电控汽油喷射系统-教学课件

电控汽油喷射系统情境一电控汽油喷射系统概述电控汽油喷射系统EFI（ElectronicFuleInjection），它是一种利用电脑控制燃油量的系统，并取代了传统的化油器系统，如图2-1所示。电控燃油喷射装置因其性能优越而逐渐取代了机械式或机电混合式燃油喷射系统。当发动机工作时，该装置根据各传感器测得的空气流量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数，按预先编制的程序进行运算后与内存中预先存储的最佳工况时的供油控制参数进行比较和判断，适时调整供油量，保证发动机始终在最佳状态下工作，使其在输出一定功率的条件下，发动机的综合性能得到提高。图2-1奥迪V6FSI发动机一、电控汽油喷射系统的发展电控汽油喷射系统的发展如表2-1所示。二、电控汽油喷射系统的分类（一）按喷油器安装部位分类1．单点汽油喷射系统。在节流阀体上安装一只或两只喷油器，向进气歧管中喷油形成可燃混合气。如通用公司TBI系统；福特公司CFI系统。2．多点汽油喷射系统。在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器。（二）按喷油方式分类1．连续喷射系统。多用于机械式或机电结合式汽油喷射系统中，在发动机运转时连续不断地喷射。2.间歇喷射系统。广泛应用于现代电控汽油喷射系统中。（三）按喷射时序分类1.同时喷射。发动机工作时，各喷油器同开同闭，由同一喷油指令控制。2.分组喷射。将喷油器分成两组交替喷射，ECU发出两组指令，每路指令控制一组喷油器。3.次序喷射。喷油器按发动机各缸进气行程的顺序轮流喷射，它具有喷油正时，由曲轴位置传感器提供信号辨别各缸的进气行程，适时发出各缸的喷油脉冲信号从而实现次序喷射（四）按喷射装置的控制方式分类1.机械式汽油喷射系统。2.机电结合式汽油喷射系统。3.电控汽油喷射系统。空气供给系统是电喷汽油喷射发动机的重要组成部分。按照进气量检测方式的不同，可以分为D型和L型。空气供给系统主要的作用是准确检测和控制进气量。本活动主要介绍了空气供给系统的作用、分类、基本组成、工作流程及结构原理。情境二空气供给系统一、系统作用与分类(一)空气供给系统的作用为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气，并且能够实现对进气量进行检测和控制。(二)空气供给系统的分类按照进气量测量方式的不同可以分为以下几种类型：1.D型电控燃油喷射系统“D"是德语Druck(压力)的第一个字母。D型电控汽油喷射系统利用进气管绝对压力传感器检测进气管内的绝对压力，电脑根据进气管内的绝对压力和发动机转速推算出发动机的进气量，再根据进气量和发动机转速确定基本喷油量。如图2-2所示。图2-2D型电控燃油喷射系统2.L型电控燃油喷射系统“L"是德语Luft(空气)的第一个字母。L型电控汽油喷射系统利用空气流量计直接测量发动机的进气量，电脑不必进行推算，即可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量。由于消除了推算进气量的误差影响，其测量的准确程度高于D型，故对混合气浓度的控制更精确。如图2-3所示。图2-3L型电控燃油喷射系统二、系统组成电控汽油喷射发动机空气供给系统主要组成元件包括空气滤清器、节气门体、进气总管和进气歧管。怠速控制系统的怠速控制阀和控制系统的进气温度传感器、节气门位置传感器、进气管绝对压力传感器（D型）或空气流量计（L型）也安装在进气系统中，在部分电控燃油喷射发动机进气系统中，还装有其它系统的元件。奥迪空气供给系统结构示意图见图2-4所示。图2-4奥迪轿车典型的空气供给系统结构示意图三、基本元件的构造及原理（一）空气滤清器电控汽油喷射发动机装用的空气滤清器一般都是干式纸质滤芯式，其结构原理与普通发动机上的空气滤清器相同。如图2-5所示。图2-5空气滤清器（二）节气门体节气门体安装在进气管中，用以控制发动机正常运行工况下的进气量。节气门体主要由节气门和怠速空气道等组成。由于电控汽油喷射发动机怠速运转时，一般将节气门完全关闭，所以专门设有怠速空气道，以供给发动机怠速时所需的空气量。怠速空气道由ECU通过怠速控制阀控制。如图2-6所示。图2-6节气门体3.进气管在多点电控汽油喷射发动机上，为了消除进气波动和保证各缸进气均匀性，对进气总管和进气歧管的形状、容积都有严格的要求，每个气缸必须设有一个单独的进气歧管。有些发动机的进气总管与进气歧管制成一体，有些则是分开制造再用螺栓联接。在采用单点燃油喷射系统的发动机上，由于喷油器安装在节气门体上，进气管与化油器式发动机进气管的要求和结构基本相同。如图2-7所示。图2-7进气管

四、空气供给系统的检修空气供给系统的基本组成元件工作可靠性都比较高，一般很少发生故障。但在汽车维修时，应注意进行以下检查：（一）检查空气滤清器滤芯是否脏污，必要时用压缩空气吹净或更换。如图2-8所示。图2-8清洁空气滤清器滤芯（二)进气系统漏气对电控燃油喷射发动机的影响比对化油器式发动机的影响更大。检查各连接部位应连接可靠，密封垫应完好。（三）检查节气门体内腔的积垢和结胶情况，必要时用清洗剂进行清洗。注意：绝对不允许用砂纸或刮刀等清理积垢和结胶，以免损伤节气门体内腔，导致节气门关闭不严或改变怠速空气道尺寸，影响发动机正常工作。如图2-9所示。图2-9清洗节气门体一、燃油供给系统的作用与组成1.燃油供给系统的作用主要是汽油泵向喷油器提供足够压力的汽油，喷油器根据来自电子控制单元（ECU）的控制信号，向进气歧管内或进气门上方喷射定量的汽油。2.各种发动机的燃油供给系统的组成基本相同，都是由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、脉动阻尼器及油管等器件组成，其系统元件位置示意图和结构原理图分别见图2-10、图2-11所示。情境三燃油供给系统图2-10燃油供给系统位置示意图图2-11燃油供给系统结构原理图二、燃油供给系统组成元件的构造、原理及检修（一）电动燃油泵电动燃油泵是汽车发动机电控汽油喷射系统中的一个重要部件，其功能是向汽油喷射系统供给一定压力的燃油。因此，电动燃油泵技术状况的好坏，将直接影响到汽油喷射系统的正常运转和喷油质量。如图2-12所示。图2-12电动燃油泵（二）燃油滤清器燃油滤清器安装在燃油泵之后的高压油路中，其功用是滤除燃油中的杂质和水分，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，以保证发动机正常工作。在电控汽油喷射发动机的燃油供给系统中，一般采用的都是纸质滤芯、一次性的燃油滤清器。燃油滤清器的结构如图2-15所示，燃油从入口进入滤清器，经过壳体内的滤芯过滤后，清洁的燃油从出口流出。一般汽车每行驶20000～40000km或1～2年，应更换燃油滤清器。更换燃油滤清器时，应首先释放燃油系统压力，并注意燃油滤清器壳体上的箭头标记为燃油流动方向。图2-15燃油滤清器（三）脉动阻尼器部分电控汽油喷射发动机的燃油供给系统中，在输油管的一端装有脉动阻尼器，其功用是衰减喷油器喷油时引起的燃油压力脉动，使燃油系统压力保持稳定。脉动阻尼器一般不会发生故障。需进行拆卸时，注意应首先释放燃油系统压力。（四）燃油压力调节器燃油压力调节器的作用是使供油系统油压(即供油总管内的油压)与进气歧管压力之差保持常数，一般为0.25MPa～0.3MPa，以保证喷油器的喷油量惟一地取决于喷油时间。无论进气歧管真空度如何变化，喷油器的喷油压力与进气歧管的压力之差是恒定不变的。因为发动机所要求的燃油喷射量，是通过ECU输出的驱动脉冲控制喷油器的通电时间来实现的。而进气歧管的真空度在汽车运行过程中随着发动机负荷的变化而不断变化。如果不控制燃油压力，即使加给喷油器的通电时间相同，当燃油压力高时，燃油喷射量也会增加；而当燃油压力低时，燃油喷射量则会减少。由于有燃油压力调节器的作用，因此，电控单元ECU则可以根据喷油时间控制喷油量，就无需对进气歧管压力的变化进行修正了。如图2-16所示。图2-16燃油压力调节器三、燃油供给系统压力测量通过测试燃油系统压力，可诊断燃油系统是否有故障，进而根据测试结果确定性质和部位，测试时需要使用专用油压表和管接头，连接方法如图2-17所示。图2-17燃油压力表的连接如今的汽车绝大部分都搭载电子控制燃油喷射（EFI）的发动机，这些发动机上一般都采用ECU控制点火系统，系统组成如图2-26所示。情境四点火系统图2-26点火系统控制原理ECU控制点火系统的分类如图2-27所示。图2-27ECU控制点火系统的分类一、带分电器式ECU控制带分电器式点火系统的组成如图2-28所示。图2-28带分电器ECU控制点火系统二、无分电器式无分电器的点火控制系统又有两种类型，分别是二极管分配式和点火线圈分配式。1.二极管分配式二极管分配高压电的双缸同时点火电路原理如图所示，点火线圈由两个初级绕组和一个次级绕组构成，次级绕组的两端通过4只高压二极管与火花塞构成回路。4只二极管有内装式和外装式两种，对于点火顺序为1-3-4-2的发动机，1、4缸为一组，2、3缸为另一组。点火控制器中的两只功率三极管分别控制一个初级绕组，两只功率三极管由ECU按点火顺序交替控制其导通与截止。2.点火线圈分配式点火线圈无分电器点火系统是将点火线圈的高压电直接分配给火花塞，又可分同时点火和单独点火两种类型。（1）同时点火点火线圈直接分配高压的双缸同时点火。奥迪200型轿车点火系统采用了这种配电方式。（2）单独点火其特点是：各缸采用独立的点火线圈，而分组共用点火器。发动机排放污染物主要来自发动机工作时气缸内可燃混合气燃烧后排出的废气，以及发动机气缸向曲轴箱中窜气的泄漏、汽车燃油箱中燃油蒸气的泄漏等，汽油机的排放污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）等。汽车尾气排放“三害”气体如图2-33所示。情境五排放系统图2-33汽车排放“三害气体”一、尾气排放的控制为了达到控制尾气污染问题，汽车生产厂商采用了闭环控制技术，即在排气管上安装氧传感器的办法。氧传感器闭环控制过程中向ECU发送反馈信号，起到监测尾气的作用，也就可以间接知道混合气体燃烧的状况。如图2-35所示。图2-35尾气排放闭环控制框图二、废气再循环（EGR）（一）EGR控制系统的基本原理废气再循环(EGR)就是将废气中的一部分引入燃烧室中，参与燃烧过程。由于废气的主要成分是惰性气体(CO2、H2O、N2等)，它们具有较高的比热容，废气与新鲜混合气混合后，热容量增大，可降低最高的燃烧温度，同时再循环的废气对新鲜混合气的稀释，也相应的降低了氧的浓度，从而使NOX在燃烧过程中的生成量受到抑制。如图2-43所示。废气再循环量的多少可用EGR率表示，它是指再循环的废气量在进入气缸内的气体中所占的比率，即EGR率=[EGR量／(进气量+EGR量)]×100％图2-43废气再循环（EGR）控制系统（二）普通开环电子控制EGR系统在发动机工作时，ECU根据各个传感器送来的信号，确定发动机目前在哪一种工况下工作，以输出指令，控制废气再循环电磁阀打开或关闭，从而控制废气再循环控制阀打开或关闭，使废弃再循环进行或停止，EGR开环系统控制原理如图2-44所示。图2-44EGR开环控制系统原理（三）可变EGR废气再循环控制系统可变EGR废气再循环控制系统如图所示，根据发动机台架试验确定的EGR率先与发动机转速、进气量的对应关系，将有关数据存入发动机的ECU内的ROM中，发动机工作时，ECU根据各种传感器送来的信号，确定发动机在哪一种工况工作，经过查表和计算修正，输出适当的指令，控制电磁阀的开度，以调节废弃再循环的EGR率。（四）闭环式废气再循环控制系统闭环式废气再循环控制系统的EGR阀上部装有一个可以检测EGR阀升程的位置传感器，用来检测EGR阀的开度，并利用电位计将其位移转换为相应的电压信号反馈到ECU，作为ECU控制废气再循环的参考信号。如图2-45所示。图2-45EGR闭环控制系统三、燃油蒸气排放控制系统随着汽车工业的飞速发展，汽车保有量急剧膨胀，汽车排放问题受到极大关注。因为汽车排放严重影响着生态环境、人身健康，制约着经济的发展，所以世界上各发达国相继投入大量的人力、物力和财力控制环境污染，保护生态平衡。为了能更好地治理环境污染，满足越来越严格的排放法规要求，在现代汽车发动机上装用了多种排放控制系统。燃油蒸气排放控制系统EVAP是为防止燃油箱内的燃油蒸气排入大气产生污染而设定的。如图2-46所示。图2-46燃油蒸发四、曲轴箱通风系统

发动机在工作时，进气管的真空度作用到PVC阀上，此真空度还吸引新鲜空气经空气滤清器、软管、气缸盖罩上的孔道进入曲轴箱与窜缸气体进行混合，混合后在进气管真空度的作用下经气缸盖罩上的孔道、PVC阀、软管时和新鲜空气混合后进入气缸燃烧掉。基本原理如图2-50所示。图2-50曲轴箱强制通风系统工作原理怠速通常是指发动机在无负荷(对外无功率输出)情况下的稳定运转状态。此时发动机发出的功率只用于其自身及所带附件所消耗的功率。在不同情况下，怠速有不同的分类：按怠速转速可分为低怠速和高怠速，低怠速时发动机发出的功率只要能维持自身的运转即可，而高怠速还要供给如车载空调、风扇及动力转向泵等负载的功率；按汽车运行工况的不同可分为驻车(空档)怠速和行车(驱动档)怠速；另有冷机怠速和热机怠速等等。情境六怠速控制系统一、怠速控制系统组成怠速控制系统组成如图所示，由各种传感器、信号控制开关、电子控制器、怠速控制阀和节气门旁通空气道等组成。图2-51怠速控制系统组成二、怠速控制的原理怠速控制的实质是对怠速时充气量的控制。怠速时喷油量的控制，一般是以与充气量相匹配的原则进行增减，以达到适宜的空燃比。怠速充气量的控制对策、方式随车型而有所不同。对电控燃油喷射发动机来讲，目前可分为两种基本类型：一是旁通空气控制式，控制的是节气门旁的旁通空气道的空气流量；二是节气门直动式，直接控制节气门的关闭位置，如图2-52所示。两种类型都是通过调节空气通路截面的方法，来控制空气流量的。其中旁通空气式是目前最常见的一种。图2-52怠速控制进气控制类型三、怠速控制执行器怠速执行器的功能就是改变怠速时的进气量。如前所述，按照改变进气量的方式不同，怠速控制系统有两种类型。相应的怠速控制器也有两种，分别是节气门直动式和旁通空气控制式。（一）节气门直动式节气门直动式怠速控制系统通过控制节气门开启程度，调节空气通道的截面积，从而控制进气量，实现怠速转速的控制。这种方式应用在早期的单点喷射系统中，其控制结构如图2-53所示。图2-53节气门直动式怠速执行器（二）旁通空气控制式旁通空气控制式在节气门旁的旁通空气道中设立一个阀门，称为怠速控制阀(IdleSpeedControlValve，ISCV)。阀门开大，旁通空气道流通界面增大，空气流量增大，则怠速转速提高；反之，则怠速转速降低。一、电子控制系统功用与组成

电子控制系统的功用主要是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。电子控制系统由传感器、ECU、执行器三部分组成。情境七电子控制系统二、传感器的结构、原理及检测（一）节气门位置传感器在汽油发动机上，通常用节气门来控制发动机的负荷(即进气量)，节气门位置传感器(TPS)是用来检测节气门开度及开度变化的传感器。发动机工作时，ECU主要根据节气门位置传感器信号判断发动机负荷的大小及变化情况，以便根据发动机负荷的大小及变化情况进行燃油喷射控制及其他辅助控制(如EGR、开闭环控制等)。节气门位置传感器安装在节气门体上，由节气门轴驱动，可分为开关式节气门位置传感器和线性式节气门开度传感器两种。如图2-58所示。(二)空气流量计空气流量计是将吸入的空气量转换成电信号送至电控单元ECU，作为决定喷油量的基本信号之一。其结构型式可分为冀片式、卡门旋涡式、热线式和热膜式空气流量计4种型式。如图2-59所示。图2-59空气流量计（三）进气歧管绝对压力传感器进气歧管绝对压力传感器用来测量进气管内气体的绝对压力(等于大气压力与真空度的差值)，并将信号输入ECU，作为燃油喷射控制和点火控制的主控制信号。进气歧管绝对压力传感器的种类较多，按其检测原理可分为压敏电阻式、电容式、膜盒式等，但目前应用最广泛的是压敏电阻式和电容式。如图2-60所示。图2-60进气歧管绝对压力传感器实物及安装位置（四）氧传感器

使用三元催化进化装置的汽油喷射发动机中，一般都在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的含量，从而间接地判断进入气缸内混合气的浓度，以便对实际空燃比进行闭环控制。当排气中氧的含量过高时，说明混合气过稀，氧传感器即输出一个电信号给ECU，让其指令喷油器增加喷油量；当排气中氧的含量过低时，说明混合气过浓，氧传感器立刻将此信息传递给ECU让其指令喷油器减少喷油量。目前在汽车上使用的氧传感器主要有二氧化钛氧传感器和二氧化锆氧传感器两种类型的传感器。（五）曲轴位置传感器曲轴位置传感器是发动机控制系统中最重要的传感器之一。主要作用是检测发动机转速，以确定基本喷油量和基本点火提前角。如图2-62所示。图2-62曲轴位置传感器(六)凸轮轴位置传感器用来检测活塞上止点的位置，以确定各缸喷油器的喷油时刻和点火系的点火提前角，并提供判缸信号。图2-63凸轮轴位置传感器实物及安装位置（七）温度传感器温度传感器是用来测量冷却水温度、进气温度和排气温度的传感器。汽车上应用的温度传感器包括冷却液温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、车外环境温度传感器、车内温度传感器等，温度传感器通常有热敏电阻式、双金属片式、热敏铁氧式、蜡式等，汽车上的温度传感器多为负热敏系数的热敏电阻式。（八）爆震传感器爆震传感器实物及安装位置如图2-66所示。图2-66爆震传感器实物及安装位置三、电子控制单元（ECU）的结构、原理及检测（一）ECU的组成ECU是电控汽油喷射发动机的控制和指挥中心。如图2-67所示。图2-67ECU四、执行器的结构、原理及检测电控燃油喷射系统的执行元件有喷油器、怠速控制阀等元件。在此，主要介绍喷油器。喷油器的功用是根据发动机电控单元(ECU)发出的控制信号，喷射一定数量和雾化良好的燃油。电控燃油喷射系统全部采用电磁式喷油器，单点喷射系统的喷油器安装在节气门体空气入口处，多点喷射系统的喷油器