汽车发动机电控技术:燃油喷射系统结构

一、任务分析

汽油机电控燃油喷射系统是电控发动机的一个重要组成部分。汽车发动机电控燃油喷射系统由空气供给系统、电子控制系统、燃油供给系统三部分组成。本任务主要学习汽油机电控燃油喷射系统的功用、类型、组成。通过任务学习，掌握汽油机电控燃油喷射系统零部件的拆装与检修方法。

二、相关知识

(一)汽油机电控燃油喷射系统概述

1. 汽油机电控燃油喷射系统的功用

汽油机电控燃油喷射系统的功用是将一定压力的清洁汽油通过喷油器适时喷射到进气歧管或气缸内，系统油压由燃油压力调节器控制在一定范围内，喷油量和喷油正时均由发动机控制单元根据传感器信号确定。

2. 汽油机电控燃油喷射系统的类型

(1)按喷射位置不同分类。

按喷射位置不同，电控燃油喷射系统可分为进气管喷射和缸内直接喷射两种类型。目前，汽车上应用的电控燃油喷射系统大多是进气管喷射式。缸内直接喷射技术是近年来研究和开发的发动机新技术，它是将喷油器安装在气缸盖上，把燃油直接喷入气缸内，并配合缸内气体流动形成可燃混合气。该喷射技术容易实现分层燃烧和稀混合气燃烧，可进一步提高汽油发动机的经济性和排放性。

(2)按测量空气量方式不同分类。

按测量空气量方式不同，电控燃油喷射系统可分为D型电控燃油喷射系统和L型电控燃油喷射系统。

D型电控燃油喷射系统利用进气歧管绝对压力传感器检测进气管内的绝对压力，电脑根据进气管内的绝对压力和发动机转速推算出发动机的进气量，再根据进气量和发动机转速确定基本喷油量。

L型电控燃油喷射系统利用空气流量传感器直接测量发动机的进气量，电脑不必进行推算，即可根据空气流量传感器信号计算与该空气量相应的喷油量。由于消除了推算进气量的误差影响，其测量的准确程度高于D型，故对混合气浓度的控制更精确。L型电控燃油喷射系统的基本工作原理如图3-1所示。

图3-1 L型电控燃油喷射系统

1—空气流量传感器;2—进气温度传感器;3—冷却液温度传感器;4—节气门位置传感器;5—凸轮轴位置传感器信号;6—转速传感器信号;7—氧传感器信号;8—电动燃油泵;9—燃油压力调节器;10—喷油器

(3)按喷射方式分类。

按喷射方式不同，燃油喷射系统可分为连续喷射方式和间歇喷射方式。连续喷射方式是指在发动机运转期间，汽油连续不断地喷射在进气道内，且大部分汽油是在进气门关闭时喷射的，因此大部分汽油在进气道内蒸发。电控燃油喷射系统一般不采用此种喷射方式。

间歇喷射方式是指在发动机运转期间，将汽油间歇地喷入进气道内。在目前广泛采用间歇喷射方式的多点电控燃油喷射系统中，按各缸喷油器的喷射顺序又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射，如图3-2所示。

图3-2 喷油器喷射顺序

(二)汽油机电控燃油喷射系统的组成

汽车发动机电控燃油喷射系统由空气供给系统、电子控制系统、燃油供给系统三部分组成。

1. 空气供给系统

空气供给系统为发动机提供清洁的空气并控制发动机正常工作时的进气量。

2. 电子控制系统

电子控制系统的功能是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。该系统由传感器、ECU和执行器三部分组成。传感器是信号转换装置，安装在发动机各相应部位，其功用是检测发动机运行状态的各个参数，并将这些参数转换成ECU能够识别的电信号输入ECU。检测发动机工况的传感器有:空气流量传感器、进气歧管绝对压力传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器、车速传感器、氧传感器、爆震传感器和空调离合器开关等。

ECU是发动机控制系统的核心部件。其存储器中存放了发动机各种工况的最佳喷油持续时间，ECU在接收各种传感器传来的信号后，经过计算确定满足发动机运转状态的燃油喷射量和喷油时间。ECU还可对多种信息进行处理，实现电控燃油喷射系统以外其他诸多方面的控制，如点火控制、怠速控制和废气再循环控制等辅助控制。

执行器是控制系统的执行机构，其功用是接受ECU输出的各种控制指令，完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳工作状态，如喷油脉宽控制、点火提前角控制、炭罐清污、自诊断、故障备用程序起动和仪表显示等。

3. 燃油供给系统

燃油供给系统是供给喷油器一定压力燃油的装置，喷油器则根据电子控制单元指令喷油。燃油供给系统一般由油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、喷油器及燃油分配管等组成，如图3-3所示。

发动机工作时，电动燃油泵把汽油从油箱中吸出，汽油经燃油管和滤清器到达燃油分配管，然后分送到各个喷油器。燃油分配管上装有燃油压力调节器，对燃油压力进行调整，多余的燃油经燃油压力调节器返回油箱。

图3-3 燃油供给系统的组成

A—接进气歧管;1—燃油滤清器;2—电动燃油泵;3—油箱;4—燃油压力调节器;5—燃油分配管;6—喷油器

(1)油箱。

油箱用以存储汽油，油箱的数目及容量随车型不同而不同，普通汽车具有一个油箱，越野汽车常有主、副两个油箱，以适应军用要求。一般油箱的储备里程即储存的燃油可供汽车行驶的里程为300～600km。

在货车上，油箱通常装在车架的外侧、驾驶员座位下或货台下面，而轿车的油箱则安装在车身的后部，图3-4所示为桑塔纳2000GSi轿车油箱及附件分解图。

图3-4 桑塔纳2000GSi轿车油箱及附件分解图

1—油箱;2—加注燃油透气管;3—回油管;4—输油管;5—塑料紧固螺母;6—透气管(连接活性炭罐);7—密封凸缘;8—浮子;9—导线;10—油泵总成;11—油箱夹带;12—夹带螺栓

(2)燃油滤清器。

燃油滤清器安装在燃油泵之后的高压油路中，其功用是滤除燃油中的杂质和水分，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，以保证发动机正常工作。

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。燃油滤清器的结构如图3-5所示，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。

图3-5 燃油滤清器的结构图

1—入口;2—出口;3—滤芯

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。

(3)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，其作用是给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。

电动燃油泵的结构与控制电路将在后续章节中进行详细讲解。

(4)燃油分配管。

燃油分配管安装在发动机进气歧管上部，其功用是固定喷油器和燃油压力调节器，并将燃油分配到各个喷油器，其结构如图3-6所示。

图3-6 燃油分配管的结构

1—卡簧;2—“O”形圈;3—与进气管相连;4—燃油压力调节器;5—喷油器;6—燃油分配管

燃油分配管一般用铝合金制成圆形管状或方形管状，虽然燃油分配管位于发动机上部，所处环境温度较高，管中汽油容易挥发，但是由于燃油泵的供油量远远大于发动机的最大耗油量，剩余的汽油又经燃油压力调节器上的回油管返回油箱。因此，在燃油分配管及进油管中，汽油不断地流动带走了热量，对燃油分配管和进油管起到了冷却作用。另外，由于大量的汽油返回油箱，也带走了燃油分配管中的汽油蒸汽，可以防止气阻，提高发动机的热起动性能。

(5)燃油压力调节器。

①燃油压力调节器的结构。

燃油压力调节器通常安装在燃油分配管的一端，其结构如图3-7所示，主要由膜片、弹簧、回油阀等组成。膜片将调节器壳体内部分成两个室，即弹簧室和燃油室，膜片上方的弹簧室通过软管与进气管相通，膜片与回油阀相连，回油阀控制回油量。

图3-7 燃油压力调节器的结构

1—弹簧室;2—弹簧;3—膜片;4—燃油室; 5—回油阀;6—壳体;7—真空管接头

②燃油压力调节器的功用及工作原理。

在电控燃油喷射系统中，ECU通过控制喷油器的喷油时间来实现对喷油量的控制。但在喷油器的结构、尺寸一定时，如果燃油分配管内的压力不同，则喷油器在单位时间里的喷油量也不相同。因此，要保证燃油喷射量的精确控制，必须保持恒定的喷油压差。所谓喷油压差是指燃油分配管内的燃油压力与进气歧管内气体压力的差值。进气歧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，必须根据进气歧管内压力的变化来调节燃油压力。

燃油压力调节器的功用就是使燃油分配管内的燃油压力与进气歧管内的气体压力之差保持恒定，一般为250～300k Pa。另外，燃油压力调节器还起到缓冲燃油泵供油时产生的压力脉动及喷油器断续喷油时产生的压力脉动的作用。

发动机工作时，燃油压力调节器的膜片上方承受的压力为弹簧的弹力和进气管内气体的压力之和，膜片下方承受的压力为燃油压力，当膜片上、下承受的压力相等时，膜片处于平衡位置不动。当进气管内气体压力下降(真空度增大)时，膜片向上移动，回油阀开度增大，回油量增多，使燃油分配管内燃油压力也下降;反之，当进气管内的气体压力升高时，则膜片带动回油阀向下移动，回油阀开度减小。回油量减少，使燃油分配管内燃油压力也升高。由此可见，在发动机工作时，燃油压力调节器通过控制回油量来调节燃油分配管内燃油压力，从而保持喷油压差恒定不变。(www.xing528.com)

发动机工作时，由于燃油泵的供油量远大于发动机消耗的油量，所以回油阀始终保持开启，使多余燃油经过回油管流回油箱。发动机停止工作(燃油泵停转)时，随燃油分配管内燃油压力下降，回油阀在弹簧作用下逐渐关闭，以保持燃油系统内有一定的残余压力。

(6)喷油器。

喷油器是发动机电控燃油喷射系统中的一个关键的执行元件，在ECU的精确控制下，将汽油呈雾状喷射入进气道或者进气歧管内。

ECU利用脉冲宽度来控制喷油器的打开喷油时间，从而控制喷油量。一般喷油器每次打开喷油的时间为2～10ms。时间越长，喷油量就越大。

喷油器的结构与控制电路将在后续章节中进行详细讲解。

三、任务实施

(一)教学设备

(1)桑塔纳电控发动机实验台架或同型号汽车;

(2)油压表;

(3)常用工具。

(二)油箱的拆装

1. 油箱的拆卸

(1)在点火开关断开的情况下，拔下蓄电池的搭铁线。

(2)使用专用设备抽取汽油箱内的汽油。

(3)旋下位于行李厢内地毯下的油箱密封凸缘。

(4)拔下导线插头4上的导线，如图3-8所示。

(5)打开加油口盖板，撬出环绕在加油颈部的橡胶件的夹环。

(6)将橡胶件推入。

(7)旋下在车底部的加油颈固定螺栓。

图3-8 拔下导管插头

1—回油管;2—通气管;3—进油管;4—导线插头

图3-9 拔下输油管、回油管和通气管

1—输油管;2—回油管;3—通气管

(8)拔下位于车辆底部的输油管1、回油管2和通气管3，如图3-9所示。

(9)将发动机(及变速器)托架放置在油箱下。

(10)松开油箱夹带。

(11)放下油箱。

2. 油箱的组装与安装

油箱的组装与安装按拆卸与分解相反顺序进行，注意各连接螺栓按规定力矩紧固。

(三) 燃油滤清器的拆装

(1)松开车辆底部汽油滤清器托架紧固螺栓，取下燃油滤清器托架。

(2)松开夹箍，拔下燃油滤清器的油管，使用一块抹布防止剩余的汽油滴落。

(3)取下燃油滤清器。

(4)安装上新的燃油滤清器时应注意燃油滤清器上箭头应该指向汽油的流向。

(四)燃油压力检测

1. 供油压力检测

以桑塔纳2000型轿车燃油系统的油压测试为例，介绍其检测方法和步骤。

(1)测试前应检查电源电压是否正常。

(2)按要求释放系统油压。

(3)按要求连接油压表，如图3-10所示。

图3-10 油压表的连接

1—喷油器;2—燃油分配管;3—燃油压力调节器;4—真空管;5—油压表;6—燃油滤清器;7—回油管;8—输油管;9—油箱;10—电动燃油泵

(4)接通点火开关，发动机怠速运转时，油压表显示的压力值应为300k Pa。

(5)突然加大节气门开度时，油压表压力应迅速增大到350k Pa左右。

(6)在怠速时，拔下油压调节器上的真空管，并用手指堵住进气管一侧的管口，油压表压力必须升高到320k Pa。

若燃油系统压力过低，可夹住回油软管以切断回油管路，再观察油压表的指示压力，如果压力恢复正常，说明燃油压力调节器有故障，应更换;若仍压力过低，应检查燃油系统有无泄漏，燃油泵滤网、燃油滤清器和燃油管路是否堵塞，若无泄漏和堵塞故障，应更换燃油泵。

若油压表指示压力过高，应检查回油管路是否堵塞;若回油管路正常，说明燃油压力调节器有故障，应更换。

(7)如果测试燃油系统的压力符合标准，使发动机运转至正常工作温度后，重新接上燃油压力调节器上的真空软管，燃油压力表的指示压力应略有下降(约0.05MPa);否则应检查真空管路是否堵塞或漏气，若真空管路正常，则说明燃油压力调节器有故障，应更换。

2. 残余压力检测

(1)保证电源电压正常。

(2)接通点火开关，保持发动机怠速运转，使油压表压力达到额定值。

(3)断开点火开关，等待10min后，油压表压力必须高于220k Pa。

(4)如果压力低于220k Pa，则重复步骤(2)。

(5)断开点火开关，夹住回油管，同时观察油压表压力，等待10min后，如表压力高于200k Pa，说明油压调节器失效，应予以更换。

(6)如果压力低于200k Pa，说明输油管、喷油器有泄漏或燃油泵单向阀有故障或喷油器进油口“O”形密封圈失效，需逐项进行检修。

四、检查与评估

本次课程主要依据表3-1考核学生对任务的完成情况。

表3-1 汽油机电控燃油喷射系统结构考核卡

续表