电喷发动机执行器故障检测与排除.docx
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1、 毕 业 论 文电喷发动机执行器故障检测与排除系 别 汽车工程系 专 业 汽车检测与维修技术 班 级 姓 名 张俊林 学 号 8 5 2 0 2014 2015 学年第一学期摘 要电控发动机的电子控制系统是一个精密而复杂的系统,构造和原理比较复杂,不同车型的电控燃油喷射系统往往有很大的差异,造成电控发动机不工作或工作不正常的原因可能是电子控制系统,也有可能是电子控制系统外其他部分的问题,而每一种故障现象都可能有多种故障原因,因此给故障的检查与排除带来一定的困难。如果我们能够遵循故障诊断的基本原则,掌握故障诊断的一些基本方法、步骤,对电控系统故障多发点和常见故障的诊断程序都有比较深刻的了解,那么
2、,就有可能准确而迅速地找出故障所在。本文介绍了电喷发动机执行器故障检测与排除的方法,研究了电喷发动机的喷油脉宽控制、点火提前角控制、怠速控制等的故障诊断及排除,并着重叙述了燃油喷射系统和控制点火系统的故障诊断及排除。 关键词:电喷、发动机、执行器、故障目录第1章 汽油喷射系统概述11.1 汽油发动机电控系统的基本组成及功用 1 1.2 电控汽油喷射系统分类21.3 电控汽油喷射发动机的优点6第2章 空气供给系统8 21空气供给系统的组成82.2 空气供给系统的主要零件8第3章燃油供给系构造与检修103.1电动燃油泵103.2 燃油滤清器133.3 喷油器15第4章 传感器检测204.1 发动机
3、冷却水温度传感器204.2 进气温度传感器214.3 节气门位置传感器224.4 空气流量计234.5 进气歧管绝对压力传感器264.6 氧传感器274.7 曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器294.8 爆震传感器304.9车速传感器31结论33参考文献3434第1章 汽油喷射系统概述目前所说的车用电控发动机实际上是电控内燃机,指电控汽油发动机和电控柴油发动机。电控汽油发动机的方案相对成熟,应用也比较广泛。近年来,电控柴油机的研究成果斐然。最早是在直列式柱塞泵上附加控制齿条或拉杆的位置电控装置;后来在分配泵上加上电控系统进行控制。高压喷射技术的发展,又开发出泵喷嘴、共轨式等电控柴油喷射系统,特别
4、是电控共轨式柴油喷射系统,能达到欧洲EEC的排放标准,其应用前景乐观。本章介绍电控汽油发动机的有关知识,电控柴油发动机部分见本书第五章。1.1 汽油发动机电控系统的基本组成及功用汽油发动机电控系统主要由空气供给系统、汽油供给系统和ECU组成。1空气供给系统空气供给系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。空气经空气过滤器、空气流量计(D系统无此装置)、节气门、进气总管、进气歧管进入各缸。一般行驶时,空气的流量由通道中的节气门来控制(节气门由油门踏板操作)。踩下油门踏板时,节气门打开,进入的空气量多。怠速时,节气门关闭,空气由旁通道通过。怠速转速的控制是由怠速调整螺钉和怠速空气调整器调整流经旁
5、通道的空气量来实现的。怠速空气调整器一般由ECU控制。在气温低发动机暖机时,怠速空气调整器的通路打开,以供给暖机时必须的空气量给进气歧管,此时,发动机转速较正常怠速高,称为快怠速。随着发动机冷却液温度升高,怠速空气调整器使旁通道开度逐渐减小,旁通空气量亦逐渐减小,发动机转速逐渐降低至正常怠速。2汽油供给系统汽油供给系统由汽油泵、汽油过滤器、汽油压力脉动减振器、喷油器、汽油压力调节器及供油总管等组成。汽油由汽油泵从油箱中泵出,经过汽油过滤器,除去杂质及水分后,再送至汽油脉动减振器,以减少其脉动。这样具有一定压力的汽油流至供油总管,再经各供油歧管送至各缸喷油器。喷油器根据ECU的喷油指令,开启喷油
6、阀,将适量的汽油喷于进气门前,待进气行程时,再将可燃混合气吸入气缸中。装在供油总管上的汽油压力调节器是用以调节系统油压的,目的在于保持喷油器内与进气歧管内的压力差为250kPa。此外,有些车辆在进气歧管上安装了一个冷起动喷油器,用于改善发动机低温起动性能,冷起动喷油器的喷油时间由热限时开关或者ECU控制。3电控系统 电子控制系统如图1-1所示。图1-1 电子控制系统电子控制系统的功用是根据各种传感器的信号,由计算机进行综合分析和外理,通过执行装置控制喷油量等,使发动机具有最佳性能。ECU根据空气流量计或进气歧管压力传感器和转速传感器的信号确定空气流量,再根据空燃比要求及进气量信号就可以确定每一
7、个循环的基本供油量。然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、冷却液温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正,最后确定某一工况下的最佳喷油量。通过控制车辆每一时刻的行驶情况,ECU将汽油喷射、发动机怠速、汽油泵控制在最佳状态,降低汽油消耗,减少尾气排放污染,同时又保障足够的动力性,这样就能大大提高发动机性能。控制发动机的基本方法是事先将各种工况下的最佳控制数值输入到控制模块ECU中。它通过传感器检测发动机状态,并根据传感器发回的信号从事先存储在控制模块中的数据里选择最优化值。它也会向执行器发出信号来控制其工作。1.2 电控汽油喷射系统分类汽油喷射技术从六、七十年代以来,得到长足的发展和广泛的
8、应用。欧、美、日的一些著名汽车公司都相继开发研制并实际应用了许多类型不同、档次各异的汽油喷射系统,即使是同一类型的汽油喷射系统,应用于不同汽车公司生产的汽车上又有不同的名称。因此,对于使用和维修人员来说,总觉得其品种繁多,有应接不暇的感觉。为此,我们不妨将现代汽油喷射系统按一定的方式分类归纳,以便有一个较全面的了解和认识。汽油喷射系统的分类方法有多种,下面介绍几种常用的分类方法。1按有无反馈分类1)开环控制该控制是指在发动机运行中,ECU检测发动机的各输入信号,并查出发动机ECU中固有的相应的控制参数,输出控制信号。它不检测控制结果,对控制结果的好坏不作分析和处理。2)闭环控制该控制是指ECU
9、控制的结果反馈给ECU,ECU再根据发动机实际运行状况决定控制量的增减。反馈控制的采用是为了有效地控制排放、降低污染、提高效率。例如:用氧传感器来检测排放废气中的氧浓度,ECU根据它的反馈信号就可以判断出混合气燃烧的完全程度,并及时调整供油量,达到最佳空燃比。2按喷油器安装部位分类电子控制汽油喷射系统可分为单点汽油喷射系统和多点汽油喷射系统。单点汽油喷射系统是指在节气阀体上安装一只或两只喷油器,向进气歧管中喷油形成汽油混合气,进气行程时,汽油混合气被吸入气缸内。这种喷射系统因喷油器位于节流阀上集中喷射,故又称节流阀喷射系统或集中喷射系统。如GM公司EFI系统、FORD公司CFI系统和Bosch
10、公司MONOJetronic系统等。多点汽油喷射系统是指在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器,喷油器适时喷油。空气和汽油在进气门附近形成混合气,这种喷射系统能较好地保证各缸混合气的均匀。如Bosch公司LJetronic系统、GM公司EFI系统和日产公司EGI系统、ECCS系统等。3按汽油的喷射方式分类1)缸内喷射该喷射方式是将汽油直接喷射到气缸内。因喷油器直接安装在发动机缸盖上,其本身必须能够承受燃气产生的高温、高压且受到发动机结构制约,目前这种型式的应用尚较少。2)进气管喷射该喷射方式是目前普遍采用的喷射方式。根据喷油器和安装位置的不同又可分为两种:一种是在进气管的集合部有12个喷油器的
11、单点节气门体喷射方式;另一种是在各气缸的进气歧管上各安装有一个喷油器的多点喷射方式。对于节气门体喷射,由于采用的喷油器少,易于实现计算机控制,成本比多点喷射方式低,但存在各缸燃料分配不均和供油滞后等缺点。与缸内喷射比较,喷油器不受缸内高温、高压的直接影响,喷油器的设计和发动机结构的改动都简单些。 4按进气量的检测方式分类1)直接式检测方式该方式是由空气流量计直接测量进入歧管的空气量,这种方式也称为质量控制型,K型和L型汽油喷射系统均属于这种类型。2)间接式检测方式该方式不是直接检测空气量,而是根据发动机转速及其它参数,推算出吸入的空气量,现在采用的有两种方式:一种是根据进气管压力和发动机转速,
12、推算出吸入的空气量,并计算适量的燃料量的速度密度,这种方式也称为速度密度控制型,例如D型汽油喷射系统。这种控制方式因受进气管内空气压力波动的影响。进气量的测量精度不高,但是其进气阻力小,充气效率高。另一种是根据测量节气门开度和发动机转速,推算吸入的空气量,并计算燃料量的节流速度,这种方式也称为节流速度控制型。这种方式由于空气量与节气门开度和发动机转速之间的换算关系很复杂,不易测量吸入的空气量,所以现在已不采用,只有某些赛车中才能见到。5按喷射时序分类汽油喷射系统按喷射时序可分为同时喷射、顺序喷射和分组喷射。如图6-4所示,同时喷射是指发动机在运转期间,各缸喷油器同时开启且同时关闭,由于ECU的
13、同一个喷油指令控制所有的喷油器同时工作。顺序喷射是指喷油器按发动机各缸进气行程的顺序轮流喷射,ECUE根据曲轴位置传感器提供的信号,辨识各缸的进气行程,适时发出各缸的喷油脉冲信号(喷射正时信号)以实现顺序喷射的功能。分组喷射是将喷油器分成两组交替喷射,CU发出两路喷油指令,每路指令控制一组喷油器。6按结构分类 按喷射系统的结构可分为机械控制式和电子控制式两种。这种分类方法运用较广。机械式汽油喷射系统早在五六十年代就运用于汽车上,其空气计量器与汽油分配器组合在一起(图1-2),空气计量器检测空气流量的大小后,靠连接杆传动操纵汽油分配器的柱塞动作,以汽油计量槽开度的大小控制喷油量,以达到控制混合气
14、空燃比的目的。如Bosch公司的KJetroni即属此类。图1-2喷油器喷射时序机电结合式汽油喷射系统是在机械式汽油喷射系统的基础上加以改进的产品,它与机械式汽油喷射系统的主要区别在于:在汽油分配器上安装了一个由ECU控制的电液式压差调器,ECU根据冷却液温度、节气门位置等传感器的输入信号控制电液式压差调节器动作,通过改变汽油分配器汽油计量槽进出口油压差,以调节汽油供给量,达到对不同工况混合气空燃比修正的目的。如Bosch公司的KEJetronic系统即属此类。电控式汽油喷射系统在二十世纪六、七十年代大多只控制汽油喷射,二十世纪八十年代开始与点火控制一起构成发动机电子集中控制系统。它根据各种传
15、感器送至ECU的发动机运行状况的信号,由ECU运算后,发出控制喷油量和点火时刻等多种指令,实现了多种机能的控制。如Bosch公司Motronic系统(图1-3)即为发动机电子集中控制系统,其汽油喷射系统为电控式。7按空气量的检测方式分类电控汽油喷射系统按空气量的检测方式可分为歧管压力计量式、叶片式、卡门旋涡式、热线式和热膜式等。歧管压力计量式的电控汽油喷射系统是将歧管绝对压力和转速信号输送到ECU,由ECU根据该信号计算出充气量,再产生与之相对应的喷油脉冲,控制电磁器喷射适量的汽油。Bosch公司DJetronic系统即为歧管压力计量式电控汽油喷射系统。图1-3 Bosch公司Motronic
16、系统采用叶片式空气流量计和卡门旋涡式空气流量计的电控汽油喷射系统,其空气流量的计量方式均属体积流量型,即通过计量气缸充气的体积量,以控制混合气空燃比在最佳值。Bosch公司将这种类型的电控汽油喷射系统称为LJetronic系统,而Bosch公司与日本几家主要汽车公司协作生产的电控汽油喷射系统,又有各自不同的名称。如日产的EGI系统,丰田的EFI系统和五十铃的ECGI系统均为Bosch公司LJetronic系统的派生。由于电控汽油喷射系统采用体积流量型的空气计量方式时,需要考虑大气压力的修正问题,且叶片式空气流量计体积大,不便于安装,以及加速响应慢等缺点。致使以质量流量型的空气流量计量方法,即热
17、线式和热膜式空气流量计很快诞生。采用这种方法计量空气的电控汽油喷射系统,是直接测量进入气缸内空气的质量,将该空气的质量换成是信号,输送给ECU,由ECU根据空气的质量计算出与之相适应的喷油量,以控制混合气的空燃比在最佳值。如Bosch公司的LHJetronic系统为热线式电控汽油喷射系统,GM公司的SFI系统为热膜式电控汽油喷射系统。1.3 电控汽油喷射发动机的优点在发动机上使用化油器,带给汽油供给装置的最困难的问题是,如何把相同空燃比的混合气均匀地送到每一气缸里,因混合气必须经过不同长度及宽度的进气歧管。空气通过不同形状的通道及转角时很容易,而汽油颗粒由于其惯性的作用,要经过弯的进气歧管是困
18、难的,结果使汽油粒子连续地移动到进气歧管的末端,造成末端的混合气过浓。采用多点汽油喷射作为汽油供给装置,则刚好可以解决进气歧管中混合气分配不均的问题,喷油器位于发动机各缸靠进气门的位置,如此每一缸可以得到相等的汽油量,使吸入汽缸内的混合气空燃比一致,因此,发动机可以在较稀薄的混合气下工作,则排气中可以减少HC和CO的含量且节省汽油。使用电控喷射发动机还具有以下特点:1)在进气系统中,由于没有象化油器供油那样的吼管部位,进气压力损失较小。只要合理设计进气管道,就能充分利用吸入空气的惯性增压作用,增大充气量,提高输出功率,增加发动机的动力性。2)在汽车加减速行驶的过渡运转阶段,空燃比控制系统能够迅
19、速响应,使汽车加减速反应灵敏。3)当汽车在不同地区行驶时,对大气压力或外界环境温度变化引起的空气密度变化,可以进行适量的空燃比修正。4)在发动机启动时,可以用ECU计算出起动供油量,并且能使发动机顺利经过暖机运转。使发动机起动更容易,且暖机性能提高。5)能提供各种工况下最适当的混合气空燃比,且汽油雾化好,各缸分配均匀,使燃烧效率提高。因此,能有效的降低排放,节省汽油。6)减速断油功能,亦能降低排放,节省汽油。减速时,节气门关闭,发动机仍以高速运转,进入汽缸的空气量减少,进气歧管内的真空度增大。在化油器中,此时会使粘附于进气歧管壁面的汽油由于歧管内的真空度急骤升高而蒸发后进入汽缸,使混合气变浓,
20、燃烧不完全,排气中HC的含量增加。而在电控汽油喷射发动机中,当节气门关闭而发动机转速超过预定转速时,喷油就会停止,使排气中的HC减少,并可降低汽油消耗。可见,从中可以看出,电控汽油喷射发动机能很好的适应减少排放、降低油耗、提高输出功率及改善驾驶性能等使用要求,因此,电控喷射发动机已成为现代汽油发动机的主流。第二章 空气供给系统21空气供给系统的组成 空气供给系统 空气供给系统的作用是测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量。以L型系统为例,空气经空滤器后,用空气流量计测量,通过节气门体进入进气总管,再分配到各进气歧管。在进气岐管内,从喷油器喷出的汽油和空气混合后被吸入气缸内燃烧。 在冷却液温度较低时
21、,为加快发动机暖机过程,设置了快怠速装置,由空气阀来控制快怠速所需要的空气,这时经空气流量计计量后的空气,绕过节气门体经空气阀直接进入进气总管。可以通过怠速调整螺钉调节怠速转速,用空气阀控制快怠速转速,也可由ECU操纵怠速控制阀(ISC)控制怠速与快怠速。2.2 空气供给系统的主要零件 1.节气门体与怠速调整螺钉节气门体由节气门、旁通气道等组成。节气门用来控制发动机正常运行工况下的进气量。由于EFI系统在发动机怠速时通常将节气门全关,故设一旁通气道,在发动机怠速时供给少量空气。节气门位置传感器装在节气门轴上,用以检测节气门开启的角度。有的节气门体上装有节气门缓冲器。为防止寒冷季节流经节气门体的
22、空气中水分在节气门体上冻结,有些节气门体上设有使发动机冷却水流经的管路。发动机怠速运转的转速由此时供给的空气量决定,由于怠速时空气走旁通气道,故旁通气道开口的大小决定了空气量,该开口的大小可以通过调节怠速调整螺钉调整。当螺钉顺时针方向旋入时,旁通气道开口减小,发动机怠速转速降低;逆时针旋转调节螺钉,旁通气道开口加大,发动机怠速转速升高。2怠速空气调整器(空气阀)怠速空气调整器的功用:一是稳定发动机的怠速转速,从而降低汽车怠速行速时的汽油消耗量;二是发动机在怠速运行时,若负荷增大,如接通空调、动力转向和液力变矩器等,则提高怠速转速(快怠速),以防止发动机熄火。它是通过控制节气门旁通道的方式来实现
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