進氣管負壓在汽車自動控制上的應用
1.進氣鼓管絕對壓力傳感器(MAP)
典型的進氣歧管絕對壓力傳感器為膜片雙腔式,由彈性硅膜片、真空室、硅杯、半導體力敏電阻、底座、導壓管和電極引線等組成。硅膜片是核心測量元件,它的一面是真空室,另一面導入進氣管的負壓。在進氣管負壓的作用下,硅膜片產生變形,而且負壓越高硅膜片的變形量越大,使擴散在硅膜片上的4個測量電阻的阻值發生變化。根據惠斯登電橋原理,當膜片在壓力作用下發生變形時,4個測量電阻中的兩個電阻的阻值升高,另外兩個電阻的阻值降低,硅膜片的電阻變化轉換成電壓信號,輸送給電控單元(ECU),作為判定進氣鼓管壓力大小的依據。
有的壓電效應式進氣壓力傳感器用一根橡膠管與進氣總管相連,作為取氣管。如果進氣歧管絕對壓力傳感器上的細真空管脫落,將導致發動機動力不足,甚至引起空調起動不了或者起動空調后出現息速抖動和熄火現象。2.燃油壓力調節器
電噴發動機燃油壓力調節器的功能,是使燃油壓力與進氣管負壓之間的壓力差保持不變,從而使噴油量僅僅取決于噴油器針閥開啟的延續時間。燃油壓力調節器一般安裝在燃油分配管的末端,是一種膜片控制式溢流調節器。在該調節器的金屬外殼內,有一塊由橡膠-纖維制成的柔性膜片,膜片將殼體分隔成為兩個腔室:一個是彈簧室,其內有對膜片加載的預緊螺旋彈簧,彈簧室通過一根軟管與節氣門后方的進氣歧管相通,這樣使供油系統的油壓不僅取決于彈簧的預緊力,而且取決于進氣管負壓的變化;另一個是燃油室,用于容納燃油。在怠速和小負荷時,進氣管的負壓較大,在輸入燃油的壓力和進氣管負壓的雙重作用下,克服彈簧的預緊力,向上壓縮彈簧,推動膜片,打開回油閥,使部分燃油回流燃油箱,于是油路中的油壓下降;在發動機大負荷時,進氣管的負壓較低,僅僅靠燃油壓力無法克服彈簧的預緊力,回油閥關閉,停止回油,油壓又上升,最終使燃油壓力與進氣歧管壓力之差保持不變(圖2-3)。
隨著汽車控制技術的進步,目前已經發展到利用進氣壓力傳感器替代燃油壓力調節器,用噴油脈寬調節替代燃油壓力的調節。
現代汽車發動機曲軸箱的換氣都采用封閉、強制通風方式,將曲軸箱的第氣送回進氣管。曲軸箱強制通風系統由一個PCV單向閥以及真空軟管等組成。當節氣門部分開啟時,進氣歧管的負壓使PCV閥部分打開,并吸出曲軸箱內的竄氣,外界空氣通過氣門搖臂室蓋的軟管進入曲軸箱;當節氣門全開時,進氣歧管的負壓較低,不足以吸動PCV閥,竄氣有可能在軟管內反方向流動,此時PCV閥基本關閉;當發動機停轉或發生“回火”時,PCV閥依靠彈簧的作用力壓緊在閥座上,使通風管路處于完全關閉狀態,可以防止進氣歧管內的火焰進入高溫、高壓的曲軸箱而發生爆炸危險。
PCV閥的檢查方法:讓發動機息速運轉,從氣門搖臂室蓋上拆下PCV閥,若能夠聽到
“嘶嘶”的氣體流動聲音,用手指放在PCV閥的進口處,能夠感覺到很強的真空吸力,說明PCV閥工作正常。
4.燃油蒸氣回收裝置(EVAP)
燃油蒸氣回收裝置用于減少燃油箱向大氣排放HC。從密閉的燃油箱內產生的燃油蒸氣被引入炭罐中,被活性炭吸附。在發動機不運轉期間,燃油蒸氣存儲在炭罐內。在發動機冷車或怠速運轉時,電控單元(ECU)指令燃油蒸氣回收電磁閥關閉,切斷炭罐至進氣歧管的通路,燃油蒸氣無法進入進氣管;當發動機處于熱車并以高于怠速轉速運轉時,ECU指令電磁閥開啟,炭罐至進氣歧管的真空通路導通,新鮮空氣從炭罐下方的控制量孔進入炭罐,清除吸附在活性炭上的燃油蒸氣,并與其一起進入進氣管,可以防止燃油蒸氣外泄對大氣造成污染,而且可以節約燃油消耗。當然,燃油蒸氣回收后會加濃混合氣,導致空燃比暫時發生變化,但是氧傳感器能夠監測到這種空燃比的變化,ECU會指令適當減少噴油脈寬,從而使供給發動機的混合氣維持合適的比例。
5.廢氣再循環(EGR)系統
EGR系統的功用,是將氣缸排出的部分廢氣再引回進氣歧管,與混合氣一起進入燃燒室,以降低氣缸的燃燒溫度,從而減少NO,的生成量。
當發動機ECU判斷廢氣再循環系統的工作條件滿足時,接通EGR電磁閥的搭鐵電路,使EGR電磁閥開啟,于是進氣管與排氣管之間的管路連通,進氣歧管內的負壓便施加在EGR閥的膜片上,使該閥門打開,廢氣經過管路、EGR閥、進氣管進入氣缸。廢氣再循環的流量取決于排氣管的壓力、進氣管的負壓以及EGR閥的開度。如果EGR閥的錐形柱塞被積炭卡住在開啟狀態,會引起加速“發沖”、車身發抖、發動機自行熄火等故障。
新款汽車采用線性EGR閥,由電控單元ECU通過占空比進行控制,不再依賴進氣歧管的負壓來調節。
6.自動變速器真空膜片式節氣門控制閥
有的自動變速器安裝了負責調整節氣門油壓的真空式調節器,它與控制閥的高度一致,位于自動變速器油(ATF)液面的下面。真空式油壓調節器通過軟管與發動機的進氣管相連。
為了按照發動機的負荷和車速更精確地控制換檔時刻,4T65E等自動變速器利用發動機進氣管的負壓來操縱節氣門控制閥(又稱為“真空式油壓調節器”)。節氣門控制閥由膜片分隔成兩室:一室通大氣,另一室為負壓室,用軟管連接到發動機的進氣管。膜片后面連接著波紋筒,膜片借助波紋筒與滑閥相連。當進氣管的負壓發生變化時,波紋筒的長度也發生變化,并帶動滑閥產生位移,使進油孔和排油孔開或關,從而產生隨著節氣門開度(即發動機負荷)變化而變動的控制油壓。當節氣門開度較小(即發動機負荷小)時,由于進氣受阻,進氣歧管的負壓較大,真空吸力克服彈簧力將膜片吸動,帶動滑閥發生移動,主油路的壓力油經過節氣門控制閥輸出的油壓減小,反之亦然,這樣有利于防止變速器內的換檔執行元件打滑。
如果真空軟管破裂,即使在息速或小負荷工況下,節氣門閥得到的也是大負荷的工作信號,油壓會升高,往往導致換檔沖擊現象;如果膜片破裂,在節氣門后方負壓的作用下,會將變速器油吸入氣缸燃燒。因此,當自動變速器發生經常缺油、無倒檔等故障時,應當重點檢查自動變速器的節氣門控制閥是否失常。
新型電控自動變速器的電液式控制系統已經取消了由節氣門真空閥控制的節氣門閥,采用一個油壓電磁閥來產生節氣門油壓。
7.制動真空助力器
制動真空助力器位于制動主缸與制動踏板之間。制動真空助力器由真空伺服機構和空氣控制閥兩部分組成,用膜片分隔成真空室和工作室。輸入推桿連接在制動踏板上,輸出推桿位于制動主缸的主活塞內,控制閥從后殼伸出的地方安裝有橡膠保護套。在前殼上有孔,連接著從發動機過來的真空管,在真空管上安裝有單向閥。當踩下制動踏板時,借助進氣管產生的真空吸力,增加作用在制動主缸上的制動力(即助力),以減少駕駛人制動時需要的踏板力,使制動過程輕柔和舒適(圖2-4)。
8.巡航控制系統(CCS)真空式執行器
部分車型的巡航控制系統采用真空式執行器,這種真空膜盒式巡航執行器由膜片、真空閥(常閉)、空氣閥(常開)、節氣門拉索、膜片彈簧等組成。其中,真空控制開關(圖2-5)用于檢測進氣管的負壓,當壓力低于22.7kPa或更低時,真空控制開關接通,將信號傳送到ECU。
巡航控制系統真空式執行器的動作分為以下3種情況:
(1)當巡航系統啟用并且設定在某一車速時,真空閥和空氣閥同時關閉,膜片室內的真空度不變,節氣門連接件和節氣門開度處于一個穩定的位置,汽車做恒速行駛。
(2)若汽車上坡或駕駛人按動加速鍵,巡航控制單元(ECU)指令真空閥導通,接通進氣管的真空,膜片室內的負壓增大,膜片克服彈簧的張力向右移,拉動節氣門拉索,使節氣門的開度加大,于是汽車加速,此時空氣閥處于關閉位置。
(3)若汽車下坡或駕駛人點動減速鍵,巡航控制單元(ECU)切斷空氣閥的電流,使空氣閥開啟(接通大氣),由于膜片室與大氣相通,真空度減小,在節氣門回位彈簧和膜片彈簧的共同作用下,膜片向左移動,使節氣門的開度減小,于是汽車減速,此時真空閥處于關閉位置。
9.中控門鎖系統真空式執行器
部分奔馳汽車的中控門鎖系統不采用電動機執行器,而是采用雙腔膜片式控制方式,它以進氣歧管的負壓為動力源,在車廂內裝有真空儲存罐,利用雙腔膜片室控制門鎖動作,一腔通真空,一腔通大氣,經過雙腔膜片室真空與大氣的轉換,可以帶動門鎖開啟器拉桿作雙向移動,用以控制門鎖的開與閉。
除此以外,還有自動空調系統室內循環的進氣風門、可變正時系統進氣歧管長短行程轉換翻板的驅動機構等,都是利用進氣歧管的負壓驅動的。
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