燃油泵电路与喷油器电路控制原理

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燃油泵电路与喷油器电路控制原理
电喷（电控燃油喷射EFI）发动机的形式较多，若按进气检测方式来分，主要分为两大类。一种是进气歧管压力检测式喷射装置，也称为D型喷射系统。它是由安装在进气歧管内的进气压力传感器完成对进气压力的检测，是一种速度密度的检测方式。另一种是进气流量检测式喷射装置，也称为L型喷射系统。它是由安装在进气歧管前端的进气流量传感器（有叶片式、卡门旋涡式、热线式及热膜式）完成对进气流量的检测，是一种质量流量检测方式。D型喷射系统与L型喷射系统的燃油泵的控制原理是不一样的。
1 燃油泵的控制
    燃油泵的工作有2种控制方式。一是工作时的控制。为了保证车辆的安全，只有在发动机运转送来相应的信号旧寸，燃油泵才工作。二是转速的控制。在发动机高速和低速运转时，燃油泵也相应的有高速和低速运转2种工作方式。
    1.1燃油泵工作时的控制原理
    a. D型燃油喷射系统燃油泵工作的控制原理（图1）闭合点火开关，发动机起动时，主继电器线圈得电后，其触点闭合，接通燃油泵继电器电源。随后燃油泵继电器内主线圈L1得电，其触点也闭合，这时燃油泵开始工作。发动机工作后，分电器内的转速传感器送出转速信号Ne到发动机电子控制器（ECU），使其内部的三极管导通。这时燃油泵继电器内的线圈L2 经三极管到搭铁构成电流回路。线圈L2产生磁力将保持燃油泵继电器的触点可靠闭合。当发动机熄火时，分电器送来的转速信号Ne消失，ECU内的三极管截止，线圈L2失电，燃油泵继电器的触点断开，燃油泵停止工作。这种控制燃油泵工作的特点是只有在发动机运转、分电器送来发动机的转速信号到ECU时，燃油泵才工作。

   


b. L型燃油喷射系统燃油泵工作的控制原理（图2）闭合点火开关，起动发动机时，主继电器的线圈得电，其触点闭合，接通燃油泵继电器工作的电源。随后燃油泵继电器的主线圈L1得电，其触点也闭合，这时燃油泵开始工作。发动机起动后，流量传感器在进气（空气）气流的驱动下，其叶片转动，使触点K闭合，接通燃油泵继电器线圈L2的电路，L2产生的磁力将使燃油泵继电器的触点可靠地闭合。发动机停止工作时，由于进气（空气）气流的消失，进气流量传感器内的触点K断开，线圈L2失电，使燃油泵继电器的触点也断开，燃油泵停止工作。这种控制燃油泵工作的特点是只有在发动机运转时，流量传感器的触点K在进气的作用下闭合后，燃油泵须接通电路才得以工作。因此，触点K也称为燃油泵开关。
   


    1.2燃油泵转速的控制
    为了适应发动机在高速大负荷和低速小负荷时对供油量不同的需要，减少燃油泵不必要的机械磨损，电喷发动机均设有燃油泵转速控制电路。其主要控制方式有以下2种。
    a.电阻降压式图3是燃油泵转速电阻降压式控制电路，它增加了一个燃油泵转速控制继电器和一个降压电阻。
   

其工作原理是：闭合点火开关，发动机运转后，燃油泵开关K闭合，燃油泵开始供油。在发动机低转速小负荷工况时，电子控制器ECU根据检测到的发动机工况，使其内部的三极管导通，接通燃油泵转速控制继电器线圈电路。继电器的触点K2闭合，将降压电阻接入燃油泵电路中，使燃油泵低速运转，减少泵油量。在发动机高转速、大负荷工作的情况下，ECU检测到发动机工况后，使其内部的三极管截止，切断燃油泵转速控制继电器线圈的电路。燃油泵转速控制继电器的触点K2断开、K1闭合，短接降压电阻，使燃油泵高速运转，增加泵油量。
    b.专用燃油泵电子控制器（ECU）的控制方式图4是专用燃油泵ECU控制燃油泵转速的控制电路。
   


    其工作原理是：燃油泵ECU控制方式受命于发动机ECU的指令，然后再控制燃油泵的转速。在发动机低转速小负荷的工况下，发动机ECU的FPC端向燃油泵ECU的FPC端送人一个低电平信号 ,使然油泵ECU的FPC端输出一个较低的电压（9V左右）给燃油泵，燃油泵低速运转，减小泵油量。当发动机处于高转速大负荷的工况下，发动机ECU的FPC端向燃油泵ECU的FPC端送人一个较高的电平信号，使燃油泵高速运转增加泵油量。当发动机处于最低转速（120 r/min ）时，发动机ECU判断为要熄火停机状态，令燃油泵ECU停止燃油泵的工作。
2 喷油器的控制电路
    电喷发动机喷油器何时喷油，以及喷油量的大小是由发动机ECU根据各传感器送来的信号，以及信号的大小来进行控制的，见图5。
   


    电喷发动机的喷油控制主要有冷起动时，的喷油控制，工作时的喷油方式，喷油器的驱动方式。 2.1 冷起动时的喷油控制
    由于发动机在冷起动时，燃料雾化性能差，必须要加浓混合气，因此要加大喷油量。冷起动喷油控制电路主要有以下2种。
    a.由冷起动定时开关控制的冷起动喷油电路的工作原理（图6）闭合点火开关，发动机冷起动时，冷起动喷油器的线圈经冷起动定时开关的触点（冷态时闭合）得电，开始喷油。同时冷起动定时开关的加热线圈也得电，开始加热其上的热敏双金属片。热敏双金属片经过一段时间加热后变形，使触点断开，切断冷起动喷油器的电路，使其停止工作。冷起动喷油器的喷油时间取决于冷起动定时开关触点的闭合时间，触点闭合时间长，喷油时间长，反之亦反。冷起动定时开关的外形及工作原理类似于常规车辆上的水温传感器，它直接感受发动机水温的高低。发动机起动后，水温上升，冷起动定时开关中的热敏双金属片在加热线圈电流的热效应和外界温度（水温）的共同作用下，其变形更快，使触点提前断开，冷起动喷油器提前停止工作。当发动机水温上升达到冷起动定时开关的设定值时，触点将呈常开状态，冷起动喷油器完全停止喷油。此种冷起喷油电路不受发动机ECU的控制，是一种完全独立的装置。
   


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b.由发动机ECU控制的冷起动喷油电路的工作原理（图7）闭合点火开关，主继电器线圈得电，其触点闭合，接通发动机ECU的电源。同时冷起动喷油器的线圈经冷起动定时开关得电开始喷油。在发动机温度很低时，由发动机ECU和冷起动定时开关共同控制冷起动喷油器的喷油。当发动机的水温上升到一定时，冷起动喷油器不受冷起动定时开关的控制，而由发动机ECU控制。当发动机的水温达到暖机状态时，发动机ECU根据水温传感器送来的信号，指令冷起动喷油器停止喷油。
   


    2.2喷油器的喷射方式
    按喷油器安装的位置和喷油器的数量来分，有安装在进气总管采用1只（或2只）喷油器的单点喷射（SPI）方式。这种喷射方式混合气是在进气管内形成（类似于传统的化油器的工作方式），因此，它存在着各气缸的混合气分配不均匀，发动机的动力性和经济性差，以及发动机废气中的CO、HC、NOx含量高。但它结构简单，控制容易（不需要判缸信号），故仍有应用。现代多数电喷发动机采用多点喷射（MPI）方式，它是在每一个气缸的进气歧管处安装一只喷油器。因此，各缸的混合气分配较均匀，发动机的动力性和经济性得以提高，故应用较广。这种多点喷射方式中又分为同步喷射和异步喷射两种。同步喷射是与发动机曲轴的转角同步，即在曲轴的定位角时刻喷油。而异步喷射与发动机的曲轴转角无关。
    在多点喷射的同步喷射方式中按喷油时序的不同，又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射3种。
    a.同时喷射图8是一个4缸发动机同时喷射的控制电路。
   


    这种同时喷射的特点是：各缸的喷油器并联连接，由曲轴位置传感器送来基准喷油信号，发动机ECU中的三极管导通时，各缸的喷油器同时喷油，三极管截止时喷油器同时停止喷油。四行程发动机曲轴每旋转一周（360°），各缸同时喷油一次，发动机一个工作循环内（720°）喷油两次。这种早期应用的同时喷射的缺点是各缸的喷油时刻不是很准确，因此，各缸的混合气形成也不是很均匀，因而影响发动机的动力性和经济性。但它的优点是电路简单，不需要判缸信号，几故仍有应用。
    b.分组喷射图9是一个4缸发动机分组喷射的控制电路。
   


    这种分组喷射的特点是：对于4缸发动机来说，把气缸分为两组，每一组的喷油器并联工作。发动机每旋转两周一个工作循环内（720°）， ECU中的三极管各导通一次，使两组喷射器各喷油一次。即发动机每转一周，有一组喷油器喷油一次。这种分组喷射比同时喷射在喷油准时和各缸的燃料分配等性能上有所提高。
c.顺序喷射图10是一个4缸发动机顺序喷射的控制电路。
   

这种顺序喷射的特点是：发动机ECU分别控制各缸的喷油器工作，并按各缸的点火顺序来进行喷油。四行程发动机工作循环中有2个活塞同时到达上止点的位置，喷油应在排气行程气缸活塞的上止点前进行。因此，喷油前首先要解决喷油缸序和喷油正时的2个问题。发动机ECU根据曲轴位置传感器送来的发动机曲轴位置信号，通过计算．知道有2个气缸的活塞己运行到上止点位置，但它不清楚是处于压缩行程气缸的活塞，还是处于排气行程气缸的活塞。即喷油的正时信号有了，但还缺少一个判缸（喷油缸序）信号。判缸信号是由安装在分电器内的同步信号传感器产生的。它送人发动机ECU后，由ECU通过计、算就可分辨出同时到达上止点位置的2个气缸中的哪一个缸的活塞是处于排气行程。这时发动机ECU再结合曲轴位置传感器送人的喷油正时信号，发出正确的喷油指令。
    这种多点喷射中的顺序喷射比同时喷射和分组喷射效果都好。各缸的燃料分配均匀，喷油时间准确，能提高发动机的动力性和经济性，同时还能减少发动机的排污。缺点是它的控制电路较为复杂，需要判缸和正时2个信号，两者缺一发动机将不可起动。目前顺序喷射在电喷发动机中得到了广泛的应用。
    为了适应现代发动机工作的需要和适应环保的需要，电喷发动机中采用一种更新的缸内喷射方式。它是在每一个气缸的缸盖上安装一个喷油器，也称作直喷方式（DI）。工作原理与上述多点喷射方式相似，它是电喷发动机的发展趋势。   
    2.3喷油器的驱动控制电路
    喷油器有高阻和低阻（线圈电阻）之分，所以，其驱动控制电路也有电流和电压驱动2种形式。电流驱动型电路只能用于低阻型（0.5～3Ω）的喷油器。电压驱动型电路既适用于高阻型（12～17Ω）的喷油器，又适用于串有附加电阻的低阻型喷油器。
    a．电压驱动型控制电路（图11）喷油器工作时由于自身线圈存在着自感，造成电流上升慢实际喷油时要滞后一段时间。为了解决此问题，应尽量减少喷油器线圈的匝数，以减小自感。但是，为了防止过大的电流烧坏喷油器的线圈，因此，必须采用串接附加电阻的方法进行解决。电压驱动型电路简单，适用于高阻型喷油器，也适用于串有附加电阻的低阻型喷油器。主要缺点是动态范围小，小流量喷油效果差，喷油器的线圈容易发热，从而影响寿命。
   


b.电流驱动型控制电路（图12）为了改善电压驱动型电路的不足，采用一种低内阻的（0.5～3Ω）喷油器。工作时，发动机ECU中的电流检测控制电路时刻监视着喷油器线圈中的电流大小。当流经喷油器线圈中的电流过大时，发动机ECU中的电流检测电阻上的电压降也大，电流检测控制电路自动减小电流值，以免喷油器的线圈烧坏，反之亦反。电流驱动型电路由于取消了附加电阻，喷油器的线圈直接电源，因此，电流上升率快，无效喷油时间短。但它的缺点是控制电路复杂，应用电路不如电压驱动型灵活，即只能用于低阻型（0.5～3Ω）的喷油器。

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