項目一 汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)的檢修

　　一、相關知識

　　(一)汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)概述

　　1．汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)的工作原理

　　汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)以發(fā)動機電控單元(ECU)為控制中心，利用安裝在發(fā)動機不同部位的各種傳感器檢測發(fā)動機的各種工作參數。根據這些參數選擇ECU中設定的程序，通過控制噴油器，精確地控制噴油量，使發(fā)動機在各種工況下都能獲得*佳空燃比的混合氣。此外，電控燃油噴射系統(tǒng)通過ECU的控制程序，實現(xiàn)啟動加濃、暖機加濃、加速加濃、全負荷加濃、減速調稀、強制怠速斷油、自動怠速控制等功能，滿足發(fā)動機特殊工況對混合氣的要求，使發(fā)動機獲得良好的燃油經濟性和排放性，提高了汽車的使用性能�？刂葡到y(tǒng)的組成如圖1-1所示。

　　圖1-1 控制系統(tǒng)組成示意圖

　　2．汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)的組成

　　汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)一般由三個子系統(tǒng)組成，分別為空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。

　　1) 空氣供給系統(tǒng)

　　空氣供給系統(tǒng)的功能是提供、測量和控制燃油燃燒時所需要的空氣量。

　　空氣經空氣濾清器過濾后，由空氣流量計計量，通過節(jié)氣門體進入進氣總管，再分配到各進氣歧管。在進氣歧管內，從噴油器噴出的燃油與空氣混合后，被吸入汽缸內燃燒。

　　2) 燃油供給系統(tǒng)

　　燃油供給系統(tǒng)的功能是向發(fā)動機精確地提供各種工況下所需要的燃油量。燃油供給系統(tǒng)一般由油箱、電動燃油泵、燃油濾清器、燃油脈動阻尼器、壓力調節(jié)器、噴油器、冷啟動噴油器和供油總管等組成。

　　在燃油供給系統(tǒng)中，燃油由燃油泵從油箱中泵出，經過燃油濾清器，除去雜質及水分后，再經過燃油脈動阻尼器，以減少其脈動。這樣具有一定壓力的燃油流至供油總管，再經各供油歧管送至各缸噴油器。噴油器根據ECU的噴油指令，開啟噴油閥，將適量的燃油噴于進氣門前，待進氣行程時，再將燃油混合氣吸入汽缸中。裝在供油總管上的燃油壓力調節(jié)器是用來調節(jié)系統(tǒng)油壓的，用以保持油路內的油壓比進氣管負壓約高300kPa。此外，為了改善發(fā)動機的低溫啟動性能，有些車輛在進氣歧管上安裝了一個冷啟動噴油器，冷啟動噴油器的噴油時間由熱限時開關或者ECU控制。

　　3) 電控系統(tǒng)

　　電控系統(tǒng)的功能是根據發(fā)動機運轉狀況和車輛運行狀況確定燃油的*佳噴射量。該系統(tǒng)由傳感器、ECU和執(zhí)行器三部分組成。

　　(1) 傳感器是信號轉換裝置，用以檢測發(fā)動機運行狀態(tài)的電量參數、物理參數、化學參數等，并將這些參數轉換成計算機能夠識別的電信號輸入ECU。檢測發(fā)動機工況的傳感器有冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器及空調離合器開關等。

　　(2) ECU是發(fā)動機控制系統(tǒng)的核心部件。ECU的存儲器中存放了發(fā)動機各種工況的*佳噴油持續(xù)時間，在接收到各種傳感器傳來的信號后，經過計算確定滿足發(fā)動機運轉狀態(tài)的燃油噴射量和噴油時間。ECU還可對多種信息進行處理，實現(xiàn)汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)以外其他諸多方面的控制，如點火控制、怠速控制、廢氣再循環(huán)控制及防抱死控制等。

　　(3) 執(zhí)行器是電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，其功用是接收ECU輸出的各種控制指令，完成具體的控制動作(如噴油脈寬控制、點火提前角控制、怠速控制、碳罐清污、自診斷、故障備用程序啟動及儀表顯示等)，從而使發(fā)動機處于*佳工作狀態(tài)。

　　3．汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)的分類

　　1) L型汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)

　　“L”是德文“空氣”一詞的首字母，L型汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)采用多點間歇噴射方式，用空氣流量計直接測量吸入的空氣量，性能優(yōu)良，應用廣泛。其系統(tǒng)組成如圖1-2所示。

　　圖1-2 L型噴射系統(tǒng)的組成

　　1—發(fā)動機電控單元；2—分電器；3—空氣濾清器；4—汽油箱；5—汽油濾清器；6—汽油分配管；

　　7—測壓孔；8—油壓調節(jié)器；9—三元催化轉化器；10—冷卻液溫度傳感器； 11—溫控開關；12—噴油器；

　　13—冷啟動噴油器；14—怠速空氣調節(jié)器；15—怠速調節(jié)螺釘；P—電動汽油泵；TPS—節(jié)氣門位置傳感器；

　　AFS—空氣流量計；M—氣流力矩；N—扭簧力矩；ATS—空氣溫度傳感器

　　2) D型汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)

　　“D”是德文“壓力”一詞的首字母，D型汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)是*早的、典型的多點壓力感應式噴射系統(tǒng)。美國的通用、福特和克萊斯勒，日本的豐田、本田、鈴木等主要汽車制造公司，都有類似的產品。由于空氣在進氣管內波動，因而使該方法的測量精度稍差，并且響應較慢。其系統(tǒng)組成如圖1-3所示。

　　3) 汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)分類

　　汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的分類方法有多種，表1-1詳細介紹了各種分類方法及其特點。

　　圖1-3 桑塔納2000GLi型轎車AFE發(fā)動機上的D型電控燃油噴射系統(tǒng)

　　1—油箱；2—汽油泵；3—汽油濾清器；4—油壓調節(jié)器；5—噴油器；6—燃油回油管；

　　7—真空管道；8—空氣緩沖平衡箱；9—進氣壓力、進氣溫度傳感器；10—節(jié)氣門位置傳感器；

　　11—霍爾傳感器；12—冷卻液溫度傳感器；13—爆燃傳感器；14—發(fā)動機電控單元(ECU)；

　　15—點火線圈；16—怠速控制閥；17—氧傳感器

　　表1-1 汽油機燃油噴射系統(tǒng)分類方法及其特點

　　標 準

　　類 型

　　特 點

　　空氣

　　量檢

　　測方

　　法

　　直接

　　檢測

　　質量流量方式

　　用空氣流量計直接測量吸入的空氣量，L型噴射系統(tǒng)屬于此類，控制精度高

　　間接

　　檢測

　　速度密度方式

　　根據進氣歧管的壓力和發(fā)動機轉速推算吸入的空氣量并計算所需汽油量，D型噴射系統(tǒng)屬此類，控制精度稍差

　　節(jié)流速度方式

　　根據節(jié)氣門開度和發(fā)動機轉速推算吸入的空氣量，并計算所需汽油量，目前僅在某些賽車上使用，控制精度差

　　噴射

　　位置

　　缸內噴射

　　與柴油機的供油系統(tǒng)相似，它將汽油通過高壓(3～4MPa)噴射直接噴入汽缸內

　　缸外

　　噴射

　　多點噴射

　　簡稱MPI(multi point injection)。每個汽缸都有一個專用的噴油器用于為該汽缸提供汽油，L-Jetronic、Motronic等系統(tǒng)屬于多點噴射。將汽油通過噴油器噴在汽缸外進氣門附近，油壓為0.3～0.4MPa

　　單點噴射

　　簡稱SPI(single point injection)。在進氣管的節(jié)氣門體處設置一個噴油器，對各缸實行集中供油，又稱節(jié)氣門體噴射(throttle body injection，TBI)、集中噴射或中央噴射(central fuel injection，CFI)，Mono-Jetronic和Mono-Motronic等系統(tǒng)屬于此類。將汽油通過噴油器噴在汽缸外節(jié)氣門附近，油壓為0.3～0.4MPa

　　續(xù)表

　　標 準

　　類 型

　　特 點

　　噴射

　　時序

　　連續(xù)

　　噴射

　　在發(fā)動機運行過程中連續(xù)不斷地噴油，用于機械式和機電混合式系統(tǒng)(K-Jetronic和KE-Jetronic)，控制精度低

　　發(fā)動機一個工作循環(huán)中只在一定的曲軸轉角范圍內噴油

　　間歇

　　噴射

　　同步

　　噴射

　　順序

　　噴射

　　各缸噴油器按各缸進氣行程的順序輪流噴油

　　同時

　　噴射

　　各缸噴油器同時開啟且同時關閉，由同一個噴油指令控制所有的噴油器同時動作

　　分組

　　噴射

　　各缸噴油器分成若干組，同組噴油器同時噴油，組與組之間以均勻的曲軸轉角間隔噴油

　　異步

　　噴射

　　根據頻率進行噴油的噴射方式，適用于采用卡門渦旋流量計測量空氣流量的系統(tǒng)。由于空氣流量和卡旋產生的頻率成比例，因此可以設定噴油器的開啟時間，并使其與渦旋的頻率同步

　　噴射

　　壓力

　　高壓汽油噴射

　　高于進氣管壓力200kPa以上，多用于MPI系統(tǒng)中

　　低壓汽油噴射

　　油壓與進氣管壓力之差小于200kPa，多用于SPI系統(tǒng)中

　　有無

　　信號

　　反饋

　　開環(huán)控制系統(tǒng)

　　無氧傳感器、爆燃傳感器等信息反饋裝置

　　閉環(huán)控制系統(tǒng)

　　有氧傳感器等信息反饋裝置

　　噴射

　　控制

　　機械控制

　　通過機械裝置將發(fā)動機負荷、轉速、冷卻液溫度、進氣溫度、大氣壓力等信息傳遞給噴油裝置以實現(xiàn)燃油定量控制，K-Jetronic屬于此類

　　機電混合控制

　　在機械控制的基礎上增設電子控制，KE-Jetronic屬于此類

　　電子控制

　　由以發(fā)動機電控單元為核心的電控單元(ECU)進行噴油控制

　　信號

　　處理

　　方式

　　模擬式

　　采用模擬電路處理數據(信息)

　　數字式

　　采用數字電路處理數據

　　(二)空氣供給系統(tǒng)主要部件結構及工作原理

　　1．典型空氣供給系統(tǒng)的組成及形式

　　空氣供給系統(tǒng)為發(fā)動機可燃混合氣的形成提供必需的空氣。空氣經空氣濾清器、空氣流量計(L型汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng))、節(jié)氣門體、進氣壓力傳感器(D型汽油發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng))、進氣管(進氣總管和進氣歧管)進入各汽缸。一般行駛時，空氣的流量由通道中的節(jié)氣門體來控制(節(jié)氣門體由加速踏板操作)。踩下加速踏板時，節(jié)氣門體打開，進入的空氣量多。怠速時，節(jié)氣門體關閉，空氣由旁通氣道通過。怠速轉速的控制是由怠速調整螺釘和怠速空氣調整器調整流經旁通氣道的空氣量來實現(xiàn)的。怠速空氣調整器一般由ECU控制。在氣溫較低，發(fā)動機需要暖機時，怠速空氣調整器的通路打開，將暖機時必需的空氣量供給進氣歧管，此時，發(fā)動機轉速比正常怠速高，稱為快怠速。隨著發(fā)動機冷卻液溫度升高，怠速空氣調整器使旁通氣道開度逐漸減小，旁通空氣量也隨之減小，發(fā)動機轉速逐漸降低至正常怠速。

　　1) 質量流量式進氣系統(tǒng)

　　質量流量式進氣系統(tǒng)利用空氣流量計直接測量吸入的空氣量，通常用測得的空氣流量與發(fā)動機轉速的比值作為計算噴油量的標準�？諝饨涍^空氣濾清器過濾后，用空氣流量計進行測量，然后通過節(jié)氣門體到達穩(wěn)壓箱，再分配給各缸進氣管。在進氣管內，由噴油器中噴出的汽油與空氣混合后被吸入汽缸內進行燃燒。其結構圖與剖視圖如圖1-4所示。

　　(a) 系統(tǒng)圖

　　(b) 剖視圖

　　圖1-4 質量流量式進氣系統(tǒng)

　　1—空氣濾清器；2—空氣流量計；3—節(jié)氣門體；4—節(jié)氣門；5—進氣總管(穩(wěn)壓箱)；

　　6—噴油器；7—進氣歧管；8—輔助空氣閥

　　節(jié)氣門裝在節(jié)氣門體上，控制進入各缸的空氣量，在該總成上還裝有空氣閥。當溫度低時空氣閥打開，部分附加空氣進入進氣總管，以提高怠速轉速，加快暖機過程(又稱快怠速)。在裝有怠速控制閥(ISCV)的發(fā)動機上，由ISCV來實現(xiàn)空氣閥的作用。

　　2) 速度密度式進氣系統(tǒng)

　　速度密度式進氣系統(tǒng)，利用進氣歧管絕對壓力傳感器測得進氣歧管中的絕對壓力，然后根據絕對壓力值和發(fā)動機轉速推算出每一循環(huán)發(fā)動機吸入的空氣量。由于進氣歧管中的空氣壓力是變化的，因此速度密度式不容易精確檢測吸入的空氣量。速度密度式與質量流量式進氣系統(tǒng)的主要差別是用進氣歧管絕對壓力傳感器代替了空氣流量計。其結構如圖1-5所示。

　　圖1-5 速度密度式進氣系統(tǒng)結構示意圖

　　1—進氣歧管絕對壓力傳感器；2—發(fā)動機；3—穩(wěn)壓箱；4—節(jié)流閥體；

　　5—空氣濾清器；6—空氣閥；7—噴油器

　　經過空氣濾清器過濾的空氣，經節(jié)氣門體流入穩(wěn)壓箱，分配給各缸進氣管，然后與噴油器噴射的汽油混合形成可燃混合氣，再吸入汽缸內。

　　2．典型空氣供給系統(tǒng)主要零部件的結構

　　1) 空氣流量計

　　空氣流量計安裝在空氣濾清器和節(jié)氣門之間，用來測量進入汽缸內空氣量的多少，然后將進氣量信號轉換成電氣信號輸入控制單元。由電控單元計算出噴油量，控制噴油器向節(jié)氣門室(進氣管)噴入與進氣量成*佳比例的燃油。

　　(1) 熱線式空氣流量計。

　　熱線式空氣流量計有三種形式：*種形式是把熱線和進氣溫度傳感器都放在進氣主通路的取樣管內，稱為主流測量式，其結構如圖1-6(a)所示。第二種形式是把熱線纏在繞線管上和進氣溫度傳感器都放在旁通氣路內，稱為旁通測量式，其結構如圖1-6(b)所示。這兩種熱線式空氣流量計為了將熱線溫度與進氣溫度的溫差維持恒定，都設有控制回路，如果熱線因吸入的空氣而變冷，則控制回路可以增加供給熱線的電流，以使熱線與進氣的溫度差恢復到原來恒定的狀態(tài)。第三種形式流量計的發(fā)熱體不是熱線而是熱膜，即在熱線位置放上熱膜，發(fā)熱金屬膜固定在薄的樹脂膜上。這種結構可使發(fā)熱體不直接承受空氣流動所產生的作用力，以延長使用壽命，其結構如圖1-6(c)所示。

　　(a) 主流測量式熱線式空氣流量計 (b) 旁通測量式熱線式空氣流量計

　　(c) 熱膜式空氣流量計

　　圖1-6 熱線式空氣流量計

　　1—防回火網；2—取樣管；3—白金熱線；4—上游溫度傳感器；5—控制回路；6—插接器；

　　7—熱金屬線和冷金屬線；8—陶瓷螺線管；9—接控制回路；10—進氣溫度傳感器(冷金屬線)；

　　11—旁通氣路；12—主通氣路；13—通往發(fā)動機；14—熱膜；15—金屬網

　　熱線式空氣流量計長期使用后，會在熱線上積累雜質，為了消除使用中電熱線上附著的膠質積炭對測量精度的影響，在流量計上采用燒凈措施解決這個問題。每當發(fā)動機熄火(或啟動)時，ECU自動接通空氣流量計殼體內的電子電路，加熱熱線，使其溫度在1s內升高1000℃。由于燒凈溫度必須非常精確，因此在發(fā)動機熄火4s后，該電路才被接通。

　　由于熱線式空氣流量計測量的是進氣質量流量，它已把空氣密度、海拔高度等影響考慮在內，因此可以得到非常精確的空氣流量信號。

　　(2) 葉片式空氣流量計。

　　葉片式空氣流量計又稱風門式、翼片式或活門式空氣流量計，主要由測量葉片、緩沖葉片、緩沖室、回位彈簧、電位計、旁通空氣道等組成；此外，還包括怠速調整螺釘、燃油泵開關、進氣溫度傳感器等。其結構如圖1-7所示。

　　圖1-7 葉片式空氣流量計

　　1—電位計；2—線束插接器；3—緩沖室；4—緩沖葉片；5—調整螺釘；6—旁通空氣道；

　　7—測量葉片；8—進氣溫度傳感器；9—回位彈簧

　　來自空氣濾清器的空氣通過空氣流量計時，空氣推力使測量葉片(測量板)打開一個角度，當吸入空氣推開測量葉片的力與彈簧變形后的回位力相平衡時，測量葉片就停止轉動。

　　與測量葉片同軸轉動的電位計檢測出測量葉片轉動的角度后，將進氣量轉換成電壓信號VS送給ECU。根據電路設計的不同，葉片式空氣流量計又分為兩種形式：一種在進氣量變大時，VS值升高；另一種在進氣量增大時，VS值降低。

　　燃油泵開關裝在空氣流量計內，只有在發(fā)動機運轉，空氣流量計測量葉片轉動時，燃油泵開關才會閉合。只要發(fā)動機停止運轉，燃油泵開關便處于斷開狀態(tài)，即使點火開關閉合，燃油泵也不工作。

　　為了使測量葉片在吸入空氣量急劇變化和氣流脈動時仍平穩(wěn)轉動，在空氣流量計上設置了與測量葉片做成一體的緩沖葉片(又稱補償板，一般將它們統(tǒng)稱為葉片)和緩沖室。

　　在旁通空氣道上設有怠速調整螺釘。調整該螺釘可以改變怠速時的混合氣濃稀程度。

　　噴油量正比于流經葉片的空氣量。怠速時流經葉片處的空氣量由活動板與葉片間隙大小決定，而活動板的位置可由怠速調整螺釘調節(jié)。調節(jié)怠速調整螺釘時，不但改變了旁通氣道的通道截面面積，同時改變了活動板與葉片的相對位置。發(fā)動機怠速時，空氣分兩路進入進氣總管，一路流經葉片與活動板間隙，另一路流經旁通氣道。

　　當怠速調整螺釘向外旋出時，旁通氣道通道截面積加大，葉片與活動板間隙減小，故流經葉片與活動板間隙的空氣量減少，噴油量亦減少，但因為進入汽缸的空氣總量不變，所以混合氣變稀。反之，將怠速調整螺釘旋入，使旁通氣道通道截面積減小，旁通氣道允許通過的空氣量減少的同時，葉片與活動板的間隙增大，流經這里的空氣量增加，噴油量增加，由于進入汽缸的總空氣量未變化，因此混合氣變濃。

　　進氣溫度傳感器將測得的進氣溫度信號送給ECU，以便ECU發(fā)出指令，根據進氣溫度修正噴油量。

　　(3) 卡門旋渦式空氣流量計。

　　卡門旋渦式空氣流量計通常與空氣濾清器外殼安裝成一體，在其空氣通道中央設置一錐狀的渦流發(fā)生器，在渦流發(fā)生器后部將不斷產生被稱為卡門旋渦的渦流串。卡門旋渦的頻率(f )與空氣流速(v)之間存在如下關系：f=0.2v/d。其中，d是渦流發(fā)生器外徑尺寸。測得卡門旋渦的頻率就可以求得空氣流速，空氣流速乘以空氣通路面積，就可以得到進氣的體積流量。這樣測出卡門旋渦的頻率，就可得知空氣流量的大小。

　　當然，卡門旋渦式空氣流量計與葉片式空氣流量計直接測得的均是進氣的體積流量，因此在流量計內裝有進氣溫度傳感器，以便對隨氣溫而變化的空氣密度進行修正，正確地計算出進氣的質量流量。與葉片式空氣流量計相比，卡門旋渦式空氣流量計具有體積小、質量輕、進氣道結構簡單、進氣阻力小及充氣效率高等優(yōu)點。

　　旋渦頻率的檢測方式有反光鏡檢測和超聲波檢測兩種。如圖 1-8 所示為反光鏡檢測方式。反光鏡檢測式空氣流量計的檢測部分由反光鏡、發(fā)光二極管(LED)和光電管等組成�？諝饬鹘洔u流發(fā)生器時，壓力發(fā)生變化。這種壓力變化經壓力導向孔，作用于薄金屬制成的反光鏡表面，使反光鏡產生振動。反光鏡振動時，將發(fā)光二極管投射的光反射給光電管，對反射光信號進行檢測，即可得到旋渦的頻率。頻率越高，說明所對應的進氣量越大。

　　圖1-8 卡門旋渦式空氣流量計(反光鏡檢測方式)

　　1—支撐板；2—光電管；3—反光鏡；4—板簧；5—卡門旋渦；6—導壓孔；7—渦流發(fā)生器

　　超聲波檢測方式如圖1-9所示。使用超聲波檢測方式的卡門旋渦式空氣流量計是利用卡門旋渦引起的空氣密度的變化進行測量的，在與空氣流動方向垂直的方向上安裝超聲波發(fā)生器，在與其相對的位置上安裝接收器�？ㄩT旋渦造成空氣密度變化，受其影響，超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波到達接收器的時刻或變早或變晚，從而產生相位差，利用放大器將該相位信號轉換成矩形波，該矩形波的脈沖頻率即為卡門旋渦的頻率。

　　圖1-9 卡門旋渦式空氣流量計(超聲波檢測方式)

　　1—信號發(fā)生器；2—渦流穩(wěn)定板；3—超聲波發(fā)生器；4—渦流發(fā)生器；5—通往發(fā)動機汽缸；

　　6—卡門渦流；7—與渦流數對應的疏密聲波；8—接收器；9—計算機；10—旁通通路

　　2) 節(jié)氣門體

　　節(jié)氣門體由節(jié)氣門、旁通氣道等組成。節(jié)氣門用來控制發(fā)動機正常運行工況下的進氣量

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