电控燃油喷射系统的控制功能：发动机构造与维修

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图6.13同时喷射的控制电路发动机工作时，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，控制晶体管VT导通与截止，再由VT控制喷油器的电磁线圈电流接通与切断，使各缸喷油器同时喷油和停止喷油。图6.14为四缸发动机分组喷射的控制电路。发动机工作时，由ECU控制各组喷油器轮流喷油。当蓄电池电压变化时，会影响到喷油器开启时刻，从而造成喷油量的误差，所以，微电脑也会根据蓄电池电压对喷油量进行修正。

（一）喷油正时控制

喷油正时就是指喷油器何时喷油。在多点燃油喷射系统中，燃油喷射可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种喷射方式。

1．同时喷射

同时喷射指各缸喷油器同时喷油，其控制电路如图6.13所示，各缸喷油器并联在一起，由一只晶体管VT驱动。

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图6.13　同时喷射的控制电路

发动机工作时，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，控制晶体管VT导通与截止，再由VT控制喷油器的电磁线圈电流接通与切断，使各缸喷油器同时喷油和停止喷油。曲轴每转一圈（360°），各缸喷油器同时喷油一次，一次喷油量为发动机一次燃烧需要燃油量的1/2，喷油正时与发动机工作循环无关。

这种控制方式，控制电路和控制程序简单，通用性较好。但各缸喷油时刻不可能最佳。

2．分组喷射

分组喷射是将喷油器喷油分组进行控制，一般将四缸发动机分成二组，六缸发动机分成三组，八缸发动机分成四组。图6.14为四缸发动机分组喷射的控制电路。

发动机工作时，由ECU控制各组喷油器轮流喷油。发动机每转一圈，只有一组喷油器喷油。分组喷射方式虽然不是最佳的喷油方式，但与同时喷射相比，燃油雾化质量有所改善。

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图6.14　分组喷射控制电路

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图6.15　顺序喷射控制电路

3．顺序喷射

顺序喷射就是各缸喷油器按照一定的顺序（发动机作功顺序）喷油。顺序喷射的控制电路如图6.15所示。

在顺序喷射系统中，发动机工作一个循环，各缸喷油器轮流喷油一次，按特定的顺序依次进行喷射。

实现顺序喷射的一个关键问题是需要知道即将到达排气上止点的是哪一个气缸。为此，ECU需要一个气缸判别信号（G信号）。ECU根据凸轮轴位置传感器信号（G信号）、曲轴位置传感器信号（Ne信号）和发动机的做功顺序，确定各缸工作位置。当确定某缸活塞运行至排气行程上止点前某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸即开始喷油。

顺序喷射能保证各缸喷油均在最佳时刻，已普遍采用。

（二）喷油量控制

1．启动时的喷油量控制

发动机启动时转速很低，且转速波动较大，在这种情况下，无论是空气流量计还是进气管绝对压力传感器，其检测精度都偏低，输出的信号误差较大，不能精确计量进气量。因此，在启动时，ECU按特定程序对喷油量进行控制，如图6.16所示。

启动时，ECU首先根据点火开关、曲轴位置传感器和节气门位置传感器提供的信号，判定发动机是否处于启动工况，以便决定是否按启动程序控制喷油，然后根据冷却液温度传感器信号确定基本喷油量，最后用进气温度和蓄电池电压等参数进行修正，得到启动时的喷油量。

冷却液温度与喷油量的关系是温度越低，喷油量越大；温度越高，喷油量越小。

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图6.16　启动时的喷油量控制

2．启动后的喷油量控制

在发动机启动后进入正常运转工况下，喷油器的总喷油量由基本喷油量、喷油修正量和喷油增量三部分组成，如图6.17所示。

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图6.17　启动后的喷油量控制

基本喷油量由进气量传感器（空气流量计或进气管绝对压力传感器）和发动机转速传感器（曲轴位置传感器）的信号计算确定；喷油修正量由与进气量有关的进气温度、大气压力、氧传感器信号和蓄电池电压信号计算确定；喷油增量由反映发动机工况的点火开关信号、冷却液温度和节气门位置等传感器信号计算确定。

（1）基本喷油量。基本喷油量是在标准大气状态（温度为20℃、大气压力为10lkPa）下，根据发动机每个工作循环的进气量、发动机转速和设定的空燃比确定的。

（2）喷油修正量。当发动机实际运行条件改变时，应对基本喷油量进行适当修正，以保证发动机正常运行。一般主要考虑进气温度、大气压力、蓄电池电压以及氧传感器反馈修正几方面的因素。修正量的大小用修正系数表示，即修正系数=修正后的喷油量/基本喷油量

1）进气温度修正。由于进气温度会影响到进气的密度，从而影响进气量。当进气温度升高时，空气密度降低，同样体积进气量的气体，质量会随着温度的升高而降低，若不对喷油量进行修正，则混合气会变浓。

对于采用进气压力传感器和体积流量（叶片式、卡门旋涡式）传感器进行进气量检测的喷射系统，由于检测的是空气的体积流量，因此需要 ECU根据进气温度传感器的信号，对喷油量进行修正，使发动机在各种运行条件下，都能获得最佳的喷油量。

修正的方法为：当进气温度高于20℃时，ECU将确定修正系数小于1，适当减少喷油量（缩短喷油时间）进行修正；反之，当进气温度低于20℃时，ECU将确定修正系数大于1，适当增加喷油量（延长喷油时间）进行修正。

2）大气压力修正。大气压力也会影响到进气的密度，从而影响进气量。当汽车行驶到高原地区时，海拔高度增加，大气压力降低，使空气密度降低，对于同样体积的空气流量，其质量就会降低。为避免混合气过浓以及油耗过高，应根据大气压力对喷油器的喷油时间进行修正。

修正的方法为：当大气压力低于10lkPa时，ECU将减小修正系数，使喷油量减少（缩短喷油时间）进行修正，避免混合气过浓和油耗过高。反之，当大气压力高于10lkPa时，ECU将适当增加喷油量（延长喷油时间）进行修正。

3）蓄电池电压修正。由于喷油器针阀的机械惯性、电磁线圈的磁滞特性以及磁路效率的影响，在喷油脉冲加到喷油器电磁线圈后，针阀并不是随着电脉冲同步升起并上升到最大值，而是有一段滞后时间。通常把从脉冲开始出现到针阀呈现最大升程所需的时间称为开阀时间To；同样，从脉冲消失到针阀落座关闭也需要一定的时间，该段时间称为关阀时间Tc，开阀时间与关阀时间之差（To—Tc）称为无效喷射时间，在这段时间内喷油器并不喷油。其中开阀时间受蓄电池电压的影响较大，而关阀时间受蓄电池电压的影响较小。当蓄电池电压变化时，会影响到喷油器开启时刻，从而造成喷油量的误差，所以，微电脑也会根据蓄电池电压对喷油量进行修正。通常采用修正通电时间的方法来消除蓄电池电压变化对喷油量的影响。

修正的方法为：以蓄电池电压14V为基准，当蓄电池输入ECU的电压低于14V时，ECU将增大喷油脉冲的占空比，即增大修正系数，使喷油器的喷油时间增长；反之，当蓄电池电压升高时，ECU将减小占空比，即减小修正系数，使喷油时间缩短。

4）空燃比反馈控制修正。试验证明：当混合气的空燃比控制在理论空燃比（14.7）附近时，三元（HC、CO、NOx）催化转换器转换效率最高。如果仅仅利用空气流量传感器和发动机转速传感器计算求得充气量，那么很难将空燃比控制在理论空燃比（14.7）附近。为了达到排气净化的目的，电控发动机都安装了三元催化转换器和氧传感器，借助于安装在排气管上的氧传感器反馈空燃比信号，对喷油量进行反馈优化控制，将空燃比精确控制在理论空燃比（14.7）附近，使三元催化转换器发挥最高的转换效率。

为保证发动机具有良好的工作性能，空燃比并不是在发动机的所有工况下都进行反馈控制。在下述情况下，ECU对空燃比不进行反馈控制：①发动机启动工况；②发动机启动后暖机工况；③发动机大负荷工况；④加速工况；⑤减速工况；⑥氧传感器温度低于正常工作温度；⑦氧传感器输入ECU的信号电压持续10s以上时间保持不变。

（3）喷油增量。当发动机运行工况发生变化（运行在某些特殊工况下）时，需要在基本喷油量的基础上额外增加一部分喷油量，以加浓混合气。一般在低温启动后、暖机、加速、大负荷等工况下，需要加浓混合气。增量的大小用增量比表示，即

增量比=（基本喷油量+增量）/基本喷油量

1）低温启动后。发动机低温启动后，由于低温混合气雾化不良，燃油会在进气管上沉积而导致混合气变稀，发动机运转不稳甚至熄火。为此在启动后的短时问内，必须增加喷油量，使混合气加浓，保证发动机稳定运转而不致熄火。喷油增量比例的大小取决于启动时发动机的温度，并随启动后时间的增长而逐渐减小至1，如图4.18所示。

2）暖机过程。在冷车启动结束后的暖机过程中，发动机温度仍较低，燃油雾化较差，部分燃油凝结在进气管和气缸壁上，会使混合气变稀，燃烧不稳定。因此在暖机过程中，必须增加喷油量，其燃油增量的比例取决于冷却液温度传感器。

ECU根据冷却液温度传感器信号，通过加大喷油脉冲宽度（占空比）进行暖车加浓。随着发动机冷却液温度的升高，喷油脉冲的占空比将逐渐减小，直到发动机冷却水温超过60℃后才停止加浓，喷油增量比例逐渐减小至1，如图6.19所示。

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图6.18　低温启动后喷油增量

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图6.19　暖机过程喷油增量

3）大负荷工况。当发动机在大负荷工况下运行时，为获得良好动力性，需要供给浓混合气。ECU根据进气管绝对压力传感器或空气流量计信号以及节气门位置传感器信号判断发动机负荷状况，大负荷时适当增加喷油量，供给浓于理论空燃比的功率混合气，满足输出最大功率的要求。

（三）断油控制

断油控制是电控单元在某些特殊情况下，暂时中断燃油喷射以满足发动机运行的特殊要求。断油控制包括发动机超速断油控制、减速断油控制和清除溢流控制等。

1．超速断油控制

超速断油控制是指当发动机转速超过允许的极限值时，ECU立即控制喷油器中断燃油喷射。电控燃油喷射系统采用超速断油的目的是防止发动机超速运转而损坏发动机机件。每台发动机都有一个极限转速值，一般为6000～7000 r/min，桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机的极限转速值为6400 r/min。

在发动机运转过程中，ECU随时根据曲轴位置传感器测得的发动机实际转速与存储器中的目标转速进行比较。当实际转速超过目标转速80～100 r/min时，ECU发出停止喷油的指令，控制喷油器停止喷油，限制发动机转速进一步升高。喷油器停止喷油后，当发动机转速下降到设定值时，ECU将控制喷油器恢复喷油。超速断油控制示意图如图6.20所示。

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