1、第7章电子控制汽油喷射系统,7.1 电子控制汽油喷射系统概述 7.2 电子控制汽油喷射系统主要部件的结构与工作原理 7.3 电子控制汽油直接喷射系统 7.4 电子控制汽油喷射系统的故障诊断 7.5 电子控制系统主要部件的故障检修,7.1 电子控制汽油喷射系统概述,7.1.1 电子控制汽油喷射系统的分类1. 按喷油器数目分类(1） 单点喷射：指在节气门前方安装一只或两只喷油器， 向进气歧管喷油形成初步的可燃混合气，在进气行程时可燃混合气被吸入气缸内。这种系统结构简单，但混合气浓度不易精确控制。 该系统逐渐被淘汰。,(2） 多点喷射： 指在每一个气缸的进气门前的进气道内分别安装一只喷油器， 实行各
2、缸分别供油。 多点喷射因控制精确高而被广泛应用。,2. 按喷油方式分类(1） 连续喷射：因连续喷射系统技术性能落后， 现已被淘汰。 (2） 间歇喷射：广泛地应用于现代电控汽油喷射系统中。 在发动机运转期间，汽油间歇喷射，其喷油量的多少取决于喷油器针阀开启的时间， 即取决于ECU指令的喷油脉冲宽度。,3. 按喷射时序分类(1） 同时喷射： 指在电路上将各缸喷油器全部并联在一起，通过一条共同的控制电路和ECU连接。在发动机的每个工作循环中，各缸喷油器同时喷油一次或两次。这种控制方式逐渐被淘汰。 (2） 分组喷射：指将多缸发动机的喷油器分成2或3组， 每组有24个喷油器，每组分别通过一条控制电路和E
3、CU连接。 在发动机每个工作循环中， 各组喷油器各自同时喷油一次。,(3) 顺序喷射：指每缸都有一只喷油器，各缸喷油器分别由各自的控制电路与ECU连接，ECU分别控制各喷油器喷油。 这种喷射方式被广泛应用。,4. 按控制方式分类(1） 开环控制：用于不装氧传感器的电控汽油喷射系统中。由于其控制精度低，故现逐渐被淘汰。 (2） 闭环控制：用于有氧传感器的电控汽油喷射系统中。 氧传感器未达到工作温度之前，它不能向ECU反馈信号，这时电控汽油喷射系统是开环控制。反之，称为闭环控制。但由于开环控制的时间较短，因此目前把装有氧传感器的电控汽油喷射系统称为闭环控制系统。,5. 按空气量检测方式分类(1）
4、间接检测式： 采用进气压力传感器，这种系统称为D型电控汽油喷射系统。 (2） 直接检测式：采用叶片式、热线式（LH型）、热膜式和卡门旋涡式等空气流量计。,6. 按喷射位置分类(1） 缸外喷射：指汽油喷射在进气道的方法。国内轿车发动机电控汽油喷射系统广泛采用缸外喷射。 (2） 缸内喷射：有些燃烧稀混合气的轿车发动机电控汽油喷射系统采用缸内喷射(直接喷射GDI)。 它与缸外汽油喷射电控系统相比，具有高效、低油耗的优点。一汽大众生产的奥迪A6L2.0TFI轿车发动机采用的是缸内喷射。,7.1.2 电子控制汽油喷射系统的组成与工作过程电控汽油喷射系统由汽油供给系统、 空气供给系统和电子控制系统三个子系
5、统组成。 1. 汽油供给系统汽油供给系统的功用是向发动机提供各种工况下所需要的燃油。它由油箱、 燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器（简称调压器）、喷油器和油管等组成。 其工作流程如图71所示。,图7-1 汽油供给系统工作流程,在燃油泵的作用下，燃油从油箱以大约350 kPa的压力泵出， 经燃油滤清器、油管和分油管后，送至喷油器。 喷油器在ECU控制下，将燃油以雾状喷至各缸进气门前的进气道管内。油管的末端装有调压器，用来调整油管中汽油的压力， 使油压保持某一定值(250300 kPa)， 多余的燃油从油压调节器上的回油口经回油管返回油箱。也有一些发动机的调压器后面串联一个燃油脉动阻尼器，还有的发
6、动机将调压器安装在油箱内。 有些轿车发动机采用无回油的汽油供给系统，它的特点是燃油泵、燃油滤清器、调压器、 燃油油位传感器和燃油切断阀合为一体，可以断开发动机部件的回油，并能防止燃油内部温度升高，减少燃油蒸气的排放量。一汽丰田花冠轿车3ZZ-FZ发动机采用的是无回油系统， 如图7-2所示。,图7-2 一汽丰田花冠轿车3ZZ-FZ发动机采用的无回油系统,2. 空气供给系统LH型空气供给系统由空气滤清器、 空气流量计、 节气门体、进气总管、稳压箱、进气歧管、空气阀（空气控制阀）和怠速控制阀等部件组成。其功用是测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量， 以控制发动机的输出功率。 LH型空气供给系统的工作流
7、程如图7-3所示。,图7-3 LH型空气供给系统的工作流程,驾驶员通过加速踏板直接或间接地操纵节气门来控制进气量。进入发动机的空气经空气滤清器过滤和空气流量计计量后，通过节气门体进入进气总管和稳压箱等部件，在进气道内与喷油器喷出的燃油混合后再进入气缸。 D型空气供给系统除了采用进气压力传感器间接测量进气量外， 其它的部件与LH型的相同（见图7-4）。,图7-4 D型空气供给系统构成示意图 1发动机; 2怠速空气阀; 3空气滤清器; 4节气门体; 5进气压力传感器； 6喷油器,. 电子控制系统电子控制系统由各种传感器、和执行器三部分组成（见图7-5）。其功用是根据发动机运转状况和车辆运行情况确定
8、最佳喷射量。 传感器是信号转换装置，安装在发动机的各个部位。 其功用是检测发动机运行状态，将发动机各种工况下的性能参数转换成电信号输出给ECU。检测发动机工况的传感器有水温传感器、进气温度传感器、发动机转速与曲轴位置传感器（简称曲轴位置传感器）、节气门位置传感器、车速传感器、氧传感器等。,图7-5 电子控制系统组成示意图,ECU是发动机控制系统的核心部件。 ECU在接收了各种传感器传来的信号后，经过计算确定满足发动机运转状态的最佳喷油量。ECU还可以对多种信息进行处理， 实现EFI系统以外其他诸多方面的控制，如点火控制、怠速控制、废气再循环控制和自动变速器控制等。 执行器是电子控制系统的执行机
9、构。其功用是接收ECU输出的各种控制指令， 完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳状态，如喷油定时和脉宽控制、点火提前角控制、 怠速控制、故障自诊断、故障备用程序启动、仪表显示等。 一汽丰田花冠轿车1NZ-FE发动机电子控制燃油喷射系统（LH型）如图7-6所示。,图7-6 一汽丰田花冠轿车1NZ-FE发动机电子控制燃油喷射系统,7.2 电子控制汽油喷射系统主要部件的结构与工作原理,7.2.1 汽油供给系统主要部件的结构与工作原理1. 电动燃油泵及控制电路1） 电动燃油泵的结构及工作原理电动燃油泵的作用是把汽油从油箱内以一定的压力吸出， 并通过喷油器喷射后供给发动机的各个气缸。 电动燃油泵是一
10、种由小型直流电动机驱动的油泵。按结构的不同，可将电动燃油泵分为滚柱式、齿轮式、涡轮式和侧槽式四种。涡轮式电动燃油泵具有油压脉动少、外形尺寸小、 质量轻、工作可靠等优点， 故得到广泛应用。,涡轮式电动燃油泵的结构如图7-7所示。 涡轮的圆周开有小槽，在电动机的驱动下，涡轮周围小槽内的燃油高速旋转。 由于离心力的作用， 燃油出口处的油压升高，同时在进口处产生一定的真空， 从而使汽油从进油口被吸入并被泵向出油口。,图7-7 涡轮式电动燃油泵的结构 1橡胶缓冲垫； 2滤网； 3涡轮； 4、 8轴承； 5永久磁铁； 6电枢； 7炭刷； 9限压阀； 10单向止回阀； 11泵体,有些车型的电动燃油泵安装在油
11、箱外，但大部分轿车的电动燃油泵安装在油箱内。 油箱内的油泵和电动机都是浸在汽油中的（见图7-8）。在泵油过程中， 汽油不断穿过电动机， 油泵本身及电动机中的电枢、炭刷、轴承等部位都靠汽油来润滑和冷却。 因此， 要绝对禁止在无油的情况下运转电动燃油泵， 也不要等油用光后才去加油，以免烧坏电动燃油泵。,图7-8 安装在油箱内的燃油泵 1进油滤网； 2燃油泵； 3隔振橡胶； 4支架； 5出油管； 6小油箱； 7燃油箱； 8回油管,图7-9 模块式燃油泵总成结构图,2） 电动燃油泵控制电路（1） 采用ECU控制的燃油泵控制电路。如图7-10所示，此控制方式应用于D型EFI系统及使用热线或热膜式空气流量
12、计和卡门涡旋式空气流量计的L型EFI系统中。 当点火开关接通时，主继电器线圈中有电流通过，触点闭合，电源向EFI供电。发动机启动时，点火开关的启动装置(STA)端子接通， 断路继电器中的线圈L2通电，产生吸力使断路继电器的触点闭合，电源向燃油泵供电，燃油泵投入工作。,发动机一旦启动，转速传感器即将发动机的Ne信号输入ECU，此时ECU中的晶体管V导通，断路继电器中的线圈L1通电，使其触点继续保持闭合状态，燃油泵便继续工作。 发动机停止运转，则V断开，断路继电器触点打开，燃油泵的供电线路中断，燃油泵停止工作。 在主继电器输出端有接线柱+B，断路继电器输出端有接线柱FP， 两接线柱分别有导线与检查
13、插座的相应端子相接。,图7-10 ECU控制的燃油泵控制电路,（2） 采用转速控制的燃油泵控制电路。 如图7-11所示，在原控制回路中增设燃油泵控制继电器即可实现燃油泵的转速控制。 发动机低速或中、小负荷下工作时， ECU中的晶体管V导通， 燃油泵控制继电器的线圈通电， 使触点B闭合。 由于将电阻器串入电路， 故燃油泵以低速运转。 发动机处于高速、大负荷运转时，ECU中的晶体管切断， 触点A闭合， 燃油泵直接与电源相通，使其高速运转。,图7-11 转速控制的燃油泵控制电路,（3） 安全气囊控制的油泵电路。当驾驶员和前排乘客侧气囊展开时，发动机ECU检测到来自气囊传感器总成的气囊展开信号，发动机
14、ECU断开油泵断路继电器，切断燃油，将点火开关从OFF位置转至ON位置，以取消燃油切断控制，然后重新启动发动机。 燃油泵控制方框图如图7-12所示。,图7-12 燃油泵控制方框图,2. 油压调节器油压调节器的功用就是根据进气歧管真空度的变化来调节进入喷油器的燃油压力，使燃油绝对压力与进气歧管压力之差保持不变，让喷油压力在不同的节气门开度下保持定值（300350 kPa）。这样，喷油器的喷油量便惟一地取决于喷油时间的长短， ECU就能通过控制喷油时间的长短来精确地控制喷油量。 如图7-13所示，油压调节器壳体内腔被膜片2分成两个小室， 下方为真空气室，真空接口通过一根软管和进气管相通。弹簧1紧压
15、在膜片2上，使阀门3关闭。 当膜片2上方的燃油压力超过膜片2下方的压力时，就推动膜片2向下压缩弹簧1，打开阀门3， 使超压的燃油经回油口4流回油箱。,图7-13 油压调节器 1弹簧； 2膜片； 3阀门； 4回油口； 5进油口,3. 喷油器喷油器的功用是根据ECU提供的电信号（脉冲宽度）控制汽油喷射量。 喷油器按喷口结构的不同可分为轴针式（见图7-14）、 球阀式（见图7-15）、 片阀式（见图7-16）和双孔式等。,图7-14 轴针式喷油器 1滤网； 2电源插座； 3电磁线圈； 4复位弹簧； 5衔铁； 6针阀,图7-15 球阀式喷油器结构 1复位弹簧； 2阀杆； 3阀座； 4喷孔； 5护套；
16、6挡块； 7衔铁； 8器体； 9电磁线圈； 10盖,图7-16 片阀式喷油器结构 1喷嘴； 2阀座； 3垫圈； 4器体； 5铁芯； 6滤网； 7调压滑套； 8复位弹簧； 9电磁线圈； 10限位圈； 11阀片,图7-17 喷油器驱动方式 (a） 电流驱动； (b） 低阻抗型电压驱动； (c） 高阻抗型电压驱动,如图7-14所示，轴针式喷油器由滤网1、电源插座2、电磁线圈3、 复位弹簧4、衔铁5和针阀6等组成。喷油器安装在进气歧管末端上，喷嘴朝向进气门。 其工作原理是ECU的喷油控制信号将喷油器与电路接通后，电磁线圈3通电并产生磁场， 吸引衔铁5朝上移动，在衔铁5的带动下针阀6克服了弹簧4而打开喷
17、嘴，一定压力的燃油以雾状喷入进气道。当ECU将电路切断时，电磁力消失，弹簧4使针阀6关闭，喷射停止。ECU利用电脉冲的宽度来控制喷油器每次打开喷油的时间，从而控制喷油量。一般喷油器每次打开喷油的时间约为210 ms。 时间愈长， 喷油量就愈大。,电压驱动是指ECU驱动喷油器喷油的电脉冲的电压是恒定的。这种喷油器可分为高阻抗型和低阻抗型两种。低阻抗型电压驱动式喷油器是用56 V的电压驱动； 其电磁线圈的电阻较小，约23 ，不能与12 V电源直接连接，否则会烧坏电磁线圈。高阻抗型电压驱动式喷油器是用12 V电压驱动； 其电磁线圈电阻较大，约为1316 ，可直接与12 V 电源连接。 电流驱动式喷油
18、器的驱动电脉冲开始时是一个较大的电流，使电磁线圈产生较大的吸力，以打开针阀，然后再用较小的电流保持针阀的开启，这种喷油器一般为低阻抗型。电流驱动回路如图7-18所示。,图7-18 电流驱动回路,4. 燃油脉动阻尼器如图7-19所示，有的汽油喷射系统装有燃油脉动阻尼器。 其功用是减小油路中的压力波动，并抑制喷油器或压力调节器在开启与关闭过程中产生的压力脉动噪声。燃油脉动阻尼器一般安装在进油管或分配油管上，有的安装在电动燃油泵出口处或安装在回油管路上。 膜片3将脉动阻尼器隔成膜片室和燃油室， 当燃油压力增高时，膜片弹簧2被压缩，使燃油室容积增大， 减缓了燃油压力的增加；反之，当燃油压力减低时，在弹
19、簧力的作用下使燃油室容积减少，减缓了燃油压力的降低。 如此反复， 使燃油系统的油压脉动减低。 ,图7-19 燃油脉动阻尼器 1阀门； 2膜片弹簧； 3膜片； 4来自汽油泵； 5输油管道,7.2.2 空气供给系统主要部件的结构与工作原理1. 进气检测装置1) 空气流量计空气流量计的功用是直接检测进气量。 空气流量计按其结构和工作原理可分为叶片式、 热线式、 热膜式和卡门旋涡式等。 叶片式空气流量计具有进气阻力大、急加速时间长等缺点， 现基本上被淘汰。下面介绍热线式、热膜式和卡门旋涡式空气流量计。,(1） 热线式空气流量计。 如图7-20所示，进气道的两端有金属防护网， 取样管置于进气道中间， 管
20、内架有一根极细的铂线(直径约为0.07 mm)， 铂线被电流加热至120左右， 故称之为热线。 在热线式空气流量计电路中，热线是惠斯顿电桥电路的一部分(见图7-21)， 混合集成控制电路调节电桥的电流， 使电桥保持平衡。 当空气通过流量计时，进入取样管的气流流过热线周围，使其冷却，温度下降，电阻随之减小。热线电阻的减小使电桥失去平衡， 此时混合集成控制电路会自动增加供给热线的电流， 使热线恢复原来的温度和电阻值，直至电桥恢复平衡。混合集成控制电路所增加的电流大小取决于热线被冷却的程度，也就是取决于通过流量计的空气流速。由于电流的增加，电阻的电压降也增加，这就将电流的变化转换为电压的变化。ECU
21、接收这个电压信号后计算出通过流量计的空气量。,图7-20 热线式空气流量计 1金属防护网； 2取样管； 3铂线； 4温度补偿电阻；5控制电路板； 6电源插座； 7壳体,图7-21 热线式空气流量计的基本原理 A混合集成电路; RH白金热线电阻; RK温度补偿电阻; RA精度电阻; RB电桥电阻,ECU具有对热线的自清洁功能。 在每次发动机停止运转后， ECU对热线进行通电，使热线温度达到1000左右， 时间为12 s，以除去热线上的污物。热线式空气流量计电路连接如图7-22所示。,图7-22 热线式空气流量计电路连接,(2） 热膜式空气流量计。 热膜式空气流量计的结构和测量原理与热线式空气流量
22、计的基本相同。它采用热膜代替热线式空气流量计中的铂丝(见图7-23)。 热膜式空气流量计的特点与热线式空气流量计的相同，而且它具有可靠、耐用，不会因沾附污物而影响测量精度等优点。,图7-23 热膜式空气流量计 1热膜； 2进气流量计壳体； 3取样管,(3) 卡门旋涡式空气流量计。卡门旋涡式空气流量计的进气道的正中间有一个锥形的涡流发生器（见图7-24图7-26）， 当空气流经涡流发生器时，在其后方的气流中会产生空气旋涡， 这些旋涡移动的速度与空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内旋涡的数量就可计算出空气的流速和流量。测量单位时间内旋涡数量的方法有两种。一种是旋涡式空气流量计，它的构造如图7-
23、24所示，工作原理如图7-25所示。它的后半部的两侧设置一对超声波发生器和接收器。 在发动机运转时，超声波发生器不断地向接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受到气流中旋涡的影响，使超声波频率的相位发生变化。,接收器测出这一相位的变化，ECU根据相位变化的频率计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而计算出空气流速和流量。 另一种方法是在流量计内设置一对发光二极管6和光敏三极管5(见图7-26)。发光二极管6发出的光束被一个反光镜4反射到光敏三极管5上，使光敏三极管5导通。反光镜4安装在一个很薄的金属板簧7上，板簧7在进气气流旋涡的压力作用下产生振动， 其振动频率与单位
24、时间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜4随板簧7一起振动， 因此被反射的光束方向也以相同的频率变化，致使光敏三极管5也随光束的变化以同样的频率导通和截止。这一频率直接反映出单位时间内旋涡产生的数量，ECU根据光敏三极管5导通和截止的频率即可计算出进气量。旋涡式空气流量计的响应速度在几种空气流量计中是最快的，它能几乎同步地反映出空气流速的变化；此外，它还有测量精度高、 进气阻力小、 无磨损等优点， 但它成本较高。,图7-24 超声波检测式卡门旋涡式空气流量计的构造 1压力传感器； 2混合IC电路； 3锥状涡流发生器； 4涡流稳定器； 5超 声波发生器； 6温度调节器； 7旁通通道； 8主通道； 9
25、超声波接收器,图7-25 超声波检验式卡门旋涡式空气流量计的工作原理 1信号发射器； 2涡流稳定板； 3超声波发生器； 4锥状涡流发生器； 5通发动机； 6卡门旋涡； 7与涡流数对应的疏密声波；8接收器； 9接ECU,图7-26 反光镜检测式卡门旋涡式空气流量计 1导流罩； 2锥状旋涡发生器； 3导压孔； 4反光镜； 5光敏三极管； 6发光二极管； 7板簧,图7-27 反光镜检测式卡门旋涡式空气流量计电路图,2) 进气压力传感器进气压力传感器的功用是通过检测进气歧管内的绝对压力， 间接地测量进气量。 进气压力传感器种类较多， 下面以电子控制汽油喷射系统用得较多的半导体压敏电阻式压力传感器为例来
26、介绍其结构与工作原理。 如图7-28和图7-29所示，压力转换元件3是利用半导体的压阻效应制成硅膜片1的。硅膜片1的一面是真空室，另一面通过连接管与进气歧管相通。硅膜片1的中央经光刻腐蚀成薄膜，薄膜周围有四个应变电阻，组成惠斯顿电桥。当进气歧管内绝对压力变化时， 硅膜片1产生变形，附着在硅膜片1上的应变电阻的阻值与变形成正比例的关系，因此可通过惠斯顿电桥将硅膜片1的变形转化为电信号，经混合集成电路2放大后输出给ECU。,图7-28 半导体压敏电阻式压力传感器 1过滤器； 2混合集成电路； 3压力转换元件； 4滤清器,图7-29 半导体压敏电阻式压力传感器的工作原理 1硅膜片； VB电源； VO
27、输出； GND搭铁,2. 节气门体与位置传感器1） 节气门体节气门体位于空气流量计之后的进气管上，它包括节气门3、节气门位置传感器1、怠速旁通气道和怠速调整螺钉2(见图7-30)。节气门由驾驶员通过加速踏板直接操纵或间接控制， 以改变发动机的进气量，从而控制发动机的运转。有些车型还将怠速控制阀、怠速空气阀等安装在节气门体上。,图7-30 节气门体 1节气门位置传感器； 2怠速调整螺钉； 3节气门；4冷却水连接管； 5从空气滤清器来的空气,图7-31 AJR发动机节气门体 1怠速节气门电位计； 2应急弹簧； 3怠速电机； 4节气门电位计； 5节气门控制器； 6怠速开关,2) 节气门位置传感器为了
28、使喷油量能满足不同工况的要求，电子控制汽油喷射系统在节气门体上装有节气门位置传感器。它可将节气门的开度转换成电信号输送给ECU，作为ECU判定发动机运转工况的依据。 节气门位置传感器有电位计式和开关式两种。,(1) 电位计式节气门位置传感器。 图7-32所示是电位计式节气门位置传感器，它主要由电位计和怠速开关等组成。在VC端子上加有5 V的电压，当节气门开度变化时， 电位计的动触头2在其电阻膜上滑动，于是在VTA端子上就会有与节气门开度成正比的电压信号输出。当节气门全闭时，检测怠速状态的动触点IDL与E2接通，IDL送给ECU一个0 V电压信号，ECU据此判断发动机处于怠速状态。,图7-32
29、电位计式节气门位置传感器 (a) 结构图； (b) 电路图 1电阻膜； 2节气门开度信号动触头； 3绝缘部分； 4怠速信号动触头,（2） 开关式节气门位置传感器。开关式节气门位置传感器的结构见图7-33， 它主要由可动触点和两个定触点（功率触点和怠速触点）构成。可动触点可沿导向凸轮沟槽移动， 导向凸轮由固定在节气门轴上的控制杆驱动。,图7-33 开关式节气门位置传感器 1导向凸轮； 2节气门体轴； 3控制杆； 4可动触点； 5怠速触点； 6功率触点； 7联接装置； 8导向凸轮槽,节气门全关闭时，可动触点4与怠速触点5接触，检测节气门的全关闭状态。当节气门开度达到50以上时，可动触点4与功率触点
30、6接触，检测节气门大开度状态。在中间开度时， 可动触点与任一触点都不接触， 无检测信号。,3) 电子控制节气门电子控制节气门控制框图如图7-34所示。为了提高车辆的操纵稳定性和加速操纵灵敏感觉，要求提高自由控制发动机的输出功率，其中重要手段之一就是利用电子控制操纵技术。节气门通过与车厢内的加速踏板的联接机构进行机械联接，并采用电气驱动方式，独立于驾驶者加速踏板操作， 从而能够自由控制发动机的输出功率。电子控制节气门可实现良好的加速控制性能和在打滑路面上良好的操纵稳定性。,图7-34 电子控制节气门系统的工作原理,图7-35所示为丰田雷克萨斯LS400轿车1UZ-FE发动机和LS430轿车3UZ
31、-FE发动机上的电子控制节气门。它由减速齿轮1、 节气门回位弹簧2、节气门位置传感器3、节气门4和节气门控制电机5等组成。ECU根据加速板位置传感器信号控制流向节气门控制电机5的电流量的大小和方向，使控制电机5转动或维持， 并通过减速齿轮1打开、关闭或维持节气门4。节气门4的实际开启角由节气门位置传感器3检测并反馈给发动机ECU。,图7-35 丰田电子控制节气门 1减速齿轮； 2节气门回位弹簧；3节气门位置传感器； 4节气门；5节气门控制电机,在发动机不工作时，节气门回位弹簧2使节气门4开启到一个固定位置（大约7）。 在怠速时，节气门4的开度反而要关闭到小于这个固定位置。 电子控制节气门能进行
32、以下控制： (1） 怠速控制（ISC）。 一些发动机是使用步进电机式怠速控制阀来实现怠速的控制，而电子控制节气门是通过ECU和节气门控制电机5控制节气门开度来完成对怠速的控制。 (2） 减少换挡冲击控制。在变速器换挡期间，电子控制节气门与电控变速器能实现同步控制，以减少换挡冲击。 (3） 巡航控制。通过ECU和节气门控制电机5控制节气门开度来完成对巡航的控制。除此之外，电子控制节气门还实现对雪地模式控制、牵引力控制（TRC）、车辆稳定控制（VSC）等控制。,3. 怠速空气阀怠速空气阀的功用是实现发动机的冷车快怠速。在发动机冷车启动后的暖机过程中，怠速空气阀开启，使部分空气经怠速空气阀和旁通气道
33、绕过节气门，直接进入节气门后的进气管内，以保证冷车快怠速运转稳定。在发动机达到正常温度的过程中，这部分附加空气量随着怠速空气阀的逐渐关闭而不断减少，直至怠速空气阀完全关闭。 怠速空气阀有双金属片式和蜡式两种，目前大都采用蜡式怠速空气阀。,蜡式怠速空气阀由一个密封的蜡盒5和锥阀3等组成(见图7-36)。 其工作原理类似于发动机冷却系中的蜡式节温器, 由发动机冷却液直接加热而起作用。 冷却液经软管进入怠速空气阀内与空气隔绝的水道中，流经蜡盒5周围。发动机冷车时，水温低， 蜡盒5内的蜡质凝固收缩，锥阀3在弹簧的作用下开启，打开旁通气道。 发动机热车后，水温升高，蜡盒5内的蜡质受热熔化膨胀， 使推杆4
34、伸出， 推动锥阀3关闭旁通气道。,图7-36 蜡式怠速空气阀 1节气门； 2怠速调节螺钉； 3锥阀； 4推杆； 5蜡盒,4. 怠速控制阀1） 电磁式怠速控制阀电磁式怠速控制阀的结构如图7-37所示，它主要由电磁线圈、阀芯、阀门、回位弹簧、波纹管等组成。它利用电磁线圈产生的电磁吸力，使阀轴在轴向移动，从而控制阀门的开度大小，调节旁通空气道中的空气流量。当弹簧力与电磁吸力达到平衡时，阀门开度处于稳定状态。电磁吸力的大小取决于发动机ECU根据发动机的实际怠速工况输出的驱动电流的大小。当驱动电流大时，电磁吸力阀门开度大；反之，阀门开度小。波纹管是为了消除阀门上下压差对阀门开启位置的影响。,图7-37
35、电磁式怠速控制阀 (a） 阀门开启状态； (b） 结构图 1弹簧； 2电磁线圈； 3阀轴； 4阀； 5壳体； 6波纹管,2） 旋转滑阀式怠速控制阀旋转滑阀式怠速控制阀的结构如图7-38所示，它主要由永久磁铁3、电枢4、旋转滑阀6、螺旋回位弹簧的电刷及引线等组成。旋转滑阀6固定在电枢轴上，与枢轴一起转动，用以控制旁通空气道的截面积。,图7-38 旋转滑阀式怠速控制阀 (a） 结构图； (b） 电路原理图 1电接头；2外壳；3永久磁铁；4电枢；5空气旁通道；6旋转滑阀,旋转滑阀式怠速控制阀的控制方式是：发动机ECU将检测到的怠速转速实际值与其所储存的设定目标值相比较， 随时校正送至怠速控制失节的驱
36、动信号的占空比，调节怠速旁通空气道的空气流通截面积， 以实现稳定的怠速运行。 所谓占空比， 是指发动机ECU输出的控制信号在一个周期内， 通电时间与周期的比值， 如图7-39所示。,图7-39 占空比,3） 步进电机式怠速控制阀步进电机式怠速控制阀由步进电机、螺旋机构、控制阀、 阀座等组成(见图7-40)。螺旋机构中的螺母和步进电机的转子1制成一体。螺杆4与壳体之间为滑花键联接，使螺杆4不能作旋转运动，只能沿轴向作直线运动。当步进电机转动时，螺母带动螺杆4作轴向移动。步进电机转子每转动一圈，就使螺杆4移动一个螺距。螺杆4上固定着阀芯2，螺杆4向前或向后移动时，带动阀芯2关小或开大旁通空气通道，
37、以改变进气量的大小。ECU通过控制步进电机的转动方向和转角， 就可控制螺杆4的移动方向和移动距离，从而达到控制旁通气阀开度和调整怠速进气量的目的。,图7-40 步进电机式怠速控制阀 1步进电机转子； 2阀芯； 3阀座； 4螺杆； 5挡板； 6励磁线圈,7.2.3 电子控制系统主要部件的结构与工作原理1. 传感器1) 水温传感器水温传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，用来检测发动机的温度。其信号输入ECU,用来对基本喷油量和点火提前角进行修正。水温传感器内部是一个半导体热敏电阻(见图741)，它具有负的温度电阻系数。水温愈低，电阻愈高；反之， 水温愈高， 电阻愈低。水温传感器电路如图7-42所
38、示。,图7-41 水温传感器 1传感器外壳； 2导线； 3热敏电阻,图7-42 水温传感器电路,2) 进气温度传感器进气温度传感器通常安装在空气滤清器之后的进气软管或空气流量计上。也有个别车型将进气温度传感器安装在进气管的动力腔上。不论安装在何处，其作用都是相同的， 即测量进气的温度，并输送给ECU作为修正喷油量的参考依据。 进气温度传感器内部也是一个具有负温度电阻系数的热敏电阻，外部为环氧树脂密封。它和ECU的连接方式与水温传感器相同( 见图7-43)。,图7-43 进气温度传感器,3) 曲轴位置传感器曲轴位置传感器是控制系统中最重要的传感器之一，其功用是提供发动机转速信号和曲轴位置(压缩行
39、程上止点)信号， 也是控制点火时刻和喷油时刻的重要的信号源。曲轴位置传感器主要有磁电感应式、 霍尔效应式和光电式三种类型。,图7-44 磁电感应式曲轴位置传感器 1永久磁铁； 2插头； 3发动机壳体； 4铁芯；5感应线圈； 6信号齿盘,(1） 磁电感应式曲轴位置传感器。图7-44所示是一种安装在曲轴上的磁电感应式曲轴位置传感器。 它主要由永久磁铁1、感应线圈5和信号齿盘6等组成。曲轴带动信号齿盘6旋转， 当齿轮靠近和离开感应线圈5时，感应线圈5就会出现磁通量的变化，从而在感应线圈5中产生感应电压。信号齿盘6不停旋转， 在感应线圈5中就不断产生交变电压信号，ECU通过电压的变化频率（Ne信号）计
40、算出发动机的转速。另外，在信号齿盘上缺2个齿, 用于识别曲轴位置(第一缸上止点位置)的信号（G信号）,它可作为喷油点火正时的参考基准（见图7-45）。G、 Ne信号与发动机工作行程的关系如图7-46所示。,图7-45 Ne、G信号检测原理,图7-46 G、 Ne信号与发动机工作行程的关系,磁电感应式曲轴位置传感器也可以安装在曲轴皮带轮或飞轮齿圈附近，利用皮带轮上特制的凸块或飞轮轮齿产生脉冲信号。 这种传感器具有结构简单、坚固耐用、能适应较高温度环境、能利用齿轮轮齿产生脉冲等优点，因而被广泛采用。 其缺点是：输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速状态下，感应电压很低，影响了ECU
41、的控制精度。 有些发动机的电子控制系统还有凸轮轴位置传感器，用来识别1、6气缸活塞的上止点位置。磁电式凸轮轴位置传感器的工作原理与磁电式曲轮轴位置传感器的相同。,如图7-47所示，1UZ-FE发动机曲轴转速传感器安装于曲轴正时齿轮的左下方，以曲轴正时齿轮后面的信号盘为触发元件。曲轴转速传感器包括一个12齿的信号盘和一个磁电式感应头，曲轴每转过30便送出1个脉冲信号Ne给ECU，ECU再将每个脉冲信号细分成30份，于是可得到精确度为1的曲轴转速信号。凸轮轴位置传感器用于识别1、6气缸活塞的上止点位置，以左、右侧凸轮轴皮带轮的凸缘为触发元件。其由一个单凸的信号盘和一个磁电式感应头组成。1UZ-FE
42、发动机有两个凸轮轴位置传感器G1和G2，分别用于代表左、右列气缸的基准曲轴位置。 信号盘的凸缘固定于左右两侧基准气缸（1缸、 6缸)活塞上止点前10的位置，曲轴每转2圈，凸轮轴转1圈，磁力线被信号盘的凸缘切割1次，向ECU送出一个G1、G2信号，ECU便可以判别出6缸、1缸已处于上止点前 (BTDC)10的位置并将它作为点火的基准信号。,图7-47 1UZ-FE发动机曲轴转速和凸轮轴位置传感器安装位置示意图,(2） 霍尔效应式曲转位置传感器。 它是利用霍尔效应原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号进行工作的。如图748 所示，当电流I通过放在磁场中的半导体基片（霍尔元件），且电流方向与磁场方
43、向垂直时，在垂直于电流与磁场的霍尔元件的横向侧面上就会产生一个与电流和磁场强度成正比的霍尔电压UH。,美国通用汽车公司所采用六缸发动机的霍尔效应式曲轴位置传感器的信号触发叶轮结构如图7-49所示。它包括内、外两个信号触发叶轮1、2。外信号触发叶轮1外缘上均匀分布着18个触发叶片和18个缺口，每个触发叶片和缺口的宽度均为10弧长；内信号触发叶轮2外缘上设有3个触发叶片和3个缺口， 3个触发叶片的宽度不同，分别为100、90和110弧长。 信号触发叶轮安装在发动机曲轴带轮前端，安装相位关系是， 内信号轮上宽度为100弧长的触发叶片前沿位于1、4缸上止点前75，90弧长的触发叶片前沿位于6、3缸上止
44、点前75， 110弧长的触发叶片前沿位于5、2缸上止点前75。,图7-48 霍尔效应工作原理 I电流强度； B磁场强度；UH霍尔电压,图7-49 霍尔效应式曲轴位置传感器的信号触发叶轮结构1外信号触发叶轮； 2内信号触发叶轮,在内、外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。 霍尔信号发生器主要由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路组成。 信号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，磁场被触发叶片所旁路，霍尔元件不受磁场的作用， 此时没有霍尔电压；当触发叶片转过空气隙、缺口对着永久磁铁和霍尔元件时，磁场作用到霍尔元件上，产生霍尔电压。 霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号，经霍尔集成电路放大整形
45、后， 送到ECU作为曲轴转角和曲轴位置信号（见图7-50）。 霍尔效应式曲轴位置传感器与ECU的电路连接如图7-51所示。,图7-50 霍尔效应式曲轴位置传感器输出信号,图7-51 霍尔效应式曲轴位置传感器与ECU的电路连接图,(3） 光电式曲轴位置传感器。光电式曲轴位置传感器主要由发光二极管6、光敏二极管5、信号盘3和控制电路等组成(见图7-52)。发光二极管6和光敏二极管5及控制电路均安装在固定底板上，发光二极管6与光敏二极管5位置相对， 分别位于信号盘3的两侧。信号盘3固定在凸轮轴上，与凸轮轴一同转动。信号盘3边缘分别刻有360条缝隙，每转过一条缝隙对应凸轮轴1转角。 在信号盘3边缘还刻
46、有表示1缸上止点位置的缝隙和60(6缸机)或90(4缸机)间隔的缝隙。,当信号盘3挡住发光二极管的光线时，光敏二极管截止，控制电路输出低电平； 当缝隙对准发光二极管6与光敏二极管5时，光线照射到光敏二极管5上，控制电路输出高电平。凸轮轴转一周，由360条缝隙所控制的电路将输出360个脉冲信号， 每个脉冲信号对应于凸轮轴1转角(曲轴2转角)，此信号作为向ECU输入的转速信号(Ne信号)。由缝隙较宽的1缸上止点位置标记和60(或90)间隔缝隙所控制的电路将向电脑输入1缸上止点位置信号和缸序判别信号(G信号)。,图7-52 光电式曲轴位置传感器 1分火头； 2防尘罩； 3信号盘； 4分电器底板；5光
47、敏二极管； 6发光二极管,光电式曲轴位置传感器可装在分电器内，也可直接装于凸轮轴轴端，此时信号盘将固定在凸轮轴上。光电式曲轴位置传感器输出的也是矩形脉冲信号，它也能检测转速很低的运动状态。其缺点是必须保持发光二极管和光敏二极管表面的清洁，否则就会影响传感器的工作。 因此，必须进行周期性的维护保养。,4) 氧传感器氧传感器的功用是用来检测排气中的氧气含量，并向ECU反馈响应的电压信号。目前使用的氧传感器有氧化锆氧传感器和二氧化钛氧传感器两种，其中应用较普遍的是氧化锆氧传感器。如图7-53所示为氧化锆氧传感器结构图。 其安装在发动机的排气管上，用来检测排气中氧气分子的浓度，并将其转换成电压信号。排
48、气中氧气分子的浓度取决于混合气的空燃比。当混合气浓于理论混合气(即空燃比小于14.71)时， 在燃烧过程中氧分子被全部耗尽，排气中没有氧气分子；当混合气稀于理论混合气 (即空燃比大于14.71)时，在燃烧过程中氧分子未能全部耗尽， 排气中含有氧分子。混合气愈稀，排气中的氧分子浓度就愈大。,图7-53 氧化锆氧传感器结构图 1排气； 2锆管； 3电极； 4弹簧； 5线头支架（绝缘）；6导线； 7排气管； 8导入排气孔罩,氧传感器内侧通大气，外侧裸露在排气中。如果传感器内侧大气中含氧量与传感器外侧的含氧量不同，则在氧化锆内、 外两侧的电极间就会产生一个电压。 当混合气稀时，氧化锆产生的电压低（接近
49、于0 V）；当混合气浓时，氧化锆元件产生的电压高（约1 V）。因此，氧传感器发出的信号间接地反映了混合气空燃比的高低。 ECU根据氧传感器的反馈信号， 对喷油量的计算结果进行修正， 使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。 由于氧化锆氧传感器只有在400以上的温度时才能正常工作，为了保证传感器在发动机进气量少，排气温度低时也能工作，氧传感器中装有加热元件，加热元件受ECU的控制。,氧传感器通常和三元催化反应器一同使用。三元催化反应器安装在排气管的中段。它能同时净化排气中CO、HC和NOx三种主要的有害成分，但只有在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，三元催化反应器才能有效地起到净化作用。因此应用氧传感器进行反馈控制的目的也在于保证三元催化反应器的排气净化效果，解决功率、油耗和排气污染之间的矛盾。,
