汽油机电控喷射系统概述

第7章电子控制汽油喷射系统7.1电子控制汽油喷射系统概述

7.2电子控制汽油喷射系统主要部件的结构与工作原理7.3电子控制汽油直接喷射系统7.4电子控制汽油喷射系统的故障诊断7.5电子控制系统主要部件的故障检修

7.1电子控制汽油喷射系统概述7.1.1电子控制汽油喷射系统的分类1.按喷油器数目分类(1）单点喷射：指在节气门前方安装一只或两只喷油器，向进气歧管喷油形成初步的可燃混合气，在进气行程时可燃混合气被吸入气缸内。这种系统结构简单，但混合气浓度不易精确控制。

该系统逐渐被淘汰。

(2）多点喷射：指在每一个气缸的进气门前的进气道内分别安装一只喷油器，实行各缸分别供油。

多点喷射因控制精确高而被广泛应用。

2.按喷油方式分类(1）连续喷射：因连续喷射系统技术性能落后，现已被淘汰。(2）间歇喷射：广泛地应用于现代电控汽油喷射系统中。在发动机运转期间，汽油间歇喷射，其喷油量的多少取决于喷油器针阀开启的时间，

即取决于ECU指令的喷油脉冲宽度。

3.按喷射时序分类(1）同时喷射：指在电路上将各缸喷油器全部并联在一起，通过一条共同的控制电路和ECU连接。在发动机的每个工作循环中，各缸喷油器同时喷油一次或两次。这种控制方式逐渐被淘汰。(2）分组喷射：指将多缸发动机的喷油器分成2或3组，每组有2～4个喷油器，每组分别通过一条控制电路和ECU连接。

在发动机每个工作循环中，

各组喷油器各自同时喷油一次。

(3)顺序喷射：指每缸都有一只喷油器，各缸喷油器分别由各自的控制电路与ECU连接，ECU分别控制各喷油器喷油。

这种喷射方式被广泛应用。

4.按控制方式分类(1）开环控制：用于不装氧传感器的电控汽油喷射系统中。由于其控制精度低，故现逐渐被淘汰。(2）闭环控制：用于有氧传感器的电控汽油喷射系统中。氧传感器未达到工作温度之前，它不能向ECU反馈信号，这时电控汽油喷射系统是开环控制。反之，称为闭环控制。但由于开环控制的时间较短，因此目前把装有氧传感器的电控汽油喷射系统称为闭环控制系统。

5.按空气量检测方式分类(1）间接检测式：采用进气压力传感器，这种系统称为D型电控汽油喷射系统。(2）直接检测式：采用叶片式、热线式（LH型）、热膜式和卡门旋涡式等空气流量计。

6.按喷射位置分类(1）缸外喷射：指汽油喷射在进气道的方法。国内轿车发动机电控汽油喷射系统广泛采用缸外喷射。(2）缸内喷射：有些燃烧稀混合气的轿车发动机电控汽油喷射系统采用缸内喷射(直接喷射GDI)。它与缸外汽油喷射电控系统相比，具有高效、低油耗的优点。一汽大众生产的奥迪A6L2.0TFI轿车发动机采用的是缸内喷射。7.1.2电子控制汽油喷射系统的组成与工作过程电控汽油喷射系统由汽油供给系统、空气供给系统和电子控制系统三个子系统组成。1.汽油供给系统汽油供给系统的功用是向发动机提供各种工况下所需要的燃油。它由油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器（简称调压器）、喷油器和油管等组成。其工作流程如图7－1所示。图7-1汽油供给系统工作流程在燃油泵的作用下，燃油从油箱以大约350kPa的压力泵出，经燃油滤清器、油管和分油管后，送至喷油器。喷油器在ECU控制下，将燃油以雾状喷至各缸进气门前的进气道管内。油管的末端装有调压器，用来调整油管中汽油的压力，使油压保持某一定值(250～300kPa)，多余的燃油从油压调节器上的回油口经回油管返回油箱。也有一些发动机的调压器后面串联一个燃油脉动阻尼器，还有的发动机将调压器安装在油箱内。有些轿车发动机采用无回油的汽油供给系统，它的特点是燃油泵、燃油滤清器、调压器、燃油油位传感器和燃油切断阀合为一体，可以断开发动机部件的回油，并能防止燃油内部温度升高，减少燃油蒸气的排放量。一汽丰田花冠轿车3ZZ-FZ发动机采用的是无回油系统，如图7-2所示。图7-2一汽丰田花冠轿车3ZZ-FZ发动机采用的无回油系统2.空气供给系统LH型空气供给系统由空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、稳压箱、进气歧管、空气阀（空气控制阀）和怠速控制阀等部件组成。其功用是测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量，以控制发动机的输出功率。LH型空气供给系统的工作流程如图7-3所示。图7-3LH型空气供给系统的工作流程驾驶员通过加速踏板直接或间接地操纵节气门来控制进气量。进入发动机的空气经空气滤清器过滤和空气流量计计量后，通过节气门体进入进气总管和稳压箱等部件，在进气道内与喷油器喷出的燃油混合后再进入气缸。D型空气供给系统除了采用进气压力传感器间接测量进气量外，其它的部件与LH型的相同（见图7-4）。图7-4D型空气供给系统构成示意图1—发动机;2—怠速空气阀;3—空气滤清器;4—节气门体;5—进气压力传感器；6—喷油器

３.电子控制系统电子控制系统由各种传感器、ＥＣＵ和执行器三部分组成（见图7-5）。其功用是根据发动机运转状况和车辆运行情况确定最佳喷射量。

传感器是信号转换装置，安装在发动机的各个部位。其功用是检测发动机运行状态，将发动机各种工况下的性能参数转换成电信号输出给ECU。检测发动机工况的传感器有水温传感器、进气温度传感器、发动机转速与曲轴位置传感器（简称曲轴位置传感器）、节气门位置传感器、车速传感器、氧传感器等。图7-5电子控制系统组成示意图ECU是发动机控制系统的核心部件。ECU在接收了各种传感器传来的信号后，经过计算确定满足发动机运转状态的最佳喷油量。ECU还可以对多种信息进行处理，实现EFI系统以外其他诸多方面的控制，如点火控制、怠速控制、废气再循环控制和自动变速器控制等。执行器是电子控制系统的执行机构。其功用是接收ECU输出的各种控制指令，完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳状态，如喷油定时和脉宽控制、点火提前角控制、怠速控制、故障自诊断、故障备用程序启动、仪表显示等。一汽丰田花冠轿车1NZ-FE发动机电子控制燃油喷射系统（LH型）如图7-6所示。图7-6一汽丰田花冠轿车1NZ-FE发动机电子控制燃油喷射系统7.2电子控制汽油喷射系统主要部件的结构与工作原理7.2.1汽油供给系统主要部件的结构与工作原理1.电动燃油泵及控制电路1）电动燃油泵的结构及工作原理电动燃油泵的作用是把汽油从油箱内以一定的压力吸出，并通过喷油器喷射后供给发动机的各个气缸。电动燃油泵是一种由小型直流电动机驱动的油泵。按结构的不同，可将电动燃油泵分为滚柱式、齿轮式、涡轮式和侧槽式四种。涡轮式电动燃油泵具有油压脉动少、外形尺寸小、质量轻、工作可靠等优点，故得到广泛应用。涡轮式电动燃油泵的结构如图7-7所示。涡轮的圆周开有小槽，在电动机的驱动下，涡轮周围小槽内的燃油高速旋转。由于离心力的作用，燃油出口处的油压升高，同时在进口处产生一定的真空，从而使汽油从进油口被吸入并被泵向出油口。图7-7涡轮式电动燃油泵的结构1—橡胶缓冲垫；2—滤网；3—涡轮；4、8—轴承；5—永久磁铁；6—电枢；7—炭刷；9—限压阀；10—单向止回阀；11—泵体有些车型的电动燃油泵安装在油箱外，但大部分轿车的电动燃油泵安装在油箱内。油箱内的油泵和电动机都是浸在汽油中的（见图7-8）。在泵油过程中，汽油不断穿过电动机，油泵本身及电动机中的电枢、炭刷、轴承等部位都靠汽油来润滑和冷却。因此，要绝对禁止在无油的情况下运转电动燃油泵，也不要等油用光后才去加油，以免烧坏电动燃油泵。图7-8安装在油箱内的燃油泵1—进油滤网；2—燃油泵；3—隔振橡胶；4—支架；5—出油管；6—小油箱；7—燃油箱；8—回油管图7-9模块式燃油泵总成结构图2）电动燃油泵控制电路（1）采用ECU控制的燃油泵控制电路。如图7-10所示，此控制方式应用于D型EFI系统及使用热线或热膜式空气流量计和卡门涡旋式空气流量计的L型EFI系统中。当点火开关接通时，主继电器线圈中有电流通过，触点闭合，电源向EFI供电。发动机启动时，点火开关的启动装置(STA)端子接通，断路继电器中的线圈L2通电，产生吸力使断路继电器的触点闭合，电源向燃油泵供电，燃油泵投入工作。发动机一旦启动，转速传感器即将发动机的Ne信号输入ECU，此时ECU中的晶体管V导通，断路继电器中的线圈L1通电，使其触点继续保持闭合状态，燃油泵便继续工作。发动机停止运转，则V断开，断路继电器触点打开，燃油泵的供电线路中断，燃油泵停止工作。在主继电器输出端有接线柱+B，断路继电器输出端有接线柱FP，两接线柱分别有导线与检查插座的相应端子相接。图7-10ECU控制的燃油泵控制电路（2）采用转速控制的燃油泵控制电路。如图7-11所示，在原控制回路中增设燃油泵控制继电器即可实现燃油泵的转速控制。发动机低速或中、小负荷下工作时，ECU中的晶体管V导通，燃油泵控制继电器的线圈通电，使触点B闭合。由于将电阻器串入电路，故燃油泵以低速运转。发动机处于高速、大负荷运转时，ECU中的晶体管切断，触点A闭合，燃油泵直接与电源相通，使其高速运转。图7-11转速控制的燃油泵控制电路（3）安全气囊控制的油泵电路。当驾驶员和前排乘客侧气囊展开时，发动机ECU检测到来自气囊传感器总成的气囊展开信号，发动机ECU断开油泵断路继电器，切断燃油，将点火开关从OFF位置转至ON位置，以取消燃油切断控制，然后重新启动发动机。燃油泵控制方框图如图7-12所示。图7-12燃油泵控制方框图

2.油压调节器油压调节器的功用就是根据进气歧管真空度的变化来调节进入喷油器的燃油压力，使燃油绝对压力与进气歧管压力之差保持不变，让喷油压力在不同的节气门开度下保持定值（300～350kPa）。这样，喷油器的喷油量便惟一地取决于喷油时间的长短，ECU就能通过控制喷油时间的长短来精确地控制喷油量。如图7-13所示，油压调节器壳体内腔被膜片2分成两个小室，下方为真空气室，真空接口通过一根软管和进气管相通。弹簧1紧压在膜片2上，使阀门3关闭。当膜片2上方的燃油压力超过膜片2下方的压力时，就推动膜片2向下压缩弹簧1，打开阀门3，使超压的燃油经回油口4流回油箱。图7-13油压调节器1—弹簧；2—膜片；3—阀门；4—回油口；5—进油口

3.喷油器喷油器的功用是根据ECU提供的电信号（脉冲宽度）控制汽油喷射量。喷油器按喷口结构的不同可分为轴针式（见图7-14）、球阀式（见图7-15）、片阀式（见图7-16）和双孔式等。图7-14轴针式喷油器1—滤网；2—电源插座；3—电磁线圈；4—复位弹簧；5—衔铁；6—针阀图7-15球阀式喷油器结构1—复位弹簧；2—阀杆；3—阀座；4—喷孔；5—护套；6—挡块；7—衔铁；8—器体；9—电磁线圈；10—盖图7-16片阀式喷油器结构1—喷嘴；2—阀座；3—垫圈；4—器体；5—铁芯；6—滤网；7—调压滑套；8—复位弹簧；9—电磁线圈；10—限位圈；11—阀片图7-17喷油器驱动方式(a）电流驱动；(b）低阻抗型电压驱动；(c）高阻抗型电压驱动如图7-14所示，轴针式喷油器由滤网1、电源插座2、电磁线圈3、复位弹簧4、衔铁5和针阀6等组成。喷油器安装在进气歧管末端上，喷嘴朝向进气门。其工作原理是ECU的喷油控制信号将喷油器与电路接通后，电磁线圈3通电并产生磁场，吸引衔铁5朝上移动，在衔铁5的带动下针阀6克服了弹簧4而打开喷嘴，一定压力的燃油以雾状喷入进气道。当ECU将电路切断时，电磁力消失，弹簧4使针阀6关闭，喷射停止。ECU利用电脉冲的宽度来控制喷油器每次打开喷油的时间，从而控制喷油量。一般喷油器每次打开喷油的时间约为2～10ms。时间愈长，喷油量就愈大。电压驱动是指ECU驱动喷油器喷油的电脉冲的电压是恒定的。这种喷油器可分为高阻抗型和低阻抗型两种。低阻抗型电压驱动式喷油器是用5～6V的电压驱动；其电磁线圈的电阻较小，约2～3Ω，不能与12V电源直接连接，否则会烧坏电磁线圈。高阻抗型电压驱动式喷油器是用12V电压驱动；其电磁线圈电阻较大，约为13～16Ω，可直接与12V电源连接。电流驱动式喷油器的驱动电脉冲开始时是一个较大的电流，使电磁线圈产生较大的吸力，以打开针阀，然后再用较小的电流保持针阀的开启，这种喷油器一般为低阻抗型。电流驱动回路如图7-18所示。图7-18电流驱动回路

4.燃油脉动阻尼器如图7-19所示，有的汽油喷射系统装有燃油脉动阻尼器。其功用是减小油路中的压力波动，并抑制喷油器或压力调节器在开启与关闭过程中产生的压力脉动噪声。燃油脉动阻尼器一般安装在进油管或分配油管上，有的安装在电动燃油泵出口处或安装在回油管路上。膜片3将脉动阻尼器隔成膜片室和燃油室，当燃油压力增高时，膜片弹簧2被压缩，使燃油室容积增大，减缓了燃油压力的增加；反之，当燃油压力减低时，在弹簧力的作用下使燃油室容积减少，减缓了燃油压力的降低。如此反复，使燃油系统的油压脉动减低。图7-19燃油脉动阻尼器1—阀门；2—膜片弹簧；3—膜片；4—来自汽油泵；5—输油管道7.2.2空气供给系统主要部件的结构与工作原理1.进气检测装置1)空气流量计空气流量计的功用是直接检测进气量。空气流量计按其结构和工作原理可分为叶片式、热线式、热膜式和卡门旋涡式等。叶片式空气流量计具有进气阻力大、急加速时间长等缺点，现基本上被淘汰。下面介绍热线式、热膜式和卡门旋涡式空气流量计。(1）热线式空气流量计。如图7-20所示，进气道的两端有金属防护网，取样管置于进气道中间，管内架有一根极细的铂线(直径约为0.07mm)，铂线被电流加热至120℃左右，故称之为热线。在热线式空气流量计电路中，热线是惠斯顿电桥电路的一部分(见图7-21)，混合集成控制电路调节电桥的电流，使电桥保持平衡。当空气通过流量计时，进入取样管的气流流过热线周围，使其冷却，温度下降，电阻随之减小。热线电阻的减小使电桥失去平衡，此时混合集成控制电路会自动增加供给热线的电流，使热线恢复原来的温度和电阻值，直至电桥恢复平衡。混合集成控制电路所增加的电流大小取决于热线被冷却的程度，也就是取决于通过流量计的空气流速。由于电流的增加，电阻的电压降也增加，这就将电流的变化转换为电压的变化。ECU接收这个电压信号后计算出通过流量计的空气量。图7-20热线式空气流量计1—金属防护网；2—取样管；3—铂线；4—温度补偿电阻；5—控制电路板；6—电源插座；7—壳体图7-21热线式空气流量计的基本原理A—混合集成电路;RH—白金热线电阻;RK—温度补偿电阻;RA—精度电阻;RB—电桥电阻ECU具有对热线的自清洁功能。在每次发动机停止运转后，ECU对热线进行通电，使热线温度达到1000℃左右，时间为1～2s，以除去热线上的污物。热线式空气流量计电路连接如图7-22所示。图7-22热线式空气流量计电路连接(2）热膜式空气流量计。热膜式空气流量计的结构和测量原理与热线式空气流量计的基本相同。它采用热膜代替热线式空气流量计中的铂丝(见图7-23)。热膜式空气流量计的特点与热线式空气流量计的相同，而且它具有可靠、耐用，不会因沾附污物而影响测量精度等优点。图7-23热膜式空气流量计1—热膜；2—进气流量计壳体；3—取样管(3)卡门旋涡式空气流量计。卡门旋涡式空气流量计的进气道的正中间有一个锥形的涡流发生器（见图7-24~图7-26），当空气流经涡流发生器时，在其后方的气流中会产生空气旋涡，这些旋涡移动的速度与空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内旋涡的数量就可计算出空气的流速和流量。测量单位时间内旋涡数量的方法有两种。一种是旋涡式空气流量计，它的构造如图7-24所示，工作原理如图7-25所示。它的后半部的两侧设置一对超声波发生器和接收器。在发动机运转时，超声波发生器不断地向接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受到气流中旋涡的影响，使超声波频率的相位发生变化。接收器测出这一相位的变化，ECU根据相位变化的频率计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而计算出空气流速和流量。另一种方法是在流量计内设置一对发光二极管6和光敏三极管5(见图7-26)。发光二极管6发出的光束被一个反光镜4反射到光敏三极管5上，使光敏三极管5导通。反光镜4安装在一个很薄的金属板簧7上，板簧7在进气气流旋涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜4随板簧7一起振动，因此被反射的光束方向也以相同的频率变化，致使光敏三极管5也随光束的变化以同样的频率导通和截止。这一频率直接反映出单位时间内旋涡产生的数量，ECU根据光敏三极管5导通和截止的频率即可计算出进气量。旋涡式空气流量计的响应速度在几种空气流量计中是最快的，它能几乎同步地反映出空气流速的变化；此外，它还有测量精度高、进气阻力小、无磨损等优点，但它成本较高。图7-24超声波检测式卡门旋涡式空气流量计的构造1—压力传感器；2—混合IC电路；3—锥状涡流发生器；4—涡流稳定器；5—超声波发生器；6—温度调节器；7—旁通通道；8—主通道；9—超声波接收器图7-25超声波检验式卡门旋涡式空气流量计的工作原理1—信号发射器；2—涡流稳定板；3—超声波发生器；4—锥状涡流发生器；5—通发动机；6—卡门旋涡；7—与涡流数对应的疏密声波；8—接收器；9—接ECU图7-26反光镜检测式卡门旋涡式空气流量计1—导流罩；2—锥状旋涡发生器；3—导压孔；4—反光镜；5—光敏三极管；6—发光二极管；7—板簧图7-27反光镜检测式卡门旋涡式空气流量计电路图2)进气压力传感器进气压力传感器的功用是通过检测进气歧管内的绝对压力，间接地测量进气量。进气压力传感器种类较多，下面以电子控制汽油喷射系统用得较多的半导体压敏电阻式压力传感器为例来介绍其结构与工作原理。如图7-28和图7-29所示，压力转换元件3是利用半导体的压阻效应制成硅膜片1的。硅膜片1的一面是真空室，另一面通过连接管与进气歧管相通。硅膜片1的中央经光刻腐蚀成薄膜，薄膜周围有四个应变电阻，组成惠斯顿电桥。当进气歧管内绝对压力变化时，硅膜片1产生变形，附着在硅膜片1上的应变电阻的阻值与变形成正比例的关系，因此可通过惠斯顿电桥将硅膜片1的变形转化为电信号，经混合集成电路2放大后输出给ECU。图7-28半导体压敏电阻式压力传感器1—过滤器；2—混合集成电路；3—压力转换元件；4—滤清器图7-29半导体压敏电阻式压力传感器的工作原理1—硅膜片；VB—电源；VO—输出；GND—搭铁

2.节气门体与位置传感器1）节气门体节气门体位于空气流量计之后的进气管上，它包括节气门3、节气门位置传感器1、怠速旁通气道和怠速调整螺钉2(见图7-30)。节气门由驾驶员通过加速踏板直接操纵或间接控制，以改变发动机的进气量，从而控制发动机的运转。有些车型还将怠速控制阀、怠速空气阀等安装在节气门体上。图7-30节气门体1—节气门位置传感器；2—怠速调整螺钉；3—节气门；4—冷却水连接管；5—从空气滤清器来的空气图7-31AJR发动机节气门体1—怠速节气门电位计；2—应急弹簧；3—怠速电机；4—节气门电位计；5—节气门控制器；6—怠速开关2)节气门位置传感器为了使喷油量能满足不同工况的要求，电子控制汽油喷射系统在节气门体上装有节气门位置传感器。它可将节气门的开度转换成电信号输送给ECU，作为ECU判定发动机运转工况的依据。节气门位置传感器有电位计式和开关式两种。(1)电位计式节气门位置传感器。图7-32所示是电位计式节气门位置传感器，它主要由电位计和怠速开关等组成。在VC端子上加有5V的电压，当节气门开度变化时，电位计的动触头2在其电阻膜上滑动，于是在VTA端子上就会有与节气门开度成正比的电压信号输出。当节气门全闭时，检测怠速状态的动触点IDL与E2接通，IDL送给ECU一个0V电压信号，ECU据此判断发动机处于怠速状态。图7-32电位计式节气门位置传感器(a)结构图；(b)电路图1—电阻膜；2—节气门开度信号动触头；3—绝缘部分；4—怠速信号动触头

（2）开关式节气门位置传感器。开关式节气门位置传感器的结构见图7-33，它主要由可动触点和两个定触点（功率触点和怠速触点）构成。可动触点可沿导向凸轮沟槽移动，导向凸轮由固定在节气门轴上的控制杆驱动。

图7-33开关式节气门位置传感器1—导向凸轮；2—节气门体轴；3—控制杆；4—可动触点；5—怠速触点；6—功率触点；7—联接装置；8—导向凸轮槽

节气门全关闭时，可动触点4与怠速触点5接触，检测节气门的全关闭状态。当节气门开度达到50℃以上时，可动触点4与功率触点6接触，检测节气门大开度状态。在中间开度时，可动触点与任一触点都不接触，

无检测信号。

3)电子控制节气门电子控制节气门控制框图如图7-34所示。为了提高车辆的操纵稳定性和加速操纵灵敏感觉，要求提高自由控制发动机的输出功率，其中重要手段之一就是利用电子控制操纵技术。节气门通过与车厢内的加速踏板的联接机构进行机械联接，并采用电气驱动方式，独立于驾驶者加速踏板操作，从而能够自由控制发动机的输出功率。电子控制节气门可实现良好的加速控制性能和在打滑路面上良好的操纵稳定性。

图7-34电子控制节气门系统的工作原理

图7-35所示为丰田雷克萨斯LS400轿车1UZ-FE发动机和LS430轿车3UZ-FE发动机上的电子控制节气门。它由减速齿轮1、节气门回位弹簧2、节气门位置传感器3、节气门4和节气门控制电机5等组成。ECU根据加速板位置传感器信号控制流向节气门控制电机5的电流量的大小和方向，使控制电机5转动或维持，并通过减速齿轮1打开、关闭或维持节气门4。节气门4的实际开启角由节气门位置传感器3检测并反馈给发动机ECU。

图7-35丰田电子控制节气门1—减速齿轮；2—节气门回位弹簧；3—节气门位置传感器；4—节气门；5—节气门控制电机

在发动机不工作时，节气门回位弹簧2使节气门4开启到一个固定位置（大约7°）。在怠速时，节气门4的开度反而要关闭到小于这个固定位置。电子控制节气门能进行以下控制：(1）怠速控制（ISC）。一些发动机是使用步进电机式怠速控制阀来实现怠速的控制，而电子控制节气门是通过ECU和节气门控制电机5控制节气门开度来完成对怠速的控制。(2）减少换挡冲击控制。在变速器换挡期间，电子控制节气门与电控变速器能实现同步控制，以减少换挡冲击。(3）巡航控制。通过ECU和节气门控制电机5控制节气门开度来完成对巡航的控制。除此之外，电子控制节气门还实现对雪地模式控制、牵引力控制（TRC）、车辆稳定控制（VSC）等控制。

3.怠速空气阀怠速空气阀的功用是实现发动机的冷车快怠速。在发动机冷车启动后的暖机过程中，怠速空气阀开启，使部分空气经怠速空气阀和旁通气道绕过节气门，直接进入节气门后的进气管内，以保证冷车快怠速运转稳定。在发动机达到正常温度的过程中，这部分附加空气量随着怠速空气阀的逐渐关闭而不断减少，直至怠速空气阀完全关闭。怠速空气阀有双金属片式和蜡式两种，目前大都采用蜡式怠速空气阀。

蜡式怠速空气阀由一个密封的蜡盒5和锥阀3等组成(见图7-36)。其工作原理类似于发动机冷却系中的蜡式节温器,由发动机冷却液直接加热而起作用。冷却液经软管进入怠速空气阀内与空气隔绝的水道中，流经蜡盒5周围。发动机冷车时，水温低，蜡盒5内的蜡质凝固收缩，锥阀3在弹簧的作用下开启，打开旁通气道。发动机热车后，水温升高，蜡盒5内的蜡质受热熔化膨胀，

使推杆4伸出，

推动锥阀3关闭旁通气道。

图7-36蜡式怠速空气阀1—节气门；2—怠速调节螺钉；3—锥阀；4—推杆；5—蜡盒

4.怠速控制阀1）电磁式怠速控制阀电磁式怠速控制阀的结构如图7-37所示，它主要由电磁线圈、阀芯、阀门、回位弹簧、波纹管等组成。它利用电磁线圈产生的电磁吸力，使阀轴在轴向移动，从而控制阀门的开度大小，调节旁通空气道中的空气流量。当弹簧力与电磁吸力达到平衡时，阀门开度处于稳定状态。电磁吸力的大小取决于发动机ECU根据发动机的实际怠速工况输出的驱动电流的大小。当驱动电流大时，电磁吸力阀门开度大；反之，阀门开度小。波纹管是为了消除阀门上下压差对阀门开启位置的影响。

图7-37电磁式怠速控制阀(a）阀门开启状态；(b）结构图1—弹簧；2—电磁线圈；3—阀轴；4—阀；5—壳体；6—波纹管

2）旋转滑阀式怠速控制阀旋转滑阀式怠速控制阀的结构如图7-38所示，它主要由永久磁铁3、电枢4、旋转滑阀6、螺旋回位弹簧的电刷及引线等组成。旋转滑阀6固定在电枢轴上，与枢轴一起转动，用以控制旁通空气道的截面积。

图7-38旋转滑阀式怠速控制阀(a）结构图；(b）电路原理图1—电接头；2—外壳；3—永久磁铁；4—电枢；5—空气旁通道；6—旋转滑阀

旋转滑阀式怠速控制阀的控制方式是：发动机ECU将检测到的怠速转速实际值与其所储存的设定目标值相比较，随时校正送至怠速控制失节的驱动信号的占空比，调节怠速旁通空气道的空气流通截面积，以实现稳定的怠速运行。所谓占空比，是指发动机ECU输出的控制信号在一个周期内，

通电时间与周期的比值，

如图7-39所示。

图7-39占空比

3）步进电机式怠速控制阀步进电机式怠速控制阀由步进电机、螺旋机构、控制阀、阀座等组成(见图7-40)。螺旋机构中的螺母和步进电机的转子1制成一体。螺杆4与壳体之间为滑花键联接，使螺杆4不能作旋转运动，只能沿轴向作直线运动。当步进电机转动时，螺母带动螺杆4作轴向移动。步进电机转子每转动一圈，就使螺杆4移动一个螺距。螺杆4上固定着阀芯2，螺杆4向前或向后移动时，带动阀芯2关小或开大旁通空气通道，以改变进气量的大小。ECU通过控制步进电机的转动方向和转角，就可控制螺杆4的移动方向和移动距离，从而达到控制旁通气阀开度和调整怠速进气量的目的。

图7-40步进电机式怠速控制阀1—步进电机转子；2—阀芯；3—阀座；4—螺杆；5—挡板；6—励磁线圈

7.2.3电子控制系统主要部件的结构与工作原理1.传感器1)水温传感器水温传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，用来检测发动机的温度。其信号输入ECU,用来对基本喷油量和点火提前角进行修正。水温传感器内部是一个半导体热敏电阻(见图7－41)，它具有负的温度电阻系数。水温愈低，电阻愈高；反之，水温愈高，电阻愈低。水温传感器电路如图7-42所示。

图7-41水温传感器1—传感器外壳；2—导线；3—热敏电阻

图7-42水温传感器电路

2)进气温度传感器进气温度传感器通常安装在空气滤清器之后的进气软管或空气流量计上。也有个别车型将进气温度传感器安装在进气管的动力腔上。不论安装在何处，其作用都是相同的，即测量进气的温度，并输送给ECU作为修正喷油量的参考依据。进气温度传感器内部也是一个具有负温度电阻系数的热敏电阻，外部为环氧树脂密封。它和ECU的连接方式与水温传感器相同(见图7-43)。

图7-43进气温度传感器

3)曲轴位置传感器曲轴位置传感器是控制系统中最重要的传感器之一，其功用是提供发动机转速信号和曲轴位置(压缩行程上止点)信号，也是控制点火时刻和喷油时刻的重要的信号源。曲轴位置传感器主要有磁电感应式、

霍尔效应式和光电式三种类型。

图7-44磁电感应式曲轴位置传感器1—永久磁铁；2—插头；3—发动机壳体；4—铁芯；5—感应线圈；6—信号齿盘

(1）磁电感应式曲轴位置传感器。图7-44所示是一种安装在曲轴上的磁电感应式曲轴位置传感器。它主要由永久磁铁1、感应线圈5和信号齿盘6等组成。曲轴带动信号齿盘6旋转，当齿轮靠近和离开感应线圈5时，感应线圈5就会出现磁通量的变化，从而在感应线圈5中产生感应电压。信号齿盘6不停旋转，在感应线圈5中就不断产生交变电压信号，ECU通过电压的变化频率（Ne信号）计算出发动机的转速。另外，在信号齿盘上缺2个齿,用于识别曲轴位置(第一缸上止点位置)的信号（G信号）,它可作为喷油点火正时的参考基准（见图7-45）。G、Ne信号与发动机工作行程的关系如图7-46所示。

图7-45

Ne、G信号检测原理

图7-46

G、Ne信号与发动机工作行程的关系

磁电感应式曲轴位置传感器也可以安装在曲轴皮带轮或飞轮齿圈附近，利用皮带轮上特制的凸块或飞轮轮齿产生脉冲信号。这种传感器具有结构简单、坚固耐用、能适应较高温度环境、能利用齿轮轮齿产生脉冲等优点，因而被广泛采用。其缺点是：输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速状态下，感应电压很低，影响了ECU的控制精度。有些发动机的电子控制系统还有凸轮轴位置传感器，用来识别1、6气缸活塞的上止点位置。磁电式凸轮轴位置传感器的工作原理与磁电式曲轮轴位置传感器的相同。

如图7-47所示，1UZ-FE发动机曲轴转速传感器安装于曲轴正时齿轮的左下方，以曲轴正时齿轮后面的信号盘为触发元件。曲轴转速传感器包括一个12齿的信号盘和一个磁电式感应头，曲轴每转过30°便送出1个脉冲信号Ne给ECU，ECU再将每个脉冲信号细分成30份，于是可得到精确度为1°的曲轴转速信号。凸轮轴位置传感器用于识别1、6气缸活塞的上止点位置，以左、右侧凸轮轴皮带轮的凸缘为触发元件。其由一个单凸的信号盘和一个磁电式感应头组成。1UZ-FE发动机有两个凸轮轴位置传感器G1和G2，分别用于代表左、右列气缸的基准曲轴位置。信号盘的凸缘固定于左右两侧基准气缸（1缸、6缸)活塞上止点前10°的位置，曲轴每转2圈，凸轮轴转1圈，磁力线被信号盘的凸缘切割1次，向ECU送出一个G1、G2信号，ECU便可以判别出6缸、1缸已处于上止点前(BTDC)10°的位置并将它作为点火的基准信号。图7-47

1UZ-FE发动机曲轴转速和凸轮轴位置传感器安装位置示意图

(2）霍尔效应式曲转位置传感器。它是利用霍尔效应原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号进行工作的。如图7－48所示，当电流I通过放在磁场中的半导体基片（霍尔元件），且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流与磁场的霍尔元件的横向侧面上就会产生一个与电流和磁场强度成正比的霍尔电压UH。

美国通用汽车公司所采用六缸发动机的霍尔效应式曲轴位置传感器的信号触发叶轮结构如图7-49所示。它包括内、外两个信号触发叶轮1、2。外信号触发叶轮1外缘上均匀分布着18个触发叶片和18个缺口，每个触发叶片和缺口的宽度均为10°弧长；内信号触发叶轮2外缘上设有3个触发叶片和3个缺口，3个触发叶片的宽度不同，分别为100°、90°和110°弧长。信号触发叶轮安装在发动机曲轴带轮前端，安装相位关系是，内信号轮上宽度为100°弧长的触发叶片前沿位于1、4缸上止点前75°，90°弧长的触发叶片前沿位于6、3缸上止点前75°，110°弧长的触发叶片前沿位于5、2缸上止点前75°。

图7-48霍尔效应工作原理I—电流强度；

B—磁场强度；UH—霍尔电压

图7-49霍尔效应式曲轴位置传感器的信号触发叶轮结构

1—外信号触发叶轮；2—内信号触发叶轮

在内、外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。霍尔信号发生器主要由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路组成。信号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，磁场被触发叶片所旁路，霍尔元件不受磁场的作用，此时没有霍尔电压；当触发叶片转过空气隙、缺口对着永久磁铁和霍尔元件时，磁场作用到霍尔元件上，产生霍尔电压。霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号，经霍尔集成电路放大整形后，送到ECU作为曲轴转角和曲轴位置信号（见图7-50）。霍尔效应式曲轴位置传感器与ECU的电路连接如图7-51所示。

图7-50霍尔效应式曲轴位置传感器输出信号

图7-51霍尔效应式曲轴位置传感器与ECU的电路连接图

(3）光电式曲轴位置传感器。光电式曲轴位置传感器主要由发光二极管6、光敏二极管5、信号盘3和控制电路等组成(见图7-52)。发光二极管6和光敏二极管5及控制电路均安装在固定底板上，发光二极管6与光敏二极管5位置相对，分别位于信号盘3的两侧。信号盘3固定在凸轮轴上，与凸轮轴一同转动。信号盘3边缘分别刻有360条缝隙，每转过一条缝隙对应凸轮轴1°转角。在信号盘3边缘还刻有表示1缸上止点位置的缝隙和60°(6缸机)或90°(4缸机)间隔的缝隙。当信号盘3挡住发光二极管的光线时，光敏二极管截止，控制电路输出低电平；当缝隙对准发光二极管6与光敏二极管5时，光线照射到光敏二极管5上，控制电路输出高电平。凸轮轴转一周，由360条缝隙所控制的电路将输出360个脉冲信号，每个脉冲信号对应于凸轮轴1°转角(曲轴2°转角)，此信号作为向ECU输入的转速信号(Ne信号)。由缝隙较宽的1缸上止点位置标记和60°(或90°)间隔缝隙所控制的电路将向电脑输入1缸上止点位置信号和缸序判别信号(G信号)。

图7-52光电式曲轴位置传感器1—分火头；2—防尘罩；3—信号盘；4—分电器底板；5—光敏二极管；6—发光二极管

光电式曲轴位置传感器可装在分电器内，也可直接装于凸轮轴轴端，此时信号盘将固定在凸轮轴上。光电式曲轴位置传感器输出的也是矩形脉冲信号，它也能检测转速很低的运动状态。其缺点是必须保持发光二极管和光敏二极管表面的清洁，否则就会影响传感器的工作。因此，必须进行周期性的维护保养。

4)氧传感器氧传感器的功用是用来检测排气中的氧气含量，并向ECU反馈响应的电压信号。目前使用的氧传感器有氧化锆氧传感器和二氧化钛氧传感器两种，其中应用较普遍的是氧化锆氧传感器。如图7-53所示为氧化锆氧传感器结构图。其安装在发动机的排气管上，用来检测排气中氧气分子的浓度，并将其转换成电压信号。排气中氧气分子的浓度取决于混合气的空燃比。当混合气浓于理论混合气(即空燃比小于14.7∶1)时，在燃烧过程中氧分子被全部耗尽，排气中没有氧气分子；当混合气稀于理论混合气(即空燃比大于14.7∶1)时，在燃烧过程中氧分子未能全部耗尽，排气中含有氧分子。混合气愈稀，排气中的氧分子浓度就愈大。

图7-53氧化锆氧传感器结构图1—排气；2—锆管；3—电极；4—弹簧；5—线头支架（绝缘）；6—导线；7—排气管；8—导入排气孔罩

氧传感器内侧通大气，外侧裸露在排气中。如果传感器内侧大气中含氧量与传感器外侧的含氧量不同，则在氧化锆内、外两侧的电极间就会产生一个电压。当混合气稀时，氧化锆产生的电压低（接近于0V）；当混合气浓时，氧化锆元件产生的电压高（约1V）。因此，氧传感器发出的信号间接地反映了混合气空燃比的高低。ECU根据氧传感器的反馈信号，对喷油量的计算结果进行修正，使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。由于氧化锆氧传感器只有在400℃以上的温度时才能正常工作，为了保证传感器在发动机进气量少，排气温度低时也能工作，氧传感器中装有加热元件，加热元件受ECU的控制。

氧传感器通常和三元催化反应器一同使用。三元催化反应器安装在排气管的中段。它能同时净化排气中CO、HC和NOx三种主要的有害成分，但只有在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，三元催化反应器才能有效地起到净化作用。因此应用氧传感器进行反馈控制的目的也在于保证三元催化反应器的排气净化效果，解决功率、油耗和排气污染之间的矛盾。

2.发动机电子控制单元（ECU）发动机电子控制单元起控制发动机“大脑”的作用。在发动机的工作过程中，电子喷油装置和电子点火装置可以自动地保证发动机始终工作在最佳状态，使其在输出一定功率的条件下最大限度地节约燃油和降低排放，使发动机的节能效果达到15％以上，而效果更明显的则是在环境保护方面。如图7-54所示，ECU由输入回路、A/D转换器、微型计算机(微机)和输出回路四部分组成。

各部分的功能如下：

图7-54发动机电子控制单元的组成

输入回路是把传感器传来的信号进行预处理。A/D转换器将模拟信号转换为数字信号后再输入微型计算机。微型计算机是汽油机电控系统的神经中枢。微机由中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出接口（I/O）、总线组成。CPU是整个控制系统的核心。存储器的主要功能是存储信息资料，它分两种：能读出、不能写入信息的存储器叫只读存储器（ROM），用来存放各种永久性的程序和永久性、半永久性的数据；能读出、写入信息的存储器叫随机存储器（RAM），用来存放微机工作过程中的输入/输出数据，起着临时存放信息的作用。输入/输出接口（I/O）是CPU与输入装置（传感器）、输出装置（执行器）之间进行信息交流的控制电路。总线是一束传递信息的内部连线，中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出接口（I/O）之间的信息交换通过总线进行，总线按传递信息的类别分为数据总线、地址总线与控制总线。CPU、一定容量的存储器（ROM/RAM）和输入/输出接口（I/O）集成在一个芯片上，就是所谓的单片机。目前在发动机电控系统中的微机基本上是单片机。

微型计算机系统构建的电子控制单元，其所具备的基本功能简述如下：(1)接收传感器或其他装置输入的信息，将输入的信息转变为微机所能接收的电信号，并给传感器提供参考(基准)电压。(2)存储输入的信息，运用固有的程序对输入的信息进行运算分析，得出执行命令数值并输出执行命令。(3)将输入信息与已存储的该发动机的标准值进行比较，

查出故障并存储故障信息。(4)根据发动机性能的变化，自动修正预置的标准值

(5)失效保护。当ECU检测到传感器或电路中出现故障时，仍然会按照ECU设定的程序使控制系统继续工作(此时性能会有所下降)或停机。(6)故障备用控制系统。故障备用控制系统也叫后备系统或后备功能。它是当ECU内控制程序出现故障时，ECU把燃油喷射和点火正时控制在预定水平上，作为一种后备功能使车辆继续行驶。该系统只能维持基本功能，而不能保持正常的运行性能，所以也叫进入“跛行”状态，还有的称其为“缓慢回家”状态。

发动机开始工作时，传感器将各种信号数据传输到控制单元，这些数据包括怠速、进气量、转速、冷却水温度、曲轴位置、凸轮轴位置、爆震、车速等。然后，控制单元根据ROM中存放的参数和计算公式，以及输入的实际数据，计算出最佳执行信号，并输出到控制器。例如在计算喷油时间时，通过输入系统将诸如怠速、进气量、冷却水温度、转速等信号输入到电控单元，电控单元从ROM中取出燃油喷射时间的公式，运用实际值和常数计算出合适的喷油时间，此时执行信号将根据这一结果将喷油器的电源转换器接通，使燃油按计算出的时间喷射出所需的油量。这个过程以很高的速度进行，每秒可达数百万次。

7.3电子控制汽油直接喷射系统

7.3.1电子控制汽油直接喷射系统的组成与工作原理如图7-55所示，德国波许公司的汽油直接喷射系统MED-7的燃油供给系统由供油模块(包括低压油泵)1、高压油泵2、汽油蓄压器(共轨管)3、汽油压力传感器4、汽油压力控制阀5和电磁高压涡流喷油器6等组成。

其工作原理如下：

图7-55波许公司的汽油直接喷射系统MED-7汽油由低压油泵输往高压油泵2。在高压油泵的作用下，汽油压力被提高到12MPa后再送往汽油蓄压器3，最后通过电磁高压涡流喷油器6喷入气缸。当汽油压力传感器4检测到汽油蓄压器3的压力超过汽油压力特性场中该工况下的设定值时，在ECU的控制下，装在汽油蓄压器3上的汽油压力控制阀5打开，多余的汽油流回高压油泵2，借此实现汽油压力的闭环控制。

丰田D-4直喷发动机结构与组成如图7-56所示。

图7-56丰田D-4直喷发动机结构与组成

7.3.2电子控制汽油直接喷射系统主要部件的结构与工作原理

1.低压油泵低压油泵是电动泵，它并联一个机械式汽油压力调节器，出口压力为0.35MPa。

2.高压油泵如图7-57所示，在发动机的作用下，凸轮轴1通过偏心座圈2推动滑块3和柱塞4，使汽油压力从0.35MPa提高到12MPa。三套柱塞组件在凸轮轴的径向上等间隔排列。柱塞数目越大，流量脉动越小。

图7-57高压油泵1—凸轮轴;2—偏心座圈;3—滑块;4—柱塞

3.汽油蓄压器(共轨管)

汽油蓄压器用铝制成管状，其上有许多开口用于连接高压油泵、喷油器、汽油压力传感器和汽油压力控制阀。一方面，由于周期性地喷油和高压油泵流量的脉动，造成汽油蓄压器的压力脉动，因此汽油蓄压器必须有足够的柔度以便阻尼这种压力脉动;另一方面,汽油燃油蓄压器的压力必须按照发动机的要求能迅速地得到调整,所以汽油蓄压器必须有足够的刚度。

4.汽油压力传感器汽油压力传感器用于测定汽油蓄压器中的压力。采用焊入式的不锈铡膜片作为传感元件，测量电阻以薄膜技术植入其中。调节电路、补偿电路和对比例信号输出进行评价的电路均集成于传感器壳体中。

5.汽油压力控制阀汽油压力控制阀的功用是在发动机的整个运行范围内按照特性场数据调节系统压力，而不依赖于油泵提供多少油量和喷油器要喷多少油量。如图7-58所示，节流体1在阀座中的位置决定了从高压油通过汽油压力控制阀流回高压油泵的回流油的多少。节流体1左面受到系统高压油的作用力，右面受到流过电磁线圈2的电流施加在电磁衔铁3上的作用力。这两个作用力的平衡决定了节流体的位置，从而决定了流过汽油压力控制阀的汽油流量。所以，利用脉宽调制信号和燃油压力传感器可以精确地实现对汽油压力的闭环控制。

图7-58燃油压力控制阀1—节流体;2—电磁线圈;3—电磁衔铁

6.电磁高压涡流喷油器电磁高压涡流喷油器的构造与缸外喷射的喷油器相比有其特点。因为喷油器要安装在缸盖里面，且一直伸展到气缸，在现代四气门发动机中只有很小的空间可供喷油器安装，喷油器下段直径必须尽可能小，以便给缸盖冷却水套留有足够的空间，所以要将阀针做得更细长。尽管喷油器壳体很细，却不得影响最高达12MPa的燃油压力和大的油束角度。通常采用电磁驱动喷油器（见图7-59）。

图7-59电磁高压涡流喷油器1—涡流装置；2—密封圈；3—线圈；4—衔铁；5—止推面；6—燃油接头

喷油器喷口的形式对油束特性有明显的影响，如图7-60所示，自左至右分别为多孔型、锥型和涡流型喷口。多孔型喷油器的油束互相离散，较难均匀化，雾化特性不能令人满意。锥面型喷油器的雾化质量不比第一种好。涡流型喷油器的雾化质量优良，油束可以倾斜于喷油器的中心线，而且耐脏，适宜用于汽油直接喷射。

图7-60喷口形式(a)多孔型；(b)锥型；(c)涡流型

7.4电子控制汽油喷射系统的故障诊断

7.4.1故障诊断的注意事项1.安全注意事项（1）为防止ECU内存储的故障代码及有关资料信息被清除，必须先通过自诊断系统或解码器调出故障信息资料，方可将蓄电池从电路中断开。(2)安装蓄电池时，正、负极不可接反；拆装蓄电池时应注意“先拆负极，后装负极”。(3)严禁在发动机运转时将蓄电池从电路中断开，以防因产生的瞬变电压过大而损坏电子元件。

(4)带有安全气囊的车辆在检修前必须严格按维修手册规定的操作程序断开气囊组件与电路的连接，防止检修过程中因误操作而导致的气囊弹出。(5)不明白的地方切勿乱拆乱试，否则可能会造成不必要的损失或引入新的故障。(6)遇到烧损、击穿等故障时应先查明原因并修复后再换用新件。(7)不要用试灯测试与电控系统相连的任何电器装置，严禁用试火法或刮火法检修电控系统电路。

(8)不管发动机是否运转，只要点火开关接通就决不可断开任何电器工作装置，以防瞬时电压(有可能超过7kV)损坏电控系统部件。(9)跨接启动时须先关闭点火开关，才能拆装跨接电缆。(10)除在测试程序中特殊指明外，不得使用指针式万用表测试电控系统，而应使用高阻抗的数字式万用表(阻抗大于10MΩ)。(11)在检修及测试ECU时，维修人员应注意自身搭铁，防止人体静电损坏ECU。一种做法是在维修人员的手腕上缠上搭铁金属带，

金属带的另一端夹到车身搭铁点处。

(12)清洗发动机时不可用水直接冲洗发动机，以避免电控系统因受潮而损坏；另外，电控系统部件的密封装置必须齐全、有效，不得随意拆修电控系统部件。(13)音响的扬声器不能装在靠近ECU的地方，扬声器的磁铁有可能损坏ECU内部电子元件。(14)在车身上使用电弧焊时应断开ECU电源；在靠近电控系统部件的地方进行车身修理作业时应特别小心。(15)ECU不得处于85℃以上环境内，因此在整车烤漆前须拆除车上所有ECU。(16)电控汽车上不宜安装功率较大的无线电台，若必须安装时，电台天线应尽量远离ECU，

以免对其工作产生不良影响。

2.检修注意事项(1）使用解码器或示波器检测车辆时，应严格遵守仪器的操作规程并注意仪器的适用性。(2)检修时应依据故障现象，结合故障代码、检测仪器、维修资料、系统电路图、控制原理等，熟练运用发动机理论进行逻辑分析，确定故障的类别和根源，并通过检测确定故障部位，应注意区分是机械系统故障还是电控系统故障，并根据实际情况进行检修。

(3)检修流程要根据发动机舱内的布置形式和故障原因，遵循先分析后检修、先简后繁、先外后内的原则灵活安排。要明白：能不拆的就不要拆，不该拆的零件拆了只有坏处。

(4)启动电控发动机的条件如下：①油压要合适，喷射要正常，可燃气要进入气缸。②空燃比要正常，配气相位要合适，气缸密封要良好，排气要通畅。③点火正时要恰当，火花塞要能跳火，点火能量要充足。

④

压缩比要恰当，

温度要合适，

润滑要良好。

(5)检修时若遇到较为复杂的故障现象，例如有不止一种故障现象存在时，一定要抓住主要矛盾逐一排除故障，这样可理清故障分析的思路。(6)当电控系统出现故障代码后先不要盲目下结论，应注意区分是相关故障代码还是无关故障代码，是当前故障代码还是历史故障代码。①相关故障代码是指故障代码与故障现象有直接联系。例如，冷却液温度传感器断路故障产生的故障代码与冷车启动不良的故障现象是有联系的，说明这是与故障现象相关的故障代码，

故障是冷却液温度传感器传输给ECU的信号不良。

②无关故障代码是指故障代码与故障现象无直接联系。例如，冷却液温度传感器断路故障产生的氧传感器故障代码与冷车启动不良的故障现象无直接关系，所以这是与故障现象无关的故障代码。

③当前故障代码是指由正在发生的故障所产生的故障代码，又称“硬故障代码”。有两种情况：一种是故障正在发生着且故障代码也存在；另一种是故障刚发生过又消失了但故障代码已存在。第一种属于持续性故障产生的当前故障代码，它不会自动清除，人工清除后还会再次产生；第二种属于间歇性故障产生的当前故障代码，有可能自动清除，也可能不会自动清除，人工清除后也可能在一段时间内不再产生，但故障再次出现后还会产生故障代码，只有彻底排除故障才可以完全清除故障代码。

④历史故障代码是指由过去发生过，但当前没有发生的故障所产生的还未被清除的故障代码，又称“软故障代码”。有两种情况：一种是故障已排除只是未清除故障代码；另一种是故障并未排除只是当前没有发生。对于持续性故障产生的历史故障代码属于第一种，它可以自动清除，也可以人工清除，一旦清除后就不会再次产生；间歇性故障产生的历史故障代码属于第一种和第二种组合，第一种前面已经阐述了，第二种它有可能自动清除，也可能无法自动清除，人工清除后也可能在一段时间内不会再次产生，但只要再次出现故障就会再次产生故障代码。

7.4.2故障诊断的基本程序与方法1.基本程序现代汽车的发动机集中控制系统是一个较复杂且典型的机电一体化的产品，在故障诊断时，首先应全面地掌握整个系统的结构、原理和电气线路，同时还必须掌握基本的检查方法和步骤。一般来讲，如果要诊断排除一个可能涉及到电控系统的故障，应首先判断故障是否与ECU有关。如果发现发动机有故障而“自诊灯”并未亮，则大多数情况下，该故障可能与发动机电控系统无关，此时，应该像发动机没装电控系统那样，按照图7-61所示的程序进行诊断；否则，可能遇到一个本来与电控系统无关的简单故障，却去检查电控系统的传感器、执行器和电路等，

枉费了很多时间和人力资源。

图7-61电子控制发动机故障诊断框图

1）客户调查在进行基本检查过程中，认真听取客户对故障现象的描述这一环节非常重要。由于客户是车辆的使用者，对车辆发生故障的具体情况比较了解，往往掌握了维修车辆所需的第一手资料。对客户调查时，应着重了解故障出现的情形、条件，如何发生的以及是否检修过，检修调整过哪些部位等信息。同时，还应认真填写“客户意见反馈表”，这些信息都是诊断、检修过程中寻找故障的依据。

“客户意见反馈表”如表7-1所示。

表7-1客户意见反馈表

2）直观检查直观检查又叫目测检查，其目的是为了在进行更为细致的检测和诊断前能够消除一些一般性的故障因素。直观检查的内容包括如下项目：(1)检查空气滤清器滤芯及其周围是否有脏物、杂质，必要时清洁或予以更换。(2)检查真空软管是否有破裂或老化现象，否则应予以更换；检查真空软管经过的途径和接头是否恰当，如有不妥之处应重新布置。

(3)检查发动机电控系统的线束连接状况：①检查各传感器、执行器的导线插头是否良好。②检查线束间的连接器是否有松动或断开现象，否则应更换或修理。③检查导线是否有断裂、断开现象，是否有与其他元器件不相适宜的相碰擦现象，否则应更换或纠正。④检查线束连接器是否有插接不到位(虚接)现象，如有应该重新插接到位。⑤检查导线是否有磨破或线间短路现象，如有应修理或更换导线。⑥检查连接器的插头和插座有无腐蚀现象，如有应更换连接器。

⑦

检查连接器的锁紧装置是否齐全有效。

(4)检视每个传感器和执行器是否有明显的损伤，如有则应检查其性能并视情更换。(5)运转发动机(如果可以)并检查进、排气管路及氧传感器处是否有泄漏，三元催化反应器是否有明显的凹陷，

否则应修理或更换相应部件。

3)基本检查基本检查主要包括怠速和点火正时的检查与调整。在进行基本检查时必须使发动机温度达到正常工作温度，同时关闭车上所有附加电器装置，并且在冷却风扇未动作时执行检查和调整。微机控制的直接点火系统的基本点火提前角大多是固定式的，无法也无需再做调整，故只做点火正时的检查。不同车种所进行的基本检查的步骤不尽相同，具体操作可参考相应的维修手册。

2.基本方法1）故障征兆模拟诊断法发动机电控系统故障可分为常见故障和疑难故障两种。在发动机电控系统有明显的异常症状时，经仪器检测、车载自诊断或依靠维修经验能顺利确定原因的故障称为常见故障，其诊断较为容易；发动机电控系统疑难故障是指利用仪器检测未能发现，使用车载自诊断仍不能确定，以及依靠维修经验还无法诊断的故障。疑难故障具有多重性，是发动机电控系统故障诊断中的技术难点。随着汽车高新技术的不断发展，发动机电控系统疑难故障也呈逐渐增加的趋势。故障征兆模拟实际上就是让待检修车辆以相同或相似的条件再现故障，以便找出故障所在。

其主要方法有以下几种：

(1)环境模拟方法。环境模拟方法包括振动试验法、加热试验法和加温试验法。①振动试验法。如果振动可能是导致产生故障的主要原因，则可利用振动法进行检验，即轻轻摆动连接器、线束、导线插头，用手轻轻拍打传感器、执行器、继电器和开关等控制部件。②加热试验法。如果汽车故障是在热机时出现或是某些传感器与零件受热所致，则可用电吹风等加热工具对可能引起故障的零部件或传感器进行适当加热，以检查其是否存在故障(注意：加热温度不能超过60℃，也不得直接加热ECU中的电子元件)。

③加湿试验法。如果故障是在雨天或湿度较大时才发生，则可通过喷淋加湿试验检查诊断故障。试验时应把水喷洒在散热器前面和汽车顶部，间接改变环境湿度来检查是否发生故障(注意：不能将水直接喷洒在电器与电控系统零部件上，以免造成短路或腐蚀；

严禁将水喷洒在ECU上)。

(2)增减负荷模拟法。增减负荷模拟法包括增加负荷法和减少负荷法。①增加负荷法。当怀疑故障可能是由于油路负荷过大引起但故障现象又不明显时，可采用增加负荷法来进行模拟验证，即不断增加油路的负荷，使故障部位和征兆充分显示出来，便于进行检测诊断。对于电路中由于用电负荷过大而引起的故障可以接通车辆大负荷用电设备，如后窗除霜加热器、座椅加热器、空调和前照灯等，在增加负荷的情况下检查是否发生故障，以便进行检测诊断。

②减少负荷法。在检测由于局部电路短路引起负荷过大导致熔断丝熔断的故障时，可逐步断开局部电路并测量总电流的变化，诊断出故障的大致范围。如果断开某一电路后总电流立即降为正常值，则说明故障就在这一电路中。

(3)输入模拟方法。在维修车辆时经常会遇到电路被改动的车辆，这给检修工作带来了困难，例如不能进行车载自诊断检测、不能直接使用原车电路图、无法辨别被改动过的电路等。在这种情况下通常采用输入模拟法帮助检修工作，即怀疑电控电路中某些元器件有故障时，可利用电子元件模拟出正确的电信号(电阻、电压、电流、脉冲等)，代替被怀疑的元器件工作以验证判断是否正确。这些模拟信号发生器可以自制，也可以在市场上购买到模拟信号发生器。

2)故障征兆表诊断法发动机的故障一般具有非确定性的特征，其表现形式为某故障原因可能产生多个故障迹象或某个故障迹象可能是由多个故障所引起的，即故障现象与故障原因之间不具有确定性的关系。这一类故障多表现为既不能在故障代码诊断中得到证实，也不能在基本检查中得到证实的特征，通常这种情况可按照汽车维修手册中的发动机“故障征兆表”的编号顺序进行故障检查。此类方法的优点在于可有效地缩小故障范围，迅速地查找故障部位和原因。

3)故障判断法(1)互换比较法。当车辆上装备相同的两个以上电控部件时，可互换来观察故障现象是否随之转移。如双排气管各安装一个氧传感器，当产生左氧传感器损坏故障代码时，可以把左、右氧传感器互换，

以判定氧传感器本身的性能。

(2)分离判断法。若同一车的几个传感器对某一控制有着共同作用时，可将怀疑部件依次断开(取下插头)，察看传感器对发动机工况的影响。如AJR发动机排气冒黑烟，若怀疑是热膜式空气流量计损坏，则可将传感器的插头拔下后再启动发动机，此时如果排气正常就可以判定故障部位了。(3)最终结果法。最终结果法即切断执行元件查看故障现象有无明显变化。

(4)模拟判断法。模拟判断法即用模拟信号代替被怀疑的传感器信号工作，判断其工作是否异常。(5)模糊分析法。模糊分析法即用好零件替换旧零件工作，也称“换件法”，若代用后故障消失，即可判定原零件损坏。

4)数据流分析法(1）数据参数的显示方式。数据参数分析在测量结果显示方式上可分为数值显示和波形显示两种方式。①数值显示。数值显示是对控制电脑串行数据参数的数字表示方法。它对开关量参数可以精确地描述出状态变化，但是对模拟量参数，特别是高速变化的模拟量，因串行输出的原因，只能间断地反映出某个数据参数值的变化，特别是当串行数据较多而刷新速率较慢时。

②波形显示。波形显示是对数据参数的连续性图形进行表示的方法。它对开关量和模拟量都可以精确描述，特别是对高速变化的模拟量可以准确、形象地描述变化过程的全貌，有利于捕捉突变的信号变化(故障)。

(2）数据参数的测量手段。数据参数的测量手段是获取数据值的具体途径，常见的有电脑通信式测量、电路在线式测量和元器件模拟式测量三种。①电脑通信式测量。电脑通信式测量是通过控制系统在诊断插座中的数据通信线将控制电脑的实时数据参数以串行的方式传送给诊断仪。之所以称其为数据流是因为数据的传输就像队伍排队一样，一个一个通过通信线流向诊断仪。在数据流中包括故障的信息、控制电脑的实时运行参数、控制电脑与诊断仪之间的相互控制指令。诊断仪在接收到这些信号数据后，按照预定的通信协议将其显示为相应的文字和数码，以使维修人员观察系统的运行状态并分析这些内容，发现其中不合理或不正确的信息，进行故障的诊断。

②电路在线式测量。电路在线式测量是通过对控制电脑的在线检测（主要指电脑的外部连接电路），将控制电脑各输入、输出端的电信号直接传送的电路分析仪的测量方式。电路分析一般有两种，一种是汽车万用表，另一种是汽车示波器。

③元器件模拟式测量。元器件模拟式测量是通过信号模拟器替代传感器向控制电脑输送模拟的传感器信号，并对控制电脑的响应参数进行分析、比较的测量方式。信号模拟器有两种，一种是单路信号模拟器，另一种是同步信号模拟器。单路信号模拟器是单一通道信号发生器，它只能输出一路信号，模拟一个传感器的动态变化信号。其主要信号有可变电压信号0～15V，可变交直流频率信号0～10Hz，可变电阻值应符合要求，另一个是用可变模拟信号去动态分析电脑控制系统的响应，进而分析控制电脑及系统的工作情况。

同步信号模拟器是两通道以上的信号发生器，它主要用于产生有相关逻辑关系的信号。如:曲轴转角和凸轮轴传感器同步信号，用于模拟发动机运转工况，完成在发动机未转动的情况下对控制电脑进行动态响应数据分析的实验。同步信号模拟器的功用也有两个，即用对比方式比较传感器的好坏，

以及分析电脑控制系统的响应数据参数。

(3)数据流分析法包括数值分析法、时间分析法、因果分析法、关联分析法、比较分析法等。①数值分析法。数值分析法是对数据的数值变化规律和数值变化范围的分析，即数值的变化，如转速、车速、电脑读值和实际值的差异等。在控制系统运行时，控制模拟块将以一定的时间间隔不断地接收各个传感器传送的输入信号并向各个执行器发出控制指令，对某些执行器的工作状态还根据相应传感器的反馈信号再加以修正。我们可以通过诊断仪器读取这些信号参数的数值加以分析。

②时间分析法。时间分析法是指电脑在分析某些数据参数时，不仅要考虑传感器的数值，而且要判断其响应的速率，以获得最佳的效果。③因果分析法。因果分析法是对相互联系的数据间的响应情况和相应速度的分析。在各个系统的控制中，许多参数是有因果关系的。如电脑得到一个输入，肯定要根据此输入给出下一个输出，在认为某个过程有问题时可以将这些参数连贯起来观察，以判断故障出现在何处。

④关联分析法。电脑对故障的判断是根据几个相关传感器信号的比较，当发现它们之间的关系不合理时，会给出一个或几个故障代码，或指出某个信号不合理。此时，不要轻易断定是该传感器不良，而要根据它们之间的相互关系做进一步的检测，

以得到正确的结论。

⑤比较分析法。比较分析法是对相同车种及系统在相同条件下的相同数据组进行的分析。很多时候，没有足够的详细技术资料和详尽的标准数据，无法正确地断定某个器件的好坏，此时可与同类车型或同类系统的数据加以比较。当然在修理中，很多人会使用替换实验进行判断，这也是一种简单的方法，但在进行时应注意首先做一定的基本诊断。在基本确定故障趋势后，再替换被怀疑有问题的器件，不可一上来就换这换那，其结果可能是换了所有的器件，仍未发现问题。注意：用于替换的器件一定要确认是良好的，而不一定是新的，因新的未必是良好的，这是做替换实验的基本原则。

(4）数据流分析的一般步骤如下：①有故障代码。在进行故障代码分析并确认有故障代码存在时，可以直接找出与该故障代码相关的各组数据进行分析，并根据故障代码设定的条件分析故障代码产生的原因，进而对数据的数值及波形进行分析，找出故障点。②无故障代码。故障代码分析确认无故障代码存在时，从故障现象入手，根据控制系统的工作原理和结构，推断相关数据参数，再用数据分析的方法对相关数据参数进行观察和全面的分析。在进行数据分析时，常常需要知道所修车系统的基本原理和结构、基本的控制参数及其在不同工况条件下的正确读值，

并经过认真的分析，才有可能得出准确的判断。

7.4.3自诊断系统发动机工作时，电控单元将从各输入装置来的信号和已编入程序的该装置输入信号的高、低极限值进行比较。