第1课汽油机燃油控制原理课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,车辆电子控制技术,讲授内容,：第二章 汽油机供油控制,（第,1,课）,车辆电子控制技术,课件,16 九月 2024,2,16 九月 2024,本章内容安排,第二章 汽油机供油控制,第,1,课 汽油机,供油,控制的基本原理,第,2,课 汽油机供油控制系统的基本组成,本章主要介绍：汽油发动机电子控制燃料喷射（,EFI,）系统的基本原理、方式、组成和功能，主要控制参数及其在特殊工况下的修正方法和特性,，,以及各个分系统主要元、器件的基本构造和工作原理。,3,16 九月 2024,一、汽油机燃料配供,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,三、喷油正时控制原理,四、喷油量控制原理,本节课的主要内容,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,4,16 九月 2024,为,使汽油发动机正常运转，必须为其提供连续的、特定数量的和具有特定混合比的燃料空气混合气，该过程称为,燃料供给,。燃料供给过程的质量在很大程度上决定着发动机的性能及其发挥。,燃料,配给由燃料供给系统完成。该,系统向,发动机提供特定浓度和数量的可燃混合气，进入气缸内燃烧。燃烧过程化学反应式为：,一、汽油机燃料配供,可燃混合气中的空气与燃油质量之比称作,空燃比,，其数值用,A/F,值表示。,理论上完全燃烧时相应的,A/F,值（约为,14.7,）称为,理论空燃比,。,但运行过程中由于受到发动机结构与工况变化等因素影响，混合气实际,A/F,值通常大于或小于理论值。,汽油发动机燃料供给系统控制指标为：适时提供特定数量与,A/F,值的可燃混合气,。,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,5,16 九月 2024,发动机,功率取决于工作循环过程中进入气缸内并完全燃烧的燃料数量。功率调节方式有两种类型：,1,),量,调节式,所谓,量调节式,是指：可燃混合气燃料与空气在进气系统中混合而成，每个工作循环进入气缸的混合气,A/F,值和数量均是变化的，进入气缸内的燃料数量由此而定,。,即,：通过改变混合气供给数量来调节发动机功率,。,化油器,式燃料供给系统就是按照量调节原理设计的,。,一、汽油机燃料配供,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,6,16 九月 2024,2,),质,调节式,所谓质调节式是指：每个工作循环由进气系统进入气缸的气体数量基本不变，且仅为纯空气，其混合气形成是在缸内完成的,。,即,：进入气缸的燃料数量取决于缸内形成的混合气的浓度（,A/F,值）,。,质,调节方式燃烧较为充分，热效率高，而且排气有害成分较少，是一种较为理想的功率调节方式,。,柴油机,的燃料供给方式就是典型的质调节方式,。,汽油机缸内直,喷属于质调节,一、汽油机燃料配供,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,7,16 九月 2024,1.,空燃比,对发动机性能的影响,1,),空燃比,对发动机动力性、经济性的影响,理论与实践均表明，当,A/F,约为,12.5,时，燃烧速度最快，发动机所产生的功率与扭矩最大，故发动机的动力性最好，所以又称其为,功率空燃比,；,当,空燃比约为,16,时，由于混合气较稀有利于燃料完全燃烧，故可降低发动机的油耗。因为，此时发动机的经济性最好，故又称其为,经济空燃比,。,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,8,16 九月 2024,2),空燃比,对发动机排放性能的影响,CO,和,HC,以理论空燃比为界，随着混合气变浓而逐渐,上升,在,空燃比略大于理论空燃比的区域内，,CO,及,HC,的浓度均比较低,。,由于,NO,X,是高温富氧的产物，故,在,理论空燃比的,区域,内,将出现最大值。,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,9,16 九月 2024,2.,发动机工况对混合气空燃比的要求,汽车,发动机的工作模式是变工况模式，即在车辆运行过程中，其工况（负荷和转速）在工作范围内是不断变化的，且在工况变化时，发动机对可燃混合气的空燃比要求差异较大。,1),稳定,工况对混合气的要求,发动机,的稳定工况是指发动机已完全预热，进入正常运转，且在一定时间内转速和负荷没有突然变化的,情况,.,可,分为怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷等几种。,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,10,16 九月 2024,(1),怠速和小负荷,工况,AB,线段,怠速工况,发动机对外无功率输出且以最低稳定转速运转。怠速工况下混合气燃烧所做的功只用于克服发动机内部的阻力，维持最低转速稳定运转。汽油机怠速转速一般为,300,1000r,min,。,怠速工况下节气门处于关闭状态。,此时吸入气缸内的可燃混合气数量极少，且汽油雾化蒸发不良，进气管中的真空度很高。,当进气门开启时，缸内压力仍高于进气管压力，结果导致气缸内的混合气废气率较大。因此，为保证混合气能正常燃烧，须供给小,A/F,值浓混合气，如图,3-2,中,A,处。,随着负荷的增加，节气门开度逐步增大而转入,小负荷工况,，此时吸入混合气的品质逐渐改善。所以小负荷工况对混合气成分的要求如图,3-2,中的,AB,线,段所示。即：,发动机在小负荷运行时，供给混合,气也应,加浓，但加浓的程度随负荷的增加而减小,。,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,11,16 九月 2024,(2),中等负荷,工况,BC,段,汽车发动机的大部分工作时间都处于中等负荷状态,。,节气门开度在,25%-75%,之间,此时,，节气门已有足够大的开度，上述影响因素已不复存在，因此可供给发动机较稀的混合气，以获得最佳的燃油经济性,。,这种,工况相当于图,3-2,中的,BC,段,，,A/F,约为,16,17,。,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,12,16 九月 2024,(3),大负荷和,全负荷工况,CD,段,节气,门开度已超过,3,4,，此时应随着节气门开度的开大而逐渐地加浓混合气以满足发动机功率的,要求,实际上节气门未全开时，如需获得更大的扭矩，只需进一步加大节气门开度即可实现，没有必要改变混合气,A/F,来提高功率，而应当继续使用经济混合气来达到省油的目的,。,因此,，在节气门全开之前所有的部分负荷工况都应按经济混合气配给。只是在,全负荷工况,时，节气门已经全开，此时为了获得该工况下的最大功率必须供给功率混合气，如图,3-2,中的,C,点,。,从,大,负荷,全负荷，,混合气的加浓也是逐渐变化的。,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,13,16 九月 2024,2,）过渡（非稳定）工况对混合气的要求,汽车,运行中过渡工况主要包括冷起动、暖机、加速和减速,等,4,种,状况，其典型特征就是在一定时间内，转速和负荷处于非稳定的工作状况，,(1,),冷起动：,冷,机起动时，燃料和进气温度均很低，汽油蒸发率很小，雾化不良。为了保证冷起动顺利，发动机要求供给很浓的混合气，以保证混合气中有足够的汽油蒸气。一般要求,A/F,达到,2:1,，才能保证在气缸内形成足够浓度的可燃混合气。,(2,),暖机：,冷,机起动后气缸开始点火作功，发动机温度逐渐上升，即为暖机。在暧机过程中，由于温度较低、燃油雾化较差，因此也需要较浓的混合气，而且随着温度增加而逐渐减小，直至达到正常工作温度。,（,3,）,加速：,发动机,加速是指负荷突然迅速增加的动态过程,。,“,附壁,”,现象,。,（,4,）减速：,当,汽车减速时,，进气管,壁,面汽油,蒸发气化,，造成,混合气过浓，严重时甚至熄火,。,对于,发动机燃料供给系统的关键要求是：,实时、连续、精确地控制混合气,A/F,，以满足发动机在变工况和条件下对混合气的要求,。,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,14,16 九月 2024,二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,15,16 九月 2024,定义：喷油正时是指喷油,正确的,时间,类型：同步喷射、异步喷射。,1.,同步,喷射,所谓,“,同步,”,意指喷射频率与曲轴运动状态（或活塞行程）同步，即喷油时刻与曲轴位置有严格对应关系，且最终喷油信号由曲轴位置传感器信号,触发。,同步喷射又分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种类型,。,三、喷油正时控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,16,16 九月 2024,（,1,）同时,喷射,将,所有喷油器并联共用一个喷油驱动回路,。,曲轴,每转一圈，喷油器同时喷射一次，即每工作循环喷油两次,。,同时喷射方式中所有喷油器同步动作,，喷油正时,与发动机工作循环无关，因此各缸喷射时刻不可能同时达到最佳，有可能造成各缸混合气的混合浓度不均匀,。,对,各活塞行程位置不需判定，喷射驱动回路通用性好，系统结构、控制电路和控制软件,均较,简单，目前基本被淘汰。,三、喷油正时控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,17,16 九月 2024,（,2,）分组,喷射,分组喷射喷油过程分组进行。如四缸发动机喷油器分成两组，由,ECU,控制交替喷射，每循环喷射一次或两次,。,其,喷油信号也是由曲轴位置传感器信号,触发,分组,喷射属于一种过度和简化性的技术，目前仍然拥有一定的实际运用范围,三、喷油正时控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,18,16 九月 2024,（,3,）顺序,喷射,顺序喷射（独立喷射）每循环各缸喷油器按照特定的顺序依次独立,喷射,1,次。,各,喷油器喷油过程分别由,ECU,单独控制。控制电路的特点是驱动回路与气缸数相同,。,顺序,喷油控制由,曲轴位置传感器,提供曲轴转角及活塞行程位置信号，,ECU,据此信号准确判定工作气缸位置与活塞行程，发出指令控制驱动电路使相应的喷油器喷油,。,喷射,时序与点火,顺序顺序,喷油可在各缸工作循环的最佳时刻进行，控制精度好，对混合气形成和,A/F,控制十分有利,，可提高,发动机各项,性能。,三、喷油正时控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,19,16 九月 2024,2.,异步喷射,喷油正时控制与曲轴,运动无任何相关关系，多属临时性的补充供油性,质。,（,1,）起动时异步喷油正时控制,起动,时，为改善起动性能，除同步喷油外，还增加一次异步喷油,在,起动开关（,STA,）处于接通状态时，,ECU,接收到第一个,G,信号后，接收到第一个,Ne,信号时，开始进行起动时的异步喷射,（,2,）加速时异步喷油正时控制,由,怠速过渡到起步时，为改善起步加速性能，,ECU,接受到,IDL,信号从接通到断开时，增加一次固定量的喷油,（,有些发动机）,ECU,接受到,IDL,信号从接通到断开后，检测到第一个,Ne,信号时，增加一次固定量的喷油,（,有些发动机）当节气门突然开启或进气量突然增加时（急加速），,增加喷油,三、喷油正时控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,20,16 九月 2024,当发动机工况和喷油系统结构确定后，每循环喷油量取决于由,ECU,控制的喷油器工作（喷射）持续时间,。,由于,ECU,发出的控制喷油持续时间的指令是脉冲型信号，该脉冲的工作宽度（简称,“,喷油脉宽,”,）就决定了喷油持续时间,。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,21,16 九月 2024,1.,起动,时的同步喷油量,控制,组成：基本,喷油,时间,+,进气温度修正,+,电压修正,（,1,）起动时的基本喷油时间,起动,时的基本喷油时间由,ECU,内存的冷却液温度,喷油时,间曲线确定,控制信号主要有：,点火,开关,STA,挡,THW,信号,转速,低于规定,值,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,22,16 九月 2024,1.,起动,时的同步喷油量,控制,（,2,）进气温度修正,根据,THA,信号修正喷油时间（,TA,）,延长或缩短，起动时进气温度低时延长，进气温度高时缩短,（,3,）电压,修正,实际,喷油时刻晚于,ECU,发出喷油指令时刻，会使喷油量不足,蓄电池,电压越低，喷油滞后时间越长，电压修正喷油时间（,TB,）越,长,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,23,16 九月 2024,2.,起动后的,同步喷油量控制,组成：,基本喷油量,+,修正喷油量,（,1,）起动后,的基本,喷油,量,1,）,D,型,EFI,中,起动,后基本喷油时间由,ECU,内存的基本喷油时间三维图,(,三元,MAP,图,),确定,控制信号,：,Ne,信号（转速）和,PIM,信号（进气管压力）,2,）,L,型,EFI,中,起动,后基本喷油时间由,ECU,内存的实现既定空燃比（理论空燃比,14.7:1,）所需的喷射时间确定,控制信号,：,Ne,信号（转速）和,Vs,信号（空气流量计,）,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,24,16 九月 2024,（,2,）,起动后,的,修正喷油,量,1,),冷,起动后加浓修正,。,低温,导致的汽油雾化不良和附壁现象的存在,，会,造成实际混合气,A/F,较大。必须在基于理想,A/F,配给的基础上增加喷油,量。,ECU,对冷起动后加浓修正按以下程序处理：, 根据发动机工作温度确定起动后加浓修正系数的,初始值；, 发动机完成爆发后，每隔一定时间，对起动后燃油加浓修正系数进行,衰减。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,25,16 九月 2024,2),暖机燃油加浓修正,冷车起动后即进入暖机阶段。暖机时加浓修正的目的是补偿冷态时汽油气化不足而导致的实际供油数量的不足，如图,3-12,所示，发动机启动运转之后，机件温度和冷却液温度会不断上升，修正系数随发动机工作温度的上升而逐渐衰减。,起动,后燃油加浓修正与暖机加浓修正同时开始。不同之处在于：起动后燃油加浓修正在发动机完成爆发后数十秒内即告结束，,而暖机加浓修正过程将一直持续到冷却液温度达到规定值为止,。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,26,16 九月 2024,3,）高温起动燃油加浓修正,夏天,汽车长时间高速行驶之后熄火后的,10,30,分钟内再起动，一般应进行高温燃油加浓修正。,汽车高速行驶时，由于风冷作用，汽油温度通常不会太高（约,50,）。如此时熄火发动机将成为热源，使燃油总管和喷油器内的温度上升至,80,100,，出现,沸腾现象,产生,汽油蒸气,，致使喷油器喷射工作过程中的实际燃油喷射量较计算值减少，造成,A/F,值偏大。为此而采用高温起动燃油加浓修正措施，一般当发动机工作温度上升到某一设定值（如,100,）以上时才进行，修正值范围与变化规律如图,3-13,所示。,有,的发动机在进行高温起动燃油加浓修正时，不是检测,发动机工作温度,信号，而是直接检测燃油总管内的,汽油温度传感器,发出的汽油温度信号，再根据其值确定高温燃油加浓修正的,范围,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,27,16 九月 2024,4),加速燃油修正,燃料附壁效应,：进气系统压力越高或附着部位表面的温度越低，附壁燃油汽化速度越慢，附壁燃料数量越多。,加速时节气门突然开大，进气系统压力骤增，附壁燃油数量增加，造成实际供给燃油量相对不足，致使实际,A/F,大于目标值。,考虑压力与温度的共同影响，燃油修正系数,F,AC,应由两部分组成，即：,F,AC,=F,DL1,F,TH1,式中：,F,DL1,负荷变化率修正系数；,F,TH1,冷却液温度修正系数,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,28,16 九月 2024,5,）减速,燃油,修正,减速,时节气门开度减小，进气系统压力降低，,附壁汽油加速汽化,，因此与加速工况恰恰相反，这时混合气的浓度显然会变稀,。,同样,考虑进气系统压力与发动机工作温度的影响，减速燃油修正系数,F,DC,应为：,F,DC,= -F,DL2,F,TH2,F,DL2,发动机负荷率变化的修正系数；,F,TH2,冷却液温度修正系数。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,29,16 九月 2024,6),急,加速时异步,喷射,上述,是同步喷射模式的燃油供应量修正。但急加速工况突然增大的负荷使燃油供给产生滞后现象。为确保急加速工况发动机反应灵敏，过度迅捷，须实施,临时性异步燃油增量喷射,。,从图,3-18,可以看出急加速时节气门开度、吸入空气质量与活塞行程的对应关系。图中,G,a1,为加速初始时测定的空气质量流量，,T,A,为依据目标,A/F,和,G,a1,确定的同步喷射脉宽。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,30,16 九月 2024,异步,喷射量的是根据发动机的节气门开度变化率的来确定,。,假设,节气门初始开度用,T,HA,表示，以,10-20ms,内的,T,HA,变化量,T,HA,为依据，确定异步喷射量,。,如,图,3-19,所示，节气门开度变化量,T,HA,越大，吸入的空气质量增量越大，所需的异步喷射油量也就越大。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,31,16 九月 2024,7,）大,负荷、高转速稳定工况燃油增量修正,当,汽车在大负荷、高速度行驶时，应追求发动机的动力性,。,控制系统,应根据负荷与转速信号，将,A/F,控制中心设定在与扭矩峰值相对应的,12.5,处，并实施时开环控制，以提高发动机动力性。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,32,16 九月 2024,8,）空,然比（,A/F,）反馈控制修正,为,充分利用三元催化反应器净化排气，必须将混合气,A/F,控制在理论值附近，才能使,CO,、,HC,的氧化作用与,NOx,的还原作用同时、有效地进行,。,为此,须提高,A/F,的控制精度，使其尽可能收敛于以理论值（,14.7,）为中心的非常狭窄的理想状态范围内，以获得催化反应器的最佳净化效果。,必须,借助氧传感器进行,反馈控制，才能,达到此目的,。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,33,16 九月 2024,EFI,系统利用氧传感器输出信号电压在,A/F =14.7,时发生临界跃变的特征，将其与基准电压（,4.5V,）进行比较，即可判定适时混合气,A/F,值并以此进行反馈控制,。,如果,氧传感器输出信号电压大于基准电压，则判定,A/F,过小，进而减小喷油脉宽,；,反之,则增大喷油脉宽,。,A/F,反馈控制的实质就是通过氧传感器信号使,A/F,回归理论值的控制,。,闭环控制系统反馈控制过程需经过一定时间，才能使,A/F,稳定收敛于理论值附近。该时间段包括混合气从进入气缸直至废气到达氧传感器，以及氧传感器的响应时间等,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,34,16 九月 2024,反馈控制,的实施,条件：通常,在下述的情况中，反馈控制将自动解除：,发动机,起动与暧机时；,起动,后燃油增量修正（加浓）时；,节气,门全开（大负荷、高转速）时；,发动机,处于非稳定工况（加、减速）时；,燃油,中断停供油时；,氧传感器,检测的,A/F,信号过小且持续时间大于规定值（如,10,秒以上）时；,氧传感器,检测的,A/F,信号过大且持续时间大于规定值（如,4,秒以上）时；,此外，由于氧传感器在,400,温度以下不会产生相应的电压信号，故反馈控制也不会发生作用。当开环控制时，令其修正值等于,1,，而闭环控制时，其值在,0.8,1.2,范围内变化。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,35,16 九月 2024,9,）学习,空燃比控制修正,特定发动机各种工况下的基本喷射时间标准数据可根据计算机,ROM/MAP,中存储的理论值数据得出。,但实际运行中由于发动机各子系统性能的劣化，将增大实际,A/F,相对于理论值的偏离。,虽然反馈修正可以修正该偏差，但修正范围有限（一般为,0.8-1.2,）。,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,36,16 九月 2024,学习控制基本过程分为三个阶段：,1,),求,出实际,A/F,值与理论值的偏离量；,2,),求,出适时,A/F,偏离的学习修正值并由,ROM/MAP,可靠保存；,3,),将,适时学习修正值与各修正系数综合，对喷射时间实施以总体,修正,四、喷油量控制原理,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,37,16 九月 2024,介绍了汽油机,燃料配,供方式（量调节、质调节）,分析了汽油机,工作过程对可燃混合气的,要求（不同工况）,论述了喷油正时控制原理（同步喷射、异步喷射）,介绍了起动时喷油,量,控制原理,介绍了,起动后喷油,量,控制原理（基本喷油量,+,修正喷油量）,小结,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,38,思考题,16 九月 2024,名词解释：空燃比、理论空燃比、功率空燃比、经济空燃比、发动机稳定工况、发动机过渡工况（非稳定工况）、同步喷射、异步喷射、同时喷射、分组喷射、顺序喷射、喷油脉宽、开环控制、闭环控制、反馈控制,起动时喷油量是怎样控制的？,起动后喷油量是怎样控制的？,起动后喷油量的修正值有哪些？,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,39,16 九月 2024,本节课内容结束,下一讲,第,2,课 汽油机供油控制系统的基本组成,第,1,课 汽油机供油控制的基本原理,第二章 汽油机,供油控制,