电控燃油喷射系统(EFI)图解
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三燃油系统在EFI系统中电动汽油泵将汽油从油箱泵出,经过燃油滤清器后再经压力调节器调压,将压力调整到比进气管压力高出约250kPa的压力,然后经输油管配送给各个喷油器和冷起动喷油器,喷油器根据ECU发来的喷射信号,把适量汽油喷射到进气歧管中。
当油路压力超过规定值时,压力调节器工作,多余的汽油返回油箱,从而保证送给喷油器的燃油压力不变。
当冷却水温度低时,冷起动喷油器工作,将燃油喷入进气总管,以改善发动机低温时起动性能。
燃油系统的框图及系统构成图如图1-31所示,它主要由汽油箱、电动汽油泵、燃油压力调节器、汽油滤清器、喷油器、冷起动喷油器和温度时间开关等构成。
图1-31 燃油系统框图及构成a)框图b)MPI燃油系统构成c)SPI燃油系统构成1-汽油箱2-电动汽油泵3-燃油滤清器4-喷油总管5-喷油器6-冷起动喷油器7-接进气歧管8-燃油压力调节器9-回油管10-各缸进气歧管11-吸入空气(一)燃油滤清器燃油滤清器把含在汽油中的氧化铁、粉尘等固体夹杂物质除去,防止燃油系统堵塞,减小机械磨损,确保发动机稳定运转,提高可靠性。
由于燃油系统发生故障,会严重影响车辆的行驶性能,所以为使燃油系统部件保持正常工作状态,燃油滤清器起着重要作用。
燃油滤清器要起到上述作用,应具有以下性能:1)过滤效率高;2)寿命长;3)压力损失小;4)耐压性能好;5)体积小、重量轻。
燃油滤清器安装在电动汽油泵的出口一侧,滤清器内部经常受到200kPa~300kPa的燃油压力,因此耐压强度要求在500kPa以上。
油管也应使用旋入式金属管,其结构如图1-32a 所示。
滤芯元件一般采用菊花形和盘簧形结构。
盘簧形具有单位体积过滤面积大的特点,如图1-32b所示。
图1-32 燃油滤清器a)总体结构 b)滤心元件构造(二)电动汽油泵电动汽油泵从油箱吸入汽油,加压后通过喷油器供给发动机。
电动汽油泵有两种安装方式:一种是在汽油箱外,安装在输送管路中的外装串联式;另一种是安装在油箱中的内装式。
彩色图解汽油机电子控制燃油喷射系统
电子控制燃油喷射系统(EFI)简称为“电控燃油喷射系统”“电喷系统”,是以电控单元为控制中心,并利用安装在发动机上的各种传感器测出发动机的各种运行参数,再按照电脑中预存的控制程序精确地控制喷油器的喷油量,使发动机在各种工况下都能获得最佳空燃比的可燃混合气。
电子燃油喷射系统组成
电子燃油喷射系统结构
主要部件
■ 喷油器
多点喷射系统的喷油器位于进气口处(下图)。
喷油器的作用是接受ECU送来的喷油脉冲信号,精确地控制燃油
喷射量。
喷油器结构▲
■空气流量计
空气流量计将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元(ECU),作为决定喷油的基本信号之一,是用来测定吸入发动机的空气流量的传感器。
翼片式空气流量计▲
汽油缸内直喷系统
汽油缸内直喷是将喷油嘴安装在燃烧室内,将汽油直接喷注在气
缸燃烧室内,空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃做功,这种形式与直喷式柴油机相似(下图)。
目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统,是将汽油喷入进气歧管或进气管道中,与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃做功。
汽油缸内直喷系统示意图▲
■ 典型汽油缸内直喷系统原理
下图所示为汽油缸内直喷系统采用两个油泵,油箱内的低压电动泵和由凸轮轴驱动的高压油泵。
典型汽油缸内直喷系统原理▲
■ 汽油缸内直喷系统结构主要部件。
电子燃油喷射系统的组成和工作原理电控汽油喷射系统(EFI)由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统组成,电控汽油喷射系统的组成如图2-1所示。
图2-1电控汽油喷射系统的组成示意图1-蓄电池 2-点火开关 3-空调开关 4-空气滤清器 5-怠速空气阀 6-温度传感器 7-喷油器8-空气流量计 9-节气门位置传感器 10-油压调节器 11-电控单元 12-燃油分配器 13-燃油滤清器 14-油箱 15-电动汽油泵 16-点火线圈 17-分电器 18-氧传感器 19-曲轴位置传感器空气供给系统的作用是根据发动机运行工况提供适量的空气,并根据ECU 的指令完成空气量的调节。
燃油供给系统的作用根据发动机各个工况提供适量的燃油,并根据ECU的指令完成燃油量的调节。
电控单元(ECU)是整个电控汽油喷射系统的中心,发动机状态信息通过各种传感器收集后进入电控单元,经电控单元处理后发出相应的指令来控制执行元件动作。
电控系统的优点是设计者预先将发动机所有可能的工作状况进行优化,并以数据形式全部存贮在存贮器内。
这样EFI 系统就可以控制发动机总是在最佳工况下工作。
还可以按照汽车的使用目的,将确定的优化了的实验数据预先存贮。
如以节油、减少排气污染即经济性指标为目的,或以缩短汽车行驶时间即以动力性为目的发动机实验数据,将这些控制数据优化确定下来,发动机的工作性能也就不随发动机的使用而改变了。
电控单元首先读取进气歧管真空度(进气流量)、发动机转速、冷却水温度、进气温度、节气门位置等传感器输入的信息,然后将这些信息与存贮在ROM 存储器中的预置好的信息进行比较,进而确定在这种状态下发动机所需的油量和点火提前时间。
预先存贮在存储器内的信息是由发动机优化数据实验获得的。
一般来讲,进气歧管真空度(或进气流量)和发动机转速是主参数,由它们可以确定在此工况下的基本燃油供给量和基本的点火正时时刻。
其他几个参数对基本量起修正作用。
2.1 空气供给系统的组成和工作原理2.1.1 空气供给系统的组成空气供给系统由空气滤清器、空气计量装置、节气门体、节气门位置传感器和怠速控制(阀)等装置组成。
电控燃油喷射系统(EFI)图解 电控燃油喷射系统(EFI)图解 (EFI)2008 年 08 月 20 日 星期三 23:11EFI 的优点: 1、在任何情况下都能获得精确的空燃比 2、混合气的各缸分配均匀性好 3、采用 EFI 的汽车加速性能好 4、充气效率高 5、良好的启动性能和减速减油或断油EFI 的工作原理: 的工作原理: 电控汽油喷射系统主要由下列四部分组成: 进气系统 供油系统 控制系统 点火系统 如下图:1、进气系统如下图:2、供油系统 主要由油压调节器、喷油器和喷油泵组成。
供油系统的工作原理图:喷油泵工作原理 燃油泵装在油箱内,涡轮泵由电机驱动。
当泵内油压超过一定值时,燃油顶开单向阀向油路 供油。
当油路堵塞时,卸压阀开启,泄出的燃油返回油箱。
如下图:喷油器工作原理: 喷油器是电磁式的。
当喷油器不工作时,针阀在回位弹簧作用下将喷油孔封住。
当 ECU 的 喷油控制信号将喷油器的电磁线圈与电源回路接通时, 针阀才在电磁力的吸引下克服弹簧压 力、摩擦力和自身重量,从静止位置往上升起,燃油喷出。
多点喷油系统中喷油器通过绝缘垫圈安装 在进气歧管或进气道附近的缸盖上,并用输油管 将其固定。
多点喷油系统每缸有一个喷油器。
英文称为 multi point injection .简称 为 MPI。
如下图:喷油器 单点喷油系统的喷油器安装在节气门体上,各缸共用一个喷油器。
英文为 single point injection. 简称为 SPI。
如下图:油压调节器工作原理油压力调节器的功能是调节喷油压力。
喷油器喷出的油量是用改变喷油信号持续时间来进行 控制的。
由于进气歧管内真空度是随发动机工况而变化的, 即使喷油信号的持续时间和喷油 压力保持不变,工况变化时喷油量也会发生少量的变化,为了得到精确的喷油量,必须使油 压 A 和进气歧管真空度 B 的总和保持不变。
如下图:3、控制系统 控制系统由传感器、执行器和电子控制单元三部分组成 如下图:传感器 传感器是感知信息的部件,负责向 ECU 提供发动机和汽车运行状况。
如下图:ECU ECU 的功用是采集和处理各种传感器的输入信号,根据发动机工作的要求(喷油脉宽、点 火提前角等),进行控制决策的运算,并输出相应的控制信号。
当前电控发动机中除了控制 喷油外,还控制点火、EGR、怠速和增压发动机的废气阀等,由于共用一个 ECU 对发动机 进行综合控制,所以也被称为发动机管理系统。
如下图:中间的金属方盒为电子控制单元, 箭头指向电子控制单元的部件为传感器, 箭头从电子控制 单元出去的部件为执行器。
在电控发动机中最主要的输入接口是传感器接口(例如转速、负荷、温度、 压力等)。
最 主要的输出接口是控制接口,它控制外部执行机构的动作(例如:喷油器、点火模块、喷油 泵、怠速执行器等)。
执行器 如图:4、点火系统 点火控制系统由传感器、电子控制单元和执行器组成。
如下图:执行器为点火模块和点火线圈。
最常见的为无分电器点火系统, 它是两个气缸共用一个点火线圈。
目前也有采用每个气缸一个点火线圈的。
如下图:空燃比控制策略 为了满足发动机各种工况的要求, 混合气的空燃比不能都采用闭环控制, 而是采用闭环和开 环相结合的策略。
主要分为三种控制方式: A:冷起动和冷却水温度低时通常采用开环控制方式。
由于起动转速低、冷却水温度低、燃油挥发性差,需 对燃油进行一定的补偿。
混合气空燃比与冷却水温 度有关,随着温度增加,空燃比逐渐变大。
B:部分负荷和怠速运行时此时可分为两种情况: a 若为了获得最佳经济性,可采用开环控制方式,将 空燃比控制在比化学计量比大的稀混合气状态下工作。
b 为了获得低的排放,并有较好的燃油经济性,必须 采用电控汽油喷射系统加三元催化转化器,进行空燃 比闭环控制。
图中虚线部分为未加三元催化转化器时,CO、HC 和 NOx 排放浓度与空燃比的关系。
实线 部分采用三元催化转化器后 CO、 和 NOx 与空燃比的关系。
HC 从图中可看出采用三元催化 转化器时只有当空燃比在化学计量比附近很窄范围内 HC、 CO 和 NOx 排出浓度均较小。
装 有电控汽油喷射发动机采用闭环控制方式, 才能使混合气空燃比严格控制在化学计量比附近 很窄的范围内,使三元催化转化器净化效率最高。
C:节气门全开(WOT)时: 为了获得最大的发动机功率和防止发动机过热, 采用开环控制, 将混合气空燃比控制在 12.5~13.5 范围内。
此时发动机内混合气燃烧速度最快,燃烧压力最高,因而输出功率也 就越大。
如下图:点火控制 为了使发动机发出最大功率,应使最高燃烧压力出现在上止点后 10°~15°左右,点火时刻 用点火提前角来表示。
它是指火花塞电极间跳火开始到活塞运行至上止点时这段时间内曲轴 所转过的角度。
点火过迟:使发动机功率下降,油耗增加。
点火过早:使功率下降,还容易产生爆震。
发动机的最佳点火提前角,不仅要使发动机的动力性、经济性最佳,还应使有害排放物 最少。
Note: 最佳点火提前角的控制策略 起动期间:固定值 起动后 A:基本点火提前角的控制:由转速和负荷确定 B:点火提前角的修正: a 部分负荷工况根据冷却水温、进气温度和节气门位置等信号进行修正。
b 满负荷工况要特别小心控制点火提前角,以免产生爆震。
c 最大和最小提前角的控制: 微处理器计算的点火提前角必须控制在一定范围内, 否 则发动机很难正常运转。
闭合角控制 闭合角是沿用了传统点火系的概念。
在电子控制的点火系统中是指初级电路接通的时间。
点 火线圈的次级电压是和初级电路断开时的初级电流成正比。
通电时间短时,初级电流小,会 使感应的次级电压偏低,容易造成失火。
初级电流大,对点火有利;但通电时间过长,会使 点火线圈发热,甚至烧坏,还会使能耗增大。
因此要控制一个最佳通电时间。
蓄电池电压下降时, 在相同的通电时间里初级电流能达到的值会变小。
因此必须对通电 时间修正。
爆震控制 汽车发动机利用电火花将混合气点燃, 并以火焰传播方式使混合气燃烧。
如果在传播过程中, 火焰还未到达时,局部地区混合气自行着火燃烧,使气流运动速度加快,缸内压力、温度迅 速增加,造成瞬时爆燃,这种现象称为爆震。
爆震会使气体强烈振动,产生噪音;也会使火花塞、燃烧室、活塞等机件过热,严重情况会 使发动机损坏。
在发动机结构参数已确定的情况下, 采用推迟点火提前角是消除爆震既有效又简单的措 施之一。
装有爆震传感器的发动机能检测爆震界限, 通过电子控制单元将点火时刻调到接近爆震 极限的位置,从而改善了发动机的性能。
当发动机出现爆震时,ECU 根据爆震程度,推迟点火时刻,爆震程度大的,不仅推迟 的角度大, 而且是先快后慢, 直到爆震消失为止。
为了保证良好的发动机性能, 爆震消失后, 又将点火提前角逐步加大,增加的速率也分为快、慢两种。
当发动机再次出现爆震时,点火 提前角再次推迟。
通常点火提前角推迟的速率要大于点火提前角增加的速率。
废气再循环控制 EGR 率,如图常用 EGR 率表示 EGR 的控制量。
它用进入气缸的混合气中废气的比例表示。
EGR 率与发 动机动力性、经济性和排放性能有关。
EGR 率增加过大时,使燃烧速度太慢,燃烧变得不稳定,失火率增加,使 HC 也会增 加; EGR 率过小, NOx 排放达不到法规要求, 易产生爆震, 发动机过热等现象。
因此 EGR 率必须根据发动机工况要求进行控制。
EGR 控制系统中,EGR 阀是关键部件。
不同的 EGR 率是通过 EGR 阀的调节来实现的。
电控发动机中广泛采用电子控制 EGR 阀方法。
直线型 EGR 阀是由 ECU 控制针阀位置,调节从排气进入进气歧管孔口的大小,精确 地控制 EGR 率。
EGR 工作期间通过监测针阀位置反馈信号控制针阀位置。
并根据冷却水温度、 节气门 位置和进气流量控制 EGR 针阀的位置。
EGR 的控制策略: 增加 EGR 率可以使 NOx 排出物降低,但同时会 HC 排出物和燃油消耗增加。
因此在各种 工况采用的 EGR 率必须是对动力性、经济性和排放性能的综合考虑。
试验结果说明:当 EGR 率小于 10%时,燃油消耗量基本上不增加,当 EGR 率大于 20%时,发动机燃烧 不稳定,工作粗暴,HC 排放物将增加 10%。
因此通常将 EGR 率控制在 10%~20%范围内较合适。
随着负荷增加 EGR 率允许值也增加(如下图阴影部分)。
A:怠速和低负荷时,NOx 排放浓度低,为了保证稳定燃烧,不进行 EGR。
B:只有热态下进行 E GR。
发动机温度低时,NOx 排放浓度也较低,为了保证正常燃烧,冷机时不进 EGR。
C:大负荷、高速时,为了保证发动机有较好的动力性,此时混合气较浓,NOx 排放生成物较少,可不 进行 EGR 或减少 EGR 率。
D:废气再循环量对 NOx 排放和油耗的影响还受到空燃比、点火提前角等因素的影响。
因此在 EGR 率进 行控制时,同时对点火等进行综合控制,就能得到较好的发动机性能。
燃油挥发的控制 为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽,电控发动机普遍采用了碳罐,油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳 罐中的活性碳所吸附,当发动机运转时,依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。
电子控制单元 根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到燃油蒸汽的控制。
采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的碳氢化合物和节约燃料。
5、EFI 的发展趋势 缸内直喷汽油发动机 采用电控缸内直接喷射方法,在火花塞附近供给浓混合气,以利着火;在其它区域供给稀混合气,进行分 段喷油。
达到分层燃烧的目的。
据报导空燃比为 30 时,仍可燃烧。
此种方法可节约燃料三分之一以上。
为了减少稀燃时的 NOx,在排气系统中安装了两只温度传感器、两只氧传感器和两级催化转化器。
带有在集成诊断系统 OBD II 的发动机管理系统。