六、燃油喷射系统中几个重要信号简介
电子控制系统的功用是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定汽油最佳喷射量。该系统由传感器、电子控制装置(ECU)、执行装置三部分组成。
ECU为了根据发动机和汽车不同的运行状况,对喷油时刻、喷油量、点火时刻等进行确定和修正,必须利用各种传感器对反映发动机运行状况的一些参数进行检测。这些运行参数包括:发动机曲轴位置及转速、基准气缸的活塞位置、发动机的热状态、进气温度、汽车的车速、发动机是否处于起动状态,等等。
1.转速传感器信号
在电控汽油喷射系统中,ECU能根据每一循环发动机吸入的空气量和发动机运行工况,发出符合最佳空燃比要求的喷油量控制信号。然而,由于空气流量计所测出的是单位时间的空气流量,因此ECU先要把单位时间的空气流量换算成每一循环发动机吸入的空气量,然后才能确定相应的基本喷油量。要完成这一换算,在已知单位时间空气流量的基础上,还需知道发动机的转速,为此要检测发动机的转速。
机温对进气时的冷气会形成热气阻的现象,造成发动机有效进气量减少。发动机机温越低,活塞上下窜气现象越严重,导致进气时气缸内负压值下降,压缩时活塞顶部混合气下窜入曲轴箱,一是活塞顶部混合气损失多,二是活塞顶部实际压力下降,导致混合气中的压力、温度、密度(三要素)降低,严重影响燃烧后产生热能量的多少,对发动机的动力性,加速性影响很大,同时油耗量增多。
除了增压式发动机外,大部分发动机为自然式压差进气,当发动机温度过低时,气缸内密封性能差,进气时活塞顶部负压值与大气压强之间的压差就越小,大气压强推动气流流动时的流速越低,严重影响进气量。
发动机金属零件的温度是通过水温传感器来实现,由水温传感器将金属零件的温度转换成电信号输送给ECU。发动机温度不能过高也不能过低,另外,当采用分组喷射或顺序喷射时,为确定各缸的喷射时刻和顺序,在点火中为了选择最佳的点火时刻,还需要知道基准气缸的活塞位置。在电控汽油机中,这两个参数的检测是由曲轴位置及转速传感器来完成的。
目前电控汽油机中使用的曲轴位置及转速传感器主要有三种类型:电磁脉冲式曲轴位置及转速传感器、霍尔效应式曲轴位置及转速传感器、光电式曲轴位置及转速传感器。
2.位置信号
位置信号是用来确定各缸的喷油时刻和顺序,发动机工作时要知道基准气缸的活塞位置,这些信号是通过曲轴或凸轮轴位置传感器来获取的。
位置信号也可以称为基准判缸信号、起始信号、判缸信号,其目的是用来确定某一个或者多个气缸内活塞的具体位置,该信号多数车型都装在配气凸轮轴上,称其为凸轮轴位置信号,少数车型装在曲轴上,称其为曲轴位置信号。在一台发动机上,该信号越多,发动机的起动性能越快、加速性能越好。早期车型该信号只有1-2个,所以起动发动机时的灵敏性较差。现代发动机一般每两个气缸或者各缸都有位置信号,所以起动灵敏性好,称其为快速起动系统。
位置传感器信号有磁脉冲式、光电式和霍尔式三种。
3.空气计量信号
空气计量信号不论使用的是流量型还是压力型传感器,都是与转速信号配合后,用来直接或者间接地确定发动机的进气量,ECU根据该信号来确定发动机各工况时的基本喷油量。
在流量型空气计量中,该信号是通过翼板式、量芯式、热丝式、热膜式空气流量计来实现,在压力型空气计量中,是通过绝对压力传感器来实现。
4.发动机金属零件的温度信号
发动机的机械温度高低确定了发动机运转阻力的大小、密封性能的好坏,进气气流惯性的强弱。发动机温度越低,机械零件配合间隙越大,运转阻力越大,所消耗的动力越多。如果金属零件温度过高,相互之间配合间隙过小或者形成紧配合关系时,一是会导致消耗动力过多,二是机械零件会出现局部熔化、卡死现象,三是过高的必须将发动机的温度控制在一定的范围内,所以发动机中设置有冷却系统,由冷却系统将发动机温度控制在一定的范围内。水温传感器就装在水道中,随时检测冷却水的温度,ECU根据水温传感器的不同信号值,便可知道发动机的机械温度是多少,并且确定出对喷油时间的增或者减修正的参数。
水温传感器为热敏电阻型,并且为负温度系数电阻。所谓负温度系数指的是温度越低阻值越大,温度越高阻值越小。
5.空气温度检测信号
空气的温度对空气的密度影响很大,而空气的密度大小又造成单位面积空气中含助燃剂氧分子的多少。混合气的燃烧是燃料与氧按一定的比例配合来实现完全燃烧。要想让燃料燃烧彻底,就必须提供足够的氧气,空气温度越高,单位面积空气中含氧量越少,反之越多。
检测空气温度的传感器一般都装在进气道中的某一位置,所以称其为进气温度传感器。由进气温度传感器将当时气流中的温度转换成电信号输送给ECU ,ECU根据进气温度传感器的信号值大小,便可确定出对基本喷油时间的增减修正量。
6.反馈信号
反馈信号是ECU对自己确定的喷油量是否正确的一个信息反馈信号,该信号由装在排气系统中的氧传感器来实现。发动机工作时氧传感器将废气中含氧量的高低转换成电信号输送给ECU,ECU便可知道上一次喷油量是正确,如果出现不良现象时,ECU在下一次喷油时对喷油量进行增、减修正。
7.开关信号
(1)起动信号。起动信号((STA)用来判断发动机是否处在起动状态。在起动时,进气管内混合气流速慢,温度低,燃油雾化不良,为了改善起动性能,在发动机起动时必须增加喷油量以加浓混合气。起动开关接通,ECU便检测到STA信号,确认发动机处于起动状态,即自动增加喷油量。
(2)空挡起动开关信号。在装有自动变速器(A/T)的汽车中,ECU利用空挡起动开关信号(NSW)判定变速器的挡位,识别变速器是处于“P”或“N”(停车或空挡),还是处于“L”“2”“D”或“R”状态(行驶状态)。NSW信号主要用于怠速系统的控制,ECU通过对NSW信号的识别,对怠速系统进行控制,在发动机处于过渡工况时,修正喷油量。
(3)空调信号。空调信号(A/C)用来检测空调压缩机是否工作。空调信号与空调压缩机电磁离合器的电源接在一起,空调压缩机工作时,向ECU输送高电平信号,ECU根据A/C信号控制发动机怠速时的点火提前角、怠速转速、断油转速及修正怠速时喷油量等。
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