汽车发动机电控技术与维修（第2版）课件 8-发动机燃油控制系统与检修-进气管喷射燃油控制系统

1单元4发动机燃油控制系统与检修4.1进气管喷射燃油控制系统【学习目标】1．知识目标（1）掌握进气管喷射燃油控制系统电动燃油泵及其控制电路的结构原理与检修技术要求。（2）掌握进气管喷射燃油控制系统喷油器及其控制电路的结构原理与检修技术要求。（3）掌握进气管喷射燃油控制系统压力调节的不同方法与工作原理。（4）掌握进气管喷射燃油控制系统燃油压力的检测技术要求。2．能力目标（1）掌握进气管喷射燃油控制系统电动燃油泵及其控制电路的检修方法和工作步骤。（2）掌握进气管喷射燃油控制系统喷油器及其控制电路的检修方法和工作步骤。（3）掌握进气管喷射燃油控制系统燃油压力的检修方法和工作步骤。进气管喷射是将燃油喷射在气缸外面节气门或进气门附近进气管内，然后再与空气混合形成可燃混合气进入气缸。进气管喷射燃油控制系统主要由燃油箱、燃油滤清器、电动燃油泵、供油管、回油管、燃油分配管、燃油压力调节器、喷油器等组成。电动燃油泵是电控燃油喷射发动机的基本部件之一，其功用是从油箱中吸出燃油，加压后输送到管路中，和燃油压力调节器配合建立合适的系统压力，最终将燃油输送到喷油器。为防止发动机供油不足及由高温而产生的气阻，油泵的最高输出油压需要470kPa左右，其供油量比发动机最大耗油量大得多，多余的燃油从回油管返回油箱。4.1.1电动燃油泵及其控制电路1．结构组成与工作原理电动燃油泵的结构基本上是相同的，主要由电动机、泵体和外壳等组成。（1）滚柱式电动燃油泵

滚柱式电动燃油泵的泵体为滚柱泵，主要由转子、滚柱和壳体组成。（2）齿轮式电动燃油泵

齿轮式电动燃油泵的泵体为齿轮泵，由带外齿的主动齿轮、带内齿的从动齿轮和壳体组成。（3）涡轮式电动燃油泵

涡轮式电动燃油泵的泵体为涡轮泵，由叶轮、叶片、壳体等组成。（4）双级电动燃油泵

双级泵有初级泵和主输油泵，两者合成一个组件，相互独立并轴向串联，由一个电动机驱动。2．燃油泵的控制转动控制是指燃油泵什么时候开始转动，进入工作状态。转速控制是根据发动机的运行工况调整燃油泵的转速，以实现供油量的控制。（1）电动燃油泵的转动控制——发动机ECU控制（2）电动燃油泵的转速控制

电动燃油泵转速控制的目的是根据发动机的工况控制油泵供油量。①利用串联电阻控制燃油泵的转速。在燃油泵控制电路中增设一个电阻器（降压电阻）和燃油泵控制继电器（或叫电阻器旁路继电器）对燃油泵转速进行二级控制（高速、低速）。②利用燃油泵ECU控制燃油泵的转速。专设一个燃油泵ECU对燃油泵转速进行二级控制（高速、低速），燃油泵ECU对燃油泵转速（泵油量）的控制，也是通过控制加到燃油泵电机上的电压来实现的。③利用发动机ECU直接控制燃油泵的转速。发动机工作时，发动机ECU原则上根据燃油消耗量、需要的回油量和供油装置的温度等，通过内部的控制回路IC，控制功率三极管VT进行高频率（约20KHz）的导通和截止，控制A点的平均降压值（分压值），使燃油泵保持在所需的工作电压。3．检修方法作为电控燃油喷射系统的关键部件之一，电动燃油泵对发动机的性能有重要影响。如果燃油泵或控制电路出现故障，将会造成不供油、供油不足或供油过量，即使喷油器正常工作，也会导致喷油器不能按需喷油，造成发动机不能起动、起动困难、怠速不稳、易熄火、加速无力等故障现象。电动燃油泵的主要故障原因涉及因素较多，既有可能是燃油泵外部电路故障，也可能是燃油泵自身故障，也可能是ECU故障。外部电路故障主要有燃油泵继电器故障及电路断路、短路或虚接等，燃油泵自身故障既有如电磁线圈短路或断路等电气故障，也有燃油泵脏污堵塞、卡滞等机械方面的原因。ECU故障主要是ECU内部控制模块失效或者内部搭铁电路断路、短路。（1）桑塔纳2000GSiAJR发动机电动燃油泵及其控制电路的检测①检测燃油泵电阻。关闭点火开关，拔下有3个端子的燃油泵线束插头用万用表检测燃油泵插座端子1（燃油泵接地线，负极）和端子3（接燃油泵继电器，正极）之间的电阻，即为燃油泵直流电动机线圈的电阻，其阻值应为2~3Ω（20℃时）。如电阻值不符，则须更换电动燃油泵。②检测燃油泵控制电路关闭点火开关，拔下中央继电器盒2号位的燃油泵继电器。接通点火开关，检测继电器供电情况时，继电器插座端子2、端子4与接地之间电压应为12V左右。在燃油泵继电器插座端子3和蓄电池之间接入一个跳线开关，当接通跳线开关时，燃油泵应连续运转。如果燃油泵不运转，则检查中央继电器盒5号位保险丝。如保险丝未烧断，则拔下燃油泵线束插头，检测插头上端子1和端子3之间的电压，应为12V的蓄电池电压。拆下中央继电器盒5号保险丝，用发光二极管试灯将5号保险丝的一端搭铁，短时起动发动机（不得多于4s），燃油泵继电器必须吸合（可听到声音），发光二极管试灯应闪亮，否则在5号保险丝的另一端重试。如发光二极管试灯仍不亮，检查燃油泵继电器插座端子3与5号保险丝之间有无断路故障。若无断路故障则应修复或更换燃油泵继电器。如燃油泵继电器能吸合而燃油泵不运转，则应检查燃油泵继电器插座端子3与燃油泵插头端子之间有无断路故障。若无断路故障而燃油泵仍然不运转，说明燃油泵有故障，则应更换。③检测燃油泵的泵油量关闭点火开关，拔下中央继电器盒5号保险丝或电动燃油泵插头。起动发动机，待发动机自行熄火后，再起动发动机2~3次，以释放燃油压力。将带开关的油压表接到供油管接头上，另一端接一根出油管，下面放一只量杯。关闭油压表开关，接通燃油泵继电器（可使用大众专用的接头导线V.A.G1348/3-2和遥控器V.A.G1348/3A，用接头导线将遥控器接到燃油泵继电器的触点和蓄电池正极端子上），使燃油泵运转，直至系统油压达到300kPa。打开油压表开关使燃油流入量杯，检测燃油泵运转30s的泵油量。桑塔纳2000GSiAJR发动机泵油量一般应大于580mL。如果泵油量达不到标准，其原因可能是燃油泵磨损、燃油滤清器堵塞、进油管弯曲或阻塞。再将燃油滤清器进油口拆开，接入油压表，重新测量泵油量，若泵油量仍然达不到标准，说明电动燃油泵严重磨损或者零件损坏。若泵油量达到标准，则应当检查燃油滤清器、进油管。（2）丰田1ZR-FE发动机电动燃油泵及其控制电路的检测①检查燃油泵的基本工作情况。连接故障诊断仪，接通点火开关但不起动发动机。起动故障诊断仪，选择主动测试模式测试，检查是否能听到燃油泵运转和燃油在燃油箱中流动的声音。如果听不到声音，说明燃油泵不工作或工作不正常，应进行燃油泵电阻检测、燃油泵继电器电源检测、燃油泵继电器工作情况检测和燃油泵电源线束导通性检测。②检测燃油泵电阻。关闭点火开关，拔下燃油泵线束插头L17，用万用表检测燃油泵插座上端子4和端子5之间的燃油泵电动机线圈电阻，在20℃时，正常值为0.2~3Ω之间。否则，更换电动燃油泵。③检测燃油泵继电器电源。关闭点火开关，拔下仪表板接线盒上的线束插头2B和2F。接通点火开关，用万用表检测线束插头2B端子11和搭铁之间的电压，检测线束插头2F端子4和搭铁之间的电压，正常值均应为9~14V。否则检查供电部分，如蓄电池、保险丝、EFI继电器及IG2继电器等。④检测燃油泵继电器工作情况。关闭点火开关，拔下仪表板接线盒上的线束插头2A和2B，用万用表检测仪表板接线盒插座2A（即拔掉插头后仪表板接线盒部分）端子8和插座2B端子11之间的电阻，正常值应为10kΩ以上。拔下仪表板接线盒上的线束插头2F，在插座2B端子10与插座2F端子4上施加蓄电池电压，再次检测插座2A端子8和插座2B端子11之间的电阻值，正常值应小于1Ω，否则更换燃油泵继电器。⑤检测燃油泵电源线束导通性。拔下仪表板接线盒上的线束插头2B及发动机ECU线束插头A50，用万用表检测线束插头2B端子10与线束插头A50端子7之间的导线电阻，正常值应小于1Ω。否则，更换线束。拔下仪表板接线盒上的线束插头2A与燃油泵线束插头L17，用万用表检测线束插头2A端子8与线束插头L17端子4之间的导线电阻，检测L17插头端子5与搭铁之间的电阻，正常值应小于1Ω。若阻值较大，说明线路存在虚接或断路，应更换。4.1.2喷油器及其控制电路喷油器是发动机燃油控制系统的一个关键的执行器，它的作用是按照ECU的指令（喷油脉冲信号）将准确计量的燃油适时地喷入进气管并雾化，使之与空气混合形成可燃混合气。喷油器（轴针式）1-进油滤网2-线束插头3-电磁线圈4-回位弹簧5-衔铁6-针阀7-轴针

8-密封圈1．结构与工作原理喷油器实质是一个电磁阀，通过绝缘热圈安装在进气歧管或进气管附近的缸盖上，根据ECU发出的喷油脉冲信号将电磁线圈接通，在电磁线圈磁场的作用下，针阀克服弹簧力而升起，向进气歧管或总管喷射燃油。当ECU将电路切断时，吸力消失，回位弹簧使针阀复位关闭喷油器，停止喷射。（1）轴针式喷油器

主要由喷油器外壳、喷油嘴、针阀、套在针阀上的衔铁以及根据喷油脉冲信号产生电磁吸力的电磁线圈组成。（2）球阀式喷油器

与轴针式喷油器的主要区别在于阀针的结构。球阀式的阀针是由钢球、导杆和衔铁用激光束焊接成整体制成的，其质量减轻到只有普通轴针式阀针的一半。（3）片阀式喷油器与轴针式喷油器相比，片阀式喷油器其内部结构的主要特点是质量轻的阀片和孔式阀座，它们与磁性优化的喷油器总成结合起来，使喷油器不仅具有较大的动态流量范围，而且抗堵塞能力较强。2．控制和驱动方式（1）喷油器的控制发动机ECU通常通过控制喷油器的电源负极（接地端）来实现对喷油器的控制。在发动机工作时，ECU根据各种传感器输入的信号，确定合适的喷油时刻和喷油脉冲宽度，并向喷油器提供接地信号使喷油器开始喷油，切断接地信号使喷油器停止喷油。（2）喷油器的驱动方式喷油器有电流驱动和电压驱动两种驱动方式。电流驱动只适用于电阻值为2~5Ω的低电阻喷油器，电压驱动既可用于低电阻喷油器，又可用于电阻值为12~17Ω的高电阻喷油器。①电流驱动电流驱动是指发动机ECU开始用一个较大的电流（8A）使电磁线圈产生较大的吸力，保证喷油器具有良好的响应性，然后再用较小的电流（2A）使针阀保持在开启状态，以防止喷油器线圈发热，减少功率消耗。在电流驱动回路中无附加电阻，低电阻喷油器直接与蓄电池连接。由于无附加电阻，回路阻抗小，ECU向喷油器发出指令时，流过喷油器线圈的电流增加迅速，大电流使针阀迅速打开，喷油迟滞时间缩短，响应性更好。②电压驱动电压驱动是指通过控制喷油器的工作电压来控制喷油器工作。在电压驱动回路中，使用高电阻喷油器时可将蓄电池电压直接加在喷油器上。而使用低电阻喷油器时，必须在回路中加入6Ω左右的附加电阻，将蓄电池电压分压后加在喷油器上，防止电磁线圈电流过大、发热而烧坏。3．检修方法喷油器是发动机燃油控制系统的一个关键的执行器，喷油器及其控制电路出现故障后，会引起喷油器不能喷油、喷油量不足或漏油，从而导致发动机不能起动或起动困难、怠速抖动、加速无力、排放超标等故障现象。喷油器及其控制电路的主要故障原因涉及因素较多，既有可能是喷油器外部电路故障，也可能是喷油器自身故障，也可能是ECU故障。外部电路故障主要有继电器故障及电路断路、短路或虚接等，喷油器自身故障既有如电磁线圈短路或断路等电气故障，也有喷油器脏污堵塞、卡滞、滴漏等机械方面的原因。ECU故障主要是ECU内部控制模块失效或者内部搭铁电路断路、短路。（1）桑塔纳2000GSiAJR发动机喷油器及其控制电路的检测①检查喷油器工作状态。起动发动机并怠速运转，用螺丝刀接触喷油器，耳听时应有“嗒嗒”的响声。拆下喷油器，在喷油器线束插座上端子1与端子2之间接通12V电压时，可听到接通和断开的声音（注意：通电时间应不大于4s，再次试验应间隔30s，以防喷油器发热损坏）。②检测喷油器电阻。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头，用万用表检测喷油器线束插座上端子1与端子2之间电阻值，室温条件下为13~18Ω，当发动机热机后会有4~6Ω的增量。如果电阻值与上述要求不符，则应更换喷油器。③检测喷油器供电电压。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头，将喷油器线束插头端子1的线束刺破，接好万用表表笔，插上喷油器线束插头。起动发动机，用万用表检测线束插头端子1与接地之间的电压，正常值应接近12V蓄电池电压。如果电压值不符合要求，则应检查喷油器线束插头端子1至保险丝S（30A）之间的电路有无断路或虚接，如有则应修复或更换。④检测喷油器控制信号。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头，将喷油器线束插头端子1、端子2的线束刺破，在端子1与端子2之间接上发光二极管试灯。起动发动机，二极管试灯应闪烁。如果二极管试灯不闪烁，则需要检测喷油器与ECU之间线束的导通性。⑤检测电路导通性。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头和ECU线束插头，用万用表检测喷油器线束插头端子1与ECU线束插头端子73之间的电阻，应小于1.5Ω。若阻值较大，说明该段导线存在虚接或断路。然后检查导线相互之间是否短路（不相接的导线间电阻应为无穷大）。如果导线有断路、短路故障，则应修复或更换。⑥读取喷油脉宽数据流。将故障诊断仪连接到诊断座上，起动发动机并怠速运转到正常温度。用故障诊断仪读取喷油器喷油脉宽，怠速时，喷油脉宽正常值为2~5ms。⑦检测喷油器工作波形。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头，将喷油器线束插头端子1、端子2的线束刺破，在端子1与端子2之间接上示波器。起动发动机，以2500r/min的转速保持节气门开度2~3min直至发动机完全热机，缓慢加速并观察在加速时喷油驱动器喷油脉宽的相应增加。（2）丰田1ZR-FE发动机喷油器及其控制电路的检测①检查喷油器工作状态。方法同上，不再赘述。②检测喷油器电阻。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头B9，用万用表检测喷油器线束插座上端子1与端子2之间电阻值，室温条件下为11.6~12.4Ω，当发动机热机后，会有3~5Ω的增量。如果电阻值与上述要求不符，则应更换喷油器。③检测喷油器供电电压。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头B9，将喷油器线束插头端子1的线束刺破，接好万用表表笔。插上喷油器线束插头，起动发动机，用万用表检测喷油器线束插头端子1与接地之间的电压，正常值应为9~14V。否则，检查喷油器供电电路有无断路或接触不良。④检测喷油器控制信号。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头B9，将喷油器线束插头端子1、端子2的线束刺破，在端子1与端子2之间接上发光二极管试灯。起动发动机，试灯应闪烁。如果试灯不闪烁，则需要检测喷油器与ECU之间线束的导通性。⑤检测电路导通性。关闭点火开关，拔下喷油器线束插头B9和ECU线束插头B31，用万用表检测喷油器线束插头B9端子2与ECU线束插头B31端子108（＃10）之间的电阻，应小于1.5Ω。若阻值较大，说明该段导线存在虚接或断路。然后检查导线相互之间是否短路（不相接的导线间电阻应为无穷大）。如果导线有断路、短路故障，则应修复或更换。⑥读取喷油脉宽数据流。将故障诊断仪连接到诊断座上，起动发动机并怠速运转到正常温度。用故障诊断仪读取喷油器喷油脉宽，怠速时约为2~5ms，节气门全开时为12ms。⑦检测喷油器工作波形。丰田1ZR-FE发动机与桑塔纳2000GSiAJR发动机的喷油器工作波形相似，怠速时喷油脉宽约为2~5ms，节气门全开时喷油脉宽为12ms。（3）喷油器的清洗与测试①超声波清洗。超声波清洗是利用超声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击波，将带有复杂外形、内腔和细孔的物体进行强力清洗来彻底清除喷油器上的顽固积碳。②均匀性/雾化性检测。均匀性检测是检测同一辆车上的喷油器在相同的工况下，各喷油器喷射量之间的差值是否达到要求或在规定的误差范围内。该项检查可反映喷油器的电特性、孔径变化，以及堵塞等因素对喷油器的综合影响。雾化性检测是喷油器在一定的工况下工作时，通过观测喷油器的喷射状况和雾化情况来检测喷油器的雾化性能的好坏。要求所有喷油器的喷射形状应相同，都是小于35°的圆锥雾状。③密封性测试。密封性测试是在系统压力下检测喷油器的针阀密封情况，测试喷油器是否有滴漏现象。桑塔纳2000GSiAJR和丰田1ZR-FE发动机喷油器在1min内滴油少于1~2滴视为合格。④喷油量检测。喷油量检测是检测喷油器在15s常喷情况下的喷油量，然后参照喷油器的相关技术手册判断是否与标准喷油器的喷射量一致（或在其误差范围内）。该值的变化或偏差反映了喷油器的孔径变化（磨损）或阻塞情况，由此可排除因喷油器电气参数变化而带来的干扰。桑塔纳2000GSiAJR发动机喷油器30s喷油量应为78~85mL，丰田1ZR-FE发动机喷油器15s喷油量应为60~73mL。对于进气管喷射燃油控制系统而言，喷油器安装在进气歧管上、进气门前方，喷油器通电时将燃油喷射到进气门前方的进气歧管处。当喷油器喷油时间一定时，喷油器的喷油量与喷油器内的燃油压力和进气歧管内的进气压力有关。4.1.3进气管喷射燃油控制系统的压力调节根据油压调节方式的不同，燃油控制系统可分为有回油管燃油控制系统和无回油管燃油控制系统。有回油管燃油控制系统中的油压调节器将系统油压与进气歧管内压力之差调节为恒定值，被称为恒压差式有回油管燃油控制系统。无回油管燃油控制系统又分为两种类型：一种是通过装在油箱中的油压调节器将系统油压调节成一个固定值，被称为恒压式无回油管燃油控制系统。另一种是ECU根据发动机当前工况计算出所需的燃油量，通过燃油泵控制模块动态控制燃油泵的输出油压以提供所需要的燃油量，其系统油压是动态变化的，被称为动态油压式按需供给燃油控制系统。1．恒压差式有回油管燃油控制系统恒压差式有回油管燃油控制系统安装有回油管和油压调节器，通过油压调节器和回油管将喷油压力（系统油压）与进气歧管内的压力差调节为恒定值。2．恒压式无回油管燃油控制系统恒压式无回油管燃油控制系统将油压调节器安装于燃油箱中，多余的燃油经油压调节器后回到电动燃油泵入口处。因为取消了燃油箱外部的回油管，这样就防止了因发动机对燃油的加热而在燃油箱中产生大量蒸气的现象。丰田1ZR-FE发动机燃油控制系统既为恒压式无回油管燃油控制系统。3．动态油压式按需供给燃油控制系统动态油压式按需供给燃油控制系统增加了燃油泵控制模块和燃油压力传感器。发动机工作时，ECU根据当前工况下发动机所需的燃油量计算出所需要的供油压力，向油泵控制模块发送油压控制信号，油泵控制模块通过脉宽调制信号（PWM）控制作用在电动燃油泵的电压改变油泵的转速，从而改变油泵的供油压力。电动燃油泵出口处安装了油压传感器，燃油泵控制模块根据该油压传感器进行油压的闭环控制，提高了燃油控制的精确性。动态油压式按需供给燃油控制系统1-燃油箱2-带滤清器的电动燃油泵3-限压阀和燃油压力传感器4-进油管5-燃油分配管6-喷油器7-燃油泵控制模块4．系统油压的检测（1）恒压差式有回油管燃油控制系统油压的检测桑塔纳2000GSiAJR发动机的燃油控制系统为恒压差式有回油管燃油控制系统，怠速时的燃油压力约为250kPa，缓慢增大节气门开度，燃油压力应在280~300kPa之间跳动。①系统卸压。起动发动机，在发动机运转中拔下电动燃油泵插头（或电动燃油泵继电器、继电器保险丝，具体情况根据燃油泵的控制电路而定），待发动机自行熄灭后，再转动起动开关，起动发动机2~3次，燃油压力即可完全释放，然后关闭点火开关，插上电动燃油泵插头（或电动燃油泵继电器、继电器保险丝）。②安装油压表。拆除蓄电池负极接地线，松开燃油分配油管进油接头（拆开螺栓时，要用一块棉布包住油管接头，以防燃油喷溅），将油压表串接在进油管中。擦干溅出的燃油，重新装上蓄电池负极接地线。油压表也可以安装在燃油滤清器油管接头处，或用三通接头接在燃油管道上便于安装和观察的任何部位。③检测发动机运转时的燃油压力打开燃油压力表开关，起动发动机并怠速运转，检测此时的燃油压力，桑塔纳2000GSiAJR发动机正常值约为250kPa。踩下加速踏板，缓慢增大节气门开度，检测节气门不同开度时的燃油压力，桑塔纳