电喷发动机的发展历程分析研究电气工程专业

1、1 电喷发动机1.1 电喷发动机的发展历程汽油喷射技术在1834年用于军用飞机上，机械式汽油喷射技术于1952年第一次在轿车上实现应用，基于该技术的第一台装置由德国博世公司生产并用在了奔驰300L型赛车上，该装置的空燃比通过气动式混合气调节器来控制，进而实现直接喷射入气缸14。随着时代的进步和发展，对汽油机各项参数要求的提高，化油器发动机的缺陷愈发的明显：（1）燃烧不完全；（2）各缸进气不均匀；（3）喉管降低进气效率。针对这些缺陷，人们不断对化油器进行改进。从20世纪中期开始，随着人们对环境保护的愈发重视，将汽油喷射技术应用于汽车上，这一改进方式日益受到了人们对关注。早在20世纪50年代末，全

2、球首款电子燃油喷射系统（EFI）由美国Bendix公司研制成功，并将其装在AMC Rambler Rebel车型上实验，虽然动力得到了很大的提升：5.4L V8发动机的最大功率从259马力提升到了292马力，峰值扭矩转速也下降了500转14。但只可惜因为故障率太高，在冬天里启动发动机不顺利等原因，致使它的可靠性非常差，这套系统当时只安装在了为数不多的几台试验车上，最终也没能将其量产。1958年，克莱斯勒在自己品牌旗下的克莱斯勒300D、迪索托Adventurer、道奇D-500和普利茅斯Fury等35台车上都试着安装了美国Bendix公司研发出的电子燃油喷射系统（EFI），但还是因为电子技术不

3、达标，无法与发动机很好地匹配14。因此Bendix公司做了一个重要决策将EFI的研发技术变卖出去，很快就有买家出手了，接手买下这项技术它的公司，便是德国博世（Bosch）公司。随着电子技术的飞速发展，经过多年的深入研发和系统的修改完善，20世纪60年代后期，德国博世（Bosch）公司推出了一套名为“D-Jetronic”的电子燃油喷射系统，这套系统才是今天电喷系统的雏形。德国博世（Bosch）公司于1967年将其研制的D-Jetronic电子燃油喷射系统安装在德国大众Type 3 1600TL/E车型上进行试验并最终成功量产。这套名为D-Jetronic的电子燃油喷射系统会依据发动机的转速和进

4、气量来计算燃油喷射的计量，不论是在燃油经济性还是动力性提升等方面都较化油器的车型有了质的飞跃，因此如今才会全面替代化油器车型。1.2 电喷发动机简介电喷发动机对发动机实现燃油供应的方式并非采用老旧的机械式化油器，而是运用电子控制装置来完成。比如，应用于汽油机中的电喷系统，其发动机的各种运行信号参数可以在多种电子传感器的作用下，传输到电子控制装置，该装置以这些获得的信号参数为基础，解算出发动机的各个气缸运行所需的喷油量及喷油节点，通过特定的压力手段使汽油经喷油器作用，从而在进气管达到雾化效果，该雾气与空气充分混合成混合气，再进入到燃烧室中燃烧，这样一来可以保证发动机与催化转化器总是维持在最理想的

5、工作状态9。所以我们可以这样来理解电喷发动机的含义：首先它的的燃油供应过程是由相关电子控制系统完成，并且经过喷油器高压作用雾化产生的燃料雾气才能被推送到发动机的进气系统内。1.2.1 电喷发动机组成电喷发动机的电子控制系统是根据汽车发动机当时的工况来确定燃油的理想的喷射剂量与喷射时间点。该控制系统主要由三部分构成，具体组成如图1-1所示。图1-1 电控系统的基本组成该电子控制系统在工作时，实现主要控制功能的是电控单元（ECU），其控制的条件是空气的流量及发动机的转速，所要控制的是喷油器，进而保障发动机获得与运行状态匹配且理想的空燃比。要实现这样的功能，这类型的电喷发动机所要求的构架基本相同。通

6、常情况下，电控燃油喷射装置，大体上可由三部分来进行分解，具体如下：1 进气系统进气系统的作用在于，能监控喷入发动机燃烧室中，当时最佳工况空燃比所需要的空气量。电喷发动机系统不再设置化油器,而是用喷油器取而代之，在它的作用下，燃油在压力作用下被喷射到进气门周围，并与周围空气充分混合后，再喷人气缸。所以，进气系统不再受到阻力影响，也不再用到预热部件，这一切都由电子控制系统完成。系统设计过程中，可以对进气管的形态进行优化设计，提升进气能力，进而改善进气效率。2 燃油系统燃油系统也是燃油喷射系统，它的功能是将燃烧时所需要的燃油量以一定压力喷射进汽缸或进气管。燃油在电动汽油泵的作用下，从油箱内输送到汽油

7、滤清器中进行过滤，完成后，通过压力调节器的作用，使压力值上升到比进气管高出一定量的压力点，然后把燃油通过输油管喷送到喷油器内，在电控单元的脉冲信号控制下，喷油器将理想的燃油量喷入到气缸中。如图1-2所示。 图1-2 汽油喷射系统示意图3 电子控制系统电子控制系统，简称电控系统，其最终目的在于使发动机的理想运行状态得到控制，这个过程中，该系统通过电子传感器来监测发动机的运行状态及汽车所处路况来匹配所需的燃油量以及最佳点火时刻。1.3 电喷发动机工作原理分析1.3.1 ECU端子分析在发动机控制系统中，ECU是关键部件。该部件存储了发动机在各种不同运行状态下，最理想的喷油时长，当汽车上各种传感器将

8、电信号传入ECU后，ECU通过一定的解算方式解算得到发动机当前工况下所要的最理想的燃油喷射量及喷油时刻。ECU功能强大，控制全面，可同时处理多路检测到的信号，从而在完成对EFI电喷系统的控制外，还能实现其它多种控制功能5。本文以帕萨特1.8t的电喷发动机故障为分析对象，该车型的ECU端子见图1-3，各端子的用途见表1-1。图1-3 帕萨特ECU端子表1-1 帕萨特ECU端子的用途ECU端子的用途端子条件端子用途标准值9用遥控装置驱动电源系统电压2、5、13和25搭铁端08和9进气温度传感器1603007和8起动时，慢慢地踩下加速踏板空气流量计电阻数值有所变化8和5空气流量计34045021点火

9、开关“ON”系统电压10和25水温传感器冷机：10802750热机：1505004起动机工作运转时起动信号蓄电池电压3遥控装置驱动时，节气门完全打开节气门位置传感器14遥控装置驱动时，节气门完全关闭节气门位置传感器9和129和241、4缸喷油器电阻器2、3缸喷油器电阻器3.94.51点火开关开启于ON处，图示1处有“+”电压与点火线圈端子1连接15和20用导线连接图示15与20，再断开点火控制插头，检查图示端子16与17之间电阻应为01.3.2 主要传感器分析1 爆震传感器 功能：分辨发动机的爆震程度，该过程需要在电子控制器的参与下完成，需要对发动机气缸的振动程度进行检测。原理：爆震传感器是振

10、动加速度传感器的一种。使用时可在发动机气缸缸体进行单个或多个配装。在该传感器中，压电晶体充当其传感元件，当发动机出现爆震状况的时候，压电晶体通过内部质量块感知该振动。压电晶体在感知到质量块因振动所出现的压力后，电压在其两极出现，此时气缸的振动状态就被变换成电压信号并被输出。特点：结构可靠、小巧；测量的灵敏度高。2怠速调节器功能：进行发动机怠速运行状态下的转速闭环控制，该过程，需要有怠速旁通空气通道支持，而且该通道的通风量可以通过对其截面积的控制来实现，这一切都离不开怠速调节器。原理：在怠速调节器结构中，永磁体在轴上旋转自由度不受限制，它与旋转滑块间进行刚性连接，而永磁体在电缆线圈作用下可转动，

11、这样一来滑块也一起转动。执行器的旁通空气通道的开度角由滑块的角位置来决定，这样旁通空气量就能被控制。电子控制器通过发送具有不同占空比的脉冲信号到执行器从而确定旁路气流，以确定滑块的角度位置。特点：能源消耗低，结构较为紧凑，耐脏耐污。3节气门位置传感器功能：可以检测出发动机是处于怠速工况或负荷工况，能提供发动机实时工况信息。原理：节气门位置传感器实质是一个具线性输出特性的转角电位计，它告诉电脑节气门的位置。电脑用它传递的电信号来计算传发动机运转负、实时工况、点火时间等。4压力传感器功能：压力传感器可以通过测量压力的方式来反映汽车的基本状态。原理：硅芯片构成了传感器原件。其上有压力膜片，空气的压力

12、会改变膜片的外形，从而改变电阻值的大小，在经过相关处理以后，它会和压力共同作用形成电压信号。特点：体积较小，重量也不重，技术含量比较高，不会占用过多的进气管空间。5喷油器功能：通过喷油器可以将油盆栽进气口的前面。原理：壳体上的喷油口可被设计的阀针在外力作用下封住。在喷油过程中，控制器产生控制信号，给电磁线圈接通电源并获得磁场，在这个磁场的作用下，有关作用力被克服，此时阀针被弹起，燃油喷射畅通。另外只要在喷油器的进、出口维持压差不变，喷出燃油量就不会改变。喷油量由线圈电源接通时间来控制。特点：体积较小，重量也不重，热启动性能非常好，具有较强的防腐蚀力，不容易被损害等等。6空气质量流量计功能：空气

13、质量计量器的作用是对空气质量流量进行测量，掌握发动机的负荷情况。原理：传感器中很重要的一个器件就是传感器件，特别是加热的传感器件。空气可以降低传感器温度，改变它的电阻大小，混膜电路在结合了电桥电路以后，可以处理相关信号，用来反映相应的电压信号。此类传感器可以使流量的测试结果保持稳定性。特点：体重较小、重量也不重，精确度比较高，测量效果比较稳定，成本也较小。7温度传感器 功能：温度传感器主要是为了测试进气时候的温度或者是测试冷却液的温度。原理：温度上升的时候，温度传感器的热敏电阻会随之变小，当电阻值发生变化时，系统会采用分压的方式把电压信号传送至电子控制器。8碳罐控制阀 功能：使控制系统中的再生

14、气流保持在比较稳定的状态下。原理：碳罐的作用是吸收油蒸汽，一直到油蒸汽到达最大的量，在电子控制器来打开碳罐控制阀以后，蒸汽流和空气向结合生成了再生气流，然后进入到发动机的进气管里面。阀内很重要的一个器件就是电磁线圈，它可以在不同工况的情况下，改变其占空比，从而找到适合的阀的开度。除此之外，阀的压力差还能够决定阀开度的大小。特点：它能做在不同的范围内工作；能够很好的控制精确流量；阀门的密封性也非常不错。9压力调节器功能：使管内和管外之间保持一定的压力值。原理：随着系统压力增加，进油口的压力超过一定值时，膜片的位置会发生变化，此时，膜片上面的阀球组件将会分来，一定量的燃油将会回到燃油箱里面，此时油

15、压就会回到原来的状态。特点：使用的范围比较广，有很长的使用寿命，安装起来非常简单，具有不错的防腐性能等等。1.3.3 主要执行器分析执行器，顾名思义，就是执行系统的指令的机构，它对相关指令做出相应的动作，让发动机能够正常的工作。1喷油器喷油器是根据ECU的指令，控制燃油喷射量。帕萨特1.8T电控燃油喷射系统有4个缸分别为N30、N31、N32、N33，全部采用电磁式喷油器，基本电路图如图1-4所示。图1-4 喷油器的基本电路2点火模块帕萨特1.8T是独立点火，分为4个点火模块，分别为N70、N127、N291、N292，基本电路图如图1-5所示。图1-5 点火模块的基本电路2 电喷发动机故障&

16、#160;  当发动机出现的问题十分明显时，通常不需要通过专业的设备就能够检查出来，比如，听声音，看状态等等。此类问题一般表现在加速状态不大理想，汽车行驶的时候动力明显不足、排气管发生很大的声响，或者是不能够正常开启等等。    1发动机不能被正常开启；又或者是开启以后不能够正常工作；也有可能发动机在正常工作时发出很响的声响，就犹如鞭炮声。以上三种情况都可以表明发动机出现了故障。2 故障指示灯一旦发亮，说明此时发动机也出现在了问题。3 动机的性能突然在某个时候产生了比较大的变化，比如性能突然变差，它的消耗量突然增加了很多，说明此时发动机也出现了问题。有时

17、候电喷发动机性能变化很大，此时就很容易透过表面的现象检查出相应的故障，但是，也可能发现故障时，外表现象并不是很明显，此时就必须要通过专业的设备来检测，比如排放污染物超过国家要求，或者是燃油的消耗量很大等等。1 发动机在某些特定的环境下工作，我们可以通过听来找出发动机的问题所在，比如听进气管或者是排气管有没有什么特别的声音等等。2.发动机在不同的环境下，出现的震动效果不一样，我们可以根据它抖动的程度来判断发动机是否出现了问题，除此之外，我们还可以通过观察发动机转速变化来判断发动机是否有异常现象。    3. 通过观察发动机在加速踏板工作以后有没有产生以上几种现象，如

18、果有的话，就表明发动机存在故障的概率比较大，此时应当多次对此进行测试。踏板突然加速时，如果发动机转速立刻提升，并且效果如我们预想的一样，就说明发动机的状态良好，反之，说明发动机存在一定的问题。    如果在以上条件下，都没有产生任何不正常的现象，说明发动机的状态良好。如果想要检查发动机的经济性能，就需要在专业的设备下进行相关检测。2.1 电喷发动机常见故障2.1.1 ECU常见故障对于电喷汽车而言，其中的电子控制单元ECU很大程度上不容易产生故障。不过，如果某些汽车已经具备了较长的使用年限，而且行驶公里数较多，依然会存在产生问题的可能。例如：一些电子集成块遭到破坏

19、，一些电容元件不再处于高效运转等。假如ECU产生了故障，就很大程度会导致发动机无法高效启动等难题。如果要解决上述难题，就一定要在具备高技能的维修地点进行测试。2.1.2 插接件连接老化故障 在汽车电喷系统的电路板上，存在较多的金属插件，由于机器使用年限的变多，一定会造成插件产生接触不良的情况，从而对发动机是否能够平稳运行产生较大的影响，导致发动机工作不够稳定。2.1.3 传感器故障 对于汽车传感器而言，它包含的种类见多，不过围绕结构类型大体涵盖了如下种类：是热敏电阻式；二是真空压力式；三是电磁式；四是机械传动式。无论是某个零件部件得到了破损，都会影响到汽车的正常使用，从而造成传感器无法第一时间

20、对反应电喷发动机的具体工作情况进行表征，如果情况比较恶劣，还会造成发动机不能够有效地工作。2.1.4 喷油器故障 电喷发动机在对汽油进行雾化操作的时候，跟柴油机使用的高压喷嘴喷油雾化过程有较大的共同点，区别在于电喷发动机的喷油嘴是由电磁线圈、吸铁开关、喷油针阀和座四部分构成的。不过，电磁线圈也经常出现接触不够有效的情况，而且油针也经常出现卡住的情况，这些都会造成喷油雾化失效的情况，从而使得发动机无法长期处于正常工况下。导致无法喷油雾化的结果，影响发动机的正常使用。 2.1.5 空气、燃油滤清器堵塞故障 无论是燃油滤清器或者是空气，都需要开展及时的清洗，从而避免出现杜塞的情况。如果它们产生了杜塞

21、点前情况，就会造成发动机不能够平稳地运行和启动的情况。2.1.6 电喷系统连接管道松脱不严的故障 对于电喷系统而言，它主要借助电子来对汽油的具体喷射情况进行调整。如果这个过程里，管道未能得到可靠的连接，或者是密封情况不佳的时候，都会很大程度上影响发动机的工作，从而造成发动机不能够高效地运转或者启动。因此要及时地对喷油管道展开科学的检查，这个非常重要3。 3 基于故障树的典型案例分析3.1 基于故障树对发动机常见故障分析发动机常见故障上文第二章已写出，现用故障树对发动机常见故障进行分析，如图3-1 电喷发动机故障树所示。图3-1 电喷发动机故障树1：电源电路故障；2：输入/输出电路故障；3：存储

22、器故障；4：ECU损坏故障；5：怠速进气量的失准，发动机转速、冷却液温度、进气温度、节气门开关及空调等信号不准确；6：燃油系统传感器故障；7：喷油器堵塞；8：喷油器密封不良；9：喷出的燃油成线状；10：各种阀门的泄漏；11：燃油管破损；12：高压线外皮漏电3.1.1 ECU故障类型与分析1.电源电路故障它的故障产生原因为：调节器在脏乱、受潮的情况下，会导致充电电压过高；电源极性接反；发动机在运转工作的过程中，蓄电池接头松脱导致发电机向ECU直接供电；工作过程中的油污、雨雪、灰尘等会引起电源线路连接部位漏电搭铁等9。2.输入/输出电路故障故障表现为：放大电路元件烧损。这类故障极易发生在车辆长时间

23、高负荷工作、发动机散热不良、电路发生过电流和过电压等条件。其机理有两方面：一是温度过高导致零件材料和绝缘的破损；二是过电流和过电压引起元件烧蚀。3.存储器故障常用的存储，可通过复制处理。4.ECU损坏故障由于特殊的行车环境，雨雪、泥土、灰尘、油污等的侵蚀以及长时间高负荷工作，会造成ECU变形、开裂，导致元件引脚断路、短路或元件损坏等故障6。3.2典型案例分析在发动机的故障中，大部分都是比较常见的故障，并且这类故障基本上体现在怠速时发动机转速波动起伏、转速在中速或者高速的区间时驾驶者明显感觉到发动机疲软，以及加速踩油门时明显感到动力输出有延迟等方面。本文从增压进气系统入手，研究造成故障的因素。3

24、.2.1怠速不稳定冷却液温度较低或者处于热车的阶段，这时发动机处于怠速的运行状态，如果出现发动机无规律的振动、转速波动以及容易出现熄火等情况，一般都是因为增压进气系统的控制阀没有完全关闭的原因造成的。处于怠速状态时，增压进气阀理应处于完全闭合的状态，空气应从低速进气管流入缸体，假如增压控制阀没有完全闭合，那么部分空气会通过高速进气管流入缸体内。因为进气状态处于不可控，进气量不稳定，进而出现汽油的不充分燃烧、爆燃等状况发生，进而使得发动机的运行状态出现波动。这种情况下，可以实施下图所示的故障排除流程，进而找到造成故障的原因。图3-2 故障诊断程序框图3.2.2中高速无力与加速反应迟缓如果出现发动

25、机转速从低转速的状态迅速迈入高转速状态，这是车速并没有立刻提升，出现滞后的现象，同时会有进气阀门回火的状况发生。通常情况下，这种现象的发生基本上市由于增压控制阀没有立刻相应发动机的工作状态、开启延迟或者是无法开启的原因造成的。在发动机转速较高时，高压进气阀门理应立刻做出反应完全打开，由高速进气道完成进气动作。假如控制阀没有完全打开，那么有部分空气经低速进气管流入缸室燃烧，进气情况不可控，进而会影响燃烧效果，例如出现动力下降等现象。上述两个情况可以按照上文的诊断故障的流程进行排查工作。4 电喷发动机故障常用诊断方法目前在售的汽车其发动机的电控系统基本上都包涵了故障自诊程序，通过自诊系统的运行可以

26、快速找到出现故障的问题，其诊断过程迅速、针对性高、定位准确，具有明显的优势。然而，自诊系统并非是全能的，其能够处理的故障总是有一定限度的。这是往往可以通过人工检测的方法排查故障，人工检测可以处理自诊系统不能排查的故障，例如故障代码显示不全或者不显示、没有故障提示但是实际上出现了故障等情况。4.1 电喷发动机仪器检测诊断方法4.1.1 仪器读取故障代码检测诊断 目前在售的汽车若采用了电喷系统，基本都带有自动诊断故障系统。如果汽产生了故障时，ECU可以把相关的出现故障的数据写入储存器中，自诊时可以将故障信息从储存器中读取出来，然后ECU通过比较故障信息与故障代码进而判别出现了何种故障，进而能够精确

27、排查出故障所在位置，进而可以针对性的检测相关的部件、零件或者电路等，提升处理效率。1、用专用设备显示故障码。采用电喷系统的发动机基本上都配备了专业解码器接口，在诊断故障时，可以把故障诊断仪与发动机上的诊断接口通过接线盒连接，然后启动诊断仪便可通过诊断仪显示故障信息了。这种检测方法具有处理效率高、快速、高精度等特点，但是需要购买特定的设备，费用较高。2、通过仪表盘上的故障指示灯判断故障。基本上绝大多数采用了电喷系统的发动机均可使用这种方式进行故障的判别。仪表盘上的故障指示灯的关闭、开启、闪烁次数以及持续时间来显示故障，基本上采取下面几种方向进行显示：（1）故障灯先行闪烁的为故障码十位数，闪烁的时

28、间较长，闪烁的次数为十位数值；稍停后故障灯闪烁的为故障码个位数，闪烁的时间较短，闪烁的次数为个位数值。一个故障代码的两位数码都显示完毕后，灯关闭较长一段时间，再进行下一个代码的显示，如图4-1（a）所示。（2） 故障灯点亮时间不变，由灯的关闭时间长短来区分一个码的个位与十位，位与位之间有一个较短的关闭时间，码与码之间有一个较长的关闭时间，如图4-1（b）所示。 （3）故障灯点亮时间不变，在位与位之间关闭一小会，在码与码之间点亮时间略长一点，如图4-1（c）所示。图4-1 点火模块的基本电路 3、用指针式电压表显示故障码。该方法的原理为通过电压表指针的指示情况表示故障。例如使用万能表检查故障诊断

29、输出接口的电压情况，通常采用一位数代码以及两位数代码这两种方式。4、用发光二极管（LED）显示故障码。通常将发光二极管集成在ECU上，部分车型是集成在诊断接口上，例如奥迪车型。通过发光的二极管数量以及发出的颜色进行故障的判别，具体过程如下：a.用一个二极管显示，其指示方式与仪表板上的故障指示灯闪烁显示代码相同。b.用两个不同颜色的二极管显示，红色二极管闪烁为十位数码，绿色二极管闪烁为个位数码。c用四个二极管显示，各发光二极管分别代表8、4、2、1数码，显示故障代码时，将发亮的二极管所代表的数码相加即为所显示的故障代码。5、采用数字显示器显示故障代码。这种方式具有直截了当、方便快捷的优势。当前，一些在售的高级较差上得到大规模的运用，例如林肯车型。这方方法在执行故障诊断的时候，驾驶员只需要按下相应的诊断键，汽车便开始进行自动诊断故障，然后组合仪表盘将显示故障码。4.2 电喷发动机人工检测诊断方法4.2.1 目测检查 维修工人可以先检查暴露在外面的设备部件，例如进气管道、排气管、蓄电池等，这是进一步的检测的准备工作。