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进气管负压在汽车自动控制上的应用

在相同的发动机转速下,节气门的开度越小,则进气管的负压越大(进气歧管的压力越低);而在相同的节气门开度下,发动机的转速越高,则进气管的负压越大(进气歧管的压力越低)。由此可见,进气管负压的变化意味着发动机转速及负荷发生变化。汽车设计师们利用这一特性,巧妙地将进气管的负压用作驱动或控制多种装置。在20世纪70年代中期之前,进气管的负压仅仅用于驱动风窗玻璃刮水器和分电器点火提前装置。此后应用的范围越来越广,涉及电子控制系统的诸多执行器。进气管负压已经成为汽车自动控制的一种动力源,为现代汽车的功能拓展提供了广阔的空间。

进气管负压在汽车自动控制上的应用

1.进气鼓管绝对压力传感器(MAP)

典型的进气歧管绝对压力传感器为膜片双腔式,由弹性硅膜片、真空室、硅杯、半导体力敏电阻、底座、导压管和电极引线等组成。硅膜片是核心测量元件,它的一面是真空室,另一面导入进气管的负压。在进气管负压的作用下,硅膜片产生变形,而且负压越高硅膜片的变形量越大,使扩散在硅膜片上的4个测量电阻的阻值发生变化。根据惠斯登电桥原理,当膜片在压力作用下发生变形时,4个测量电阻中的两个电阻的阻值升高,另外两个电阻的阻值降低,硅膜片的电阻变化转换成电压信号,输送给电控单元(ECU),作为判定进气鼓管压力大小的依据。

有的压电效应式进气压力传感器用一根橡胶管与进气总管相连,作为取气管。如果进气歧管绝对压力传感器上的细真空管脱落,将导致发动机动力不足,甚至引起空调起动不了或者起动空调后出现息速抖动和熄火现象。

进气管负压在汽车自动控制上的应用

2.燃油压力调节器

电喷发动机燃油压力调节器的功能,是使燃油压力与进气管负压之间的压力差保持不变,从而使喷油量仅仅取决于喷油器针阀开启的延续时间。
燃油压力调节器一般安装在燃油分配管的末端,是一种膜片控制式溢流调节器。在该调节器的金属外壳内,有一块由橡胶-纤维制成的柔性膜片,膜片将壳体分隔成为两个腔室:一个是弹簧室,其内有对膜片加载的预紧螺旋弹簧,弹簧室通过一根软管与节气门后方的进气歧管相通,这样使供油系统的油压不仅取决于弹簧的预紧力,而且取决于进气管负压的变化;另一个是燃油室,用于容纳燃油。在怠速和小负荷时,进气管的负压较大,在输入燃油的压力和进气管负压的双重作用下,克服弹簧的预紧力,向上压缩弹簧,推动膜片,打开回油阀,使部分燃油回流燃油箱,于是油路中的油压下降;在发动机大负荷时,进气管的负压较低,仅仅靠燃油压力无法克服弹簧的预紧力,回油阀关闭,停止回油,油压又上升,最终使燃油压力与进气歧管压力之差保持不变(图2-3)。

随着汽车控制技术的进步,目前已经发展到利用进气压力传感器替代燃油压力调节器,用喷油脉宽调节替代燃油压力的调节。

现代汽车发动机曲轴箱的换气都采用封闭、强制通风方式,将曲轴箱的第气送回进气管。曲轴箱强制通风系统由一个PCV单向阀以及真空软管等组成。当节气门部分开启时,进气歧管的负压使PCV阀部分打开,并吸出曲轴箱内的窜气,外界空气通过气门摇臂室盖的软管进入曲轴箱;当节气门全开时,进气歧管的负压较低,不足以吸动PCV阀,窜气有可能在软管内反方向流动,此时PCV阀基本关闭;当发动机停转或发生“回火”时,PCV阀依靠弹簧的作用力压紧在阀座上,使通风管路处于完全关闭状态,可以防止进气歧管内的火焰进入高温、高压的曲轴箱而发生爆炸危险。
PCV阀的检查方法:让发动机息速运转,从气门摇臂室盖上拆下PCV阀,若能够听到
“嘶嘶”的气体流动声音,用手指放在PCV阀的进口处,能够感觉到很强的真空吸力,说明PCV阀工作正常。

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4.燃油蒸气回收装置(EVAP)

燃油蒸气回收装置用于减少燃油箱向大气排放HC。从密闭的燃油箱内产生的燃油蒸气被引入炭罐中,被活性炭吸附。在发动机不运转期间,燃油蒸气存储在炭罐内。在发动机冷车或怠速运转时,电控单元(ECU)指令燃油蒸气回收电磁阀关闭,切断炭罐至进气歧管的通路,燃油蒸气无法进入进气管;当发动机处于热车并以高于怠速转速运转时,ECU指令电磁阀开启,炭罐至进气歧管的真空通路导通,新鲜空气从炭罐下方的控制量孔进入炭罐,清除吸附在活性炭上的燃油蒸气,并与其一起进入进气管,可以防止燃油蒸气外泄对大气造成污染,而且可以节约燃油消耗。当然,燃油蒸气回收后会加浓混合气,导致空燃比暂时发生变化,但是氧传感器能够监测到这种空燃比的变化,ECU会指令适当减少喷油脉宽,从而使供给发动机的混合气维持合适的比例。

进气管负压在汽车自动控制上的应用

5.废气再循环(EGR)系统
EGR系统的功用,是将气缸排出的部分废气再引回进气歧管,与混合气一起进入燃烧室,以降低气缸的燃烧温度,从而减少NO,的生成量。
当发动机ECU判断废气再循环系统的工作条件满足时,接通EGR电磁阀的搭铁电路,使EGR电磁阀开启,于是进气管与排气管之间的管路连通,进气歧管内的负压便施加在EGR阀的膜片上,使该阀门打开,废气经过管路、EGR阀、进气管进入气缸。废气再循环的流量取决于排气管的压力、进气管的负压以及EGR阀的开度。如果EGR阀的锥形柱塞被积炭卡住在开启状态,会引起加速“发冲”、车身发抖、发动机自行熄火等故障。
新款汽车采用线性EGR阀,由电控单元ECU通过占空比进行控制,不再依赖进气歧管的负压来调节。

进气管负压在汽车自动控制上的应用

6.自动变速器真空膜片式节气门控制阀
有的自动变速器安装了负责调整节气门油压的真空式调节器,它与控制阀的高度一致,位于自动变速器油(ATF)液面的下面。真空式油压调节器通过软管与发动机的进气管相连。
为了按照发动机的负荷和车速更精确地控制换档时刻,4T65E等自动变速器利用发动机进气管的负压来操纵节气门控制阀(又称为“真空式油压调节器”)。节气门控制阀由膜片分隔成两室:一室通大气,另一室为负压室,用软管连接到发动机的进气管。膜片后面连接着波纹筒,膜片借助波纹筒与滑阀相连。当进气管的负压发生变化时,波纹筒的长度也发生变化,并带动滑阀产生位移,使进油孔和排油孔开或关,从而产生随着节气门开度(即发动机负荷)变化而变动的控制油压。当节气门开度较小(即发动机负荷小)时,由于进气受阻,进气歧管的负压较大,真空吸力克服弹簧力将膜片吸动,带动滑阀发生移动,主油路的压力油经过节气门控制阀输出的油压减小,反之亦然,这样有利于防止变速器内的换档执行元件打滑。
如果真空软管破裂,即使在息速或小负荷工况下,节气门阀得到的也是大负荷的工作信号,油压会升高,往往导致换档冲击现象;如果膜片破裂,在节气门后方负压的作用下,会将变速器油吸入气缸燃烧。因此,当自动变速器发生经常缺油、无倒档等故障时,应当重点检查自动变速器的节气门控制阀是否失常。
新型电控自动变速器的电液式控制系统已经取消了由节气门真空阀控制的节气门阀,采用一个油压电磁阀来产生节气门油压。

进气管负压在汽车自动控制上的应用

7.制动真空助力器
制动真空助力器位于制动主缸与制动踏板之间。制动真空助力器由真空伺服机构和空气控制阀两部分组成,用膜片分隔成真空室和工作室。输入推杆连接在制动踏板上,输出推杆位于制动主缸的主活塞内,控制阀从后壳伸出的地方安装有橡胶保护套。在前壳上有孔,连接着从发动机过来的真空管,在真空管上安装有单向阀。当踩下制动踏板时,借助进气管产生的真空吸力,增加作用在制动主缸上的制动力(即助力),以减少驾驶人制动时需要的踏板力,使制动过程轻柔和舒适(图2-4)。
8.巡航控制系统(CCS)真空式执行器
部分车型的巡航控制系统采用真空式执行器,这种真空膜盒式巡航执行器由膜片、真空阀(常闭)、空气阀(常开)、节气门拉索、膜片弹簧等组成。其中,真空控制开关(图2-5)用于检测进气管的负压,当压力低于22.7kPa或更低时,真空控制开关接通,将信号传送到ECU。
巡航控制系统真空式执行器的动作分为以下3种情况:

(1)当巡航系统启用并且设定在某一车速时,真空阀和空气阀同时关闭,膜片室内的真空度不变,节气门连接件和节气门开度处于一个稳定的位置,汽车做恒速行驶。

进气管负压在汽车自动控制上的应用

(2)若汽车上坡或驾驶人按动加速键,巡航控制单元(ECU)指令真空阀导通,接通进气管的真空,膜片室内的负压增大,膜片克服弹簧的张力向右移,拉动节气门拉索,使节气门的开度加大,于是汽车加速,此时空气阀处于关闭位置。

(3)若汽车下坡或驾驶人点动减速键,巡航控制单元(ECU)切断空气阀的电流,使空气阀开启(接通大气),由于膜片室与大气相通,真空度减小,在节气门回位弹簧和膜片弹簧的共同作用下,膜片向左移动,使节气门的开度减小,于是汽车减速,此时真空阀处于关闭位置。

9.中控门锁系统真空式执行器
部分奔驰汽车的中控门锁系统不采用电动机执行器,而是采用双腔膜片式控制方式,它以进气歧管的负压为动力源,在车厢内装有真空储存罐,利用双腔膜片室控制门锁动作,一腔通真空,一腔通大气,经过双腔膜片室真空与大气的转换,可以带动门锁开启器拉杆作双向移动,用以控制门锁的开与闭。
除此以外,还有自动空调系统室内循环的进气风门、可变正时系统进气歧管长短行程转换翻板的驱动机构等,都是利用进气歧管的负压驱动的。

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