机关事业单位技术工人晋升定级考试教材第二十三章

第二十三章 电控燃油喷射系统的结构及故障诊断

第二十三章 电控燃油喷射系统

的结构及故障诊断

【本章要点】

理解内容 电控燃油喷射系统的工作原理；ECU 的控制功能。 掌握内容 利用自诊断系统读取和清除故障码。

重点掌握内容 电控燃油喷射系统的特点、组成、结构及各组成部分的作用；用专用电脑解码器诊断故障和检测发动机技术状况。

第一节 电控燃油喷射系统的结构和工作原理

电控燃油喷射系统是以电控单元为控制中心，利用安装在发动机不同部位上的各种传感器，测出发动机的各种工作参数，按照电控单元中设定的控制程序，通过控制喷油器，精确地控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气。

一、概述

（一）电控燃油喷射系统的功能

1．喷油量控制 电控单元根据发动机转速和负荷信号作为主控信号，确定基本供油量，再根据其他相关输入信号加以修正，最后确定实际喷油量。

2．喷油正时控制 在间歇式电控燃油喷射系统中，当采用顺序喷射时，主电脑不仅要控制喷油量，还要根据发动机各缸的点火顺序，将喷射时间控制在一个最佳的时刻。

3．减速断油及限速断油控制 减速断油控制：汽车行驶中，若节气门开度迅速缩小，电控单元将切断控制电路停止喷油，用以降低减速时碳氢化合物和一氧化碳的排放量。当发动机转速降至一特定转速时，又恢复供油。

限速断油控制：当发动机转速超过安全转速或车速超过设计最高车速时，电控单元将会切断控制电路停止喷油，防止超速。

4．燃油泵控制 打开点火开关，电控单元将控制燃油泵工作2～3s ，在油道中建立油压，此时若不启动发动机，燃油泵将停止工作。在发动机工作过程中，电控单元控制燃油泵正常运转。

（二）电控燃油喷射系统的特点

1．

具有良好的燃油经济性 由于实现了根据进气量的多少精确控制喷油量，

而且各缸分

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配均匀，所以耗油量相对降低，提高了经济性。

2．发动机动力性大大提高 电控燃油喷射系统的进气歧管截面积大，进气阻力小，没有化油器喉管的压力降。因此提高了发动机的充气系数，增加了发动机的输出功率和输出扭矩，动力性得到了提高。

3．冷启动性能得到提高 由于电控燃油喷射系统的燃油呈雾状喷出，因而雾化良好，再加上冷启动装置的作用，冷启动性能得到提高。

4．环保性能大大改善 由于是按最佳空燃比配备喷油量和进气量，因此燃料燃烧完全，再加上三元催化器的作用，能使废气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物含量降低到较低范围。

5．加速性能得到改善 喷油器直接将汽油喷射在进气门或气缸内，供油及时，减少了滞后时间，因此加速更快。

（三）电控燃油喷射系统的分类

1．按喷油部位分类 可分为缸内喷射和缸外喷射两种。

缸内喷射是将汽油通过高压喷射装置直接喷入气缸内。缸外喷射是将汽油通过喷油器喷在气缸外进气门附近（多点）或节气门附近（单点）的进气管内。

2．按喷油时序分类 可分为同时喷射、次序喷射、分组喷射。

同时喷射是指发动机运转期间，各缸喷油器同时开启同时关闭，分组喷射是将喷油器分成几组交替喷射；次序喷射是喷油器按发动机各个缸进气行程的顺序轮流喷射。

3．按执行器的形式分类 可分为多点喷射和单点喷射。

多点喷射是指每一个气缸都安装一个喷油器，直接将汽油喷入各缸进气歧管或气缸内。单点喷射是指一个喷油器给两个以上的气缸喷油，喷油器安装在节气门前（空气滤清器一侧），汽油喷入后随空气流入气缸。

4．按空气量的检测方式分 可分为质量流量方式和速度密度方式。

质量流量方式又称直接检测法，即利用空气流量计直接测出吸入的空气量。速度密度方式又称为间接测量法，是根据发动机转速和进气管压力，推算出吸入的空气量。

二、空气供给系统

（一）简介

空气供给系统的作用是测量和控制汽油燃烧时所需的空气量。

如图23.1所示，电控燃油喷射系统测量空气流量的方法有两种：质量流量方式和速度密度方式。

（a ）质量流量方式

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（b ）速度密度方式 图23.1 空气供给系统

质量流量方式是利用空气流量计直接测量吸入发动机的空气量。空气流量计主要有叶片式、量芯式、卡门螺旋式、热丝式和热膜式等。采用质量流量方式的电控燃油喷射系统又称为L 型电控燃油喷射系统。

速度密度方式是利用进气歧管压力传感器测出进气歧管的绝对压力，由电控单元根据发动机转速和进气歧管的绝对压力，推算出每一工作循环吸入的空气量。进气歧管压力传感器主要有膜盒式进气歧管压力传感、应变仪式进气歧管压力传感。采用速度密度方式的电控燃油喷射系统又称为D 型电控燃油喷射系统。

电控燃油喷射系统的空气供给系统主要包括：空气滤清器、空气流量计（或进气歧管压力传感器）、节气门体、怠速空气阀等。

（二）空气供给系统的结构

1．空气流量计

（1）空气流量计的作用 空气流量计的作用是直接测量发动机运转时吸入的空气流量，并把此信号送至电控单元。

（2）热丝式空气流量计 热丝式空气流量计的结构如图23.2所示。

热丝式空气流量计由铂热丝、控制线路板、保护网等组成。根据铂热丝安装位置的不同，可分为主通测量方式和旁通测量方式两种。

热丝式空气流量计的基本原理是：在空气通路中放置一发热体，空气流经发热体时带走其热量，使发热体变冷。发热体周围通过的空气流量越大，被带走的热量就越多。

保护网分为前、后保护网，前保护网用于进气整流；后保护网用于防止发动机回火时烧坏铂丝，因而又叫防回火滤网。

2．进气压力传感器 （1）进气压力传感器的作用 进气压

力传感器是采用速度密度方式间接地测量

发动机吸入的空气量。

图23.2 热丝式空气流量计（主通式）

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（2）应变仪式进气压力传感器 应变仪式进气压力传感器的结构如图23.3所示。

应变仪式进气压力传感器是利用了半导体的压电效应，它的主要元件是硅片。硅片的一侧是真空室，另一侧导入进气歧管压力，硅片四周有四个应变电阻。另一侧进气歧管的压力越大，硅片的变形越大，变形量的大小随着压力的变化而变化，其输出电压也随之变化。

3．节气门位置传感器 （1）节气门位置传感器的作用 节气门位置传感器将节气门的开度转换成电信

号输送给电控单元，作为电控单元判断发

动机运行工况的依据。

（2）线形节气门位置传感器 线形节气门位置传感器的结构如图23.4所示。

电控单元通过该传感器获

取节气门开度从全闭到全开连续变化的信号及开闭速度信

号。

这种传感器有两个与节气

门同轴联动的活动触头，其中一个触头可在位于基板的电阻体上滑动，利用其变化的电阻值，测得并输出与节气门开度

相对应的线形电压，根据输出的电压值，即可知道节气门开度的大小。

4．怠速空气阀

（1

）怠速空气阀的作用

怠速空气阀的作用是增加发动

机冷态启动时的进气量，提高怠速转速，加强预热效果，并提高发动机冷启动性能。

（2

）双金属片式怠速空气阀 双金属片式怠速空气阀的结构如图23.5所示。

双金属片式怠速空气阀是通过双金属片带动阀片，控制旁通气道开闭。当发动机启动时，双金属片使阀片处于开启状态，连通节气门前后的旁通气道，使节气门关闭时有较多的空气进入进气歧管，提高了冷车怠速转速，加速了预热过程。发动机启

图23.3 应变仪式进气压力传感器 图23.4 线性节气门位置传感器

图23.5 双金属片式怠速空气阀

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动的同时，加热线圈通电，双金属片受热变形，旁通气道缓慢关闭，当发动机达到正常温度时，旁通气道关闭。

5．怠速电控阀 （1）怠速电控阀的作用 怠速电控阀是在电控单元的控制下，根据发动机实际工况变化来改变怠速时流入发动机的空气量，使发动机在不同的工况下都能以最佳的怠速运转。

常见的怠速电控阀有步进电机式和脉冲电磁阀式。

（2）步进电机式怠速电控阀 步进电机式怠速电控阀的结构如图23.6所示。

步进电机式怠速电控阀螺杆端部装有阀芯。当转子旋转时，螺杆即带动阀芯移动。电控单元通过步进电机控制转子的旋转方向和移动距离，从而调节旁通气道的

进气量。电控单元根据不同工况下设定的

怠速转速进行控制，因此不再设置怠速空

气阀，而是由步进怠速电控阀来实现对冷车快怠速和热车后的正常怠速的自动控制。

三、燃油供给系统

（一）燃油供给系统的作用与组成

燃油供给系统的作用是向发动机及时供给各种工况下所需要的燃油量。

燃油供给系统一般包括燃油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、汽油压力调节器、喷油器、冷启动喷油器、汽油压力缓冲器。燃油供给系统各部件的布置如图23.7所示。

（二）燃油供给系统的工作原理

在电控燃油喷射系统中，由

电动汽油泵将汽油从油箱中泵

出，经过汽油滤清器过滤杂质，

再由汽油压力调节器将压力调整到比进气压力高出一定的压力值，然后经输油管配送给各个喷

油器，把适量的汽油喷射到进气管。当油路压力超过规定值时，汽油压力调节器工作，多余的汽油返回油箱，从而保证燃油压力与进气压力的差不变。

图23.6 步进电机式怠速电控阀

1．燃油箱

2．电动汽油泵 3．汽油滤清器 4．回油道

5．汽油压力调节器 6．汽油压力缓冲器 7．喷油器

8．输油管 9．冷启动喷油器 10．真空管

图23.7 燃油供给系统

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（三）燃油供给系统的结构

1．电动汽油泵 电动汽油泵的作用是向燃油供给系统提供所需的具有一定压力的汽油。 电动汽油泵的电动机与油泵制成一体，密封在同一壳体内。电动汽油泵大多安装在汽油箱内。常见的电动汽油泵有滚柱式和叶片式两种。滚柱式电动汽油泵是一种由永磁电动机驱动的带滚柱的转子泵，其结构如图23.8所示。

图23.8 滚柱式电动汽油泵

装有滚柱的转子偏心安装在泵体内，转子转动时，位于凹槽内的滚柱在离心力的作用下，压在泵体的内表面上，对周围起密封作用，相邻两滚柱间形成一个低压油腔，吸入燃油；而对面两个滚柱间空腔容积减少，成为高压腔，压力油流过电动机，从出油口流出。

电动汽油泵中有一个限压阀，当油泵压力高于规定值时，限压阀打开使部分汽油返回进油口一侧，防止油压过高。在油泵的出口处还设有一个单向阀，防止汽油倒流，从而保证油路中具有一定的压力，便于下一次启动。

2．汽油滤清器 汽油滤清器的作用是把汽油中的杂质去掉，保证系统的正常运转。汽油滤清器安装在电动汽油泵的出口一侧，由纸质滤芯串联一个纤维过滤网制成。汽油滤清器是一次性的，应根据行驶里程更换。

3．汽油压力调节器 汽油压力调节器的主要作用是使系统油压与进气歧管压力之差保持稳定，一般为250kPa 。这样，喷油量的大小就唯一地取决于喷油器的开启时间。

汽油压力调节器一般安装在供油总管上，其结构如图23.9所示。

当供油总管的汽油进入燃料室的油压超

过预定的数值时，汽油压力就将膜片上顶，

克服弹簧压力，使膜片控制的阀门打开，燃料室内过剩的燃油通过回油管回到汽油箱中。

4．汽油压力缓冲器 汽油压力缓冲器的作用是减少汽油管路中的压力波动，并抑制喷油器或汽油压力调节器在开启与关闭过程中产生的压力脉冲和脉冲噪声。

汽油压力缓冲器是由膜片和弹簧组成的缓冲装置。膜片将内腔分为空气室和汽油室，当脉冲油压进入缓冲器时，该脉冲通过膜片传给弹簧而被吸收，从而起到缓冲作用。

5．喷油器 喷油器的作用是按照电控单元发出的指令，把一定压力的汽油以雾状喷入进

气歧管或气缸。按照供油方式的不同，喷油器可分为上部供油方式和下部供油方式。按喷嘴

图23.9

汽油压力调节器

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的形式，喷油器又可分为针阀型和孔型。

喷油器的结构如图23.10所示。

图23.10 喷油器的结构

喷油器是一个电磁阀，当电控单元发出指令，电磁线圈通电后，磁芯被吸起，汽油就从喷口喷出。当电磁线圈断电后，磁力消失，针阀或球阀在弹簧力作用下被压紧在阀座上，汽油被密封在油腔内。电磁线圈通电时间的长短决定了喷油的多少，而电磁线圈通电时间的长短是由电控单元控制的。

四、电子控制系统

（一）电子控制系统的作用与组成

电子控制系统是利用各种传感器把发动机各种工况下的信号或信息收集起来，经过分析判断后，电控单元再向各有关执行器发出指令，使发动机在任何工况下都处于最佳的工作状态。并且电控单元还具有故障自诊断功能。

电子控制系统由电控单元、各类传感器和执行器三部分组成。

（二）电控单元

电控单元由输入回路、模拟/数字转换器、微型计算器、输出回路组成。它的作用是根据自身存储的程序对发动机各传感器输入的各种信息进行计算、处理、判断，然后输出指令，控制有关执器动作。发动机工作时，电控单元的运行速度相当快，如点火正时，每秒钟可以修正上百次，因此控制精度很高。

（三）传感器

传感器的主要作用是把非电量信号变成电量信号，向电控单元提供汽车运行状况和发动机工况的信号。电控燃油喷射系统的传感器主要有空气流量器、进气歧管压力传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器、水温传感器、氧传感器、车速传感器、爆震传感器等。

氧传感器安装在排气管上，用于检测尾气中的含氧量，供电控单元控制空燃比用。氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种。

爆震传感器的作用是把爆震时传到缸体上的机械振动转换成电压信号，供电控单元在发

动机爆震时推迟点火提前角用。爆震传感器分为共振型、非共振型和火花塞金属垫型三种。

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（四）电控燃油喷射系统的执行器

电控燃油喷射系统执行器的功能是根据电控单元的指令完成机械动作，以实现某一系统的调整与控制。从具体结构来看，是由一些电磁线圈或电动机来实现这一功能。各种汽车上电控燃油喷射系统的执行器是不同的，主要的执行器有：电动汽油泵、点火装置、喷油器、冷启动喷油器、怠速电控阀、废气再循环装置等。

第二节电控燃油喷射系统的故障诊断

一、电控燃油喷射系统使用、维修注意事项

1．严禁在发动机旋转时将蓄电池从电路中断开，以防产生瞬时过电压损坏电控单元和传感器。

2．当发动机出现故障，“检查发动机”灯亮时，要在将蓄电池从电路中断开前，先读取故障码，以防故障码被清除。

3．不要用试火、试灯法去测试任何与电控单元连接的电气装置。

4．除非有专门说明，不能用指针式万用表测试电控单元及传感器。

5．修理中不要打开电脑盖。

6．检修发动机时，应防止将水溅到电子设备及线路上。

7．电控燃油喷射系统对汽油的清洁度要求很高，使用中应注意定期更换汽油滤清器。

8．在车身上进行电弧作业时，应先断开电控单元的电源。

9．喷油器等总成部件上的O形密封圈是一次性使用零件，不能重复使用。

二、自诊断系统概述

（一）自诊断的原理

汽车正常运行时，电控单元输入、输出的电平都是在规定范围内变化的，当接受到某一电路的信号超出规定范围，或输入信号在一段时间内不发生变化，或输入信号不连续，或在某一段时间内收不到某一传感器的信号时，电控单元就可判断该电路出现故障，并设定一故障代码。

（二）自诊断系统的进入

要进行自诊断测试，首先要进入自诊断测试状态。不同的汽车进入自诊断测试状态的方法不尽相同，大致有以下几种：

1．用跨接线跨接“诊断输入接头”和“搭铁接头”。采用这种方式的车型最多，例如：大宇车跨接A和B端子；丰田车系跨接TEl和E1端子，如图23.11所示；通用车系跨接12端子的A和B端子；福特车系跨接单端子与6号插头的2号端子。此外，五十铃车系、欧宝车系、三菱车系也采用这种方式。

第二十三章 电控燃油喷射系统的结构及故障诊断

Type ∶Ⅰ Type ∶Ⅱ Type ∶Ⅲ

图23.11 丰田车系诊断座

2．按压“诊断按钮”。沃尔沃与天津三峰客车采用这种方式。 3．拧动微机控制装置上的“诊断开关”。采用这种方式的有公爵王和千里马车系。 4．指针式万用表法。采用这种方式的有福特车系和三菱车系。 5．打开汽车空调面板上的“兼用诊断开关”。例如通用的FLEETWOOD 车，当点火开关在“ON ”时，同时按下控制面板上的“TEMP ”和“OFF ”按钮。

6．在故障检测插座相应插孔间跨接自制的带330Ω电阻的发光二极管。马自达车系、三菱车系、奔驰车系、福特车系和现代车系均可采用这种方式。

7．在5s 内连续打开点火开关3次。克莱斯勒车系和三菱车系采用这种方式。

8．点火开关在“ON ”时，在规定时间内（5～10s ）连续踩油门5次，宝马3、5、7、8和M5系列采用这种方式。

（三）自诊断故障码的显示方法

汽车电控系统大多把诊断结果以故障码的形式显示出来，不同的车系有不同的显示方法。 1．用仪表盘上“检查发动机”指示灯的闪烁显示故障码 一般有两种显示方法：① 灯亮时间长，显示故障码的十位；灯亮时间短，显示故障码的个位。② 灯亮时间不变，位与位之间有一个较短的关闭时间，码与码之间有两个较长的关闭时间，如图23.12所示。

图23.12 故障码波形

2．用指针式万用表显示故障码 与“检查发动机”指示灯法基本相同，电压表指“0”时，相当于指示灯关闭；电压表指“5V ’时，相当于指示灯亮。

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3．发光二极管显示法 采用1个发光二极管显示时，其显示方法与“检查发动机”指示灯法是相同的；采用2个发光二极管显示时，红色发光管的闪烁显示十位数码，绿色发光管显示个位数码。采用4个发光二极管显示时，4个发光管从左至右分别代表8、4、2、1。故障码为发亮的发光管数值之和，如图23.13所示。

4．数字显示 利用汽车上

的数字仪表直接显示故障码。

这种方法在一些高档轿车上已

有应用，如林肯、大陆、卡迪拉克等。

（四）故障码的清除

1．拔下EFI 主保险几秒钟后，自动清除。

2．拆下蓄电池负极上的连接线，过一段时间后清除。但对于有些车型，这样会导致部分有用信息的丢失。

3．用解码器输入一定的信号进行清除。 4．根据自诊断程序中规定的其他特有的方法进行清除。

（五）第二代自诊断系统（OBD-Ⅱ）

上述故障码的读取方法，不同汽车厂有差异，被称为第一代自诊断系统。现代汽车上大多采用第二代自诊断系统。

第二代自诊断系统的插座为16针插座，并统一安装在驾驶室仪表板下方，第二代自诊断系统的故障码由5个字组成，各种车辆相同故障码的意义统一。

三、电控燃油喷射系统的检修仪器和设备的使用

（一）概述

为了准确、方便、快速地对汽车电子控制系统进行故障诊断，国内外有各种各样的汽车检测仪。利用汽车检测仪，不仅能读出故障部位及故障的大致原因，一般还具有以下功能：进行数据传送、直接测取各部分电路中的有关参数。通过检测仪向汽车电子控制系统发出指令，通过检测仪消除故障码。

目前国内市场上见到的检测仪器很多，如元征公司电眼睛M431、ADC2000、车博士、修车王、红盒子、检测王、金德、金奔腾、V AGl552、OTC 、OB91等。其基本功能及检测方法大致相同，但又各具特色，下面主要介绍其中一种。

图23.13 4个发光二极管故障码表示方法

图23.14 OBD-Ⅱ的诊断座

第二十三章 电控燃油喷射系统的结构及故障诊断

（二）电眼睛X-431的功能及使用简介

1．电眼睛X-131是元征公司最新一代汽车诊断电脑，具有以下特点： （1）网上升级：可极为方便地从网上下载诊断软件，并直接使用。

（2）主机系统开放：电眼睛X-431是一种基于L1NUX 操作系统开发的多功能、多语言环境的具有开放式诊断平台特点的汽车诊断电脑。

（3）多用途：电眼睛X-431具有连笔手写输入、个人数据管理、英汉词典、个人资料管理等功能。

（4）打印功能

2．电眼睛X-431的主要功能

电眼睛X-431的主要功能有查找控制电脑型号、读取故障码、读取测量数据流、清除故障码、系统基本调整、通道调整匹配、读取独立通道数据、测试执行元件、控制单元编码、系统登陆、传送底盘号等。

3．电眼睛X-431的使用条件 （1）汽车电源打开。

（2）X-431的额定电压为12V ，汽车电压应在11～14V 。 （3）节气门关闭，即怠速结合点闭合。 （4）点火正时和怠速应在标准范围。

（5）水温和变速箱油温达到正常工作温度。（水温为90～110℃，变速箱油温为50～ 80℃）

（6）X-431正常使用环境温度范围为0～50℃，在环境温度为5℃左右开机后，需预热30min 左右。

4．电眼睛X-431的操作步骤

（1）把CF 卡插入X-431电眼睛的CF 卡插孔中。

（2）将电眼睛X-431的测试主线与主机相连（有取电线一端）。

（3）将电眼睛X-431的测试主线与测试接头相连（测试接头根据车型选择）。 （4）将测试接头与诊断插座连接。 5．电眼睛X-431的测试阶段 （1）打开点火开关。 （2）启动电眼睛X-431。

（3）点击“开始”按钮，在弹出菜单中选择“诊断程序”进入。 （4）根据需要，按照提示选择。 6．电眼睛X-431的收尾阶段 （1）关闭点火开关。

（2）把测试接头从汽车诊断插座上拆下。（3

）恢复原样。