第五章《汽车构造(第2版) 》关文达主编

第一节概述第二节电子控制汽油喷射系统的组成第三节电子控制汽油喷射系统主要元件结构及工作原理第四节电子控制汽油喷射系统的控制第五章汽油喷射式汽油机燃料供给系第五节几种车型电子控制汽油喷射系统汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到气缸或进气歧管中，与进入的空气混合而形成可燃混合气。其目的是为了提高汽油的雾化质量，改进燃烧，以改善汽油机的性能。第一节概述一、汽油喷射的基本概念二、汽油喷射系统发展概况

汽油喷射技术始于20世纪30年代，最初是为航空发动机而设计的，50年代开始应用于汽车发动机上。早期的汽油喷射系统都是机械控制式，1953年美国Bendix公司开始着手开发电子控制汽油喷射系统，但未付诸实用。以后德国Bosch公司购买了此项专利并加以改进，于1957年推出DJetronic（电控汽油喷射系统）装在VW-1600轿车上，向美国出口，这实际上是一种电控的进气管汽油喷射系统。此后，美、日等国的汽车公司也纷纷在自己生产的轿车上装用各种形式的电控汽油喷射系统。时至今日，汽油喷射系统在国外轿车上的应用已很广泛，美、日、德等国生产的排量2.0L以上的轿车发动机几乎都采用了汽油喷射系统。三、汽油喷射的优点

与传统化油器式发动机相比，装有汽油喷射系统的发动机具有下列优点：1）提高了发动机的充气效率，从而增加了发动机的功率和转矩。2）因进气温度较低而使爆震燃烧得到有效控制，因而可采用较高的压缩比。3）若配以高能点火装置，则可使发动机燃用稀薄可燃混合气。4）发动机的冷起动性和加速性较好。5）对可燃混合气成分和点火提前角进行精确的控制，使发动机在任何工况下都处于最佳的工作状态，尤其是对过渡工况的动态控制。6）多点汽油喷射系统可使发动机各缸可燃混合气的分配更加均匀。7）可节省燃油并减少废气中的有害成分。四、汽油喷射的分类

汽油喷射系统按汽油喷射方式不同，分为间歇喷射式和持续喷射式。所谓间歇喷射式是指每个喷射周期都有一个固定的喷射持续期和间歇期，喷油持续期的长短直接控制了喷油量的大小。属于间歇式喷油的有：1）带有空气流量测量的电子控制汽油喷射系统（L-Jetronic）。2）带有空气质量测量的电子控制汽油喷射系统（LH-Jetronic）。3）电子控制中央汽油喷射系统。4）电子控制汽油喷射和点火系统（Motronic）。1．按汽油喷射方式分类

所谓持续喷射式是指发动机工作时，喷油器持续不断的喷油，这种喷油方式应用于机械控制的汽油喷射系统中。属于持续式喷油的有：1）带有空气流量测量的机械液压方式工作的汽油喷射系统（K-Jetronic）。2）带有空气流量测量的机械—液压—电子汽油喷射系统（KE-Jetronic）。

按喷油器的布置方式可分为：（1）多点汽油喷射系统（MPI）在每个气缸进气口处装有一个由电控单元（ECU）控制的电磁喷油器，顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射，汽油直接喷射到各缸进气口的前方。（2）单点汽油喷射系统（SPI）在进气道节气门的前方装一个中央喷射装置，用1～2个电磁喷油器集中喷射。汽油喷入进气道后与进气气流混合，形成的可燃混合气由进气歧管分配到各个气缸。单点喷射也称为中央喷射（CFI）和节气门体喷射（TBI）。2．按喷射器的布置方式分类

按喷射控制装置的型式不同可分为：（1）机械式汽油喷射系统汽油的计量是通过机械与液力传动实现的。（2）电子控制汽油喷射系统（EFI）汽油的计量是由电控单元及电磁喷油器实现的。而电控系统根据其控制过程又可分为开环控制方式及闭环控制方式。３．按喷射控制装置的型式分类

按进气量的检测方式不同可分为：（1）直接测量方式（流量型）以质量流量方式检测进气量，即用空气流量计直接检测出进气管的空气流量，用测得的空气流量除以发动机的转速而得每一循环的空气量，由此算出每一循环的汽油喷射量。（2）间接测量方式（压力型）以速度—密度方式检测进气量，即通过压力传感器测出进气管的压力，再根据发动机的转速间接地推算出进气流量，从而确定汽油喷射量。4．按进气量的检测方式分类

电子控制汽油喷射系统由燃油供给系统、空气供给系统、电子控制系统及各种传感器等组成，如图5－1所示。第二节电子控制汽油喷射系统的组成一、基本组成图5－1电子控制汽油喷射系统组成示意图1—电动汽油泵2—电控单元3—降压电阻器4—爆震传感器5—压力传感器6—功率晶体管7—水温传感器8—曲轴位置传感器9—分电器10—涡轮增压器12—空气温度传感器13—怠速控制阀14—空气流量传感器15—汽油滤清器16—节气门体17—喷油器

燃油供给系统的功用是向气缸内供给燃烧时所需一定量的燃油。燃油供给系统的组成如图5－2所示，主要由燃油箱1、燃油泵3、燃油滤清器4、燃油压力调节器2及喷油器8等组成。1．燃油供给系统图5－2燃油供给系统1—燃油箱2—燃油压力调节器3—燃油泵4—燃油滤清器5—脉动减振器6—低温起动喷油器7—进气管8—喷油器

空气供给系统的功用是为发动机可燃混合气的形成提供必要的空气，并测量和控制空气量。其组成如图5－4所示，主要由空气滤清器1、空气流量传感器2、进气总管5及进气歧管6等组成。2．空气供给系统图5－4空气供给系统1—空气滤清器2—空气流量传感器3—PCV管4—节气门怠速开关控制传感器5—进气总管6—进气歧管7—空气阀电子控制系统主要由电控单元、各种传感器及执行器三部分组成，如图5－5所示。3．电子控制系统图5－5电子控制系统1—空气流量传感器2—碳罐电磁阀3—点火模块和点火线圈4—进气温度传感器5—进气歧管压力传感器6—废气再循环阀7—节气门体8—曲轴箱强制通风阀9—冷却水温传感器10—机油压力传感器11—爆震传感12—喷油器组件13—曲轴转速传感器14—曲轴位置传感器15—氧传感器16—凸轮轴位置传感器电控单元一般由中央处理器CPU、只读存储器ROM、可编程的只读存储器PROM、运行数据存储器RAM和输入/输出接口等组成，如图5－6所示。它们之间用总线连接，如图5－7所示。第三节电子控制汽油喷射系统主要元件结构及工作原理一、电控单元1．电控单元的组成图5－6电控单元基本组成1—传感器2—输入回路3—模/数（A/D）转换器4—输出回路5—执行元件6—ROM_RAM存储器7—中央处理器CPU8—输入/输出接口图5－7电控单元的连接

发动机工作时，电控单元开始工作，CPU中央处理器开始执行程序。程序由一系列指令组成，指令表示为操作码和地址码两部分。当电控单元进入工作状态时，某些程序和步骤从ROM中取出，进入CPU中央处理器，这些程序可包括燃油喷射控制、点火时刻控制或怠速控制等。2．电控单元工作过程二、传感器

空气流量传感器是精确测量空气流量的传感器。空气流量传感器可分为两种：一种是直接测量空气体积流量的传感器，如叶片式空气流量传感器、卡门涡流式空气流量传感器；另一种是直接测量空气质量流量的传感器，如热线式空气流量传感器、热膜式空气流量传感器。1．空气流量传感器（1）叶片式空气流量传感器如图5－9叶片式空气流量传感器所示。图5－9叶片式空气流量传感器1—卷簧2—电位计3—叶片4—温度传感器5—缓冲挡板6—怠速调节螺钉7—旁通空气道（2）热线式空气流量传感器热线式空气流量传感器是一种测量空气质量型传感器，它不需要校正“海拔高度、大气温度、大气压力对测量精度”的影响。如图5－10所示。图5－10热线式空气流量传感器1—密封盖2—电路板3—塞子4—调节螺钉5—小管6—卡环7—冷线8—热线9—网状格栅（3）热膜式空气流量传感器热膜式空气流量传感器与热线式空气流量传感器的结构与工作原理基本相同。但它不采用热线，而是将热线、温度补偿电阻及精密电阻用厚膜工艺镀在一块陶瓷基片上（称为热膜电阻），装在测量管内，如图5－12所示。图5－12热膜式空气流量计1—热膜电阻2—进气气流进气歧管压力传感器（以下简称进气压力传感器）可根据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力的变化，并转换成电压信号与转速信号一起输送给微机控制装置，作为喷油器基本喷油量的依据。应变仪式进气压力传感器如图5－13所示。２．进气歧管压力传感器图5－13应变仪式进气压力传感器1—硅片2—硅3—真空腔4—硼硅酸玻璃片5—二氧化硅膜6—传感器电阻7—金属块

曲轴位置传感器除了可提供相对于活塞上止点位置的曲轴转角信号外，还能精确地测出发动机的转速，因此也称为转速传感器。曲轴位置传感器有电磁感应式、霍尔效应式和光电式三种。3．曲轴位置传感器（1）电磁感应式曲轴位置传感器图5－15示出一种安装在分电器内的电磁感应式曲轴位置传感器。图5－15电磁感应式曲轴位置传感器1—转子2—线圈3—定子磁极（2）光电式曲轴位置传感器光电式曲轴位置传感器由发光二极管、光敏三极管及遮光盘组成（图5－19）。图5－19光电式曲轴位置传感器1—O形密封圈2—曲轴位置传感器3—分火头4—分电器盖5—G信号传感器6—Ne信号传感器水温传感器用来检测发动机冷却水的温度，该值作为喷油量和点火正时的修正量。水温传感器常采用对温度变化非常敏感的热敏电阻制成，其构造、特征及与电控单元的连接如图5－20所示。4．水温传感器图5－20水温传感器

进气温度传感器与体积空气流量传感器相配合，测量空气温度的变化，以确定空气密度的变化，进而获得较精确的空气质量流量及空燃比。进气温度传感器与水温传感器结构相同，也是采用热敏电阻作为敏感元件，其与电控单元的连线也相同。5．进气温度传感器

氧传感器装置在排气管中，检测实际可燃混合气的空燃比较理论空燃比偏离的程度，并把信息输入电控单元，电控单元控制喷油脉冲长短，实现反馈，组成闭式循环，满足最佳排气净化要求。6．氧传感器（1）二氧化锆型传感器二氧化锆是一种具有氧离子传导性的固体电介质，它能在氧浓度差的作用下产生电动势。见图5－21。图5－21二氧化锆氧传感器1—气孔2—锆管3—排气管4—铂电极5—弹簧6—铂电极座7—导线（2）二氧化钛传感器二氧化钛传感器是利用二氧化钛TiO2作为敏感元件。它与二氧化锆传感器的主要区别是，二氧化锆氧传感器是将废气中剩余氧分子含量的变化转换成电压的变化输出；而二氧化钛氧传感器则把废气中剩余氧分子含量转换成电阻的变化再输出，见图5－24。图5－24二氧化钛型氧传感器

节气门位置传感器的作用是把发动机的负荷通过节气门开度转换成电压的信号，输送给微机，实现不同的节气门开度下的喷油量控制。节气门位置传感器装在节气门体上，如图5－25所示。7．节气门位置传感器图5－25节气门体1—节气门体2—节气门位置传感器爆震传感器可检测发动机是否产生爆震，并将产生爆震的信号输送给电控单元，实现点火时刻的控制。如图5－29所示。8．爆震传感器图5－29爆震传感器的结构与工作原理1—压电陶瓷片2—惯性配重3—输出引线4—爆震压力波三、电动燃油泵电动燃油泵的功用是供给各喷油器及冷起动喷油器所需要的燃油。在电子控制燃油喷射系统中最常用的是滚柱式电动燃油泵，其结构如图5－30所示，主要由滚柱泵3、驱动电动机4和单向阀5组成。电动燃油泵结构简图1—进油口2—单向阀3—滚柱泵4—驱动电动机5—单向阀6—出油口四、燃油滤清器燃油滤清器的作用是过滤燃油中的杂质，防止污物堵塞喷油器等精密零件。燃油滤清器（图5－31）可以安装在燃油箱附近，也可以安装在发动机附近。图5－31燃油滤清器五、燃油导轨燃油导轨（分配管）的功用是将燃油均匀的、等压的分配给各个喷油器；另外，还有贮油蓄压的作用，（见图5－32）。图5－32燃油导轨1—燃油压力测试口2、6—油道3—进油口4—燃油压力调节器5—喷油器六、燃油压力调节器燃油压力调节器的功用是调节至喷油器的燃油压力，使油路中的燃油压力与进气管压力之差保持常数，这样从喷油器喷出的燃油量便唯一地取决于喷油器的开启时间，使微机能够通过控制喷油时间的长短来精确控制喷油量。燃油压力调节器的结构如图5－33所示。图5－33燃油压力调节器1—通燃油导轨2—通燃油箱3—回油阀4—回油阀支撑板5—膜片6—弹簧7—通进气管七、喷油器喷油器是电子控制燃油喷射系统中的最重要零件。在多点燃油喷射系统中，每个气缸都装有一个喷油器。轴针式喷油器的结构如图5－34所示。图5－34喷油器的结构1—燃油滤阀2—电线3—电磁线圈4—弹簧5—衔铁6—针阀7—轴针八、冷气动喷油器发动机在低温环境下起动时，需要极浓的可燃混合气。有些电子控制燃油喷射系统中设置了冷起动喷油器，在低温时喷射燃油以利于发动机起动。冷起动喷油器的结构如图5－35所示。图5－35冷起动喷油器1—针阀2—电磁线圈3—插头4—燃油入口5—弹簧6—喷嘴

电控单元以分电器内或曲轴带轮上的曲轴位置传感器的信号为依据进行喷油时刻的控制，使各缸喷油器能在规定的时刻喷油。在多点喷射中，喷油时刻的控制方式共有三种：同时喷射方式、分组喷射方式和顺序喷射方式。第四节电子控制汽油喷射系统的控制一、喷油时刻的控制这种喷射方式是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电控单元相联（图5－37），曲轴每转一周，各缸喷油器喷射一次。图5－37同时喷射方式电路1—电控单元2—喷油器1．同时喷射方式这种喷射方式是将所有气缸分成2组或3组，每组有2～4个喷油器，分别通过一条控制电路与微机相连。在发动机一个工作循环内，各组喷油器各自同时喷油一次，其控制电路如图5－38所示。图5－38分组喷射方式控制电路1—微机2—喷油器2．分组喷射方式顺序喷射方式的各缸喷油器分别由各自的控制电路与微机连接（图5－39），微机分别控制各喷油器在各自的气缸接近进气行程开始的时刻喷油。图5－39顺序喷射方式控制电路1—微机2—喷油器3．顺序喷射方式二、喷油持续时间的控制

（1）起动喷油控制在发动机起动时，微机根据当时冷却水温度，由内存的水温—喷油时间图找出相应基本喷油时间，如图5－40所示。然后，进行进气温度和蓄电池电压的修正，得到起动时的喷油持续时间。在发动机转速低于规定值或点火起动开关接通以任何方式喷射时，喷油时间的确定如图5－41所示。1．同步喷射图5－40水温—喷油时间图图5－41喷油时间的确定（2）起动后的喷油控制发动机转速超过预定值时，电控单元（ECU）按下面公式确定喷油持续时间：喷油持续时间=基本喷油持续时间×喷油修正系数+电压修正值喷油修正系数是各种修正系数的总和。（1）起动喷油控制在一些电控汽油喷射系统中，为了改善发动机起动性能，在起动时，使可燃混合气加浓，除了一般正常的喷一次油外，在起动信号STA处于接通状态时微机根据空气质量信号检测到第一个曲轴转速信号开始，以一个固定的喷油持续时间，同时向各缸增加一次喷油。2．异步喷射（2）加速喷油控制发动机由怠速向起步过渡时，由于燃油惯性等原因，会出现可燃混合气过稀现象。为了改善起步加速性能，在普通电控燃油喷射系统中，电控单元根据节气门位置传感器的怠速触点（ISL）信号从接通到断开时，增加一次固定喷油持续时间的喷油。在综合控制的电控燃油喷射系统中，电控单元在怠速触点（IDL）信号从接通到断开后，检测到第一个曲轴转速信号时增加一次固定喷油持续时间。（3）急加速时的异步喷射急加速时的异步喷射是与曲轴转动角度不同步的临时喷射。它是在急加速工况下，由于燃油来不及供给的情况下所实行的临时性燃油增量喷射。为了有效地进行异步喷射，需要快速地检测出加速工况。在表征发动机状态的各种参数中，利用节气门开度的变化量可以最快地检测加速工况。上海桑塔纳2000轿车电子控制汽油喷射系统如图5－43所示。根据作用不同，整个系统可分为三个系统：空气供给系统、燃油供给系统和控制系统。第五节几种车型电子控制汽车喷射系统一、上海桑塔纳2000轿车发动机电子控制汽油喷射系统图5－43上海桑塔纳2000轿车发动机电子控制汽油喷射系统1—微机2—节气门位置传感器3—怠速旁通阀4—空气压力传感器5—燃油滤清器6—爆震传感器7—电动燃油泵8—分电器9—水温传感器10—点火线圈11—氧传感器12—喷油器13—燃油压力调节器14—空气温度传感器15—空气滤清器上海桑塔纳2000轿车发动机电子控制汽油喷射系统的空气供给系统主要由空气滤清器、节气门体、稳压箱、进气压力传感器、进气温度传感器及空气阀组成。如图5－44所示。1．空气供给系统

图5－44空气供给系统1—空气滤清器2—节气门体3—怠速调节螺钉4—稳压箱5—进气歧管6—怠速空气阀上海桑塔纳2000轿车发动机电子控制汽油喷射系统中的燃油供给系统主要由燃油箱、电动燃油泵7、燃油滤清器5、燃油压力调节器13和喷油器12等组成。图5－45为其燃油供给系统流程图。2．燃油供给系统图5－45燃油供给系统流程图1—燃油箱2—燃油泵3—油管4—燃油滤清器5—燃油分配器6—喷油器7—冷起动喷油器8—燃油压力调节器9—回油管控制系统由各种传感器、电控单元和执行器组成。上海桑塔纳2000轿车电子控制汽油喷射系统中的传感器有水温传感器9、氧传感器11、节气门位置传感器2、空气温度传感器14、空气压力传感器4及安装于分电器内的爆震传感器和霍尔传感器等组成。电控单元是汽车上的微机，是控制系统的核心，它根据发动机各种传感器送来的信号控制喷油时刻、喷油量及点火时刻等。执行器是根据电控单元发出的指令来完成各种相应动作的装置。上海桑塔纳2000轿车发动机电子控制燃油喷射系统中主要执行器有电动燃油泵、喷油泵、怠速空气阀和点火器等。3．控制系统二、上海—通用别克轿车电子控制汽油喷射系统

上海—通用别克（GL、GLX）轿车装用的发动机为3.0LV型6缸汽油机，该发动机采用电子控制多点汽油喷射系统（别克新世纪采用多点顺序喷射式汽油喷射系统）。该系统传感器控制电路如图5－46所示。1．传感器控制电路图5－46传感器控制电路（1）空气流量传感器该系统采用热线式空气流量传感器，装在节气门体上。空气流量增加，表明发动机加速运转；反之，表明发动机减速或怠速运转。（2）进气歧管压力传感器（MAP）进气歧管压力传感器向电控单元提供2～4V的电压信号。发动机怠速运转时，向电控单元提供略低于2V的电压信号；节气门开度加大时，可向电控单元提供略高于4V的电压信号。2．传感器简介（3）曲轴位置传感器曲轴位置传感器有二个：一个是7X（7个槽孔），装在发动机机体右下端，为点火电控单元提供参考信号；另一个是24X（24个槽孔），安装在发动机正时端盖的前部，用来拾取曲轴转子的脉冲信号，并传给电控单元，在发动机低速运转（低于1200r/min）时，精确的控制发动机点火正时，改善怠速运转状况。（4）水温传感器水温传感器安装在冷却系水管中。电控单元通过内部电阻器，向水温传感器提供5V电压信号并对电压进行测量。水温低时，电压升高；反之，电压将降低。电控单元通过测量电压，计算出冷却水的温度。（5）进气温度传感器进气温度传感器安装在进气管内，测量进入发动机气缸中的空气温度。电控单元通过内部的变阻器，向进气温度传感器提供5V的电压信号并测量电压。进入气缸的空气温度低时，电压较高；反之，电压较低。电控单元通过测量电压，计算出进气温度，并计算出可燃混合气浓度以调整点火正时。（6）氧传感器氧传感器安装在排气歧管内，电压信号的变化范围约为0.1V(稀可燃混合气)～0.9V（浓可燃混合气）。电控单元根据氧传感器输入的电压信号判定废气中氧的含量，然后对可燃混合气的浓度作相应的调节。（7）节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门体上，用来测量节气门的开度，并向电控单元发出相应的电压信号。节气门的开度变化时，传感器输出的电压（变化范围为1.0～4.0V）也随之变化。（8）爆震传感器爆震传感器安装在发动机机体上，靠近燃油滤清器和起动机。该传感器可检测发动机发生爆震，并向电控单元发出推迟点火正时的信号。（1）起动工况控制点火开关第一次转到ON位置时，燃油泵继电器接通2s后，燃油泵开始向燃油加压。电控单元根据水温传感器和节气门位置传感器输入的信号，确定可燃混合气的浓度是否满足起工况需要的浓度。（2）运行工况控制运行工况分开环运行和闭环运行两种。（3）加速工况控制当电控单元检测到节气门开度及空气流量迅速加大时，系统立即作出响应，增加燃油供给量。3．工况控制系统（4）减速工况控制一旦电控单元检测到节气门开度和空气流量减少，马上减少燃油供给量。当发动机突然减速时，电控单元在极短的时间内切断燃油供给。（5）断油控制切断点火开关，系统指令喷油器停止喷油。（6）发动机超速断油控制当电控单元检测到发动机转速超过5600r/min时，电控单元指令喷油器停止喷油；当发动机转速低于5100r/min时，喷油器马上又恢复喷油。三、捷达轿车电子控制汽油喷射系统

（1）起动喷油控制发动机起动时，微机依据起动开关及发动机转速传感器传来的信号判定发动机是否处于起动状态（不根据空气流量传感器的信号计算起动时的喷油量），以决定是否按起动程序控制喷油。图5－48捷达轿车电子控制汽油喷射系统1—燃油泵2—喷油器3—点火线圈4—活性碳罐电磁阀5—氧传感器加热器6—节气门体和怠速电动机7—爆震传感器8—氧传感器9—水温传感器10—进气温度传感器11—节气门位置传感器12—霍尔传感器13—发动机转速传感器14—空气流量传感器15—微机（4）减速工况控制一旦电控单元检测到节气门开度和空气流量减少，马上减少燃油供给量。当发动机突然减速时，电控单元在极短的时间内切断燃油供给。（5）断油控制切断点火开关，系统指令喷油器停止喷油。（6）发动机超速断油控制当电控单元检测到发动机