喷油器的结构、工作原理及控制方法

一、任务分析

喷油器是电控燃油喷射系统的执行元件，作用是根据ECU发出的脉冲喷油信号，控制燃油喷射量。本任务主要学习喷油器的结构、工作原理、驱动方式，喷油正时控制、喷油量控制、燃油停供控制等内容。通过任务学习，掌握喷油器的检测、拆装方法。

二、相关知识

(一)喷油器的结构与原理

1. 喷油器的结构

喷油器安装在各缸进气歧管或气缸盖上的各缸进气道处。喷油器按喷油口的结构不同可分为孔式和轴针式两种，如图3-20所示。喷油器主要由滤网、线束连接器、电磁线圈、回位弹簧、衔铁和针阀等组成，针阀与衔铁制成一体。轴针式喷油器的针阀下部有轴针伸入喷口，轴针在喷口中不断运动，使喷口不易阻塞。喷油器按电磁线圈电阻值不同可分为低阻式和高阻式两种。

图3-20 喷油器的结构

1—滤网;2—线束连接器;3—电磁线圈;4—回位弹簧;5—衔铁;6—针阀;7—轴针

2. 喷油器的工作原理

当电磁线圈通电时，产生电磁吸力，将衔铁吸起并带动针阀离开阀座，同时回位弹簧被压缩，燃油经过针阀并由轴针与喷口的环隙或喷孔中喷出;当电磁线圈断电时，电磁吸力消失，回位弹簧迅速使针阀关闭，喷油器停止喷油。

3. 喷油器的驱动方式

喷油器的驱动方式分为电流驱动与电压驱动两种，如图3-21所示。电流驱动只适用于低阻喷油器，电压驱动既适用于低阻喷油器，又适用于高阻喷油器。低阻喷油器指电磁线圈电阻值为2～3Ω，高阻喷油器指电磁线圈电阻值为12～17Ω。在电流驱动回路中无附加电阻，低阻喷油器直接与蓄电池连接，通过ECU中的晶体管对流过喷油器电磁线圈的电流进行控制。在电压驱动回路中使用低阻喷油器时，必须在回路中串入附加电阻;使用高阻喷油器就不需要串入附加电阻。

图3-21 喷油器驱动回路

(二)喷油正时控制

现代发动机都采用多点间歇式喷射方式，不同的喷油时刻对发动机工作有较大影响。喷油正时是按照发动机各缸工作顺序以曲轴转角为基准、ECU控制喷油器开始喷油的最佳时刻。

1. 同时喷射正时控制

同时喷射方式是所有各缸喷油器由ECU控制同时喷油和停油，其喷油器的电路和控制程序都较简单，其控制电路如图3-22所示，所有的喷油器并联连接。ECU根据曲轴位置传感器送入的基准信号、发动机喷油器控制信号、控制功率三极管的导通和截止来控制各喷油器电磁线圈电路同时接通和切断，使各缸喷油器同时喷油，通常曲轴每转一圈，各缸喷油器同时喷射一次。由于在发动机的一个工作循环中喷射两次，因此，这种喷射方式为同步双次喷射。两次喷射的燃油，在进气门打开时一起进入气缸，图3-23为同时喷射正时图。

由于这种喷射方式是所有各缸喷油器同时喷射，所以，喷油正时与发动机进气、压缩、做功、排气的工作循环没有什么关系。其缺点是由于各缸喷油时间不可能全部最佳，可能会导致各缸的混合气形成不一样。但这种喷射方式不需要气缸差别信号，而且喷射驱动回路通用性好，其电路结构与软件都比较简单，在早期的多点喷射方式中有较多应用。

2. 分组喷射

分组喷射一般是把所有气缸的喷油器分成2～4组，由ECU分组控制喷油器。四缸发动机一般把喷油器分成两组，ECU分组控制喷油器，两组喷油器轮流交替喷射。分组喷射的控制电路如图3-24所示。每一工作循环中，各喷油器均喷射一次或两次。一般多是发动机每转一转，只有一组喷射，图3-25为分组喷射正时图。

图3-22 同时喷射控制电路

图3-23 同时喷射正时图

图3-24 分组喷射控制电路

3. 顺序喷射

顺序喷射也称独立喷射。采用顺序喷射中，各缸喷油器分别由ECU进行控制。像点火系一样，发动机每一工作循环，各缸喷油器都按工作顺序轮流喷射一次。顺序喷射的控制电路如图3-26所示。各缸喷油器分别由ECU进行控制。驱动回路数与气缸数目相等。

ECU根据凸轮轴位置传感器信号、曲轴位置传感器信号和发动机各缸工作顺序，确定各缸工作位置。当确定某缸活塞运行至排气行程上止点前某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸即开始喷射。如图3-27为某四缸发动机顺序喷射正时图。

图3-25 分组喷射正时图

图3-26 顺序喷射控制电路

图3-27 某四缸发动机顺序喷射正时图

由于顺序喷射可以设置各缸最佳喷油时刻(喷油正时)，对混合气的形成有利，所以，它可以提高发动机的动力性、燃油经济性和降低有害物的排放。但是顺序喷射方式的控制系统的电路结构及软件都较复杂，然而对现代电控技术来讲，已不算问题，所以，顺序喷射已经普遍应用在各档次汽车发动机电控系统中。

(三)喷油量控制

喷油量控制是电控燃油喷射系统最主要的控制功能之一，其目的是使发动机在各种运行工况下，都能获得最佳的混合气浓度，以提高发动机的经济性和降低排放污染。

当喷油器的结构和喷油压差一定时，喷油多少就取决于喷油时间。在汽油机电控燃油喷射系统中，喷油控制是通过对喷油器喷油时间的控制来实现的。

1. 发动机起动时的喷油量控制

在发动机起动时，由于转速波动大，气流不稳定，所以无论是D型电控燃油喷射系统中的进气歧管绝对压力传感器还是L型电控燃油喷射系统中的空气流量传感器，都不能精确地确定进气量，也就无法确定合适的基本喷油时间(喷油脉宽)，所以，发动机起动时的喷油量控制与起动后的控制不同。发动机起动时，ECU根据冷却液温度，由内存的冷却液温度——喷油时间曲线来确定基本喷油时间，如图3-28所示。然后再根据进气温度和蓄电池电压进行修正，得到起动时的喷油持续时间。

在发动机转速低于规定值或点火开关接通位于起动挡时，喷油时间的确定，如图3-29所示。ECU根据冷却液温度传感器信号和内存的冷却液温度-喷油时间曲线确定基本喷油时间，根据进气温度传感器信号对喷油时间做修正(延长或缩短)。然后再根据蓄电池电压适当延长喷油时间，以实现喷油量的进一步修正，即电压修正。

图3-28 起动时的基本喷油时间

图3-29 喷油时间的确定

电压修正是因为喷油器的实际喷油时刻比ECU发出喷油指令的时刻晚，即存在一段滞后时间，使喷油器喷油的实际时间比ECU确定的喷油时间短，导致喷油量不足，使实际空燃比高于发动机要求的空燃比。蓄电池电压越低，滞后时间越长。因此，ECU需根据蓄电池电压适当延长喷油时间，以提高喷油量控制的精度。

2. 发动机起动后的喷油量控制

发动机起动后转速超过预定值时，ECU确定的喷油持续时间为:

喷油持续时间=基本喷油持续时间×喷油修正系数+电压修正值

式中，喷油修正系数是各种修正系数的总和。

在D型电控燃油喷射系统中，ECU根据发动机转速信号(Ne信号)和进气歧管绝对压力传感器信号，由内存的基本喷油时间三维图确定基本喷油时间。

L型电控燃油喷射系统中，ECU则根据转速信号和空气流量传感器信号确定基本喷油时间。这个基本喷油时间是实现既定空燃比(理论空燃比14.7∶1)的喷射时间。

发动机起动后的各工况下，ECU在确定基本喷油时间的同时，还必须根据各种传感器输送来的发动机运行工况信息，对基本喷油时间进行修正。

(1)起动后加浓修正。

发动机完成起动后，为使发动机保持稳定运转，ECU根据冷却液温度确定喷油时间的初始修正值，然后以一固定速度下降，逐步达到正常。

(2)暖机加浓修正。

发动机温度较低时，燃油蒸发性差，为使发动机迅速进入最佳工作状态，必须供给较浓的混合气。发动机起动后，在达到正常工作温度之前，ECU根据冷却液温度信号对喷油时间进行修正。暖机加浓还受怠速信号控制，当节气门位置传感器中的怠速触点接通或断开时，根据发动机转速不同，ECU使喷油时间有少量变化。

(3)进气温度修正。

发动机进气温度影响进气密度，ECU根据进气温度传感器提供的进气温度信号，对喷油时间进行修正。通常以20℃为进气温度信息的标准温度，低于20℃时空气密度大，ECU适当增加喷油时间，使混合气不致过稀;进气温度高于20℃ 时，空气密度减小，适当减少喷油时间，以防混合气偏浓。进气温度修正系数的确定，增加或减少的最大修正量约为10%。

(4)大负荷工况喷油量修正。

发动机在大负荷工况下运转时，要求使用较浓的功率混合气以获得大功率，ECU根据发动机负荷修正喷油时间。发动机工作时，ECU可根据进气歧管绝对压力传感器信号或空气流量传感器信号以及节气门位置传感器输送的全负荷信号或节气门开度信号判断发动机负荷状况，大负荷时适当增加喷油时间。大负荷的加浓量约为正常喷油量的10%～30%。有些发动机大负荷加浓量还与冷却水温度信号相关。

(5)过渡工况喷油量修正。

发动机在过渡工况(加速或减速)下运行时，为获得良好的动力性、经济性和响应性，需要适当修正喷油时间。ECU主要根据进气歧管绝对压力传感器信号或空气流量传感器信号、发动机转速信号、车速信号、节气门位置传感器信号、空挡起动开关信号判断过渡工况，对喷油时间进行修正。

(6)怠速稳定性修正。

在D型电控燃油喷射系统，决定基本喷油时间的是进气歧管绝对压力的变化，在过渡工况时，相对于发动机转速的变化将产生滞后。节气门之后进气管容积越大，怠速时发动机转速越低，这种滞后时间越长。由于ECU检测到进气管绝对压力变化较转速变化的时间滞后，发动机输出转矩的变化也较转速变化滞后，必将导致发动机怠速转速上升时转矩也上升，怠速转速下降时转矩也下降，造成发动机怠速运转不稳定。为了提高发动机怠速运转的稳定性，ECU根据进气歧管绝对压力传感器信号和发动机转速信号对喷油量进行修正。随进气歧管绝对压力增大或怠速转速降低，适当增加喷油时间;随进气歧管绝对压力减少或怠速转速增高，适当减少喷油时间。

(四)燃油停供控制

1. 减速断油控制

汽车在高速行驶中，若ECU收到油门踏板突然松开并减速的信号时，会切断燃油喷射控制电路，停止喷油，当发动机转速降至设定转速时又恢复正常喷油。这样，可以防止混合气过浓，降低碳氢化合物及一氧化碳的排放量。减速断油控制条件:

(1)节气门位置传感器的怠速触点闭合。

(2)冷却液温度已经达到正常温度。(www.xing528.com)

(3)发动机转速高于某一转速。

减速断油控制是当发动机在高转速运转过程中突然减速时，ECU自动控制喷油器中断燃油喷射，直到发动机转速下降到设定的转速时，再恢复喷油。

2. 限速断油控制

在发动机运转过程中，ECU随时都将曲轴位置传感器测得的发动机实际转速与存储器中存储的极限转速进行比较。当实际转速达到或超过安全转速时，ECU就发出停止喷油指令，控制喷油器停止喷油，限制发动机转速进一步升高。喷油器停止喷油后，发动机转速将降低。当发动机转速下降至低于安全转速时，ECU将控制喷油器恢复喷油。

3. 清溢油断油控制

起动发动机时，如果多次起动未能着火，将会使浓混合气进入气缸并会浸湿火花塞，使其不能跳火而出现发动机不能起动的现象，这种火花塞被混合气浸湿的现象称为“溢油”或“淹缸”。当出现溢油现象时，发动机将不能正常起动。这时可将发动机油门踏板踩到底，接通起动开关起动发动机，ECU自动控制喷油器停止喷油，以便排除气缸内的燃油蒸汽，使火花塞干燥，并能跳火，这种控制称为清溢油断油控制。清溢油断油控制的条件是:

(1)点火开关处于起动位置。

(2)节气门全开。

(3)发动机转速低于500r/min。

在正常起动电控发动机时，不要踩下油门踏板，而是直接打起动开关。否则电控系统可能进入清溢油断油控制而使电控发动机无法起动。

4. 升挡断油控制

在电控自动变速器汽车上，在行驶过程中，如果变速器需自动升挡时，变速器ECU会向发动机ECU发出扭矩传感器信号，发动机ECU接收到这个信号后，立即发出指令，使个别气缸停止喷油，以便降低发动机转速，减轻换挡冲击，这种控制称为升挡断油控制。

三、任务实施

(一)教学设备

(1)桑塔纳2000电控发动机实验台架或同型号汽车;

(2)万用表;

(3)常用工具一套。

(二)喷油器的检测

1. 喷油器就车诊断

接通点火开关，使发动机怠速运转，用螺丝刀或听诊器测试各缸喷油器的工作声音，若各缸喷油器的工作声音清脆均匀，说明各缸喷油器的工作正常;若听不到某缸喷油器的工作声音，则应测量该喷油器的电磁线圈的电阻及检查喷油器的控制线路。

2. 喷油器线圈阻值检测

拔下喷油器线束插头，用万用表测量喷油器两端子之间的电阻，低阻值喷油器应为2～3Ω，高阻值喷油器应为12～17Ω，否则应更换喷油器。

3. 喷油器控制电路检测

(1)拆开喷油器线束插接器，接通点火开关，但不起动发动机。

(2)用万用表检测喷油器的供电电压，应为蓄电池电压(即端子1与发动机搭铁之间的电压)。

(3)若供电电压不符合，应检查供电线路、点火开关、继电器或保险丝是否正常。

(4)测量各喷油器插头负极端子与发动机ECU喷油器端子之间的阻值，应小于1Ω，如图3-30所示。如桑塔纳2000喷油器端子2与ECU端子73、80、58、65之间的阻值应小于1Ω，否则说明线路断路或接触不良。

图3-30 喷油器的控制电路及检测

4. 喷油器喷油量检测

喷油器喷油量的检测可在专用设备上进行检查，检测方法是:

(1)将被测喷油器插入量杯中。

(2)使燃油泵工作。

(3)用导线让蓄电池直接给喷油器通电，使喷油器喷油30s，观察喷油量。一般喷油量为85～105m L/30s(具体车型请以维修手册数据为准)，各缸喷油器的喷油量相差不超过5%。

(4)每个喷油器应重复检查2～3次，各缸喷油器的喷油量和均匀度应符合标准。

(5)观察燃油从喷孔喷出的形状，应为35°左右的圆锥雾状。

5. 喷油器密封性检查

喷油器的密封性可在专用设备上进行检查，在检测喷油量之前，直接给燃油泵通电，油压达到正常时，观察喷油器有无滴漏现象。也可将喷油器和输油管从安装位置上拆下，再与燃油系统连接好，打开点火开关，让燃油泵通电工作，观察喷油器有无滴漏现象。若2min内喷油器滴油不超过1滴，说明喷油器密封性良好，否则应更换喷油器。

注意:低阻型喷油器不能直接与蓄电池连接，必须串联一个8～10Ω的附加电阻。同时要求作业环境要通风，避免烟火。

(三)喷油器的拆装

1. 拆卸喷油器

(1)发动机停机后，燃油系统当中会有较大的压力，必须释放燃油压力，然后再拆卸喷油器。

(2)拆下蓄电池负极线及各缸喷油器的线束插头，如图3-31所示。

(3)拆下燃油分配管上的进油管和回油管。

(4)拆下油压调节器上的真空软管，再拆下油压调节器。

(5)松开燃油分配管上的紧固螺栓，将燃油分配管及喷油器一起拆下。

(6)从燃油分配管上拆下喷油器及密封垫圈。

2. 安装喷油器

(1)将喷油器安装在燃油分配管上，安装时应不断转动喷油器，以免损坏“O”形圈;

(2)在进气歧管上相应喷油器孔位置处，放好橡胶密封圈。

(3)将喷油器连同燃油分配管一起装在发动机上，并拧紧固定螺栓。

(4)用手转动喷油器，如果能平稳转动，说明安装良好;否则说明“O”形圈安装不当，应重新安装。

(5)安装进油管和回油管，插上真空软管及各缸喷油器线束。

(6)检查并确认无漏装零件。

(7)预置燃油系统压力，检查有无漏油现象。

(8)起动发动机，检查发动机怠速是否平稳，检查喷油器密封圈有无漏气现象。

注意:在安装喷油器“O”形圈时，应在涂抹凡士林或其他不伤害橡胶和塑料的润滑油脂后，再安装，以避免损坏“O”形圈。

图3-31 喷油器拆装示意图

1—蓄电池负极;2—喷油器线束插头;3—燃油压力调节器;4—油管;5—油轨;6—喷油器;7—密封圈

四、检查与评估

本次课程主要依据表3-3考核学生对任务的完成情况。

表3-3 喷油器考核卡

续表