电控汽油喷射系统结构之燃油系统.doc

三 燃油系统在EFI系统中电动汽油泵将汽油从油箱泵出，经过燃油滤清器后再经压力调节器调压，将压力调整到比进气管压力高出约250kPa的压力，然后经输油管配送给各个喷油器和冷起动喷油器，喷油器根据ECU发来的喷射信号，把适量汽油喷射到进气歧管中。当油路压力超过规定值时，压力调节器工作，多余的汽油返回油箱，从而保证送给喷油器的燃油压力不变。当冷却水温度低时，冷起动喷油器工作，将燃油喷入进气总管，以改善发动机低温时起动性能。燃油系统的框图及系统构成图如图1-31所示，它主要由汽油箱、电动汽油泵、燃油压力调节器、汽油滤清器、喷油器、冷起动喷油器和温度时间开关等构成。图1-31 燃油系统框图及构成a）框图 b）MPI燃油系统构成 c）SPI燃油系统构成1-汽油箱 2-电动汽油泵 3-燃油滤清器 4-喷油总管 5-喷油器 6-冷起动喷油器 7-接进气歧管 8-燃油压力调节器 9-回油管 10-各缸进气歧管 11-吸入空气（一）燃油滤清器燃油滤清器把含在汽油中的氧化铁、粉尘等固体夹杂物质除去，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，确保发动机稳定运转，提高可靠性。由于燃油系统发生故障，会严重影响车辆的行驶性能，所以为使燃油系统部件保持正常工作状态，燃油滤清器起着重要作用。燃油滤清器要起到上述作用，应具有以下性能：1）过滤效率高；2）寿命长；3）压力损失小；4）耐压性能好 ；5）体积小、重量轻。燃油滤清器安装在电动汽油泵的出口一侧，滤清器内部经常受到200kPa300kPa的燃油压力，因此耐压强度要求在500kPa以上。油管也应使用旋入式金属管，其结构如图1-32a所示。滤芯元件一般采用菊花形和盘簧形结构。盘簧形具有单位体积过滤面积大的特点，如图1-32b所示。 图1-32 燃油滤清器 a)总体结构 b)滤心元件构造（二）电动汽油泵电动汽油泵从油箱吸入汽油，加压后通过喷油器供给发动机。电动汽油泵有两种安装方式：一种是在汽油箱外，安装在输送管路中的外装串联式；另一种是安装在油箱中的内装式。从结构形式分，电动汽油泵有滚柱式、旋涡式和次摆线式三种，其分类情况如下：EFI用电动汽油泵外装串联式滚柱式内装式滚柱式旋涡式次摆线目前电动汽油泵一般都安装在汽车的油箱内，如图1-33所示。油箱内安装的电动汽油泵安装管路简单，不容易产生气阻和漏油现象。图1-33 油箱内安装的电动汽油泵1-进油滤网 2-电动汽油泵 3-隔振橡胶 4-支架 5-汽油出油管 6-小油箱 7-油箱 8-回油管1、外装式串联电动汽油泵这种电动汽油泵安装在油箱外，它主要由油泵驱动电机和滚柱式油泵组成，设有保护燃油输送管路用的安全阀，保持余压用的单向阀，防止燃油脉动的阻尼稳压器，以及汽油吸入口和排出口，如图1-34所示。这种电动汽油泵可以安装在输送管中的任何位置。泵体部分是由油泵驱动电动驱动的转子（与泵套偏心安装）、转子外围的泵套、转子和泵套之间起密封作用的滚柱等构成。电动机转动时带动转子转动，在离心力作用下，滚柱贴着泵套内壁转动，由于转子和泵套偏心安装，使转子、滚柱和泵套三者所包容的容积发生周期性变化，使汽油从一侧的吸入口吸入，从另一侧的排出口排出。从吸入口吸入的汽油，由泵室排出后，在电动机壳体内经单向阀、阻尼稳压器送到排出口。通常使用的电动汽油泵，在外加电压为12V，排出压力为250kPa时，排出流量为100L/h，消耗电流在5A以下。泵的排出流量随电压而变化。图1-34 外装式串联电动汽油泵1-阻尼稳压器 2-单向阀 3-泵室 4-吸入口 5-安装阀 6-油泵驱动电动机 7-出口 8-膜片 9-转子 10-泵套 11-滚柱保护燃油输送管路用的安全阀的作用是防止在工作中，排出口下游因某些原因出现堵塞时，发生管路破损和燃料漏泄事故。泵工作时，当排出口出现堵塞，工作压力上升到400kPa时，安全阀打开，高压汽油同泵的吸入侧连通，汽油在泵和电动机内部循环，这样可以防止燃油压力的上升不高于设定燃油压力。保持残余压力用的单向阀是当发动机熄火、电动汽油泵刚刚停止压送燃油时，单向阀立即关闭，以保持泵和压力调节器之间的燃油具有一定压力，该压力称为残余压力。一般说来，如图1-35所示，汽油一遇高温就要产生蒸气。汽油蒸气会引起电动汽油泵及喷油器的工作性能下降，其结果会造成发动机在高温情况下不易起动。设置单向阀可以维持燃油输送管路内具有一定压力，以便在高温情况下发动机的起动变得容易。图1-35 燃油压力与蒸汽产生温度的关系由于滚柱式电动汽油泵的转子每转一转，排出的燃油就要产生与滚柱数目对应个数的压力脉动。阻尼稳压器是利用膜片和板簧的作用，吸收燃油压力的脉动，使燃油输送管路内的脉动压力传递减弱，以降低噪声。图1-36所示是安装阻尼稳压器的前后情况对比，不装稳压器时，电动汽油泵出口处的压力脉动约为15kPa，安装稳压器后，压力脉动可以降低到2kPa以下。图1-36 安装稳压器的效果a)无稳压器时 b)有稳压器时2、内装式电动汽油泵内装式电动汽油泵因其安装在油箱内，所以噪音小，同串联式电动汽油泵相比，它不易产生气阻和燃油漏泄。内装式电动汽油泵虽然自吸性能差，但工作性能良好，因此除上述滚柱式泵之外，旋涡式泵也采用这种安装方式。旋涡式电动汽油泵的结构如图1-37a所示，它由电动机旋涡泵、单向阀、安装阀等组成。由于旋涡式泵排出的燃油压力脉动小，故不需要安装阻尼稳压器。图1-37 内装式电动汽油泵及旋涡式电动汽油泵的工作原理a）内装式电动汽油泵 b）旋涡式电动汽油泵的工作原理1-单向阀 2-安全阀 3-电刷 4-电枢 5-磁极 6-叶轮 7-滤网 8-泵盖 9-泵壳 10-叶片沟槽 11-涡轮旋涡泵的结构和工作原理如图1-37b所示，旋涡式电动汽油泵由电动机驱动，驱动力矩传递到涡轮上，位于涡轮外围的叶片沟槽前后因液体的摩擦作用产生压力差，由于很多叶片沟槽产生的压力差循环往复而使燃油升压。升压后的燃油，通过电动内部经单向阀从排出口排出。旋涡式泵结构简单，燃油压力升高完全是由液体分子间动量转换实现的，因而效率不是很高。但此种泵压力波动小，已能达到普通滚柱泵带稳压器的水平，因而可取消阻尼稳压器，从而使泵的结构尺寸大为缩小，能够直接装入油箱。内装式油泵也可使用侧槽泵，它的工作原理和旋涡泵相似，但在叶轮形状、叶片数目和流通形状方面与旋涡泵有区别。3、电动汽油泵控制电路电动汽油泵的控制包括油泵开关控制和油泵转速控制。在EFI系统中，只有发动机运转时，油泵才工作，即使点火开关接通，发动机没有转动，电动汽油泵也不工作。D型 和L型EFI系统油泵开关控制有所不同，D型EFI系统是由ECU根据发动机的转速信号控制油泵开关；而L型EFI系统，油泵是由装在空气流量计中的油泵开关控制，当发动机转动时，空气经空气流量计吸入，空气流量计的叶片转动，使油泵开关接通。图1-38a所示是采用内部装有电动汽油泵开关触点的空气流量计时、电动汽油泵电源供给电路图。图1-38 电动汽油泵控制电路（一）a)采用内藏泵触点空气流量计时的电动汽油泵控制电路 b）采用ECU控制方式时的电动汽油泵控制电路1-蓄电池 2-点火线圈开关 3-主继电器 4-断路继电器 5-空气流量计 6-电动汽油泵 7-输入回路 8-后备集成电路 9-分电器发动机起动时，点火开关的起动装置端（ST）接通，继电器内的线圈W2通电，触点闭合，电源向电动汽油泵供电。发动机起动后，吸入的空气使空气流量计的叶片转动，空气流量计内的油泵开关接通，继电器内的线圈W1通电，这时，即使起动装置的端子断开，触点仍呈接通状态。当发动机由于某种原因停止工作时，空气流量计内的电动汽油泵开关断开，线圈W1断电，触点断开，于是电动汽油泵停止工作，燃油停止压送。当采用卡门旋涡式或热线式空气流量计，或者采用速度密度方式时，都是用如图1-38b所示的ECU的晶体管来控制电动汽油泵的供电情况。这时采用输入ECU的发动机转动信号来检测发动机的运转状态。若断开该晶体管，即可停止向电动汽油泵供电。电动汽油泵转速控制是指发动机在高速、大负荷时电动汽油泵转速高，以增加供油量。发动机在低速、中小负荷时需降低油泵转速，以减少油泵的磨损及不必要的电能消耗。控制电路如图1-39所示，ECU根据发动机转速和负荷控制油泵继电器工作，当发动机转速低、中小负荷时触点B闭合，油泵电路中串入电阻器5使泵转速降低；当大负荷高转速时，ECU发出信号切断油泵控制继电器，A点闭合，使油泵转速升高。图1-39 电动汽油泵控制电路（二）a）油泵的转速控制电路示意图 b）具有自保护功能的电动汽油泵控制电路1-点火开关 2-主继电器 3-断路继电器 4-电动汽油泵控制继电器 5-电阻器 6-油泵开关 7-电动汽油泵 8-蓄电池 9-机油压力开关 10-发电机开关 11-油泵继电器图1-39b所示为带有自动保护功能的电动汽油泵控制电路，该电路能在点火开关处于“断开”位时，发动机的机油压力为零或发电机不转动时，电动汽油泵不工作，从而防止汽油喷出而引起火灾。其控制电路的工作过程是：当把点火开关置于“起动”位置（图中的“S”位）时，电动汽油泵继电器工作（此时开关处于“II”位置），接通电动汽油泵电路，电动汽油泵开始泵油，直至发动机被起动为止。当起动发动机后点火开关位于“开”的位置，此时发电机也正常发电，机油压力开关也处于接通状态。油泵继电器工作（开关处于“I”位），由于油泵继电器工作仍将电动汽油泵电路接通，故此时电动汽油泵正常工作。假如此时由于某种原因发电机停转或机油压力为零，油泵继电器停止工作，开关由“I”位跳到“II”位置，切断电动汽油泵继电器的电路，从而切断电动汽油泵电路，使电动汽油泵停止泵油。（三）燃油压力调节器燃油压力调节器的作用是控制喷油器的喷油压力保持为255kPa的恒定值，使发动机在各种负荷和转速下，精确地进行喷油控制。发动机所要求的燃油喷射量，是根据ECU加给喷油器的喷油信号持续时间长短来控制的，如果不控制燃油压力，即使加给喷油器的喷油脉冲信号时间相同，当燃油压力高时，燃油喷射量会增加，当燃油压力低时，燃油喷射量会减少。因此，必须保证喷油器的压力是恒定的（压差恒定）。喷油器喷射燃油的位置是进气道或者气缸盖，如果使燃油压力相对大气压力是一定的，但由于进气歧管内的真空度是变化的，那么即使喷油信号的持续时间和喷油器压力保持不变，而当进气管绝对压力低（真空度高）时，燃油喷射量便增加，进气管绝对压力高（真空度低）时，燃油喷射量便减少。为了避免出现这种情况，得到精确的喷油量，油压和进气歧管真空度的总和应保持恒定不亮，如图1-40所示，这样对依据通电时间确定喷油量的喷油器来说，具有决定意义。图1-40 油压和进气歧管真空度燃油压力调节器的结构如图1-50所示，它由金属壳体构成，其内部由橡胶膜片分为弹簧室和燃油室两部分，来自输油管路的高压油由入口进入并充满燃油室，推动膜片，打开阀门，在设定压力下和弹簧力平衡，部分燃油经回油管流回油箱，输油管内压力的大小取决于膜片弹簧的压力。由于燃油压力调节器的弹簧室和发动机进气管相通，进气歧管的真空度作用于调压器的膜片弹簧一侧，从而减弱了作用在膜片上的弹簧力，使回油量增加，燃油压力降低，即在进气歧管真空度增加时，喷油压力减少，但油压和进气歧管真空度的总和保持不变，即喷油器处压差恒定。油泵停止工作时，在弹簧力的作用下使阀关闭。这样，油泵内的单向阀和压力调节器内的阀门使油路中残留压力保持不变。图1-41 燃油压力调节器的结构1-弹簧室 2-进气真空度 3-弹簧 4-膜片 5-阀门 6-燃油室 7-自输油管道 8-至油箱一般使用的压力调节器，设定压力为250kPa。（四）燃油压力脉动减振器当喷油器喷射燃油时，在输送管道内会产生燃油压力脉动，燃油压力脉动减振器是使燃油压力脉动衰减，以减弱燃油输送管道中的压力脉动传递，降低噪声。图1-42所示为燃油压力脉动减振器结构，为了使压力脉动衰减，采用了膜片和弹簧组成的缓冲装置，可把压力脉动降低到低水平。在减振器内部由膜片分隔开成空气室（上部）和燃油室（下部），在空气室内有弹簧压在膜片，从而使膜片产生向下的力。当油路中油压不稳时，该不稳的油压作用于膜片上，由膜片再传给弹簧而吸收掉这部分力，使油压变得平稳。该装置通常在250kPa的压力下作用，但由于喷油器工作时会产生压力脉动，故它的常用工作范围可达到300kPa左右。图1-42 燃油压力脉动减震器1-阀 2-弹簧 3-膜片 4-自电动汽油泵 5-输送管道（五）喷油器EFI系统中使用的喷油器是电磁式的，喷油器通过绝缘垫圈安装在进气歧管或进气道附近的缸盖上，并用输油管将其位置固定，根据ECU提供的喷射信号进行燃油喷射。在把电信号转换成燃油流量信号的同时，使燃油雾化、喷射。1、对喷油器的要求（1）具有良好的雾化能力和适当的喷雾形状，以保证发动机的冷起动性、怠速稳定性，并满足降低排放污染的要求；（2）具有良好的流量特性，以适应于多种排量发动机的使用；（3）具有良好的防积炭功能；（4）使用寿命长；（5）结构简单。2、喷油器的种类根据汽油喷射类型不同，喷油器可分为MPI喷油器（图1-44）和SPI用喷油器（图1-43）；按结构型式，喷油器可分为从喷油器上部供油方式（图1-44）和从下部供油方式（图1-43）两种；以喷油器喷口型式来区分，可分为针阀型和孔型两种（图1-44），针阀型喷油器的喷口不易堵塞，而孔型喷油器的喷口喷出的燃油雾化好，它一般有12孔，由于制造厂家不同，有的做成球阀，有的做成锥形阀。以喷油器的阻值来区分有低阻喷油器和高阻喷油器两种，低阻喷油器的电阻值约为23，高阻喷油器的电阻值约为1316。按插头的形状来区分喷油器的喷口形式和阻值的大小见表1-3。图1-43 下部供油方式SPI喷油器1-燃油出口 2-燃油入口图1-44 喷油器的型式a）针阀型 b）孔型 表1-3 喷油器插头形状插头形状喷口型式阻值针阀型低阻值针阀型高阻值孔型低阻值孔型高阻值虽然喷油器的种类及结构略有差异，但其工作原理都基本相同。下面以具有代表性的上部给料方式的MPI系统用喷油器为例，来说明其具体结构和工作原理。3、喷油器的结构与工作图1-45所示是喷油器的构造，在筒状外壳内装有电磁线圈、柱塞、回位弹簧和针阀等。柱塞和针阀装成一体，在回位弹簧压力作用下，针阀紧贴阀座，将喷孔封闭。另外，为防止油中所含杂质影响针阀动作，设有滤清器，为适应不同应用场合，设有调整针阀行程的调整垫片。当ECU将开启针阀的电信号通过驱动电路作用于电磁阀线圈时，柱塞和针阀在电磁线圈吸力作用下向右移动，当其凸缘部被吸引碰到调整垫片时，针阀全开，燃油通过沿箭头的通路喷射出去。喷射结束后，电磁圈断电，回位弹簧将针阀关闭，喷油器停止喷油。喷射量的大小除与针阀行程，喷口面积以及喷射环境压力与燃油压力的压差等因素有关以外，主要与针阀的开启时间，即电磁线圈的通电时间有关。图1-45 喷油器的构造1-燃油接头 2-电插头 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-调整垫片 11-弹簧 12-滤清器阀时间 Ip-峰值电流 Ih-保持电流 Tip-峰值电流到达时间4、喷油器的喷雾特性喷油器所喷燃油的雾化情况和油束形状对发动机工作影响很大，如果油束形状合理，雾化效果好，那么发动机就会获得冷起动性好、怠速平稳、排污少的效果。雾化质量与喷油压力、喷射位置、喷油器结构、积碳情况等因素有关。对SPI系统，由于喷油器安装在节气门附近，燃油喷出后，在进气管中有较长时间的雾化过程，故所需燃油压力较低；而对于MPI系统，喷油器一般安装在进气管或者气缸盖上，因为是朝向进气门喷射燃油，雾化时间短，为保证良好的雾化，应使油压相应提高。为提高雾化质量，针阀式喷油器利用端部精加工而成的锥形，使燃油以大约1040的喷雾角喷出，锥形端的尖锐边缘促使燃油雾化。雾化装置多采用轴针式，在近年来出现的两个进气门的发动机上，双孔喷油器（图1-46所示）也被广泛应用，双孔喷油器可向两个进气门发动机的各个气门均匀喷射燃油。图1-46 双孔式喷油器的结构（2TZ-FE型发动机）1-针阀 2-电线插座 3-电磁线圈（六）冷起动喷油器冷起动喷油器是一种装在进气总管中央部位进行燃油辅助喷射的电磁阀式喷油阀，它可以改善发动机的低温起动性能，与一般喷油器的主要区别有：一是它只用于发动机起动时，因而要求工作电压较低；二是要求其喷雾微粒化且喷雾角较大。后一项是衡量冷起动喷油器性能的重要指标。冷起动喷油器的结构如图1-47所示，冷起动喷油器由燃料入口连接器、电线接头、电磁线圈、可动磁心、漩涡喷嘴等组成。在喷射管道内部，可动磁心在弹簧力作用下把橡胶阀推向阀座使阀孔关闭。当电磁线圈通电时，在电磁力吸引下，可动磁心克服弹簧力被拉向图中箭头方向。可动磁心一被拉开，阀门即打开，燃油涌出阀孔，在漩涡喷嘴部位形成旋转流，并以微粒和锥角形式从喷孔喷射出去。图1-47 冷起动喷油器的构造1-漩涡喷油嘴 2-喷射管道 3-阀 4-电磁线圈 5-电线接头 6-燃油入口连接器 7-漩涡喷油嘴构造 8-阀座 9-可动磁心 10-弹簧冷起动喷油器安装在节气门下游的进气总管上，而且选择了可向各缸均分配燃油的位置（图1-48a），为了提高向各缸分配燃油的均匀性，有的冷起动喷油器上设有两个漩涡式喷嘴，其结构如图1-49所示，其安装如图1-48b所示。从用途上讲，冷起动喷油器的重要指标是最低工作电压和合乎规定的喷雾角及喷射量，表1-4是其基本特性。图1-48 冷起动喷油器的安装图a）一个方向喷油的喷油器安装 b）两个方向喷油的冷起动喷油器安装1-冷起动喷油器 2-进气 3-进气总管 4-进气歧管图1-49 两个漩涡式喷嘴的冷起动喷油器结构1-弹簧 2-电磁线圈 3-电线插座 4-柱塞表1-4 冷起动喷油器特性项目特性值最低工作电压/V70喷油量/mLmin-1120对冷起动喷油器喷油时间的控制有两种方法：一种是利用温度时间开关（也叫热敏时控开关，又叫冷起动喷油器定时开关）控制；一种是用ECU控制。1、温度时间开关控制温度时间开关的结构如图1-50a所示，它主要由双金属片、加热线圈及搭铁触点等构成。由于其工作工况是由发动机温度和起动电流共同决定的，因此它应装在能反映发动机温度的位置。当发动机温度较低时，温度时间开关的触点闭合，当点火开关处于“START”位置时，电流按图1-50b中箭头方向流动，使冷起动喷油器喷油。发动机起动后，点火开关转至“ON”位置时，冷起动喷油器停止喷油。在起动过程中，若起动机运转时间过长，有可能使火花塞淹湿。但此时由于电流流过加热线圈，使双金属片受热弯曲，触点断开（图1-50c），电流不再流经冷起动喷油器，因而可防止火花塞被淹。同时，加热线圈进一步加热双金属片，以免触点再次闭合。因此，冷起动时，主要是电加热决定冷起动喷油器的工作时间。而发动机处于热机状态时，温度时间开关触点一直处于断开状态，故热机起动时冷起动喷油器不工作。图1-50 温度时间开关及与冷起动喷油器的工作a）温度时间开关 b）、c）温度时间开关与冷起动喷油器的工作1-电线接头 2-钉形壳体 3-双金属片 4-加热线圈 5-搭铁触点 6-蓄电池 7-点火开关 8-线圈 9-线圈 10-温度时间开关一般情况下，当冷却水温度低于30时，温度时间开关常闭，此时点火开关若位于起动位置；冷起动喷油器的针阀就打开，汽油喷入节气门后的进气总管中，以增加混合气浓度，便于起动和加快暖机过程。如发动机水温高于40或点火开关接通持续时间超过15s，温度时间开关内的双金属片因电热线圈的加热弯曲而使触点断开，以此切断冷起动喷油器中的电流，冷起动喷油器停止喷油。发动机热机时，温度时间开关的触点一直处于断开状态，以防冷起动喷油器喷油。2、ECU控制ECU控制电路如图1-51所示，为了改善发动机冷机起动性能，在温度时间开关控制的同时，ECU还可以根据冷却水温度对冷起动喷油器的喷油时间进行控制。图1-52表明了两者控制的喷油范围，其中“A”阴影部分为温度时间开关的控制结果，“B”阴影部分为ECU控制的结果。图1-51 ECU控制冷起动喷油器的电路1-温度时间开关 2-冷起动喷油器 3-水温传感器图1-52 温度时间开关和ECU控制的喷油器范围图 四 电控系统发动机电控汽油喷射系统的电控系统一般由各种传感器、ECU和执行器三部分组成。电控系统的功用是接收来自表示发动机工作状态的各个传感器输送来的信号，根据ECU内预存的程序加以比较和修正，决定喷油量和点火提前角。各种传感器分别检测进气管中进气绝对压力、发动机转速、排气中的氧浓度、冷却液温度、进气温度和大气压力等，并将信息转换成电信号，输送给ECU，根据这些信号，ECU算出现工况最佳的点火正时，并启动各喷油器。ECU不仅控制燃油喷射正时、点火正时、怠速转速、EGR（废气再循环）、燃油压力和电动汽油泵，而且还具有故障自诊断功能。图1-53 所示是与电控汽油喷射控制（EFI）有关的主要控制系统部件的构成。控制系统部件，按其机能不同可大致分为表1-5中所示的三类。图1-53 电子控制系统部件总体构成图1-断路继电器 2-主继电器 3-起动装置 4-电动汽油泵 5-油箱 6-汽油滤清器 7-蓄电池 8-曲轴位置传感器（分电器） 9-点火开关 10-点火线圈 11-大气压力传感器 12-空气滤清器 13-进气温度传感器 14-空气流量计 15-冷起动喷油器 16-空气阀 17-节气门位置传感器 18-燃油压力调节器 19-O2传感器 20-温度时间开关 21-冷却水温度传感器 22-控制系统部件 表1-5 控制系统部件的机能分类分类部件名称机能传感器类空气流量计检测吸入空气量冷却水温度传感器检测冷却水温度进气温度传感器检测进气温度发动机转速传感器曲轴位置传感器检测发动机转速及曲轴转角位置车速传感器检测汽车行驶速度节气门位置传感器检测节气门开度及怠速状态起动装置信号检测起动时动力输出轴工作状态爆震传感器检测发动机爆震O2传感器检测排气中氧的浓度大气压力传感器检测大气状态进气歧管压力传感器检测D型喷油器系统进行量ECU根据各传感器信号控制燃油喷射时间其他（继电器类）主继电器控制EFI装置总体电源断路继电器控制电动汽油泵的电源温度时间开关控制冷起动喷油器的通电时间（一）水温传感器水温传感器安装在发动机节温器出水口附近，它的功用是检测发动机冷却水温度。因为在发动机暖机过程中需要一定的附加加浓，其加浓量主要取决于发动机的温度、负荷和转速，为此采用水温传感器向ECU输送水温信号。水温传感器的结构如图1-54a所示，它由封闭在金属盒内的对温度变化非常敏感的负温度系数热敏电阻（NTC电阻）构成，利用电阻值的变化来检测冷却水的温度。热敏电阻的特性如图1-54b所示，冷却水温度越低电阻值越大，冷却水温度越高电阻值越小。将该传感器的信号输入到ECU，就可以根据冷却水温度进行喷油量的控制。冷却水温度传感器与ECU的连接电路如图1-54c所示。图1-54 冷却水温度传感器结构、特性及与ECU的连接电路a）水温传感器结构 b）水温传感器特性 c）与ECU连接电路1-NTC电阻 2-外壳 3-电线接头 4-冷却水温度传感器 5-接蓄电池端 6-电控单元（ECU） 7-水温信号ECU中5V的电源电压通过电阻器R从端子THW加到水温传感器上（电阻器R和水温传感器串接）。当水温传感器的电阻值随冷却水温度改变时，端子THW的电位也变化，据此信号，ECU增减燃油喷射量，以改善发动机冷态的运转性。当在外界环境温度较低的条件下起动发动机时，这时水温传感器的热敏电阻阻值较大，此时ECU接收到低温信号，给喷油器做较多额外喷油的指令，使喷油器多喷油，当发动机冷却水的温度逐渐升高，热敏电阻的阻值逐渐减小，从而控制单元控制喷油器逐渐减少额外喷油。如果发动机冷却水的温度达到80以上时，水温传感器热敏电阻的电阻值约为0.4k，此时ECU控制喷油器进行正常喷油而不额外喷油，发动机进入正常工作状态。（二）进气温度传感器进气温度传感器是确定燃油基本喷油量的三个主要传感器之一，进行温度传感器是检测发动机吸入（进入空气流量计）的空气温度用的传感器，并将空气温度信号转变成ECU能识别的电信号传送给ECU，它根据进气温度的高低，做不同程度的额外喷油。进气温度传感器的内部结构与水温传感器完全相同，也是一个负温度系数的热敏电阻。D型EFI系统中，进气温度传感器安装在空气滤清器的壳体内或是进气总管内。L型EFI系统则安装在空气流量计内。应当特别指出，当进气温度传感器在叶片式及卡门涡旋式空气流量计上使用时，由于吸入空气温度的变化会引起空气密度发生变化，因此需要进行喷油量修正，这时通常是将进气温度传感器安装在空气流量计的空气测量部位。图1-55a所示是进气温度传感器的剖面图，图1-55b所示是进气温度传感器与ECU的连接电路图。进气温度传感器把所测得的进气温度变成电信号，输送给ECU，ECU将该信号计算后去控制喷油器进行额外喷油。当气温低于40时，额外喷油量较多；当气温高于40时则额外喷油量较少，进气温度在任何情况下它都起作用，从而根据进气温度，由ECU控制喷油器进行不同程度的额外喷油。图1-55 进气温度传感器剖视图及与ECU的连接电路a）进气温度传感器剖视图 b）进气温度传感器与ECU的连接电路1-导线 2-空气流量计壳体 3-热敏电阻 4-进气温度传感器（三）曲轴位置传感器和发动机转速传感器在EFI中，相对于发动机每一个工作循环吸入的空气量，都可以得到由ECU控制的符合最佳空燃比的燃油喷射量。空气流量计能够检测每个单位时间内的吸入空气量，但是不能检测每个工作循环内的吸入空气量。为了求出每个工作循环内的吸入空气量，就需要检测发动机转速。另外，当采用独立喷射和分组喷射时，为了有效地利用各自的喷射特点，需要选择特定的喷射时刻，因此还需要检测每缸的曲轴转角位置。检测发动机转速及曲轴转角位置，需要采用发动机转速传感器和曲轴位置传感器。具有这种功能的传感器型式很多，目前均已实用化，其中使用最多的是电磁式传感器、光电式传感器和霍尔效应式传感器。1、电磁式传感器这种传感器可用于测定曲轴、凸轮轴和分电器驱动轴的转动位置，用来控制点火和燃油喷射时间或测量发动机转速。这种类型的传感器具有耐用、便于利用发动机飞轮齿圈、不需激励电压或放大器、能适应较大范围的温度变化、使用寿命长等特点，因此这种传感器应用比较广泛。这种传感器的工作原理可用图1-56a所示原理图来说明，它由一个永久磁铁和一个传感线圈组成，在驱动轴上装有一个有若干个缺口和舌片的钢盘（转子），它能在磁极之间转动。当钢盘旋转，其缺口通过磁极时，磁路的磁阻大大增加（这是由于空气的磁导率比钢低得多），结果使磁场强度降低。图1-56 电磁式传感器工作原理图a）工作原理图 b）磁阻盘舌片通过磁极时的波形1-控制装置 2-线圈 3-磁铁 4-磁阻盘当通过一个线圈的磁通量增加或减少时，线圈内就会产生感应电动势，其大小正比于磁通量的变化速率。变化越快，电动势越大；磁通量无变化，就不产生电动势。所以当磁阻盘静止时，线圈中虽有磁通通过，但传感器没有输出。图1-56b显示的是磁阻盘通过磁极时产生的波形，当磁阻盘舌片接近磁极时，电动势增至最大；当舌片正对磁极时，磁通量最大，而电动势为零。电磁式传感器就是由固定在分电器轴上的转子和设置在转子外侧的耦合线圈以及托架构成，如图1-57a 所示。图1-57 电磁式传感器a）结构图 b）耦合线圈产生的电压 c）波形1、7-永久磁铁 2-耦合线圈 3、6-动态转子 4-托架 5-耦合线圈 6-信号转子 -通过线圈磁通量 U-点火信号产生电压如图1-57b所示，永久磁铁的磁通途经转子之后通过耦合线圈。当转子旋转时，由于转子凸起部的磁隙不断发生变化，通过耦合线圈的磁通也不断变化，于是在线圈的两端便感生与磁通变化相应的感应电压U，由于感应电压是以阻止磁通变化的原理产生的，所以它以交流形式输出。该电压由最大正值向最大负值的变化较迅速，因此，即可以两个最大值之间的过零转换信号来控制点火和喷油系统。具体来讲，用来检测曲轴转角位置和发动机转速的电磁式传感器，是由如图1-58所示的复合转子和耦合线圈构成的。下面以四缸四行程发动机为例，就检测特定气缸曲轴转角基准位置（如压缩上止点）进行说明。图1-58 G、N耦合线圈安装图1-G转子 2-G1耦合线圈 3-G2耦合线圈 4-N转子 5、9-N耦合线圈 6-G、N转子 7-G1、G2耦合线圈 8-分电器安装在分电器轴（分电器转1圈曲轴转2圈）上的具有一个突起部分的转子G与分电器轴一起转动时，由于转子和耦合线圈G1、G2之间的磁隙不断发生变化，在各个耦合线圈上，相对分电器每转1转，就会产生一个电压脉冲。通过合理设计，使转子G的凸起部分在一缸及四缸压缩上止点时，最靠近耦合线圈G1、G2。这样，通过检测G1、G2耦合线圈的电压变化，就可以知道一缸、四缸的压缩上止点位置。图1-75a为G1、G2产生的电压信号实例。为了更精确地检测曲轴转角位置，还需设置转子N和耦合线圈N。具有偶数个（例如24个）凸起部分的转子N，与转子G同样安装在分电器轴上。分电器转一转，在耦合线圈N上，就产生偶数个（例如24个）电压脉冲。把这些电压脉冲输入ECU，通过测量脉冲的间隔，就能检测发动机转速。如图1-59b所示，利用信号G和信号N的组合，就可以检测特定气缸的曲轴转角位置，把G、N信号输入ECU，即可决定满足发动机多种运转条件的喷油量及喷油时刻。图1-59 曲轴转角信号a）G信号 b）G1、G2、N信号组合实例2、光电式传感器图1-60a所示是光电式传感器的工作原理图，位于光敏二极管的对面的是作为光源的发光二极管，在它们之间有一个能断续遮光的转盘。当转盘上的缺口、缝隙或小孔对准发光二极管时，光线可以通过，光敏二极管即发出信号指示转轴的某一位置或转速。它输出的信号是方波脉冲，故它能适应数字式控制系统的需要。这里的发光二极管的发光频率一般在红外线和紫外线范围内，是肉眼看不见的。图1-60b、c所示为六缸发动机用分电器内的光电式曲轴转角传感器的结构，由发光二极管和光敏二极管组合来计测带缝隙的转盘的旋转位置，安装在分电器内（或凸轮轴前部）。它决定分组喷射控制及电子点火控制曲轴每转两转的喷油正时和点火正时。在转盘上每隔60设置了宽度不同的4种缝隙，利用发光二极管发出的光束，经过安装在分电器轴上转盘的刻度缝隙，照射在光敏二极管上，使波形电路产生电信号、并传给ECU。图1-60 光电式曲轴转角传感器的工作原理与结构a）工作原理图 b）结构图 c）转盘1-输出信号 2-光敏二极管 3-发光二极管 4-电源 5-转盘 6-转子头盖 7-密封盖 8-波成形电路 9-第一缸120信号缝隙 10-10信号缝隙 11-120信号缝隙3、霍尔效应传感器如图4-61所示，磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。图1-61所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。图1-61 霍尔效应传感器1-霍尔半导体元件 2-永久磁铁 3-挡隔磁力线的叶片4、其他传感器上面所述的电磁式传感器，除能够检测发动机转速外，还能够检测曲轴转角位置。如果只是检测发动机转速时，可以采用把点火线圈的点火初级信号直接输入ECU的简易方式。点火线圈初级电流切断时产生的反电动势，可达300V400V（图1-62a）。把这一电压信号输入ECU，通过同基准电压相比较，形成点火信号脉冲，然后测量脉冲间隔，就可以测出发动机转速（图1-62b）。由于这种方法只能检测点火信号，难以选择特定的曲轴转角位置，所以在独立喷射和分组喷射中不适用。这种方法多用于所有气缸进行同时喷射的情况。图1-62 点火信号及其处理回路a）点火线圈产生信号 b）信号处理回路1-点火线圈 2-分电器 3-蓄电池 4-发火器 5-基准电压 6-波形整形回路 7-测量脉冲间隔时间 8-脉冲间隔（四）车速传感器车速传感器用来测量汽车的行驶速度，SPD信号主要用于发动机怠速和汽车加减速期间的空燃比控制。车速传感器主要有舌簧开关型和光电耦合型两种型式。1、舌簧开关传感器舌簧开关转速传感器可用于检测汽车速度（装在组合仪表内），如图1-63a所示，也可以用于指示曲轴位置（装在分电器内部），如图1-63b所示。图1-63 舌簧开关传感器a)装在组合仪表内的舌簧开关车速传感器 b)装在分电器内的舌簧开关车速传感器1-磁铁 2-至转速表软轴 3-舌簧开关 4-分电器轴舌簧开关是由一个排除空气或充入惰性气体的玻璃管组成，其内装有两个或更多的触点，（舌簧开关触点由强磁体制成），舌簧开关附近有一个永久磁铁，使舌簧开关的两个簧片磁化而互相吸引，致使触点闭合（见图1-64a），此时，电路接通而产生传感脉冲。图1-64 电磁舌簧开关a）作用原理 b）工作过程1-齿轮 2-磁铁 3-舌簧开关为使舌簧开关能闭能开，磁铁必须装在一个转动的轴上，使磁铁转动或用一个转动的齿轮来隔断其磁通。当齿轮的齿处于磁铁和舌簧管之间时，磁通离开簧片，这时触点弹开（见图1-64b）。无论采取哪种方法，都可以从触点开闭时发出的信号指示轴的转动位置。图1-65a、b所示为其工作原理图，转速表的软轴转一周，安装在转速表软轴上的磁铁必转过一周，该磁铁靠近舌簧开关时，在磁力线作用下，使触点带磁，触点的磁性与磁铁近侧极性相反，从而使舌簧开关触点靠本身磁性吸引，使开关导通。磁铁随转速表软轴转动后，当只有一端靠近舌簧开关时，触点则不受磁力线影响，触点分开。这样、两个舌簧开关在转速表软轴上的磁铁作用下，相互以180的夹角进行通、断变换，把汽车行驶速度信息输入ECU，舌簧开关与ECU的连接电路如图1-65c所示。图1-65 舌簧开关传感器的工作原理及ECU的连接电路a）、b）舌簧开关传感器的工作原理 c）舌簧开关传感器与ECU的连接电路1-数字式仪表 2-舌簧开关 3-磁铁 4-ECU 5-至其他计数装置2、光电耦合型传感器光电耦合型传感器也装在组合仪表内，由带切槽的转子和光电耦合器组成，结构如图1-66所示。光电耦合型传感器工作原理同光电式曲轴转角传感器相同，带切槽的转子由转速表软轴驱动，当带切槽的转子转动时，盘齿间断地遮挡发光二极管光源，使光敏晶体管的输出电压发生变化。软轴转一圈，输出20个脉冲，经分频后变成四个脉冲，送给ECU。图1-66 光电耦合型传感器结构1-带切槽光盘 2-发光二极管 3-光电耦合器 4-光敏晶体管 5-至转速表软轴（五）节气门开度传感器节气门开度传感器安装在节气门体上。节气门开度传感器的作用是测量节气门在全闭还是在全开的位置，将节气门的开闭状态信号输送给ECU，可以满足节气门不同开度状态的喷射量控制。节气门开度传感器通常有两种型式，一种是节气门位置信号成线性输出，称线性式；一种是以开关量的形式输出，称作接触开关式。1、线性式节气门开度传感器图1-67a所示为线性式节气门开度传感器的结构图，传感器有两个同节气门联动的可动电刷触点，一个触点可在位于基板上的电阻体上滑动，利用电阻值的变化，测行与节气门开度相对应的线性输出电压，根据输出的电压值，应可知道节气门的开度。但是，与节气门开度相对应的电阻体的电阻值，多少都存在偏差，因此影响了节气门开度检测的准确性。为了能够准确检测节气门的全关闭状态，另外设一个怠速触点IDL，它只在节气处于全关闭状态时才被接通。图1-67c所示是线性输出节气门开度传感器与ECU的连接，图1-68所示是线性式节气门开度传感器输出特性。图1-67c中，滑动触头由节气门轴带动，当在“4”的位置时，怠速触点IDL开关闭合，传感器输出为0V，否则输出5V或12V。这里的怠速触点信号（IDL）主要用于断油控制和点火提前的修正。图1-67 线性式节气门开度传感器的结构a）构造 b）内部电路 c）与ECU的连接电路1-电阻体 2-检测节气门开度用的电刷 3-检测节气门全闭的电刷 Vcc-电源端子 VTA-节气门开度输出端子 IDL-怠速触点 E2-地线 4-怠速触点开关 5-滑动触头 6-节气门开度传感器图1-68 线性式节气门开度传感器输出特性1-怠速信号（IDL端子输出） 2-节气门开度信号（VTA端子输出）2、开关式节气门开度传感器图1-69a所示是开关式节气门开度传感器的结构图，该传感器由安装在节气门体上并与节气门轴联动的凸轮、可检测出怠速位置的怠速触点、可检测出全开位置的全开触点（也叫功率触点）以及沿导向凸轮沟槽移动的可动触点等构成。导向凸轮由固定在节气门轴上的控制杆驱动。怠速触点在节气门处于怠速位置时为闭合状态，其他时间均为打开状态。怠速触点可向ECU发出怠速增量、后怠速增量、燃油中断信号。图1-69b为开关式节气门开度传感器的结构简图。图1-69c所示是开关式节气门开度传感器的输出特性。如图1-69c所示，节气门全关时，可动触点和怠速触点接触，可以检测出节气门的全关闭状态，即输出高电平（5V或12V），否则输出为0V。若节气门的开度较大（如50以上），可动触点和全开触点（功率触点）接触，可以检测节气门的大开度状态，即可输出高电平，否则输出0V。节气门在中间开度时可动触点同哪一个触点都不接触。图1-69 开关式节气门开度传感器a）结构图 b）结构简图 c）输出特性 d）与ECU的连接电路1-导向凸轮 2-节气门轴 3-控制杆 4-可动触点 5-怠速触点 6-全开触点（功率触点） 7-导线插头 8-导向凸轮槽 9-全开触点信号 10-怠速触点信号 11-节气门开度传感器 图1-69d所示是开关式节气门开度传感器与ECU的连接电路。不踏加速踏板时，电源向ECU的怠速端子（IDL）供给电压。在高负荷时，全开触点（功率触点）处于闭合状态，电源向ECU的功率端子（PSW）施加电压（可判定踏下加速踏板）。开关式节气门开度传感器与上述线性节气门开度传感器相比，节气门开度的检测性差，但结构简单，价格便宜。3、编码式节气门开度传感器为了检测发动机的加速状态，一些发动机在节气门开度传感器中还增加了Acc信号输出端。这种节气门开度传感器称为编码式节气门开度传感器，编码式节气门开度传感器的结构如图1-70所示，它通过印制电路板上编码图形与外部驱动轴运动并在图形上滑动的触点，即可以数字信号检测出节气门回转角。从IDL可检测出怠速状态，从PSW可检测出高负荷状态，从Acc1与Acc2可检测出加速状态。图1-70 编码式节气门开度传感器图图1-71a所示为怠速回转时节气门开度传感器状态，此时，如IDL触点处于闭合，即可检测出怠速状态。同时，在发动机转速高时，如该触点闭合，ECU将判断为减速状态，进行“燃油喷射中断”的控制。图1-71b所示为加速回转时节气门开度传感器状态，此时，加速触点与印制线路板的加速线路、Acc1与Acc2交替处于闭合、打开状态。对于在一定时间内的急加速，与信号检出的同时，ECU进行非同步喷射控制，以提高加速容量。图1-71 各运转状态下节气门开度传感器的状态a）怠速运转时 b）加速动转时 c）高负荷运转时 d）减速运转时1-加减速检测触点ON 2-加减速检测触点OFF图1-71c所示为高负荷回转时节气门开度传感器状态，在节气门打开一定程度的高负荷时，功率触点（PSW）处于闭合状态，即可检测出高负荷状态。图1-71d所示为减速回转时节气门开度传感器状态，此时加减速检测触点处于打开状态，ECU不进行非同步喷射控制。（六）爆震传感器爆震是指燃烧室中，本应逐渐燃烧的部分混合气突然自燃的现象。爆震使发动机部件受高温、高压，会使燃烧室和冷却系过热，严重的可使活塞顶部熔化，爆震还会使发动机功率下降，燃油消耗率上升。点火时间过早是产生爆震的一个主要原因，图1-72所示为爆震与点火时刻、发动机扭矩的关系。发动机发出最大扭矩的点火时刻MBT是在开始产生爆震点火时刻（爆震极限）的附近。因此，在设定点火时刻时，需要留有离开爆震界限的余量。无爆震控制时，所留余量应大些，这时的点火时刻比发出最大扭矩时的点火时刻滞后，所以扭矩有所降低。如果用爆震传感器能检测到爆震界限，那么就可以把点火时刻调到接近爆震极限的位置，以便能更有