汽車修理工技能知識：控制系統(tǒng)——噴油控制
噴油控制包括噴油正時的控制和噴油量的控制
—、噴油正時的控制
根據(jù)燃油噴射時序的不同，可分為同時噴射、分組噴射和順序噴射3種噴射方式。
1.同時噴射的控制
同時噴射就是各缸噴油器同時噴油，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)動控制。
發(fā)動機(jī)工作時，發(fā)動機(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，使各缸噴油器同時噴油或停止噴油。曲軸每轉(zhuǎn)一圈，各缸噴油器同時噴油一次，噴油器控制信號波形如圖2-5-12b)所示。由于各缸同時噴油，因此噴油正時與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣工作循環(huán)無關(guān)，如圖2-5-12c)所示。各缸噴油器同時噴油的優(yōu)點(diǎn)是控制電路和控制程序簡單，且通過性較好。其缺點(diǎn)是各缸噴油時刻不可能最佳。此種同時噴射系統(tǒng)現(xiàn)代汽車已很少采用。
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)動機(jī)分成兩組，六缸發(fā)動機(jī)分成三組，八缸發(fā)動機(jī)分成四組，四缸發(fā)動機(jī)分組噴射控制電路如圖2-5-13a)所示。
發(fā)動機(jī)工作時，由發(fā)動機(jī)ECU控制各組噴油器輪流噴油。發(fā)動機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，只有一組噴油器噴油，每組噴油器噴油時連續(xù)噴射1～2次，噴油正時關(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)動機(jī)工作一個循環(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)順序噴射的一個關(guān)鍵問題是需要知道活塞即將到達(dá)排氣上止點(diǎn)的是那一個汽缸。為此，在順序噴射系統(tǒng)中，ECU需要一個汽缸判別信號。發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)曲軸的位置信號和判缸信號，確定出是哪一個汽缸的活塞運(yùn)行至排氣上止點(diǎn)前某一角度時，發(fā)出噴油控制指令，
接通該缸噴油器電磁線圈電流，使噴油器開始噴油。順序噴射的優(yōu)點(diǎn)是各缸噴油時刻均可設(shè)計在最佳時刻，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，然而對現(xiàn)代汽車電子技術(shù)來，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)火時刻在壓縮上止點(diǎn)前開始，噴油時刻在排氣上止點(diǎn)前開始。各缸噴油器分別由微機(jī)進(jìn)行控制，驅(qū)動回路數(shù)與汽缸數(shù)相等，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動時，發(fā)動機(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，噴油器電磁線圈通電，噴油器閥門開啟噴油；當(dāng)功率三極管截止時，噴油器電磁線圈斷電，噴油器閥門關(guān)閉停止噴油。
二、噴油量的控制
發(fā)動機(jī)工況不同，對混合氣濃度的要求也不同，特別是冷起動、怠速、急加速、急減速特殊工況時，對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.起動噴油量的控制
起動發(fā)動機(jī)時，起動機(jī)帶動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速很低(50r/min左右)且波動較大，導(dǎo)致反映進(jìn)氣量的空氣流量信號或進(jìn)氣壓力信號誤差較大。因此，在發(fā)動機(jī)冷起動時，發(fā)動機(jī)ECU不是以空氣流量傳感器信號或進(jìn)氣壓力信號作為計算噴油量的依據(jù)，而是按照預(yù)先設(shè)定的空燃比控制噴油。
當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)接通起動擋位時，發(fā)動機(jī)ECU的啟動端(STA)便接收到一個高電平信號，此時ECU再根據(jù)曲軸位置傳感器和節(jié)氣門位置傳感器信號判定是否處于起動狀態(tài)。如果曲軸位置傳感器信號表明發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于300r/min,且節(jié)氣門位置傳感器信號表明節(jié)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)，則判定發(fā)動機(jī)處于起動狀態(tài)，并控制運(yùn)行起動程序。當(dāng)冷車起動時，發(fā)動機(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減小。為了保證具有足夠濃度的可燃混合氣，發(fā)動機(jī)ECU還要根據(jù)冷卻液溫度傳感器信號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)動機(jī)能夠順利起動。冷卻液溫度與噴油量的關(guān)系如圖2-5-16所示。
2.起動后噴油量的控制
發(fā)動機(jī)冷卻液溫度(℃)
發(fā)動機(jī)起動后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)時，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，根據(jù)發(fā)動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下，每個工作循環(huán)的進(jìn)氣量和設(shè)定的空燃比來確定的。由此可見，空氣流量計、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和曲軸位置傳感器所提供的信號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)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性。在空氣計量的方法中，采用不同的計量方式，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，它是間接測量進(jìn)氣量，其測量精度最低；在L型燃油噴射系統(tǒng)中采用卡門旋渦式空氣流量計的方式是通過檢測進(jìn)氣量的體積來測量進(jìn)氣量多少，其測量精度較高；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的方式是通過檢測進(jìn)氣質(zhì)量來測量進(jìn)氣量的多少，而它的測量精度高。
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進(jìn)行噴油量的修正。眾所周知，當(dāng)溫度升高時，空氣密度將減小，對于采用進(jìn)氣壓力傳感器和卡門旋渦式空氣流量計的燃油噴射系統(tǒng)，在相同的壓力或體積時，由于溫度的升高，進(jìn)入發(fā)動機(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)汽車在高海拔地區(qū)行駛時，大氣壓力降低，空氣密度減小，在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣體積相同的情況下，進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣質(zhì)量就會減少，發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)大氣壓力傳感器提供的信號對噴油量進(jìn)行適當(dāng)修正；大氣壓力低時，適當(dāng)減少噴油量，大氣壓力高時適當(dāng)增加噴油量，保證發(fā)動機(jī)的最稀理論空燃比佳動力性和經(jīng)濟(jì)性。為了降低排氣中的有害成分，對發(fā)動機(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)動機(jī)在小、中負(fù)荷工作時，其噴油量是按經(jīng)濟(jì)空燃比控制的；當(dāng)發(fā)動機(jī)在高速、大負(fù)荷工作時，為了獲得良大P好的動力性，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對空燃比進(jìn)行修正的。
當(dāng)發(fā)動機(jī)ECU接收到氧傳感器的信號電壓高于限制電平時，表明混合氣偏濃，空燃比偏小，發(fā)動機(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)動機(jī)ECU接收到氧傳感器的信號電壓低于限制電平時，表明混合氣偏稀，空燃比偏大，發(fā)動機(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)噴油脈沖到來時，噴油器電磁線圈中的電流不會突然增大而是按指數(shù)規(guī)律逐漸增大，因此噴油器閥門開啟和關(guān)閉都將滯后一定的時間，電源電壓的高低對噴油器開啟滯后時間影響較大，電壓越低，開啟滯后時間越長。在噴油脈沖占空比相同的情況下，實(shí)際噴油量就會減少，為此根據(jù)電源電壓對噴油量設(shè)置修正量，也就是改變噴油量。發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)電源電壓的高低(以14V電壓為基準(zhǔn)),當(dāng)發(fā)動機(jī)ECU檢測到電源電壓低于14V時，將增大噴油脈沖的占空比，即增大修正系數(shù)，使噴油器的噴油時間增長，增加噴油量；反之減小修正系數(shù)，使噴油器的噴油時間減少，減少噴油量。
噴油增量的控制根據(jù)點(diǎn)火開關(guān)信號、冷卻液溫度和節(jié)氣門位置等傳感器信號而進(jìn)行的。發(fā)動機(jī)冷起動后，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)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)甚至熄火，為此在起動后短時間內(nèi)，必須增加噴油量，使混合氣加濃，保證發(fā)動機(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。
在冷車起動后的暖機(jī)過程，其燃油增量的比例取決與冷卻液溫度傳感器測定的發(fā)動機(jī)的溫度，并隨發(fā)動機(jī)溫度升高而逐漸減小。
當(dāng)汽車加速時，為了保證發(fā)動機(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)動機(jī)運(yùn)行過程中，發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器和空氣流量計提供的信號的變化速率，判定發(fā)動機(jī)是否處于加速工況。若處于加速工況，發(fā)動機(jī)ECU將發(fā)出指令，增大噴油量，使混合氣加濃，保證有足夠的動力進(jìn)行加速。燃油增量比例大小與加濃時間取決于加速時發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度。冷卻液溫度越低，燃油增量比例越大，加濃時間越長。
3.斷油控制
斷油控制是發(fā)動機(jī)ECU在某些特殊工況下，中斷燃油噴射，以滿足發(fā)動機(jī)運(yùn)行的特殊要求。斷油控制包括發(fā)動機(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)動機(jī)轉(zhuǎn)速如果達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速時，由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)在高轉(zhuǎn)速時的離心力過大，有可能造成發(fā)動機(jī)“飛車"而損壞發(fā)動機(jī)，所以每臺發(fā)動機(jī)都有一個極限值(一般為6000r/min以上),當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過容許的極限轉(zhuǎn)速時，為了防止發(fā)動機(jī)損壞，發(fā)動機(jī)ECU將強(qiáng)制噴油器中斷燃油的噴射。
在發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中，ECU隨時都將曲軸的位置傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器測得的發(fā)動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與已固化在存儲器中的極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過極限轉(zhuǎn)速80～100r/min時，ECU就發(fā)出停止噴油指令，防止發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，噴油器停止噴油后，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降至極限速度以下80～100r/min時，ECU控制噴油器恢復(fù)噴油。
2)減速斷油控制
當(dāng)汽車在高速行駛過程中由于某種原因需要減速時，首先將加速踏板松開，此時發(fā)動機(jī)將在汽車慣性力的作用下高速旋轉(zhuǎn)。由于節(jié)氣門已經(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。減速斷油的控制過程如圖2-5-23所示，發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)節(jié)氣門位置、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和冷卻液溫度傳感器的信號，判斷是否滿足以下3個減速斷油條件：①節(jié)氣門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)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于某一轉(zhuǎn)速。當(dāng)3個條件全部滿足時，發(fā)動機(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)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低到燃油恢復(fù)供油的轉(zhuǎn)速時，發(fā)動機(jī)ECU發(fā)出使噴油器恢復(fù)供油的信號，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)動機(jī)在起動時噴射系統(tǒng)將供給發(fā)動機(jī)很濃的混合氣，若多次起動未能成功，那么淤積在汽缸內(nèi)的濃混合起就會浸濕火花塞，使其不能跳火而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)不能起動。為此發(fā)動機(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)火開關(guān)處于起動位置；②節(jié)氣門全開,③發(fā)動機(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，在啟動燃油噴射發(fā)動機(jī)時，不必踩下加速踏板，直接啟動即可。
