序不盡相同，所用傳感器和執(zhí)行元件的構造也有所差別。各類電子控制汽油噴射系統(tǒng)均可視為由燃油供給系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。

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(一)燃油供給系統(tǒng)主要組件的構造與工作原理

電控汽油噴射系統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)由汽油箱、電動汽油泵、汽油濾清器、燃油分配管、油壓調節(jié)器、噴油器、冷起動噴嘴和輸油管等組成，有的還設有油壓脈動緩沖器。

1.電動汽油泵

在電控汽油噴射系統(tǒng)中應用的電動汽油泵通常有兩種類型，即滾柱式電動汽油泵和葉片式電動汽油泵。

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2.燃油分配管

燃油輸送路線

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4.油壓調節(jié)器

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5.油壓脈動緩沖器

當汽油泵泵油、噴油器噴射及油壓調節(jié)器的回油平面閥開閉時，都將引起燃油管路中油壓的脈動和脈動噪聲。燃油壓力脈動太大使油壓調節(jié)器的工作失常。油壓脈動緩沖器的作用就是減小燃油管路中油壓的脈動和脈動噪聲，并能在發(fā)動機停機后保持油路中有一定的壓力，以利于發(fā)動機重新起動。

6.冷起動噴嘴及熱時間開關

(二)空氣系統(tǒng)主要組件的構造與工作原理

各類電控汽油噴射系統(tǒng)的空氣系統(tǒng)主要包括空氣流量計、補充空氣閥、怠速控制閥、節(jié)氣門及空氣濾清器等。

1.空氣流量計

空氣流量計的功用是測量進入發(fā)動機的空氣流量，并將測量的結果轉換為電信號傳輸給電控單元?？諝饬髁坑嬘卸喾N形式，如翼片式、熱線式、熱膜式和渦流式等。

1)翼片式空氣流量計

2)熱線式空氣流量計

當空氣流過熱線式空氣流量計時，鉑熱線向空氣散熱，溫度降低，鉑熱線的電阻減小，使電橋失去平衡。這時混合電路將自動增加供給鉑熱線的電流，以使其恢復原來的溫度和電阻值，直至電橋恢復平衡。流過鉑熱線的空氣流量越大，混合電路供給鉑熱線的加熱電流也越大，即加熱電流是空氣流量的單值函數。加熱電流通過精密電阻產生的電壓降作為電壓輸出信號傳輸給電控單元，電壓降的大小即是對空氣流量的度量。溫度補償電阻的阻值也隨進氣溫度的變化而變化，起到一個參照標準的作用，用來消除進氣溫度的變化對空氣流量測量結果的影響。一般將鉑熱線通電加熱到高于溫度補償電阻溫度100℃。

3)熱膜式空氣流量計

4)卡門渦流式空氣流量計

2.進氣管壓力(MAP)傳感器計

波許D型汽油噴射系統(tǒng)不設空氣流量計，而是利用進氣管壓力傳感器測量節(jié)氣門后進氣管內的絕對壓力，并以此作為電控單元計算噴油量的主要參數。在發(fā)動機工作時，節(jié)氣門開大，進氣量增多，進氣管壓力相應增加。因此，進氣管壓力的大小反映了進氣量的多少。常見的進氣管壓力傳感器有膜盒式和應變儀式兩種。

1)膜盒式進氣管壓力傳感器 在傳感器中有一個密封的彈性金屬膜盒，內部保持真空，外部與進氣管相通。當進氣管壓力發(fā)生變化時，膜盒或收縮或膨脹，并帶動銜鐵在感應線圈中移動，從而在感應線圈中產生感應電壓，將此電壓信號傳輸給電控單元用來控制噴油量。

2)應變儀式進氣管壓力傳感器 物體因承受應力而變形時，由于長度發(fā)生變化，其電阻值也將隨之改變。應變儀式進氣管壓力傳感器就是根據這一原理設計的。傳感器的主要元件是一個很薄的硅片，四周較厚，中間最薄。硅片上下兩面各有一層二氧化硅薄膜。沿硅片四周有4個傳感電阻。在硅片的四角各有1個金屬塊，通過導線與傳感電阻相連。

3.補充空氣閥

4.怠速控制閥

在節(jié)氣門體汽油噴射系統(tǒng)中，節(jié)氣門體上裝有步進電機式怠速控制閥。其功用是自動調節(jié)發(fā)動機的怠速轉速，使發(fā)動機在設定的怠速轉速下穩(wěn)定運轉。在使用空調器或轉向助力器的汽車上，電控單元通過怠速控制閥自動提高怠速轉速，以防止發(fā)動機因負荷加大而熄火。

(三)控制系統(tǒng)主要組件的構造與工作原理

電控汽油噴射系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)由電控單元、各種傳感器、執(zhí)行器，以及連接它們的控制電路所組成。不同類型的電控汽油噴射系統(tǒng)的控制功能、控制方式和控制電路的布置不完全一樣，但基本原理相似。

1.傳感器

1)發(fā)動機溫度傳感器 因為發(fā)動機的溫度用冷卻液的溫度表征，所以發(fā)動機溫度傳感器又稱冷卻液溫度傳感器。它安裝在發(fā)動機機體或氣缸蓋上，與冷卻液接觸，用來檢測發(fā)動機循環(huán)冷卻液的溫度，并將檢測結果傳輸給電控單元以便修正噴油量。發(fā)動機溫度傳感器內部是一個半導體熱敏電阻。冷卻液溫度越低，熱敏電阻的阻值越大，反之亦然。傳感器的兩根導線都和電控單元連接，其中一根為搭鐵線。

3)節(jié)氣門位置傳感器 節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門軸上，與節(jié)氣門聯動。其功用是將節(jié)氣門的位置或開度轉換成電信號傳輸給電控單元，作為電控單元判定發(fā)動機運行工況的依據。節(jié)氣門位置傳感器有開關型和線性輸出型兩種。

開關型節(jié)氣門位置傳感器內有兩個觸點，分別為怠速觸點和全負荷觸點。與節(jié)氣門同軸的接觸凸輪控制兩個觸點的閉合或斷開。當發(fā)動機在怠速時，節(jié)氣門接近關閉，怠速觸點閉合，這時電控單元將指令噴油器增加噴油量以加濃混合氣。全負荷時，節(jié)氣門全開，接觸凸輪使全負荷觸點閉合，這時電控單元將輸出脈沖寬度最長的電脈沖，以實現全負荷加濃。

4)曲軸位置傳感器 曲軸位置傳感器通常安裝在分電器內，用來檢測發(fā)動機轉速、曲軸轉角以及作為控制點火和噴射信號源的第一缸和各缸壓縮行程上止點信號。

光電式曲軸位置傳感器。由發(fā)光二極管、光敏三極管、轉盤等組成，并安裝在分電器底板上。兩對發(fā)光二極管和光敏三極管組成信號發(fā)生器。在轉盤的邊緣均勻地開有360個小細縫和6個大細縫。當轉盤隨分電器軸轉動時，發(fā)光二極管通過細縫射向光敏三極管的光線使光敏三極管導通，光線被轉盤遮斷時，光敏三極管截止，由此產生脈沖信號。分電器每轉一轉，輸出360個相間1°的脈沖信號（相當于2°曲軸轉角）和6個相間60°的脈沖信號（相當于120°曲軸轉角）。光電式曲軸位置傳感器輸出矩形脈沖信號，適合與電腔單元的數字系統(tǒng)配用。

磁脈沖式曲軸位置傳感器。由安裝在分電器軸上的兩個信號轉子和安裝在分電器底板上的三個傳感線圈組成。信號轉子隨同分電器軸一起轉動。當信號轉子的凸齒接近傳感線圈時，由于傳感線圈內磁通量增加而感生正電壓；當凸齒離開傳感線圈時，由于磁通量減少而感生負電壓。即一個凸齒每轉過傳感線圈一次，便在其中產生一個交流電壓信號或稱電脈沖信號。

霍爾效應式曲軸位置傳感器。這種傳感器由霍爾元件、永久磁鐵和帶缺口的轉子組成?；魻栐菐в屑呻娐返陌雽w基片。當把霍爾元件置于磁場中并通以電流，且使電流方向與磁場方向垂直，這時霍爾元件將在垂直于電流及磁場的方向產生霍爾電壓，這一現象稱作霍爾效應。改變磁場強度可以改變霍爾電壓的大小，磁場消失霍爾電壓為零?；魻栃角S位置傳感器輸出的信號是矩形脈沖，適用于電控單元的數字系統(tǒng)，且其信號電壓的大小與發(fā)動機轉速無關，在發(fā)動機低速狀態(tài)下仍可獲得很高的檢測精度。

5)氧傳感器 氧傳感器是電子控制汽油噴射系統(tǒng)進行反饋控制的傳感器，安裝在排氣管上，反饋控制也稱閉環(huán)控制。在這種控制方式中，利用氧傳感器檢測排氣中氧分子的濃度，并將其轉換成電壓信號輸入電控單元。排氣中氧分子的濃度與進入發(fā)動機的混合氣成分有關。當混合氣太稀時，排氣中氧分子的濃度較高，氧傳感器便產生一個低電壓信號；當混合氣太濃時，排氣中氧分子的濃度低，氧傳感器將產生一個高電壓信號。電控單元根據氧傳感器的反饋信號，不斷地修正噴油量，使混合氣成分始終保持在最佳范圍內。通常氧傳感器和三元催化轉換器同時使用，由于后者只有在混合氣的空燃比接近理論空燃比的狹小范圍內凈化效果才最好，因此，在這種情況下，電控單元必須根據氧傳感器的反饋信號，控制混合氣的空燃比更接近于理論空燃比。目前應用最多的是氧化鋯氧傳感器。

6)爆震傳感器 爆震傳感器作為點火定時控制的反饋元件用來檢測發(fā)動機的爆燃強度，借以實現點火定時的閉環(huán)控制，以便有效地抑制發(fā)動機爆燃的發(fā)生。通常使用的爆震傳感器安裝在發(fā)動機的機體上，它能將發(fā)動機發(fā)生爆燃而引起的機體振動信號轉換為電壓信號，且當機體的振動頻率與傳感器的固有振動頻率一致而發(fā)生共振時，傳感器將輸出最大電壓信號。ECU將根據此最大電壓信號判定發(fā)動機是否發(fā)生爆燃。爆震傳感器有多種，其中應用最早的當屬磁致伸縮式爆震傳感器，它主要由磁心、永久磁鐵及感應線圈等組成。當機體振動時，磁心受振偏移，使感應線圈內的磁通量發(fā)生變化，而在感應線圈內產生感生電動勢。

2.電控單元

電控單元是電子控制單元(ECU)的簡稱。電控單元的功用是根據其內存的程序和數據對空氣流量計及各種傳感器輸入的信息進行運算、處理、判斷，然后輸出指令，向噴油器提供一定寬度的電脈沖信號以控制噴油量。電控單元由微型計算機、輸入、輸出及控制電路等組成。

第三節(jié) 電子控制汽油噴射系統(tǒng)

四、電控汽油噴射系統(tǒng)實例

(一)桑塔納2000GSi型轎車的電控汽油噴射系

桑塔納2000GSi型轎車的AJR發(fā)動機裝用德國波許公司的莫特良尼克M3．8．2型電控順序多點汽油噴射系統(tǒng)。

M3.8.2型電控汽油噴射系統(tǒng)采用熱膜式空氣流量計，其輸出的信號是電控單元用來計算點火時刻和噴油量的主要參數之一。在使用過程中，如果空氣流量計的信號中斷，電控單元將根據發(fā)動機轉速、節(jié)氣門位置及進氣溫度等信號計算出一個替代值。

系統(tǒng)中的節(jié)氣門控制裝置由怠速開關、怠速節(jié)氣門電位計、節(jié)氣門電位計及怠速電機等組成。節(jié)氣門電位計直接與節(jié)氣門軸連接，向電控單元提供節(jié)氣門位置信號。怠速節(jié)氣門電位計向電控單元提供怠速時的節(jié)氣門位置。怠速開關在整個怠速期間處于閉合狀態(tài)，電控單元根據此信號識別出怠速工況。如果此信號中斷，電控單元將根據節(jié)氣門電位計及怠速節(jié)氣門電位計所提供的信號來判定發(fā)動機是否處于怠速狀態(tài)。怠速電機受控于電控單元，按照電控單元的指令，在怠速調節(jié)范圍內通過齒輪傳動來調節(jié)節(jié)氣門的開度。

1.點火定時的控制

電控單元根據發(fā)動機的轉速和進氣量從存儲在ROM中的點火特性脈譜圖中確定基本點火提前角、再按照發(fā)動機溫度、進氣溫度、節(jié)氣門位置、怠速開關和有無爆燃等信號，對基本點火提前角進行修正，最終確定出最佳點火提前角。

2.爆燃控制

M3.8.2電控系統(tǒng)采用雙爆震傳感器，能更有效地監(jiān)控發(fā)動機爆燃。當電控單元根據爆震傳感器的信號識別出某氣缸發(fā)生爆燃時，便將該氣缸的點火時刻向后推遲。如果爆震傳感器信號中斷，則各缸點火提前角均向后推遲約15°曲軸轉角，這時發(fā)動機性能將明顯下降。

3.噴油量控制

電控單元根據發(fā)動機的轉速和進氣量確定基本噴油量，再根據節(jié)氣門電位計、怠速節(jié)氣門電位計、怠速開關、發(fā)動機溫度傳感器、進氣溫度傳感器和氧傳感器等信號進行修正，確定出最佳噴油量。然后根據點火基準算出各缸的噴油時刻，并按照1342的發(fā)動機工作順序向各缸進氣門前噴射。

4.汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的控制

汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的作用是將汽油箱內蒸發(fā)的汽油蒸氣引入到氣缸內燒掉，以防止其排入大氣中對環(huán)境造成污染。在M3.8.2電控系統(tǒng)中，電控單元通過控制汽油蒸氣回收控制電磁閥的開閉頻率來調節(jié)由汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)進入氣缸內的汽油蒸氣數量。當電磁閥開啟時，炭罐中的汽油蒸氣被吸入到進氣歧管中；當電磁閥關閉時，汽油蒸氣被炭罐內的活性炭氣吸附。

5.電動汽油泵的控制

在發(fā)動機起動時，電控單元根據曲軸位置傳感器輸出的轉角信號，使汽油泵繼電器動作，向汽油泵、空氣流量計和氧傳感器的加熱裝置供電。若曲軸位置傳感器的信號中斷，汽油泵繼電器不動作，發(fā)動機不能起動。

(二)本田雅閣2.4i-VTEC型轎車的電控汽油噴射系統(tǒng)

本田雅閣2.4i-VTEC型轎車的K24A4發(fā)動機裝備程序控制燃油噴射(PGM-FI)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由動力系統(tǒng)控制模塊(PCM)進行控制。

PGMFI系統(tǒng)的控制功能有：

1.噴油量和噴油定時的控制

2.怠速控制

發(fā)動機怠速時，PCM根據空調器開關、自動變速器檔位開關、制動開關、發(fā)動機溫度傳感器和動力轉向開關等信號所確定的目標轉速與發(fā)動機的實際怠速轉速進行比較，并通過調節(jié)供給電控補充空氣閥的電流強度，來調節(jié)怠速空氣通道的面積，改變其空氣流量，以使發(fā)動機的怠速保持在目標轉速上。

3.點火定時控制

PCM根據發(fā)動機轉速和進氣管絕對壓力傳感器的信號，從存儲器中讀取基本點火定時數據，再根據節(jié)氣門傳感器、發(fā)動機溫度傳感器、空調器開關和起動開關等信號，對基本點火定時進行修正，并通過點火控制模塊(ICM)來實現最佳點火定時控制。當爆震傳感器檢測到發(fā)動機發(fā)生爆燃時，點火定時將會自動推遲。

4.起動控制

在起動發(fā)動機時，PCM在得到起動開關的起動信號后，將通過延長各噴油器的噴油持續(xù)時間來增加噴油量，以獲得發(fā)動機起動時所需的濃混合氣。

5.減速斷油與限速斷油控制

在汽車行駛中，如果駕駛員快速松開加速踏板(節(jié)氣門全閉)減速時，PCM將切斷噴油器控制電路，使噴油器停止噴油。當發(fā)動機轉速超過設定的轉速時，PCM將不管節(jié)氣門的位置如何都會立即切斷噴油器控制電路，噴油器停止噴油，以避免發(fā)動機超速運轉。

6.失效保護

當傳感器或電路出現故障時，PCM將自動按原設定的程序和數據控制發(fā)動機繼續(xù)運轉，但這時汽車的性能將有所下降。

7.備用控制