现代汽车空气供给控制原理.docx

浅谈现代汽车电控汽油喷射的
进气系统控制原理

现代汽车电控汽油喷射的进气系统控制的任务是向汽油发动机提供清洁的、与发动机负荷相适应的、经过计量的新鲜空气，使它们在进气管或气缸内与喷油器喷出的汽油形成品质量好的可燃混合气。一般由空气滤清器、进气歧管、空气流量计、进气管压力传感器、怠速控制阀、补充空气阀、惯性增压进气系统等组成。
一、空气滤清器

（1）功用：滤除空气中的杂质或灰尘，让洁净的空气进入气缸，削减进气噪声。
（2）类型：油浴式空气滤清器、纸滤芯空气滤清器、离心式及复合式空气滤清器等。
（3）油浴式空气滤清器
·应用：用于在多尘条件下工作的发动机上
·工作原理：当发动机工作时，环境空气经外壳与滤清器盖之间的狭缝进入滤清器，并沿着滤芯与外壳之间的环形通道向下流到滤芯底部，再折向上通过滤芯后进入进气管，当气流转弯时，空气中粗大的杂质被甩人润滑油中被润滑油粘附，细小的杂质被滤芯滤除。粘附在滤芯上的杂质被气流溅起的润滑油所冲洗，并随润滑油—起流回储油池。
· 特点：多为金属滤芯清洗后可以重复使用

（4）纸滤芯空气滤清器
·应用：广泛应用于汽车发动机上
·工作原理：在发动机工作时，空气从滤芯的四周穿过滤纸进入滤芯中心，随后流入进气管，杂质被滤芯阻留在滤芯外部。
·特点：干式纸滤芯可以反复使用；湿式纸滤芯使用寿命长、吸附杂质能力强、滤清效率高，但需定期更换
·干式纸滤芯：可重复使用，恶劣环境下工作不可靠，一般维护周期为5000～10000km
·湿式纸滤芯：使用寿命长、吸附杂质的能力强和滤清效果好，但不能反复使用，需定期更换

（5）离心式及复合式空气滤清器
·应用：多用于大型货车上
·工作原理：空气首先从滤清器下体周围的进气孔进入离心式空气滤清器内的旋流管。由于空气切向地进入旋流管，因此在旋流管内产生高速旋转运动。在离心力的作用下，空气中的大部分灰尘被甩向旋流管壁，空气则从旋流管顶部的出口经接管进入纸滤芯空气滤清器。空气中残存的细微杂质经纸滤芯滤除。

（6）空气滤清器进气导流管和谐振器
·在现代轿车上，为了增强发动机的谐振进气效果，空气滤清器进气导流管需要有较大的容积。但是导流管不能太粗，以保证空气在导流管内有一定的流速。因此，进气导流管只能做得很长

二.进气歧管
（1）功用与要求
1）功用：将空气-燃油混合气或洁净空气尽可能均匀地分配到各个气缸
2）要求
·进气歧管必须将空气一燃油混合气或洁净空气尽可能均匀地分配到各个气缸，为此进气歧管内气体流道的长度应尽可能相等；
·为了减小气体流动阻力，提高进气能力 进气歧管的内壁应该光滑

（2）进气歧管类型
·用于化油器式/节气门体式发动机多用铝合金轻导热（左上图）
·用于气道燃油喷射式发动机可用复合塑料（左下图）
（3）可变进气歧管
1）功用
·充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高、低速运转时进气速度的差别，从而达到改善发动机经济性及动力性，特别是改善中、低速和中、小负荷时的经济性和动力性的目的
2）可变长度进气歧管
·根据发动机转速和负荷的变化而自动改变有效长度的进气歧管
3）双通道可变进气岐管
·根据发动机转速和负荷的变化而自动改变的进气歧管的有效截面积

三.空气流量计
1.翼片式空气流量计
（1）主要件功能
·缓冲片：缓冲室内空气对缓冲片的阻尼作用，使翼片转动平稳
·旁通空气调节螺钉：调节怠速时旁通空气量的大小，从而调节怠速混合气的成分
·电位计：将翼片转动的角度转换为电信号

（2）工作原理
·翼片全关时，没有进气量，产生电压信号最强
·翼片打开时，进气量由小变大，产生电压信号有强变弱
·翼片全开时，进气量最大，产生电压信号最弱

（3）控制电路
·下图为早期凌志ES300发动机翼片式空气流量计，集成有三个元件
·空气流量计：VC（电源）、VS（空气流量信号）、E2（接地）
·进气温度传感器：THA（温度信号）、E1（接地）
·燃油泵开关

2.卡门漩涡式空气流量计
（1）光电式
1）结构与原理
·卡门漩涡原理：流体流过涡流发生体时，流体会产生系列漩涡，且漩涡频率与流体流速成正比。
·光电式传感器：由发光二极管、振动反光镜、光敏三极管组成。漩涡频率通过压力孔使振动反光镜振动，光敏三极管接受因振动产生变化的光能，转化为脉冲电压信号，该脉冲信号与漩涡频率成正比

2）控制电路
·图中某款车型卡门漩涡式空气流量计，集成有二个元件
·空气流量计：V1（电源）、V2（空气流量信号）、E（接地）
·进气温度传感器：ATS（温度信号）、E1（接地）

（2）超声波式
1）结构与原理
·卡门漩涡原理：同上述
·超声波式传感器：由超声波发射器、超声波接受器组成。漩涡频率使超声波发射器产生的超声波发生变化，超声波接受器接受该超声波转化为脉冲电压信号，该脉冲信号与漩涡频率成正比

2）流量计接口
·图中卡门漩涡式空气流量计集成有三个元件
·空气流量计
·进气温度传感器
·大气压力传感器

3.热线式空气流量计
（1）组成
·一般还带有自洁电路：熄火后自动加热帕丝1000°C维持1s，烧掉帕丝上的灰尘

（2）工作原理
·控制电路自动控制电桥平衡
·当进气量越大，因进气的散热使帕热丝电阻减小，电桥平衡受到破坏。控制电路自动增大电流，增大帕热丝电阻使电桥重新恢复平衡。因电路中电流的增大，使精密电阻的电位增大。该电位与进气量成正比，作为进气量信号电压传输给发动机ECU

（3）控制电路
·下图为凌志LS400发动机热线式空气流量计原车电路图
·空气流量计：VG（空气流量信号）、EVG（接地） 

4.热膜式空气流量计
（1）组成及原理
·工作原理：与热线式相同
·热膜：帕金属片固定在树脂薄膜上。优点是提高可靠性和耐用性，不粘附灰尘

（2）控制电路
·图为桑塔纳2000AJR发动机热膜式空气流量计原车电路图
·空气流量计：端子2（电源12V）、端子4（参考电压5V）、端子5和3（空气流量信号与接地）

四.进气管压力传感器
1.半导体压敏电阻型
（1）结构示意图
·主要特点：尺寸小、精度高、成本低，响应速度快，输出信号与进气歧管绝对压力呈线性关系，测量精度基本不受温度的影响

（2）工作原理
·进气歧管压力越高（真空度越低）→硅膜片变形越大→应变电阻变化越大→电信号放大输出给发动机ECU

（3）控制电路
·图为皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机进气压力传感器电路图
·进气压力传感器：端子VCC（电源5V）、端子PIM（进气压力信号电压）、端子E2（传感器接地）

2.真空膜盒型
（1）结构
·歧管真空度低

·歧管真空度高

（2）工作原理
·电感式传感器（线性变化压差变压器）：进气歧管压力变化→铁芯移动→输出信号电压变化→输送给发动机ECU

五、怠速控制阀
1．怠速进气量的控制方法
（1）旁通空气式
1）特点
·怠速时，节气门完全关闭，怠速进气量由怠速控制阀控制的旁通空气道提供
2）怠速控制阀的类型
·步进电机型
·旋转电磁阀型
·占空比控制电磁阀型
·开关控制电磁阀型

（2）节气门直动式
·怠速进气量由节气门较小的开度提供，不设旁通空气道。节气门在怠速状态的开度大小由发动机ECU通过怠速电机控制

2.步进电机型怠速控制阀
（1）组成

（2）步进工作原理
·定子相线按1-2-3-4顺序搭铁，定子N极逆时针移动，转子逆时针步进
·定子相线按1-4-3-2顺序搭铁，定子N极顺时针移动，转子顺时针步进
·转子转动一圈分为4个步级进行，每级步进90°

（3）工作过程
·转子八对磁极
·定子A、B各16个爪极，定子线圈A的两组线圈与定子线圈B的两组线圈反极性，定子共分为32个磁极爪
·步进一个爪极转角11.25°，步进32步转子转一圈，丰田车系步进电机0~125步

（4）定子绕组控制电路
·定子输入脉冲：

（5）步进电机怠速控制阀控制电路

3.占空比控制电磁阀型
（1）工作原理
·是一个比例电磁阀：占空比大，驱动电流大，电磁吸力大，怠速控制阀开度大

（2）占空比控制电磁阀型怠速控制阀控制电路

六、补充空气阀
1.功用
·提高冷起动怠速，加快暖机预热过程，增加暖机过程中所需的空气量，也称高怠速控制
·发动机完成暖机后，通过辅助空气阀的空气被自动切断，恢复正常怠速
·现代发动机集中管理系统，高怠速控制由怠速控制阀完成

2.石腊式补充空气阀
（1）怠速状态

（2）热起后状态
·当冷却液温度>80℃时，阀门完全关闭

3.双金属片式补充空气阀
（1）怠速状态
·双金属片的动作由加热线圈通电时间或发动机水温决定
·当水温<-20℃时，阀门全开
·当水温>60℃时，阀门全闭

（2）热起后状态

七、惯性增压进气系统
1.组成与功用
·功用：利用进气气流惯性所形成的压力波来提高充气效率

2.控制电路及工作过程
（1）发动机中低速时：ECU控制VSV断电关闭，IACV关闭，脉动压力波传递长度增大，形成低速惯性增压效果
（2）发动机高速时：ECU控制VSV通电打开， IACV打开，脉动压力波传递长度缩短，形成高速惯性增压效果