汽油喷射系统概述.docx

1、汽油喷射系统概述汽油喷射系统概述 目前，在许多汽车发动机上都装用了电子控制汽油喷射系统。它以一个电子控制装置（又称电脑或ECU）为控制中心，利用安装在发动机不同部位的传感器，测得发动机的各种参数，按照预先设置的程序，精确地计量进入气缸的空气量，通过控制喷油器精确地控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，以求得最佳的动力性、经济性与排放性，提高汽车的使用性能。第一节汽油喷射概论 随着电子装置在汽车上应用越来越广泛，电子控制汽油喷射系统的优点已日渐明显，并且随着时间的推移，采用电子控制汽油喷射系统的汽车将取代化油器式汽车。 一、化油器供油系统和汽油喷射 （）影响汽油机性能的主要因

2、素 1压缩比对发动机性能的影响 汽油机是按奥托循环即等容循环工作的，等容理论循环的热效率公式为： (1-1)式中：压缩比； k气体的比热。 随着压缩比的提高，循环热效率增大。一般压缩比在10以下时，增大一个压缩比单位，热效率大致可提高2。 发动机压缩比提高的同时还可使功率略有增加，并使混合气成分的可用X围加宽。其缺点是发动机要求使用辛烷值高的汽油，否则易产生爆震。因而发动机的压缩比不能无限提高。 2空燃比对发动机性能的影响1kg汽油完全燃烧所需要的空气量约为 14.7 kg，此为理论空气量。在汽车的实际运行中，发动机要在各种工况下燃烧，实际燃烧的空气量不一定是理论空气量，它与发动机的结构和使用

3、工况密切相关。实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数。1的混合气称为稀混合气，1的混合气称为浓混合气。混合气成分对燃烧过程和发动机的性能都有重大影响。图1-1为火焰温度Tf、输出功率Ne与燃油消耗率ge随空燃比的变化曲线。图1-1 火焰温度、输出功率与燃油消耗率随空燃比变化曲线在实际空气量为 12.5 kg13.0kg时，火焰传播速度最高，此时的混合气称为功率混合气，所发出的功率较大，主要满足动力要求。在实际空气量为16.0 kg时，火焰传播速度稍低，但此时油耗较低，称为经济空燃比，主要满足经济性的要求。由于混合气成分不同，燃烧速度产生明显差异，结果排气成分的含量就不同。如图1-2所示，

4、当供给浓混合气时，空气不足，燃烧不充分， NOx排放少，CO、HC排放增多。供给稍稀的混合气时，燃烧较好，CO、HC排放减少，但高温时NOx增大很多。若混合气特别稀时，HC反而增多。图1-2 排气有害成分随空燃比的变化3点火正时对发动机性能的影响发动机燃烧时，燃烧最高压力点出现在上止点后1014曲轴转角时，则发动机的平均有效压力和热效率都得到增高，而点火时间影响着燃烧最高压力点，因此点火正时对发动机的性能有很大影响。发动机正常燃烧时都需要有点火提前角。发动机工况不同，点火提前角就不同。每一种工况都有一个最佳点火提前角。最佳点火提前角与发动机很多因素有关，其中最主要的是转速和进气管压力。如果点火

5、过迟，大部分混合气的燃烧延迟至膨胀过程进行，燃烧最高压力与温度都降低，对发动机作功与效率都不利。如果点火过早，就会有相当部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞所消耗的压缩功增大，对发动机作功不利，而且此时爆震倾向增大。最佳点火提前角是变化的。发动机转速增加，诱导期所占曲轴转角增大，为保持最大功率，应加大提前角。发动机负荷降低，节气门开度减小，进气管内压力下降，充气量减小，残余废气对新鲜气体稀释加大，混合气燃烧慢，也需加大提前角。实际发动机都安装有随转速或负荷改变来调节点火提前角的调节装置。(二) 汽油机混合气形成高速汽油机的混合气形成只允许在极短的时间（约0.01s0.015s）内完成。混合气形成方

6、式有两种，化油器式和汽油喷射式。混合气形成装置必须满足以下要求；1）供人气缸内的燃油与空气的混合气的量与质能够定性和定量调节，以实现发动机的工况匹配，获得发动机的最佳运行工况。2）在所有使用条件下，保证燃油在空气流中分布均匀，从而有可能实现供人各缸的混合气成分一致，实现各缸的混合气数量分配均匀。3）在寒冷气候、低温条件下能可靠地起动，在低怠速下运行稳定。4）能够根据发动机技术状况与使用条件来改变调节。5）在发动机长期使用过程中，供给系统的既定调节应保持不变。对汽车发动机混合气要求；燃油供给装置向进气管提供一定比例的燃油与空气混合气，且混合气的量与质都必须适应汽车发动机各种不同运行工况的要求。混

7、合气配剂的微小误差，就可以引起发动机动力性与经济性不良，排放增加。1）稳定工况要求的混合气。怠速工况要求极浓的混合气，小负荷要求稍浓的混合气，中负荷要求稀的混合气，大负荷要求稍浓的混合气，全负荷工况要求极浓的混合气。2）过渡工况要求的混合气。过渡工况的负荷和转速随时间在不断变化。例如，冷起动要求很浓的混合气，暖车时要求加浓逐渐减少的混合气，加速时要求加浓的混合气。(三)化油器供油系统和汽油喷射系统汽油机燃料供给系统的任务是根据发动机各种工况的要求，将所需空燃比混合气供给气缸。通常采用两种燃油供给系统；一为化油器系统，另一为电子燃油喷射系统。这两种装置均依据节气门开启的角度与发动机转速计量进气量

8、，然后根据进气量供给适当空燃比的混合气进入气缸。化油器的结构比较简单，如图1-3所示。化油器供油是利用空气流动时在喉管处产生负压，把汽油吸到喉管中，再随气流流向各缸进气歧管的。图1-3 化油器供油系统与汽油喷射系统的比较1-化油器；2-喉管；3-进气气流；4-节气门；5-气缸体；6-喷油器 汽油喷射发动机装有电子控制装置，它根据所检测到的空气流量计算出基本喷油量，然后依据各类信息传感器的信号对基本喷油量进行修正，计算出最佳喷油时间，最后由电脑向喷油器发出喷油信号，喷油器向进气歧管中喷入雾状汽油。如果空气流量大，喷油器喷油时间就长；反之，喷油器的喷油时间则短。这样一来，经过电脑的判断、计算，使发

9、动机在不同工况下均能获得合适的空燃比。二、为什么要采用电子控制汽油喷射发动机1）采用电子控制汽油喷射发动机，可以提高发动机的充气效率，使各气缸混合气分配比较均匀，精确控制各个气缸混合气与工况的匹配。可以按气缸内的不同位置实现燃料的分层燃烧。例如在火花塞附近用浓混合气以保证点火，末端混合气处用稀混合气可防止爆震，从而使发动机功率提高，油耗降低。2）排气污染降低，而且电喷发动机的成本比要达到同样排污标准的化油器式发动机低得多。3）适合全车电子控制化的要求。例如采用电子控制点火、电子控制变速器、电子控制制动防抱死系统（ABS）等。4）发动机故障率，尤其是供油系和点火系的故障率大大降低。因为其中最关键

10、的部件电子控制系统（ECU）10万 km行驶里程的故障率仅为1。三、电子控制汽油喷射发动机的优点、现状与发展1电子控制汽油喷射发动机的优点1）电喷发动机比化油器式发动机节油810。2）电喷发动机比化油器式发动机有效功率提高1015。3）汽车加速性能好。4）汽车起动性能好。5）怠速转动平稳。6）电喷发动机比化油器式发动机排放低得多。CO含量化油器式一般为3，汽油喷射式可达0.5%。2. 电子控制汽油喷射发动机的现状与发展电子控制汽油喷射发动机自1912年开始研究，于1937年装在飞机上，1952年开始德国BENZ公司应用与汽车上,此后逐渐开始在汽车上应用。电子控制汽油喷射发动机再发达国家的装车率

11、见表1-1。 表1-1装 国别车年代 率美国德国日本1998年58501990年9085651992年1009580到1994年底，美、日、德等国排量2L以上发动机的轿车几乎全部采用电子控制汽油喷射发动机。四、电子控制汽油喷射系统的控制功能1. 电子控制燃油喷射发动机各种运行工况的最佳喷油持续时间存放在ECU的存储器中。ECU根据空气流量计或绝对压力传感器、转速传感器、进气温度传感器、冷却水温度传感器等提供的信号，计算出最佳喷油时间。在大多数发动机中，喷油定时是不便的，有些发动机中喷油定时随发动机的工况不同而改变。2. 电子点火提前ESA发动机各种运行工况下的最佳点火定时的数据也存在ECU的存

12、储器中。ECU根据来自各种传感器（同EFI）的信号控制点火正时，使点火时刻保持在最佳。3.怠速控制ISCECU根据发动机怠速运行工况的要求控制发动机转速，在ECU的存储器内存贮了不同怠速的控制目标值，ECU根据发动机转速、冷却水温度、空调开关、动力转向等信号控制怠速，使怠速转速接近目标值。4诊断功能ECU不断地检测传感器的输入信号，若ECU检测到输入信号中任何一个信号出现不正常现象，ECU即将不正常现象用数据形式存入存储器。需要时，可通过数据或故障灯显示。5安全保险功能如果ECU输入的信号不正常，ECU将按照内存中存储的固定喷油持续时间和固定点火提前角控制发动机，使发动机能够继续维持简单的工作

13、。6发动机其他辅助控制装置再一些发动机中，还装有进气旋流控制、EGR控制、增压器压力控制与其他辅助控制装置。第二节 汽油直接喷射系统分类一、燃油直接喷射分类按目前车用喷射形式，为便于区别可以分为两大类；(一) 机械控制式燃油喷射系统其基本特点就是燃油和空气的配剂是通过机械方式达到的，根据检测到的空气量信号，决定发动机燃烧时所需的燃油量，然后将一定压力的汽油通过喷油器喷入进气歧管。1机械式汽油喷射系统（K型）该系统是一种机械液力控制的喷油系统。这种机械喷射的汽油供给是连续的，只要油管内的油压大于喷油器针阀的弹簧压力，喷油器即连续供油。燃油的供应量与点火顺序无关，只取决于发动机吸入的空气量。奥迪（

14、AUDI）100 2.2E即采用此方式。2机电混合控制的汽油喷射系统（KE型）该系统与机械式喷射系统一样都属干机械控制的喷射系统，只是在系统中增设一个电控单元和若干传感器。这些传感器将表示发动机运行工况的各个信号传给电控单元，提高系统的灵活性，扩大功能X围。现在主要用于奔驰（MercedesBenz）380SEC、500SL等高级轿车上。(二) 电子控制式燃油喷射系统其基本特点就是燃油和空气的配剂是由电控单元（ECU）来控制的，电控单元根据检测到的空气量信号，指令喷油器将一定量的燃油喷入进气歧管。1压力感应式电控多点汽油喷射系统（D型）该系统采用进气管压力作为控制基本喷油量的主要因素，利用各种

15、传感器感应采集的信号送入一个电控单元（ECU）中，根据发动机的各种工况实际需要来控制喷油量，目前切诺基上装有此系统。2流量感应式电控多点汽油喷射系统该系统以吸入空气流量作为控制喷油量的主要因素。利用各种传感器感应采集的信号送入一个电控单元（ECU）中、根据发动机的各种工况实际需要来控制喷油量。根据控制基本喷油量传感器的不同，又可分为以下几类：l）流量式电控汽油喷射系统（L型）此种形式的喷射系统用叶板直接计量空气的流量，以空气流量和转速作为控制基本喷油量的主要因素，丰田子弹头发动机上就装有这种系统。2）热线式电控汽油喷射系统（LH型）铂丝热线电阻置于空气流量计中，空气流过将对热线电阻进行冷却，为

16、保持其温度必须加大电流，以这种方式来计量空气流量。3）热膜式电控汽油喷射系统（LH型）此种形式不采用价格昂贵的铂丝，而是将热线、补偿电阻、精密电阻等镀在一块陶磁片上，称为热膜式，热膜内的电阻丝起测量作用，空气流量计两侧有蜂窝状金属网，这样使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，提高了其使用寿命。4）卡门旋涡式电控汽油喷射系统在气流通道中放置一柱体，当气体通过时，在柱体后方产生许多旋涡，被称为卡门旋涡，涡流的大小与流速和流量成正比。该区处装有超声波或光电发生器，其计量信号变为电压值传给控制单元，以控制喷油量的大小。凌志IUZFE型发动机即采用此种系统。5）压力感应式（或流量感应式）电控单点喷射

17、该系统不像多点式汽油喷射系统那样，在各个气缸进气管处设有喷油器实现各缸分别供油，而是仅在进气管的节气门前方设置一个喷油器，对各缸实行集中喷油。其结构布置与电控化油器很相似，特点是在多缸发动机上只用一个或两个电磁喷油器安装在节气门上方，在进气管处将燃油直接喷入进气气流中，所以该系统又称节气门体汽油喷射系统。典型单点汽油喷射系统有美国通用公司（GM）的TBI（Throttle Body Injection）节气门体系统和福特公司（Ford）的CFI（Central Fuel Injection）中央喷射系统和三菱公司（Mitsubishi）的（ECIElectronic Controlled In

18、jection）电控喷射系统。二、喷射部位与方式按喷射部位可分为单点喷射和多点喷射，按喷射方式可分为脉冲喷射和连续喷射。1多点喷射如图1-4所示，若是四缸机则安装四个喷油器，直接由喷油器将燃油喷入各缸气道的进气门前方。目前K、KE、D、L、LH型多采用多点喷射，喷油脉宽大致是14 ms 。图1-4多点喷射方式2单点喷射如图1-5所示，即所谓的节气门体汽油喷射系统，喷油器安装在节气门前的图1-5 单点喷射方式区段中，燃油喷入后虽空气流进入进器歧管内。此种形式喷油脉宽大约是7ms。3脉冲喷射（定时喷射）每一缸的喷射部位都有一限定的喷射持续期。喷射是在进气过程中的一段时间内进行的，喷射持续时间就是所

19、控制的喷油量。对于所有缸内喷射和多数进气道内喷射都采用脉冲喷射方式。目前 D、L、LH、TBI系统均采用定时喷射。4连续喷射（稳定喷射）燃料喷射是连续的，只要有压力就喷射，没有喷射正时，燃料喷射时间占有全循环，连续喷射都是喷在进气道内，而且大部分燃油是在进气门关闭时喷射的，因此大部分燃油是在进气道内蒸发的。三、汽油喷射系统的油压下面说明各种系统的油压。1机械式汽油喷射系统（K型）该系统一般由三种油压：第一是系统油压p系统0.5MPa；第二是喷射油压p喷射0.35MPa；第三是控制油压p控制0.05MPa0.37MPa。此种油压系统油压最高，因而对管路和系统机件要求较高，修复时较难。2电控多点汽

20、油喷射系统（D、L、LH型）该系统一般只有一种油压：p=0.2MPa0.3MPa。3.电控单点汽油喷射(TBI)系统 该系统一般只有一种油压：p油=0.1Mpa0.2Mpa此种系统的油压最低，对管路机件要求较低，因而较易修复。四、汽油喷射系统的喷油正时化油器供油的发动机何时供油由化油器决定，而汽油喷射系统何时供油由电脑决定。那其中各缸是如何供油的呢？根据各缸喷油时间早迟，可将喷射分为同时喷射、分组喷射顺序喷射、压力喷射。1同时喷射图l-6示出同时喷射的喷射正时、进气与点火时刻。图1-7示出同时喷射的图1-6 同时喷射的喷射正时接线情况。四缸发动机的四个喷油器，都有一根电源线和一根地线。四个缸同

21、时喷射，一缸所需的喷油量分两次喷射，一缸供油量的一半直接进入气缸，一半供油量贮存360；三缸供油量的一半贮存180，一半贮存540；二、四缸供油情况同三、一缸。其点火时刻都在压缩上止点后。假设汽油机转速为 5000rmin，那么转一圈所经历的时间是0.012s，也就是油贮存大约0. 012s。图1-7 同时喷射的接线2分组喷射图1-8示出分组喷射的喷射正时、过气与点火时刻，将各个气缸分为两组，一组两个气缸，所需燃油一次喷完。一缸所需燃油直接进入气缸，三缸燃油贮存180。四个缸每转一周喷两个缸，转两周正好喷完四缸。其喷油器接线情况如图1-9。图1-8 分组喷射的喷射正时、进气与点火时刻图1-9

22、分组喷射的接线分组喷射喷油器的控制导线有三根，两组气缸分别控制，比同步喷射控制复杂一些。3顺序喷射 图1-10示出顺序喷射喷射正时、进气与点火时刻，顺序喷射各个气缸喷射时间都不同，喷油器开始时刻是按照点火顺序依次开始的，其喷油量一次喷完，气门打开进入气缸。其喷油器接线情况如图1-11。顺序喷射的喷油器各有一条控制线，因而其控制系统最复杂。图1-10 顺序喷射的喷射正时图1-11 顺序喷射的接线4单点喷射 图1-12示出单点喷射的喷射正时、进气与点火时刻。单点喷射只有一个喷图1-12 单点喷射的喷射正时、进气与点火时刻油器，安装在节气门前方。每个气缸进气门开启前它都要喷一次油，因而是顺序喷射。其

23、电控脉冲如图1-13所示。图1-13 单点喷射的喷射脉冲控制这种喷射系统貌似化油器，但它主要是在节气门体上装有电磁喷有器。其控制电路较简单，但控制程序比较复杂。5压力喷射只要有压力，喷油器就喷射。压力不够，停止喷射。这种喷射无喷射正时，喷油是连续的，一般占有发动机工作的全循环。第三节 汽油直接喷射系统的一般维修工艺一、维修电喷系统注意事项1）在安装蓄电池时，应注意正负极不可接反。2）在拆卸电喷系统各电线接头时，首先要关掉点火开关，并拆下搭铁线。如果仅检查电子控制系统，那么仅关闭点火开关即可。但若要拆下搭铁线，ECU所贮存的所有诊断代码都会被清除。因此，如果有必要，应在拆下搭铁线之前，读取诊断代

24、码。带安全气囊的汽车，应在拆下搭铁线120s或更长一段时间后，才能开始诊断工作。3）拆装时，注意零部件不要弄混。要严防火星。4）注意ECU不能承受下列情况：高于70的温度环境；磁场作用；震动；焊接；水；通讯设备干扰；人体静电作用。5）充电时，要拆下蓄电池导线，不允许在车上充电。6）起动时应注意：不能抱起动；要按程序起动。a.关车门；b.踏离合器；c.打开点火开关；d.节气门不能全开。注意：蜂鸣器鸣叫时不能起动；汽车过水后不准起动。7）检测时，不能像检测货车那样用试灯检测，可以用发光二极管串联一个电阻，或者用高阻抗的伏特表。8）拆卸油管时，先卸压再修车。9）没有正确、全面的维修资料时，不要去检修

25、车辆。二、维修进气系统注意事项ECU主要是根据流量计测得的空气流量来控制喷油量，因此进气系统密封不良对电喷系统的影响，要比化油器式发动机的影响更大。应注意：l）机油量尺、机油加油口盖、乙烯塑料软管等的脱落会引起发动机失调。2）当空气流量计与气缸盖之间的进气系统零件脱开松动或裂开时，均会导致发动机失调。三、维修电子控制系统注意事项1）因为有复杂的电子线路，所以检查和排除故障不可大意。不懂就不要乱动，否则可能要出新的故障。因为有大量的晶体管电路，所以有时轻轻接触一下端子，也可能人为地制造了故障。2）不要打开ECU。因为ECU坏了多数也修不了（专修人员除外）；而若是好的，打开盖子有可能损坏它。3）雨

26、天检修与清洗发动机时，注意电子线路不可溅到水。4）拆出导线连接器时，要松开锁紧弹簧或按下锁扣。在装连接器时，应按到底并锁止。四、维修燃油系统注意事项1）拆卸油管时，为防止大量汽油漏出，可以拔下电动油泵导线插头，再起动发动机，直至发动机自然停机，再松开油管接头。或将一油盆放在油管接头下面，并用毛巾导引。2）当将连接螺母或接头螺栓与高压油管接头连接时，应注意操作顺序，并按规定力矩拧紧。3）拆装喷油器时注意：切勿重复使用O型圈。在把一只O型圈放到喷油器上时，小心一定不要损坏它。安装前，用汽油清洗O型圈。切勿使用机油、齿轮油或制动油。4）确认燃油系统维修后无漏油。在发动机停机情况下，将点火开关旋至ON

27、。给油泵接上火线，使燃油泵工作。当夹住回油软管时，高压油管内的燃油压力会升高。在此状态下，检查和观察燃油系统是否有任何部位漏油（注意只能夹住软管，不可弯曲软管，否则会使软管裂开）。第四节 微机控制基础电子控制单元能贮存复杂的点火角度与混合气成分特性脉谱图，在发动机运行过程中，能处理各种复杂的信号，并能进行控制决策与输出控制信号，包括构成电磁喷油器与点火角度的控制脉冲。对于汽车发动机，由于其工作状态的快速多变性，为达到预期的控制效果，还要求控制系统具有很高的响应速度。一、电子控制单元的组成和工作原理1功能ECU是一种电子综合控制装置，它所具备的基本功能如下：l）接受传感器或其他装置输入的信息：给

28、传感器提供参考（基准）电压：2V、5V、9V、12V，或将输入信息转变为微机所能接受的信号。2）存储、计算、分析处理信息：计算输出值，存储该车型的特点参数，存储运算中的数据，存储故障信息。3）运算分析：根据信息参数求出执行命令数值，将输出信息与标准值对比，查出故障。4）输出执行命令：把弱信号变为强信号的执行命令，输出故障信息。5）多种控制功能：发动机控制系统中ECU不仅用来控制燃油喷射系统，同时还具有点火提前角控制、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功能。2工作原理电控单元包括硬件与软件。一般说来，硬件处理的速度快，而软件处理速度慢。控制单元的硬件

29、组成有专用控制微机、电路与输入输出接口。主要是集成电路、电子元件与印刷电路板。Motronic系统有四块CMOS型大规模集成电路芯片，即微处理机CPU、程序与数据储存器ROM、随机储存器RAM与输入输出电路等。有的车型印刷电路的上板面是数字线路部分，下板面是喷射系统、点火系统以与燃油泵的功率输出级（驱动级）。喷射、点火和输出级的各个元件安装在导热较好的各冷却点上。一个多极插头把控制单元与蓄电池、各种传感器、调节元件等联系起来。控制单元的微处理机作为中央处理单元，实际上是一个计算中心，处理来自发动机上各传感器的输入信号，随之计算出喷射时间作为喷油量的计量，以与计算出闭合角与点火提前角。此外，控制

30、单元的控制调节功能还可以扩大到混合比闭环调节，保持排放性能以与怠速调节等方面。3微机的组成图l-14上列出电控喷射系统的组成方框图与工作原理。在原则上，所有图1-14 微机控制系统方图带微处理机的控制系统都可以适用，其区别只在所用的传感器与集成电路中的储存参数，所用的程序以与要处理的数据的不同。为控制系统设计的专用控制微机有一个CPU中央处理器，使用时钟频率供应基本节拍。配有随机存储器RAM和只读存储器ROM，以与通用的输入输出I/O接口。1）中央处理器CPU中央处理器是整个控制系统的核心。它通过接口可向系统各个部分发出指令，同时又可对系统需要的各个参数进行检测、数据处理、控制运算与逻辑判断。

31、中央处理器有：算术逻辑运算器ALU。主要用来对输入的数据进行加减乘除等算术运算以与与、或、非等逻辑运算。累加器AKKU。用于存放算术和逻辑运算的结果，也就是存放来自ALU的瞬时中间运算结果。控制器。用于安置工作的流程与工作步骤的节拍，索取指令与进行译码，调用所需数据与控制输入输出等，即用它来选择适当的时间、适当的数据，进行适当的运算。2）常量存储器ROMROM是只能读出的存储器。当关断电源时，ROM中的储存信息不会消失；通电以后又可以立即使用。因此，常用ROM来存放永久性的程序和不变的常数。前面说到的ROM空间，在汽油喷射系统的发动机中用来储存一系列控制程序软件以与点火脉谱和喷油脉谱的特性曲线与特性数据等预定的控制参数。这些数据在制造控制单元时就已经固化在ROM内的集成电路中，是不会丢失的储存。存储器所存储的信息都是二