在发动机管理系统中,进气量信号作为一级负荷信号,具有非常重要的作用。根据检测进气量的方式不同,空气流量传感器分为D型(即压力型)和L型(即流量型)两种类型,D型是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力,测量方法属间接测量;L型是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量,测量方法属直接测量。目前,应用比较广泛的测量进气量的传感器是进气歧管绝对压力传感器(MAP)和热膜式空气流量传感器( MAF),其特点见表1所列。一般来说,测量进气量只需采用一种传感器即可,但是现在很多车型的发动机上同时安装有MAP和MAF,这让很多从业者感到困惑,测量空气量为什么要同时安装两种类型的传感器呢?下面笔者从发动机控制策略方面来加以探讨。
1.有利于精确控制喷油量
对于采用单供油管路且非直喷技术的发动机(如科鲁兹轿车LDE发动机),可提高喷油量的控制精度。
在理论上,喷油器的喷油量主要取决于喷油器喷孔的大小、燃油压力、进气歧管压力、喷油时间等4个因素(不考虑燃油密度等因素)。目前,车辆控制喷油量都是通过控制喷油时间来实现的,对于喷油器结构一定的控制系统,喷孔的大小是固定不变的,要想使喷油量仅仅取决于喷油时间,必须要使燃油压力、进气歧管压力为定值或使两者之间存在某一固定关系(燃油压力与进气歧管压力反映喷油器两端的压差,对喷油量影响很大),因此,对于双供油管路(带回油管),在供油系统中装有油压调节器使燃油压力与进气歧管压力之差恒定不变(一般为300 kPa )是非常重要的,只有这样才能减少变量,使喷油量仅仅取决于喷油器的通电时间(即喷油时间)。
对于单供油管路(图1),供油管路中不装油压调节器(有的车型维修手册中注明油压调节器在油箱内,但笔者认为,这里指的油压调节器与双供油管路中的油压调节器作用是不一样的,因为单供油管路的油压在发动机不同工况下是恒定不变的,大约在350 kPa,应称之为限压阀更为合适),燃油压力与进气歧管压力不存在固定关系,因此在喷孔大小固定不变、燃油压力恒定的情况下,要想使喷油量仅仅取决于喷油时间,还必须要考虑进气歧管压力这一变量。因此,在单供油管路的车型上安装MAF的同时还装有MAP,把MAP信号送入ECU,ECU在确定喷油量时,MAP信号作为修正信号对喷油量进行修正,以便精确控制喷油量。另外,有些车型虽然是单供油管路,但只装有MAF,如卡罗拉轿车1ZR发动机,ECU可通过MAF信号转换成MAP来进行喷油量修正,但这样的控制精度低于另外再单独设置MAP的发动机。
此外,在发动机起动时,由于发动机转速低且波动较大,导致MAF的信号不准确,因此,MAP在发动机冷起动时也被用来检测负荷状态。
2.有利于精确控制废气再循环量
对于采用机外废气再循环的车辆(废气再循环分为机内循环和机外循环,机内循环是通过改变配气相位实现的),可提高废气再循环量的控制精度,如采用BOSCHMED7发动机管理系统的相关车型(高尔夫、奥迪等)和通用部分车型(君威、陆尊等),在这些车上,ECU通过MAF测量吸入的新鲜空气的质量并且计算出相应的进气歧管压力。当废气再循环系统把废气送入进气系统时,就增加了进气的质量并且使进气歧管的压力上升,MAP测量出这一压力信号并把相应的电压信号发送给ECU, MAF反映的是新鲜空气的质量,MAP反映的是新鲜空气+再循环废气的质量,因此,当ECU获得MAF和MAP信号后,通过比较计算就可以获得进入系统的废气量,其原理如图2所示,从而便于发动机对充气模式和氮氧化合物的控制。
3.有利于系统控制和故障判别
MAF和MAP信号都可以用来检测进气量,可以相互作为备用信号。同时,ECU在接收到这两个信号后,可以进行信号比对,如果ECU发现两者之间的差异过大,可以存储出错记录,车辆继续运行时,还可以再通过节气门开度和转速信号进行监测,合理的检查会判断出到底是哪个传感器有问题,直到ECU能清楚地判断哪个传感器出错时,便会记录下相应的故障代码。同时安装MAF和MAP为发动机管理系统的控制和故障判别带来了设计冗余,保证了可靠性。
通过上述分析可知,在发动机上同时安装MAF和MAP,对于具有单供油管路或机外废气再循环技术特征的发动机而言是非常必要的。