1、大众轿车电控燃油喷射系统的结构研究与检修4摘要随着全世界范围内汽车技术，尤其是汽车电子控制技术的迅猛发展，我国汽车工业进步很快，进口汽车增幅很大，以电控发动机为代表的电控装备的维修已经成为汽车检测与维修行业的重点和难点。本文先介绍了电控发动机的发展历史而后着重介绍了汽油机的电控燃油喷射系统的组成、工作原理及检修。为了使和汽车专业有关人员能更全面、系统的掌握和理解有关汽车发动机电控燃油喷射系统的结构工作原理。关键词：电子控制技术；电控燃油喷射系统；结构；工作原理 AbstractWith the development of automobile technologyin the world，E
2、specially the rapiddevelopment ofautomobile electronic control technology，Automobile industryprogressrapidly in our country，A large increase inimportcar，Electric controlequipmentrepairinelectronic controlled enginehas become the emphasis anddifficulty ofrepresentativevehicle inspection andrepairindu
3、stry.This paper firstintroduces the development historyof the engineand then focuses onelectronic controlled fuelinjectiongasolineengine components,working principle andmaintenance system.In order to make thecar andprofessionalpersonnelcan be more comprehensive,systemknowledge and understandingabout
4、electronic control of enginefuel injectionstructuresystem principle of work.Keywords: Electronic control technology;Electronic control fuel injection system; Structure; Working principle 目录0 前言 11 汽油机电控燃油喷射系统 21.1 汽油机电控燃油喷射系统概述 21.1.1 电控燃油喷射系统的分类 21.1.2 电控燃油喷射系统的优点 31.2 汽油机电控燃油喷射系统的组成及工作原理 31.2.1 电控
5、燃油喷射系统的组成 31.2.2电控燃油喷射系统（EFI）的工作原理 41.2.3 燃油喷射控制 61.3 汽油机燃油供给系统的结构及工作原理 131.3.1 电动燃油泵 131.3.2 燃油泵控制 141.3.3 燃油泵及控制电路的检修 151.3.4 燃油滤清器 161.3.5 脉动阻尼器 161.3.6 燃油压力调节器 161.3.7 喷油器 172. 桑塔纳2000GLi型轿车电子控制汽油喷射系统 192.1 汽油供给系统主要部件 202.2 空气供给系统主要部件的结构和工作原理 242.3 控制系统的主要部件 263 总结与展望 323.1 总结 323.2 展望 33致谢 34参考
6、文献 35前言汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏发动机技术的进步显得更受关注。如今介绍一辆汽车的发动机时：可变气门正时技术，双顶置凸轮轴技术，缸内直喷技术，VCM汽缸管理技术，涡轮增压技术，等等都已经运用的相当广泛；然而这一切都是在电控燃油喷射系统的基础之上发展而来，电控燃油喷射技术的到来标志这汽车进入了有一个崭新的时代，并奠定了今天电子控制燃油喷射装置的雏形。电喷供油系统的最大优点就是燃油供给之控制十分精确，让引擎在任何状态下都能有正确的空燃比，不仅让引擎保持运转顺畅，其废气也能合乎环保法规的规范。本文将详细的介绍电控燃油喷射系统。1 汽油机电控燃油喷射系统1.1 汽油机电控燃油喷射系统
7、概述1.1.1 电控燃油喷射系统的分类(1) 按喷射系统执行机构不同分类多点喷射系统（MPI）：多点喷射系统是指在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器,喷油器适时喷油。单点喷射系统（SPI）：单点喷射系统是指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燃油混合气,进气行程时燃油混合气被吸入气缸内。(2) 按喷射控制装置的形式不同分类机械式：空气计量器与燃油分配器组合在一起,空气计量器检测空气流量的大小后,靠连接杆传动操纵燃油分配器的柱塞动作,以燃油计量槽开度的大小控制喷油量,达到控制混合气空燃比的目的。电子控制式：根据各种传感器送至电脑的发动机运行状况的信号,由电脑运算后,发出控制喷
8、油量和点火时刻等多种执行指令,实现多种机能的控制.即为发动机电子集中控制系统。机电一体混合式：在燃油分配器上安装了一个由电脑控制的电液式压差调节器,电脑根据水温、节气门位置等传感器的输入信号控制电液式压差调节器动作,以调节燃油供给量。 （3）按喷射方式不同分类间歇喷射系统：在发动机运转期间汽油间歇喷射是在进气过程中的某时间内进行的,喷油量大小取决于喷油器持续开启时间,即电脑指令的喷油脉冲宽度。连续喷射系统：燃油喷射的时间占有全部工作循环的时间,连续喷射都是喷在进气道内,大部分燃油是在进气门关闭后喷射。（4）按喷射置的不同分类进气道喷射式缸内直接喷射式（5）按空气流量的检测方式分类歧管压力计量式
9、 将歧管压力和转速信号输送到电脑,由电脑根据该信号计算出充气量,再产生与之相对应的喷油脉冲,控制喷油器喷射适量的燃油。 翼片式和卡门旋涡式 其计量方式属于体积流量型,即通过计量气缸充气的体积,将物理量转变成电信号输送至电脑,电脑计算出与该体积的空气相适应的喷油量以控制混合气空燃比。热线式和热膜式 直接测量进入气缸内空气的质量,将该空气的质量转换成电信号,输送给电脑,由电脑根据空气的质量计算出与之相适应的喷油量,以控制空燃比在最佳值。 1.1.2 电控燃油喷射系统的优点（1）能提供发动机在各种工况下最合适的混合气浓度；（2）用排放物控制系统后，降低了碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物三种有害气体的排
10、放；（3）增大了燃油的喷射压力，因此雾化比较好；（4）在不同地区行驶时，发动机控制ECU能及时准确地作出补偿；（5）在汽车加减速行驶的过渡运转阶段，燃油控制系统能迅速的作出反应；（6）具有减速断油功能，既能降低排放，也能节省燃油；（7）在进气系统中，由于没有像化油器那样的喉管部位，因而进气阻小；（8）发动机起动容易，暖机性能提高。1. 2 汽油机电控燃油喷射系统的组成及工作原理1.2.1 电控燃油喷射系统的组成（1）燃油供给系统功用：供给喷油器一定压力的燃油，喷油器则根据电脑指令喷油。组成：油箱、电动燃油泵、过滤器、燃油脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器、供油总管等。（2）空气供给系统功用：为
11、发动机提供清洁的空气并控制发动机正常工作时的供气量。 组成：空气滤清器、进气压力传感器（D型）或空气流量计（L型）、节气门、怠速空气调整器等。图是L型系统的进气系统示意图1-1。图1-1 L型进气系统 （3）电子控制系统 功用：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。 组成：传感器、ECU、执行器三部分，如图1-2所示。图1-2 电子控制原理 a.传感器：是信号检测与转换装置，安装在发动机的各个部位，其功用是检测发动机运行状态的电量参数、物理参数和化学参数等，并转换成ECU能够识别的电信号输入ECU。b. ECU：空气流量计信号和发动机转速信号确定基本喷油时间，在根据其他传感器对
12、喷油时间进行修正，并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令，使喷油器喷油或断油。c.执行器：由ECU控制，执行某项控制功能的装置。 1.2.2电控燃油喷射系统（EFI）的工作原理（1）D型EFI系统燃油压力的建立与燃油喷射方式各种电控燃油喷射系统的喷油压力都是由燃油泵提供的。油箱内的燃油被燃油泵吸出并加压至 350kpa左右，经过燃油滤清器滤去杂质后，被送至发动机上方的分配油管，分配油管与安装在各缸进气歧管上的喷油器相通。喷油器是一种电磁阀，由ECU控制，通电时电磁阀开启，压力燃油以雾状喷入进气歧管，与空气混合，在进气行程中被吸入气缸。分配油管的末端装有燃油压力调节器，用来调整分配油管中的压力
13、，使油压保持某一定值（约250300kpa ）。多余燃油经回路返回油箱。进气量的控制与测量进气量由驾驶员通过加速踏板操纵节气门来控制。节气门开度不同，进气量也不同，同时进气歧管内的真空度也不同。在同一转速下，进气歧管真空度与进气量有一定关系。进气压力传感器将进气歧管内真空度的变化转换成电信号的变化，并传送给ECU，ECU根据进气歧管真空度的大小计算出发动机的进气量。喷油量和喷油时刻的确定a.喷油量由ECU控制。ECU根据进气压力传感器测量的信号计算出进气量，再根据曲轴位置传感器测量的信号计算出发动机转速，根据进气量和转速计算出相应的基本喷油量。b. ECU控制各缸喷油器在每次进气行程开始之前喷
14、油一次，并通过控制每次喷油的持续时间来控制喷油量。喷油持续时间越长，喷油量就越大。一般每次喷油的持续时间为 12 ms。c.各缸喷油器每次喷油的开始时刻由ECU根据曲轴位置传感器测到的1缸上止点的位置来控制。然后按发动机既定的发火顺序依次向各缸喷油。不同工况下的控制模式电控燃油喷射系统能根据各个传感器测得的发动机各种运转参数，判断发动机所处的工况，并选择不同模式的程序来控制发动机的运转，实现起动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等。D型系统的结构简单、工作可靠。但由于采用压力作为控制喷油量的主要因素，因此当大气状况较大变化时，会影响控制精度。 （2）L型
15、EFI系统 如图1-3所示 L型EFI系统是在D型EFI系统的基础上，经改进而形成的，它是目前汽车上应用最广泛的燃油喷射系统。L型系统的构造和工作原理与D型系统基本相同，只是它以空气流量计代替D型系统中的进气压力传感器，可直接测量发动机进气量，提高了控制精度。1.2.3 燃油喷射控制（1）电控燃油喷射发动机的喷射方式分为单点喷射和多点喷射。 喷油正时的实质：是解决喷油器什么时候开始喷油的问题。所有缸内喷射和多数进气道喷射都采用间歇喷射，因而就有何时开始喷油的问题。在采用间歇喷射方式的电控燃油喷射系统中，电脑必须控制喷油器喷油的开始时刻，这就是喷油正时控制,喷油正时分为：同步喷射、异步喷射。同步
16、喷射：是将与发动机的运转速度相关的喷油叫做同步喷油。异步喷射：与动力等多个因素相关的喷油叫做异步喷油。 （2）喷油正时 同时喷射:各缸喷油时刻相同。其控制电路如图1-4所示图1-3 型EFI系统微机根据曲轴位置传感器的信号，控制功率三极管导通与截止，因其电路中所有喷油器并联共用一个驱动回路，从而控制各喷油器电磁线圈电路同时接通或切断，使各缸喷油器同时喷油。通常曲轴转一周，各缸喷油一次，即每个循环喷油两次。图1-4 同时喷射电路图特点:曲轴每转一周，各缸喷油器同时喷射一次，即一个工作循环中各缸喷油器同时喷射两次。两次喷射的燃油，在进气门打开时一起进入气缸。其控制波形如图1-5所示，喷射正时如图1
17、-6所示。缺点:喷射正时与发动机进气、压缩、做功、排气的循环没有关系。各缸对应的喷射时间不可能最佳，有可能造成各缸的混合气形成不一样。图1-5 喷油正时波形图1-6 同时喷射正时图分组喷射:多缸发动机分为若干组进行喷射，同一组各缸同时喷油，不同组间顺序喷油。一般把气缸的喷油器分成24组（四缸发动机通常分成2组），由微机分组控制喷油器，各组轮流交替喷射。其喷射控制电路如图1-7所示。图1-7 分组喷射电路图 每一工作循环中，各喷油器均喷射1次或2次。一般多是发动机每转一周，只有1组喷射。其喷射正时图如图1-8所示。图1-8 分组喷射正时图顺序喷射：也叫独立喷射，即按点火顺序要求逐缸喷射。曲轴每转
18、2周，各缸喷油器都按点火顺序轮流喷射1次。其控制电路如图1-9所示。各喷射器分别由微机进行控制，驱动回路数与气缸数相等。采用顺序喷射控制时，应具有正时和缸序两个功能。微机根据判缸信号、曲轴位置信号，确定哪个缸是排气行程（活塞上行）且活塞行至上止点前某一喷油位置时，微机发出喷油信号，接通该缸喷油器电磁线圈电路，此缸开始喷射。 图1-9 顺序喷射控制电路图优点：顺序喷射可以设定最佳时间喷油，对混合气形成十分有利，对提高燃油经济性和降低有害排放有一定好处。缺点：控制系统的电路结构及软件都较复杂，但随着电子技术的日益发展，是比较容易理解的，如图1-10所示。图1-10 顺序喷射正时图（3）喷油量的控制
19、：喷油器喷射时间的控制。 起动喷油控制a.发动机起动时，转速低于300转每分钟且波动较大，无论D系统中的进气压力传感器还是L系统中的空气流量计，都不能精确地测量进气量，进而确定合适的喷油持续时间。因此起动时的基本喷油时间不是根据进气量（或进气压力）以及发动机转速计算确定的。b.而是ECU根据起动信号和当时的冷却水温度，由ROM内存的水温-喷油时间图（见图1-11）找出相应的基本喷油时间。图1-11 水温喷油时间c.然后加上进气温度修正时间TA和蓄电池电压修正时间TB，计算出起动时的喷油持续时间。如图1-12所示。d.由于喷油器的实际打开时刻较ECU控制其打开时刻存在一段滞后，如图1-13所示造
20、成喷油量不足，且蓄电池电压越低，滞后时间越长，故须对电压进行修正。 图1-12 喷油时间确定图1-13 喷油滞后起动后的喷油控制启动后，自动转入正常程序。发动机运转期间，各传感器适时的检测发动机的转速、进气量、进气温度、冷却液温度、节气门位置以及排气中氧的含量等信号，通过接口电路输入微机。发动机转速超过预定值时，ECU确定的喷油信号持续时间满足下式：喷油信号持续时间 =基本喷油持续时间X 喷油修正系数 +电压修正值注意：式中喷油修正系数是各种修正系数的总和。 D型EFI系统的基本喷油时间由发动机转速信号Ne和进气管绝对压力信号PIM确定。D系统的ECU中存储了一个基本喷油时间三维图（三元MAP
21、图），如图1-14所示，它表明了与发动机各转速和进气管压力相对应的基本喷油时间。图1-14 基本喷油时间喷油图理论上进气量与进气压力成正比，但实际中，进气脉动使充气效率变化，进行再循环的排气量的波动也影响进气量的准确度。故由MAP图计算的仅为基本喷油时间，ECU还必须根据发动机转速信号Ne对喷油时间进行修正。基本喷油时间 :L型EFI系统的基本喷油时间由发动机转速和空气量信号VS确定。这个基本喷油时间是实现既定空燃比（一般为理论空燃比：A/F=14.7）的喷油时间。 a.起动后加浓发动机完成起动后，冷发动机启动后十秒内，由于发动机体温度较低似的汽油气化不良，及时把理论空燃比的燃油量供给发动机，
22、也会使可燃混合气变稀会，发生发动机怠速不稳，所以发动机温度越低，需要的燃油量越大。喷油量的初始修正值根据冷却水温度确定，然后以一固定速度下降，逐步达到正常。 b.暖机加浓 冷机时，燃油蒸发性差，为使发动机迅速进入最佳工作状态，必须供给浓的混合气。 在冷却水温度低时，ECU根据水温传感器THW信号相应增加喷射量（见图1-15）。修正过程持续到冷却液温度达到80度为止。图1-15 暖机加浓修正曲线c.进气温度修正进气密度随着进气温度而变化，ECU根据THA信号修正喷油持续时间，使空燃比满足要求。图1-16 进气温度修正曲线通常以20以上摄氏度为进气温度信号的标准温度，低于20度时空气密度大，ECU
23、增加喷油量，使混合气不致过稀；进气温度高于20度时空气密度小，ECU使喷油量减少，以防止混合气偏浓。进气温度修正曲线如图1-16所示。从图中可知，修正约在 -20至60度之间进行。 d.大负荷加浓发动机在大负荷下运转时，须使用浓混合气以获得大功率。ECU根据发动机负荷来增加喷油量。发动机负荷状况根据节气门开度或进气量的大小确定，即根据进气压力传感器、空气流量计、节气门位置（大于70度）传感器信号来判断负荷状况，从而决定相应的喷射量。 大负荷的加浓量通常约为正常喷油量的10%30% 。 e.怠速稳定性修正（只用于D型EFI系统）D型EFI系统中，决定基本喷油时间的进气管压力在过渡工况时，相对于发
24、动机转速将产生滞后。且节气门以下进气管容积越大，怠速时发动机转速越低，这种滞后时间就越长，怠速就越不稳定。 为提高发动机怠速运转的稳定性，ECU根据PIM和Ne信号对喷油量作修正。如图1-17所示。随压力增大或转速降低，增加喷油量；随压力减小或转速增高，减少喷油量。图1-17 怠速稳定修正曲线断油控制a.减速断油控制当汽车减速时，ECU将会切断燃油喷射控制电路，停止喷油，以降低碳氢化合物及一氧化碳的排放量。b.发动机超速断油,为避免发动机超速运行，当发动机转速超过额定转速时，ECU控制喷油器停喷。 c.汽车超速行使断油,某些汽车在汽车运行速度超过限定值时，停止供油。 异步喷射 发动机起动和加速
25、时的异步喷油量是固定的，各气缸喷油器以一个固定的喷油持续时间，同时向各气缸增加一次喷油。a.起动喷油控制有些电控发动机中，为改善发动机的起动性能，在起动时使混合气加浓。除了一般正常的曲轴转一周喷一次油外，在起动信号STA处于接通状态时，ECE控制喷油器向各缸增加一次喷油。 b.加速喷油控制发动机从怠速工况向起步工况过渡时，由于燃油惯性等原因，会出现混合气稀的现象。为改善起步加速性能，在正常喷油基础上，ECE根据怠速触点IDL信号从接通到断开时，增加一次固定喷油持续时间的喷油。1. 3 汽油机燃油供给系统的结构及工作原理1.3.1 电动燃油泵如图1-18所示。 1-18 电动燃油泵(1)作用：给
26、电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。(2)类型：按安装位置不同分为：内置式：安装在油箱中，具有噪声小、不易产生气阻、不易泄漏、管路安装简单。外置式：串接在油箱外部的输油管路中，易布置、安装自由大，单噪声大，易产生气阻。按电动燃油泵的结构不同分为：涡轮式、滚柱式、转子式和侧槽式。 （3）电动燃油泵的结构 涡轮式电动燃油泵a.结构：主要由燃油泵电动机、涡轮泵、出油阀、卸压阀组成。 b.原理：油泵电动机通电时，电动机驱动涡轮泵叶片旋转，由于离心力的作用，使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳，将燃油从进油室带往出油室。由于进油室的燃油不断增多，形成一定的真空度，将燃油从进油口吸入；而出油室燃油不断增多，
27、燃油压力升高，当达到一定值时，顶开出油阀出油口输出。出油阀在油泵不工作时阻止燃油流回油箱，保持油路中有一定的压力，便于下次起动，如图1-19所示。图1-19 燃油泵的结构滚柱式电动燃油泵a.结构：主要由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成。b.原理：当转子旋转时，位于转子槽内的滚柱在离心力的作用下，紧压在泵体内表面上，对周围起密封作用，在相邻两个滚柱之间形成工作腔。在燃油泵运转过程中，工作腔转过出油口后，其容积不断增大，形成一定的真空度,当转到与进油口连通时，将燃油吸入；而吸满燃油的工作腔转过进油口后，容积不断减小，使燃油压力提高，受压燃油流过电动机，从出油口输出。1.3.2 燃油
28、泵控制（1）.ECU控制的燃油泵控制电路如图1-20所示。图1-20 ECU控制的燃油泵控制电路（2）.工作原理：起动或重负荷时，发动机ECU通过FPC端子向燃油泵ECU发出高电平信号，燃油泵ECU向燃油泵输出高电压(约12V)，燃油泵高速运转。怠速或轻负荷时，发动机ECU通过FPC端子向燃油泵ECU发出低电平信号，燃油泵ECU向燃油泵输出低电压(约9V)，燃油泵低速运转。 1.3.3 燃油泵及控制电路的检修（1）燃油泵的就车检查 用专用导线将诊断座上的燃油泵测试端子跨接到12V电源上； 将点火开关转至“ON”位置，但不要起动发动机； 旋开油箱盖能听到燃油泵工作的声音，或用手捏进油软管应感觉有
29、压力； 若听不到燃油泵的工作声音或进油管无压力，应检修或更换燃油泵； 若有燃油泵不工作故障，且上述检查正常，应检查燃油泵电路导线、继电器、易熔线个熔丝有无断路。（2）燃油系统油压的检查检查油箱中的燃油，释放燃油系统压力。检查蓄电池，拆下负极电缆。将专用压力表接在脉动阻尼器位置（对于韩国大宇或通用）或进油管接头处（对于丰田）。接上负极电缆，起动发动机使其维持怠速运转。拆下燃油压力调节器上真空软管，用手堵住进气管一侧，检查油压表指示的压力，多点喷射系为0.25 0.35MPa ,单点喷射系统为0.070.10MPa。若过低，说明燃油压力调节器有故障，更换后仍过低，应检查是否有堵塞或泄露，如没有，应
30、更换燃油泵；若过高，应检查回油管是否堵塞，若正常，说明燃油压力调节器有故障。接上燃油压力调节器的真空软管，检查燃油压力表的指示应有所下降（约为0.05MPa），否则检查真空管是否有堵塞和漏气，若正常，说明燃油压力调节器有故障。将发动机熄火，等待10min后观察压力表的压力，多点喷射系统不低于0.20 MP.单点喷射系统不低于0.05MPa。检查完毕后，应释放系统压力拆下油压表，装复燃油系统。 （3)燃油泵控制电路的检查用专用导线将诊断座上的燃油泵测试端子跨接到12V电源上。将点火开关转至“ON”位置，但不要起动发动机。旋开油箱盖能听到燃油泵工作的声音，或用手捏进油软管应感觉有压力。若听不到燃油
31、泵的工作声音或进油管无压力，应检修或更换燃油泵。若有燃油泵不工作故障，且上述检查正常，应检查燃油泵电路导线、继电器、易熔线和熔丝有无断路。3.燃油泵的拆装与检测拆装燃油泵时注意：应释放燃油系统压力，并关闭用电设备。拆下燃油泵后，测量燃油泵两端子之间电阻，应为23。用蓄电池直接给燃油泵通电，应能听到油泵电机高速旋转的声音。 1.3.4 燃油滤清器 发动机正常工作。使用：一般采用纸质滤心，每行驶2000040000或1到2年应更换，安装时应注意燃油流动方向的箭头，不能装反。1.3.5脉动阻尼器(1)功用：减小在喷油器喷油时，油路中的油压可能会产生微小的波动，使系统压力保持稳定。(2)组成：由膜片、回位弹簧、阀片和外壳组成。(3)原理：发动机工作时，燃油经过脉动阻尼器膜片下方进入输油管，当燃油压力产生脉动时，膜片弹簧被压缩或伸张，膜片下方的容积稍有增大或减小，从而起到稳定燃油系统压力的作用。 1.3.6燃油
