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汽车电控技术研究论文

上海通用别克电子燃油喷射系统的故障诊断与分析

摘要：

由于美、日、欧等国家对汽车排放法规的日趋严格和电控喷射系统控制精度更高，能进一步提高汽油发动机的动力性、经济性、运转性能和排放性能。

在汽车故障中，发动机故障所占的比例最高，而1990年后的汽车大都装有电子燃油喷射系统，其电子燃油喷射系统故障大概占汽车故障的三分之二，因此具备电子燃油喷射系统的故障诊断与分析相关知识是十分必要的。

本文首先介绍了的电子燃油喷射系统发展原因和发展历程，然后着重分析了1980～2004年之间上海别克电子燃油喷射系统主要结构组成和工作原理；其次，2004年后上海别克电子燃油喷射系统的技术。

最后，介绍了上海别克L46，2.98L，V6型发动机电子燃油喷射系统故障的诊断步骤，并探讨了故障类型及产生原因和诊断方法和对上海别克电子燃油喷射系统的实例故障进行了具体的诊断与分析。

关键词：

通用别克电子燃油喷射故障诊断与分析

FaultDiagnosisandAnalysisofElectronicFuelInjectionSystemofShanghaiGMBuick

Abstract:

AstheUnitedStates,Japan,Europeandothercountriestoincreasinglystringentvehicleemissionsregulations,andelectronicallycontrolledinjectionsystemcontrolmoreprecise,tofurtherincreasethegasolineenginepower,economy,operatingperformanceandemissionsperformance.Failuresinthecar,thehighestproportionofenginefailure,butafter1990mostcarsequippedwithelectronicfuelinjectionsystems,electronicfuelinjectionsystemfailurewouldaccountforabouttwo-thirdsofcartrouble,sohavetheelectronicfuelinjectionsystemfaultdiagnosisandanalysisofrelevantknowledgeisessential.

Thispaperdescribesthedevelopmentofelectronicfuelinjectionsystem,thecausesanddevelopmentprocess,andthenanalyzestheShanghaibetween1980to2004Buickelectronicfuelinjectionsystemcomponentsandworkingprincipleofthemainstructure;Second,after2004ShanghaiBuickelectronicfuelinjectionsystemtechnology.Finally,theintroductionofShanghaiBuickL46,2.98L,V6engineelectronicfuelinjectionsystemfaultdiagnosisprocedure,anddiscussesthetypesandcausesofitsfailureanddiagnosticsandShanghaiBuickexamplesofelectronicfuelinjectionsystemfaultdiagnosisandanalysisofspecific.

Keywords:

Buick;ElectronicFuelInjection;Fault;DiagnosisandAnalysis

引言

从1953年时起，汽车电子燃油喷射在汽车中扮演着至关重要的角色。

电控喷射系统是汽车中核心部件之一，其主要作用是在较大范围内改变汽车行驶动力的大小和汽车扭矩的大小、实现汽车的各种工况的有效控制。

目前汽车上主要使用的电子燃油喷射系统有三系：

欧系、日系、美系。

在保证汽车动力性的前提下，以有利于燃油经济性为目的，控制动力系统工作在最佳工作点。

经济高速发展，科学技术和人们生活水平不断提高的推动下，人们对车辆的动力性要求也越来越高，而电子燃油喷射系统性能直接影响着车辆动力性、经济性。

同样在汽车故障中，其电子燃油喷射系统故障大概占汽车故障的三分之二，因此具备电子燃油喷射系统的故障诊断与分析相关知识是十分必要的，因此电子燃油喷射系统的故障诊断具有非常重要的意义。

本文通过对上海别克轿车所使用的电子燃油喷射系统故障研究，最大程度上减少电子燃油喷射故障，以提高汽车的动力性，从而改善车辆的耗油量。

第1章电子控制汽油喷射的发展原因及发展

1.1汽车电子燃油喷射系统的发展原因

由于美、日、欧等国家对汽车排放法规的日趋严格，传统的化油器很难达到排放与节油的综合优化效果，因此国外许多汽车厂家在汽油发动机上已淘汰了化油器，用汽油喷射系统取而代之。

汽油喷射系统经历了机械式、机电混合式和电控式三个阶段，由于电控喷射系统控制精度更高,能进一步提高汽油发动机的动力性、经济性、运转性能和排放性能。

所以机械式和机电混合式也已趋于淘汰。

1.2电子控制汽油喷射的发展

随着汽车工业的飞速发展，汽车的尾气排放带来的空气污染日益严重，西方各国都制定了严格的汽车排放法规法案。

同时受能源危机的冲击以及电子技术、计算机等的飞速发展，促进了电子控制汽油喷射发动机的诞生。

1953年美国奔笛克斯（Bendix）首先开发了电子喷射器（Electrojector），1957年正式问世，开创了电控汽油喷射的先河。

在这一时代，由于各发动机制造商强调发动机输出功率的提高，为了确保全负荷时大扭矩输出特性，空燃比控制必然偏小，以提高喷油量，因此，对空燃比的控制精度也比较低。

但是随着电子控制技术的发展、应用，电子燃油控制的各种优点渐渐显现出来，包括各种精细的补偿功能和良好的空燃比控制性、灵敏的节气门响应性、高功率的输出。

另外，在电子技术方面，晶体管早已发明，但是由于成本高，性能不稳定，还不能很好的应用于汽车上。

故奔笛克斯在开发阶段应用真空管开发电子计算机。

在1957年发表时，正是晶体管开始实用化的时代，因此，她开发的电子控制汽油喷射装置只在美国三大汽车公司之一的克莱斯勒汽车上装用。

在美国奔笛克斯发表喷射器后，经过10年时间，到1967年德国罗伯特——博世公司在购买美国奔第克斯专利的基础上，推出了速度密度型的D—Jetronic电控汽油喷射装置，并在各大汽车公司得到应用，电子控制汽油喷射得到了较大发展。

D—Jetronic汽油喷射装置已经具有现代电子汽油喷射的全部要素，是现代电子汽油喷射的先驱。

博世公司在发表D—Jetronic后的6年，即1973年又开发了质量流量式（massflow）L—Jetronic电子控制非连续喷射和K—jetronic机械式连续喷射。

前者采用进气歧管压力作为控制喷油量的参数，在汽车工况急剧变化时控制效果不佳，后者则是利用空气流量计测量进气流量，并转化为电信号输给发动机电脑，来达到精密控制喷油量，降低排放污染的目的。

1981年，博世又发表了LH—Jetronic电控燃油喷射系统，在控制能力上增加了一些更精确的细节，进一步改进了发动机各方面的性能。

LH系统最大的特点是采用了热线式空气流量计，其中“H”是英文“HOT”热线的第一个字母，热线式空气流量计直接测量进气质量，其体积小，进气阻力小，因此能更精确的控制空燃比，提高发动机的动力性和经济性，改善发动机排放。

1971年丰田公司开发了它的EFI（ElectronicFuelInjection）电子控制汽油喷射系统。

EFI控制电脑分为两类型：

一种是根据电容器充电和放电所需的时间来控制喷射正时的模拟型；另一种是微电脑控制型，它利用存储器中的数据来决定喷射正时，于1981年开始装备于汽车上。

为了实施越来越严格的排放法规，除了研究、引进诸如二次空气喷射燃烧、催化剂、混合气燃烧后产生的尾气再处理技术以外，还进一步发展了提高空燃比控制精度的新技术，于是又出现了Os传感器和三元催化剂。

三元催化是利用铂等稀有金属作为催化剂，把废气中的CO、NOx、CH等有害气体还原成CO2、N2、H2O无害气体。

但是三元催化剂只有在接近理论空燃比的极窄小范围才能发挥最大的效果，故需用Os检测废气中的氧浓度，通过发动机电脑来精确调节空燃比，控制喷油量。

1977年日产和丰田汽车公司在空气流量式汽油喷射装置中使用的氧Os器反馈系统，直到今天还在很多车辆上使用。

1984年丰田推出速度密度型的T—LCS（ToyotaLeanCombustionSystem）丰田稀薄燃烧系统的汽油喷射装置，能在各种运转工况下，对喷射时间，点火时间进行有效、出色的控制。

多国都在向智能化电子燃油喷射控制系统发展。

第2章1980～2004年上海别克电子燃油喷射系统的组成及原理

2.1上海别克电子燃油喷射系统的组成

上海别克轿车喷射系统一般为顺序多点燃油喷射系统（SFI）。

一般由燃料供给系，进气系统，电子控制系统三大系统组成。

该燃油控制系统的基本组成如图2.1所示，主要由传感器、控制电脑（PCM－又称动力控制模块）和执行机构组成。

图2.1别克轿车电控燃油喷射系统原理

该燃油喷射系统主要传感器有：

凸轮轴位置传感器、24X曲轴位置传感器、爆震传感器、7X曲轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、空气流量传感器、进气歧管压力传感器、节气门位置传感器、氧传感器等。

凸轮轴位置传感器（CAM）为霍尔效应式，安装在发动机左侧凸轮轴前端，它向PCM提供曲轴位置信号，作为PCM控制各缸喷油的同步脉冲信号。

凸轮轴每转动一圈，向PCM提供一个反映1缸曲轴位置的脉冲信号。

24X曲轴位置传感器也为霍尔效应式，安装在曲轴前端，它向PCM提供曲轴的转速信号。

曲轴每转一圈，它向PCM提供24个脉冲信号。

当发动机转速低于1600r/m时，PCM据此信号控制点火和喷油，控制更加精确。

爆震传感器安装在发动机缸体左侧，用来检测发动机是否发生爆震。

7X曲轴位置传感器为磁感应式，安装在发动机缸体右侧下部，由曲轴驱动，它向点火控制模块提供曲轴转速和曲轴位置信号（1－4缸上止点），点火模块据此控制点火。

进气温度传感器（IAT）安装在空滤器后面进气总管上，为负温度系数的热敏电阻，它用来检测进气的温度。

冷却液温度传感器（ECT）安装在发动机的水套上，也是负温度系数的热敏电阻，它用来检测发动机冷却液的温度。

冷却液温度对PCM控制的大多数系统都有影响。

别克轿车对于发动机进气量同时采用两种方法进行测量，一种为流量法，主要传感器为空气流量传感器MAF；另一种为速度密度法，主要传感器为MAP。

空气流量传感器（MAF）安装在空滤器后面进气总管上，为热线式，它可以检测发动机的进气量，并把进气量转变成频率信号送给PCM，进气量越大，信号频率越高。

进气歧管压力传感器（MAP）安装在空滤器后面进气总管上，为压电晶体式，用来检测发动机进气管内的压力。

节气门位置传感器（TP）安装在节气门轴上，为全程式滑线变阻器式，它向PCM提供节气门开度信号。

氧传感器安装在排气管上，用来检测废气中氧气的含量，PCM据此对空燃比实施闭环控制。

PCM：

PCM为发动机动力控制模块，其主要控制功能有：

EFI（燃油喷射控制）、点火控制、怠速控制、空调控制、AT（自动变速器控制）、故障自诊断等。

PCM对外有两个插头，两个插头对应的端子所在位置称C1区和C2区，C1区和C2区各有80个端子。

执行机构：

主要执行机构有怠速控制阀、喷油器、燃油泵、废气再循环阀、碳罐电磁阀等。

2.2别克燃油喷射电子控制系统的控制原理及控制模式

2.2.1燃油喷射电子控制系统的控制原理

燃油喷射控制系统采用查寻法求得基本喷油时间，即通过试验确定发动机特定工况下的最佳喷油时间，取得一组组发动机转速、空气流量或进气管压力所对应的喷油时间标准数据并存入ROM存储器中。

工作时，电子控制器中的CPU根据当时的发动机转速和空气流量（或进气管压力），从ROM中查寻得到基本喷油时间。

如果发动机工作在非特定工况，CPU则根据该工况周围的4个特定工况点的基本喷油时间，通过插值法计算得到该工况下的喷油时间。

查寻法求得最佳的基本喷油时间，可实现非线性控制，使燃油喷射的控制精度更高。

2.2.2燃油喷射电子控制系统的控制模式

电脑系统依各传感器采集当前发动机的各种工作参数或状态,判别发动机当前要执行的工况属性,查对该工况下工作参数对应的贮存记忆的喷油基本时间t，按气温、水温修正喷油的持续时间，电脑依解算的结果看，输出至喷嘴的电磁线圈，打开喷嘴完成定量的燃油供给量，称空燃比的开环控制。

发动机若配置了氧传感器，依氧传感器的开关性输出信号反馈给电脑，还可对喷油嘴开启时间、辅助进排气的各种阀门，作燃烧效果的反馈调节，达到更理想的调节效果，称为空燃比的闭环控制。

这是一种周期界限循环控制，可以让空燃比在0.95～1.05之间小范围内控制。

1、起动控制：

依起动开关、档位开关、发动机转速信号，识别为起动工况，电脑控制起动喷嘴持续打开，还依水温信号确定喷嘴连续喷油的持续时间。

当转速信号超过预定的起动转速后，电脑关闭起动喷嘴，转人暖机程序。

2、暖车控制：

电脑控制工作喷嘴作脉动喷油，初始喷油的时间较长，依水温的上升逐渐缩短喷油时间。

电脑还控制着辅助进气道开启的程度，让空燃比从浓逐渐靠近理论空燃比，当水温升到预定值后，电脑转人正常的工作程序。

3、加速控制：

依节气门开度传感器给出的信号电脑确定出与转速、负荷对应的加浓空燃比，解算出加宽的喷油脉冲时间，提供了较强的功率输出。

当节气门位置锁定后，转入稳定运行的程序。

4、稳速控制：

电脑采集发动机的主工作参数节气门位置、发动机转速、进气流速（流量、岐气管气压），查对工作参数下的喷油脉宽进行温度修正，确定进气质量率，按理论空燃比换算出喷油持续时间，输出控制发动机作开环空燃比的控制。

当排气温度超过300℃后发动机按氧传感器信号作空燃比的闭环控制。

如果排气氧浓度低时，传感器的浓差电势甚高（≥1.0V），电脑控制在开环控制脉宽t长的基础上逐步减少t值，减少了喷油量，空燃比朝上限变化若干工作循环后，排气氧浓度增大，浓差电势减少至≤0.1V。

电脑在最低喷油脉宽的基础上每循环一次逐步加大t值，空燃比朝下限变化，喷油量适度加大，控制着发动机的空燃比在0.95～1.05之间往返波动，很窄的空燃比保证了发动机经济运行，若同期投人排气净化装置，污染的程度也最低。

5、减速控制：

节气门角开度突然减小电脑识别为减速之况，输出的喷油脉宽很小甚至关断，或者让喷油次数减半，减少了该工况下燃油的浪费。

6、怠速工况控制：

若节气门位置为全闭位置，点火钥匙尚未关断电脑视为怠速控制，此时进气量和喷油量很小，发动机的转速迅速下降，若发动机的附件产生的负荷不能平衡，很容易造成熄火停机。

此时电脑当转速低于怠速转速时，让辅助气道开启，进气量上升、喷油量加大，发动机转速自动上升超过预定值后，让辅助进气道关闭，进气量减少，喷油量减少，发动机转速下降，维持发动机的功率与小负荷基本平衡，在一个较低的转速水平波动，使怠速稳定而不致熄火。

7、备用供油控制：

在一些特殊情况下，PCM有可能不能正常工作或有时处于无法支配状态，这时要采用一种备用供油控制。

在这种方式下PCM以CAL-PAC方式运行。

CAL-PAC是PCM内的一个芯片，可以使PCM只通过RPM（转速）TP（节气门位置）和ECT（发动机冷却液温度）等几个参数值改变燃油及正时的计算值，以达到可以暂时操作的目的。

备用供油模式的启动条件是：

（1）PCM电压低于9V。

（2）启动电压低于9V。

（3）PROM丢失或不工作。

（4）PCM电路不能发送计算机工作脉冲。

第3章上海别克电子燃油喷射技术

3.12004年后电子燃油喷射技术

汽油发动机要达到良好的动力性、燃油经济性和排放性能。

首先必须控制合适的汽油与空气的混合比例，以满足怠速、中低速、中小负荷、高速大负荷等工况时对混合气浓度的要求。

2004年后电子燃油喷射有缸内直喷分层燃烧、可变配气正时、可变气门配气相位和气门升程、连续可变气门正时、二次喷射、二次进气、超稀薄燃烧等。

本田轿车ACCORD（雅阁）、CIVIC（思域）车型发动机装有可变气门正时和气门提升电子控制（VTEC）系统。

发动机低速运转时，主进气门以正常的开度开启，而辅助进气门则只是稍微开启，由于主进气门和辅助进气门的开度不同，使燃烧室内产生涡流，从而提高了燃烧效率，降低了发动机油耗。

当发动机高速运转时，主进气摇臂与辅助进气摇臂、中间摇臂连接为一体，由于主、辅进气门的开度增大，提高了发动机的输出功率。

使发动机在低速时具有较高的燃烧效率和较低的燃油消耗，而在高速时则可以充分发挥其强劲的动力，因而大大地改善了汽车的动力性和经济性。

丰田VVT-i系统是指（智能可变气门正时系统）。

VVT-i系统是丰田独有的领先发动机技术。

该系统的最大特点是可根据发动机的工况控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角，对配气相位进行优化，通过改变进气门开启的时刻，来调节气门正时。

在发动机中低速运转时缩小“气门叠开阶段”时间，高速运转时扩大“气门叠开阶段”时间，使发动机在中低转速时产生足够的扭力，在高转速时又能提供强大的动力，从而改善了发动机的工作性能。

大众BoraA4车的发动机，进气管截面积可变技术。

可随负载变化调节进气路程长短，来提高低速区的扭矩和高速区时保持最大功率。

当发动机转速低于4000r/min时，可变进气歧管活动阀门关闭，空气通过较长的轨迹进入气缸，管内进气流具有较大的惯性起到惯性增压的作用，可获得较大的扭矩；当发动机转速超过4000r/min时，ECU根据负荷、温度等信号给电磁阀接地，使电磁阀打开，此时进气管内的低压空气进入到真空膜盒的右侧，而真空膜盒的左侧与大气相通，因此形成压力差p（p=P0-Pu），使膜片向右移动，保证足够从而通过连杆带动活门转动，此时空气通过较短的轨迹流入气缸内可降低延程阻力，使发动机高速时获得较大的功率。

通过涡轮增压系统对吸入的空气进行压缩，增大气体密度，从而，增加每个进气冲程进入燃烧室的空气量，增加循环供油量，提高升功率和升扭矩，达到提高燃烧效率、提高整机使用经济性。

采用二次空气系统，二次空气系统是降低尾气排放的机外净化装置之一。

它通过向废气中吹进额外的空气（二次空气），增加其中氧气的含量。

这样使废气中未燃烧的有害物质：

一氧化碳（CO）以及碳氢化合物（HC）在高温环境下再次燃烧。

在AUDI车上采用可变进气歧管来提高扭矩已经是一个传统的作法了。

与以前的结构相比，现在又有新的发展，即首次采用了三级可变式进气歧管，该管是用镁合金压铸而成的。

这种结构采用两个切换翻板就可实现三种不同的进气歧管长度（振荡管长度）。

在发动机不转时，这两个翻板都处于打开状态。

低速时，如果发动机在怠速运转，那么这两个真空单元就被相应的进气歧管转换电磁阀抽成真空了。

于是在怠速转速到切换转速之间时，这两个翻板都是关闭的。

在中等转速范围时，进气管转换电磁阀将大气压力引入到二级翻板真空单元内。

于是二级翻板打开，进气歧管长度就变短了。

在转速较高时，三级切换翻板也打开，吸入的空气经最短的路径进入燃烧室。

每个气缸有两个分开式的进气道涡旋道的形状是：

吸入的空气在该通道内要形成涡旋运动。

这样才能在每个气缸内形成强涡流。

充气道的形状是：

吸入的空气应直达气缸内。

这样才能保证在转速高时，气缸能快速充气。

排气通道汇成一个总通道，称叉形管通道。

3.22004年后别克电子燃油喷射技术

首先说一下别克SDI-VTEC系统基于双流道涡轮增压和直喷技术，采用了自然吸气与涡轮增压的动力组合在2009款别克英朗XT1.6T和别克新君越2.0T上运用，现在已被停产。

这里先介绍一下“稀混合气燃烧”及Ecotec发动机。

“稀混合气燃烧”是实现汽油机节油净化的有效途径。

通常，混合气越稀，节油净化效果越好。

稀燃方式主要有均质稀燃和分层稀燃两种。

均质稀燃方式，发动机着火性差。

发动机上应用较多的是分层稀燃方式，稀燃极限比均质稀燃方式高，但由于浓混合气区的存在而排放较多的NOx甚至因局部混合气过浓而出现冒烟现象。

“局部分层”，即在火花塞周围实施小范围局部加浓，既可保证火花塞稳定点火，又不至于造成过多NOx生成和冒烟现象的发生。

在四气门汽油机上,采用气道内喷油和缸内直喷混合气的方法，组织混合气局部分层，使稀燃极限扩大了4个空燃比单位，有效降低了CO、HC和NOx的排放浓度。

缸内直喷式汽油机中均质燃烧和层状燃烧是很重要的内容。

按照发动机的运转工况灵活地运用这两种燃烧方式可同时实现最大功率输出和最低油耗率。

均质燃烧即为普通燃烧方式，燃料和空气混合形成一定浓度的可燃混合气，整个燃烧室内混合气的空燃比是相同的，经火花塞点燃燃烧。

这种燃烧方式使燃料和空气充分混合，燃料完全燃烧，从而获得大的输出功率。

为使混合气更加均匀，需要横向的紊流和纵向旋转气流。

如三菱采用直立进气道产生反向旋转气流；丰田和日产除用立式进气道产生旋转气流外还采用紊流控制阀形成紊流。

均质燃烧的特点是喷油扩散角为圆锥形，燃料均匀地喷射到整个燃烧室。

而且由于气缸内空气的冷却作用，使充气效率提高，不易产生敲缸，可以增大压缩比，从而提高热效率。

层状燃烧与直喷式柴油机相似，燃料在燃烧室内形成浓度不同的混合气，并分层燃烧。

这种燃烧方式气缸内的空燃比达到30～50，实现了超稀薄燃烧。

因而达到了降低油耗的目的。

层状燃烧方式在低转速低负荷时，活塞从上止点开始一直到压缩行程接近终了时，向活塞顶面喷射燃料，使混合气分层。

为了产生适宜点燃的层状混合气，合理地设计活塞顶面形状和进气道，从而控制空气的流动。

如三菱、丰田和日产等公司利用反向旋转气流和涡流控制阀，形成层状混合气。

均质燃烧的目的是在高速行驶、加速时获得大功率；层状燃烧是为了在低转速、低负荷时节省燃油。

缸内直喷式汽油机按照运转工况合理地运用均质燃烧和层状燃烧，与普通的进气管喷射方式相比在不降低输出功率的基础上，提高了燃油经济性。

缸内直喷式汽油机，在10工况～15工况运行时约70%的工况是在层状燃烧方式下进行的。

第一代O-Ecotec独特的油耗和功率/扭矩特性，由于采用了双进、排气通道技术使油耗和排放达到最佳值。

第二代O-Ecotec改进燃烧系统，降低机械损失的方法降低油耗。

采用Ecotec发动机有以下特点：

气缸充气时利用废气再循环（EGR）技术进行充气稀释；可变气门正时（VVT）；均质或分层充气直喷式汽油机；减小发动机的尺寸及充其量。

SIDI是SparkIgnitionDirectInjection的缩写，直译为火花点燃直接喷射技术。

通用汽车的SIDI发动机是一种采用智能缸内直接喷射技术的汽油发动机，该系列发动机还具有D-VVT电子可变双气门正时技术和ECM发动机管理模块，可以实现燃油分层燃烧和均质燃烧双模式。

SIDI发动机将多点喷射供油系统替换成可变气门缸内直喷系统，也就是说将喷油嘴植入汽缸内部，通过高压将燃油雾化喷入汽缸内，并混合空气进行点燃，从而实现缸内稀薄燃烧，提升发动机的效率。