帕萨特B5轿车电控燃油喷射系统.docx

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帕萨特B5轿车电控燃油喷射系统

上海帕萨特B5电子燃油喷射系统的故障诊断与分析

摘要：

本文从发动机的基础知识入手，以我们最常见的、应用较广泛的电控燃油喷射系统为例，较系统地介绍了汽油电控燃油喷射技术的发展历程，汽油电控燃油喷射系统的类型、结构组成、工作原理，较详细地介绍了帕萨特B5轿车电控燃油喷射系统组成与工作原理，描述了帕萨特B5轿车的故障诊断与分析。

文章内容具有较强的针对性与实用性，电子控制燃油喷射装置是在电子控制单元的自动控制下，通过电控喷油器将发动机所需要的燃油成雾状地喷射到汽油发动机的进气歧管内或气缸内，然后与空气混合形成可燃混合气。

电子控制燃油喷射系统与传统化油器燃油供给系统相比，由于原理上全然不同，因而结构上也面目全非。

所以在分析故障和进行维修时，与常规方法有很大的不同。

可作为汽车维修入门的参考资料。

关键词：

电控燃油喷射系统结构工作原理故障诊断与分析

ShanghaiPassatB5ElectronicFuelInjectionSystem'sFaultDiagnosisandAnalysis

Abstract：

Thisarticlefromthebasicknowledgeoftheengine,toourmostcommon,applicationwidespreadelectronic-controlfuelinjectionsystemasanexample,thearticlesystematicallyintroducesgasolineelectronic-controlfuelinjectiontechnologydevelopmenthistory,gasolineelectronic-controlfuelinjectionsystemtypes,structure,workingprinciple,aparticularedintroductionpassatB5carelectronic-controlfuelinjectionsystemcompositionandworkingprinciple,describesthepassatB5carfaultdiagnosisandanalysis,thearticlecontentwithstrongpertinenceandpracticability,theelectroniccontrolfuelinjectiondeviceisinelectroniccontrolunitundercontrol,automaticcontrolbytheengineinjectorneededfuelintomistshapetojettogasolineengineintakemanifoldorinsidecylinders,thenmixedwithairmixtureformation.Theelectroniccontrolfuelinjectionsystemandthetraditionalcarburetorfuelsupplyingsystem,becausecomparedtheprinciple,andthedifferentstructuralulterlychangedalso.Soinfailureanalysisandmaintenance,andconventionalmethodsarequitedifferent.Canbeusedasautomobilemaintenanceintroductoryreferencematerial.

Keywords：

ElectronicFuelInjectionSystem;Structure;WorkingPrinciple;FaultDiagnosisandAnalysis

引言

电子技术的迅速发展，另一方面汽车排放法规逐步严格、燃油价格不断上涨，采用电子控制技术使汽车满足最新法规的要求。

因此电喷系统在汽车上得到了普及和应用。

使用电喷技术的发动机能保证进入各缸的混合气的质和量都比较均匀，其中电控单元可以根据各传感器所提供的信号快速精确的修正供油量，减少HC的排放，降低油耗。

电控燃油喷射系统在汽车上的大量应用，大幅度提高了汽车的综合性能，但由于结构复杂，电控汽车的使用和检修问题就日益突出，因此正确使用、维护、诊断和分析能够保持电控发动机良好的技术状态显得十分重要。

第1章绪论

1.1电控汽油喷射系统的发展历程

1934年的德国研制成功第一架装用汽油喷射发动机的军用战斗机。

第二次世界大战后期，美国开始采用机械式喷射泵向汽缸内直接喷射汽油的供油方式。

军用飞机上采用汽油喷射技术，预期说是降低燃料消耗的需要，不如说是战争保障的需要，即为了避免浮子室式化油器的临界限制，或者说为了避免化油器产生结冰故障。

1967年，Bosch公司研制成功K-Jetronie机械式汽油喷射系统，由电动泵提供0.36Mpa降低燃油，经燃油分配器输往各缸进气管上的机械式喷油器，向进气口连续喷射，采用浮板式空气流量计操纵油量分配器中的计量槽来控制空燃比。

后来，经改进发展成为机电结合的KE-Jetronic汽油喷射系统。

随着牌坊法规愈来愈严格，要求进一步提高控制精度，完善控制功能。

1972年，在D-Jetronic系统基础上，经改进发展成为L-Jetronic电控汽油喷射系统，用叶片式空气流量计直接测量进气空气体积流量来控制空燃比，比用进气管绝对压力间接控制的方式精度高，稳定性好。

Bosch公司生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的Motronic数字式发动机集中控制系统。

与此同时，美国和日本各大汽车公司也相继研制成功与各自车型配套的数字式发动机集中控制系统。

列如：

美国GM公司DEFI系统，Ford公司EEC-Ш系统等这些系统能够对空燃比、点火时刻、怠速转速和废气再循环等多方面进行综合控制，控制精度愈来愈高，控制功能也更完善。

目前，各国的汽油发动机基本上全部采用了电控汽油喷射系统，并且不断完善其性能，缸内汽油喷射系统也进入了实用化阶段，以满足日益严格的排放和节油的需要。

1.2电控燃油喷射技术的现状

自1967年德国博世公司研制成功DJetronie电子控制汽油喷射系统以来，世界电控燃油喷射技术已走过了30多年的发展历程。

电控燃油喷射系统从机械式喷射、晶体管辅助喷射、集成电路控制发展到目前的微机控制喷射，从模拟计算机控制发展到数字计算机控制，已由单一项目控制发展成了多项内容的发动机集中控制系统。

电控燃油喷射装置在结构上和价格性能比上有着化油器不可比拟的优越性。

表1.1电子控制燃油喷射系统的现状

分系统

基本功能

基本组成

现状

燃油供给系统

将燃油由邮箱吸出再加压、稳压、滤清并喷入进气管道或直接喷入缸内，使燃油细化、雾化

油泵

外置滚柱泵．（大多用）内置涡轮泵

压力调节器

机械膜片式

喷油器

驱动方式

电压驱动．电流驱动

结构

轴针型、（单孔、双孔）孔垂喷嘴

喷射方式

单点喷射，多点喷射（缸内、进气管）；连续喷射．间接喷射；异步喷射同时喷射．分组喷射、顺序喷射

空气供给系统

提供发动机正常燃烧必需的空气量，对进气量连行测量和控制

进气管

进气总管与进气歧曾（分体、整件式）

节气门

辅助空气调节阀，主喷油器，冷起动喷油器，压力调节器．节气门位置传感器

空气计量

测量方法

间接测量，直接测量

流量计

叶片式、卡门旋涡式．热线式，热膜式

传感器

进气温度传感器，进气压力传感器

电控系统

车载微机对各工况下的燃油量进行计算与控制，以获得良好的动力性、经济性及降低尾气排放污染

传感器

压力、温度、流量、位置、氧传感器、转速、车速、爆震、开关量传感器

ECU

单项控制、集中控制

执行元件

主继电器．断路继电器，冷起动喷油器．定时开关

尾气净化

减少NOx、CH、CO、的排放

附加净化装置

EGR、三元催化剂、二次空气喷射、热反应器，或相互并用

世界电控燃油喷射技术已趋成熟，其发展现状见表1.1，但在实际应用中还层次各异表现为多样化。

如：

在国内，电子喷射系统应用得还很少，主要集中在中外合资生产的汽车上以及三星、三峰等少数国产汽车上；在国外，也是机械式、机电式与电控式喷射系统并存。

但目前世界总趋势是向电控喷射系统发展，如美国通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司90年代生产的轿车上几乎100％采用了电控汽油喷射系统。

现在电子喷射系统已过渡到微处理机与微集成电路ECU控制的集中综合控制系统（如90年代初德国Bosch公司设计生产的Motronic发动机控制系统采用了微集成电子技术），它不单是燃油喷射或电子点火系统，已发展成了集燃油喷射、电子点火、怠速控制（ISC）、废气再循环（EGR）、自动变速（AT）、防抱制动（ABS）于一体的电子集中控制系统（如1993年美国通用公司Cadillac分部生产的Northstar电子控制系统即是集发动机管理与传动系控制于一体的集中控制系统）。

1.3电控燃油喷射技术发展趋势

汽车产品的电子化是历史的必然趋势。

但是随着电子控制项目的不断增多，电子装置的数量也不断增多，这些电子装置需要占用空间、消耗电能，因而汽车电子产品的发展趋势将是小型化、轻型化、集成化与低功耗。

汽车电子控制的发展趋势还将是微电脑化及智能化的整车集中控制，21世纪的电控燃油喷射系统不再是一个独立的系统，它只是发动机管理系统或整车控制系统的一部分，必然与其它控制系统相互联系，并且通过车内局部网（CAN）互通信息，还具有在线故障自诊断（OBD）功能。

电子燃油喷射系统也将朝微集成电路模块化智能型控制方向发展，同时，未来还将研制适应发动机机舱工作环境的具有强抗干扰能力的电子元件．这样既能充分利用机舱内空间．又能使发动机管理系统的结构简化。

世界上几家主要汽车公司为21世纪设计的燃油喷射及发动机管理系统见表1.2。

下面分析电控燃油喷射系统各分系统的发展趋势。

1.3.1燃油供给系

由于内置式油泵与外置式相比具有噪声小、不易产生气阻和泄漏、体积小、耐久性和可靠性好等优点，因而未来将普遍采用内置式燃袖泵。

由于孔型喷嘴喷射雾化好，在燃油经济性与排污控制方面有优越性，未来的喷油器将采用双孔和多孔喷嘴结构（尤其是多孔喷嘴），同时也会有新的喷油器结构出现。

在喷射方式上，由于多点喷射容易保证各缸混合气的均匀性和空燃比的一致性，而使得多点喷射（MPI）喷射系统的发展趋势。

近些年内，进气管内多点喷射方式还会很流行，但是因为缸内喷射在改善燃油经济性和动力性、降低噪声、节约成本等方面有着巨大的潜力，因此21世纪特采用缸内直接喷射方式，并且采取顺序多点喷射方式，以获得更佳的经济性和更低的排放污染。

最为合适的方式是喷射与点火相互约束，由点火引导燃油顺序喷射。

表1.2燃油喷射及发动机管理系统发展动态

系统名称

研制公司

系统特征

备注

CDI

Mitsubishi

缸内直接喷射、步进电机节流、分层进气，稀薄燃烧控制，双上凸轮、电磁旋转喷油器、缸内流量计、EGR、三元催化剂

1995年首次展出

ME2.1

Bosch

单一ECU集中控制（燃油喷射、点火正时、抗暴震、ASR牵引控制、CAN、导航）、OBD、发动机熄火（防盗）随点火顺序定时喷射、喷射中断功能、双孔喷嘴

装在奔驰SLK增压发动机上

SFI

GeneralMotors

多点顺序喷射缸进气道等长、空气直线射入燃烧室、点火线圈靠近火花塞、点火定时信号来自高竞速的曲轴位置及凸轮轴位置传感器

1997年装入COR-VETTE车上

SMPI

Chrysler

缸内直接喷射、多点顺序喷射、顶置凸轮轴、节气门体到各缸等长通道、EGR、元催化剂、热氧传感器

1998年生产的V6发动机系列中采用

ME7

Bosch

采用微型机构与微集成技术。

集中控制（燃油喷射、点火正时，起动、暖机、ABS、牵引控制、车辆动态控制）OBD、CAN、电子节流、多孔喷射、微系统压力传感器、HFM5空气质量传感器、EGR、空气喷射

1999年开始生产

1.3.2空气供给系

空气供给量将采用步进电机控制节气门开度方式控制，这样能使反应迅速而准确。

空气质量流量计与体积流量计相比，结构简单、换算方便，不需要附加压力传感器和温度传感器，不需要对进气温度和压力的变化进行空气质量补偿，它将取代体积流量计：

除现有的热线式、热膜式空气质量流量计外，还将开发出一些新的流量计。

1.3.3电控系

电控系中最易变的是传感器，今后几年内将陆续有新的传感器出现，传感器正朝微型化、高灵敏性、智能化方向发展。

如：

火花塞点火传感器发现某缸出现点火故障，便中断向该缸喷射汽油。

HFM5空气质量传感器的热传感元件由单一硅片蚀刻而成，只有几微米厚，它甚至能够在脉动时辨别出气流方向的改变，从而避免质量误算。

电子控制单元（ECU）正朝模块化、微集成化方向发展，采取集中控制方式，处理信息的能力越来越强。

如：

Bosch公司计划于2000年研制出32位单片微处理器柴油机管理系统

第2章帕萨特B5轿车电控燃油喷射系统

2.1帕萨特B5轿车电控燃油喷射系统的概述

帕萨特B5轿车的发动机采用了德国博世（BOSCH）公司最先进的Motronic电子控制多点汽油顺序喷射系统。

该系统采用热膜式空气流量计检测发动机进气流量，可直接反映发动机负荷，比以前研制的Motronic系统所采用的绝对压力传感器检测进气歧管压力并推算流量的方法更精确。

此系统能依据进气流量信号和曲轴转角信号准确地控制发动机混合气空燃比和点火时间，从而极大地降低了汽车排气污染。

帕萨特B5轿车电子控制汽油喷射系统由空气供给系统、汽油供给系统、控制系统组成，发动机电子控制系统的组件在车上的布置如图2.1所示，主要组件安装部位2.2所示。

图2.1帕萨特B5轿车汽油喷射系统置图

l-霍尔传感器（G40）2-喷油器（N30－N33）3-活性炭罐4-热膜式空气流量计（G70）5-活性炭罐电磁阀（N80）6-ECU（J220）7-氧传感器（G39）8-水温传感器（G62）9-转速传感器插接器（灰色）10-l号爆震传感器插接器（白色）11-氧传感器插接器（黑色）12-2号爆震传感器插接器（黑色）13-节气门控制组件（J338）14-2号爆震传感器（G66）15-转速传感器（G28）16-进气温度传感器（G72）17-点火线圈（N152）18-1号爆震传感器（G61）

图2.2帕萨特B5轿车发动机电子控制系统组成

2.2帕萨特B5轿车电控燃油喷射系统的组成与基本原理

帕萨特B5轿车电子控制汽油喷射系统由电控单元（ECU）、传感器、点火线圈、分电器、油压调节器、喷油器等组成。

驾驶员通过节气门控制进气量，节气门位置传感器检测节气门开度的信息传给电控单元（ECU），由电控单元综合诸因素调整喷油量，使混合气最佳。

发动机工作时，节气门位置传感器检测驾驶员控制的节气门开度，热膜式空气流量计检测发动机进气流量，这两个信号作为汽油喷射的主要信息输入ECU，由ECU计算出喷油量。

再根据水温传感器、进气温度传感器、氧传感器、爆震传感器等四个传感器输入的信息，ECU对上喷油量进行必要的修正，确定出实际喷油量，最后再根据霍尔传感器检测到的曲轴转角信号，ECU确定出最佳喷油和点火时刻并指令喷油器喷油、火花塞跳火。

系统中有两个爆震传感器，当发动机产生爆震时，通知电控单元适当推迟点火正时而减弱爆震。

爆震传感器不仅可保证使用低牌号汽油时不损坏发动机，同时也保证发动机在使用高质量汽油时能发出最大功率；系统中的水温传感器可保证发动机在冷起动时，能适当加浓混合气浓度；而系统中的氧传感器则可随时监测发动机的燃烧情况，由电控单元随时调整喷油量，从而将排气污染减小到最低程度；ECU是一个32位计算机，它可处理及控制发动机的喷油时间。

喷油持续时间和点火提前角等指令，使喷油嘴和火花塞最佳工作。

电子控制汽油喷射系统分为汽油供给系统、空气供给系统和控制系统三部分。

其组成如图2.3所示

图2.3帕萨特B5轿车发动机电子喷射系统结构示意图

1-热膜式空气流量计2-电子控制单元3-电动汽油泵4-节气门控制组件5-怠速电机（与节气门控制组件一体）6-进气温度传感器7-油压调节器8-喷油器9-爆震传感器10-汽油滤清器11-点火线圈12-氧传感器13-冷却液温度传感器14-转速传感器

2.2.1汽油供给系统的主要部件

汽油供给系统的作用是根据ECU的指令，以恒定的压差将一定数量的汽油喷入进气管中：

它主要包括汽油箱、汽油分配管、电动汽油泵，汽油滤清器、油压调节器、喷油器等组成，如图2.4、图2.5所示。

图2.4汽油供给系统零件图

l-回油软管2-进油软管3、8、28-油管夹头4、7、9、21、26-夹箍5-汽油滤清器罩壳6-汽油滤清器10-固定螺钉11-回油管12-通气细管13-进油管14-锁紧螺母（用工具3217拆卸和安装）15-凸缘（注意在汽油箱上的安装位置）16-密封圈17-汽油油位传感器18-汽油泵19-汽油箱（拆卸时，用发动机和变速器框杆V.A.G1383支撑）20-安装汽油泵固定环22-固定螺钉23-卡环24-支承座25-防尘罩27-橡胶连接管

图2.5喷油器部分零件图

l-供油软管2-回油软管3-喷油器电阻器4-夹箍5-喷油器总供油管6-密封圈7-喷油器8-曲轴箱强制通风阀（PCV阀）9-水温传感器10-安装支架11-油压调节器

油压调节器与喷油器相连接，控制供油系统的压力，使喷油器中的油压与进气管负压之差始终保持在0.24MPa，这样可使喷油量只受通电时间长短的控制。

喷油器根据ECU指令将汽油以雾状喷入进气管。

电动汽油泵将汽油从汽油箱中吸出，经汽油滤清器过滤后，送往汽油分配管。

汽油分配管将汽油均匀分配到电子控制的喷油器中，喷油器再适时地将汽油喷入进气管中。

汽油分配管上有一个油压调节器，使汽油压力与进气管压力之间的压力差保持不变，并经回油管将多余的汽油送回汽油箱。

汽油供应系统不断受到汽油冲涤，故经常提供冷的汽油，从而避免了汽油形成泡沫，改善了高温起动特性。

1、汽油泵

电动汽油泵的结构如图2.6所示，它是由永磁电动机驱动的带滚柱的转子泵，主要由驱动油泵的直流电动机、滚柱式油泵、保持汽油输送管压力不致过高的限压阀和保持剩余压力的单向阀组成。

电动汽油泵安装在汽油箱中，并不断受到汽油冲涤，使电动机充分冷却。

汽油泵的供油量大于发动机的最大汽油需要量，以便所有发动机工况下都能保持汽油供给系统中的油压。

图2.6电动汽油泵

l-限压阀2-滚柱式油泵3-电动机4-单向阀A-进油口B-出油口

起动时，只要起动开关起作用，汽油泵就一直工作。

发动机一起动，汽油泵就处于接通状态，ECU经一个外部的汽油泵继电器控制汽油泵的。

为安全起见，在点火开关接通（不起动发动机）及发动机停止工作时，汽油泵不泵油。

2、汽油箱

帕萨特B5轿车汽油箱内的汽油蒸汽不是排入大气，而是引入进气管，为此在汽油箱与进气系统之间并联一个汽油蒸汽回收装置，即活性炭罐，如图2.7所示。

图2.7活性炭罐部分零件图

1-电源插头2-活性炭罐电磁阀3-支架4-橡胶支架5-通向发动机进气系统的管路6-通气管（来自汽油箱的通气管）7-螺栓（拧紧力矩10N·m）8-活性炭罐（安装在右前车轮罩内）

活性炭罐内的活性炭粒是一种极好的油蒸汽吸附剂，它有很大的表面积，有利于吸附汽油蒸汽。

罐内装有单向止回阀，以防汽油蒸汽倒流。

罐的底部有空气滤网，新鲜空气经滤网进入，从炭粒中带走汽油蒸汽分子，防止混合气过浓现象。

当汽车停止运行时，在高温作用下，汽油箱内的汽油蒸发产生压力，使单向阀打开，汽油蒸汽进入活性炭罐，炭粒吸附汽油蒸汽并储存起来。

发动机在热态工作时，活性炭罐电磁阀（N80）在ECU的控制下打开，通过新鲜空气带走汽油蒸汽，经管路吸入进气管，从而回收了汽油蒸汽，防止汽油浪费和减小大气污染。

3、油压调节器

油压调节器任务是保持汽油压力与进气管压力之间的压力差不变，从而使喷油器喷出的汽油量仅取决于阀的开启时间。

油压调节器装在汽油分配管上。

如图2.8所示，这是一种膜片控制的溢流调节器，将汽油压力调节到约0.24MPa。

它有一个金属外壳。

一个卷进的膜片将此外壳分为两个腔室，一个是弹簧室，有一定预紧力的螺旋弹簧对膜片施加一个作用力；另一个胶室用于容纳汽油（汽油室），汽油室直接与供油总管相通。

图2.8油压调节器

l-进油口2-回油接头管3-球阀4-阀座5-膜片6-压力弹簧7-进气管接头

4、喷油器

每个发动机气缸都配置一个电子控制的喷油器，喷油器装在进气门前的进气道中，其作用是将精确定量的汽油喷到发动机各个进气管末端的进气门前面。

喷油器由喷油器体、滤网、磁场绕组、针阀、阀体、螺旋弹簧、调整垫等组成，如图2.9所示。

图2.9喷油器

l-汽油接头2-接线插头3-电磁线圈4-磁心5-行程6-阀体7-壳体8-针阀9-凸缘部10-调整垫11-弹簧12-滤网13-喷口

喷油器为电磁式，由ECU的电脉冲控制其打开或关闭。

各喷油器是并联的，当磁场绕组无电流时，喷油嘴针阀被螺旋弹簧压在喷油器出口处的密封锥座上。

磁铁被激励时，针阀从其座面上升约0.1mm，汽油从精密环形间隙中流出，与空气一起被吸入气缸，并通过旋流作用在进气和压缩冲程中形成易于点燃的均匀空气汽油混合气。

为使汽油充分雾化，针阀前端磨出一段喷油轴针。

喷油器吸动及下降时间为l～1.5ms。

电子控制的喷油器将汽油喷到各进气歧管末端的气缸进气门前面。

每循环喷入的汽油量基本上决定于喷油器的开启持续时间，此时间由ECU根据发动机工况算出。

喷油器用专门的支座安装，支座为橡胶成型件。

其隔热作用可防止喷油器中的汽油产生气泡，有助于提高发动机的高温起动性能。

另外，橡胶成型件可保护喷油器不受过高振动应力的作用。

喷油器经带保险夹头的连接插座与汽油分配管连接。

2.2.2空气供给系统主要部件的结构和工作原理

空气供给系统作用是提供并控制汽油燃烧所需的空气量。

它主要包括空气滤清器、节气门体、进气压力传感器、稳压箱和附加空气阀等组成，如图2.10所示。

图2.10空气供给系统零件图

l-进气连接管2-节气门体3-衬垫4-进气歧管5-节气门位置传感器6-怠速调节器7-附加空气滑阀8-热起动节流器

进气压力传感器与稳压箱相连，它的作用是把进气管内的压力变化转换成信号输给ECU。

ECU根据进气压力和发动机转速推算出每一循环发动机所需的空气量，同时计算出汽油的喷射量。

由空气滤清器过滤后的空气，由节气门体流入稳压箱并分配给各缸进气管，空气与喷油器喷出的汽油混合后形成可燃混合气后进入气缸。

1、空气滤清器

空气滤清器为恒温式（如图2.11所示〕，它通过用真空控制阀开启的大小，来控制进入空气滤清器热空气的多少，从而保持进入发动机的进气温度为某一恒定值。

真空控制阀的开店由温控开关控制，当进气温度低时，温控开关打开，通向节气门体的真空使控制阀打开热空气道；当温度高时，温控开关关闭，截断通向节气门体的真空通道，温控开关关闭热空