1电控汽油喷射系统结构1.docx
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1电控汽油喷射系统结构1
第一节电控汽油喷射系统的结构
图1-1电控汽油喷射系统在汽车上的安装情况及零件分配图
1-喷油器2-燃油压力调节器3-辅助空气阀4-汽油滤清器5-温度时间开关6-水温传感器7-冷起动喷油器8-空气流量计9-节气门室10-进行温度传感器11-节气门位置传感器12-电控单元13-降压电阻14-电动汽油泵15-汽油缓冲器
图1-2电控汽油喷射系统操作原理图
1-油箱2-汽油滤清器3-电动汽油泵4-辅助空气阀5-汽油缓冲器6-燃油压力调节器
7-冷起动喷油器8-水温传感器7-冷起动喷油器8-水温传感器9-喷油器10-温度时间
开关11-节气门位置传感器12-怠速调整螺钉13-空气流量计14-进气温度传感器
15-旁通气道调整螺钉16-空气滤清器17-电控单元18-点火线圈19-点火开关20-EFI
继电器21-电动汽油泵继电器
按其控制原理完成方式来看，电控汽油喷射系统由电控单元（ECU）、传感器和执行器
三个部分组成，如图1-3所示。
图1-3电控汽油喷射系统的组成
电控汽油喷射系统均有一个电控单元（ECU），它是系统的核心控制元件。
ECU一方面
接收来自传感器的信号；另一方面完成对信息的处理工作，同时发出相应的控制指令来控制
执行元件的正确动作。
ECU接收的信息主要有发动机转速、空气流量、节气门位置、进气
温度、冷却液温度、曲轴位置、负荷和氧传感器信息等。
传感器是电控汽油喷射系统的“触角”，是感知信息的部件，它负责向电控单元提供汽
车的运行状况和发动机的工况。
传感器主要有空气流量传感器（空气流量计）、节气门位置
传感器（节气门开关）、氧传感器（测定空燃比）、爆震传感器、曲轴转角传感器、发动机转速传感器及各种温度传感器等。
执行器负责执行电控单元发出的各项指令，执行器主要有喷油器、怠速步进电动机、电
动汽油泵、继电器和点火线圈等。
从部件的功能来讲，电控汽油喷射系统一般由进气系统、燃油供给系统和电子控制系统
三个子系统组成。
在点火与燃油喷射相结合的电控汽油喷射系统中还包含有一个点火子系统。
进气系统的功用是根据发动机的工况提供适量的空气，并根据电控单元的指令完成空气
量的调节。
进气系统主要由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器、进行温度传感器、节气
门位置传感器、进气歧管、辅助空气阀及空气滤清器等组成。
燃油供给系统是根据电控单元的驱动信号，以恒定的压差将一定数量的汽油喷入进气管。
燃油供给系统主要由电动汽油泵、汽油滤清器、燃油压力调节器、喷油器及冷起动喷油
器等组成。
电子控制系统由电控单元、各类传感器、驱动器及继电器等组成。
该系统还具有故障诊
断功能，可保存故障代码，并通过故障指示灯输出故障代码。
二进气系统
（一）进气系统的组成与型式
进气系统是测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量的。
其组成是由测量空气流量的方式
决定的，根据测量空气流量的方式不同，进气系统有质量流量式的进气系统（用于L型EFI
系统）、速度密度式的进气系统（用于D型EFI系统）和节流速度式的进气系统三种。
1、质量流量式进气系统
图1-4所示为质量流量式进气系统，该进气系统利用空气流量计直接测量吸入的空气
量，通常用测得的空气流量与发动机转速的比值作为计算喷油量的标准。
空气经过空气滤清
器过滤后，用空气流量计进行测量，然后通过节气体到达稳压箱，再分配给各缸进气管。
在
进气管内，由喷油器中喷出的汽油与空气混合后被吸入气缸内进行燃烧。
图1-4质量流量式进气系统结构图
a）系统图b）剖视图
1-空气滤清器2-空气流量计3-节气门体4-节气门5-进气总管（稳压箱）6-喷油器7-
进气歧管8-辅助空气阀
节气门装在节气门体上，控制进入各缸的空气量，在该总成上还装有空气阀。
当温度低时空气阀打开，部分附加空气进入进气总管，以提高怠速转速，加快暖机过程（亦称快怠速）。
在装有怠速控制阀（ISCV）的发动机上，由ISCV来完成空气阀的作用。
2、速度密度式进气系统
速度密度式进气系统，利用进气歧管绝对压力传感器测得进气歧管中的绝对压力，然后
根据绝对压力值和发动机转速推算出每一循环发动机吸入的空气量。
由于进气歧管中的空气
压力是变化的，因此速度密度方式不容易精确检测吸入的空气量。
速度密度方式的进气系统
组成如图1-5所示，它与质量流量方式进气系统的主要差别是用进气歧管绝对压力传感器代替了空气流量计。
a）
in
图1-5速度密度方式进气系统
a）系统框图b）系统构成图
1-进气歧管绝对压力传感器2-发动机3-稳压箱4-节流阀体5-空气滤清器6-空气阀
7-喷油器
经过空气滤清器过滤的空气，经节气门体流入稳压箱，分配给各缸进气管，然后与喷油
器喷射的汽油混合形成可燃混合气，再吸入气缸内。
3、节流速度式进气系统
节流速度式进气系统是利用节气门开度和发动机转速来间接计算进气质量的。
由于此种
控制方式在轿车上使用极少，故本书不作介绍。
（二）进气系统主要零部件的结构
1、空气滤清器
电控汽油喷射发动机的空气滤清器与一般发动机的空气滤清器相同，在此不再作详细介
绍。
2、空气流量计
空气流量计安装在空气滤清器和节气门之间，用来测量进入气缸内空气量的多少，然后,将进气量信号转换成电气信号输入电控单元，从而由电控制单元计算出喷油量，控制喷油器
向节气门室（进气管）喷入与进气量成最佳比例的燃油。
目前汽车上所用的空气流量计主要有叶片式空气流量计、卡门涡旋式空气流量计、真空
度-转速（压感式）空气流量计（进气歧管压力传感器）、热线式空气流量计和热膜式空气流
量计等五种。
其中真空度-转速空气流量计仅为一只进气歧管压力传感器。
（1）叶片式空气流量计
图1-6所示是叶片式空气流量计的结构，图1-7所示是叶片式空气流量计的空气通道，
图1-8所示是叶片式空气流量计的电位计部分结构。
图1-6叶片式空气流量计的结构
1-电位计2-电动汽油泵触点（可动）3-进气温度传感器4-电动汽油泵固定触点5-测量板
（叶片）6-怠速调整螺钉
图1-7叶片式空气流量计的空气通道
1-旁通气道2-进气温度传感器3-阀门4-阻尼室5-缓冲板6-主空气通道7-测量板
（叶片）
图1-8叶片式空气流量计的电位计部分结构图
1-空气进口2-电动汽油泵接点3-平衡块4-回位弹簧5-电位计部分6-空气出口叶片式空气流量计由测量板（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，此外内部还设有电动汽油开关及进气温度传感器等。
在有的叶片式空气流量计中，还有一电动汽油泵开关，其作用是当点火接通而发动机不
转动时，控制电动汽油泵不工作。
一旦空气流量计中有空气流过时，此开关闭合，电动汽车
油泵开始工作。
这种有电动汽油泵开关的空气流量计的电插座一般为7脚。
叶片式空气流量计电位器是以电位变化检测空气量的装置，它与空气流量计测量板同轴
安装，能把因测量板开度而产生的滑动电阻变化转换为电压信号，并送给电控单元（图1-9
a）。
图1-9b）所示是其工作原理图，在测量板的回转轴上，装有一根螺旋回位弹簧，当吸入空气推开测量板的力与弹簧变形后的回位力相平衡时，测量板即停止转动。
用电位计检测
出测量板的转动角度，即可得知空气流量。
叶片式空气流量计电位器的内部电路如图1-10所示，电位计检测空气量有电压比与电
压值两种方式。
图1-9电位计与测量板的安装关系及叶片式空气流量计的工作原理
a）电位计与测量板的安装关系b）叶片式空气流量计的工作原理
1-电位计2-自空气滤清器来的空气3-到发动机的空气4-测量板5-电位计滑动触头
6-旁通气道
11ill
图1-10电位计内部电路
1-电动汽油泵开关2-电位计
在VB端子上加有蓄电池电压而形成电压VC,那么，检测出来的是VB-E2与VC-VS
的电压比。
如表1-1中的图所示。
电压值的检测方法为：
吸入空气量％随电位计动作变化的电压值。
当在VC点加上一定的电压（+5V）时，电位计滑动触头的动作随吸入空气量变化，VS-E2
间的电压变化直接作为吸入空气量信息，把滑动触头电压值送入电控单元并进行A/D变换，
即可以数字信号输出检测结果。
滑动触头电压与吸入空气量成正比，呈线性关系。
表1-1为以电压比与电压值两种检测方式的对比表。
由于电路设计上的不同，叶片式空气流量计的电压输出形式有两种，一种是电压值Us
随进气量的增加而升高；另一种则是电压值Us随进气量的增加而降低，如图1-11所示。
代电也电压VB七
a）
图1-11叶片式空气流量计的电压输出形式
a）电压值Us随进气量增加而降低b）电压值Us随进气量增加而升高
表1-1两种检测方式对比表
电压值方法
项目电压比方式
为零
如把VS点电压值输入ECU,经过A/D转换，可在ECU中转换为数字信号
结构特点
通过测量板直接测量吸入空气量
使用进气温度传感器、电动汽油泵开关等
通过测量板直接测量吸入空气量使用进气温度传感器、电动汽油泵开关等
特性
1
吸入空气量Q%比中“‘幕心、
电压比（Us/Ub）
1
吸入空气量Qx1
Us
（2）卡门旋涡式空气流量计
卡门旋涡式空气流量计与叶片式空气流量计相比，具有体积小、重量轻、进气道结构简
单、进气阻力小等优点。
卡门旋涡式空气流量计的结构按照旋涡数的检测方式不同，可以分为反光镜检测方式卡
门旋涡式空气流量计和超声波检出方式卡门旋涡式空气流量计两种。
图1-12所示为反光镜检测方式卡门旋涡式空气流量计，这种卡门旋涡式空气流量计是把卡门旋涡发生器两侧的压力变化，通过导压孔而引向薄金属制成的反光镜表面，使反光镜
产生振动，反光镜一边振动，一边将发光二极管射来的光反射给光电晶体管这样旋涡的频率在压力作用下转换成镜面的振动频率，镜面的振动频率通过光电耦合器转换成脉冲信号，进
气量愈大，脉冲信号的频率愈高，进气量愈小，脉冲信号频率愈低。
ECU根据该脉冲信号
的频率，检测进气量（当然也要经过进气温度修正）和基准点火提前角，如图1-12C所示。
遼气fit
图1-12反光镜检测式卡门涡旋空气流量计结构
a结构图b）结构简图0输出脉冲信号波形
1-反光镜2-发光二极管3-钢板弹簧4-空气流5-卡门旋涡6-旋涡发生体7-压力导
向孔8-光电晶体管9-进气管路10-支承板
图1-13所示为超声波检出式卡门旋涡式空气流量计结构图，这种空气流量计是利用
卡门旋涡引起的空气疏密度变化进行测量的，用接收器接收连续发射的超声波信号，因接收
到的信号空气疏密度的变化而变化，由此即可测得旋涡频率，从而测得空气流量。
其具
体方法是在卡门旋涡发生区空气通道的两侧，分别装上超声波发射头5和超声波接收器9，
发射头4沿涡列的垂直方向发射超声波，由于旋涡使超声波的传播速度发生变化，超声波受
到周期性的调制，使其振幅、相位、频率发生变化。
这种被调制后的超声波，被超声接收器9接收后，变换成相应的电压，再经整形、放大电路，形成与旋涡数目相应的矩形脉冲信号，然后送入电控单元作为空气流量信号。
图1-13超声波检出式卡门旋涡式空气流量计
1-整流栅2-旋涡发生体3-旋涡稳定板4-信号发生器（超声波发射头）5-超声波发生器
6-通往发动机7-卡门旋涡8-超声波接收器9-与旋涡数对应的疏密声波10-整形放大
电路11-旁通通路12-通往计算机13-整形成矩形波（脉冲）
由于卡门旋涡式空气流量计，没有可动部件，反应灵敏，测量精度高，所以现在被广泛
采用。
卡门旋涡式空气流量计与叶片式空气流量计直接测得的均是空气的体积流量，因此在
空气流量计内均装有进气温度传感器，以便对随气温而变化的空气密度进行修正，从而正确计算出进气的质量流量。
（3）热线式空气流量计
热线式空气流量计有三种形式：
一种是把热线和进气温度传感器都放在进气主通路的取样管内，称为主流测量式，其结构如图1-14a所示；另一种是把热线缠在绕线管上和进气温
度传感器都放在旁通气路内，称为旁通测量式，其结构如图1-14b所示。
这两种热线式空气
流量计为了将热线温度与进气温度的温差维持恒定，都设有控制回路，如果热线因吸入的空
气而变冷，则控制回路可以增加供给热线的电流，以使热线与进气的温度差恢复到原来恒定
的状态。
第三种是发热体不是热线而是热膜，即在热线位置放上热膜，发热金属膜固定在薄
的树脂膜上，这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，以延长使用寿命，其结构如图1-14C所示。
图1-14热线式空气流量计
a）主流测量式热线式空气流量计b）旁通测量式热线空气流量计c）热膜式空气流量计
1-防回火网2-取样管3-白金热线4-上游温度传感器5-控制回路6-连接器7-热金属线和冷金属线
8-陶瓷螺线管9-接控制回路10-进气温度传感器（冷金属线）11-旁通气路12-主通气路13-通往发动
机14-热膜15-金属网
热线式空气流量计长期使用后，会在热线上积累杂质，为了消除使用中电热线上附着的
胶质积炭对测量精度的影响，为此在流量计上采用烧净措施解决这个问题。
每当发动机熄火
时（或起动时），ECU自动接通空气流量计壳体内的电子电路，加热热线，使其温度在1s
内升高1000C。
由于烧净温度必须非常精确，因此在发动机熄火4s后，该电路才被接通。
由于热线式空气流量计测量的是进气质量流量，它已把空气密度、海拔高度等影响考虑
在内，因此可以得到非常精确的空气流量信号。
（4）真空度-转速式（压感式）空气流量计（进气歧管压力传感器）
真空度-转速式（压感式）空气流量计，从某种角度上讲，它并不是空气流量计，仅为一只进气歧管压力传感器，但由于其功用仍是测量进入发动机气缸的进气量，故我们仍作为
一种空气流量计来讨论。
在电控汽油喷射系统中常用的进气歧管压力传感器有真空膜盒式和半导体式两种。
图1-15所示为真空膜盒式进气歧管压力传感器的结构图，该传感器由真空膜盒（两个）、
随着膜盒膨胀和收缩可左右移动的铁心、与铁心连动的差动变压器，以及在大气压力差作用
下，可在膜盒工作区间进行功率档与经济档转换的膜片构成，传感器被膜片分为左右两个气室。
6
图1-15真空膜盒式进气歧管压力传感器
1-大气压力侧2-歧管负压侧3-印刷线路板4-回位弹簧5-差动变压器6-铁心7-中空膜盒8-膜
片9-膜盒支点
图1-16所示为半导体式进气歧管压力传感器的结构图，它由半导体压力转换元件（硅片）与过滤器组成。
图1-16半导体式进气歧管压力传感器
1-真空室2-硅片3-输岀端子4-过滤体
该传感器的主要元件是一片很薄的硅片，外围较厚，中间最薄，硅片上下两面各有一层
二氧化硅膜。
在膜层中，沿硅片四边，有四个应变电阻。
在硅片四角、各有一个金属块，通过导线和电阻相连。
在硅片底面粘接了一块硼硅酸玻璃片，使硅膜片中部形成一个真空窗以
感传感压力，如图1-17a所示。
传感器通常用一根橡胶管和需要测量其中压力的部位相联。
硅片中的四个电阻连接成惠斯登电桥形式，如图1-17b所示，由稳定电源供电，电桥应
在硅片无变形时调到平衡状态。
当空气压力增加时，硅膜片弯由，引起电阻值的变化，其中
R1和R4的电阻增加，而R2、R3的电阻则等量减少。
这使电桥失去平衡而在AB端形成电位差，从而输出正比于压力的电压信号。
A
图1-17半导体式压力传感器硅膜片的结构及电路
a）硅膜片的结构b）硅膜片的桥形电路
1-硅片2-硅3-真空管4-硼硅酸玻璃片5-二氧化硅膜6-应变电阻7-金属块8-稳压电源9-差动放大器
3、节气门体
（1）多点式（MPI）节气门体
节气门体位于空气流量计和发动机之间的进气管上，与驾驶员的加速踏板联动，是使进
气通道变化，从而控制发动机运转工况的装置，图1-18所示为节气门体的外观和结构原理
图。
节气门体包括控制进气量的节气门通道和怠速运行的空气旁通道，节气门位置传感器也
装在节气门轴上，用来检测节气门开度。
有的节气门体上装有石蜡式空气阀或节气门回位缓冲器。
为避免冬季空气中的水分在节气门体上结冰，有的还将发动机冷却水流经该总成，如
图1-18a所示。
有些发动机在怠速时节气门是全闭的，空气经旁通气道进入进气总管。
在怠速时对发动机进行转速调整的方法是；顺时针旋转怠速调整螺钉，减少旁通空气量，使发动机怠速转速降低；反时针旋松怠速调整螺钉，增加旁通气量，则发动机转速增高。
发动机怠速时，节气门处于全关闭位置。
怠速运转所需的空气量流经旁通通路，在旁通
通路中，安装了能改变通路面积的旁通螺钉（怠速调整螺钉）。
但一些装有怠速控制阀的发
动机中，没有此螺钉，而靠ECU控制怠速控制阀来实现怠速控制。
节气门的开度大小由发动机输出功率来决定，在发动机输出功率最大时，要求节气门具有不会使发动机输出功率下降的通道面积，节气门通路面积和输出功率的关系，如图1-19
所示。
图1-18节气门的外观和结构图
a）节气门体的外观b）结构原理图
1-怠速调速螺钉2-旁通通路3-节气门4-节气门轴5-稳压箱（缓冲室）6-加速踏板7-加速踏板金属
丝8-操纵臂9-回位弹簧10-节气门位置传感器11-辅助空气阀12-通冷却水管路13-缓冲器
图1-19节气门通路面积与输出功率的关系及节气门开度特性
a）节气门通路面积与输岀功率的关系b）节气门开度特性
1-线性2-非线性
节气门开度随加速踏板踏下量的变化特性，与传动系统有关，应由发动机的输出功率和
车辆匹配的最佳特性来决定。
图1-19b中的特性曲线1表示节气门的开度与加速踏板的踏板
量成正比例。
但是，这种开度特性使空气阀的通路面积变化量较大，特别是在大功率发动机
上，即使是加速踏板很小的变动量，也会使车辆产生急骤的加速或减速。
为解决这一问题，可采用以下结构形式的节气门体，一种是改变操纵臂的形状和构造，使节气门的开度与加速
踏板的踏下量不成比例（见图1-19b所示的特性曲线2）。
还有一种是在节流阀体内把进气
通道分成两路，每路各有一个阀。
当踏板下加速踏板时，主阀首先打开，继续踏下加速踏板,同主阀联结的辅助阀接着打开，利用两个阀的非同步动作，也可得到同前一种形式同样的节
气门非线性开度特性，上述各种节流阀体的特性，见表1-2。
检测节气门开度的节气门位置传感器，安装在节气门轴的一端。
节气门位置传感器的输
出信号用于各种控制。
（2）单点式（SPI）节气门体
SPI式节气门体较MPI式节气门体结构复杂，主要是在SPI式节气门体内还装有集中供油用的主喷油器、压力调节器和节气门位置传感器。
主喷油器只有一个，它装在节气门壳体的上部，所喷出的燃油要供给发动机各缸使用，图1-20所示是SPI式节气门体结构图。
图1-20SPI式节气门体结构图
1-空气阀2-压力调节器3-节气门4-通汽油箱5-自空气滤清器来的空气6-喷油器
7-从电动汽油泵来8-调节螺钉9-通往发动机
表1-2节流阀体特性表
注：
表中图注的含意：
1-阀工作凸轮2-非线性凸轮3-同加速踏板联动操纵臂4-辅助阀5-主阀
4、空气阀
发动机冷车起动时，温度低，摩擦阻力大，暖机时间长。
空气阀的作用是在发动机低温
起动时，可通过空气阀为发动机提供额外的空气（此部分空气也由空气流量计计量），保持
发动机怠速稳定运转，使发动机起动后迅速暖车，从而缩短暖车时间。
空气阀一打开，发动
机吸入的空气量就能被空气流量计测出，把该信号传给ECU，从而使喷油器的喷油量也增
加，做到在低温下顺利起动发动机。
发动机完成暖机运转之后，流经空气阀的空气即被切断，发动机吸入的空气改由节气门体的旁通通路供给，使发动机在通常的怠速工况下稳定运转，由空气阀构成的空气通道如图1-21所示。
图1-21由空气阀构成的空气通道
1-去发动机的空气2-进气歧管3-空气阀4-怠速调节螺钉5-自空气滤清器来的空气
6-节气门7-缓冲罐（稳压箱）
空气阀按其结构和动作方式可分为两种：
一种是利用加热线圈引起的变位原理，使阀工作的双金属片调节式；另一种是利用发动机冷却水热量引起的石蜡胀缩原理，使阀工作的石
蜡型。
（1）双金属片式空气阀
双金属片式空气阀的结构及工作如图1-22所示，它由双金属元件、加热线圈和空气闸
阀等组成，旁通空气管路截面积的大小由双金属片控制回转控制阀门来决定。
当温度低或无
电流通过加热线圈时，阀门总是打开的，在发动机冷起动时，旁通空气道全开，管路截面积
最大。
发动机起动后，空气通过节气门的旁通气道经空气阀进入进气总管。
此时虽然节气门
是关闭的，但进气量较大，怠速转速较高。
在发动机起动的同时，加热线圈上就有电流流过，随着发动机温度的升高和加热线圈加热时间的增长，双金属片逐渐弯曲变形，带动回转控制
阀门旋转，逐渐关闭旁通气道，从而降低发动机的怠速转速。
暖机后，双金属片不仅受电加
热，还受发动机的热量加热，使阀门保持关闭，发动机处于正常怠速工作，当热机再起动时，
阀门保持关闭，以免发动机快怠速运行。
所以该空气阀应安装在能代表并感受发动机温度的部位，不但能保证在发动机暖机时双金属片同时受加热线圈和发动机热量的加热，而且能在
热机起动时，机体的热量仍能使阀门关闭，避免发动机怠速转速过高。
图1-22空气阀的结构和工作
a）在低温时b）暖机后
1-加热线圈2-接空气进气歧管3-阀门4-接空气滤清器5-销6-双金属片
图1-23所示是双金属片式空气阀的空气量调节范围曲线，当环境温度为20C时，发动
机起动后3min~6min，空气阀即可受双金属片推动而关闭。
•
\
-*
7
1
■W
5
7
时间/min
图1-23空气阀空气量调节范围曲线（环境温度为20C时）
（2）石蜡调节式空气阀
石蜡调节式空气阀，根据发动机冷却水温度，控制空气通路面积。
控制力来自恒温石蜡的热胀冷缩，而热胀冷缩的值随周围温度而变化。
采用这种形式的空气阀，导入发动机冷却水是必要的，为了简化结构，大多采用与节气门体加热共用的冷却水管路一体化结构，图1-24a所示是这种一体化结构的总体构成。
当发动机处于低温状态时，冷却水温度低，石蜡体积收缩，阀门在外弹簧作用下打开，如图1-24b所示，空气流经阀门从旁通气道进入进气管。
发动机暖车后，冷却水温度升高，石蜡体积膨胀变大，推动空气阀克服内弹簧向左移动，将空气阀关闭，截断空气通道，如图1-24C所示。
由于内弹簧比外弹簧硬，所以阀门是逐渐
关闭的，从而使发动机转速也平稳过渡到正常怠速状态。
当冷却水温度高
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