三、电控燃油喷射系统的控制过程
(一)燃油喷射系统的控制原理
各种电控汽油喷射式燃料供给系统(EFI)尽管形式多种多样,但其控制原理的共同特点可概括为:以喷油器为控制对象,以电控单元(ECU)为控制核心,依据各种传感器所测定的工作参数(其中以空气流量和发动机转速为控制基础),按照ECU事先设定的控制程序,通过对汽油喷射时间的精确控制来调节喷油量和改变混合气浓度,使得发动机能够在各种工况下均能获得与其工况相匹配的最佳空燃比,从而满足发动机对于动力性、经济性和排放的要求。
电控汽油喷射式燃料供给系统(EFI)的基本控制原理如图25所示。
燃油喷射系统的喷油控制原理
1)ECU内部的输入电路对各种传感器输入信号进行滤波、放大和模/数转换。
2)运算电路以16位微处理器和内存芯片为主体,利用内存中的软件,对输入信号进行运算和处理。
3)再由微处理器输出喷油量控制信号。
4)该输出控制信号经过输出电路放大后送到喷油器以控制其喷油时间和喷油量,从而实现对发动机各种工况的实时控制。
5)各类传感器和开关信号的作用以及与ECU的控制关系详见表1。
(二)喷油器的控制
各种电控燃油喷射系统的喷油器控制电路大体相同,桑塔纳系列轿车喷油器的控制电路如图26所示。
喷油器按照电磁线圈的控制方式,分为电压驱动式和电流驱动式,如图27、图28所示。
(三)喷油正时的控制
喷油正时是指喷油器何时开始喷油。按照喷油器的安装部位,燃油喷射系统分为单点喷射系统(SPFI或SPI)和多点喷射系统(MPFI或MPI)。SPI只有一只或两只喷油器,安装在节气门体上,发动机一旦工作就连续喷油。MPI则每个气缸分配一只喷油器,安装在燃油分配管上。MPI根据燃油喷射的时序不同,又分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种方式。
1.同时喷射的控制
多点同时喷射方式就是各缸喷油器并联在一起,其电磁,线圈由一只功率晶体管VT控制驱动,各缸喷油器同时喷油。其控制线路如图29所示。
喷油器电压驱动:是指ECU驱动喷油器的电脉冲的电压是恒定的。此种喷油器又分为高阻型(其线圈电阻为12~16Ω,用12V驱动)和低阻型(线圈电阻为3~4Ω,用5-6V驱动)。注意低阻型喷油器决不能用12V电源来驱动,否则将烧坏电磁线圈。而高阻型喷油器回路中安装有附件电阻,因此可直接与12V蓄电池相连接。
喷油器电流驱动:在电流驱动回路中无附加电阻,低阻喷油器直接与蓄电池连接。ECU中的晶体管驱动喷油器电磁线圈,驱动脉冲开始电流较大,以使线圈产生较大的磁力打开针阀,然后再用较小的电流保持针阀的开启。
多点同时喷射的控制过程:ECU根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器输入的基准信号发出喷油指令,控制功率晶体管VT的导通和截止,再由VT控制喷油器电磁线圈的接通与切断,并使各缸喷油器同时喷油和同时停止喷油。曲轴每转一圈或两圈各缸喷油器同时喷油一次。喷油器的信号控制波形如图29b所示。由于各缸同时喷油,因此喷油正时与气缸工作配气相位无关,如图29c所示。
2.分组喷射的控制
多点分组喷射方式是指将喷油器分组进行控制。一般将四缸分为两组,六缸分成三组,八缸分成四组。图30所示为四缸发动机分组喷射的控制电路。夏利TJ7130和切诺基吉普车2. 5 L四缸发动机采用了此种喷油方式。
多点分组喷射的控制过程:ECU控制各组喷油器轮流喷油。发动机每动一转,只有一组喷油器喷油,每组喷油器喷油时连续喷射1~2次。喷油正时关系如图30b所示。分组喷射虽然不是最佳喷油方式,但由正时关系可见,1、4缸的喷油时刻较佳,燃油在进气门前停留时间较短,混合气的喷雾质量比同时喷射方式大为改善。
3.顺序喷射(独立喷射)的控制
多点顺序喷射方式是指各缸喷油器按照一定的顺序进行喷油(图31)。由于各缸喷油器是独立喷油,故又称独立喷射方式。
实现独立喷射的关键在于需要确定即将到达排气上止点的是哪一缸的活塞。为此,ECU需要一个凸轮轴位置传感器来提供判缸信号(四缸机的判缸信号一般在排气上止点前BT-DC60°左右时产生)。ECU首先根据“判缸信号确定即将到达排气上止点的是哪一缸的活塞,再根据曲轴位置传感器提供的曲轴转角信号计算出该活塞位于排气上止点的具体角度,并适时发出喷油控制指令,使各缸喷油器适时开始喷油。
多点独立喷射的控制过程:其喷油顺序与点火次序同步,点火时刻在压缩上止点前开始,而喷油时刻在排气上止点前开始。当发动机工作时,ECU便可按照点火次序(1---3---4---2或1---5---3---6---2---4)控制功率晶体管的导通和截止。当功率晶体管导通时、喷油器线圈电路接通,喷油器阀门打开开始喷油;而功率晶体管截止时,喷油停止。
独立喷射的优点是各缸喷油时间均为最佳时刻,燃油雾化质量好,有利于提高燃油经济性和降低排气污染。因此得到普遍采用。
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