汽车电控系统结构与维修第2版2汽车发动机燃油喷射系统课件.ppt
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1、第二章 汽车发动机燃油喷射系统,第一节 发动机燃油喷射系统的组成第二节 发动机燃油喷射系统的分类第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理第四节 发动机燃油喷射系统执行器的结构原理第五节 汽车电子控制单元的结构原理 ,下一页,第二章 汽车发动机燃油喷射系统 第一节 发动机燃油喷射系统的,第二章 汽车发动机燃油喷射系统,第六节 发动机燃油喷射的控制过程第七节 发动机空燃比反馈控制过程第八节 发动机断油控制过程第九节 发动机怠速控制过程第十节 发动机燃油喷射系统传感器的检修第十一节 发动机燃油喷射系统执行器的检修第十二节 发动机燃油喷射系统电控单元的检修 ,下一页,上一页,第二章 汽车发动机燃油喷
2、射系统第六节 发动机燃油喷射的控制过,第二章 汽车发动机燃油喷射系统,第十三节 燃油喷射式发动机供油系统的检修 第十四节 发动机电子控制系统故障自诊断测试第十五节 发动机电子控制系统故障诊断与排除 ,上一页,第二章 汽车发动机燃油喷射系统第十三节 燃油喷射式发动机供油,第一节 发动机燃油喷射系统的组成,一、 空气供给系统空气供给系统简称为供气系统。燃油在发动机内燃烧时,需要一定数量的空气。空气供给系统的功用是向发动机提供混合气燃烧所需的空气,并测量出进入气缸的空气量。根据燃油喷射式发动机怠速进气量的控制方式不同,供气系统分为旁通空气式和直接供气式两种。1 旁通空气式供气系统设有旁通空气道的空气
3、供给系统结构如图2-1(a)所示。2 直接供气式供气系统怠速转速采用节气门直接控制的发动机控制系统没有设制旁通空气道,其供气系统的结构如图2-1(b)所示。,下一页,第一节 发动机燃油喷射系统的组成 一、 空气供给系统下一页,图2-1 燃油喷射式发动机供气系统的结构,返回,图2-1 燃油喷射式发动机供气系统的结构 返回,第一节 发动机燃油喷射系统的组成,3 供气系统的结构特点由发动机供气系统的结构可见,与化油器式发动机相比其进气道较长且设有动力腔,其目的是:充分利用进气管内的空气动力效应,增大各种工况下的进气量(即增大充气量),提高发动机的动力性。气流惯性效应是指在进气管内高速流动的气流在活塞
4、到达进气冲程的下止点之后,仍可利用进气气流的惯性继续充气一段时间,从而增加充气量。 气流压力波动效应是指各个气缸周期性、间歇性的进气而导致进气管内产生一定幅度的气流压力波动。气流压力波动会沿着进气管以音速传播并往复反射。,下一页,上一页,第一节 发动机燃油喷射系统的组成3 供气系统的结构特点下,第一节 发动机燃油喷射系统的组成,二、 燃油供给系统燃油供给系统简称供油系统,其功用是向发动机提供混合气燃烧所需的燃油量。燃油喷射式发动机供油系统的结构如 图2-2所示,主要由燃油箱、电动燃油泵、输油管、燃油滤清器、油压调节器、燃油分配管、喷油器和回油管等组成。燃油分配管又称为供油总管或油架。供油系统的
5、结构简图如图2-3所示。进入发动机气缸的燃油流过的路径为:汽油箱汽油泵输油管汽油滤清器燃油分配管喷油器。喷油器将燃油喷射在进气门附近(缸内喷射系统则直接喷入气缸)。,下一页,上一页,第一节 发动机燃油喷射系统的组成二、 燃油供给系统下一页上,图2-2 燃油供给系统的结构,返回,图2-2 燃油供给系统的结构 返回,图2-3 燃油供给系统结构简图,返回,图2-3 燃油供给系统结构简图 返回,第一节 发动机燃油喷射系统的组成,三、 燃油喷射电子控制系统发动机燃油喷射电子控制系统采用的传感器主要有空气流量传感器(或歧管压力传感器)、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、
6、进气温度传感器、车速传感器;开关信号主要有点火开关信号、启动开关信号、电源电压信号;执行器主要有电动燃油泵、电磁喷油器、油压调节器和怠速控制阀等。桑塔纳2000GSi、3000型轿车发动机燃油喷射电子控制系统的组成如图2-4所示。,返回,上一页,第一节 发动机燃油喷射系统的组成三、 燃油喷射电子控制系统,图2-4 桑塔纳2000GSi、3000型轿车发动机燃油喷射电子控制系统组成,返回,图2-4 桑塔纳2000GSi、3000型轿车发动机燃油喷射,第二节 发动机燃油喷射系统的分类,一、 按燃油喷射系统的控制方式分类按控制方式不同,发动机燃油喷射系统可分为机械控制式、机电结合式和电子控制式燃油喷
7、射系统三种类型。1 机械控制式燃油喷射系统机械控制式燃油喷射系统是指利用机械机构实现燃油连续喷射的机械控制系统。1958年,戴姆勒-奔驰公司生产的梅赛德斯奔驰220S型轿车开始批量装备博世公司与康格菲舍尔公司联合研制的机械控制式进气管喷射系统。该系统采用了双柱塞式喷油泵、两个燃油分配器和6只机械式喷油器实现燃油喷射,其结构原理与柴油发动机十分相似。,下一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类 一、 按燃油喷射系统的控,第二节 发动机燃油喷射系统的分类,K-Jetronic型(简称K型)机械控制式燃油喷射系统开辟了现代汽车燃油喷射技术的先河,将汽车发动机燃油喷射技术提高到了一个崭新的水平。该系统采
8、用的燃油分配器与空气计量器组合在一起构成混合气控制器,漏斗形空气计量器的挡板与控制器杠杆的一端接触。进气量变化时挡板产生位移,并通过杠杆机构操纵燃油分配器内部的柱塞移动,从而改变燃油计量槽开度的大小来控制喷油器的喷油量,达到控制混合气空燃比的目的。燃油分配器内部的柱塞和柱塞筒的基本结构如图2-7所示。,下一页,上一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类K-Jetronic型(简称,图2-7 K型燃油喷射系统油量调节原理,返回,图2-7 K型燃油喷射系统油量调节原理返回,第二节 发动机燃油喷射系统的分类,2 机电结合式燃油喷射系统机电结合式燃油喷射系统是指由机械机构与电子控制装置结合实现燃油喷射的
9、系统。1982年,博世公司在K型机械控制式燃油喷射系统的基础上,增设了一个燃油压差调节器、部分传感器和电子控制器ECU,改进研制成功了KE-Jetronic型(简称KE型)机电结合式汽油连续喷射系统,如图2-8所示。KE型燃油喷射系统仍为连续喷射系统,与K型机械控制式燃油喷射系统的主要区别在于增设了一个燃油压差调节器、电子控制器、冷却液温度传感器等。燃油压差调节器设在燃油分配器中,由电磁线圈、永久磁铁和挡板等组成。,下一页,上一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类2 机电结合式燃油喷射系,图2-8 KE型机电结合式燃油喷射系统,返回,图2-8 KE型机电结合式燃油喷射系统 返回,第二节 发动机
10、燃油喷射系统的分类,3 电子控制式燃油喷射系统电子控制式燃油喷射系统是指由电控单元ECU直接控制燃油喷射的系统,如图2-9所示。桑塔纳GLi、2000GSi、3000型、捷达AT、GTX、夏利2000型轿车以及切诺基吉普车采用的燃油喷射系统均为电子控制式燃油喷射系统。供油系统供给一定压力的燃油。空气流量计(空气流量传感器)检测进气量并转变为电信号输入电控单元ECU,曲轴位置传感器检测曲轴转速和转角并转变为电信号输入电控单元用以计算发动机转速,电控单元根据进气量信号和转速信号计算基本喷油量,再根据冷却液温度传感器和其他传感器信号对基本喷油量进行修正,并确定实际喷油量。,下一页,上一页,第二节 发
11、动机燃油喷射系统的分类3 电子控制式燃油喷射系,图2-9 电子控制式燃油喷射系统,返回,图2-9 电子控制式燃油喷射系统 返回,第二节 发动机燃油喷射系统的分类,二、 按喷油器喷油部位分类按喷油器喷射燃油的部位不同,发动机燃油喷射系统可分为缸内喷射系统和进气管喷射系统两种类型。 (一) 缸内喷射系统喷油器将燃油直接喷射到气缸内部的燃油喷射系统称为缸内喷射系统,又称为缸内直接喷射系统。(二) 进气管喷射系统喷油器将燃油喷射在节气门或进气门附近进气管内的燃油喷射系统称为进气管喷射系统,又称为缸外喷射系统。,下一页,上一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类二、 按喷油器喷油部位分类,第二节 发动机燃
12、油喷射系统的分类,进气管喷射系统分为单点喷射系统和多点喷射系统两种类型。1. 单点燃油喷射系统SPI单点燃油喷射系统的英文名称是Single Point Fuel Injection System,简称SPFI或SPI,是指在多缸发动机节气门的上方,安装一只或两只喷油器同时喷油的燃油喷射系统。单点燃油喷射系统将燃油喷在节气门上方的进气管中,并与进气气流混合形成可燃混合气,通过进气歧管再分配到各个气缸。,下一页,上一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类进气管喷射系统分为单点喷射系,第二节 发动机燃油喷射系统的分类,单点喷射系统的工作原理与多点喷射系统相似,也是由电控单元根据空气量传感器、曲轴位置
13、传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器等检测的发动机工况信号计算喷油时间。2. 多点燃油喷射系统MPI多点燃油喷射系统的英文名称是Multi-Point Fuel Injection System,简称MPFI或MPI,是指在发动机每个气缸进气门前方的进气歧管上均安装一只喷油器的燃油喷射系统。在进气管多点燃油喷射系统发展过程中,博世公司曾经研制出D型、L型、LH型和M型燃油喷射系统等几种典型的燃油喷射系统,分别代表着不同年代燃油喷射系统的设计思路和技术水平。,下一页,上一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类单点喷射系统的工作原理与多点,第二节 发动机燃油喷射系统的分类,(1) 博世D型燃油
14、喷射系统。D型喷射系统是汽车上应用最早的发动机电子控制燃油喷射系统,于1967年由德国博世公司根据美国本迪克斯公司的专利技术研制而成,应用在当时德国大众汽车公司生产的VW1600型和奔驰280SE型轿车上,系统组成如图2-13所示。(2) 博世L型燃油喷射系统。L型喷射系统是由D型多点燃油喷射系统改进设计而成。系统结构原理与D型喷射系统基本相同,有所不同的是用翼片式空气流量传感器取代了D型喷射系统的歧管压力传感器,因此可以直接测量发动机的进气量,提高了喷油量的控制精度,系统组成如图2-14所示。,下一页,上一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类(1) 博世D型燃油喷射系统,图2-13 博世D型
15、MPI燃油喷射系统,返回,图2-13 博世D型MPI燃油喷射系统 返回,图2-14 博世L型MPI燃油喷射系统,返回,图2-14 博世L型MPI燃油喷射系统 返回,第二节 发动机燃油喷射系统的分类,(3) 博世LH型燃油喷射系统。LH型燃油喷射系统是在L型喷射系统的基础上改进的喷射系统,其结构原理基本相同,主要区别在于LH型喷射系统采用了热丝式(即热线式)空气流量传感器来取代L型喷射系统的翼片式空气流量传感器,电控单元开始采用大规模集成电路制作,空燃比采用闭环控制方式进行控制,系统组成如 图2-15所示。(4) 博世M型燃油喷射系统。M型燃油喷射系统是在L型喷射系统的基础上,将微机控制点火系统
16、与燃油喷射系统组合在一起的综合控制系统,如 图2-16所示。,下一页,上一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类(3) 博世LH型燃油喷射系,图2-15 博世LH型MPI燃油喷射系统,返回,图2-15 博世LH型MPI燃油喷射系统 返回,图2-16 博世M型MPI燃油喷射系统,返回,图2-16 博世M型MPI燃油喷射系统 返回,第二节 发动机燃油喷射系统的分类,三、 按喷油器喷油方式分类按喷油器喷油方式不同,电子控制燃油喷射系统可分为连续喷射和间歇喷射两大类。1 连续喷射系统连续喷射系统是指在发动机运转期间,喷油器连续不断地喷射燃油的控制系统。连续喷射方式主要用于机械控制式或机电结合式燃油喷射系
17、统,如博世公司研制的K-Jetronic型喷射系统和KE-Jetronic型喷射系统。 2 间歇喷射系统间歇喷射系统是指在发动机运转期间,喷油器间歇喷射燃油的控制系统。根据喷射燃油的时序不同,间歇喷射系统又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射系统,如图2-17所示。,返回,上一页,第二节 发动机燃油喷射系统的分类三、 按喷油器喷油方式分类,图2-17 喷油器的喷射时序,返回,图2-17 喷油器的喷射时序 返回,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,一、 空气流量传感器AFS(一) 空气流量传感器的功用与类型空气流量传感器AFS又称为空气流量计AFM,是进气歧管空气流量传感器MAFS的简称,
18、其功用是检测发动机进气量的大小,并将空气流量信号转换成电信号输入电控单元ECU,以供ECU计算确定喷油时间(即喷油量)和点火时间。空气流量信号是发动机电控单元ECU计算喷油时间和点火时间的主要依据。根据检测进气量的方式不同,空气流量传感器分为“D”型(即压力型)和“L”型(即流量型)两种类型。,下一页,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理 一、 空气流量传,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(二) 翼片式空气流量传感器翼片式空气流量传感器AFS又称为叶片式AFS,是一种利用力矩平衡原理而开发研制的流量传感器。该型传感器具有结构简单、价格便宜、可靠性较高等优点,丰田皇冠2.8(5
19、M-E发动机)、佳美、子弹头、马自达多用途汽车燃油喷射系统都采用了翼片式空气流量传感器。1. 传感器的结构特点翼片式空气流量传感器的结构如图2-18所示,主要由检测部件、电位计、调整部件、接线插座和进气温度传感器五部分组成。,下一页,上一页,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理(二) 翼片式空气,图2-18 翼片式空气流量传感器的结构,返回,图2-18 翼片式空气流量传感器的结构返回,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(1) 检测部件的结构特点:检测部件的结构如图2-19所示,由测量叶片和缓冲叶片组成。叶片又称为翼片,用热模浇铸成一体,铝质翼片总成固定在电位计转轴上。测量翼片在
20、主进气道内随空气流量的变化而偏转,缓冲翼片在缓冲室内偏转。缓冲室起到阻尼作用,当发动机吸入的空气量急剧变化时,使翼片转动平稳,减小翼片脉动。转轴安装在传感器壳体上。在电位计一端的转轴上装有片状螺旋形复位弹簧,其功用是使测量翼片复位并平衡空气对测量翼片的推力。当弹力与推力平衡时,翼片便处于平衡位置。,下一页,上一页,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理(1) 检测部件的,图2-19 翼片式空气流量传感器AFS检测部件的结构,返回,图2-19 翼片式空气流量传感器AFS检测部件的结构 返回,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(2) 电位计与调整部件的结构特点:电位计安装在传感器壳体
21、上部,由带平衡配重的滑臂和印刷电路板上的镀膜电阻组成。滑臂中心固定在转轴上,并随转轴一起转动。当翼片带动转轴转动时,滑臂便在镀膜电阻上滑动。配重起到平衡作用,使滑臂平稳偏摆。电位计内设有调整齿扇和片状螺旋形复位弹簧。弹簧形状与时钟弹簧相同,一端固定在转轴上,另一端固定在调整齿扇上,齿扇上制有刻度标记,并用卡簧定位。改变齿扇的定位位置,即可调整复位弹簧的预紧力,从而调整传感器的输出特性。,下一页,上一页,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理(2) 电位计与调,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(3) 连接电路与接线插座的结构特点:印刷电路上的厚膜电阻采用真空淀积工艺制作在陶瓷基片
22、上,原理电路及其连接如图2-20所示,可变电阻上的滑臂与接线插座上的信号输出端子“VS”连接。(4) 进气温度传感器的结构特点:进气温度传感器由负温度系数型热敏电阻套装在塑料壳体内构成,安装在主进气道的进气口上,电阻两端的引线分别与接线插座上的搭铁端子“E2和温度信号输出端子“THA连接。,下一页,上一页,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理(3) 连接电路与,图2-20 翼片式空气流量传感器AFS原理电路,返回,图2-20 翼片式空气流量传感器AFS原理电路 返回,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2. 传感器的工作原理翼片式空气流量传感器的工作原理如图2-21所示。当吸入发
23、动机的空气流过传感器主进气道时,传感器翼片就会受到空气气流压力产生的推力力矩和复位弹簧弹力力矩的作用。 (三) 涡流式空气流量传感器涡流式空气流量传感器是根据卡尔曼涡流理论,利用超声波或光电信号,通过检测旋涡频率来测量空气流量的一种传感器。1. 涡流式流量传感器的测量原理风速越高则声音频率越高,这是因为气流流过电线后形成旋涡(即涡流)所致。试验证明,液体、气体等流体均会发生这种现象。,下一页,上一页,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理2. 传感器的工作,图2-21 翼片式AFS工作原理简图,返回,图2-21 翼片式AFS工作原理简图 返回,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2
24、. 光电检测涡流式空气流量传感器(1) 传感器的结构特点:丰田凌志LS400和皇冠3.0型轿车装备的光电检测涡流式流量传感器的结构如图2-24所示,主要由涡流发生器、发光二极管LED、光敏三极管、反光镜、张紧带、集成厚膜控制电路和进气温度传感器组成。在传感器气流入口处设有蜂窝状整流网栅,其作用是使吸入的空气在涡流发生器上游形成比较稳定地气流,从而保证涡流发生器产生与流速成正比的涡流。涡流发生器用合成树脂与厚膜集成控制电路封装成一体,传感器内部结构如图2-25所示。,下一页,上一页,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理2. 光电检测涡流,图2-24 光电检测涡流式流量传感器的结构,返回,图
25、2-24 光电检测涡流式流量传感器的结构 返回,图2-25 光电检测涡流式传感器剖视图,返回,图2-25 光电检测涡流式传感器剖视图 返回,第三节 发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(2) 传感器的工作原理:当进气气流流过涡流发生器时,在涡流发生器两侧就会交替产生涡流,两侧的压力就会交替发生变化。进气量越大,旋涡数量越多,压力变化频率就越高。导压孔将变化的压力引导到导压腔中,反光镜和张紧带就会随着压力变化而产生振动,振动频率与单位时间内产生的旋涡数量成正比。反光镜将LED的光束反射到光敏三极管上,因为光敏三极管受到光束照射时导通,不受光束照射时截止,所以光敏三极管导通与截止的频率与旋涡频率成
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