现代汽车典型电控系统结构原理与故障诊断

第一章概述

第二章发动机电控系统结构原理与故障诊断

第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断

第四章汽车行驶系电控系统结构原理与故障诊断

第五章汽车电控动力转向系统结构原理与故障诊断

第一章概述1.1现代汽车电控技术的发展趋势1.2现代汽车电控技术的特点小结

思考与练习1.1现代汽车电控技术的发展趋势

1．常规系统定型化现代汽车技术通过优胜劣汰，除旧换新，大部分结构已定型化，主要体现在以下几个方面。

(1)发动机技术向高转速、大功率、低油耗、低污染方向发展。

(2)底盘技术向良好的操纵性、稳定性和安全性方向发展。

(3)车身技术向安全性、稳定性、舒适性和居住性方向发展。

2．控制系统电脑化现代汽车向电脑化发展，包括：发动机的点火、喷油和空燃比(A/F)的控制采用了电脑ECU；自动变速器采用了电脑ECT控制；定速巡航采用了电脑CCS控制；防抱死制动系统采用了ABSECU控制；驱动防滑转控制系统采用了ASRECU控制；车身高度和悬架刚度的调节采用了ASC控制；碰撞保护系统采用了安全气囊SRS控制等。

3．故障诊断系统代码化和语言化故障诊断系统走向了代码化和语言化。由传感器测得各种信号，ECU接收各种传感器的信号，监测和识别电子控制元件的故障，并通过故障指示灯以代码形式将这些自诊信息输出，或者通过故障诊断仪以语言形式输出。

1.2现代汽车电控技术的特点

1．节能汽车是耗油大户，我国汽车的单车油耗高的原因有两个：一是发动机效率低，比国际平均水平落后7.15%；二是行驶里程长。无论从世界有限的石油储存量逐渐在减少，需要节省人类特别是后代子孙需要的宝贵资源方面考虑，还是从减少汽车排出的尾气对大气污染考虑，都要努力减少汽车消耗的燃油。采用电控燃油喷射系统后，汽车油耗降低了5%～10%。

2．环保欧美发达国家经济一体化程度高，科技发达，城市密集，经济繁荣，尤其在汽车工业方面起步早，技术成熟，普及率高，虽然较早地对汽车排放进行了控制，但直到20世纪90年代，才实施较为严格的排放标准。以欧洲为例，1992年才开始实施欧I标准。也就是说，欧洲用了几十年时间进行技术和各项社会准备，各方面条件成熟后，才开始实施严格的排放标准。在执行中，欧美国家以汽车排放标准法规严格控制新车排放，在用车排放控制则执行严格的检查、维护制度，采用税收激励政策，鼓励消费污染小的汽车，推动汽车企业不断进行技术改进，使汽车污染对环境的不利影响降低到最小限度。

建立与我国实际相结合，具有中国特色的汽车环保法规体系的内在要求和环保法规运行体系的完善将推动汽车生产企业积极进行技术研发、攻关。采用先进的汽车电控技术，如发动机电控燃油喷射(EFI)、智能双火花塞顺序点火(i-DSI)、可变配气相位机构(VTEC)以及高效的三元催化转换器，最大限度地降低了排气中的有害物质，排放相当于欧Ⅲ标准，净化性提高了20%以上(CO＜1%；HC＜100×10－6)。用于车内装饰的注塑成型零部件，基本上采用可再生利用的烯烃类树脂材料，使整车的可回收率提高到90%以上。此外，散热器、加热器芯、制动摩擦片等，也采用了铅含量低的材料。完善的环保法规运行体系是落实科学发展观，保持可持续发展，构建和谐社会，为子孙后代创造更美好生存环境的要求。

3．安全交通事故造成很多人员的伤亡及巨大经济损失，已经成为社会公害。汽车交通安全与车辆、人员、环境及法制有关，而车辆有关安全新技术则是提高汽车安全技术措施的一个重要方面。如：防抱死制动系统(ABS)、驱动防滑转控制系统(ASR)、安全气囊系统(SRS)、酗酒报警系统、车用GPS卫星导航系统、碰撞保护系统等。

小

结

(1)发动机技术向高转速、大功率、低油耗、低污染方向发展。

(2)底盘技术向良好的操纵性、稳定性和安全性方向发展。

(3)车身技术向安全性、稳定性、舒适性和居住性方向发展。

(4)控制系统向电脑化发展。

(5)故障诊断系统走向了代码化和语言化。

(6)现代汽车电控技术的特点就是要实现汽车的节能、排气净化、环境保护及交通安全等。

思

考

与

练

习

1．现代汽车发动机技术的发展趋势是什么？具体表现在哪些方面？

2．现代汽车底盘技术的发展趋势是什么？具体表现在哪些方面？

3．现代汽车车身技术的发展趋势是什么？具体表现在哪些方面？

4．如何提高现代汽车的节能、环保和安全性？

第二章发动机电控系统结构原理与故障诊断2.1可变配气相位及气门升程电子控制系统2.2电控汽油喷射系统2.3电控柴油喷射系统小结思考与练习2.1可变配气相位及气门升程电子控制系统

2.1.1结构特点

VTEC(VariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem)是本田汽车公司开发的先进的发动机技术，也是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程两种不同情况的气门控制系统。VTEC的意思是“可变气门配气相位及气门升程电子控制系统”。与普通发动机相比，VTEC发动机所不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法，它有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的调节进行自动转换。通过VTEC系统装置，发动机可以根据行驶工况自动改变气门的开启时间和提升程度，即改变进气量和排气量，从而达到增大功率、降低油耗及减少污染的目的。例如：本田1.6L的发动机，装用了VTEC机构后，其最大功率从88kW增大到118kW，最高转速达8000r/min。

2.1.2结构与原理

1．进气门迟闭角对充气效率ηv和发动机功率Ne的影响合理选择配气正时，保证最好的充气效率ηv，是改善发动机性能极为重要的技术问题。分析内燃机的工作原理，不难得出这样的结论：在进、排气门开闭的四个时期中，进气门迟闭角的改变对充气效率ηv影响最大。进气门迟闭角改变对充气效率ηv和发动机功率Ne的影响关系可以通过图2-1进一步给以说明。

图2-1进气门迟闭角对ηv和Ne的影响图2-1中每条充气效率ηv曲线体现了在一定的配气正时下，充气效率ηv随转速变化的关系。如迟闭角为40°时，充气效率ηv是在约1800r/min的转速下达到最高值，说明在这个转速下工作能最好地利用气流的惯性充气。当转速高于此转速时，气流惯性增加，就使一部分本来可以利用气流惯性进入汽缸的气体被关在汽缸之外，加之转速上升，流动阻力增加，所以使充气效率ηv下降。当转速低于此转速时，气流惯性减小，压缩行程初始时就可能使一部分新鲜气体被推回进气管，充气效率ηv也下降。

图中不同充气效率ηv曲线之间，体现了在不同的配气正时下，充气效率ηv随转速变化的关系。不同的进气迟闭角与充气效率ηv曲线最大值相当的转速不同，一般迟闭角增大，与充气效率ηv曲线最大值相当的转速也增加。迟闭角为40°与迟闭角为60°的充气效率ηv曲线相比，曲线最大值相当的转速分别为1800r/min和2200r/min。由于转速增加，气流速度加大，大的迟闭角可充分利用高速的气流惯性来增加充气。

改变进气迟闭角可以改变充气效率ηv曲线随转速变化的趋向，以调整发动机转矩曲线，满足不同的使用要求。不过，更确切地说，加大进气门迟闭角，高转速时充气效率ηv增加有利于最大功率的提高，但对低速和中速性能则不利。减小进气迟闭角，能防止气体被推回进气管，有利于提高最大转矩，但降低了最大功率。因此，理想的气门正时应当是根据发动机的工作情况及时做出调整，应具有一定程度的灵活性。显然，对于传统的凸轮挺杆气门机构来说，由于在工作中无法做出相应的调整，也就难以达到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步提高。如图2-1所示，通过试验证明，两种进气门迟闭角的充气效率ηv和功率Ne的变化规律是：

(1)低速时，晚关60°的ηv低、Ne升高迟后；

(2)高速时，越过2300～2500r/min后，晚关60°的ηv和Ne明显优于40°的相位角；

(3)有一个转折点a，这就是可变配气相位的控制点(VTEC起作用的始点)。

2．VTEC机构的组成整个VTEC系统由ECU控制，接收发动机传感器(包括转速、进气压力、车速、水温等)的参数并进行处理，输出相应的控制信号，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，获得所需的动力，VTEC机构的组成如图2-2所示。

图2-2VTEC机构的组成

VTEC机构中两个排气门由单独的凸轮和摇臂驱动；两个进气门由单独的不同升程和相位的凸轮和摇臂驱动。主次摇臂之间装有中间摇臂，它不与任何气门直接接触，三者依靠专门的柱塞联动。中间凸轮的升程最大，它是按发动机“双进双排”、高转速、大功率的工作状态设计的。三个摇臂靠近气门的一侧制有柱塞孔，孔中有靠油压控制的滑动柱塞，以便锁止联动。控制油压由ECM的电磁阀控制，并有油压报警开关，提供5V的油压过低报警信号(低于49kPa时)，一般油压应在245kPa以上，发动机不运转时或油压过低时，压力开关导通。当VTEC机构投入工作时，在油压的作用下，压力开关断开，给ECM一个反馈信号，确认凸轮已转换工作。

3．VTEC的工作原理

(1)发动机低速运转时，ECM无工作指令，油道内无控制油压，各摇臂中的柱塞都在各自的孔中，各摇臂独自摆动，互不影响。主摇臂随主凸轮开闭主进气门，供给低速运转涡流混合气；次凸轮推动次摇臂微开次进气门，以防燃油积存；中间摇臂虽然随中间凸轮大幅度地摆动，但只是空转，对任何气门都不起作用。为了减少噪声，中间摇臂的一端，设有支撑弹簧。此时，发动机处于“单进双排”的工作状态。

(2)发动机高速运转时，即当发动机转速达到2300～2500r/min，车速达到10km/h以上，节气门开度达到25%以上，水温在60℃以上时，ECM命令VTEC电磁阀开启液压油道，油压推动正时柱塞、同步柱塞和限位柱塞移动，将三个摇臂栓为一体。由于中间凸轮的升程大于另外两个凸轮，且凸轮的相位角也加大，主次进气门都大幅度地同步开闭。

(3)汽车在静止状态空转时，VTEC机构不投入工作。动态VTEC机构投入工作时，车速会有明显提高。

2.1.3故障诊断与检修

VTEC的电控电路有二个故障码：故障码21是可变配气相位及气门升程控制电磁阀故障；故障码22是配气相位及气门升程油压开关P/S故障。

ECM的A端子会输出12V电压使电磁阀作用，开启液压油道，油压推动正时柱塞、同步柱塞和限位柱塞移动，将三个摇臂栓为一体，以使气门行程增加。电磁阀线圈电阻的标准值为14～30Ω。

可变配气相位及气门升程的油压开关P/S的触点，在点火开关OFF时是导通的，而当发动机在1000r/min、2000r/min及4000r/min时，油压应在49kPa，否则说明电磁阀未打开(有故障)。可变配气相位及气门升程控制油压开关，如图2-3所示，将VTEC电磁阀直接通电，发动机转速达3000r/min时，油压应达到245kPa以上，否则说明机油泵泵油不良或润滑系统有泄漏。

图2-3可变配气相位及气门升程控制油压开关

2.1.4应用实例以该系统在PassatB5轿车上的应用为例。

1．可变配气相位及气门升程系统的结构

PassatB5轿车最新选用2.8升V6发动机，该发动机对可变配气相位和气门升程系统进行了特别设计。从俯视观察，PassatB5轿车V6发动机VTEC机构传动方式及进排气凸轮轴分布如图2-4所示，排气凸轮轴安装在外侧，进气凸轮轴安装在内侧。曲轴通过齿形皮带首先驱动排气凸轮轴，排气凸轮轴通过链条驱动进气凸轮轴。

图2-4PassatB5轿车V6发动机VTEC机构传动方式及进排气凸轮轴分布

2.可变配气相位及气门升程调节器

VTEC调节器如图2-5所示，(a)图为发动机在高速状态下，为了充分利用气体进入汽缸的流动惯性，提高最大功率，进气门迟闭角增大后的位置(轿车发动机通常工作在高速状态下，所以这一位置为一般工作位置)。(b)图为发动机在低速状态下，为了提高最大转矩，进气门迟闭角减少的位置。进气凸轮轴由排气凸轮轴通过链条驱动，两轴之间设置一个可变气门正时调节器，在内部液压缸的作用下，调节器可以上升和下降。

图2-5VTEC调节器(a)发动机在高速状态；(b)发动机在低速状态

当发动机转速下降时，可变气门正时调节器下降，上部链条被放松，下部链条作用着排气凸轮旋转拉力和调节器向下的推力。由于排气凸轮轴在曲轴正时针转动的皮带的作用下不可能逆时针旋转，所以进气凸轮轴受到两个力的共同作用：一是在排气凸轮轴正常旋转带动下链条的拉力；二是调节器推动链条传递给排气凸轮的拉力。进气凸轮轴顺时针额外转过θ角，加快了进气门的关闭，即进气门迟闭角减少θ度。当转速提高时，调节器上升，下部链条被放松。排气凸轮轴顺时针旋转，首先要拉紧下部链条成为紧边，进气凸轮轴才能被排气凸轮轴带动旋转。就在下部链条由松变紧的过程中，排气凸轮轴已转过θ角，进气凸轮才开始动作，进气门关闭变慢了，即进气门迟闭角增大θ度。

3.两种工作状态从图2-4和图2-5不难看出，该发动机左侧和右侧的可变配气相位和气门升程调节器操作方向始终要求相反。当发动机的左侧可变配气相位和气门升程调节器向下运动时，右侧可变气门正时调节器向上运动，左侧链条紧边在下边，右侧链条紧边在上边。调节器向下移动时，紧边链条都是由短变长。当PassatB5轿车发动机转速高于1000 r/min时，要求进气门关闭得较早，如图2-6(a)所示。左列缸对应的可变气门正时调节器向下运动，上部链条由长变短，下部链条由短变长。右列缸对应的可变配气相位及气门升程调节器向上运动，上部链条由短变长，下部链条由长变短。左右列缸对应的进气凸轮轴在两个力的共同作用下都顺时针额外转过θ角，加快了进气门的关闭，满足了低速进气门关闭较早可提高最大转矩的要求。

图2-6PassatB5轿车VTEC的两种工作方式

4.可变配气相位和气门升程的微机控制

PassatB5轿车2.8升V6发动机的可变配气相位及气门升程系统由MotronicM3.8.2发动机控制单元进行控制。PassatB5轿车VTEC微机控制关系如图2-7所示。

图2-7PassatB5轿车VTEC微机控制关系

左右列缸对应的可变配气相位及气门升程机构均设置了一个电磁阀，电磁阀与调节器的关系如图2-8所示。发动机在获得转速传感器的信息后，对左右列缸对应的可变气门正时电磁阀的控制方式做出正确选择并控制阀体动作。当获得不同阀体位置时，通往可变配气相位和气门升程调节器内的液压缸油路变换，使得可变配气相位和气门升程调节器上升或下降，以至于左右列缸对应的进气门获得不同的迟闭角。

图2-8电磁阀与调节器的关系

2.2电控汽油喷射系统

2.2.1系统特点

(1)利用电脑ECU计量控制，均匀点喷，随机修正，能使空燃比(A/F)控制在14.7理想范围内。

(2)充气效率高、燃烧条件好及热效率高。

(3)获得良好的动力性、经济性和净化性。采用电控燃油喷射系统动力性提高了15%～20%，油耗降低了5%～10%，净化性提高了20%以上(CO＜1%，HC＜100×10－6)。

(4)改善了冷启动性能、热启动性能、加速性能、急减速防污染性能等。

(5)扩大了控制功能，增加了自诊断功能、电控点火装置等，具备了各自的故障报警、存储和自诊功能。

(6)发动机油路和电路故障率减少。例如：其关键部件电脑(ECU)，十万公里的故障率仅为千分之一。其他部件也制造精密、可靠性好。

2.2.2系统分类与组成

1．电控汽油喷射系统的分类汽油喷射系统可按喷射部位、喷油器的组合方式、控制方式、喷射压力等方法分类。

2.电控汽油喷射系统的组成电控汽油喷射系统(D型、L型、LH型、LD型等)都是由空气供给系统、燃油供给系统、微机控制系统和电子点火系统四个部分组成。L型电控燃油喷射系统的组成如图2-9所示；D型电控燃油喷射系统的组成如图2-10所示。

图2-9L型电控燃油喷射系统的组成

图2-10D型电控燃油喷射系统的组成

1)空气供给系统空气供给系统的功用是：向汽油机提供与发动机负荷相适应的、清洁的空气，同时对流入发动机气缸的空气质量进行直接或间接计量，使它们在系统中与喷油器喷出的汽油形成空燃比符合要求的可燃混合气。空气供给系统包括空气滤清器、进气总管、进气歧管、空气流量计AFS(L型)、进气歧管绝对压力传感器MAP(D型)、节气门体和节气门位置传感器TPS等。

2)燃油供给系统电控汽油喷射系统的燃油供给系统由油箱、电动汽油泵、燃油滤清器、燃油分配管、喷油器、压力调节器等组成。对于不同类型的电控汽油机，燃油供给系统的组成部件可能会有些差异，如有的电控汽油机还有冷启动喷油器、油压脉动缓冲器等部件，但总体构成上基本相似。

3)微机控制系统微机控制系统由电脑ECU、主继电器EFI、传感器和执行元件组成。传感器主要有：点火正时和曲轴位置传感器(IGT/NE)、转速传感器(SP)、节气门位置传感器(TPS)、压力传感器(MAP)、氧传感器(OX)、水温传感器(CTS)、气温传感器(ATS)、车速传感器(VSS)、空气流量计(AFS)、爆震传感器(KNK)等。执行元件主要有：电动汽油泵(FP)、喷油器(INJ)、真空电磁阀(VSV)、废气再循环装置(EGR)、怠速空气调节器(IAC)、炭罐电磁阀、风扇继电器等。

4)电子点火系统电子点火系统由输入信号发生器、点火控制器(点火模块)、ECU、点火线圈、分电器等组成。

2.2.3结构与原理

1．空气流量计(AFS)在电控汽油喷射发动机中使用的空气流量计类型主要有：翼片式空气流量计、卡门涡旋式空气流量计、热线式空气流量计和热膜式空气流量计。

1)翼片式空气流量计翼片式空气流量计又称活门式或叶片式流量计，它的基本构成有翼片部分、电位计和接线插头三部分，如图2-11所示。

图2-11翼片式空气流量计

2)卡门涡旋式空气流量计卡门涡旋式空气流量计是基于卡门涡旋发生的规律与空气流速存在的某种对应关系这一原理基础上，用来测量空气流量的一种装置。

(1)卡门涡旋产生的原理。在一均匀流动的空气通道中安放一个涡流发生器，当空气流过涡流发生器时，会在其背面的两侧不断的交替产生有规律的涡流，这种涡流称为卡门涡旋。卡门涡旋产生的频率f(也即涡流的个数)与空气的流速V、涡流发生器的直径d有如下关系：

(2)卡门涡旋式空气流量计的一般构造和工作原理。卡门涡旋式空气流量计主要由设置在空气通道中央的锥状涡流发生器和相应的涡旋检测装置等组成。由上面介绍的卡门涡旋产生的原理可知，只要测出卡门涡旋的发生频率，即可知道空气流量的大小。检测卡门涡旋频率有两种方法：光电检测方式和超声波检测方式。

光电检测方式的卡门涡旋检测装置如图2-12所示，它由反光镜、发光二极管、光敏晶体管和板弹簧等组成。当空气流过涡流发生器时，受交替产生的卡门涡旋的影响，涡流发生器两侧压力也交替的发生变化。用导压孔把涡流发生器两侧的压力引到薄金属制成的反光镜背面，受涡流发生器两侧压力交替变化的作用，反光镜将产生与涡流发生频率相同的偏转振动。在反光镜产生偏转振动的同时，发光二极管投射到反光镜上的反射光束的方向也以相同的频率变化。当发射光束发射到光敏晶体管上时，光敏晶体管输出高电平，反之则为低电平。对应连续产生的卡门涡旋，光敏晶体管输出与之对应的脉冲数，通过对光敏晶体管发出的电脉冲计数，即可算出涡旋的发生频率，进而算出空气的流速和体积流量。

图2-12光电检测方式的卡门涡旋检测装置

超声波检测方式的卡门涡旋检测装置由超声波信号发生器和超声波接收器等组成，如图2-13所示。它是利用卡门涡旋的存在，会使流道横截面空气密度发生变化这一现象来测量涡旋的发生频率。超声波信号发生器安装在空气流动的垂直方向，在它的对面安装超声波接收器。

图2-13超声波检测方式的卡门涡旋检测装置

3)热线式空气流量计

(1)热线式空气流量计的基本构造。它主要由铂丝制成的热线(发热体)，温度补偿电阻，控制热线电流并输出信号的控制电路，采样管和流量计壳体等组成。根据铂丝热线在流量计中安装位置的不同，又分为主流测量方式和旁通测量方式两种结构型式。主流测量方式热线式空气流量计如图2-14所示。主流测量方式采样管置于主空气通道中央，两端为金属防护网，用卡箍固定在壳体上，采样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成。直径为70μm的铂丝热线布置在热线支承环内，铂丝热线R2的电阻值随温度的变化而变化。热线支承环前端的塑料护套内安装有一个铂薄膜电阻R4，铂薄膜电阻阻值也随进气温度变化，起温度补偿作用(也称为冷线)。在热线支承环后端的塑料护套上粘结了一个能用激光修正的精密电阻，它是惠斯通电桥的一个臂R1，该电阻上的电压，即为热线式空气流量计的输出电压信号。电桥的另一个臂R3装在控制线路板上面，该电阻在最后调试中用激光修正，以便在预定空气流量下调定空气流量计的输出特性。

图2-14主流测量方式热线式空气流量计热线空气流量计的电子控制线路板包括电桥平衡电路、烧净电路和怠速混合气调节电位器。电子控制装置的大多数元件(除R1、R2、R4外)都配置在这块混合集成电路板上，其上一般设置六脚插头与发动机微机控制装置相连接，传递并反馈信息。旁通测量方式与主流测量方式的热线式空气流量计在结构上的主要差别在于：将铂丝热线和温度补偿电阻(冷线)安装在空气旁通道上；热线和温度补偿电阻铂丝缠绕在陶瓷线管上，其工作原理与主流测量方式相同。旁通测量方式热线式空气流量计如图2-15所示。

图2-15旁通测量方式热线式空气流量计

(2)热线式空气流量计的一般工作原理如图2-16所示。当温度较低的进气气流流过放置在空气通道中温度较高的热线时，热线与空气发生热量的交换，使热线变冷，温度下降。通过热线的空气质量流量越大，被空气带走的热量也越多，热线温度下降也越多。由于热线是惠斯通平衡电桥电路的一个组成部分(即电阻R2)，当热线温度下降，电阻值发生变化时，电桥出现不平衡。为了使电桥平衡，必须加大流过热线的电流，使热线温度升高，阻值恢复到使电桥平衡的值。由此可知，流过热线的空气质量越大，空气带走的热量也越多，为保持电桥平衡，维持热线温度所需的电流也越大，反之则相反。热线式空气流量计正是利用流过热线的空气质量与保持热线温度所需热线电流的对应关系测量空气的质量流量的。发动机工作时，热线所需的加热电流一般在50～120mA之间。

图2-16热线式空气流量计的一般工作原理另外，在空气的质量流量不变的情况下，当进气温度发生变化时，会使空气从热线带走的热量发生变化，最终使加热热线所需的电流变化，对测量值的精度造成不利影响。为了解决这一问题，在采样管的前端另装一个温度补偿电阻R4(冷线)，R4的阻值也随进气温度的变化而变化，它起参照基准的作用。流过热线的电流由混合集成电路控制，它使热线和冷线之间的温度差保持不变(一般为100℃)，从而消除了进气温度对测量值的影响。热线式空气流量计的输出信号是精密电阻R1上的电压降，该信号与热线电流成正比。

热线式空气流量计的优点：响应速度快，能在几毫秒内对空气流量的变化作出响应；测量精度高；进气阻力小；不会磨损；可直接测量进气空气的质量；等等。热线式空气流量计的缺点：制造成本高；热线表面易受空气中尘埃的玷污，使热辐射能力降低，影响精度；当空气流速分布不均匀时会产生误差；发动机回火易造成断线；等等。为了克服热线易受污染的缺陷，有些电控系统在ECU中设有自洁电路，在发动机熄火后，自动将热线加热至1000℃，持续1s，将尘埃烧掉；也有一些电控系统将热线的保持温度提高至200℃，防止污染物玷污热线。

4)热膜式空气流量计热膜式空气流量计的结构如图2-17所示，它的工作原理与热线式空气流量计基本相同。热膜式空气流量计的主要特点是：发热体由热线改为热膜，热膜为固定在薄的树脂膜上的金属铂，或者用厚膜工艺将热线、冷线、精密电阻镀在一块陶瓷片上，它有效地降低了制造成本；发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，从而提高了发热体的强度和工作可靠性，且结构简单，使用寿命长，不易受尘埃污染。这种流量计的主要缺点是空气流速不均匀，易影响测量精度。采用这种空气流量计的车型有上海大众的桑塔纳2000型时代超人和马自达626等。

图2-17热膜式空气流量计的结构

2．进气歧管绝对压力传感器(MAP)

1)半导体压敏电阻式压力传感器半导体压敏电阻式压力传感器的结构如图2-18所示。它由压力转换元件和对输出信号进行放大的混合集成电路等构成。图2-18半导体压敏电阻式压力传感器的结构

压力转换元件是利用半导体压阻效应制成的硅膜片。硅膜片为边长约3mm的正方形，其中部经光刻腐蚀形成直径约2mm、厚约50μm的薄膜。在膜片表面规定位置有四个应变电阻，以惠斯通电桥方式连接，压敏电阻式压力传感器工作原理如图2-19所示。

图2-19压敏电阻式压力传感器工作原理图

硅膜片的一侧是真空室，另一侧导入进气歧管压力。进气歧管侧的绝对压力(即进气歧管压力)越高，硅膜片的变形越大，其变形与压力成正比，膜片上的应变电阻阻值的变化也与变形的变化成正比。这样就可利用惠斯通电桥将硅膜片的变形转换成电信号。由于压力转换元件输出的电信号很弱，所以需用混合集成电路进行放大后才能输出。半导体压敏电阻式压力传感器具有尺寸小、精度高、成本低、响应速度快、重复性和抗振性都较好，输出信号与进气歧管绝对压力呈线性关系，在－30～100℃使用温度范围内测量精度基本不受温度的影响等优点。在早期的电控汽油喷射系统中应用较为广泛，如博世的D-Jetronic系统及丰田HIACE小客车的2RZ-E发动机和丰田皇冠3.0轿车的2JZ-GE发动机等。

2)膜盒传动可变电感式进气压力传感器膜盒传动可变电感式进气压力传感器的结构如图2-20所示，其主要由膜盒、铁芯、感应线圈和电子电路等组成。

图2-20膜盒传动可变电感式进气压力传感器的结构

3．节气门体节气门体装在空气流量计和发动机进气总管之间的进气管上，它由节气门、怠速旁通气道、怠速调整螺钉、辅助空气阀等组成。节气门体如图2-21所示。节气门与油门踏板联动，驾驶员通过油门踏板控制节气门开度，对发动机的输出功率进行控制。

图2-21节气门体

1)怠速旁通气道和怠速调整螺钉发动机怠速时，节气门处于全关闭的位置，怠速运转所需要的空气经怠速空气旁通气道进入进气总管，在旁通气道中安装了能改变通道截面积的怠速空气调整螺钉，通过旋进或旋出怠速调整螺钉，调整发动机怠速转速。现在采用发动机集中管理系统的电控汽油机由专门的电控怠速系统对怠速进行控制，而不采用上述的怠速调整和控制方法。

2)空气阀发动机低温启动后，进入暖机运转时，发动机温度比较低，发动机内部的摩擦阻力较大。为了克服发动机的内部摩擦阻力，提高怠速转速，加快暖机过程，在发动机的进气系统中设置了辅助空气阀(也称高怠速控制)，以增加暖机过程中所需的空气量。发动机低温启动后，辅助空气阀打开，使空气绕过节气门，直接经过辅助空气阀进入进气总管。由于这些空气是从空气流量计下游引来的，因此通过辅助空气阀补充的空气也被空气流量计测出。由于空气量增加，ECU使喷油器的喷油量增加，从而使发动机怠速转速提高(其作用与驾驶员稍踏油门踏板，使怠速转速提高，加快暖机过程相同)。

(1)双金属片式辅助空气阀。双金属片式辅助空气阀是在发动机低温启动时及而后的暖机过程中，对进气量进行补充的一种快怠速机构。双金属片式辅助空气阀的结构和工作原理如图2-22所示。

图2-22双金属片式辅助空气阀的结构和工作原理(a)发动机温度低时；(b)发动机温度高时

(2)石蜡式辅助空气阀。石蜡式辅助空气阀根据发动机的冷却水温度，由阀门改变空气旁通气道流通截面积的大小，从而控制补充空气量的多少。驱动阀门所需的力，来自感温体中石蜡的热胀冷缩，而石蜡的热胀冷缩由感温器周围冷却水的温度决定。石蜡式辅助空气阀由石蜡感温体、阀门、内外弹簧、冷却水通道和空气通道等组成。感温体内充满石蜡并浸于冷却水中，石蜡体积随水温的升降而膨胀或收缩。为了简化结构，大多采用与节气门作成一体的形式共用同一冷却水路，如图2-21、图2-23所示，其中，图2-23为石蜡式辅助空气阀。

图2-23石蜡式辅助空气阀

4．节气门位置传感器(ThrottlePositionSensor，简称TPS)节气门位置传感器用来反映节气门开度的大小和动作的快慢，是电脑ECU感知负荷大小的输入信号。它安装在节气门体上，通过节气门轴与节气门联动。常见的TPS是滑键电位器，具备加速率和减速率感知功能，形成了一个多功能信号元件，它的好坏不仅影响发动机正常的工作，还影响自动变速器的换挡规律。当驾驶员踩动油门踏板时，节气门位置传感器将节气门开度转换成电信号输送到ECU，ECU根据节气门不同的开度决定控制方式和对喷油时间进行修正。汽油机电控系统中使用的节气门位置传感器一般有三种型式：线性输出型节气门位置传感器、开关量输出型节气门位置传感器、带ACC信号输出的开关量输出型节气门位置传感器。

1)线性输出型节气门位置传感器线性输出型节气门位置传感器的主要特点是，表示节气门开度的输出电压与节气门开度成线性关系。线性输出型节气门位置传感器的结构和电路如图2-24所示。它由两个与节气门联动的可动电刷触点，位于基板上的电阻体，壳体及引出线插座等构成。动触点在电阻体上滑动，利用电阻值的变化，输出与节气门开度相对应的电压值，根据此电压值ECU就可以知道节气门的开度。但实际上反映节气门开度的电阻体的电阻值总是存在一些偏差，这样将会影响节气门开度检测的准确性。为了能够准确地检测出对ECU确定控制方式和喷油修正具有重要影响的节气门全闭的位置，传感器另设一个怠速触点，该触点只有当节气门完全关闭时才被接通。

图2-24线性输出型节气门位置传感器结构和电路(a)构造；(b)电路

图2-25给出了线性输出型节气门位置传感器的输出特性，从图中可以看到传感器的输出电压随着节气门开度的增大而线性地增大。

图2-25线性输出型节气门位置传感器输出特性

2)开关量输出型节气门位置传感器开关量输出型节气门位置传感器的特点是，传感器仅以开和关两种输出信号向ECU传递节气门位置状态信息。开关量输出型节气门位置传感器的结构及工作原理如图2-26所示，它由导向凸轮、节气门轴、控制杆、活动触点、怠速触点、全开触点、插头及导向凸轮槽等组成。

图2-26开关量输出型节气门位置传感器结构及工作原理

当节气门开度大于50%时，活动触点与全开(功率)触点接触，ECU根据这个信号可以判定节气门开度大于50%，发动机处于大负荷状态。当节气门开度处于中间开度，但小于50%时，发动机处于中等负荷状态。节气门从全闭到全开过程中，开关量输出型节气门位置传感器的输出信号如图2-27所示。开关量输出型节气门位置传感器与线性输出型节气门位置传感器相比，节气门开度的检测性差，但其结构简单，价格便宜。

图2-27开关量输出型节气门位置传感器输出信号

3)带ACC信号输出的开关输出型节气门位置传感器为了检测发动机的加速状况，某些发动机在节气门位置传感器中增加了ACC信号输出接头。开关量输出型节气门位置传感器的一般构造如图2-28所示。该传感器除了具有检测怠速状态的怠速触点(IDL触点)和检测大负荷状态的功率触点(PSW触点)外，还具有可检测出加速状态的和输出信号的接头。

图2-28开关量输出型节气门位置传感器的一般构造

发动机处于怠速工况时，开关量输出型节气门位置传感器工作状态如图2-29所示。此时怠速触点闭合，根据这一信号ECU即可判定发动机处于怠速状态。如果发动机高速运行时，该触点闭合，ECU将作出发动机处于减速状态的判断，并运行“燃油喷射中断”控制程序。

图2-29开关量输出型节气门位置传感器工作状态

发动机处于加速工况运行时，开关量输出型节气门位置传感器工作状态如图2-30所示。在加速过程中，加速检测触点与印刷线路板上的加速线路ACC1和ACC2交替地闭合/断开，与此同时加减速检测触点闭合，根据这些信号ECU能够判定发动机处于急加速工况，ECU立即进行非同步喷射控制对混合气进行加浓，以提高发动机的功率输出，满足车辆急加速对动力的要求。

图2-30开关量输出型节气门位置传感器加速工况运行时工作状态

发动机处于大负荷工况运行时，开关量输出型节气门位置传感器的工作状态如图2-31所示。当节气门开度达到一定程度时，大负荷触点接点(PSW)闭合，ECU据此判定发动机处于大负荷工况。当发动机处于减速工况时，开关量输出型节气门位置传感器的工作状态如图2-32所示。在减速过程中，尽管加速检测触点也与印刷线路板上的加速线路ACC2和ACC2交替地闭合/断开，但因此时加减速检测触点处于断开状态，ECU由此作出发动机处于减速工况的判断，而不进行非同步喷射控制。

图2-31开关量输出型节气门位置传感器减速工况时工作状态

图2-32开关量输出型节气门位置传感器大负荷工况运行时工作状态

5．电动汽油泵电动汽油泵的作用是将汽油从油箱中吸出，经加压后通过燃油管道输送到喷油器。电控汽油喷射系统中使用的电动汽油泵有两种型式：外装式电动汽油泵和内装式电动汽油泵。外装式电动汽油泵布置在油箱外面，可以安装在燃油管路的任一适当位置。内装式电动汽油泵安装在油箱内，或者固定在油泵支架上垂直地悬挂在油箱内，或者垂直安装在油箱底上。内装式电动汽油泵在油箱内的布置如图2-33所示。

图2-33内装式电动汽油泵在油箱内的布置

1)内装式电动汽油泵电控汽油喷射发动机中使用的内装式电动汽油泵，其油泵大多采用叶片式的蜗轮泵或侧槽泵。这种内装式电动汽油泵由电机、蜗轮泵(或侧槽泵)、单向阀、限压阀及滤网等部件组成，其基本结构如图2-34所示。

图2-34内装式蜗轮泵型电动汽油泵

2)外装式电动汽油泵外装式电动汽油泵常采用滚柱泵和齿轮泵。外装式电动汽油泵的构成与内装式电动汽油泵基本相同，即由电动机、滚柱泵或齿轮泵、单向阀、限压阀、滤网和阻尼稳压器等组成。外装式滚柱型电动汽油泵如图2-35所示。外装式电动汽油泵可以安装在燃油管路中的任何位置上，故安装的自由度较大。

图2-35外装式滚柱型电动汽油泵

3)电动汽油泵的其他组成部件

(1)单向阀。单向阀的作用是防止燃油倒流，使管路中保持适当的残余压力，便于发动机热启动。当发动机熄火，电动汽油泵刚刚停止泵送燃油，单向阀在下游油压作用下立即关闭，使油泵出口端与燃油压力调节器之间油道中的燃油仍能保持一定压力，有利于减少气阻现象，提高发动机高温启动性能。

(2)安全阀。安全阀是一种保护装置。在电动汽油泵中，当出口及下游油路出现堵塞，油泵工作压力大于0.4Mpa时，安全阀自动打开，使油泵的高压侧与吸入侧连通，燃油仅在泵和电动机内部循环，以避免发生管路破损和燃油泄漏事故。

(3)阻尼稳压器。阻尼稳压器应用于滚柱泵。其作用是吸收油泵出口端油压力脉动的能量，降低其对燃油输送管路内油压的影响和降低噪声。

4)油泵的控制电控汽油喷射系统对油泵控制的基本要求是：只有当发动机处于运转状态时，油泵才工作；若发动机不运转，即使接通点火开关，油泵也不工作。电控汽油喷射系统油泵控制电路有四种型式：ECU控制的油泵控制电路，油泵开关控制的油泵控制电路，具有转速控制的油泵控制电路和用油泵电脑(FP-ECU)控制的油泵电路。

(1)ECU控制的油泵控制电路。ECU控制的油泵控制电路由ECU和断路继电器对油泵工作进行控制。ECU控制的油泵控制电路如图2-36所示。

图2-36ECU控制的油泵控制电路

(2)油泵开关控制的油泵控制电路。在使用叶片式空气流量计的电控汽油喷射系统中，油泵开关控制的油泵控制电路与上述ECU控制的相似，不同之处在于ECU控制电路中的开关晶体管Tr，由空气流量计中的油泵开关控制。油泵开关控制的油泵控制电路如图2-37所示。发动机工作时，空气流过空气流量计，流量计叶片摆动，油泵开关闭合，L1通电，断路继电器触点闭合，油泵工作。发动机不工作时，流量计叶片不动，油泵开关断开，L1断电，断路继电器触点分开，油泵不工作。

图2-37油泵开关控制的油泵控制电路

(3)具有转速控制的油泵控制电路。具有转速控制的油泵控制电路的特点是：油泵的转速可以变化，发动机高速及大负荷工况时，由于所需油量增大，此时油泵高速运转，泵油量增加；在低速及中小负荷工况时，油泵低速运转，泵油量相应减少，同时也有利于减小油泵的磨损和不必要的电能消耗。具有转速控制的油泵控制电路(如图2-38所示)与油泵开关控制电路基本相同，油泵工作由空气流量计油泵开关控制。ECU中的开关晶体管，通过控制继电器与触点A或B接通，改变油泵转速。晶体管导通，与B接通，电阻R串入油泵电路，油泵低速运转。晶体管截止，与A接通，油泵高速运转。

图2-38具有转速控制的油泵控制电路

(4)用油泵电脑控制的油泵电路。用油泵电脑控制的油泵电路与传统的油泵控制电路不同，为多工况变电压控制器，叫“油泵ECU”(FP-ECU)。油泵ECU装于行李舱中，核心部件是由集成块电路，与主ECU联网工作，能通过主ECU的水温信号、气温信号、节气门开度信号、转速信号，给汽油泵不同的驱动电压，从而使汽油泵的转速和油压“按需变化”和“按冷热变化”。用油泵电脑控制的油泵控制电路如图2-39所示。

图2-39用油泵电脑控制的油泵控制电路

6．燃油滤清器燃油滤清器安装在油泵之后的油路中，用来除去燃油中的固体杂质，防止系统堵塞，减小系统的机械磨损，来确保发动机稳定运行，从而提高工作可靠性。

7．脉动阻尼减振器脉动阻尼减振器如图2-40所示，它由壳体、膜片、弹簧和调节螺钉等组成。膜片把阻尼减振器分隔成膜片室和燃油室两个部分。膜片室内有弹簧，将膜片压向燃油室，旋转调节螺钉可调整弹簧的预紧力。来自电动汽油泵的燃油经油道进入燃油室，油压通过膜片作用在弹簧上。当油压升高时，膜片向膜片室拱曲，燃油室容积增大，燃油脉动压力下降，同时弹簧被压缩。当燃油压力下降时，弹簧伸长，膜片向燃油室拱曲，燃油室容积减小，油压上升。燃油室容积的变化吸收了油压脉动的能量，使燃油压力脉动迅速衰减，有效地降低了由压力波动产生的噪声。

图2-40脉动阻尼减振器

8.燃油压力调节器燃油压力调节器的主要功用是使燃油分配管压力与进气歧管压力的差值保持不变，一般为0.25～0.3MPa。采用控制压差恒定的方法，可以使ECU用单一控制参数——喷油器开启时间，就能对喷油量进行既简单而又精确的控制。如果不采用控制压差恒定的方法，而采用其他方法，都会使参数增加，造成控制系统过于复杂。因为在喷油器基本参数一定，喷油器开启时间不变的情况下，喷油量不仅与燃油分配管的压力有关，还与进气歧管的压力有关。在燃油分配管压力不变的情况下，进气歧管压力升高，喷油量减少，反之喷油量增加。在进气歧管压力不变的情况下，燃油分配管压力升高，喷油量增加，反之则减少。发动机实际运行时，进气歧管的压力和燃油分配管的压力都在变化，但始终使它们之间的压差保持不变，可以在控制精度符合要求的前提下，简化喷油量控制的过程。

ECU通过控制喷油器电磁线圈通电时间，就能实现喷油器开启时间的控制。燃油压力调节器结构如图2-41所示，它由金属壳体、弹簧、膜片和阀等组成，一般安装在燃油分配管上。膜片将金属壳体的内腔分成两个小室：一个是弹簧室，内装一个具有一定预紧力的螺旋弹簧，弹簧预紧力作用在膜片上，弹簧室通过软管引入进气歧管的负压；另一个是燃油室，通过两个管接头与燃油分配管及回油管相连。

图2-41燃油压力调节器

一部分燃油经回油孔回油箱，燃油分配管内的油压下降，膜片在弹簧力的作用下向下移动到原来位置，球阀将回油孔关闭，使燃油分配管内的油压不再下降。作用在膜片上方的进气歧管负压用来调节燃油分配管内的压力。若弹簧的预紧力为0.25MPa，则进气歧管负压为零时，燃油分配管内的压力保持在0.25MPa。发动机在怠速工况时，进气歧管压力约为－0.054MPa，此时回油孔开启的燃油压力为0.196MPa。节气门全开时，进气歧管的压力约为－0.005MPa，这时回油孔开启的燃油压力变为0.245MPa，即节气门全开时的油压调整值自动调整为0.245MPa。节气门开度与进气歧管及燃油分配管压力的关系如图2-42所示。

图2-42节气门开度与进气歧管及燃油分配管压力的关系

9．喷油器

1)多点电控汽油喷射系统的电磁式喷油器

(1)电磁式喷油器一般构造及工作原理。该系统所用的电磁式喷油器由喷油器体、与衔铁(或称柱塞)做成一体的针阀、电磁线圈、回位弹簧等组成。轴针式电磁喷油器和球阀式电磁喷油器分别如图2-43和图2-44所示。

图2-43轴针式电磁喷油器

图2-44球阀式电磁喷油器

(2)多点电控汽油喷射系统电磁式喷油器的分类。①根据喷油器针阀的结构特点，可分为轴针式喷油器和孔式喷油器。轴针式喷油器针阀的前端有一段轴针，喷油器关闭时轴针露出喷孔，其结构如图2-43所示。轴针式喷油器的主要特点是喷孔不易堵塞，但燃油的雾化质量稍逊于孔式喷油器，且由于针阀的质量较大，因此动态响应不如球阀式轴针。

孔式喷油器针阀的前端没有轴针，故针阀不露出喷孔。孔式喷油器的喷孔数为1或2个，针阀头部为锥型或球型(也称球阀式喷油器)，其结构如图2-44所示。孔式喷油器的特点是燃料雾化好质量较好，且球阀式针阀的质量仅为轴针式针阀的一半，故响应速度快，不足之处是喷孔易堵塞。

②根据喷油器电磁线圈的阻值，可以分为低阻喷油器和高阻喷油器。低阻喷油器电磁线圈的匝数较少，电阻值约为0.6～3Ω，由于减少了电磁线圈的匝数，因此线圈的电感小，动态响应特性好。低阻喷油器可以采用电压驱动方式或电流驱动方式。低阻喷油器电压驱动电路如图2-45所示，当采用电压驱动方式时，须在驱动回路中串入附加电阻，增加回路的阻抗。

图2-45低阻喷油器电压驱动电路

低阻喷油器电流驱动电路如图2-46所示，当采用电流驱动方式时，喷油器直接与电源连接，ECU通过检测回路电磁线圈的通过电流进行控制。这种驱动方式的回路阻抗很小，功率三极管VT1刚开始导通时，喷油器电磁线圈的通过电流在极短的时间内迅速增大，针阀能以最快的速度升起，使喷油器具有良好的动态响应特性，缩短无效喷射时间(迟滞喷射时间)。当针阀升至全开位置时，电磁线圈中的通过电流达到最大的峰值电流Ip

(一般为4～8A)。在电磁线圈通过电流迅速增大的同时，电流检测电阻的电压也在迅速增大。当图2-46中A点的电压达到设定值时(此时针阀恰好全开)，ECU控制大功率三极管在喷油期间以20MHz的频率交替导通截止，使电磁线圈的通过电流下降至保持电流In，保持电流的平均值一般为1～2A。该电流足以使针阀保持在全开位置，同时具有防止线圈发热，减小电能无效损耗等优点。

图2-46低阻喷油器电流驱动电路

高阻喷油器电磁线圈的电阻值(或内装附加电阻)约为12～17Ω。高阻喷油器只能采用电压驱动方式，故驱动电路较简单，成本较低，但高阻喷油器无效喷射时间较长，响应特性较差。高阻喷油器的驱动电路与图2-45相似，只是在电路中不需要串联附加电阻。在电压驱动电路中，当大功率三极管VT1截止时，线圈两端可能产生很高的感应电动势，此电动势与电源电压一直作用在功率管上，有可能将功率管击穿，故在电路中设有CR消弧电路。

2)单点电控汽油喷射系统的电磁式喷油器单点电控汽油喷射系统使用1或2只电磁式喷油器，喷油器安装在节气门上方，汽油喷入进气总管进入发动机各个气缸。德国Bosch公司的单点电磁式喷油器的结构如图2-47所示。它由喷油器体、电接头、一个扁平衔铁、与衔铁熔焊在一起的球阀、6个径向斜置的喷油孔、回位弹簧、电磁线圈等组成。当电流通过电磁线圈时，线圈产生的电磁吸力克服弹簧力将衔铁吸起，球阀离开阀座，汽油从喷油孔喷出。电磁线圈断电时，在回位弹簧力的作用下，球阀回落到阀座，喷油孔被关闭，喷油器停止喷油。

图2-47德国Bosch公司的单点电磁式喷油器这种喷油器头部采用球阀结构，具有精加工处少，易于成批生产，工作可靠性高的特点。采用扁平型的衔铁，具有质量轻惯性小的特点，使阀门开启和关闭的时间可以降低到1ms，有利于改善喷油器在小流量区工作时的线性度，提高发动机怠速性能。采用6个倾斜的径向喷油孔和一个锥体的喷腔，使汽油通过喷孔时，产生呈45°的锥开旋流，该旋流与喷腔壁面碰撞后进入进气管，有利于汽油更好地雾化。它采用燃油通流式的工作方式，发动机工作时，燃油连续不断地流过喷油器，使喷油器得到可靠冷却，并能使偶然形成的蒸汽泡返回油箱，提高了燃油系统的热传输性能，有效地解决了汽油机高温停车再启动时经常出现的气阻问题。

10．电磁式冷启动喷油器和热控正时开关

1)电磁式冷启动喷油器发动机在低温下冷车启动时，混合气中有一部分汽油会发生冷凝，粘附在进气管的壁面上，使实际进入汽缸的混合气浓度变稀。为了对混合气变稀进行补偿，在冷启动时，必须额外地增加喷油量，以改善发动机的低温启动性能。这部分额外增加的喷油量，由电磁式冷启动喷油器在冷启动时喷入进气总管。电磁式冷启动喷油器安装在进气总管上，它的喷油量取决于喷油持续时间，由热控正时开关或ECU根据发动机冷却水温度进行控制。

电磁式冷启动喷油器的结构如图2-48所示。它由电磁线圈、针阀、弹簧、衔铁和旋流式喷嘴等组成。发动机低温启动时，热控正时开关使电磁线圈通电，线圈产生的电磁吸力将阀门吸起，汽油经旋流式喷嘴成细粒状喷入进气总管，对混合气加浓，使发动机在低温下顺利启动。

图2-48电磁式冷启动喷油器的结构

2)热控正时开关热控正时开关是个温控开关，以螺纹连接方式安装在发动机冷却水路上。热控正时开关的结构如图2-49所示，热控正时开关内部有一对常闭触点，其中活动触点臂由双金属片制成，在双金属片上绕有加热线圈。热控正时开关对冷启动喷油器的控制原理如图2-50所示。

图2-49热控正时开关的结构

图2-50热控E时开关对冷启动喷油器的控制原理(a)冷启动时；(b)启动后

发动机低温启动时，点火开关接通，电流经启动开关、冷启动喷油器线圈、活动臂、固定触点、搭铁构成回路。与此同时，也有电流经点火开关流过加热线圈，通电的加热线圈使双金属片受热并弯曲变形，当双金属片弯曲到一定程度时，触点断开，冷启动喷油器停止喷油。发动机暖机后，由于冷却水温度升高，热控正时开关的触点保持常开状态，冷启动喷油器电磁线圈不能受电，故喷油器不会工作。热控正时开关触点闭合时间与受热有关，例如，在－20℃温度下，热控正时开关触点闭合时间最长为7.5s，随着温度上升，闭合时间将逐渐减少，当温度达到35℃时，触点保持常开状态。

11．发动机曲轴位置及转速传感器在电控汽油喷射系统中，ECU能根据每一循环发动机吸入的空气量和发动机运行工况，发出符合最佳空燃比要求的喷油量控制信号。然而，由于空气流量计所测出的是单位时间的空气流量，因此，ECU先要把单位时间的空气流量换算成每一循环发动机吸入的空气量，然后才能确定相应的基本喷油量。要完成这一换算，在已知单位时间空气流量的基础上，还需知道发动机的转速，为此要对发动机的转速进行检测。

1)磁脉冲式曲轴位置及转速传感器

(1)日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器。日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器如图2-51所示，该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后，在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆盘，称为信号盘。信号盘和曲轴皮带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。信号盘的外缘，沿着圆周每隔4°加工1个齿，共有90个齿。此外，在信号盘的外缘内侧以120°间隔布置三个凸缘。安装在信号盘边沿的传感器盒是产生电信号的信号发生器，信号发生器内有3个在永久磁铁上绕有线圈的磁头，其中磁头②产生120°信号，磁头①和磁头③共同产生曲轴1°信号。

磁头②对着信号盘的120°凸缘，磁头①和磁头③对着信号盘的细齿圈，磁头①相对于磁头③间隔3°曲轴转角的位置安装，如图2-52所示。信号发生器内有信号放大与整形电路，通过电缆与外部四孔电连接器相连，孔“1”为120°信号输出线，孔“2”为信号放大与整形电路的电源线，孔“3”为1°信号输出线，孔“4”为搭铁线。通过该连接器将信号传送到ECU。

图2-51日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器(a)传感器的布置；(b)电路脉冲成形电原理图

发动机工作时，信号盘的齿和凸缘切割磁力线，使感应线圈内磁场发生变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，经滤波整形后，即变为脉冲信号。发动机旋转一周，磁头②产生3个120°脉冲信号，磁头①和③交替产生90个脉冲信号。由于磁头①和③间隔3°曲轴转角位置安装，而磁头①和③都是每隔4°产生一个脉冲信号，将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路合成信号，即可产生曲轴1°转角的信号。曲轴1°转角信号产生原理如图2-52所示。产生120°信号的磁头②安装在上止点前70°的位置，故发动机运转过程中，各缸在上止点前70°时，磁头②都会产生一个脉冲信号。

图2-52曲轴1° 转角信号产生原理

(2)丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器。丰田公司TCCS系统采用的磁脉冲式曲轴位置传感器的结构如图2-53所示，它安装在分电器内。传感器分成上、下两部分，上部分产生G信号，下部分产生N信号，它们都在利用带有轮子齿的转子旋转时，使信号发生器感应线圈内的磁通变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电动势信号，然后将此信号放大后，传输到ECU。

图2-53丰田公司TCCS系统采用的磁脉冲式曲轴位置传感器的结构

①

Ne信号与N转子(No.2正时转子)。

Ne信号是发动机曲轴转角及转速的信号。产生Ne信号的传感器由下部的，带有24个齿的N转子和固定在转子对面的感应线圈组成。就转子上的一个轮齿而言，当转子旋转时，轮子齿靠近和离开感应线圈的凸缘部(磁头)都将导致感应线圈内磁通增减的变化，从而产生一个完整的交流电压信号。由于N转子有24个齿，所以，转子旋转1圈，感应线圈产生24个交流电压信号。Ne信号传感器的结构和输出波形如图2-54所示。1个交流电压信号的周期相当于30°曲轴转角。对30°转角的时间，ECU再均分30等分，即产生1°曲轴转角信号。对于发动机转速，ECU根据2个Ne脉冲信号(60°曲轴转角)所经历的时间为基准，即可计算出发动机的转速。

图2-54Ne信号传感器的结构和输出波形

②

G信号与G转子(No.1正时转子)。

G信号是判缸信号，ECU根据G信号判别基准气缸的活塞位置。产生G信号的传感器由上部的凸缘转轮及其对面两个对称的感应线圈组成。G信号传感器的结构和输出波形如图2-55所示。G1、G2信号产生的原理与Ne信号相同。G1、G2信号分别表示第4缸和第1缸的活塞正在接近上止点。由于G1、G2感应线圈安装位置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上1、4缸的活塞并不是正好达到上止点，而是在上止点前10°的位置。利用G信号和Ne信号的组合，ECU就可判定基准气缸的活塞位置，决定满足发动机多种运转条件的喷油量和喷射时刻，确定基本点火提前角。

图2-55G信号传感器的结构和输出波形

(3)桑塔纳2000时代超人磁脉冲曲轴位置传感器。桑塔纳2000时代超人所用的磁脉冲曲轴位置传感器如图2-56(a)所示，它广泛应用于中高档轿车的电控汽油机中。曲轴位置传感器由电磁感应式传感器和脉冲盘等组成。电磁感应式传感器安装在机体一侧靠近飞轮处，用来检测曲轴转角和发动机转速。脉冲盘安装在曲轴后端，位于飞轮与曲轴之间，脉冲盘在圆周上等分地布置着60个轮子齿，其中空缺两个轮子齿，供ECU识别曲轴位置，作为点火正时的参照基准。发动机运转时，脉冲盘上的轮子齿每通过电磁感应式传感器一次，便在传感器内的感应线圈中感应出一个交变电压信号，而在缺齿处产生一个畸变的交变电压信号。磁感应式传感器输出电压信号如图2-56(b)所示。ECU根据这些交变电压信号和畸变的电压信号就可计算出曲轴位置和发动机的转速。

图2-56桑塔纳2000时代超人磁脉冲曲轴位置传感器(a)曲轴位置传感器；(b)磁感应式传感器输出电压信号

2)霍尔效应式曲轴位置传感器霍尔效应式曲轴位置传感器是利用霍尔效应原理，对曲轴位置进行检测的一种传感器。

(1)霍尔效应原理。霍尔效应原理(如图2-57所示)是指：在磁场中，当电流以垂直于磁场方向渡过置于磁场中的半导体基片(称霍尔元件)时，在垂直于电流和磁场的霍尔元件的横向侧面上，即产生一个与电流和磁场强度成正比的电压，此电压称为霍尔电压UH。

图2-57霍尔效应原理

(2)轮子齿触发霍尔式曲轴位置传感器。轮子齿触发霍尔式曲轴位置传感器主要由具有触发轮子齿的信号盘和霍尔传感器组成，它们为ECU提供计算曲轴转角和发动机转速所需的信息。另外，在发动机的分电器内设置霍尔式同步信号传感器，ECU用该传感器提供的信息判别基准气缸活塞位置和工作过程。克莱斯勒公司开发的一些电控汽油机，如北京切诺基发动机电控系统就是采用这种结构型式和配置，具有触发轮齿的信号盘安装在变速器输入端，霍尔传感器安装在变速器喇叭壳体上。采用触发轮齿的霍尔曲轴位置传感器的结构原理如图2-58所示。

图2-58采用触发轮齿的霍尔曲轴位置传感器结构原理(a)2.5L四缸发动机；(b)4.0L六缸发动机

(3)霍尔式同步信号传感器。在发动机运行过程中，同步信号传感器产生与曲轴位置传感器信号对应的同步信号。ECU根据同步信号传感器输出的同步信号，能对基准汽缸正在进行的工作过程及活塞所处位置作出判断。结合曲轴位置传感器输出信号，就能保证发动机喷油和点火的正时及顺序。对于有分电器电控点火系统，霍尔式同步信号传感器一般安装在分电器内。对于无分电器点火系统，霍尔式同步信号传感器则安装在凸轮轴上。

①

安装在分电器内的霍尔式同步信号传感器。霍尔式同步信号传感器安装在分电器内，由脉冲环和霍尔传感器组成。霍尔式同步信号传感器示意图和结构分别如图2-59和图2-60所示。脉冲环是一个半周环(180°)，通过环座安装在分电器轴上，随分电器轴与曲轴同步旋转。当脉冲环进入霍尔传感器时，同步信号传感器输出高电位(5V)；当脉冲环离开霍尔传感器时，同步信号传感器输出低电位(0V)。分电器转一周，高低电位各占180°(各相当于360°曲轴转角)。

图2-59霍尔式同步信号传感器示意图

图2-60霍尔式同步信号传感器结构

当脉冲环的前沿进入霍尔传感器时，同步信号传感器输出5 V高电位信号。对四缸发动机，表示正在向上止点运动的是第1、第4缸活塞，其中1缸活塞为压缩行程，4缸活塞为排气行程。对六缸发动机，表示下面将要到达上止点的是第3、4缸活塞，其中3缸活塞为排气行程，4缸活塞为压缩行程。当脉冲环的后沿离开信号发生器时，同步信号传感器输出0V低电位信号。对四缸发动机，表示下面将要到达上止点的仍是1、4缸活塞，但工作行程相反，其中1缸活塞为排气行程，4缸活塞为压缩行程。对六缸发动机，则3缸活塞为压缩行程，4缸活塞为排气行程。

由上可知，同步信号传感器产生的高低电位信号输入ECU后，可以对1、4缸(四缸发动机)或3、4缸(六缸发动机)的活塞和正在进行的工作过程作出判定和定位。同步信号与曲轴位置(转速)信号相配合，ECU就可以确定正确的喷油、点火正时和顺序。如当同步信号上升沿出现时，ECU可以判定当前4缸活塞(四缸发动机)或3缸活塞(六缸发动机)处于排气行程，此时根据曲轴位置信号，当活塞行至上止点前64°时ECU发出喷油信号，使4缸或3缸的喷油器喷油。同样，同步信号上升沿的出现，还标志着1缸活塞(四缸发动机)或4缸活塞(六缸发动机)处于压缩行程，此时ECU根据发动机的负荷和转速等输入信号，在活塞上行至压缩上止点前的适当时刻，发出点火信号，使该缸火花塞点火。同理，同步信号的下降沿出现时，两缸活塞工作行程正好相反，ECU以此为依据对两缸进行正确的喷油和点火控制。

②

安装在凸轮轴上的霍尔式同步信号传感器。对于无分电器的电控汽油机，同步信号传感器通常安装在凸轮轴上，位于气缸盖前端凸轮轴链轮之后。安装在凸轮轴上的霍尔式同步信号传感器如图2-61所示。霍尔传感器的基本构造与安装在分电器内的相同，由一个半周环(180°)的脉冲环和霍尔传感器组成，其工作原理也与安装在分电器内的相同。图2-61安装在凸轮轴上的霍尔式同步信号传感器

3)光电式曲轴位置传感器光电式曲轴位置传感器是应用光电原理来检测曲轴转角的一种传感器。日产公司开发的一些电控汽油机就采用的是这种形式的曲轴位置传感器。光电式曲轴位置传感器安装在分电器内，它由信号发生器和带光孔的信号盘组成，光电式曲轴位置传感器如图2-62(a)、(b)所示。信号盘安装在分电器轴上，信号盘的外围刻有360条光孔，产生1°曲轴转角信号。外围稍靠内间隔60°刻有6条光孔，产生120°信号(判缸信号)，其中有一个光孔较宽，它与基准缸1缸压缩行程活塞的某一位置相对应。

图2-62光电式曲轴位置传感器(a)曲轴位置传感器在分电器上的布置；(b)信号盘

信号发生器安装在分电器上，主要由2只发光二极管、2只光敏二极管和整形电路组成。光电式曲轴位置传感器的结构如图2-63所示，2只发光二极管分别正对着2只光敏二极管，以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随分电器轴旋转时，因信号盘上有光孔，于是产生透光和遮光的交替变化。当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感光产生电压；当发光二极管的光束被遮挡时，光敏二极管的电压为零。将光敏二极管产生的脉冲电压送至整形电路放大整形后，信号发生器向ECU输出表示曲轴转角和活塞位置及工作过程的1°曲轴转角信号和120°判缸信号。

图2-63光电式曲轴位置传感器的结构简图

因信号发生器安装的正时关系，120°判缸脉冲信号出现时，活塞位于压缩上止点前70°。发动机每转两圈，分电器轴转