第2章发动机电子控制系统

1、汽车电子控制技术汽车电子控制技术沈阳大学沈阳大学 凌永成凌永成 配配 套套 教教 材材 信信 息息教材名称：汽车电子控制技术（第教材名称：汽车电子控制技术（第2版）版）教材主编：凌永成教材主编：凌永成 于京诺于京诺教材定价：教材定价：40RMB出版社：北京大学出版社出版社：北京大学出版社出版时间出版时间/版次：版次：2011年年7月第月第2版版国际标准书号（国际标准书号（ISBN ）：）： 978-7-301-19225-2教材所属系列：教材所属系列： 21世纪全国高等院校汽车类世纪全国高等院校汽车类创新型应用人才培养规划教材创新型应用人才培养规划教材 第第2章章 发动机电子控制系统发动机电子

2、控制系统教学提示：教学提示：汽车电子控制技术最早应用于发动机的汽车电子控制技术最早应用于发动机的控制。发动机电子控制技术的广泛应用，极大地提控制。发动机电子控制技术的广泛应用，极大地提高了汽车发动机的技术性能。高了汽车发动机的技术性能。教学要求：教学要求：本章主要介绍电子控制技术在汽车发动本章主要介绍电子控制技术在汽车发动机上的应用。重点内容是电子控制汽油喷射技术、机上的应用。重点内容是电子控制汽油喷射技术、电子控制点火技术以及发动机辅助控制技术。要求电子控制点火技术以及发动机辅助控制技术。要求学生了解控制原理，熟悉系统组成和工作特性。学生了解控制原理，熟悉系统组成和工作特性。2.1 电子控制

3、汽油喷射系统概述电子控制汽油喷射系统概述2.1.1汽油机对空燃比的要求汽油机对空燃比的要求1.可燃混合气浓度的表征方法可燃混合气浓度的表征方法=AF14.7 浓混合气浓混合气=AF=14.7 理论混合气理论混合气=AF14.7 稀混合气稀混合气=LL01 浓混合气浓混合气=LL0=1 理论混合气理论混合气=LL01 稀混合气稀混合气2.可燃混合气浓度对发动机性能的影响可燃混合气浓度对发动机性能的影响图图2-1 可燃混合气空燃比对发动机火焰温度、油耗率和输出功率的影响可燃混合气空燃比对发动机火焰温度、油耗率和输出功率的影响图图2-2 可燃混合气空燃比对发动机有害排放物浓度的影响可燃混合气空燃比对

4、发动机有害排放物浓度的影响3.不同工况下发动机对空燃比的要求不同工况下发动机对空燃比的要求（1）稳定工况对）稳定工况对混合气的要求。混合气的要求。 怠速和小负荷怠速和小负荷工况。工况。 中等负荷工况。中等负荷工况。 大负荷和全负荷大负荷和全负荷工况。工况。 （2）过渡工况对混合）过渡工况对混合气的要求。气的要求。 冷起动。冷起动。 暖机。暖机。 加速和减速。加速和减速。 2.1.2燃油喷射的概念燃油喷射的概念燃油喷射（燃油喷射（Fuel Injection）就是用喷油器将一定压力就是用喷油器将一定压力和数量的汽油喷入进气道和数量的汽油喷入进气道或气缸内。其目的是提高或气缸内。其目的是提高燃油雾

5、化质量，改进燃烧，燃油雾化质量，改进燃烧，改善发动机性能。改善发动机性能。电控燃油喷射则是采用电电控燃油喷射则是采用电动喷油器，由电子控制单动喷油器，由电子控制单元根据发动机运行工况和元根据发动机运行工况和使用条件，将适量的燃油使用条件，将适量的燃油喷入进气道或气缸内，实喷入进气道或气缸内，实现对发动机供油量的精确现对发动机供油量的精确控制。控制。2.1.3燃油喷射系统的分类燃油喷射系统的分类1.按喷油器的布置分类按喷油器的布置分类（1）单点燃油喷射系统（）单点燃油喷射系统（Single-Point Injection，SPI）。）。 节气门体喷射（节气门体喷射（Throttle Body I

6、njection ，TBI）中央燃油喷射（中央燃油喷射（Central Fuel Injection ，CFI）。）。（2）多点燃油喷射系统（）多点燃油喷射系统（Multi-Point Injection，MPI）。）。 进气管喷射。进气管喷射。 缸内喷射又称缸内直接喷射缸内喷射又称缸内直接喷射（Gasoline Direct Injection，GDI）。）。 2.按喷射装置的控制方式分类按喷射装置的控制方式分类（1）机械式燃油喷射系统（）机械式燃油喷射系统（K系统）系统） 图图2-9 机械式燃油喷射系统（机械式燃油喷射系统（K系统）系统） 博世公司研制的博世公司研制的K-Jetronic系

7、统在系统在20世纪五六十年代开始世纪五六十年代开始运用于汽车上，如早期的奔驰（运用于汽车上，如早期的奔驰（Benz）和奥迪（）和奥迪（Audi）等。）等。（2）机电结合式汽油喷射系统（）机电结合式汽油喷射系统（KE系统）。系统）。 KE系统在系统在K系统的基础上，增加了电子控制单元，以德系统的基础上，增加了电子控制单元，以德国博世公司生产的国博世公司生产的KE-Jetronic系统最具代表性。系统最具代表性。图图2-10 机电结合式汽油喷射系统（机电结合式汽油喷射系统（KE系统）系统）（3）电控式燃油喷射系统。）电控式燃油喷射系统。 电控式燃油喷射系统（电控式燃油喷射系统（Electronic

8、 Fuel Injection，EFI）由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统三部分组成。由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统三部分组成。 图图2-11 电控式汽油喷射系统电控式汽油喷射系统 其电子控制系统主要由电控单元（其电子控制系统主要由电控单元（Electronic Control Unit，ECU）、各种传感器和执行器三部分构成。）、各种传感器和执行器三部分构成。ECU通过通过对各种传感器的信号进行运算获得发动机的运行状况，发出对各种传感器的信号进行运算获得发动机的运行状况，发出指令控制喷油器的喷油时刻和喷油量，从而精确控制各工况指令控制喷油器的喷油时刻和喷油量，从而精确控制

9、各工况的空燃比。的空燃比。开环控制方式。开环控制方式。 图图2-12 开环控制方式开环控制方式闭环控制方式。闭环控制方式。图图2-13 闭环控制方式闭环控制方式3.按喷油方式分类按喷油方式分类（1）连续喷射系统（）连续喷射系统（Continuous Fuel Injection，CFI）。）。在发动机运转期间，燃油连续不断的喷射，主要用于机械式在发动机运转期间，燃油连续不断的喷射，主要用于机械式和机电结合式汽油喷射系统。和机电结合式汽油喷射系统。（2）间歇喷射系统。在发动机运转期间，燃油按照一定的）间歇喷射系统。在发动机运转期间，燃油按照一定的规律间歇喷射，电控式燃油喷射系统都采用间歇喷射。规

10、律间歇喷射，电控式燃油喷射系统都采用间歇喷射。图图2-14 间歇喷射时序分类间歇喷射时序分类（a）同时喷射；（）同时喷射；（b）分组喷射；（）分组喷射；（c）顺序喷射）顺序喷射4.按进气量的检测方式分类按进气量的检测方式分类（1）直接测量式。）直接测量式。 直接测量式燃油喷射系统利用空气流量计直接测量单位时直接测量式燃油喷射系统利用空气流量计直接测量单位时间内吸入进气管的空气流量。直接检测方式也可称为质量间内吸入进气管的空气流量。直接检测方式也可称为质量-流流量（量（Mass Flow）方式，亦称）方式，亦称L型燃油喷射系统（型燃油喷射系统（L为德文空为德文空气流量气流量Luftmengen的

11、字头）。的字头）。叶片式空气流量计（测量体积流量）。叶片式空气流量计（测量体积流量）。 按照空气流量计的种类不同，直接测量式又分为以下几种。按照空气流量计的种类不同，直接测量式又分为以下几种。卡门涡旋式空气流量计（测量体积流量）。卡门涡旋式空气流量计（测量体积流量）。热线式空气流量计（测量质量流量）。热线式空气流量计（测量质量流量）。热膜式空气流量计（测量质量流量）。热膜式空气流量计（测量质量流量）。（2）间接测量式。）间接测量式。 间接测量式燃油喷射系统通过对其他参数（进气歧管绝间接测量式燃油喷射系统通过对其他参数（进气歧管绝对压力、节气门开度和发动机转速）的测量，并经过计算处对压力、节气门

12、开度和发动机转速）的测量，并经过计算处理得到进气量的值。理得到进气量的值。 间接检测方式又可分为速度间接检测方式又可分为速度-密度（密度（Speed Density）方）方式和节气门式和节气门-速度（速度（Throttle speed）方式。速度）方式。速度-密度方式根密度方式根据进气管绝对压力和发动机转速计量发动机每循环的进气量，据进气管绝对压力和发动机转速计量发动机每循环的进气量，而节气门而节气门-速度方式则根据节气门开度和发动机转速计量发动速度方式则根据节气门开度和发动机转速计量发动机每循环的进气量，从而计算所需的喷油量。机每循环的进气量，从而计算所需的喷油量。 间接测量常用进气歧管绝对

13、压力式，即采用进气歧管绝间接测量常用进气歧管绝对压力式，即采用进气歧管绝对压力传感器测量进气管的绝对压力以确定进气量。该系统对压力传感器测量进气管的绝对压力以确定进气量。该系统亦称为亦称为D型燃油喷射系统（型燃油喷射系统（D为德文压力为德文压力Druck的字头）。的字头）。 质量质量-流量控制方式（流量控制方式（L型）是通过空气流量传感器（型）是通过空气流量传感器（Air Flow Meter）直接测量发动机的进气量，再根据进气量和转）直接测量发动机的进气量，再根据进气量和转速来确定发动机每工作循环的供油量，精度高、稳定性好。速来确定发动机每工作循环的供油量，精度高、稳定性好。2.2 电控燃油

14、喷射系统的基本组成电控燃油喷射系统的基本组成图图2-16 发动机电控燃油喷射系统（发动机电控燃油喷射系统（D型）型）图图217 发动机电控燃油喷射系统（发动机电控燃油喷射系统（L型）型）2.2.1空气供给系统空气供给系统 空气供给系统用于向发动机提供新鲜空气，并测量进入气空气供给系统用于向发动机提供新鲜空气，并测量进入气缸的空气量。按怠速进气量的控制方式不同，空气供给系统分缸的空气量。按怠速进气量的控制方式不同，空气供给系统分为旁通空气式和直接供气式两种，如图为旁通空气式和直接供气式两种，如图2-18所示。所示。 （a）旁通空气式）旁通空气式 （b）直接供气式）直接供气式 图图2-18 空气供

15、给系统空气供给系统1空气滤清器；空气滤清器；2空气流量传感器；空气流量传感器；3怠速控制阀；怠速控制阀；4进气歧管；进气歧管；5动力腔；动力腔；6节气门体节气门体2.2.2燃油供给系统燃油供给系统1.燃油供给系统的组成燃油供给系统的组成 燃油供给系统向发动机提供混合气燃烧所需的燃油，主燃油供给系统向发动机提供混合气燃烧所需的燃油，主要由油箱、电动汽油泵、输油管、燃油滤清器、燃油压力调要由油箱、电动汽油泵、输油管、燃油滤清器、燃油压力调节器、燃油分配管（燃油导轨）、喷油器和回油管等组成。节器、燃油分配管（燃油导轨）、喷油器和回油管等组成。图图2-19 燃油供给系统燃油供给系统1油箱；油箱；2电动

16、汽油泵；电动汽油泵；3输油管；输油管；4回油管；回油管；5喷油器；喷油器；6燃油压力调节器；燃油压力调节器；7燃油分配管；燃油分配管；8燃油滤清器燃油滤清器2.燃油压力调节器燃油压力调节器压力调节器的功用就是调节燃油压力，使喷油压差保持恒定。压力调节器的功用就是调节燃油压力，使喷油压差保持恒定。 喷油压差就是指燃油分配管内燃油压力与进气管内气体压喷油压差就是指燃油分配管内燃油压力与进气管内气体压力的差值，一般为力的差值，一般为300 kPa左右。左右。 燃油压力调节器结构图燃油压力调节器结构图 3.燃油压力脉动阻尼器燃油压力脉动阻尼器 在一些电控燃油喷射系统的电动燃油泵或燃油导轨上，在一些电控

17、燃油喷射系统的电动燃油泵或燃油导轨上，安装有燃油压力脉动阻尼器，其作用是降低喷油器喷油时引安装有燃油压力脉动阻尼器，其作用是降低喷油器喷油时引起的燃油压力波动，并降低噪声。起的燃油压力波动，并降低噪声。图图2-22 燃油压力脉动阻尼器结构图燃油压力脉动阻尼器结构图1阀片；阀片；2膜片；膜片；3回位弹簧回位弹簧燃油压力脉动阻尼器一燃油压力脉动阻尼器一般不会发生故障。需进般不会发生故障。需进行拆卸时，注意应首先行拆卸时，注意应首先释放燃油系统压力。释放燃油系统压力。 2.2.3电子控制系统电子控制系统1.信号输入装置信号输入装置 信号输入装置包括各种传感器和开关。发动机传感器安信号输入装置包括各种

18、传感器和开关。发动机传感器安装在发动机的不同部位，用于检测发动机运行状态的各种参装在发动机的不同部位，用于检测发动机运行状态的各种参数，并将其转换成计算机能够识别的电信号输入数，并将其转换成计算机能够识别的电信号输入ECU。（1）空气流量传感器（）空气流量传感器（Air Flow Sensor，AFS）或歧管压）或歧管压力传感器（力传感器（Manifold Absolute Pressure Sensor，MAP）：）：用于检测吸入发动机气缸的进气量。用于检测吸入发动机气缸的进气量。AFS能直接检测发动机能直接检测发动机的进气量，的进气量，MAP只能间接测量发动机的进气量。只能间接测量发动机的

19、进气量。（2）曲轴位置传感器（）曲轴位置传感器（crankshaft position sensor，CPS）：用于检测发动机曲轴的转速和转角，控制喷油提前）：用于检测发动机曲轴的转速和转角，控制喷油提前角和点火提前角。角和点火提前角。 发动机传感器及开关信号的主要功用如下所述。发动机传感器及开关信号的主要功用如下所述。（3）凸轮轴位置传感器（）凸轮轴位置传感器（camshaft position sensor，CPS）：用于检测活塞上止点位置，控制开始喷油时刻和开）：用于检测活塞上止点位置，控制开始喷油时刻和开始点火时刻，故又称为气缸识别传感器（始点火时刻，故又称为气缸识别传感器（Cylin

20、der Identification Sensor，CIS）。部分汽车发动机电控系统中，曲轴位置传感器与凸轮轴位置部分汽车发动机电控系统中，曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器制成一体，统称为曲轴位置传感器，并用传感器制成一体，统称为曲轴位置传感器，并用CPS表示。表示。（4）节气门位置传感器（）节气门位置传感器（Throttle Position Sensor ，TPS）：用于检测节气门开度大小，如节气门关闭、部分开）：用于检测节气门开度大小，如节气门关闭、部分开启和全开等。启和全开等。 此外，此外，ECU通过计算节气门位置传感器信号的变化率，通过计算节气门位置传感器信号的变化率，便可得到汽车加

21、速或减速信号。便可得到汽车加速或减速信号。（5）冷却液温度传感器（）冷却液温度传感器（coolant temperature sensor，CTS）：又称为水温传感器，用于检测发动机冷却液温度。）：又称为水温传感器，用于检测发动机冷却液温度。（6）进气温度传感器（）进气温度传感器（Intake Air Temperature Sensor，IATS）：用于检测吸入发动机气缸的空气的温度。）：用于检测吸入发动机气缸的空气的温度。（7）氧传感器或）氧传感器或O2传感器（传感器（Exhaust gas oxygen Sensor，EGOS）：用于检测排气管排出废气中氧的含量，来反映可）：用于检测排气

22、管排出废气中氧的含量，来反映可燃混合气的燃混合气的AF。（8）车速传感器（）车速传感器（Vehicle Speed Sensor，VSS）：用于）：用于检测汽车行驶速度。检测汽车行驶速度。（9）点火开关信号（）点火开关信号（Ignition Switch ，IGN）：当点火开）：当点火开关接通关接通“点火（点火（IG）”挡位时，向挡位时，向ECU输入一个高电平信号。输入一个高电平信号。（10）起动开关信号（）起动开关信号（Starting Switch，STA）：当点火开）：当点火开关接通关接通“起动（起动（ST）”挡时，向挡时，向ECU输入一个高电平信号。输入一个高电平信号。（11）空调开关

23、信号（）空调开关信号（Air Conditioning Switch，A/C）：）：当空调开关接通时，向当空调开关接通时，向ECU提供接通空调的信号。提供接通空调的信号。（12）电源电压信号（）电源电压信号（U-Battery，UBAT）：向）：向ECU提供蓄提供蓄电池端电压信号。电池端电压信号。（13）空挡起动开关信号（）空挡起动开关信号（Neutral Start Switch，NSW）：）：在选装自动变速器的汽车上，用于检测自动变速器的挡位选在选装自动变速器的汽车上，用于检测自动变速器的挡位选择开关是否处于空挡位置。择开关是否处于空挡位置。2. ECUECU又称又称为电子控为电子控制单元

24、或制单元或电子控制电子控制组件，俗组件，俗称电脑。称电脑。 ECU用于接收各种传感器和控制开关输入的发动机工用于接收各种传感器和控制开关输入的发动机工况信号，根据况信号，根据ECU内部预先编制的控制程序和存储的试验内部预先编制的控制程序和存储的试验数据，通过数学计算和逻辑判断确定适应发动机工况的喷数据，通过数学计算和逻辑判断确定适应发动机工况的喷油时间和点火提前角等参数，并将这些参数转换为电信号油时间和点火提前角等参数，并将这些参数转换为电信号控制各种执行元件动作，从而使发动机保持最佳运行状态。控制各种执行元件动作，从而使发动机保持最佳运行状态。 ECU还具有故障自诊断测试功能和应急处理功能（

25、后备还具有故障自诊断测试功能和应急处理功能（后备功能）。在功能）。在ECU对发动机运行状态进行控制的同时，还对传对发动机运行状态进行控制的同时，还对传感器传输的信号进行监测与鉴别，当发现某传感器传输的信感器传输的信号进行监测与鉴别，当发现某传感器传输的信号参数超出规定值范围或没有传输信号时，号参数超出规定值范围或没有传输信号时，ECU将判定该传将判定该传感器或相关线路发生故障，并将故障信息编成代码储存在存感器或相关线路发生故障，并将故障信息编成代码储存在存储器中，以便维修时调用，与此同时，立即启用后备功能，储器中，以便维修时调用，与此同时，立即启用后备功能，使发动机进入故障应急状态运行。使发动

26、机进入故障应急状态运行。3.执行器执行器 执行器又称为执行元件，是电控系统的执行机构。执行执行器又称为执行元件，是电控系统的执行机构。执行器用于接受器用于接受ECU的控制指令，完成具体的控制动作。发动机的控制指令，完成具体的控制动作。发动机电控燃油喷射系统常用的执行器主要功用如下所述。电控燃油喷射系统常用的执行器主要功用如下所述。（1）电动汽油泵：给发动机电控系统提供规定压力的燃油。）电动汽油泵：给发动机电控系统提供规定压力的燃油。（2）油泵继电器：控制电动汽油泵电路的接通与切断。）油泵继电器：控制电动汽油泵电路的接通与切断。（3）喷油器：接收）喷油器：接收ECU发出的喷油脉冲信号，并计量燃油

27、发出的喷油脉冲信号，并计量燃油喷射量。喷射量。（4）氧传感器加热器：加热氧传感器的检测部件，使传感）氧传感器加热器：加热氧传感器的检测部件，使传感器尽快投入工作。器尽快投入工作。 在汽车电控系统中，还设有一个故障诊断插座（故障测在汽车电控系统中，还设有一个故障诊断插座（故障测试仪接口）。当控制系统发生故障或需要了解控制系统的工试仪接口）。当控制系统发生故障或需要了解控制系统的工况参数时，利用测试仪通过故障诊断插座可以调取所需信息况参数时，利用测试仪通过故障诊断插座可以调取所需信息和参数。和参数。2.3 电控燃油喷射系统传感器的结构原理电控燃油喷射系统传感器的结构原理2.3.1歧管压力传感器歧管

28、压力传感器1. 歧管压力传感器的作用与分类歧管压力传感器的作用与分类 歧管压力传感器用于测量发动机的进气量，又称为进气歧管压力传感器用于测量发动机的进气量，又称为进气歧管绝对压力传感器或进气绝对压力传感器。歧管压力传感歧管绝对压力传感器或进气绝对压力传感器。歧管压力传感器采用间接测量方式测量进气量，即依据发动机的负荷变化器采用间接测量方式测量进气量，即依据发动机的负荷变化测出进气歧管内绝对压力值，进而测算发动机的进气量。测出进气歧管内绝对压力值，进而测算发动机的进气量。2.电容式歧管压力传感器电容式歧管压力传感器 电容式歧管压力传感器利用传感器的电容效应测量进气电容式歧管压力传感器利用传感器的

29、电容效应测量进气歧管绝对压力，主要由氧化铝膜片及厚膜电极等构成。歧管绝对压力，主要由氧化铝膜片及厚膜电极等构成。电容式歧管压力传感器电容式歧管压力传感器 ECU根据传感器输出信号的频率便可确定进气歧管的绝根据传感器输出信号的频率便可确定进气歧管的绝对压力。其信号频率和进气歧管绝对压力值成正比，该频率对压力。其信号频率和进气歧管绝对压力值成正比，该频率大约在大约在80120Hz范围内变化。范围内变化。3.半导体压敏电阻式歧管压力传感器半导体压敏电阻式歧管压力传感器 半导体压敏电阻式歧管压力传感器利用半导体的压阻效半导体压敏电阻式歧管压力传感器利用半导体的压阻效应测量进气歧管的绝对压力，主要由压力

30、转换元件和将转换应测量进气歧管的绝对压力，主要由压力转换元件和将转换元件输出信号进行放大的混合集成电路等构成。元件输出信号进行放大的混合集成电路等构成。半导体压敏电阻式歧管压力传感器半导体压敏电阻式歧管压力传感器 （a）硅钢片）硅钢片 （b）控制电路）控制电路图图2-28 半导体压敏电阻式歧管压力传感器工作原理半导体压敏电阻式歧管压力传感器工作原理1硅片；硅片；2硅；硅；3真空管；真空管；4硼硅酸玻璃片；硼硅酸玻璃片；5二氧化硅膜；二氧化硅膜；6应变电阻；应变电阻；7金属片；金属片；8稳压电源；稳压电源；9差动放大器差动放大器 该类传感器尺寸小、精度高、成本低、响应性好、通用性强和测量该类传感

31、器尺寸小、精度高、成本低、响应性好、通用性强和测量范围广，是目前进气压力传感器中最先进的一种，应用广泛。范围广，是目前进气压力传感器中最先进的一种，应用广泛。4.膜盒传动的可变电感式（膜盒传动的可变电感式（LVDT）歧管压力传感器）歧管压力传感器 膜盒传动的可变电感式歧管压力传感器主要由膜盒、铁膜盒传动的可变电感式歧管压力传感器主要由膜盒、铁心、感应线圈和电子电路等组成。心、感应线圈和电子电路等组成。 LVDT式歧管压力传感器式歧管压力传感器 感应线圈由两个绕组构成，一个与振荡电路相连，产生感应线圈由两个绕组构成，一个与振荡电路相连，产生交流电压，在线圈周围产生磁场；另一个为感应绕组，用于交流

32、电压，在线圈周围产生磁场；另一个为感应绕组，用于产生信号电压。产生信号电压。LVDT式歧管压力传感器工作原理式歧管压力传感器工作原理 当进气歧管压力变化时，膜盒带动铁心在磁场中移动，当进气歧管压力变化时，膜盒带动铁心在磁场中移动，使感应线圈产生的信号电压随之变化，再将该电压信号送到使感应线圈产生的信号电压随之变化，再将该电压信号送到电子电路，后经检波、整形和放大后，作为传感器的输出信电子电路，后经检波、整形和放大后，作为传感器的输出信号送至号送至ECU。5.表面弹性波式（表面弹性波式（SAW）歧管压力传感器）歧管压力传感器 表面弹性波式（表面弹性波式（SAW）歧管压力传感器在一块压电基片上）歧

33、管压力传感器在一块压电基片上用超声波加工出一薄膜敏感区，上面刻制换能器（压敏用超声波加工出一薄膜敏感区，上面刻制换能器（压敏SAW延时线），换能器与电路组合成振荡器。延时线），换能器与电路组合成振荡器。（a）传感器结构）传感器结构 （b）换能器结构）换能器结构图图2-31 SAW式歧管压力传感器式歧管压力传感器2.3.2空气流量传感器空气流量传感器1.空气流量传感器的作用与分类空气流量传感器的作用与分类 空气流量传感器（空气流量传感器（AFS）又称为空气流量计（）又称为空气流量计（AFM），），用于检测发动机的进气量，并将进气量信息转换成电信号输用于检测发动机的进气量，并将进气量信息转换成电信

34、号输入入ECU，以供，以供ECU计算确定喷油时间（即喷油量）和点火时计算确定喷油时间（即喷油量）和点火时间，是发动机间，是发动机ECU计算喷油时间和点火时间的主要依据。计算喷油时间和点火时间的主要依据。目前车用空气流目前车用空气流量传感器主要有量传感器主要有翼片式空气流量翼片式空气流量传感器、卡门涡传感器、卡门涡旋式空气流量传旋式空气流量传感器和热式空气感器和热式空气流量传感器等。流量传感器等。2.翼片式空气流量传感器翼片式空气流量传感器 翼片式空气流量传感器由测量板（叶片）、缓冲板、阻翼片式空气流量传感器由测量板（叶片）、缓冲板、阻尼室、旁通气道、怠速调整螺钉、回位弹簧等组成。此外，尼室、旁

35、通气道、怠速调整螺钉、回位弹簧等组成。此外，其内部还设有电动汽油泵开关及进气温度传感器等。其内部还设有电动汽油泵开关及进气温度传感器等。翼片式空气流量传感器结构翼片式空气流量传感器结构 图图2-35 电位计电位计 （a）电位计内部电路）电位计内部电路 （b）工作原理）工作原理图图2-36 翼片式空气流量传感器工作原理翼片式空气流量传感器工作原理1电位计；电位计；2来自空气滤清器的空气；来自空气滤清器的空气；3到发动机的空气；到发动机的空气；4测量板；测量板；5电位计滑动触头；电位计滑动触头；6旁通空气通道旁通空气通道2.卡门涡旋式空气流量传感器卡门涡旋式空气流量传感器 卡门涡旋式空气流量传感器

36、（卡门涡旋式空气流量传感器（Karman scroll type air flow meter）在进气管道中央设置一个锥体状的涡流发生器，）在进气管道中央设置一个锥体状的涡流发生器，当空气流过时，在涡流发生器的后部将会不断产生称之为卡当空气流过时，在涡流发生器的后部将会不断产生称之为卡门涡旋的涡流串，若测出卡门涡流的频率便可感知进气量的门涡旋的涡流串，若测出卡门涡流的频率便可感知进气量的大小。大小。按照涡旋数的检测按照涡旋数的检测方式不同，卡门涡方式不同，卡门涡旋式空气流量传感旋式空气流量传感器有超声波检测方器有超声波检测方式和反光镜检测方式和反光镜检测方式两种。式两种。 图图2-37 卡门涡

37、旋式空气流量传感器（超声波检测方式）卡门涡旋式空气流量传感器（超声波检测方式）1整流栅；整流栅；2涡旋发生体；涡旋发生体；3涡旋稳定板；涡旋稳定板；4信号发生器（超声波发射头）；信号发生器（超声波发射头）；5超声波发生器；超声波发生器；6通往发动机；通往发动机；7卡门涡旋；卡门涡旋；8超声波接收器；超声波接收器；9与涡旋与涡旋数对应的疏密声波；数对应的疏密声波；10整形放大电路；整形放大电路；11旁通通路；旁通通路；12通往通往ECU；13整整形成矩形波（脉冲）形成矩形波（脉冲） （a）结构）结构 （b）原理）原理（c）输出信号波形）输出信号波形 图图2-38 卡门涡旋式空气流量传感器（反光镜

38、检测方式）卡门涡旋式空气流量传感器（反光镜检测方式）1反光镜；反光镜；2发光二极管；发光二极管；3弹性钢片；弹性钢片；4空气流；空气流；5卡门涡旋；卡门涡旋；6涡旋发生体；涡旋发生体；7压力导向孔；压力导向孔；8光电品体管；光电品体管；9进气管路；进气管路；10支承板支承板3.热式空气流量传感器热式空气流量传感器 热式空气流量传感器有热线式和热膜式两种形式，直接热式空气流量传感器有热线式和热膜式两种形式，直接检测发动机吸入空气的质量流量，检测原理完全相同。检测发动机吸入空气的质量流量，检测原理完全相同。 热线式空气流量传感器的检测元件是铂金属丝，热膜式空热线式空气流量传感器的检测元件是铂金属丝

39、，热膜式空气流量传感器的检测元件是铂金属膜。气流量传感器的检测元件是铂金属膜。 此外还具有进气阻力小、无磨损部件等优点，目前大多此外还具有进气阻力小、无磨损部件等优点，目前大多数中高档轿车都采用这种传感器。数中高档轿车都采用这种传感器。 热线式与热膜式空气流量传感器主要由发热元件（热线热线式与热膜式空气流量传感器主要由发热元件（热线或热膜）、温度补偿电阻（冷丝或冷膜）、信号取样电阻和或热膜）、温度补偿电阻（冷丝或冷膜）、信号取样电阻和控制电路等组成。控制电路等组成。 铂金属检测元件的响应速度很快，能在几毫秒内反映出铂金属检测元件的响应速度很快，能在几毫秒内反映出空气流量的变化，因此测量精度不受

40、进气气流脉动的影响空气流量的变化，因此测量精度不受进气气流脉动的影响（气流脉动在发动机大负荷、低转速运转时最为明显）。（气流脉动在发动机大负荷、低转速运转时最为明显）。热线式空气流量传感器。热线式空气流量传感器。 图图2-39 热线式空气流量传感器热线式空气流量传感器1传感器密封盖；传感器密封盖；2印刷控制电路板；印刷控制电路板；3卡环；卡环；4防护网；防护网；5温度补偿电阻温度补偿电阻丝（冷丝）；丝（冷丝）；6铂金属丝（热线）；铂金属丝（热线）；7取样管；取样管；8CO调整螺钉；调整螺钉；9防护塞；防护塞；10接线插座接线插座热膜式空气流量传感器。热膜式空气流量传感器。 热膜式空气流量传感器

41、对热线式空气流量传感器进行了热膜式空气流量传感器对热线式空气流量传感器进行了改进，其发热元件采用平面形铂金属薄膜（厚约改进，其发热元件采用平面形铂金属薄膜（厚约200m）电）电阻器，故称为热膜电阻。阻器，故称为热膜电阻。图图2-40 热膜式空气流量传感器热膜式空气流量传感器1接线插座；接线插座；2护套；护套；3铂金属膜；铂金属膜；4防护网防护网 为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在热膜电为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在热膜电阻附近的气流上游设有铂金属膜式温度补偿电阻。阻附近的气流上游设有铂金属膜式温度补偿电阻。 温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，温度补偿电阻和热膜

42、电阻与传感器内部控制电路连接，控制电路与线束连接器插座连接，线束插座设在传感器壳体控制电路与线束连接器插座连接，线束插座设在传感器壳体中部。中部。图图2-41 热膜式空气流量传感器内部元件热膜式空气流量传感器内部元件1控制回路；控制回路；2通往发动机；通往发动机；3热膜；热膜；4进气温度传感器；进气温度传感器；5金属网金属网2.3.3节气门位置传感器节气门位置传感器1.节气门位置传感器的作用与分类节气门位置传感器的作用与分类 发动机工况（如起动、怠速、加速、减速、小负荷和大发动机工况（如起动、怠速、加速、减速、小负荷和大负荷等）不同，对混合气浓度的要求也不相同。节气门位置负荷等）不同，对混合气

43、浓度的要求也不相同。节气门位置传感器将节气门开度（即发动机负荷）大小转变为电信号输传感器将节气门开度（即发动机负荷）大小转变为电信号输入发动机入发动机ECU，以便确定，以便确定AF的大小。的大小。按结构不同，节气门位置传感器分为触点式、可变电阻式、触按结构不同，节气门位置传感器分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式三种类型；按输出信号的类型不同，节气点与可变电阻组合式三种类型；按输出信号的类型不同，节气门位置传感器可分为线性（量）输出型和开关（量）输出型。门位置传感器可分为线性（量）输出型和开关（量）输出型。2.触点式节气门位置传感器触点式节气门位置传感器 触点式节气门位置传感器主要由节

44、气门轴、大负荷触点触点式节气门位置传感器主要由节气门轴、大负荷触点（又称为功率触点）、凸轮、怠速触点和接线插座组成。（又称为功率触点）、凸轮、怠速触点和接线插座组成。 （a）外形）外形 （b）内部结构）内部结构 （c）输出特性）输出特性 图图2-44 触点式节气门位置传感器的结构特点触点式节气门位置传感器的结构特点1节气门轴；节气门轴；2功率触点（功率触点（PSW）；）；3凸轮；凸轮；4怠速触点（怠速触点（IDL）；）；5接线插座接线插座3.组合式节气门位置传感器组合式节气门位置传感器（1）结构特点。组合式节气门位置传感器主要由可变电阻）结构特点。组合式节气门位置传感器主要由可变电阻滑动触点、

45、节气门轴、怠速触点和壳体组成。滑动触点、节气门轴、怠速触点和壳体组成。 （a）内部结构）内部结构 （b）电路）电路 图图2-45 组合式节气门位置传感器组合式节气门位置传感器1可变电阻滑动触点；可变电阻滑动触点；2镀膜电阻；镀膜电阻；3绝缘部件；绝缘部件；4节气门轴；节气门轴；5怠速触点怠速触点（2）输出特性。其输出特性如图）输出特性。其输出特性如图2-46所示。当节气门关闭或所示。当节气门关闭或开度小于开度小于1.2时，怠速触点闭合，其输出端子时，怠速触点闭合，其输出端子IDL输出低电输出低电平平“0”；当节气门开度大于；当节气门开度大于1.2时，怠速触点断开，输出端时，怠速触点断开，输出端

46、子子IDL输出高电平输出高电平“5V”。（a）怠速触点输出信号）怠速触点输出信号 （b）滑动触点输出信号）滑动触点输出信号图图2-46 组合式节气门位置传感器输出特性组合式节气门位置传感器输出特性2.3.4曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器又称为发动机转速与曲轴转角传感器，用于曲轴位置传感器又称为发动机转速与曲轴转角传感器，用于采集发动机曲轴转速与转角信号并输入采集发动机曲轴转速与转角信号并输入ECU，以便计算确定，以便计算确定并控制喷油提前角与点火提前角。并控制喷油提前角与点火提前角。 曲轴位置传感器（曲轴位置传感器（CPS） 凸轮轴位置传感器又称

47、为气缸识凸轮轴位置传感器又称为气缸识别传感器（别传感器（CIS）用于采集配气）用于采集配气凸轮轴的位置信号并输入凸轮轴的位置信号并输入ECU，以便确定活塞处于压缩（或排气）以便确定活塞处于压缩（或排气）行程上止点的位置。大多数汽车行程上止点的位置。大多数汽车将曲轴与凸轮轴两种位置传感器将曲轴与凸轮轴两种位置传感器制成一体。制成一体。曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器分为磁感应式、霍尔式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器分为磁感应式、霍尔式和光电式几类。丰田采用磁感应式；德国采用磁感应式曲轴和光电式几类。丰田采用磁感应式；德国采用磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式凸轮轴位置传感器；日产采用光电式曲位置传

48、感器和霍尔式凸轮轴位置传感器；日产采用光电式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器。轴位置传感器和凸轮轴位置传感器。2.3.5氧传感器氧传感器1.氧传感器的作用与分类氧传感器的作用与分类 氧传感器是排气氧传感器（氧传感器是排气氧传感器（EGOS）的简称，又称为含）的简称，又称为含氧量传感器、氧量传感器、传感器。氧传感器安装在发动机排气管上，传感器。氧传感器安装在发动机排气管上，通过监测排气中氧离子的含量获得混合气的通过监测排气中氧离子的含量获得混合气的AF信号，并将信号，并将AF信号转变为电信号输入发动机信号转变为电信号输入发动机ECU。 氧传感器分为氧化锆（氧传感器分为氧化锆（ZrO2）式和氧化钛

49、（）式和氧化钛（TiO2）式）式两种类型。氧化锆式氧传感器又分为加热型与非加热型氧传两种类型。氧化锆式氧传感器又分为加热型与非加热型氧传感器两种，氧化钛式一般都为加热型传感器。感器两种，氧化钛式一般都为加热型传感器。2.氧化锆式氧传感器结构原理氧化锆式氧传感器结构原理（1）结构特点。氧化锆式氧传感器主要由钢质护管、钢质壳）结构特点。氧化锆式氧传感器主要由钢质护管、钢质壳体、锆管、加热元件、电极引线、防水护套和线束连接器等体、锆管、加热元件、电极引线、防水护套和线束连接器等组成。组成。 图图2-50 氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器1钢质护管；钢质护管；2排气；排气；3壳体；壳体；4防水护套；防

50、水护套；5电极引线；电极引线；6陶瓷加热元件；陶瓷加热元件；7排气排气管；管；8二氧化锆固体电解质陶瓷管（锆管）；二氧化锆固体电解质陶瓷管（锆管）；9加热元件电源端子；加热元件电源端子；10加热元件搭铁端子；加热元件搭铁端子；11信号输出端子信号输出端子（2）测量原理。）测量原理。 图图2-51 氧化锆式氧传感器工作原理氧化锆式氧传感器工作原理 1排气；排气；2排气管；排气管； 3大气；大气；4固体固体ZrO2； 5铂电极；铂电极；6保护层保护层（3）工作特性。）工作特性。 图图2-52 氧化锆式氧传感器工作特性氧化锆式氧传感器工作特性 1传感器的电动势；传感器的电动势； 2CO浓度；浓度；

51、3无铂电极时的电动势；无铂电极时的电动势； 4氧离子浓度氧离子浓度3.氧化钛式氧传感器的结构原理氧化钛式氧传感器的结构原理（1）结构特点。氧化钛式氧传感器的外形与氧化锆式氧传感）结构特点。氧化钛式氧传感器的外形与氧化锆式氧传感器相似，主要由二氧化钛传感元件、钢质壳体、加热元件和器相似，主要由二氧化钛传感元件、钢质壳体、加热元件和电极引线等组成。电极引线等组成。 图图2-53 氧化钛式氧传感器氧化钛式氧传感器1加热元件；加热元件；2二氧化钛元件；二氧化钛元件；3基片；基片；4垫圈；垫圈；5密封圈；密封圈；6壳体；壳体；7滑石粉填料；滑石粉填料；8密封釉；密封釉；9护套；护套；10电极引线；电极引

52、线；11连接焊点；连接焊点；12密密封衬垫；封衬垫；13传感器引线传感器引线（2）测量原理。由于二氧化钛半导体材料的电阻具有随氧离）测量原理。由于二氧化钛半导体材料的电阻具有随氧离子浓度变化而变化的特性，因此氧化钛式氧传感器的信号源子浓度变化而变化的特性，因此氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻。相当于一个可变电阻。 氧化钛式氧传感器的特性氧化钛式氧传感器的特性 氧化钛式氧传感器工作电路氧化钛式氧传感器工作电路 2.3.6温度传感器温度传感器1.温度传感器的作用与分类温度传感器的作用与分类 度传感器将被测对象的温度信号转变为电信号输入度传感器将被测对象的温度信号转变为电信号输入ECU，E

53、CU修正控制参数或判断检测对象的热负荷状态。修正控制参数或判断检测对象的热负荷状态。 按检测对象不同，温度传感器主要有发动机冷却液温度传按检测对象不同，温度传感器主要有发动机冷却液温度传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、排气温度传感器、感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、排气温度传感器、空调温度传感器（或空调温控开关）等。空调温度传感器（或空调温控开关）等。 进气温度传感器进气温度传感器 按结构与物理性能不同，温度传感器可分为热敏电阻式、按结构与物理性能不同，温度传感器可分为热敏电阻式、双金属片式、热敏铁氧体式和石蜡式等。双金属片式、热敏铁氧体式和石蜡式等。 热敏电阻式和热敏铁氧体式温度

54、传感器属于物性型传感热敏电阻式和热敏铁氧体式温度传感器属于物性型传感器，双金属片式和石蜡式温度传感器属于结构型传感器。现代器，双金属片式和石蜡式温度传感器属于结构型传感器。现代汽车广泛采用物性型热敏电阻式温度传感器。汽车广泛采用物性型热敏电阻式温度传感器。2.热敏电阻式温度传感器热敏电阻式温度传感器 （a）外形）外形 （b）两端子式）两端子式 （c）单端子式）单端子式图图2-57 热敏电阻式温度传感器热敏电阻式温度传感器NTC型温度传感器特性型温度传感器特性 温度传感器的工作电路温度传感器的工作电路 2.4 电控燃油喷射系统执行器的结构原理电控燃油喷射系统执行器的结构原理2.4.1喷油器喷油器

55、1.喷油器的作用与分类喷油器的作用与分类 电磁喷油器简称喷油器，俗称喷嘴，用于向气缸或进气电磁喷油器简称喷油器，俗称喷嘴，用于向气缸或进气道内喷射适量的、雾化的燃油。道内喷射适量的、雾化的燃油。 按结构不同，喷油器可分为轴针式、球阀式和片阀式三按结构不同，喷油器可分为轴针式、球阀式和片阀式三种。目前，主要采用球阀式喷油器。按喷油器电磁线圈电阻种。目前，主要采用球阀式喷油器。按喷油器电磁线圈电阻值大小，喷油器可分为高电阻型（值大小，喷油器可分为高电阻型（1318）和低电阻型）和低电阻型（13）两种。）两种。2.结构特点结构特点（1）轴针式喷油器。）轴针式喷油器。 图图2-61 轴针式喷油器轴针式

56、喷油器1-进油口；进油口；2、6O形密封圈；形密封圈；3滤网；滤网；4回位弹回位弹簧；簧；5阀体；阀体；7阀座；阀座；8轴针；轴针；9电磁线圈；电磁线圈；10线束插座线束插座（2）球阀式喷油器。）球阀式喷油器。 （3）片阀式喷油器。）片阀式喷油器。 图图2-62球阀式喷油器阀体球阀式喷油器阀体 1弹簧座；弹簧座；2导杆；导杆；3球阀；球阀；4针阀针阀 图图2-63 片阀式喷油器片阀式喷油器 1燃油滤网；燃油滤网；2导杆；导杆；3壳体；壳体；4片阀；片阀； 5带孔阀座；带孔阀座；6、12O形密封圈；形密封圈；7底底座；座；8油道；油道； 9电磁线圈；电磁线圈；10复位弹复位弹簧；簧；11弹簧预紧

57、力调节滑套弹簧预紧力调节滑套 3.工作原理工作原理 当喷油器电磁线圈通电时，线圈中产生电磁吸力吸引针当喷油器电磁线圈通电时，线圈中产生电磁吸力吸引针阀阀体。当电磁吸力大于复位弹簧的弹力时，阀体使弹簧压阀阀体。当电磁吸力大于复位弹簧的弹力时，阀体使弹簧压缩而上升（上升行程很小，一般为缩而上升（上升行程很小，一般为0.10.2mm）。）。 阀体上升时，针阀（球阀或片阀）随阀体一同上升，针阀体上升时，针阀（球阀或片阀）随阀体一同上升，针阀（球阀或片阀）离开阀座时，针阀被打开，燃油便从喷孔阀（球阀或片阀）离开阀座时，针阀被打开，燃油便从喷孔喷出，喷出燃油的形状为小于喷出，喷出燃油的形状为小于35的圆锥

58、雾状。由于燃油压的圆锥雾状。由于燃油压力较高，因此喷出的燃油为雾状。力较高，因此喷出的燃油为雾状。 当喷油器的电磁线圈电流切断时，电磁吸力消失，阀体当喷油器的电磁线圈电流切断时，电磁吸力消失，阀体在复位弹簧的弹力作用下复位，针阀（球阀或片阀）回落到在复位弹簧的弹力作用下复位，针阀（球阀或片阀）回落到阀座上将阀门关闭，喷油停止。阀座上将阀门关闭，喷油停止。2.4.2电动汽油泵电动汽油泵1.电动汽油泵的作用与分类电动汽油泵的作用与分类 电控燃油喷射系统均采用电动汽油泵，用于向喷油器提电控燃油喷射系统均采用电动汽油泵，用于向喷油器提供油压高于进气歧管压力供油压高于进气歧管压力250300kPa的燃油

59、。的燃油。 因为燃油是从油箱内泵出，经压缩或动量转换将油压提因为燃油是从油箱内泵出，经压缩或动量转换将油压提高后，再经输油管送到喷油器，所以油泵的最高输出油压需高后，再经输油管送到喷油器，所以油泵的最高输出油压需要要450600kPa，其供油量比发动机最大耗油量大得多，多，其供油量比发动机最大耗油量大得多，多余的燃油将从回油管返回油箱。余的燃油将从回油管返回油箱。 按汽油泵结构不同，电动汽油泵可分为叶片式、滚柱式、按汽油泵结构不同，电动汽油泵可分为叶片式、滚柱式、齿轮式、涡轮式和侧槽式五种。目前常用的有滚柱式、叶片齿轮式、涡轮式和侧槽式五种。目前常用的有滚柱式、叶片式和齿轮式三种汽油泵。式和齿

60、轮式三种汽油泵。电动汽油泵电动汽油泵 叶片式电动汽油泵叶片式电动汽油泵 按汽油泵安装方式不同，电动汽油泵可分为内装式和外装按汽油泵安装方式不同，电动汽油泵可分为内装式和外装式两种。内装式安装在油箱内，外装式安装在油箱外的输油管式两种。内装式安装在油箱内，外装式安装在油箱外的输油管路中。目前，大多数汽车都采用内装式汽油泵。内装式汽油泵路中。目前，大多数汽车都采用内装式汽油泵。内装式汽油泵不易产生气阻和泄漏，有利于汽油泵电动机的冷却，且噪声较不易产生气阻和泄漏，有利于汽油泵电动机的冷却，且噪声较小。小。内装式电动汽油泵的安装位置内装式电动汽油泵的安装位置 2.结构特点结构特点 电动汽油泵主要由永磁