汽車(chē)修理工技能知識(shí)：控制系統(tǒng)——噴油控制
噴油控制包括噴油正時(shí)的控制和噴油量的控制
—、噴油正時(shí)的控制
根據(jù)燃油噴射時(shí)序的不同，可分為同時(shí)噴射、分組噴射和順序噴射3種噴射方式。
1.同時(shí)噴射的控制
同時(shí)噴射就是各缸噴油器同時(shí)噴油，其控制電路如圖2-5-12a)所示，各缸噴油器并聯(lián)在一起，各噴油器電磁線圈電流由一只功率三極管VT驅(qū)動(dòng)控制。
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器輸入的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)出噴油指令，控制功率三極管VT導(dǎo)通或截止，再由功率三極管控制噴油器電磁線圈電流接通或切斷，使各缸噴油器同時(shí)噴油或停止噴油。曲軸每轉(zhuǎn)一圈，各缸噴油器同時(shí)噴油一次，噴油器控制信號(hào)波形如圖2-5-12b)所示。由于各缸同時(shí)噴油，因此噴油正時(shí)與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣工作循環(huán)無(wú)關(guān)，如圖2-5-12c)所示。各缸噴油器同時(shí)噴油的優(yōu)點(diǎn)是控制電路和控制程序簡(jiǎn)單，且通過(guò)性較好。其缺點(diǎn)是各缸噴油時(shí)刻不可能最佳。此種同時(shí)噴射系統(tǒng)現(xiàn)代汽車(chē)已很少采用。
2.分組噴射的控制
分組噴射就是將噴油器噴油分組進(jìn)行控制，一般將四缸發(fā)動(dòng)機(jī)分成兩組，六缸發(fā)動(dòng)機(jī)分成三組，八缸發(fā)動(dòng)機(jī)分成四組，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)分組噴射控制電路如圖2-5-13a)所示。
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制各組噴油器輪流噴油。發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，只有一組噴油器噴油，每組噴油器噴油時(shí)連續(xù)噴射1～2次，噴油正時(shí)關(guān)系如圖2-5-13b)所示。
3.順序噴射的控制
順序噴射就是各缸噴油器按照一定的順序噴油。由于各缸噴油器獨(dú)立噴油，因此也叫獨(dú)立噴射，控制電路如圖2-5-14a)所示。
在順序噴射系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作一個(gè)循環(huán)，各缸噴油器輪流噴油一次，且像點(diǎn)火系統(tǒng)跳火一樣，按照特定的順序依次進(jìn)行噴射。實(shí)現(xiàn)順序噴射的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是需要知道活塞即將到達(dá)排氣上止點(diǎn)的是那一個(gè)汽缸。為此，在順序噴射系統(tǒng)中，ECU需要一個(gè)汽缸判別信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)曲軸的位置信號(hào)和判缸信號(hào)，確定出是哪一個(gè)汽缸的活塞運(yùn)行至排氣上止點(diǎn)前某一角度時(shí)，發(fā)出噴油控制指令，
接通該缸噴油器電磁線圈電流，使噴油器開(kāi)始噴油。順序噴射的優(yōu)點(diǎn)是各缸噴油時(shí)刻均可設(shè)計(jì)在最佳時(shí)刻，燃油霧化質(zhì)量好，有利于提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低廢氣的排放量。其缺點(diǎn)是控制電路和控制軟件比較復(fù)雜，然而對(duì)現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)來(lái)，實(shí)現(xiàn)順序噴射控制是一件十分容易的事情，因此現(xiàn)代汽車(chē)普遍采用。在順序噴射系統(tǒng)中，噴油順序與點(diǎn)火順序同步，點(diǎn)火時(shí)刻在壓縮上止點(diǎn)前開(kāi)始，噴油時(shí)刻在排氣上止點(diǎn)前開(kāi)始。各缸噴油器分別由微機(jī)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)回路數(shù)與汽缸數(shù)相等，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU按順序控制功率三極管導(dǎo)通或截止，當(dāng)功率三極管導(dǎo)通時(shí)，噴油器電磁線圈通電，噴油器閥門(mén)開(kāi)啟噴油；當(dāng)功率三極管截止時(shí)，噴油器電磁線圈斷電，噴油器閥門(mén)關(guān)閉停止噴油。
二、噴油量的控制
發(fā)動(dòng)機(jī)工況不同，對(duì)混合氣濃度的要求也不同，特別是冷起動(dòng)、怠速、急加速、急減速特殊工況時(shí)，對(duì)混合氣濃度卻有特殊要求。因此，噴油量的控制大致可分為起動(dòng)控制、基本噴油量控制、加減速控制、怠速控制和空燃比反饋控制等。
1.起動(dòng)噴油量的控制
起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速很低(50r/min左右)且波動(dòng)較大，導(dǎo)致反映進(jìn)氣量的空氣流量信號(hào)或進(jìn)氣壓力信號(hào)誤差較大。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU不是以空氣流量傳感器信號(hào)或進(jìn)氣壓力信號(hào)作為計(jì)算噴油量的依據(jù)，而是按照預(yù)先設(shè)定的空燃比控制噴油。
當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通起動(dòng)擋位時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的啟動(dòng)端(STA)便接收到一個(gè)高電平信號(hào)，此時(shí)ECU再根據(jù)曲軸位置傳感器和節(jié)氣門(mén)位置傳感器信號(hào)判定是否處于起動(dòng)狀態(tài)。如果曲軸位置傳感器信號(hào)表明發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于300r/min,且節(jié)氣門(mén)位置傳感器信號(hào)表明節(jié)氣門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，則判定發(fā)動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)狀態(tài)，并控制運(yùn)行起動(dòng)程序。當(dāng)冷車(chē)起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度很低，噴入進(jìn)氣管的燃油不易蒸發(fā)，吸人汽缸內(nèi)的可燃混合氣濃度相對(duì)減小。為了保證具有足夠濃度的可燃混合氣，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU還要根據(jù)冷卻液溫度傳感器信號(hào)反映的溫度高低控制噴油器的噴油量，溫度越低噴油量越大，溫度越高噴油量越小，以使冷態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)能夠順利起動(dòng)。冷卻液溫度與噴油量的關(guān)系如圖2-5-16所示。
2.起動(dòng)后噴油量的控制
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度(℃)
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，噴油器的總噴油量由基本噴油量、噴油修正量和噴油增量3部分組成。
基本噴油量是在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下，即溫度為20℃,壓力為101kPa時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下，每個(gè)工作循環(huán)的進(jìn)氣量和設(shè)定的空燃比來(lái)確定的。由此可見(jiàn)，空氣流量計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和曲軸位置傳感器所提供的信號(hào)是決定基本噴油量的重要根據(jù)，其精度的高低將直接影響基本噴油量的多少，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。在空氣計(jì)量的方法中，采用不同的計(jì)量方式，其精確度有所不同。如D型燃油噴射系統(tǒng)中采用的是進(jìn)氣壓力傳感器，它是間接測(cè)量進(jìn)氣量，其測(cè)量精度最低；在L型燃油噴射系統(tǒng)中采用卡門(mén)旋渦式空氣流量計(jì)的方式是通過(guò)檢測(cè)進(jìn)氣量的體積來(lái)測(cè)量進(jìn)氣量多少，其測(cè)量精度較高；在L型燃油噴射系統(tǒng)中采用熱線式和熱膜式空氣流量計(jì)的方式是通過(guò)檢測(cè)進(jìn)氣質(zhì)量來(lái)測(cè)量進(jìn)氣量的多少，而它的測(cè)量精度高。
噴油修正量是根據(jù)進(jìn)氣溫度、大氣壓力、氧傳感器和電源電壓來(lái)進(jìn)行噴油量的修正。眾所周知，當(dāng)溫度升高時(shí)，空氣密度將減小，對(duì)于采用進(jìn)氣壓力傳感器和卡門(mén)旋渦式空氣流量計(jì)的燃油噴射系統(tǒng)，在相同的壓力或體積時(shí)，由于溫度的升高，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量將隨空氣溫度升高而減小，因此要適當(dāng)減少噴油量，反之應(yīng)適當(dāng)增加噴油量；當(dāng)汽車(chē)在高海拔地區(qū)行駛時(shí)，大氣壓力降低，空氣密度減小，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣體積相同的情況下，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量就會(huì)減少，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)大氣壓力傳感器提供的信號(hào)對(duì)噴油量進(jìn)行適當(dāng)修正；大氣壓力低時(shí)，適當(dāng)減少噴油量，大氣壓力高時(shí)適當(dāng)增加噴油量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的最稀理論空燃比佳動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。為了降低排氣中的有害成分，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比也要進(jìn)行修正，空燃比變化，其噴油量也相應(yīng)變化。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在小、中負(fù)荷工作時(shí)，其噴油量是按經(jīng)濟(jì)空燃比控制的；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速、大負(fù)荷工作時(shí)，為了獲得良大P好的動(dòng)力性，其噴油量是按濃混合氣控制的，即在閉環(huán)控C)制系統(tǒng)中按抵空燃比控制�？杖急鹊淖兓歉鶕�(jù)混合氣的逐漸變小小濃稀，氧傳感器提供的信號(hào)對(duì)空燃比進(jìn)行修正的。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接收到氧傳感器的信號(hào)電壓高于限制電平時(shí)，表明混合氣偏濃，空燃比偏小，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU將發(fā)出控制指令使空燃比反饋控制修正系數(shù)減小，減少噴油量，使混合氣逐漸變稀，空燃比逐漸增大到接近理論值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接收到氧傳感器的信號(hào)電壓低于限制電平時(shí)，表明混合氣偏稀，空燃比偏大，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU將發(fā)出控制指令使空燃比反饋控制修正系數(shù)增大，增加噴油量，使混合氣逐漸變濃，空燃比逐漸減小到接近理論值。電源電壓對(duì)噴油量也有影響，由于噴油器的電磁線圈為感性負(fù)載，當(dāng)噴油脈沖到來(lái)時(shí)，噴油器電磁線圈中的電流不會(huì)突然增大而是按指數(shù)規(guī)律逐漸增大，因此噴油器閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉都將滯后一定的時(shí)間，電源電壓的高低對(duì)噴油器開(kāi)啟滯后時(shí)間影響較大，電壓越低，開(kāi)啟滯后時(shí)間越長(zhǎng)。在噴油脈沖占空比相同的情況下，實(shí)際噴油量就會(huì)減少，為此根據(jù)電源電壓對(duì)噴油量設(shè)置修正量，也就是改變噴油量。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)電源電壓的高低(以14V電壓為基準(zhǔn)),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU檢測(cè)到電源電壓低于14V時(shí)，將增大噴油脈沖的占空比，即增大修正系數(shù)，使噴油器的噴油時(shí)間增長(zhǎng)，增加噴油量；反之減小修正系數(shù)，使噴油器的噴油時(shí)間減少，減少噴油量。
噴油增量的控制根據(jù)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)、冷卻液溫度和節(jié)氣門(mén)位置等傳感器信號(hào)而進(jìn)行的。發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)后，由于低溫混合氣霧化不良，燃油在進(jìn)氣管上沉積而導(dǎo)致混合氣變稀，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至熄火，為此在起動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)，必須增加噴油量，使混合氣加濃，保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，噴油量修正系數(shù)與電源電壓的關(guān)系轉(zhuǎn)而不致熄火。
在冷車(chē)起動(dòng)后的暖機(jī)過(guò)程，其燃油增量的比例取決與冷卻液溫度傳感器測(cè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度，并隨發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高而逐漸減小。
當(dāng)汽車(chē)加速時(shí)，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠輸出足夠的轉(zhuǎn)矩，改善加速性能，必須增大噴油量。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)節(jié)氣門(mén)位置傳感器和空氣流量計(jì)提供的信號(hào)的變化速率，判定發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于加速工況。若處于加速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU將發(fā)出指令，增大噴油量，使混合氣加濃，保證有足夠的動(dòng)力進(jìn)行加速。燃油增量比例大小與加濃時(shí)間取決于加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度。冷卻液溫度越低，燃油增量比例越大，加濃時(shí)間越長(zhǎng)。
3.斷油控制
斷油控制是發(fā)動(dòng)機(jī)ECU在某些特殊工況下，中斷燃油噴射，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的特殊要求。斷油控制包括發(fā)動(dòng)機(jī)超速斷油控制、減速斷油控制和清除溢流控制等。
1)超速斷油控制
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速如果達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速時(shí)，由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)在高轉(zhuǎn)速時(shí)的離心力過(guò)大，有可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)“飛車(chē)"而損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，所以每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都有一個(gè)極限值(一般為6000r/min以上),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)容許的極限轉(zhuǎn)速時(shí)，為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU將強(qiáng)制噴油器中斷燃油的噴射。
在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，ECU隨時(shí)都將曲軸的位置傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與已固化在存儲(chǔ)器中的極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過(guò)極限轉(zhuǎn)速80～100r/min時(shí)，ECU就發(fā)出停止噴油指令，防止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，噴油器停止噴油后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至極限速度以下80～100r/min時(shí)，ECU控制噴油器恢復(fù)噴油。
2)減速斷油控制
當(dāng)汽車(chē)在高速行駛過(guò)程中由于某種原因需要減速時(shí)，首先將加速踏板松開(kāi)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)將在汽車(chē)慣性力的作用下高速旋轉(zhuǎn)。由于節(jié)氣門(mén)已經(jīng)關(guān)閉，進(jìn)入汽缸內(nèi)得空氣很少，如不停止噴油，混合氣將會(huì)很濃而導(dǎo)致燃燒不完全，排氣中有害氣體將急劇增加。減速斷油的控制過(guò)程如圖2-5-23所示，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)節(jié)氣門(mén)位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和冷卻液溫度傳感器的信號(hào)，判斷是否滿足以下3個(gè)減速斷油條件：①節(jié)氣門(mén)位置傳感器的怠速觸點(diǎn)閉合；②冷卻液溫度已到達(dá)正常溫度；③發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于某一轉(zhuǎn)速。當(dāng)3個(gè)條件全部滿足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)立即發(fā)出停止噴油的指令，使噴油器停止噴油。當(dāng)噴油停止，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到燃油恢復(fù)供油的轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出使噴油器恢復(fù)供油的信號(hào)，噴油器又恢復(fù)重新供燃油停供轉(zhuǎn)油。
3)消除淹缸控制
電噴式發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)噴射系統(tǒng)將供給發(fā)動(dòng)機(jī)很濃的混合氣，若多次起動(dòng)未能成功，那么淤積在汽缸內(nèi)的濃混合起就會(huì)浸濕火花塞，使其不能跳火而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。為此發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制噴油器在此種情況下停止噴油，以便排除汽缸內(nèi)的燃油蒸汽，使火花塞干燥，又恢復(fù)跳火的功能。電控噴射系統(tǒng)清除淹缸控制的條件是：①點(diǎn)火開(kāi)關(guān)處于起動(dòng)位置；②節(jié)氣門(mén)全開(kāi),③發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于500r/min。若滿足以上條件，電控噴射系統(tǒng)才能進(jìn)入清除淹缸控制。由此可見(jiàn)，在啟動(dòng)燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，不必踩下加速踏板，直接啟動(dòng)即可。
