【汽油喷射检查】 汽油喷射发动机

　　译者序：“老葛聊修车”栏目已好久没有和大家说修车的事了。近期看了本刊登出的几篇有关排除发动机汽油喷射故障的文章。其中在故障诊断上走了一些弯路。究其原因可能是对汽油喷射的工作原理不够了解。因此，选用美国MOTOR杂志2008年7期刊登的这篇文章。在“老葛聊修车”栏目上介绍给大家，希望能和大家再次探讨发动机油控方面的原理。并对诊断油控故障有所帮助。
　　挥舞冰锤，锤头反射着阳光，凿开长年的坚冰不断向前。在通常情况下，这会发出很大的声响，但是此刻Edmund只能听到自己剧烈的心跳声。他每往上爬一步，肌肉都因为缺氧而感到紧张。他提醒自己，再走几步就能到达世界之巅峰。自从他到达喜马拉雅山珠穆朗玛峰下的时刻起，他就憧憬着这一刻的到来。在1953年的3月29日，Edmund HiIlary和Tenzing Norgay到达了这世界的最高峰。海拔约2902gft(8848m，1ft=0.305m)。在这个高度，空气中的氧气十分稀薄，而这次攀登又必须在没有氧气罐的情况下完成。显然，空气中氧气的含量十分重要，因为我们身体吸收的氧气会在体内发生化学反应，为我们的运动提供能量。这就跟发动机中的氧气与燃油混合燃烧产生能量的原理一样。
　　为了能释放氧化生热而产生的能量，氧气和汽油中的碳氢化合物必须发生化学反应。而这个反应则要取决于氧气和碳氢化合物的重量。对于汽车的内燃机来说，如果车子加大马力输出的话，空气与汽油两者的比例是11：1，如果是轻轻滑行的话，比例为17：1。在这两种极端的情况下，汽车排放的尾气量都会相对高一些。
　　多年以前，我们未规定尾气的排放量，但是随着人们愈发担心大城市的空气质量问题，政府也就开始对汽车制造商实施了一些规定。于是新技术也随即面市，以帮助这些制造商实现排放质量的控制。新技术能精确地测量进入发动机的空气量，然后根据发动机的运行情况配制适量的氢碳化合物或者汽油，这个技术被称之为汽油喷射。
　　我们可以利用机械装置或电气装置来实现这项技术，或者将这两种方式结台起来。而这个问题的焦点将集中在内燃机的电控汽油喷射上。现在，用于汽车上的汽油喷射主要有两种方式，即速度密度和空气流量。你必须清楚你使用的是哪种系统。比如说，在速度密度系统中，废气再循环(EGR)阀就会打开，从而真空读数会变低，通常这种情况下发动机是低负荷的。在这种情况下，如果再多加汽油的话，发动机无法完全消耗，于是汽油控制修正就会显示负值，减少汽油量(之后也会进一步控制汽油)。而在空气流量系统下，在同样的废气再循环阀状态下，就能正确估量空气流量，从而不需要进行汽油控制修正。
　　在速度密度的方法中，人们用进气歧管绝对压力(MAP)传感器来测量进气口的气压变化，从而计算出空气质量。MAP传感器是通过测量膜片的位移来测量进气管进口的气压，因为膜片的位移会受到进气管进口气压的影响。通过进气歧管绝对压力(MAP)传感器。进气口的气压变化为一种以千帕(kPa)为单位的气压测量方式。进气口的气压变化可以用来计算发动机的负荷情况。通过监控进气口的气压变化，进气歧管绝对压力(MAP)传感器完成以下一些工作：当节气门阀打开时，它会让更多空气进入发动机。于是敞开的节气门阀里面的气压从负值(真空)增加到比大气压低一点的程度。
　　MAP传感器是很好用的，因为即使海拔变化，在怠速和小负荷工况下，绝对发动机工作气压(就是真空)也不会发生变化。在海平面，大气气压是101kPa。发动机的正常怠速气压是27kPa。所以，发动机的真空度为101kPa-27kPa=74kPa，或者29.9in。Hg-10in。Hg=19.9l nlHg。在5500ft的高度，大气气压是84kPa，正常发动机的怠速气压是27kPa。这时发动机的真空度是84kPa-27kPa=57kPa，或者24.9in。Hg-10in Hg=14.9in Hgo
　　我们必须用一个公式来计算进入发动机的空气流量，同时也必须知道一些数值：发动机的大小(以升为单位)；进气歧管绝对压力(这是由MAP传感器来确定的)；另外还有每分钟的转数(r／rain)，因为在四冲程的发动机中，只有一个冲程会吸入空气。每分钟的转数是由曲轴位置传感器决定的。因为我们耍试着测量空气的质量，所以这也会成为一个因素。空气的温度也是一个因素，因为温度变化会使空气的密度也发生变化，而利用进气温度(IAT)传感器可以测量出气温的变化。当气温是40F(－40度)时，空气密度为1.51g／L；当气温是104T(40度)时，空气密度为1.12g／L，变化了35％。在速度密度下的空气公式是由三个感应因素组成，公式如下：
　　(发动机转速／60)×(发动机排量／2)×(进气绝对压力／大气压力)×吸收空气密度=空气质量(g／s)
　　在空气流量的方法中，空气质量的计算方式是间接测量还是直接测量进入进气歧管的空气量，取决于汽车用的是哪一种传感器。空气流量的测量是通过一种叫做质量空气流量传感器(MAF)的装置来实现的。这一装置有很多种类，其中用得最多的是加热型的。这种传感器是利用热风风速器来测量风速。通过电流、电线或其它物质加热到一个固定温度，这个固定温度将会高于进气口空气的温度。当节流阀的叶片打开时，空气的速度加快，这样热量就被空气冷却。电路设计成可以使物质保持在同一个温度上，所以当温度降低时，它输入的电流量就会增强。通过检测电流，我们就会得知气流进入得多少。而PCM将会把这个转化为空气质量(单位是g／s)。
　　不管是速度密度还是空气流量，空气量都是未知量，所以我们必须检测进入发动机的空气质量。汽油的喷射量是由空气质量决定的，而不是汽油质量来决定。汽油配送量是一个已知因素。
　　比方说，如果汽油喷射的速度为25lb／h(磅／小时。1 Ib／h=0.454kg／h)，这个值是由制动燃油消耗(BSFC)决定的，它说明了发动机消耗汽油的效率。通常情况下，BSFC计算的是1马力1小时消耗的汽油的磅数。马力数乘以BSFC得到的是每小时消耗汽油的磅数。
　　在通常情况下，汽油压力和体积之和是255cc／min或者是0.00425cc／m8，因此喷油嘴以25ib，h的速度喷射汽油。1cm3会有0.162g的汽油。喷油嘴将会将已知量的汽油喷射到发动机里面。
　　现在，进入发动机的空气量及喷射的汽油量都能检测出来了，我们就能通过公式来精确计算空气和汽油的比例。这个公式能计算出每个汽缸里面空气的质量。从而我们就能估计出要喷射的汽油量。如果在这个过程中出了问题，比如说传感器读数值不对或者汽油喷射出错，那么我们就要对基本公式修正，这样我们才能维持 正确的空燃比。在这种情况下，我们将在基本的空气等式上乘以一个燃油微调修正值。燃油微调值是用来监控空气与汽油的比例，使之保持在预定值上(表1)。
　　氧传感器是安装在排气系统中。可以持续测量空气和汽油的比例。它设置在一个回馈环路中，这样就可以将空气和汽油的比例传到微处理器上，随后微处理器会根据这个信息来调整燃油微调修正值以调整空气和汽油比值，使其保持在预定值上。这种控制方法被称为闭环控制系统。烤箱就是用的这种闭环系统，如果温度设在350下(约177℃)，电流就会加热烤箱，并持续加热超过这个温度，直到3551F(179℃)时切断电源。这个温度是由传感器来测量的。然后，烤箱的温度将降到345"F(174℃)，这时加热装置将重新启动，直到烤箱的温度达到3557(179℃)。这个过程不断循环，烤箱的温度将会保持在350T(约177℃)左右。
　　这种系统能够保持一个接近输入命令的平均值。在汽车内燃机中，这种系统以相同的方式运行。燃料微调就像烤箱的加热装置那样启动或关闭。氧传感器就像烤箱中的热传感器，它能显示出空燃比的变化。氧传感器的上下限值设在0.1V-0.8V之间。在这个区间里，氧传感器认为燃油比是标准的化学计量比。只有当信号电压高于0.8V氧传感器才报告混合汽浓，或低干0.1V时氧传感器报告混合汽稀。
　　在大多数情况下，燃油控制系统会将氧传感器设在0.1V-0.8V之间，这个通常是通过短时燃料修正(sTFT)来反映的(图1)。因为氧传感器推动STFT，如果氧传感器的反应变慢的话，STFT的限值将会超过。如果STFT的峰限值超过8％，则要换掉氧传感器。循环的氧传感器则会保持空气与汽油比例的稳定，保持有14.66Kg的干燥空气和1kg的汽油，这也被称为化学计量比。在这个情况下，空气和汽油混合得正好，点燃后，所有氢碳物质会充分燃烧。只剩下二氧化碳和水。
　　空气和汽油在运行的发动机上不能完全燃烧，这一部分原因是因为不汽化的汽油和氢碳化合物进入活塞密封圈和排气管。这时的空燃比还能使催化转化器正常工作，从而使尾气排放变差。
　　现在我们搞清了汽油喷射的汽油控制系统原理，那么就让我们看一下在修理汽车的过程中它起了什么作用吧。因为汽油喷射量与空气有关，所以很有必要计算一下发动机的充气效率(vE)。来看个例子：一辆装备3.0L发动机的Toyota四驱车因动力不足送修。发动机检测灯打开，驾驶员反映动力不足。然后，诊断故障码显示为：P0171(系统无力)；P0325(1号爆震传感器电路)和P0330(2号爆震传感器电路)。
　　为了快速找到诊断方向，我们要计算VE。这需要我们搜集PID参数，在启动汽车时会用到。如果你需要这个数据，只要启动VE检测器，确定空气是否正常进入发动机。在这个例子中，扫描仪在汽车运行时自动测量发动机的容积效率(图2)，黄色的轨迹是扫描仪读出的MAF传感器的信号(单位是g／S)，红色的轨迹是VE读数或者是理论空气流量。用这两种方法测量进入发动机的空气量，通过比较我们能很容易看出问题是否存在。此时，MAF传感器测出来的空气流量比VE测出来的要低很多。低的MAF值说明进入发动机的空气气流有问题。
　　低的气流读数值能说明许多问题，如排气或吸气受阻、在MAF传感器和节气门阀之间空气泄漏、错误的MAF传感器校正、错误的凸轮轴正时或者是发动机的机械问题等。为了确定是什么问题，我们要检查燃油修正值。在At!过程中，我们要从发动机的负荷和转速来检测修正值。在这个燃油修正值试验中(图3)。我们要记录整个过程中的燃油修正值。总的修正值是用长期燃油修正值(LTFT)加上短期燃油修正值(STFT)。查看燃油修正曲线时，要注意燃油修正值随着发动机负荷的变化方式，如在空运转的时候，燃油修正会在基本的空气平衡上减去29％。当负荷和每分钟的转速变化时，燃油修正又会在空气平衡上增加23％。当负荷慢慢提高时，燃油修正会在空气平衡上再加49％。这说明MAF感应器脏了。MAF感应器是用加热设备来测量进入发动机的空气量。而如果这个设备脏了的话，则在怠速时，它会多读进入的空气流量。所以空气修正需要用修正空气平衡来弥补这个错误。
　　当发动机热机后无负荷空转时，以g／s为单位的MAF传感器读值十分接近发动机的排量。比如在3℃0L的Toyota上，热车怠速时，MAF传感器读值大概是3―3 2g／s之间。这是判断MAF感应器在怠速时是否能正确运行的好方法。如果MAF传感器读数值(以g／s为单位)在空转时比发动机容量高或者低，则应检查燃油修正值。如果燃油修正值是对的(±10％)，则MAF传感器测量的空气流量值正确。
　　如果燃油修正值比这个大，那就说明出了问题。当发动机的负荷变化时，脏的MAF传感器不能将它的热量散到气流中，因此它少检测了空气流量。燃油修正必须纠正MAF传感器的气流读值，所以它在基本的空气平衡上乘以相应的修正值。
　　另外一个MAF传感器读值错误的例子是，如果MAF传感器的惠斯登电桥超出正常范围，则实际的以g／sec为单位的读数也会超出范围。由于MAF传感器设定了汽油喷射的量，燃油修正也会相应控制空气量，所以也会发生过度的燃油修正。但是，在图表上，燃油修正的r隋况会有所不同，修正值会呈线性，而不是从一个负值转化到正值。换句话说，发动机运转从头到尾都会有着几近相同的百分率。在这个情况下，我们就要换一只MAF传感器。
　　再举个例子，如果发动机在汽油喷射上出了问题，MAF传感器的读值是正确的，但会出现过度的燃油修正。我们将根据燃油修正是正值还是负值来决定该如何解决问题。如果是负值，则说明加入了太多汽油；反之，正值的话说明加的油不够。在发动机打不着火时，如果燃油修正值偏低，那么可能是点火系统有问题，或者发动机出现机械故障；如果燃油修正值偏高，则是汽油喷射有问题。
　　重新看一下3.0L Toyota车的MAF传感器问题。MAF传感器被拆了下来，清洗并且进行检修，清除P0171(系统无力)、P0325(1号爆震传感器电路)和P0330(2号爆震传感器电路)故障码(图4、图5)。重新检查一下我们的工作是很重要的，必须确定检修是否解决了问题。在试车时，我们就能完成所有的检测工作。
　　所以，在你试车时带上扫描仪，能节省你检测的时间。并且，要记住喜马拉雅山珠穆朗玛峰带来的启示：发动机就好像我们的身体一样，有多少空气就能决定我们能做多少事情。