燃油控制系统数据流分析与案例精解
燃油控制系统数据流分析
燃油控制参数是用来表示发动机ECU对电控燃油喷射系统进行控制的状态,以及向喷油器等执行器送出的控制信号。其参数主要有喷油脉冲宽度、目标空燃比、指令燃油泵、短时燃油修正、长时燃油修正等1.喷油脉冲宽度。
喷油脉冲宽度是数值参数,它是发动机ECU控制喷油器持续喷油的时间,单位为πs是喷油器工作是否正常的最主要指标。喷油脉冲宽度数值大,表示喷油器每次打开喷油的时间较长;数值小,表示喷油器每次打开喷油的时间较短。喷油脉冲宽度将随着发动机转速和负荷的不同而变化,车型不同,具体的数值也有所差异。
影响喷油脉冲宽度的主要因素有λ调节、活性炭罐的混合气浓度、空气温度与密度电池电压等。例如,通用别克轿车L46发动机该数值显示的范围为0~10.00ms如果息速时喷油脉冲宽度数值小于2ms,说明有其他影响因素存在,主要原因包括活性炭罐系统进入油量过多、喷油器不配套而油量过大、喷油器故障及其他原因而导致额外进油。如果怠速时喷油脉冲宽度数值大于5ms,主要原因包括空气流量传感器或其线路损坏节气门控制单元损坏、有额外负荷和某缸或数缸工作不良等2.目标空燃比。
该数值参数是指发动机ECU在闭环控制时,根据各种传感器信号计算后得出的当前发动机应提供的空燃比,而不是通过测量得到的发动机实际空燃比发动机ECU将依照此参数的大小输出相应的控制信号,通过驱动电路(图4-1)控制喷油器工作,每次70持续喷射相应的时间。该参数的显示数值一般为
14.7左右,低于此值则表示ECU要提供较浓的混合气,高于此值则表示ECU要提供较稀的混合气。有些车型以状态参数的方式来显示这一参数,其显示内容为浓或稀相对比较高档的车辆配备前氧和后氧两个氧传感器,前氧传感器和后氧传感器分别装在排气管三元催化器的前端和后端,它们的外形如图42所示。前氧传感器的信号主要用于发动机ECU修正喷油量,将空燃比控制在理论空燃比附近,因为把空燃比控制在理论空燃比附近时,不但可以降低发动机燃油的消耗,而且可使三元催化器的转换效率最高[图43(a)]。后氧传感器的作用是监测三元催化器的转化效率,当后氧传感器二电极检测的电压值为0.6V左右,波形近似为一条直线时,说明三元催化器工作正常[图4-3(b)];当后氧传感器与前氧传感器的波形相同时,说明三元催化器失效[图43(c)],此时应更换三元催化器。为了防止电磁干扰,前氧传感器和后氧传感器导线的外部加装了屏蔽层。氧传感器的工作温度在300℃以上,为使其尽快达到工作温度,在前氧传感器和后氧传感器插头的1与2脚之间都装备了加热电阻。前氧传感器电路有故障将造成发动机转速不稳定,后氧传感器电路有故障将造成抗污染异常。
3.指令燃油泵
指令燃油泵指的是状态参数,其显示状态为接通或断开(ON/OFF),表示燃油泵继电器驱动电路PCM(ECU)的指令状态当燃油流量或MAP超过一定位置或当系统电压低于10V时,燃油泵高速运行,增加供油。PCM提供点火正极电压以控制燃油泵继电器工作。当点火开关第一次转至“ON”位置时,PCM便激发燃油泵继电器向装于燃油箱内的燃油泵供电,使燃油泵开始工作燃油泵继电器在发动机运转期间,且PCM能接收到参考信号脉冲的情况下,一直处于导通状态。如果没有参考信号存在,燃油泵继电器在点火开关被转至“ON”位置后2s内停止。PCM可以检测到燃油泵继电器控制电路中的故障,如果PCM检测到燃油泵继电器控制电路中存在电气故障,PCM将设置燃油泵继电器控制电路不良的故障码。别克君威、本田雅阁轿车燃油泵驱动电路分别如图4-4和图4-5所示
4.短时燃油修正
短时燃油修正是一个数值参数,其数值范围是-10%~10%。短时燃油修正指的是ECU响应氧传感器的信号,在其电压高于或低于450mV限度的时间内,做短时的供油校正。若氧传感器电压主要保持在限值450mV以下,则表示当前混合气过稀,短时燃油修正将提高至0以上的正值范围内,同时ECU将增加供油量(增加喷油脉宽)。若氧传感器电压主要保持在限值450mV以上,则表示当前混合气过浓,短时燃油修正将减小至0以下的负
值范围,同时ECU将减小供油量(减少喷油脉宽)。
值范围,同时ECU将减小供油量(减少喷油脉宽)在一定条件下,比如长时间在怠速运行和环境温度较高,正常操作时炭罐清污也会使短时燃油修正显示在负值范围内。控制燃油修正时,ECU最大允许范围在-10%~10%之间在最大允许值时,燃油修正值表示系统过浓或过稀。某些V型发动机,对左右两侧气缸具有单独的燃油修正参数,因此参数也分左右。短时燃油修正是指由电脑立即制定的用于克服发动机运行工况所做出的策略,这时的修改是暂时的短时修正值并不存储在电脑的存储器中。对燃油系统进行的所有修正都是在对氧传感器和/或其他的传感器做出直接的响应之后便立即发生。设计这些修正的目的是保持氧传感器在合适的范围内工作开环控制时,PCM控制脉冲宽度的变化而并不需要以氧传感器的信号作为反馈,并且短时自适应内存值是“1”。“1”代表0的变化。一旦发动机暖机后,PCM便进入闭环控制并开始接受氧传感器的信号。直到发动机熄火前,系统将一直保持闭环控制,除非节气门全开或者是发动机冷却液温度降低到超出规定的温度。在这两种情况中,系统将进人开环控制PCM根据排气中氧含量的变化来控制喷油器的喷油脉宽。系统开环控制时,喷油器有个固定的基本喷油脉宽,并考虑空气流量传感器测得的空气量或进气歧管绝对压力传感器测得的负荷来调整脉冲宽度。系统闭环时,脉冲宽度可能加长,也可能缩短,这样通过正负调整可以确保在各种工况下都有合适的混合气浓度。混合气浓时,氧传感器的输出电压增加,短时燃油修正减少,这意味着喷油脉冲宽度将缩短。短时燃油修正的减少意味着在诊断仪上读出的数值要小于1。例如,短时自适应值为0.75表示脉冲宽度减少了25%,改变的百分数在诊断仪上显示为-25;短时自适应值为1.25则表示脉冲宽度加长了25%,在诊断仪上显示为+25如果汽车的排气表明混合气过浓,则氧传感器信号将提示电脑减少燃油;反之则PCM将增加燃油。通用汽车公司车型上的电脑通过向检测仪发送一串由0和1组成的二进制数来传输控制策略的信息。由于0占据一个位置,因此电脑可以计数到255,其半数是128。当PCM为闭环控制时,技术人员可以用参考值128来作为燃油控制反馈的中心点。通用公司车型上的短时燃油修正控制包括:大于128的数字表示燃油正在增加,小于128的数字表示燃油正在减少,数字在128上下不断变化表示系统工作正常。
在OBDⅡ的汽车上,当电脑在闭环控制时,0是燃油控制的中点,福特公司的燃油单用一个百分数来表示:没有“”号的数字表示燃油正在增加,有“=”号的数字表示燃油正在减少,数字在0线上下不断变工作正常。如果短时燃油修正的读数在0线
的任何一侧不变的话,表明发动机没有正常、有效地工作如对于一台性能正常的发动机实施急加速,短时燃油修正值会向正值方向变化(燃油加浓)。这是因为,随着加速的进行,进气量增加,瞬间的混合气浓度变稀,氧传感器检测到这一浓度变化后,会将该信息反馈给ECU,ECU于是做出燃油加浓的决定,从而呈现出的数据流为短时燃油修正值向正值方向增加。而当发动机排气堵塞时急加速,由于废气的反窜使进入气缸的新鲜空气减少,氧传感器检测到的废气氧浓度随之降低,导致短时燃油修正值向负值方向变化。利用这一特点,通过对短时燃油修正值变化情况的观测,就可以判断出发动机是否存在排气堵塞的情况。
5.长时燃油修正
长时燃油修正也是一个数值参数,其数值范围为-23%~16%。长时燃油修正是基于短时燃油修正的反馈作出的,这时的修改要更长久些。0表示当前供油不需要补偿就能保持ECU指令的空燃比。若是显著低于0的一个负值,表示混合气过浓,供油应减少,即减少喷油脉宽。若是明显高于0的一个正值,表示存在过稀状况,要增加油量,ECU通过增加喷油器脉宽来进行补偿。
长时燃油修正值被存储在电脑的存储器中,存储的这些数据将在发动机再次在类似的境和工况下工作时使用。触发长时燃油修正是为了将所有的短时燃油修正的数值都维持在特定的参数范围内。这些参数并不是基于氧传感器的反馈,而是基于从氧传感器获取持续的正确读数的基础上得到的修正。
由于长时燃油修正力图追随短时燃油修正,导致发动机怠速运行时炭罐清污而产生负值,这不属于异常。ECU控制长时燃油修正的最大允许值在-23%-16%之间,最大允许燃油修正值表示系统过浓或过稀。某些V型发动机,对左右两侧气缸具有单独的燃油修正参数,因此长时燃油修正参数也分为左和右如当空气流量传感器的热线由于空气中的灰尘脏污,导致检测的进气量小于正常值时发动机ECU依据进气量信号给出的喷油信号就会过少,导致系统混合气过稀,这样,排气中就会有多余的氧出现,氧传感器电压就会小于0.45V。此时,发动机ECU根据氧传感器的信号,就知道混合气过稀的情况,从而做出增加喷油量的指令,直到氧传感器的电压变化恢复到0.1~0.9V之间。这种对燃油喷射量的修正,就称为短时燃油修正,如果短时燃油修正值持续较长时间超过3%,就会引起另外一个修正值—长时燃油修正值的变化同样,如果是燃油系统出现故障,比如,汽油泵压力低或喷油器堵寒,也会出现排气中氧含量增加的情况,这样,发动机ECU只要相应增加燃油喷射量,就可以使混合气达到规定范围。但是还是会有发动机急加速时,混合气偏稀导致加速不良的状况出现另外,虽然氧传感器不断地向发动机ECU报告排气中氧的含量,以使发动机ECU对燃油喷射量做出最佳调节。但是,请不要忘记,发动机是一个由机械、电子、燃油、进气排气等多系统组成的产物。排气中氧含量的变化,并不仅仅受电控系统传感器、执行器,或者燃油压力、喷油器状况等几个因素影响,它还被很多其他因素所左右。比如,点火系统的状况、气缸压力、进气系统以及排气系统等众多因素对其均有影响。并且,在这些因素中根据对发动机的影响不同,还分为个体性问题以及公共性问题,比如,单个不良的火花塞单独损坏的喷油器、某缸气缸密封不良相对于个体性问题,还有公共性问题,比如,系统供电电压不良、偏离特性的传感器排气管堵塞、油泵压力低等。这些不同的问题,给发动机带来的故障现象有时相似,有时又有较大差异。但是无一例外,对于氧传感器来讲,或者说对于发动机ECU来说,都不具备鉴别上述故障的能力,所以发动机ECU会不顾实际情况如间,只是单纯地在燃油喷射量上
“做文章”(图4-6)。
比如,某4缸发动机,由于火花塞故障,出现单缸失火现象时,排气中氧含量较多,氧传感器电压低于0.45V,发动机ECU会认为是整个系统混合气稀,解决的方法是所有喷油器都增加喷油量。这样,从氧传感器的反馈结果看,可能是使排气中的氧原子含量部分得到降低,但是实际情况是使正常工作的气缸会由于混合气过浓而工作不良。最终的后果,本来缸工作不良,但发动机反馈控制的结果是使所有气缸均工作不良了。
6.长时及短时燃油修正的工作机理
长时燃油修正系数的改变是在ECU持续地对短时燃油修正正确反馈结果的量变基础形成的质的改变。燃油修正系数的计算方法见图4-7,短时燃油修正与长时燃油修正的关系见图4-8。
旦发动机达到了规定的温度(通常是82℃),PCM开始修正长时燃油修正。自适应置是以发动机转速短时燃油修正为基础的。如果短时燃油修正改变了3%并保持了一段时间PCM就要调节长时燃油修正。长时燃油修正便成为一个新值,但基础值不变,短时燃油修向长时燃油修正转换的因果关系如图49所示。换句话说,长时燃油修正改变了正在被短时燃油修正改变着的脉冲宽度的长度。长时燃油修正的工作将使短时燃油修正接近于0。
通用汽车公司的长时燃油修正在诊断仪上的显示与短时燃油修正一样。长时燃油修正反映了PCM学习了驾驶员的习惯、发动机的变化和道路情况。如果诊断仪上显示的数字大于128,表示电脑已经学习并补偿了稀混合气的情况;如果数字小于128,说明电脑已经学习并补偿了浓混合气的情况与短时燃油修正策略一样,OBD-Ⅱ的长时燃油修正策略在诊断仪上也以百分数的形式显示。长时燃油修正策略是电脑学习的结果。没有“一”号的数字表示电脑已经补偿了稀合气;有“一”号的数字表示电脑已经补偿了浓混合气。当长时燃油修正策略学会补偿浓或稀混合气时,短时燃油修正的数值就回到0点附近。如果发动机的工况要求混合气太过偏或偏稀,则长时燃油策略将不会补偿,并会记录一个故障码。
如果真空泄漏或喷油器堵塞导致稀混合气,在诊断仪上,长时燃油修正值将显示为一个正数。如果喷油器泄漏或燃油压力调节器有故障,则会导致混合气过浓。此时,在诊断仪上显示的长时燃油修正值为负数。因此,这种混合气偏浓的状况是很容易看出来的如果混合气过浓或过稀导致长时燃油修正值达到修正极限时,在采用OBD-Ⅱ的发动机制系统中,会存储混合气过浓或过稀的故障码。
当发动机出现缺火现象时,气缸内混合气出现不完全燃烧现象,排气中含有大量的HC及O2,由于HC不容易参与催化反应,氧消耗量低,使得氧传感器测得值偏低,显示为混合气稀的状态,ECU就会增加燃油喷射量,短时燃油喷射修正值为正数。
7.燃油切断
对于某些燃油喷射式发动机系统,该参数反映发动机控制单元(ECU)是否在出现行驶中急减速(图4-10)、机油压力过低(转速限速器)、发动机超速(车速限速器)或汽车行驶超速(车速限速器)时进行了燃油切断。该参数在发动机正常运行时,读值为“No当发动机出现机油压力过低、发动机超速或汽车行驶超速三种情况之一时,读值为“Yes有些轿车甚至在组合仪表上还会显示“燃油切断”的信息,如名爵MG6轿车。
图4-10发动机减速断油8.动力增强。
动力增强或混合气加浓是一个状态参数,其显示状态为启动或未启动。如果显示启动,则表示ECU检测的条件已适合在动力增强(混合气加浓)模式中操作。当检测到大幅度增加节气门位置和负载时,ECU将指令动力增强(混合气加浓)模式。当在动力增强模式时,ECU通过进人开环和增加喷油器喷油脉宽来增加供油量,以避免在加速过程中可能产生的降速9.减少燃油模式。
减少燃油模式也是一个状态参数,其显示状态为启动或未启动。如果显示为启动,则表ECU已检测到减少燃油模式中相应的操作状况。当检测到节气门位置突然减小,同时车辆以高于40km/h速度行驶时,ECU则指令减少燃油模式,在减少燃油模式中,ECU通过进人开环并减少喷油器喷油脉宽来减少供油量
