汽车电控发动机构造与维修5

第五章

喷油器及其控制电路的检测与维修第一节

发动机电控系统总体认识一任务引入二任务分析三相关知识四任务实施学习目标：1.了解燃油喷射系统的组成与工作原理；2.掌握喷油器的结构、种类与工作原理；3.掌握喷油器控制电路的类型与工作原理；4.掌握喷油器的清洗、检测与故障诊断方法；5.掌握喷油器控制电路的检测与故障诊断方法。一任务引入喷油器安装在各缸的进气歧管处，在ECU的控制下定时、定量地以雾状向各缸进气门喷射燃油。喷油开始时刻一般在进气门开启之前，喷油量由喷油持续时间决定，而喷油持续时间则由ECU根据发动机的进气量、转速、水温、节气门开度、氧等传感器的信号进行控制。当喷油器发生阻塞、不能开启、喷出的燃油不能形成雾状时，一般都会造成发动机运转不稳甚至不能运转；当喷油器发生滴漏等故障时，还会造成油耗过大甚至排气冒黑烟等现象。喷油器控制电路的短路、断路故障也时有发生，并由此引发喷油器不能喷油或接续喷油，造成发动机不能起动、运转不稳或排气严重冒黑烟等现象。可见，对喷油器及其控制电路进行检测与维修是电控发动机维修的一项重要内容。二任务分析喷油器内部断路、短路故障一般可以通过测量其电阻的方法进行判断，但阻塞、滴漏、喷出的燃油不能形成雾状等情况则需要在专门的喷油器清洗检测试验台上进行检测与修复。喷油器控制电路方面的故障则需要用万用表、试灯等工具进行检测。三相关知识1.发动机电控系统的组成与工作原理2.发动机电控系统的布置1.燃油喷射系统的类型根据对发动机进气量检测的方式不同，燃油喷射系统可分为两种类型：L型（空气流量型或直接测量型）燃油喷射和D型（歧管压力型或间接测量型）燃油喷射。L型燃油喷射：采用空气流量传感器（空气流量计）直接测量进气歧管中流入的空气量，如图5-1a）所示。特点是测量精度较高，动态响应较好，但传感器尺寸较大，成本较高。D型燃油喷射：采用进气歧管压力传感器测量进气歧管压力，再结合发动机转速、进气温度等，通过计算确定进气歧管中流入的空气量，如图5-1b）所示。特点是测量精度和动态响应略差，但传感器尺寸较小，成本较低。2.燃油喷射的方式按照燃油的喷射位置，喷射方式大致分为三种类型：单点喷射（由1~2个喷油器向进气总管喷射）；多点缸外喷射（从进气道向各个进气门附近喷射）；多点缸内喷射（向各缸内部喷射）。按照各喷油器的工作特点，喷射方式也大致分为三种类型：独立喷射、分组喷射和同时喷射。独立喷射：按照各缸工作顺序（或点火顺序）依次独立喷射（见图5-2上），例如按照1-3-4-2的点火顺序进行喷射。每个喷油器的喷油起始点：缸外喷射时，一般为进气门开启之前；缸内喷射时，一般为进气过程之中。每次的喷油量为相应汽缸一个工作循环所需的燃油量。分组喷射（组群喷射）：将2~3个喷油器作为一组，同组内的喷油器同时喷射（见图5-2中），例如1、3缸喷油器同时喷射；2、4缸喷油器同时喷射。分组喷射方式仅适用于缸外喷射，喷油起始点一般为同组汽缸中某个汽缸的进气门开启之前，每个喷油器每次的喷油量为相应汽缸一个工作循环所需的燃油量。同时喷射：所有喷油器同时喷射（见图5-2下）。同时喷射方式仅适用于缸外喷射，在这种情况下，曲轴每转一圈，各喷油器同时喷一次油，即每个工作循环所需的喷油量分两次喷入发动机。3.燃油喷射时间控制1)起动加浓校正2)预热加浓校正3)空燃比反馈校正4)加速加浓校正5)燃油切断控制6)功率加浓校正7)进气温度校正8)电压校正由于喷油器前后压力差维持恒定，发动机ECU只需要控制喷射时间即可控制喷油量，喷射时间越长，喷油量越大。喷射时间由两部分组成：喷射时间=基本喷射时间+校正喷射时间。基本喷射时间：由发动机的进气量和转速确定，进气量越大、转速越低，基本喷射时间越长。1)起动加浓校正由于起动时发动机的转速和进气量变化较大，难以用转速和进气量来确定喷油量，因此，起动时的燃油喷射时间一般由冷液却液温度来决定。冷却液温度由水温传感器来检测。冷却液温度越低，燃油的雾化性越差，喷射时间越长，从而得到越浓的混合气，如图5-4（上）所示。发动机ECU一般设定有这样的功能：当发动机转速大于或等于400r/min时，才能起动发动机，即喷油器才开始喷油。另外，当发动机负荷突然增加而导致转速突然降至400r/min以下时，ECU还具有滞后起动作用来阻止重新起动发动机，除非发动机转速降至200r/min，如图5-4（下）所示。维修提示：如果水温传感器失灵，可能引起发动机起动困难。2)预热加浓校正在冷机时，由于燃油不容易雾化，喷油量需要适当增加，从而获得较浓混合气，因此，发动机ECU将增加燃油喷射时间。随着水温的升高，燃油喷射时间的增加量逐步减少，如图5-5所示。最大校正量是常温下的两倍。维修提示：如果水温传感器失灵，可能引起发动机预热期间运转不良。3)空燃比反馈校正空燃比：混合气中空气与燃料的重量之比。空燃比越大，表明混合气越稀；空燃比越小，表明混合气越浓。空气与燃料都正好完全燃烧时的空燃比称为理论空燃比（约为14.8）。当发动机的工况没有较大的波动时，例如发动机预热后的怠速或汽车以恒定速度行驶，ECU将根据发动机的进气量和转速来供给燃油量，空燃比应该接近理论的空燃比值。但是，在发动机实际工况中，由于受各种因素的影响（例如磨损、阻塞、传感器信号偏差等），有可能出现实际空燃比稍微偏离理论值的情况，因此，多数发动机都利用氧传感器来对空燃比进行校正。如果从氧传感器的信号中断定空燃比高于理论值，则说明混合气偏稀，ECU将增加喷射时间，从而使混合气变浓；如果从氧传感器的信号中断定空燃比低于理论值，则说明混合气偏浓，ECU将减少喷射时间，从而使混合气变稀。如此循环，确保空燃比保持在理论值附近（这被称为闭环控制），如图5-6所示。为防止催化器过热和保证发动机运转良好，空燃比反馈校正在以下情况下停止工作（即进行开环控制）：①发动机起动时；②起动后加浓；③功率加浓；④当冷却液温度低于预定值时；⑤当燃油切断时；⑥当氧传感器持续无信号超过一定时间时。对于没有氧传感器的汽车，则可使用可变电阻来进行空燃比校正（CO排放校正），方法为：使发动机怠速运转，且水温正常，把电阻向右侧转，则混合气浓度变大，向左侧转，则混合气浓度变小，如图5-7所示。对于配备了氧传感器的汽车，则取消了该可变电阻，因为这些汽车可根据氧传感器信号自动调节空燃比。4)加速加浓校正在汽车突然加速时，特别是在突然加速的开始阶段，由于燃料供应的增加滞后于进气量的增加，造成混合气瞬时变稀，有可能引起发动机暂时熄火或燃烧不良，使汽车产生加速不良现象（汽车明显“后坐”或颠簸）。为了避免出现这一问题，在汽车突然加速时，发动机ECU会瞬时延长燃料喷射时间，增加喷油量，以防止混合气瞬时偏稀。加速加浓校正的多少取决节气门开度的变化速度：节气门开启越快，加浓校正越多；在加速开始阶段较多，到上限值后又会逐渐减少，如图5-8所示。维修提示：如果节气门位置传感器失灵，可能引起发动机加速不良，特别是急加速不良。5)燃油切断控制在减速过程中，为了减少有害气体的排放和增强发动机的制动效果，ECU将根据减速的具体条件停止燃油喷射。ECU对减速状态的判断取决于节气门的开度和发动机转速：当节气门关闭且发动机转速较高（超过预定值）时，ECU就判定汽车在减速，并进行燃油切断控制，停止燃油喷射；当发动机转速低于另一个预定值或者节气门开启时，将重新开始燃油喷射。燃油切断控制的起始转速和终止转速还受冷却液温度的影响：当冷却液温度较低时，燃油切断转速和燃油重新喷射的转速将会增加，反之则降低，如图5-9所示。此外，当打开空调开关时，为防止发动机转速下降或失速，燃油切断控制的起始转速和终止转速也会增加。某些车型上，在制动过程中（停车灯开关闭合时），燃油切断控制的起始转速和终止转速会下降。6)功率加浓校正在高负荷情况下，比如当汽车爬陡峭的山路时，发动机需要发出较大的功率，此时混合气稍浓一些则比较有利，为此，ECU将适当增大喷油量。ECU对“高负荷”的判断依靠的是节气门的开度、发动机的转速和进气量。进气量越多或发动机转速越高，功率加浓校正量越大；当节气门的开度大于预定值时，该校正量还会再增加。功率加浓校正量最大值大约在10%～30%之间。7)进气温度校正由于空气密度随空气温度的变化而变化，因此，需要根据进气温度对喷油量进行校正，即根据进入汽缸中的空气温度来增加或减少燃料的量。进气温度由进气温度传感器进行检测。发动机ECU将空气温度设定为标准值20℃。当进气温度低于标准值时，空气密度增加，校正量也随之增加。进气温度高于标准值时，空气密度降低，校正量也随之减少，如图5-10所示。进气温度校正仅用于采用体积流量型空气流量计的L型电控发动机和D型电控发动机。进气温度校正量最大值大约接近10%。对热线式空气流量计而言，由于其输出的信号直接为质量流量信号，其中已经包含了空气密度的影响，因此，不需进行进气温度校正。8)电压校正由于发动机ECU把喷射信号传给喷油器的时间和喷油器实际喷射燃料的时间之间存在一定的时间延迟（见图5-11上），若蓄电池电压大幅降低，该时间延迟会增大，从而造成燃料的喷射时间缩短，喷油量减少，混合气变稀。为了解决这一问题，发动机ECU设置了电压校正功能，根据蓄电池电压的降低而延长喷射时间以进行调节，如图5-11下所示。4.喷油器的基本结构、类型及工作原理喷油器实际上是一个电磁阀，其喷嘴对着进气门（多点缸外喷射），其尾部接燃油分配管。当发动机ECU以电脉冲的形式发出喷油指令后，喷油器内部的电磁线圈通电而产生磁性，使其喷孔开启，从而将燃油喷入发动机，如图5-12所示。当ECU的喷油指令结束后，喷孔又在复位弹簧作用下关闭，喷油过程立即停止。喷孔开启的持续时间(即喷油量)由ECU所发出的电脉冲的宽度决定。喷油器的喷孔有孔式、轴针式、片阀式等多种形式，按照喷孔的数量，有单孔、双孔和多孔等形式。按照喷油器内部电磁线圈的电阻值来分，则有低阻值喷油器和高阻值喷油器两种类型，低阻值喷油器的电阻值一般为2～3Ω，高阻值喷油器的电阻值一般为13～17Ω。喷油器头部装有橡胶隔热环，起隔热和密封作用（防止漏气）；与燃油分配管连接的尾部则装有O形密封圈，用来防止漏油。喷油器尾部的内部制有滤网，用于对燃油进行喷射前的过滤。5.喷油器的控制电路1)喷油器的驱动方式2)喷油器的控制电路1)喷油器的驱动方式(1)电压驱动方式(2)电流驱动方式(1)电压驱动方式电压驱动方式控制电路如图5-13所示。采用低阻值喷油器时，驱动电路中串联接有附加电阻（见图5-13a），采用高阻值喷油器时，驱动电路中则不需要串联接有附加电阻（见图5-13b）。串接附加电阻的目的是为了防止由于低阻值喷油器电路的电阻过小、工作电流过大而造成喷油器烧坏。电压驱动式控制电路的工作原理很简单，电源电路向喷油器提供电源电压（12～14V），ECU通过脉冲信号来控制功率三极管的导通与截止，从而控制喷油器电路的通、断。脉冲信号的宽度决定了喷油器电路的导通时间，即决定了喷油时间或喷油量。由于喷油器电路被切断时，其电磁线圈会产生感应电动势，容易造成功率三极管被击穿，因此，电路中一般都设有消弧回路。维修提示：功率三极管可能出现短路和断路两种情况：短路时，喷油器会连续喷油，发动机会冒黑烟或“淹死”火花塞而使某缸不工作；断路时，喷油器不喷油，发动机会因某缸不工作而运转不平稳。附加电阻的连接方式有多种，所有喷油器可以共用一个附加电阻，也可以如图5-14所示那样独立配或分组配。(2)电流驱动方式电流驱动方式控制电路如图5-15所示。由于采用了低阻值喷油器，其电磁线圈的电感较小，电路中又没有配附加电阻，所以在电路接通后，电流上升很快，可以有效缩短喷油器打开的滞后时间，从而提高了喷油器的动态效应。但是，由于电路中的电阻较小，电流会过大从而烧坏喷油器及ECU内部的功率三极管，为此，在电路中设有电流检测电阻（反馈电阻），其上的电压降反应了喷油器的工作电流。该电压降反馈到电流控制回路，再由电流控制回路对功率三极管的导通程度进行反馈控制，从而控制了喷油器的工作电流，防止了因电流过大而烧坏喷油器。2)喷油器的控制电路(1)独立喷射式(2)分组喷射式(3)同时喷射式发动机工作时，各种传感器将检测到的信息送往ECU，ECU经运算判断后输出控制信号，控制功率三极管的导通与截止。当功率三极管导通时，即接通喷油器电路，喷油器打开而开始喷油。当功率三极管截止时，切断喷油器电路，喷油器关闭而停止喷油，如图5-16所示。但是，由于各缸的燃油有独立喷射、分组喷射和同时喷射等三种喷射方式，相应的控制电路也存在一定的差别。(1)独立喷射式由于各缸喷油器按照发动机的工作顺序进行独立喷射，控制各喷油器的功率三极管也相互独立，ECU中功率三极管及控制回路的数量等于喷油器的数量，如图5-17所示。在这种情况下，一个功率三极管或控制回路发生故障，只会影响一个汽缸的工作。(2)分组喷射式由于各缸喷油器进行分组喷射，同组内的喷油器同时喷射燃油，因此，同组内的喷油器可以由同一个功率三极管进行控制，ECU内功率三极管的数量等于喷油器分组的数量，如图5-18所示。在这种情况下，一个功率三极管发生故障，将会影响同一组内所有汽缸的工作。(3)同时喷射式由于所有喷油器同时喷油，因此，所有喷油器可以由同一个功率三极管进行控制，ECU内只需要设置一个功率三极管即可，如图5-19所示。在这种情况下，该功率三极管发生故障，将会影响所有汽缸的工作。四任务实施1.实训目的2.设备准备3.实训步骤4.丰田卡罗拉1ZR-FE发动机喷油器控制电路检查5.实训要求1.实训目的（1）掌握喷油器的检查、检测、清洗技能（2）掌握喷油器控制电路的检查技能2.设备准备喷油器4只；喷油器清洗检测实验台一台；采用电控发动机的整车一辆或电控发动机台架一台；万用表一只；普通工具一套；发动机舱防护罩一套；“三件套”（座椅套、转向盘套、脚垫）一套。3.实训步骤1)喷油器的检查与诊断2)喷油器的清洗3)喷油器控制电路的检查4)喷油量的检查1)喷油器的检查与诊断(1)测喷油器的电阻值(2)检查喷油器的工作情况(1)测喷油器的电阻值拔下喷油器插头，用万用表测喷油器两插脚之间的电阻值，应符合维修手册的要求（低阻值喷油器的电阻值一般为2～3Ω，高阻值喷油器的电阻值一般为13～17Ω）。如不符合要求，则更换喷油器