汽车发动机|可燃混合气的形成方式

汽油机可燃混合气的形成方式可分为化油器式和燃油喷射式，目前传统的化油器式燃油供给系统已被电控燃油喷射系统取代。采用电控燃油喷射系统，汽车发动机燃烧将更充分，从而提高发动机功率，降低油耗，实现低公害排放的目的。

（一）电控燃油喷射系统的分类

1.按喷油器的安装部位分类

按喷油器的安装部位分类，电控燃油喷射系统可分为缸内喷射和进气管喷射两种方式。

（1）缸内喷射方式。

该系统将喷油器直接安装在气缸盖上，汽油直接喷入气缸，如图4-3所示。这种喷射技术使用特殊的喷油器，燃油喷雾效果更好，并可在缸内产生浓度渐变的分层混合气（从火花塞往外逐渐变稀）。因此，可以用超稀的混合气（急速时可达40∶1）工作，油耗和排放也远远低于普通汽油发动机。此外，这种喷射方式使混合气体积和温度降低，爆震燃烧的倾向减小，发动机的压缩比可比进气道喷射时大大提高。但喷油器直接安装在气缸盖上，必须能够承受燃气产生的高温、高压，且受发动机结构限制，因此这种方式采用较少。

（2）进气管喷射方式。

该系统将喷油器安装在进气总管或进气歧管上，是目前采用较广泛的方式，如图4-4所示。

图4-3　缸内喷射示意图（直接喷射）

1—喷油器；2—活塞

图4-4　进气歧管喷射示意图

1—气缸盖；2—进气门；3—电磁喷油器；4—进气歧管

2.按喷油的布置方式分类

按喷油的布置方式分类，电控燃油喷射系统可分为单点喷射和多点喷射两种方式。

（1）单点喷射方式（SPI）。

在进气道节气门的上方安装1～2个喷油器，向进气歧管中喷射燃油，形成可燃混合气。这种喷射系统又被称为节气门体燃油喷射系统或集中燃油喷射系统。对混合气的控制精度比较低，各个气缸混合气的均匀性也较差，现已很少使用。

（2）多点喷射方式（MPI）。

多点燃油喷射系统在每一个气缸的进气门前安装一个喷油器，喷油器喷射出燃油后，在进气门附近与空气混合，形成可燃混合气，这种喷射系统能较好地保证各缸混合气总量和浓度的均匀性。

3.按喷油器的工作时间分类

按喷油器的工作时间分类，电控燃油喷射系统可分为连续喷射和间歇喷射两种方式。

（1）连续喷射方式。

喷油器在发动机工作时连续不断地喷油，大部分燃油在进气门关闭时喷射，喷入的燃油大部分在进气管内蒸发。除早期的K型机械式汽油喷射系统和KE型机电组合式燃油喷射系统外，电控燃油喷射系统一般不采用此种喷射方式。

（2）间歇喷射方式。

间歇喷射方式是指在发动机运转期间，将燃油间歇地喷入进气道内。采用间歇喷射方式的多点电控燃油喷射系统，又称脉冲喷射，喷油压力是恒定的，燃油喷射以脉冲方式进行，在某一时间段内喷入进气管，喷油时间的长短直接控制了喷油量的多少。电控燃油喷射系统都采用间歇喷射方式。

间歇喷射按各缸喷油器工作顺序的不同，又分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种。

①同时喷射方式。发动机曲轴每转动一周，所有气缸的喷油器同时喷油一次，发动机一个工作循环喷油两次，同时喷射方式如图4-5（a）所示。由于所有气缸的喷油都是同时进行的，因此喷油正时与发动机的工作过程没有关系，也不需要进行气缸和活塞位置的判断。

②分组喷射方式。把各缸喷油器分成几组，同组同时喷射，由电子控制单元控制，组与组之间以均匀的曲轴转角间隔依次喷油，分组喷射方式如图4-5（b）所示。分组喷射方式与同时喷射方式相比，在各缸混合器质量和浓度的控制精确度上有较大的提高。

③顺序喷射方式。顺序喷射方式也称独立喷射方式，喷油器按各缸的工作顺序，依次把汽油喷入各进气歧管。采用顺序喷射的系统，必须由传感器测得基准气缸活塞位置和行程特征，获得判缸和转速信息，然后由电子控制单元确定精确的喷油时刻，顺序喷射方式如图4-5（c）所示。

图4-5　间歇喷射的三种方式

4.按空气量测量方式分类

按空气量测量方式分类，电控燃油喷射系统可分为直接测量和间接测量两种。

（1）直接测量方式（L型系统）。

如图4-6（a）所示，直接检测型的燃油喷射系统采用空气流量计直接测量单位时间内发动机吸入的空气量，然后电控单元根据发动机的转速计算每一循环的空气量，并由此计算出每一循环的基本喷油量。直接检测型包括体积流量方式和质量流量方式两种。

①体积流量方式。利用翼片式空气流量计或卡门涡流式空气流量计，直接测量单位时间内发动机吸入的空气体积流量。电控单元根据已测出的空气体积和发动机转速，计算出每一循环的进气空气体积流量，并需对大气压力和温度进行修正，再计算出循环基本喷油量。这种测量方式测量精度较高，有利于提高混合气空燃比的控制精度。缺点是需要进行大气压力和温度修正。

②质量流量方式。利用热线式空气流量计或热膜式空气流量计，直接测量单位时间内发动机吸入的空气质量流量。电控单元根据已测出的空气质量和发动机转速，计算出每一循环的进气空气质量流量，再计算出循环基本喷油量。这种测量方式除测量精度高、响应速度快、结构紧凑外，由于其测出的是空气的质量，因此，不需要对大气压力和温度进行修正。

（2）间接测量方式（D型系统）。

如图4-6（b）所示，在间接检测空气流量方式的燃油喷射系统中，利用进气歧管绝对压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，电控单元根据进气歧管绝对压力和发动机转速，计算出发动机吸入的空气量，并由此计算出每一循环的基本喷油量。

这种方式测量方法简单，喷油量调整精度容易控制。但是由于进气歧管压力和进气量之间函数关系比较复杂，在过渡工况和采用废气再循环时，由于进气歧管内压力波动较大，因此，这些工况空气量测量的精度较低，需进行流量修正。

直接测量和间接测量两种方式的空气供给系统示意图如图4-6所示。

图4-6　空气供给系统示意图

1—发动机；2—辅助空气阀；3—空气滤清器；4—空气流量传感器；5—节气门体；6—喷油器；7—进气歧管绝对压力传感器

5.按燃油喷射系统的控制方式分类

按燃油喷射系统的控制方式分类，电控燃油喷射系统分为机械控制式、机电结合式、电子控制式几种。

（1）机械控制式燃油喷射系统。

机械控制式燃油喷射系统是利用机械机构实现燃油连续喷射的系统，由德国博世（Bosch）公司于1967年研制成功，在早期的轿车上采用。

（2）机电结合式燃油喷射系统。

机电结合式燃油喷射系统是由机械机构与电子控制系统结合实现的燃油喷射系统，是在机械控制式的基础上改进而成的，仍为连续喷射系统。

（3）电子控制式燃油喷射系统。

电子控制式燃油喷射系统是由电控单元直接控制燃油喷射的系统，它能对空气和燃油进行精确计量，控制精度高，目前被广泛应用于汽车发动机上。

6.按有无反馈信号分类

按有无反馈信号分类，电控燃油喷射系统分为开环控制系统和闭环控制系统。

（1）开环控制系统（无氧传感器）。将通过试验确定的发动机各工况的最佳供油参数先存入ECU，在发动机工作时，ECU根据系统中各传感器的输入信号判断自身所处的运行工况，并计算出最佳喷油量，通过对喷油器喷射时间的控制来控制混合气的浓度，以优化发动机的运行。

开环控制系统按预先设定在ECU中的控制规律工作，只受发动机运行工况参数变化的控制，简单易行，但其精度直接依赖于所设定的基准数据和喷油器调整标定的精度。喷油器及发动机的产品性能存在差异，或由于磨损等引起性能参数变化时，就不能使混合气准确地保持预定的浓度（空燃比）。因此，开环控制系统对发动机及控制系统各组成部分的精度要求高，抗干扰能力差，当使用工况超出预定范围时，不能实现最佳控制。

（2）闭环控制系统（有氧传感器）。在该系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，再通过ECU与设定的目标空燃比值进行比较，并根据误差修正喷油器喷油量，使空燃比保持在设定的目标值附近。

闭环控制系统可达到较高的空燃比控制精度，并可消除因产品差异和磨损等引起的性能变化，工作稳定性好，抗干扰能力强。但是，为了使排气净化达到最佳效果，只能运行在理论空燃比（14.7∶1）附近。对启动工况、暖机工况、加速工况、怠速工况、满负荷工况等特殊工况，仍需采用开环控制模式，使喷油器按预先设定的加浓混合气配比工作，以满足发动机特殊工况的工作要求。

（二）电控燃油喷射系统的优点

电控燃油喷射系统的发动机由于精确地控制了混合气的浓度，因此与化油器式发动机相比有如下优点：

（1）能提供发动机在各种运行工况下最佳的混合气浓度，使发动机在各种工况条件下保持最佳的动力性、经济性和排放性能。

（2）电控燃油喷射系统配用排放控制系统后，大大降低了HC、CO和NOx三种有害气体的排放。

（3）增大了燃油的喷射压力，因此雾化效果较好。由于每个气缸均安装一个喷油器（多点喷射系统），所以各缸的燃油分配比较均匀，有利于提高发动机运转的稳定性。

（4）当汽车在不同地区行驶时，对大气压力或外界环境温度变化引起的空气密度的变化，发动机控制模块（ECU）能及时准确地做出补偿。

（5）在汽车加减速行驶的过渡运转阶段，燃油控制系统能够迅速地作出反应，使汽车加速、减速性能更加良好。

（6）具有减速断油功能，既能降低排放，也能节省燃油。减速时，节气门关闭，发动机仍以高速运转，进入气缸的空气量减少，进气歧管内的真空度增大。在化油器系统中，此时会使黏附于进气歧管壁面的燃油由于进气歧管内真空度骤升而蒸发后进入气缸，使混合气变浓，燃烧不完全，排放气体中HC和CO的含量增加。而在电控燃油喷射系统中，当节气门关闭而发动机转速超过预定转速时，喷油就会减少或停止，使排放气体中HC和CO的含量减少，从而降低燃油消耗。

（7）在进气系统中，由于没有像化油器那样的喉管部位，因而进气阻力减小。再加上进气管道的合理设计，就能充分利用吸入空气惯性的增压作用，增大充气量，提高发动机的输出功率，增加动力性。

（8）在发动机启动时，可以用发动机控制模块（ECU）计算出启动时所需的供油量，使发动机启动容易，暖机更快，暖机性能提高。

（三）电控燃油喷射系统的组成

电控汽油喷射系统由空气供给系统、燃油供给系统、电子控制系统组成，如图4-7所示。

图4-7　电控燃油喷射系统的组成

1.空气供给系统

空气供给系统的功用是为发动机提供清洁的空气并控制发动机正常工作时的供气量，其主要由空气滤清器、空气流量传感器或进气歧管绝对压力传感器、节气门体、进气总管和进气歧管组成，如图4-8所示。

空气经空气滤清器过滤后，通过空气流量传感器、节气门体进入进气总管，再分配到各进气歧管。在进气歧管内，空气和从喷油器喷出的燃油混合后被吸入气缸内燃烧。

图4-8　空气供给系统

（1）空气滤清器。

空气滤清器的作用是滤去空气中的尘土和砂粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损，延长发动机的使用寿命。

空气滤清器按滤清方式可分为惯性式、过滤式和综合式（前两种的综合）三种。目前，汽车发动机广泛采用纸质干式空气滤清器，它属于过滤式。这种滤清器具有结构简单、质量轻、成本低、使用方便、滤清效果高的优点。纸质干式滤清器滤清效率可达99.5%以上。

纸质干式空气滤清器有许多型式和形状，如图4-9、图4-10所示。滤芯是用树脂处理的微孔滤纸制成。滤芯呈波折状，具有较大的过滤面积。为保证滤芯密封，在滤芯两端装有密封圈。发动机工作时，空气由滤清器盖与外壳之间的空隙进入，经纸质滤芯过滤后，再由接管流向气缸。

图4-9　纸质干式空气滤清器

图4-10　滤芯

空气滤清器长期使用后容易堵塞，对进气产生额外阻力，使发动机充气量和动力性降低，因此必须定期进行维护。桑塔纳2000GSI型轿车AJR发动机每行驶15000km需进行常规维护，即将滤芯取出用手轻拍，或用压缩空气吹去积灰，切忌接触油质，以免加大滤清阻力。每行驶30000km，需要更换空气滤清器。

安装空气滤清器时，应注意将密封垫正确安装在原位，以防止不清洁的空气进入气缸。橡胶密封垫易老化或损坏，当其老化或损坏时必须更换新件。

装有温控装置的空气滤清器，在维护时还应检查温控装置工作情况。拆开真空驱动装置进口的真空软管，使用手动抽气装置给真空驱动装置施加一定的真空度时，进气转换阀应被吸起；发动机未达到正常工作温度之前，使发动机怠速运转，拆开真空驱动装置进口的真空软管，用手堵住温控开关一侧的真空软管口，应能感觉有吸力，否则，应检查真空软管有无漏气，必要时更换软管。若软管不漏气，则应更换温控开关。

（2）空气流量传感器。

空气流量传感器的作用是对进入气缸的空气量进行直接计量，并把空气流量的信息输送到ECU，以供ECU计算喷油时间（即喷油量）和点火时间。它用在L型的发动机进气系统中，安装在空气滤清器与节气门体之间，如图4-11所示。

图4-11　空气流量计安装位置

在L型电控燃油喷射系统发动机的发展历程中使用过翼片式、卡门旋涡式、热线式和热膜式等多种型式的空气流量计。翼片式、卡门旋涡式空气流量计检测空气的体积流量时需要对进气温度和大气压力进行修正，现它们已被逐渐淘汰，目前应用较多的是热式空气流量传感器。热式空气流量传感器的主要元件是热线电阻，可分为热线式（图4-12）和热膜式（图4-13）两种类型，其结构和工作原理基本相同，它们可直接检测空气的质量流量，测量精度高。

图4-12　主流测量方式的热线式空气流量传感器

1—防护网；2—采样管；3—热线电阻器；4—温度补偿电阻；5—控制电路板；6—线束插接器1—插头；2—混合电路盒；3—金属热膜元件；4—壳体；5—滤网；6—导流格栅

按其测量元件的安装位置不同，热线式空气流量传感器可分为两种：第一种是将热线电阻器安装在主进气道中，称为主流测量方式的热线式空气流量传感器；第二种是将热线电阻器安装在旁通气道中，称为旁通测量方式的热线式空气流量传感器。

图4-13　热模式空气流量传感器

图4-14　热线式空气流量传感器的工作原理

热线式空气流量传感器的工作原理如图4-14所示。安装在控制电路板上的精密电阻器RA和RB与热线电阻器RH和温度补偿电阻器RK组成惠斯通电桥电路。当空气流经热线电阻器时，热线电阻器温度降低，其相应的电阻值减小，使电桥失去平衡。若要保持电桥平衡，就必须增加流经热线电阻器的电流，以恢复其温度和阻值。流经热线电阻器的空气量（质量流量）不同，热线电阻器的温度变化量和电阻值的变化量不同，为保持电桥平衡，流经热线电阻器的电流也相应变化。由于精密电阻器RA的电阻值是一定的，流经精密电阻器RA和热线电阻器的电流相等（两电阻器串联），所以精密电阻RA两端的电压随流经热线电阻器的空气量相应变化，控制电路将精密电阻器RA两端的电压输送给ECU，即可确定进气量。

热膜式空气流量传感器的结构如图4-13所示，其结构和工作原理与热线式空气流量传感器基本相同，不同之处在于热线式空气流量传感器采用铂丝制成热线电阻器，热膜式空气流量传感器不采用价格昂贵的铂丝热线，而是用热膜代替热线，并将热膜镀在陶瓷片上，制造成本较低，且测量元件不直接承受空气流的作用力，热膜式空气流量传感器的使用寿命较长。

（3）进气歧管绝对压力传感器（IMAPS）。

在D型电控燃油喷射系统中，由进气歧管绝对压力传感器测量进气管压力，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。

进气歧管绝对压力传感器的种类较多，按其检测原理可分为压敏电阻式、电容式、膜盒式、表面弹性波式等，应用较多的是压敏电阻式和电容式两种。

压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器如图4-15所示，其主要由绝对真空室、硅片和IC放大电路组成。硅片的一侧是绝对真空室，另一侧承受进气管内的压力，在此压力作用下使硅片产生变形。由于绝对真空室的压力是固定的（绝对压力为0），进气管绝对压力变化时，硅片的变形量不同。硅片是一个压力转换元件（压敏电阻），其电阻值随其变形量而变化，导致硅片所处的电桥电路输出电压发生变化，电桥电路输出的电压（很小）经IC放大电路放大后输送给ECU。

电容式进气歧管绝对压力传感器如图4-16所示，位于传感器壳体内腔的弹性膜片用金属制成，弹性膜片上、下两个凹玻璃的表面均有金属涂层，这样在弹性膜片与两个金属涂层之间形成两个串联的电容。

图4-15　压敏电阻式进气管绝对压力传感器

图4-16　电容式进气管绝对压力传感器

1—弹性膜片；2—凹玻璃；3—金属涂层；4—输出端子；5—空腔；6—滤网；7—壳体

电容式进气歧管绝对压力传感器利用电容效应检测进气管绝对压力。当发动机工作时，进气歧管内的空气压力作用于弹性膜片上，使弹性膜片产生位移，弹性膜片与两个金属涂层之间的距离发生变化，一个距离减小，另一个距离增大，在弹性膜片与两个金属涂层之间形成的两个电容的电容量一个增加，另一个则减小。电容量的变化量与弹性膜片的位移成正比，而弹性膜片的位移取决于上、下两个空腔的气体压力，只要弹性膜片上部的空腔为绝对真空，下部空腔通进气管，即可通过检测电容量的变化来检测进气歧管的绝对压力。电容量的变化量经过测量电路转换成电压信号输送给ECU，测量电路可以是电容电桥电路或谐振电路等。

（4）节气门体。

节气门通过改变进气通道截面积的大小，来控制发动机的工况，并通过节气门位置传感器检测节气门开启的角度。节气门体由节气门、旁通气道、怠速空气阀、节气门位置传感器等组成。旁通气道式和直动式节气门体的结构分别如图4-17、图4-18所示。

图4-17　旁通气道式节气门体

图4-18　直动式节气门体

（5）进气管。

进气管的作用是将可燃混合气导入各个气缸，其结构和类型如图4-19所示。

图4-19　进气管

1—进气歧管；2—进气总管

进气管一般包括进气软管、进气总管和进气歧管。进气软管用于连接空气滤清器与节气门体，进气总管用于连接节气门体与进气歧管。有些发动机的进气总管与进气歧管制成一体，有些则是分开制造，再用螺栓连接。

进气歧管用于给各缸分配空气。进气歧管用螺栓安装在气缸盖上，并在进气歧管与气缸盖之间装有密封垫，以防止漏气。

2.燃油供给系统

燃油供给系统的功用是供给喷油器一定压力的燃油，喷油器则根据电脑指令喷油，其主要由燃油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、油压调节器、喷油器及燃油分配管等组成，如图4-20所示。

图4-20　燃油供给系统

电动燃油泵将汽油自油箱内吸出，经燃油滤清器过滤后，由油压调节器调压，通过输油管输送给喷油器，喷油器根据电脑指令向进气管喷油。电动燃油泵供给的多余汽油经回油管流回油箱。

（1）电动燃油泵。

电动燃油泵是一种由小型直流电动机驱动的燃油泵，其作用是从油箱中吸出燃油，将油压提高到规定值，然后通过供给系统送到喷油器。燃油泵的最高输出油压为450～600kPa，其供油量比发动机最大耗油量大得多，多余的燃油从回油管返回油箱。电动燃油泵按其安装位置不同，可分为内装式和外装式两种。

①内装式电动燃油泵。

内装式电动燃油泵安装在油箱中，具有噪声小、不易产生气阻、不易泄漏、安装管路较简单等优点，其应用较为广泛。有些车型在油箱内还设有一个小油箱，并将燃油泵置于小油箱中，这样可防止在油箱燃油不足时，因汽车转弯或倾斜引起燃油泵周围燃油移动，使燃油泵吸入空气而产生气阻。因此，现在大多数电控燃油喷射系统都采用内装式电动燃油泵，内装式电动燃油泵在油箱中的位置如图4-21所示。

图4-21　内装式电动燃油泵

1—出油管；2—回油管；3—小油罐；4—电动燃油泵

常用的内装式电动燃油泵为涡轮式，其结构如图4-22所示。它由直流电动机、涡轮泵、单向阀、限压阀和滤网等组成。泵壳一侧有进油口，另一侧有出油口，进油口外装有滤网，以防吸入杂质。

图4-22　涡轮式电动燃油泵

1—滤网；2—橡胶缓冲垫；3—转子；4—轴承；5—磁铁；6—电枢；7—炭刷；8—轴承；9—限压阀；10—单向阀；11—泵体

②外装式电动燃油泵。

外装式电动燃油泵大多为容积式，泵内腔容积变大处连着进油口，泵内腔容积变小处连着出油口。泵内腔容积变大时，形成一定的真空度而将汽油吸入。泵内腔容积减小时，油压升高，汽油被压出。外装式电动燃油泵串接在油箱外部的输油管路中，其优点是容易布置，安装自由度大，缺点是噪声大，且燃油供给系统易产生气阻，所以只有少数车型上应用。外装式电动燃油泵常见形式有两种：滚柱式和转子式，其结构如图4-23和图4-24所示。

图4-23　滚柱式结构

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图4-24　转子式结构

（2）燃油滤清器。

燃油滤清器安装在油泵之后的油路中，用来滤掉燃油中的杂质，减小系统内的机械磨损，防止堵塞，提高工作可靠性。其结构如图4-25所示。在电控燃油喷射系统中，一般采用的都是纸质滤芯、一次性的燃油滤清器。燃油从入口进入滤清器，经过壳体内的滤芯过滤后，清洁的燃油从出口流出。

一般汽车每行驶20000～40000km或1～2年，应更换燃油滤清器。更换燃油滤清器时，应首先释放燃油系统压力，并注意燃油滤清器壳体上的箭头标记为燃油流动方向。

图4-25　汽油滤清器

1—进油口；2—出油口；3—滤芯；4—菊花形滤芯；5—盘簧形滤芯

（3）燃油脉动阻尼器。

在部分电控燃油喷射系统中，输油管的一端装有脉动阻尼器，喷油器喷油时，在输油管道内会产生燃油压力脉动，燃油脉动阻尼器的作用是使压力脉动衰减，以减小这种波动，并降低噪声。燃油脉动阻尼器由膜片和弹簧组成减震结构，如图4-26和图4-27所示。发动机工作时，燃油经过脉动阻尼器膜片下方进入输油管，当燃油压力产生脉动时，膜片弹簧被压缩或伸张，膜片下方的容积略有增大或减小，从而可起到稳定燃油系统压力的作用。同时，膜片弹簧的变形可吸收脉动能量，以迅速减小燃油压力的脉动。

脉动阻尼器一般不会发生故障。需进行拆卸时，注意应首先释放燃油系统压力。

图4-26　安装在回油管道上的燃油脉动阻尼器

1—燃油接头；2—固定螺钉；3—膜片；4—压力弹簧；5—壳体；6—调节螺钉

图4-27　安装在供油总管上的燃油脉动阻尼器

1—阀；2—弹簧；3—膜片；4—供油总管

（4）油压调节器。

喷油器的喷油量取决于喷油器的喷孔截面、喷油时间和喷油压差。因此，要精确控制燃油喷射量，在喷油器的结构尺寸一定时，必须保持恒定的喷油压差。喷油压差是指输油管内燃油压力与进气管内气体压力的差值。进气管内气体压力是随发动机转速和负荷的变化而变化的，要保持恒定的喷油压差，必须根据进气管内压力的变化来调节燃油压力。

油压调节器的主要功能是通过油压和进气负压的共同作用，使燃油分配管中的油压与进气歧管中的气压之差保持250～300kPa不变，以保证喷油器喷油量的大小只与喷嘴开启时间有关，而与系统油压、进气歧管的负压等参数无关。油压调节器的结构如图4-28所示。

图4-28　油压调节器的结构

1—进油口；2—回油口；3—阀座；4—膜片；5—弹簧；6—真空接管（接进气管）；7—平面阀

（5）喷油器。

喷油器根据发动机ECU发出的喷油脉冲信号，将计量精确的燃油适时、适量地喷入节气门附近的进气歧管内，其结构如图4-29所示。

图4-29　喷油器的结构

1—喷油针阀；2—衔铁；3—回位弹簧；4—电接头；5—滤网；6—电磁线圈；7—壳体

（6）电磁式冷启动喷油器和温控正时开关。

①电磁式冷启动喷油器。

电磁式冷启动喷油器的结构如图4-30所示。它由电磁线圈、针阀、弹簧、衔铁、旋流式喷嘴等组成。发动机低温启动时，热控正时开关使电磁线圈通电，线圈产生的吸力将阀门吸起，汽油经喷嘴喷入进气总管，混合气加浓，使发动机在低温下顺利启动。

②温控正时开关。

温控正时开关以螺纹连接的方式安装在发动机的水路上，其结构如图4-31所示。温控正时开关内部有一段动断触点，其中活动触点由双金属片制成，在双金属片外围绕有加热线圈。温控正时开关对冷启动喷油器的控制原理如图4-32所示。

图4-30　电磁式冷启动喷油器的结构

1—旋流式喷嘴；2—针阀；3—电磁线圈；4—接线座；5—喷油入口连接器；6—弹簧；7—衔铁；8—阀座

图4-31　温控正时开关的结构

1—触点；2—加热线圈；3—双金属片；4—壳体；5—接线柱

图4-32　冷启动喷油器与温控正时开关控制电路

1—冷启动喷油器；2—加热线圈1；3—双金属片动触点；4—加热线圈2

（7）燃油分配管总成。

燃油分配管总成如图4-33所示，它用螺栓固定，安装在进气歧管下部的4个固定座上。燃油分配管与喷油器相连接，并向喷油器分配汽油。

图4-33　燃油分配管总成

1、5—油道；2—进油口；3—燃油压力调节器；4—喷油器；6—油压测试口

3.电子控制系统

电子控制系统主要由各传感器和控制单元组成。

（1）传感器。

电子控制系统中，传感器的数量随车型的不同而不同，即使具有相同作用的传感器也会具有不同的结构和型式。在此仅介绍常用的传感器。

①节气门位置传感器。

节气门位置传感器安装在节气门体上，用来检测节气门开度信号，有线性输出型和开关量输出型两种。

a.线性输出型节气门位置传感器。其结构如图4-34所示。线性输出型节气门位置传感器实际上是一个带怠速触点的滑片式变阻器。该传感器有两个随节气门轴转动的可动电刷触点，其中一个触点当节气门转动时在电阻体上滑动，引起该可变电阻的电阻值变化，从而引起输出电压的变化，该输出电压与节气门开度呈线性关系，如图4-35所示。

图4-34　线性输出型节气门位置传感器的结构和电路

VCC—电源；VTA—节气门开度输出信号；IDL—怠速触点信号；E2—地线；1—电阻体；2—检测节气门开度的动触点；3—检测怠速位置的动触点

图4-35　线性输出型节气门位置传感器输出特性

1—怠速触点信号；2—节气门开度输出电压

b.开关量输出型节气门位置传感器。该类型节气门位置传感器仅以开、关两种状态的组合来反映节气门的开度。它的主体由一个活动触点和两个固定触点构成，两个固定触点中一个为怠速触点，另一个为功率触点，如图4-36所示。

图4-36　开关量输出型节气门位置传感器

1—导向凸轮；2—节气门轴；3—控制杆；4—活动触点；5—怠速触点；6—全开触点；7—插座；8—导向凸轮槽

②曲轴位置传感器。

曲轴位置传感器安装的部位有曲轴前端、飞轮上、凸轮轴前端、分电器内。曲轴位置传感器用以检测曲轴转角、发动机转速和活塞上止点，是电控发动机控制点火时刻、确定曲轴位置不可缺少的信号源。

常用的曲轴位置传感器有三类：磁感应式、霍尔式和光电式。目前大多采用磁感应式和霍尔式，光电式应用较少。

a.磁感应式曲轴位置传感器。磁感应式曲轴位置传感器的工作原理和交流发动机的类似。其基本结构和工作原理如图4-37所示。它由齿轮式的信号轮、永久磁铁与铁芯构成的感应头以及绕在铁芯外的感应线圈组成。

图4-37　磁感应式曲轴位置传感器的结构和工作原理图

1—信号轮；2—感应头；3—感应线圈；4—高速时的输出信号；5—低速时的输出信号

桑塔纳2000时代超人所用的磁感应式曲轴位置传感器如图4-38所示。曲轴位置传感器由电磁感应式传感器和脉冲盘等组成。

b.霍尔式曲轴位置传感器。

安装在分电器内的霍尔式曲轴位置传感器的基本结构和工作原理如图4-39所示。

图4-38　磁感应式曲轴位置传感器

1—缺齿；2—信号轮；3—感应头

图4-39　霍尔式曲轴位置传感器的结构和工作原理图

I—霍尔元件上所加的电流；1—霍尔组件；2—叶轮

c.霍尔式同步信号传感器。

图4-40所示的是安装在分电器内霍尔式同步信号传感器，它由脉冲环和霍尔信号发生器等组成。

图4-40　装在分电器内的霍尔式同步信号传感器

1—定子；2—分火头；3—脉冲环；4—轴；5—齿轮；6—柱销；7、8—垫片和垫圈；9—壳体；10—分电器体；11—霍尔信号发生器；12—脉冲前沿；13—转子；14—脉冲后沿

③进气温度传感器。

除装用热线式空气流量传感器的电控燃油喷射系统外，其他电控燃油喷射系统都不能直接测量发动机的实际进气质量。进气温度传感器的功用就是给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时控制的修正信号。在装用热线式空气流量传感器的电控燃油喷射系统中，有些也装有进气温度传感器，这是由于进气的密度随着温度的变化而变化。进气温度传感器采用热敏电阻作为敏感元件，其结构如图4-41所示。通常D型电控燃油喷射系统安装在进气总管内，L型电控燃油喷射系统安装在空气流量传感器内。传感器与ECU的连接如图4-42所示。

图4-41　进气温度传感器

图4-42　传感器与ECU的接线图

ECU的电阻R与传感器串联，当热敏电阻的阻值变化时，进气温度传感器的信号（THA）的电压也随之改变。图4-43为进气温度传感器的特性曲线。

图4-43　进气温度传感器的特性曲线

图4-44　冷却液温度传感器

④冷却液温度传感器。

冷却液温度传感器用以检测发动机冷却液的温度，修正喷油量。其外部多用金属制造，安装在水道上，其结构如图4-44所示，工作原理与进气温度传感器相同。

⑤氧传感器。

氧传感器通常安装在排气管或排气歧管内，有的车型在三元催化器的前后各安装一个氧传感器，有的车型仅在三元催化器之前安装一个氧传感器，此传感器称为主氧传感器，或称上游氧传感器，它的作用是测量排气中氧含量，以确定实际空燃比与理论空燃比相比是浓还是稀，向ECU反馈相应的电信号，ECU根据反馈信号修正喷油量。装在三元催化器后的氧传感器，称为副氧传感器，或称下游氧传感器，它的作用是监控三元催化器对排气净化的效率。

氧传感器分为氧化锆式和氧化钛式两种，目前应用较普遍的是氧化锆式氧传感器。氧化锆式氧传感器的基本结构如图4-45所示。它的主体是锆管，锆管固定在有安装螺纹的固定套中，锆管的内外表面都镀有一层透气的多孔性铂膜作电极。

图4-45　氧化锆式氧传感器的基本结构

1—壳体；2—陶瓷体；3—引线；4—带有通气狭槽的保护罩；5—二氧化锆管；6—电极接触部位；7—保护套；8—加热元件；9—加热元件夹持器

氧传感器及其特征如图4-46所示。这两个电极间的电势差就是氧传感器要输出的信号电压。信号电压的高低取决于锆管内外表面的氧浓度差，由于内表面与大气相通，其含氧量几乎不变，因此，信号电压的高低就取决于外表面废气的残余氧浓度。

图4-46　氧传感器及其特性

1—加热器；2—法兰；3—铂电极；4—硅电极；5—涂层（陶瓷）

（2）电子控制单元（ECU）。

图4-47是电子控制系统框图。ECU中的CPU为中央处理单元，它是整个控制系统的核心，通常是一个单片机。ROM是只读存储器，在其内部固化了发动机的控制程序。RAM是随机存储器，其内容随时可由计算机改写。输入电路用以把外界的传感器信号转化成计算机可接受的数字信号，输出电路则把计算机的微弱数字信号放大，以控制喷油器等执行机构工作。

电子控制系统主要有如下几种功能：

①燃油喷射控制功能。

图4-47　发动机电子控制系统框图

燃油喷射控制功能如图4-48所示。当发动机工作时，ECU根据有关传感器输入的信号，经运算判断后输出控制信号，控制大功率三极管导通，使喷油器电磁线圈通电，产生电磁吸力。当电磁吸力超过针阀弹簧力和油压力的合力时，针阀开启，喷油器开始喷油。喷油器的喷油量除结构因素外，只取决于针阀的开启时间，即ECU给电磁线圈的通电时间。

图4-48　燃油喷射控制功能

喷油的正时控制也是由ECU来完成的。以下列出四缸发动机同时喷射、分组喷射和顺序喷射的正时图，如图4-49、图4-50、图4-51所示。

图4-49　同时喷射正时图

在装有氧传感器的反馈控制系统中，ECU利用氧传感器检测到空燃比的反馈信号，将信号电压与基准电压进行比较，判断混合气的浓稀程度以控制喷油量，如图4-52所示。

图4-50　分组喷射正时图

图4-51　顺序喷射正时图

图4-52　氧传感器反馈控制示意图

②怠速控制。

怠速控制是指控制发动机保证低排放、低油耗的情况下有一个稳定的怠速转速，如图4-53所示为步进电机型怠速控制系统。

图4-53　步进电机型怠速控制系统

一般情况下，采用发动机转速反馈形式，将发动机的实际转速与目标转速进行比较。根据比较得出的差值，去驱动步进电机，改变阀门与阀之间的距离，调节旁通空气道的空气流量，使发动机的怠速转速达到所需要的目标转速。怠速控制程序图如图4-54所示。

图4-54　怠速控制程序图

③自诊断功能。

自诊断功能是指当ECU在传感器网络中检测到任何故障和异常现象时，仪表板上的警报灯就亮。当接通自诊断开关时，ECU就将故障信息用警报灯显示出来。

④废气再循环控制。

NOx是空气中的氮气与氧气在高温、高压条件下形成的。发动机排出的NOx量主要与气缸内的最高温度有关，气缸内最高温度越高，排出的NOx量越多。

废气再循环的目的是将适量的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸内的最高温度，以减少NOx的排放量。为保证发动机正常工作和性能不受过多影响，必须根据发动机工况的变化控制废气再循环量。

EGR控制系统的作用是控制废气再循环量。EGR控制系统多数为电控系统，根据其控制模式不同可分为两种类型：EGR开环控制系统和EGR闭环控制系统。循环量的大小对发动机性能影响很大，量过小时对NOx降低作用不大，量过大时则会造成发动机性能恶化，功率下降，油耗上升。采用ECU控制循环量，能保证在不同工况下均有适量的废气进入气缸。

（四）电控燃油喷射系统的工作原理

1.燃油压力的建立和燃油喷射的方式

油箱内的汽油被电动燃油泵吸出并加压至350kPa左右，经燃油滤清器滤去杂质后，被送至发动机上方的燃油分配管。燃油分配管与安装在各缸进气歧管上的喷油器相通。喷油器是一种电磁阀，由计算机控制。通电时电磁阀开启，压力燃油以雾状喷入进气歧管内，与空气混合，在进气行程中被吸进气缸。

燃油分配管的末端装有油压调节器，用来调整燃油分配管中的压力，使油压保持某一定值（约250～300kPa），多余的燃油从油压调节器上的回油口经回油管返回燃油箱。

2.进气量的控制与测量

进气量由驾驶员通过加速踏板操纵节气门来控制。节气门开度不同，进气量也不同。利用进气歧管绝对压力传感器或空气流量传感器可记录进气量电信号的变化，并传送给计算机，计算机根据传感器信号计算出发动机进气量。

3.喷油量与喷油时刻的确定

ECU根据测量的进气量和转速计算出相应的基本喷油量，再根据水温传感器、进气温度传感器的信号对喷油量进行修正，得出与工况相应的精确喷油量；ECU控制各缸喷油器在每次进气行程开始之前喷油一次，并通过调控每次喷油的持续时间来控制喷油量。一般每次喷油的持续时间为2～10ms。各缸喷油器每次喷油的开始时刻，由ECU根据曲轴转角传感器测得的第一缸上止点的位置来控制。

4.不同工况下的控制模式

电控燃油喷射系统的计算机能根据各个传感器测得的发动机各种运转参数，判断发动机所处的工况，选择不同模式的程序控制发动机的运转，实现启动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等功能。