林海全地形车电喷系统简析

张 平

(江苏林海动力机械集团有限公司，江苏 泰州 225300)

随着全球对大气环境治理力度的加大，欧盟对全地形车欧四排放标准(欧五标准2021年开始实施)、排放法规的执行逐年加严，达不到排放法规要求的车辆将不允许投放市场。电控燃油喷射技术以其良好的节能效果和低排放性能在发动机系统中得到广泛应用[1-2]。

1 电喷系统简介

全地形车发动机系统搭载了主流电喷系统—德尔福小型发动机管理系统，该系统主要由ECU、节气门阀体(集成了怠速控制阀、进气温度和压力传感器、油门开度传感器)、喷嘴、氧传感器、水温传感器、点火线圈、油泵等构成。系统通过曲轴位置传感器的信号确定活塞在上止点前的具体位置，再利用节气门阀体上进气压力传感器的判定信号即可确定上止点以及所处的工作行程，进而输出控制指令，驱动喷嘴进行燃油喷射或者驱动点火线圈点火。系统布置如图1所示。

2 电喷系统开发过程

林海全地形车电喷标定过程：首先进行发动机台架标定、零部件特性标定，然后进行车辆改装，整车基础标定，在基础标定结束后进行高温和低温环境的修正，到海拔4 000 m进行高原修正、系统验证、最后量产。电喷系统开发流程如图2所示。

3 发动机管理系统控制

3.1 启动控制

点火开关打开后，油泵运转数秒后停止；启动时发动机开始转动，ECU检测到2个有效的24X信号后油泵开始运转；在启动初期进气歧管内部压力为周围大气压力，节气门关闭，步进电机的步数是一个根据启动温度而定的固定值。启动过程中空燃比根据发动机的温度而变化，点火角也不断随着发动机温度、进气温度和发动机转速而调整，当发动机转速超过800 r/min时，启动工况结束。

图1 发动机电控管理系统布置

图2 电喷系统开发流程

3.2 喷油脉宽控制

ECU根据相关各传感器输入的信号计算出空气流量，根据计算出的空气流量按照各个工况点设定的空燃比最终得出特定工况下所需的供油量。喷油脉宽的影响因素如图3所示。

3.3 点火控制

发动机水温正常后，节气门开启时的主点火角就是最佳扭矩点(MBT)时的最小点火角或爆震临界点(KBL)，节气门关闭时，点火角应小于MBT点以获得怠速稳定性。点火提前角通过水温、进气温度、海拔高度、怠速、加速、动力加浓、减速断油等来修正。

图3 喷油脉宽影响因素

3.4 怠速控制

怠速控制是指在节气门阀体关闭状态下系统对发动机转速的闭环控制，系统对怠速的控制是通过对步进电机怠速空气量控制、 燃油喷射量控制、 点火正时控制这几个参数的调整使实际转速与目标怠速相吻合。目标怠速由发动机温度补偿、系统电压补偿、启动补偿这几个因素决定，当发动机温度或水温较低时，系统给出较高的目标怠速以加速暖机；当系统电压较低时，系统会自动提升目标怠速；在发动机启动初期系统会提升一定数量的目标怠速，然后逐步递减到零。水温和目标怠速的对应关系如图4 所示。

图4 水温和目标怠速的对应关系

3.5 超速、减速及溢油断油控制

无论何种情况，当发动机的转速超过系统中设定的最高转速时，系统将切断供油来抑制发动机转速无限制地上升以保护发动机，防止“飞车”；当转速回到系统规定的最高转速以下时，系统立即恢复供油。当发动机正常运转过程中驾驶员松开油门减速时，车辆进入滑行并反拖发动机，此时车辆不需要发动机提供动力。节流阀完全关闭后，进气量很小，发动机会因为燃烧不良而造成有害排放物增加，因此系统在此时将切断供油，这样可以大大降低发动机有害排放物的生成，同时也能改善燃油经济性。发动机经数次不成功启动后，汽缸内部会有未燃烧的汽油积存，俗称“淹缸”，这时驾驶员可将油门拉到底，启动发动机，系统会自动停止喷油，以使气缸中多余汽油随着发动机的转动排出。

3.6 整车排放控制

整车的排放控制是采用闭环控制精确调整最初所作的开环燃油标定数据，以优化车辆的排放特性。氧传感器安装在排气歧管与三元催化器之间，监测废气中的氧含量。排放出氧含量稀的混合气，产生约100 mV的传感器电压，氧含量浓混合气产生约800 mV的传感器电压。当空燃比为14.6∶1时，传感器电压有一个跃变，电脑闭环控制对氧传感器信号作出响应修改控制变量，使氧传感器的电压不断在100～800 mV之间变化，以达到最佳空燃比控制的目的。

4 主要零部件的工作原理及应用

4.1 电控单元ECU

特种车辆电控单元ECU 是以单片机为主芯片，加上信号处理电路以及驱动电路组成的一种发动机管理系统。其工作原理为：通过台架和整车标定试验，将发动机各运行工况下的最佳喷油和点火参数预先存储在数据区。发动机运行时电控系统根据各传感器的输入信号判断发动机当前的运行工况，通过查表及计算得到最佳的喷油量和点火角，并通过驱动电路来控制喷油器的喷油时间和初级点火线圈的闭合时刻及断电时刻，来精确地控制混合气的空燃比与点火时刻，使发动机在最优状态下运行。

4.2 发动机曲轴与转速位置传感器

发动机曲轴与转速位置传感器为磁电式传感器，安装于曲轴附近，与曲轴上的24X齿圈共同工作。曲轴转动时，24X的齿顶和齿槽以不同的间距通过传感器，传感器感应磁阻的变化，这个交变磁阻由传感器产生交变的输出电压信号，ECU 利用此信号确定曲轴的旋转位置和转速。

4.3 氧传感器

氧传感器是闭环燃油控制系统的一个重要标志性零件，它调整和保持理想的空燃比，使三元催化器达到最佳的转换效率。当发动机燃烧的空燃比变稀时，排气之中的氧含量增加，氧传感器的输出电压降低，反之输出电压值则升高，由此向ECU反馈空燃比的状况。

4.4 节气门阀体

进气控制系统的功能是根据发动机动力输出的要求提供相应的空气量。进气量的控制分为主动控制和系统自动控制，主动控制是驾驶员根据对发动机动力的不同需求，主动调节节气门的开度来改变进气量，以控制发动机的动力输出；系统自动控制是系统根据闭环反馈的信息，自动调节进气量，以稳定发动机的工作。

节气门阀体上配有节气门位置传感器(TPS)，由节气门阀体轴带动旋转工作，用来测量节气阀开度的大小并反馈给发动机电子控制模块(ECU)，以反映发动机的运行负载状态(高低)，控制燃油供给量。节气门阀体总成上配备有怠速空气控制阀(IACV)，ECU通过控制节气门阀体旁通气道的流通面积调节进入发动机的空气量，实现对发动机怠速的控制。发动机动态工作时，可使发动机过渡工况的运行更加平稳，有利于过渡工况驾驶性能的提高和优化。同时阀体上还集成了进气绝对压力与温度传感器(TMAP SENSOR)，这两个传感器是发动机管理系统中空气燃料供给控制子系统中至关重要的部件。在该系统配置中，进气歧管绝对压力传感器被用以向系统提供发动机吸入的空气压力数据，进气温度传感器向系统提供发动机进气歧管内的进气温度数据，以供ECU计算实际进入发动机的空气密度，系统再依据发动机的其他相关参数，进而推算出实际进入发动机参与燃烧的实际空气供给量。

4.5 喷油嘴

喷油嘴是一个电磁开关装置。线圈引出两极经过发动机线束与ECU和电源相连；线圈受ECU控制对系统导通后，产生磁力克服弹簧力、燃油的压力和歧管的真空吸力，吸起铁芯，燃油穿过与铁芯一体的阀孔密封面，从导向孔喷出，雾状地喷到进气门处；断电后，磁力消失喷嘴关闭。喷油器的顶部采用橡胶密封圈与燃油导轨接口形成可靠压力燃油密封，下部亦采用橡胶密封圈与发动机进气歧管对空气密封。

5 故障诊断及其流程

发动机运转过程中当系统或零部件出现故障时，发动机故障指示灯自动点亮，以提醒车辆驾驶人员及时检查和维修。

5.1 故障诊断手段

(1)通过故障指示灯代码频闪读出故障码：当故障灯亮时，不启动发动机，若系统当前存在故障或故障排除后有未被清除的历史故障码，故障指示灯将以一定的规律闪烁，输出系统所检测出故障的代码；在2 s内将点火开关依次打开、关闭、打开、关闭、打开，ECU将依据故障码记忆的顺序报告故障，每个故障代码由4位数字表示，故障代码之间停顿3.2 s，数字以亮0.4 s灭0.4 s频率闪烁，数位之间停顿1.2 s；数字0闪烁10次，其他数字与闪烁次数对应；故障排除后，应使用故障诊断仪清除故障码，以免影响下一次维修时对故障的判断。

(2)使用诊断仪：诊断仪的主要功能包括读取系统工作数据流及系统信息、对系统零部件进行临时控制和检测、读取或清除故障码。由于其操作简单的特点，使其成为目前整车故障判断和系统状况检测的主要工具。

5.2 故障诊断流程

(1)无故障码的故障排除顺序：首先按照整车检查模块的顺序对整车进行初步检查，检查中若发现传感器或执行器有问题，再按照零件的检查模块做进一步检查定位，按照点火系统模块的方法对点火系统进行检查，按照供油系统模块的方法对供油系统进行检查，对发动机的配气系统进行检查。

(2)故障灯亮的故障排除要点：用故障诊断仪读取故障码或者使用手工方式读取故障码，查出故障码的相关内容。故障码所显示的内容大多是线路故障或接插件接触不良造成，首先检查故障码提示的传感器或执行器的相关电路，用测量电阻或电压的方法对相关线路进行检测，用故障诊断仪读取传感器的值是否符合要求来判定故障排除结果，最后驾驶车辆来验证故障是否真正排除。

6 结束语

电喷技术已经广泛应用于林海全地形车上，在保证可靠性、稳定性等的前提下降低电喷系统的成本、利用电喷技术减少贵金属的应用、降低触媒成本等来提高产品的市场竞争力是我们长期面临的问题。