31~32-电控汽油喷射系统课件

第3章电控汽油喷射系统学习目标1.掌握电控汽油喷射系统的基本组成和各子系统的作用；2.掌握各子系统主要组成部件的作用、构造和工作原理；3.掌握传感器的作用、一般结构用工作原理；4.掌握喷油持续时间的确定方法；5.了解影响实际喷油持续时间的主要因素和修正方法。电控汽油喷射系统组成：进气系统（空气供给系统）供油系统（燃油供给系统）

控制系统（汽油喷射电子控制系统）3.1空气供给系统（进气系统）一、作用

计量和控制发动机燃烧过程所需的空气量。二、构成1、Ｌ型进气系统

由空气滤清器、空气流量计、节气门体（包括节气门和怠速空气旁通阀等）、进气总管和进气歧管等构成。2、Ｄ型进气系统

由空气滤清器、节气门体（包括节气门和怠速空气旁通阀等）、进气总管、进气歧管和进气歧管绝对压力传感器等构成。

汽车行驶时，空气流量是由驾驶员通过加速踏板操纵节气门控制的。1–发动机；2–辅助空气阀；3–空气滤清器；4–空气流量计；5–节气门体；6–喷油器；Ｌ型进气系统是为发动机低温起动和暖机过程提供所需的增量空气。Ｄ型进气系统一、空气流量计

1.翼片式空气流量计结构：翼片、电位计、进气温度传感器和接线插头等。图3.2翼片式空气流量计

特点：结构简单，输出信号不受电源电压变动的影响．但进气有阻力。测出的是体积流量，必须考虑空气密度随温度和压力而变化的影响，加以修正后才能换算成质量流量。

空气体积流量∝UB

/US=(VB–E2)/(VC–VS)1–燃油泵控制开关；2–可变电阻；3–固定电阻；4–热敏电阻(进气温度传感器)

图3.4翼片式串气流量计电路简图

工作原理：空气体积流量Qv

↓→翼片偏转角α↓→US/UB

↑Qv∝UBUSα2.卡门涡旋式空气流量计结构：卡门涡旋发生器、反光镜检测装置或超声波检测装置等组成。工作原理：当空气流经涡旋发生器时，在发生器后部将会不断产生卡门涡旋串，测出卡门涡旋的频率就可算出吸入空气的体积流量。或ƒ∝Qv

特点：响应速度快,进气阻力小,无磨损,测量精度高.但成本高,测出的也是体积流量。dvSft=v=dStf涡旋频率图3.7反光镜检测方式卡门旋涡式空气流量计1–导流罩；2–锥状涡流发生器；3–导压孔；4–反光镜；5–光敏三极管；6–发光二极瞥；7–板弹簧

光学式卡曼涡旋空气流量传感器是利用涡旋的局部压力变化来检测涡旋频率的。(1)反光镜检测方式卡门旋涡式空气流量计图3.8反光镜检测方式原理1–发光二极管；2–光敏晶体管；3–反光镜；4–导压孔；5–涡流发生器

当空气流过涡流发生器时将交替地产生卡门旋涡，压力也随之发生交替变化。反光镜在压力的作用下，产生与涡流发生频率相同的偏转振动。涡流发生器每产生一个旋涡，光电组件电路的输出电平高低变化一次，因此ECU只需对整形电路的输出脉冲进行计数，即可得到空气的体积流量。

图3.9超声波检测方式卡门旋涡式空气流量计(2)超声波检测方式卡门旋涡式空气流量计

1–压力传感器；2–混合IC电路；3–锥状涡流发生器；4–涡流稳定板；5–超声波发生器；6–温度传感器；7–旁通通道；8–主通道；9–超声波接收器图3.10超声波检测方式工作原理图

l–导流罩；2–涡流发生器；3–涡流稳定板；4–超声波发生器；5–超声波接收器

来自空气滤清器流向发动机

超声波式卡门曼涡旋空气流量传感器是利用涡旋的局部流速变化来检测涡旋频率的。图3.11超声波通过卡门涡后的加减速状况

1–减速方向；2–加速方向；3–超声波起点；

4–超声波；5–涡前超声波是同步的；6–滞后线；7–提前线

发动机运行时，超声波信号发生器连续地向超声波接收器发出40Hz的等频率超声波信号，受通道上卡门旋涡的影响，超声波的传播速度会发生变化。当卡门旋涡的旋转方向与超声波的传播方向一致时，超声波的传播速度加快，超声波接收器接收到的超声波提前；反之则因受阻滞而减速，超声波接收器接收到的超声波滞后。

利用发送的超声波信号与接收到的超声波信号的相位差，在流量计混合IC电路中形成与涡流发生频率相对应的脉冲数字信号，ECU根据涡流发生频率（脉冲数字信号频率）就能计算出空气的体积流量。图3.12频率与空气流量的关系

（3）热线式空气流量计结构：采样管、白金热线、进气温度传感器、桥式电路、控制回路等。工作原理：由白金热线构成桥式电路中的一臂，一定的空气质量流量流经时，热线温度变化，电阻变化，电桥失衡，控制回路自动增加或减少通过热线的电流，使电桥恢复平衡。其增加或减少的电流直接对应于空气质量流量。特点：可直接测出质量流量。无运动部件，响应特性好。但热线工作可靠性差，成本较高。空气流量Qm↑→热线温度↓→热线电阻↓————————→热线电流↑→输出电压↑

U∝Qm1/4为使电桥恢复平衡1–进气气流；2–混合集成电路；3–输出信号

（4）热膜式空气流量计结构：与热线式空气流量计基本相同，仅由固定在薄树脂膜上的铂热膜来代替热线。工作原理：与热线式空气流量计相同。特点：与热线式空气流量计基本相同，但热膜工作可靠。作用

用于检测电子控制燃油喷射系统（EFI-D）的进气歧管压力，并将其变换成电信号，放大后输入ECU，计算发动机的进气量。二、进气歧管绝对压力传感器种类

半导体压敏电阻式进气绝对压力传感器电容式进气绝对压力传感器表面弹性波式进气绝对压力传感器膜盒传动的可变电感式进气绝对压力传感器（１）半导体压敏电阻式进气绝对压力传感器结构：由具有压敏效应的硅膜片构成的压力转换元件和把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路组成。工作原理：在进气压力下，硅膜片受压应变，这种应变在由硅膜片中形成的扩散电阻构成的桥式电路中转换为电信号，再经混合集成电路放大．其输出电压与被测压力呈线性变化。特点：尺寸小，精度高，成本低，响应好，通用性强，测量范围广，应用广泛。（2）电容式进气绝对压力传感器

结构：主要由氧化铝膜片及厚膜电极等构成电容式压力检测元件。工作原理：进气压力变化时，氧化铝膜片变形导致电容变化，从而引起与其相关的振荡电路的振荡频率发生相应变化。ECU根据传感器输出信号的频率便可感知进气歧管的绝对压力，其输出信号的频率与进气歧管绝对压力成正比。（3）表面弹性波式进气绝对压力传感器

工作原理：进气压力作用于压电基片上，使薄膜敏感区产生应变，换能叉指距离发生变化，引起表面弹性波传播的延时时间相应变化。根据与延时时间成反比的振荡频率，即可输出绝对压力信号。（4）膜盒传动的可变电感式进气绝对压力传感器结构：由膜盒、铁心、感应线圈和电子电路等组成。工作原理3.1.2节气门体和节气门位置传感器节气门体一般由节气门、怠速旁通气道、怠速调整螺钉、辅助空气阀等组成。

一、节气门体空气阀的作用：在发动机低温运转时增加空气供给量，使发动机快怠速运转，加速暖机，热机后减少空气量，使发动机由快怠速转入稳定的怠速运转。原理：感温体浸于冷却水中，其内充满石蜡，石蜡体积随水温的升降而膨胀或收缩。水温低→石蜡收缩→阀门开启→空气量增加→快怠速运转水温升高至80ºC→石蜡膨胀→阀门关闭→空气量减少→快怠速结束二、石蜡式补充空气阀空气进空气出转速三、节气门位置传感器作用：装在节气门体上，用来检测节气门的开度，给ECU提供发动机负荷信息、工况信息。作为空燃比开环和闭环控制的依据，也作为空气量计算的备用参数，当空气计量装置发生故障时，电控系统依据节气门位置信号和发动机转速信号，采用节流—速度方式，对进气量进行计算。

结构与工作原理：此传感器实际上是具有线性输出特性的转角电位计。电位计转臂与节气门同轴安装，当节气门转动时，带动电位计转臂滑到一定的电阻位置，电位计输出电压与节气门开度成正比。

1.线性输出型节气门位置传感器2.开关量输出型节气门位置传感器

输出特性：IDLE或TLPSWIDLE或TLPSW3、带Acc信号输出的开关量输出型节气门位置传感器1–Acc1输出信号；2–Acc2输出信号；3–加减速检测触点；4–怠速触点；5–大负荷触点

该传感器为检测发动机加减速工况所增加的组件主要有产生节气门变化速率信号的滑动电刷、梳子状Acc1和Acc2印制电路以及加减速检测触点。

发动机急加速时，加减速检测触点闭合，滑动电刷在梳子状Acc1和Acc2印制电路上快速滑过，与Acc1和Acc2电路交替地闭合、断开，ECU根据Acc1和Acc2电路闭合、断开的速率就能对发动机是否处于急加速作出判断。当发动机急减速时，加减速检测触点断开，此时仍有快速交替变化的Acc1和Acc2信号输出，但因加减速检测触点已断开，ECU不会做出发动机正在加速的误判断。

构成

由油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、燃油分配管、油压脉动阻尼器、燃油压力调节器和喷油器等构成。作用

供给发动机燃烧过程所需的燃油。3.2燃油供给系统燃油压力脉动阻尼器（阻尼减振器）设置原因：为消除电动燃油泵泵油时或喷油器喷油时在燃油输入管道内的燃油压力脉动，提高喷油精度和降低噪声。脉动阻尼减振器的作用：

吸收燃油压力脉动能量，减小油压脉动幅度。

安装位置：在燃油泵的出口，也可布置在回油管或燃油分配管处。图3.31脉动阻尼减振器

A–进油口；B–出油口

1–固定螺纹；2–弹簧；3–壳体；4–调节螺钉；5–膜片

图3.32滚柱泵安装阻尼减振器前后油压脉动情况的比较

3.2.1电动汽油泵a.作用将燃油从油箱内吸出，加压后通过输油管道输送到喷油器。b.分类（１）内置式电动燃油泵内装式电动汽油泵的油泵大多采用单级式涡轮泵，有些则采用侧槽泵和涡轮泵或转子泵串联布置的双级泵。安装在油箱内，不易发生气阻和漏油现象，对泵的自吸性要求低，噪声低，应用广泛。（２）外置式电动燃油泵外置式电动汽油泵的油泵广泛采用单级滚柱泵。安装在燃油管路内，易发生气阻和漏油现象，噪声高。内装式电动汽油泵外装式电动汽油泵1–出油管；2–回油管；3–小油罐；4–电动汽油泵1–进油口；2–限压阀；3–滚柱泵；4–电动机；5–单向阀；6–出油口c.结构

由油泵、永磁电动机、安全阀、单向阀和外壳组成。泵和电动机处在同一个燃油泵壳体里，始终被燃油所包围，解决了润滑和散热问题。燃油泵由电机驱动。当泵内油压超过一定值时，燃油顶开单向阀向油路供油。限压（0.4MPa）作用，保护油泵。单向阀的作用是防止燃油倒流，使油路保持适当的剩余压力，提高发动机的起动性能。（1）滚柱泵（高压泵）

一种容积式泵，效率高，输出油压高（可达650kPa），但输出油压有较大的脉动，必须在出口出安装油压缓冲器，滚柱直接和壳体接触，运转噪声高。

（2）转子泵（齿轮泵,也属高压泵）

也是一种容积式泵。齿轮泵与滚柱泵相比，在同样的外形尺寸下，泵油室的数目比滚柱泵多，因此，齿轮泵输出的油量比较均匀，油压的波动也比滚柱泵小，适合多点喷射燃油系统使用。图3.37转子泵的结构原理

（3）涡轮泵（低压泵）

是一种叶片式泵，效率低，输出油压低(300kPa左右)，但输出油压没有脉动，不需在出口出安装油压缓冲器，叶片和壳体不接触，运转噪声低．可采用低扭矩高转速型电动机，结构紧凑。（4）侧槽泵也是一种叶片式泵。具有较好的油气分离作用，有效地防止气阻的发生，常用作双级泵的初级泵。

主输油泵多采用齿轮泵或涡轮泵。四、电动燃油泵的控制电路1、ECU控制的油泵运转控制电路

检查插座电路断路继电器油泵分电器ECU油泵检查开关点火开关主继电器2、油泵开关控制的油泵运转控制电路

检查插座断路继电器油泵空气流量计油泵开关油泵检查开关点火开关主继电器目的：

在发动机低速或中小负荷下工作时，降低油泵转速，减少供油量，以减少磨损，降低噪声；在发动机高速或大负荷下工作时，提高油泵转速，增加供油量，满足要求。3、具有转速控制的油泵运转控制电路

1）继电器控制方式

在油泵控制电路中增设一个电阻器和油泵转速控制继电器。ECU根据发动机转速和负荷，控制电路内部的三极管的导通与截止，对油泵转速控制继电器进行控制。发动机在低速或中小负荷工作时，三极管导通，控制继电器触点B闭合。

2）用控制器控制方式

通过专用的ECU控制加在电动燃油泵上的驱动电压高低来实现。

3）ECU直接控制方式

由ECU直接控制加在电动燃油泵上的驱动电压高低来实现。

接通起动时，ECU收到G28转速信号后，立即使油泵继电器接通。3.2.2燃油压力调节器的结构与原理

由于喷油器的喷油量取决于针阀行程、喷口截面积、喷油时间及燃油压力与喷射环境压力的压差（喷油绝对压力）。当针阀行程、喷口截面积一定时，为使喷油量唯一地取决于喷油时间，必须使燃油压力与喷射环境压力的压差保持恒定，即喷油器喷油的绝对压力保持恒定。喷油绝对压力＝燃油压力－进气歧管绝对压力＝恒定值设置燃油压力调节器的原因:由于μf、Sf

、ρf可视为常数，为使循环喷油量唯一地取决于喷油器的开启时间dt，必须使喷油器喷油的绝对压力(pf–pa)保持恒定，即必须用燃油压力调节器根据进气歧管绝对压力的变化来调节燃油压力（燃油总管油压）。根据喷油器循环喷油量mf计算公式：mf=μf·

Sf·［2·ρf·(pf–pa)］1/2·dt

式中：μf―喷孔流量系数；

Sf―喷孔的流通截面积；

ρf―燃油密度；

pf―燃油压力；

pa―喷射环境压力；

dt―喷油器开启时间原因说明:

燃油压力调节器就是根据进气歧管绝对压力的变化来调节燃油压力（供油系统燃油总管油压），使喷油器喷油的绝对压力保持恒定（250～300kPa)。燃油压力调节器的作用:１）结构是一弹簧／膜片式结构。２）结构原理

膜片下方是燃油压力（燃油管油压），而上方进气歧管负压与弹簧压力。膜片处于平衡状态时，燃油压力＝弹簧压力＋进气歧管绝对压力弹簧压力燃油压力进气歧管绝对压力喷油绝对压力＝燃油压力－进气歧管绝对压力＝（弹簧压力＋进气歧管绝对压力）－进气歧管绝对压力∴喷油绝对压力＝弹簧压力进气歧管负压↑→膜片上方压力↓→膜片上移→阀门开启→燃油压力(系统压力)↓弹簧压力燃油压力进气歧管绝对压力自动调节过程:3.2.3电磁喷油器１）作用根据ECU发出的喷油脉冲信号，精确计量燃油喷射量，同时将燃油喷射后雾化。２）分类（1）按燃料送入方式分：顶供式、底供式。（2）按用途分：单点式、多点式。（3）按电磁线圈的阻值大小分：低阻式、高阻式。（4）按喷口特点分：轴针式

孔式球阀式片阀式（１）轴针式电磁喷油器

主要由喷嘴、针阀、衔铁、电磁线圈、复位弹簧等构成．线圈通电后，与衔铁做成一体的针阀被吸引抬起（约0.1mm左右），喷孔被打开；线圈断电后，在弹簧作用下，针阀回位，喷孔关闭。这种喷油器结构简单，喷孔不易堵塞，应用广泛。

进油一、多点汽油喷射系统的电磁式喷油器结构和工作原理

底部供油式喷油器能防止气阻，提高热起动的可靠性。（2）球阀式电磁喷油器

阀针由钢球、导杆、衔铁制成一体，具有自动定心作用，密封性好，质量很轻，动态响应速度快，燃油雾化质量较好。

（3）片阀式电磁喷油器特点：是用一块只有0.5g的圆片来代替针阀，运动惯量极小，开闭滞后时间短，计量精度高，动态流量范围大，抗堵塞能力强。

双孔式电磁喷油器特点：

能消除燃油附着在双进气门的隔墙上，动态流量范围大，抗堵塞能力强。广泛应用于四气门发动机。4）电磁喷油器的特性（1）工作特性

由于针阀的惯性和电磁线圈的磁滞现象,针阀运动将产生滞后现象，即开启滞后（To）,关闭也滞后（Tc）。

蓄电池电压变化对开启滞后（To）有较大的影响，即影响循环喷油量，故必须作修正。∴有效喷油时间=Ti-(To-Tc)To-Tc＝Tu为无效喷油时间。是指喷油器的动态喷油量随电磁线圈通电时间的变化规律。静态流量Q：在某一喷油脉宽时间内的喷油量(mm3/pulse)。动态流量q：（2）流量特性在规定压力下，针阀保持在升程最大位置时，单位时间内的喷油量(mm3/min)。q=Q60(Ti–Tu)

当动态流量特性呈线性时，才能精确控制喷油量。（3）

喷油器性能的基本评价指标最小线性动态流量qmin：指喷油器最小允许通电时间Timin（喷油滞后时间与针阀达到最大升程后所需的稳定时间之和）所对应的动态喷油量。

qmin=K(Timin–Tu)最大线性动态流量qmax

：指喷油器最大允许通电时间Timax

（喷油脉冲周期和关闭停顿时间之差）所对应的动态喷油量。qmax=K(Timax–Tu)

动态流量范围Rd：指最大线性动态流量与最小线性动态流量之比。Rd==qmax

Timax

–

Tuqmin

Timin–Tu此比值越高越好。5）电磁喷油器驱动电路低阻喷油器：喷油器的电磁线圈线径较粗，匝数较少，电阻较小，一般为0.6~3Ω。高阻喷油器：喷油器的电磁线圈线径较细，匝数较多，电阻较大，一般为12~17Ω。（1）电压驱动型——脉冲信号驱动电路采用饱和驱动电路。

高阻型：用12V电压驱动。喷油器电磁线圈的电阻为12～17Ω，结构简单，但因电阻大，线圈中电流上升慢，动态响应差。由于线圈匝数多，电感较大，大功率管在截止时，因线圈两端感应电动势高，易击穿，必须设有消弧电路。

低阻型：用5-6V电压驱动，喷油器电磁线圈的电阻为0.6～3Ω。因电阻小，线圈中电流上升快，动态响应好。因电磁线圈中电流大，易致线圈过热损坏，必须在线圈电路中串联附加电阻，但这又会带来电流减小，影响动态响应特性充分发挥。（2）电流驱动型——脉冲信号