汽车电气与电子技术---第8章_电子燃油喷射系统（1）.ppt

第8章 电子燃油喷射系统,8.1 概 述,8.1.1 电子燃油喷射系统的作用 汽油机电子燃油喷射系统又称EFI，EFI是Electronic Fuel Injection的英文缩写，是取代汽油机化油器的新型的燃油供给系统电子燃油喷射系统的基本作用是按照发动机各种工况的要求控制喷油量，以实现空燃比的最佳控制8.1.2 电子燃油喷射方式和系统的基本类型,1.电子燃油喷射方式 按照喷油位置和混合气形成方式，电子燃油喷射系统可分为间接喷射和直接喷射两种基本方式SPI-Single Point Fuel Injection MPI-Multi Point Fuel Injection GDI-Gasoline Direct Injection,2.电子燃油喷射系统的基本类型,按照进气量的检测方式分类，电子燃油喷射系统可分为三种类型： 质量流量式（Mass-flow）燃油喷射系统利用空气流量计直接测量发动机的进气量，电控单元根据进气量和发动机转速，计算出每一工作循环各缸吸入的空气量，从而确定相应的喷油量波许公司的L型和LH型燃油喷射系统即属于该种类型 速度密度式（Speed Density）燃油喷射系统利用进气管绝对压力传感器和发动机转速传感器信号计算出每一工作循环各缸的进气量，从而确定相应的喷油量。

波许公司的D型燃油喷射系统即属于该种类型 节流速度式（Throttle Speed）燃油喷射系统 该系统利用节气门开度和发动机转速信号计算每一工作循环各缸进气量，从而确定相应的喷油量汽油机电子燃油喷射系统的类型和特点,,8.2 L型、LH型多点电子燃油喷射系统,8.2.1 L型、LH型电子燃油喷射系统的组成,1-燃油箱 2-电动燃油泵 3-滤清器 4-输油管 5-压力调节器 6-电控单元 7-喷油器 8-冷起动阀 9-怠速调节螺钉 10-节气门开关 11-节气门 12-空气流量计 13-主继电器 14氧传感器 15-冷却液温度传感器16-温度时间开关 17-分电器 18-怠速空气阀 19-怠速调整螺钉 20-蓄电池 21-点火开关,LH型电子燃油喷射系统的组成（LH-Jetronic） 1—燃油箱 2—燃油泵 3—燃油滤清器 4—电控单元 5—喷油器 6—燃油管 7—压力调节器 8—进气歧管 9—节气门位置传感器 10—节气门 11—氧传感器（λ传感器） 12—冷却液温度传感器 13—分电器 14—怠速空气阀 15—蓄电池 16—点火开关,8.2.2 供油系统,1.系统组成和工作过程,供油系统的组成与布置 a）L型 b）LH型 1—燃油箱 2—电动燃油泵 3—燃油滤清器 4—燃油油轨 5—喷油器 6—压力调节器,2.电动燃油泵,电动燃油泵的结构示意图 1—限压阀 2—燃油泵 3—永磁电动机电枢4—单向阀 A—进油口 B—出油口,燃油泵可分为滚柱泵、涡轮泵、内齿轮泵和侧槽泵四种,圆滚柱式油泵工作原理 1—转子2—滚柱3—泵体 A—进油口B—出油口,4.压力调节器,作用：调节供油压力与进气管压力之差保持不变，使喷油器的喷油量不受进气压力的影响，而由喷油器的开启时间决定。

1—接真空管 2—弹簧 3—阀门 4—进油孔 5—回油孔 6—膜片,5.喷油器,喷油器体内装有电磁线圈，喷油器头部的针阀与衔铁结合成一体当电控单元接通喷油器电路时，电磁线圈通电，产生的电磁力将衔铁和针阀吸起，使燃油从针阀头部的环形间隙喷出针阀的升程约0.1mm，喷油器每次开启时间约为2～10ms开启时间越长，喷油量越多1—滤网 2—电插头 3—电磁线圈 4—弹簧 5—衔铁 6—针阀 7—轴针,分组喷射,将喷油器分成2-3组，每组有2-3个喷油器同时喷射，其喷油正时有电控单元根据分电器内的凸轮轴位置传感器信号或点火信号决定顺序喷射,顺序喷射是电控单元分别独立控制各缸喷油器的喷油时间和喷油量8.2.3 进气系统,1.系统的组成及工作过程,2.空气流量传感器-叶片式空气流量计,1—电位器 2—油泵开关 3—回位弹簧4—阻尼挡板 5—出气口 6—CO调节螺钉7—怠速进气通道 8—空气流量叶片 9—进气温度传感器 10—进气口,热线式空气流量计和热膜式空气流量计,在空气通道中放置热线RH ，其热量被空气吸收空气质量流量越大，被带走的热量越多将白金热线RH和温度补偿电阻RK分别置于惠斯顿电桥电路的两个桥臂上，控制电路控制白金热线与吸入空气温度差保持在100℃，为保持热线温度，控制电路使热线RH 通过的电流增大，反之，则减小。

精密电阻R3也是惠斯顿电桥的一个桥臂，将通过白金热线RH的电流信号转化为空气流量计的输出电压信号1—金属网 2—取样管 3—白金热线 4—温度补偿电阻 5—控制电路板 6—连接器,在空气通道中放置热线RH ，其热量被空气吸收空气质量流量越大，被带走的热量越多将白金热线RH和温度补偿电阻RK分别置于惠斯顿电桥电路的两个桥臂上，控制电路控制白金热线与吸入空气温度差保持在100℃，为保持热线温度，控制电路使热线RH 通过的电流增大，反之，则减小精密电阻R3也是惠斯顿电桥的一个桥臂，将通过白金热线RH的电流信号转化为空气流量计的输出电压信号RH—热线电阻 RK—温度补偿电阻 R3—精密电阻R2—电桥电阻 UM—检测输出电压信号A—混合集成电路,热膜式空气流量计,采用热膜取代白金热线热膜是由发热金属铂固定在树脂薄片上制成它具有结构简单、工作可靠等特点此外不需要额外加热以消除热膜上的污染物，将传感元件的热传导部件安装在传感器后方，以防止沉积物对传感元件产生影响1—控制电路 2—进气 3—热膜 4—温度补偿电阻 5—金属网,卡门漩涡式空气流量传感器,在进气管道中设置一锥体涡流发生器，当空气通过时，在涡流发生器后部将产生卡门漩涡，通过检测卡门漩涡的数量即可检测空气流量。

空气流速卡门漩涡频率f的关系由下式决定： d——涡流发生器外径尺寸； St——斯特罗巴尔数（常数）； f——卡门漩涡频率通用汽车公司采用的超声波式卡门漩涡流量计,超声波的传播速度受到卡门漩涡的影响，用接收器接收连续发射的超声波信号，经检测电路的信号放大、滤波和脉冲整形，将数字脉冲信号作为检测信号输入电控单元1-信号发生器 2-涡流稳定板 3-超声波发生器 4-涡流发生器 5-发动机进气 6-卡门涡旋 7-与涡流数对应的疏密波 8-接收器 9-输入ECU信号 10-旁通进气通路 11-整形器,光电二极管式的卡门漩涡流量计,丰田汽车公司采用的光电二极管式的卡门漩涡流量计，把卡门涡流发生器两侧的压力变化通过导压孔引向有薄金属制成的反光镜背面，使反光镜产生振动，反光镜振动时将发光二极管的反光反射到光电管上，在光电管上产生与卡门漩涡频率相同的电压脉冲信号1—钢板弹簧 2—光电管 3—反光镜4—钢板弹簧5—卡门漩涡 6—导压孔 7—涡流发生器,8.2.4 电控系统,电控系统由检测发动机工况的各传感器、电控单元（ECU）和执行器三部分组成各传感器向电控单元输入检测信号，电控单元根据存储的控制程序和输入信号计算各缸所需喷油量，并向各喷油器输出喷油脉冲信号，实现发动机空燃比控制。

1.传感器,（1）转速传感器 在L型系统中，转速信号由点火线圈负接线柱产生的脉冲信号作为转速信号在LH型系统中，发动机转速传感器通常采用磁脉冲式2）曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器（CKPS、CMPS）,磁脉冲式曲轴位置传感器：在飞轮端面上安装一个钢质正时销，曲轴每转一圈产生一个交流电压信号，该信号于第一缸上止点位置一定，电控单元根据该信号即可确定第一缸上止点位置，结合转速信号可确定各缸上止点的位置1-发动机转速传感器 2-永久磁铁 3-电磁线圈 4-发动机飞轮齿圈 5-正时销 6-发动机飞轮壳 7-曲轴位置传感器,带缺齿环的发动机转速传感器,1-缺2个齿的齿环（60-2个齿） 2-发动机转速传感器 3-发动机飞轮壳4-安装螺栓,（3）空气流量传感器(AFS),空气流量计的安装位置、作用及各种形式的空气流量计的结构与工作原理在进气系统中已作了详细介绍4）节气门位置传感器（TPS）,节气门位置传感器的作用是检测节气门的开度,开关式节气门位置传感器 1—全负荷触点 2—导向凸轮 3—节气门轴 4—怠速触点,（4）节气门位置传感器（TPS）,电位计式节气门位置传感器 a）结构 b）工作原理 1—电位计 2—电刷 3—电刷 VCC—工作电源信号5V（由ECU输入）VTA—节气门开度检测信号 IDL—怠速触点信号 E—接地端,（5）冷却液温度传感器（ECTS）和进气温度传感器（IATS）,冷却液温度传感器安装在发动机冷却液管道上，其作用是检测发动机冷却液的温度。

利用负温度系数热敏电阻的阻值随温度变化的特性，即阻值随温度升高而降低的特性 进气温度传感器安装在空气流量计的进气管道上，其作用是检测发动机进气温度，其结构和工作原理与冷却液温度传感器相似1—电插头 2—外壳 3—负温度系数的热敏电阻,（6）氧传感器（O2S、HO2S）,氧传感器又称λ传感器，安装在发动机排气管上，用于检测排气管中含氧的浓度，作为电控单元进行空燃比反馈控制的输入信号主要由二氧化锆（ZrO2）固态电解质制成的锆管、铂电极、保护套和加热元件等组成1—外壳 2—陶瓷保护管 3—传感器电缆 4—带槽的保护管 5—二氧化锆（ZrO2）固态电解质锆管 6—传感器检测信号输 出引线 7—保护外套 8—加热元件 9—加热元件引线夹子,氧传感器的工作原理,二氧化锆在高温下（300～850℃）可以使氧气发生电离形成氧离子并在其内部传导当混合气浓（λ1）时，废气中的含氧升高，使锆管内外两侧的氧气浓度差小，两极间产生100mV的较小的电压；当混合气浓度为理论空燃比时（λ=1）时，两极间产生的电压发生突变a）工作原理 b）输出特性 1—氧传感器检测元件 2—铂电极 3—接触元件 4—接触元件 5—排气管 6—保护套,2.电控单元,电控单元又称ECU（Electronic Control Unit），是汽车计算机控制系统的核心，电控单元可以分为硬件和软件两部分，硬件部分是构成电控单元的电路元器件，软件部分是实现电控单元控制功能的指令和数据系统。

电控单元按功能可以分为输入电路、微处理器和输出电路等部分1）输入电路,ECU的输入信号主要有两种形式，即数字信号和模拟信号 数字信号包括脉冲信号和开关信号，脉冲信号（如矩形波信号、正弦波信号等）和开关信号，需要通过输入电路的信号处理对于无杂波的矩形波信号和开关信号，输入电路的作用一般是将其电平转换为微机的输入电平（5V）而含有杂波的正弦波信号则需通过输人电路的波滤、整形和电平转换后才可输入微机对于磁感应式转速传感器，由于其信号的峰值电压随转速变化，输入电路中还应包括信号放大电路和信号稳压电路，以便在转速很低时放大过弱的信号，而在转速很高时则限制过高的电压输入 模拟信号是连续变化的电压信号，必须通过A/D转换为数字信号后才能被微处理器接受由于控制系统往往要求模数信号转换具有较高的分辨率和精度，所以通常采用10位以上的A/D转换器为了跟上输入信号的变化，提高测控系统的实时性，采样间隔一般要求小于4ms输入回路示例1,,输入回路示例2,采样定理,在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中，最高频率fmax的2倍时，即：fs.max=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般取2.56-4倍的信号最大频率；采样定理又称奈奎斯特定理。

2）微处理器,微处理器是电控单元的核心，在一块大规模集成电路芯片上集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM/EPROM/EEPROM）、I/O接口电路、定时器/计数器、串行/并行通讯接口、A/D和D/A器件等微型计算机的各个功能部件，构成单片微型处理器微处理器首先完成传感器信号的A/D转换、周期脉冲信号测量和其它有关汽车行驶状态。