化油器汽车改装电喷系统实践（二）—EFI系统主要关键部件的制作及选用

化油器汽车改装电喷系统实践（二）—EFI系统主要关键部件的制作及选用 化油器汽车改装电喷系统实践(二)—EFI 系统主要关键部件的制作及选用 化油器汽车改装电喷系统实践(二) EFI系统主要关键部件的制作及选用 EF1(电控喷油)系统是汽车,摩 托车电子控制中最为重要的系统. 它决定了整车的最主要的性能. 混合气成分的闭环控制和三 元催化反应器装置的联合使用,是 当今汽油机最有效的排气净化方 法,目前还没有发现其他的净化方 法可以达到如此低的排放值,它可 以满足美国及欧洲现行汽车发动 机排放法规的要求. EFI系统中最核心的部分是 MCU,即微机部分.俗称电脑盘.除 此之外还有各种传感器及喷油器等 部件笔者多年来从事EFI系统的研 究,开发,包括部分关键部件的创 作,获得了一定的成果及经验.结论 并非如某些人宣扬的那样"中国目 前无能力自主开发En系统".为让 有兴趣者了解,笔者进行简单介绍. 简单来说,EFI系统,就是利用 各种-'V同的传感器把发动机的各 个不同的工作状况.以及排放废气 的情况,以电信号的形式,实时采 集并传送到电脑中,电脑根据原定 的程序,得到最佳数据,控制发动 机的最佳供油量.MCU周围的部 件,都是为了采集MCU所需的数 据.或执行MCu发出的指令的. 以下先介绍有关部件: 一 ,空气流?计:主要有翼片 式空气流量计及热线式空气流量计 两种前者低速时精度较高,高速时 精度差,并且成本高,现已极少使 用,后者低速时精度较差.目前所见 一 般都少使用空气流量计而采用进 气岐管绝对压力来作为主要参数. 二,进气歧管压力计:俗称真空 度计,这是一种较新型的传感器,它 能在15kpa,1嗯pa范围内以极其线性 的关系把压力信号转换为电信号,每 ?梁威(hv5@163.nec) kpa电压变化?—6V此传感器可很 方便地与单片机中的A/D变换器配 合.目前此传感器我国没有生产,但 在国外的公司可很方便地购到,价钱 也不算贵(不超过10美元).根据笔者 了解,国外专业电控系统,此传感器 也是向专业半导体厂家购进的. 三,水温传感器:此传感器要 求不高,根据我们的使用经验,完 全可使用一般发动机供仪用的 水温传感器,只是不应与仪表共 用,应单独加装供EFI系统专用.此 传感器一般是负温度系数的.即温 度越高电阻越小 四,进气温度传盛器:与水温 传感器要求差不多,只是不必有防 水外壳一般温度范围-40? 125?的热敏电阻均可使用. 以上三,四两项的温度传感 器,都不须要温度与电阻成线性关 ,因为单片机在采用这两项数据 系 时是以"查表"的形式进行.但要求 它们的一致陛要好,水温传感器有 5%即可,气温传感器则要求有2%. 五转速及曲轴位置传感器: 实际上就是点火用的断电器,俗称 合金,现在一般都用无触点断电 器,国内早已大量生产使用. 六,氯传盛器:此传感器安装 干排气管中.用于检测空气与燃油 的准确比例.因为三元催化器要求 空气燃油比例严格控制在14.7:1左 右,即空气过量系数=1左右,才能 有效地把排气中的有害成份.HC, co,NOx还原为If2O,C02及N2.根 据排气之中不同的氧分量,在供给 浓混合气时(<1)其通过氧传感器 的输出电压约0.8—1V;在供给稀混 合气(>1)时,输出电压只在0.1V左 右.当供给浓棍台气向稀混合气过 度时,输出的电压约为450-500mV. 氧化锫传感器的特性是其输出电压 随混台气成分的变化关系,它以过 量空气系数=l为界限,传感器的 输出电压=l前后发生急剧变化. 陈在排气中含有氧分量之外. 氧化锆本身的温度也有很大的影 响,温度影响氧离子的传导能力,因 此氧传感器的特性随温度变化的影 响也很大,上述所给出的数值,适用 于工作温度在60?附近的情况 传感器的工作温度还影响混 合气成分变化后输出电压改变的响 应时问.在陶瓷体温度低干300? 时,电压变化需要的反应时问约以 秒计.在最佳的运行温度6OO?时, 传感器所需的反应时问可小于 50ms.因此,发动机玲起动后至发动 机到最低运行温度31313?的一段时 间内,传感器的调节作用应被自动 切断.应该注意.发动机排气温度过 高时,会缩短氧传感器的使用寿命. 因此,要选择氧传感器的安装位置, 以确保在发动机以长时间全负荷运 行时,温度不超过850?;若短N-问 全负荷运行时允许温度到930?. 为能使氧传感器工作于最佳 运行温度,根据需要可以选用一种 称为加热型的氧传感器它在发动 机负荷较低的工况下运行时,由于 排气温度低,在传感器上通过电加 热对氧化锆陶瓷体加热,使运行温 度适当加高在负荷高的工况下运 行时.陶瓷体的温度由发动机排气 的温度确定这种加热型氧传感器 可以安装在离发动机较远的排气 管气流中,甚至在长时间地承受全 负荷运行也不会出现问题. 通过外部的电加热,可以使氧 传感器在发动机起动后20—3Os内 电子制作2o02年第2期?28— 圃固田——————————, 就得到迅速加热,达到正常运行温 度,从而使氧传感器投人工作,起 到混台气成分的调节作用.加热氧 传感器可以稳定在最佳的运行温 度上,从而使发动机得到稳定的, 较低的排放.若在较好的使用条件 下,这种批量生产的加热型氧传感 器的使用寿命,可以达107Ykrn2~ 右.值得注意的是起催化作用的外 侧电极会受铅化物的损伤.因此发 动机必须使用无铅汽油. 七,燃油泵:是一个电动的汽 油泵,泵油压力需在03Mpa~上,油 量需大于或等于发动机最大油量两 倍以上,以使喷油时压力不会骤降. 欧美车型多用齿轮泵,内转子泵等 容积泵,日本则多用离心泵.J~Cft=国 内已有部分生产,但多为引进产品 或仿制产品.价格仍偏高.我们已与 有关厂合作试制成功,估计产品出 来后价格控制在1o0元人民币左右. 另外此泵功耗约30-40W,对于摩托 车用的来说,发电机要改造加大功 率.我们试制了一种供摩托车 用的泵,功耗在5W以下,这样就不 必加大发电机的功率了,成本相对 也低些,还在进一步优化. 八,喷油器:喷油器是EFI系 统中除MCU~'b最为重要的部件,它 的特性数据与MCU中的数据高度 配合.基本可以这样说:在整个EFI 系统中,其他零部件包括MCU中的 硬件可以向外购进,甚至可以向国 外进口,但如果对喷油器不具备自 主知识产权,不掌握制造中的材 料,结构,工艺等技术秘密,那么这 套系统是残缺的,是受人制约的. 在此问题上,笔者有着极其深刻的 经历及体会.事实上国外各专业公 司都是这样的,喷油器均为自行制 造,而且一般不出售,或者虽然出 售但当它感到威胁到它的市场的 时候,就会以种种理由停止供应.其 实我们一开始研究EFI系统,就无形 中在抢现有EFI系统的专业公司的 市场.人家"卡"我们也是情理之中, - 29一电子制作2OD2年第2期 换了我们也许也会这样操作 为了喷油器的制作,笔者耗费 了一年多的时间.作了数百个不同 的,现在已经可以说,对喷油 器在,结构,零件加工工艺,装 配工艺,各项公差对特性影响程度 以及各项公差的控制方法,均已了 如指掌.在本文中笔者不可能谈得 太具体,但对其中的一些关键问题 绝不含糊其词. 1,基本结构:喷油器实际上是 一 个高速,精密计量的电磁阀,基本 结构无非为针阀,片阀及球阀三种. 目前各类中介绍的基本上都是针 闽结构,笔者在试验中发现,此种结 构存在着几项先天的缺陷:?针阀 的闽心质量较大,因此驱动力要大; ?针阀的开关处是面接触,开启后 油的通过阻力大.因此要较大的阀 针动作行程,而又进一步需要加大 驱动力.(蔓)针阀的开启与实际喷油 的时延太长,如阀的开启时间为 lms,那么开始喷油的时间在1.6ms 左右,时延:~0.6ms,无形中加大了 无效时间,减少了有教时间就影响 了喷油量的精度.?针阀需要极其 精密的阀芯导向结构.大大加深制 造难度及加重制造成本.大概是由 于以上的原因,国外20世纪9o年代 以后的产品中,极少再有采用针阀 结构的.但各种版本的书中仍然介 绍这种结构,其原因不得而知: 片阀的质量可以作得很小,但 其开关处与针阀同样为面接触密 封,时延较大.实际上可作种折中 的片一球阀结构,驱动力及无效时间 都很少,我们曾作过起喷时间为 0.3ms以下.但这种结构我们没有找 到能够精确控制阀片行程的装配方 法,这方面今后还有待研究开发. 球阀结构是我们做得最为成 功的一种结构.也是目前应用得最 为广泛的一种结构.我要说的是. 作为为球阀用的钢珠,要求它的不 圆度要小于3ttm~下,否则制造出 来的喷油器的一致性将大打折扣. 这种高精度的钢珠比一般轴承上 用的钢珠要贵10倍以上. 2,材料的选用:材料分为阀体 的材料和磁性材料,阀体我们用的 是Gr15作为阀体材料,效果十分满 意,曾作1O亿次喷油的试验,喷油 器性能没有明显变化.分解后作精 密测量,结论是:"未发现有可计量 的磨损(计量单位为:um)".曾考 虑此阀体用非磁性材料是否会好 些,因此用了价格极贵的非磁性的 而又满足硬度的金属材料来试验, 发现X~,NE能没有可察觉的影响. 磁性材料当然是软磁材料,要 求其磁饱和强度大,矫顽磁力要 小.磁滞小,矩形系数好等,当然还 要价格台适,因为有些很好的软磁 材料价格惊人(每kg数万元人民 币)在国内的专业软磁材料的研 我们对数十 究生产单位的配合下, 种软磁材料进行过试验,发现有多 种软磁材料均有优良的性能.其中 坡莫台金1J22~通用型号,可满足 喷油器的基本要求 3,制造I艺问题:喷油器在零 件加工到总成装配,都必须作到一 些基本的数据及公差,就我们所作 的球阀结构而言.必须作到以下的 数据及保证相应的公差以内,否则 不能保证一致性所幸的是这些都 已被我们随心所欲地控制在内了. 这当然借助了如激光焊接等先进的 工艺,和我们在结构,零件加工,精密 装配的设备及技巧等结合的结果. 相关数据: 1,喷油阀~l=-fL,:'Po.2-o7mrn(视 所需油量定)公差】-3pan(约5%) 2,阀芯行程:0.05—0.1mm(视 孔径而定,公差2m 3,阀芯质量公差:1% 相关的物理参数: 阀芯的行程设为0Inma,开启 时间为1ms,质量为1.5g,那么: 阀芯的加速度为: s=l/2at2; a=2s/t2=20.0001/00012= 200.~-秒2 阀芯的驱动力: f=ma---0.OO15200=0.3牛?