汽车发动机检修：EFI-D型空气供给系统框架图及结构简介

1.作用

进气系统的作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。

2.组成

（1）L型电控燃油喷射系统（EFI）的组成，如图5-1所示。

图5-1　EFI-L型空气供给系统框架图

L型喷射系统对空气量的测量更精确，应用也比较广泛。

（2）D型电控燃油喷射系统（EFI）的组成，如图5-2所示。

图5-2　EFI-D型空气供给系统框架图

D型喷射系统由于没有空气流量计，其进气系统结构简单，应用比较广泛。

总的来说，空气供给系统会由空气滤清器、气室、节气门体、进气歧管、谐波控制进气系统（ACIS）、怠速控制阀（ISC阀）、传感器（空气流量计、节气门位置传感器、进气温度传感器）等组成，如图5-3所示。

图5-3　空气供给系统的组成

3.空气滤清器

空气滤清器用于滤除空气中的灰尘，一般都为纸质滤芯，如图5-4所示。

如果没有装空气滤清器，发动机的磨损将异乎寻常的快，尤其是现代高速发动机的磨损更快。轿车如不安装空气滤清器，气缸磨损将增加7倍，活塞磨损增加3倍，活塞环磨损增加8倍。

如果不及时更换，会使发动机进气不足、燃油燃烧不完全，导致发动机工作不稳定、动力下降、耗油量增加等现象发生。因此，定期更换空气滤清器不仅对于发动机动力性能的保持有一定的帮助，也颇有益于汽车保养的经济性。

图5-4　空气滤清器

4.气室

气室为一个大气罐，用于存贮空气，当节气门开度频繁变化时可以减少进气的脉动现象，如图5-5所示。

图5-5　气室

5.节气门体

（1）作用

现代汽车越来越多使用的是电子节气门（ETC），它替换了传统加速踏板和节气门体之间的机械连接，通过导线使加速踏板与节气门建立联系，可以改善发动机控制，避免因驾驶员操作不当加速踏板产生不良后果。它通过增加相应的传感器和电控单元，实时精确控制了节气门的开度。它可实现发动机扭矩控制和精确空燃比控制，有助于提高汽车行驶的动力性、平稳性、经济性，并能有效降低排放污染。电子节气门能够根据驾驶员踩油门踏板的意愿自动打开或关闭节气门，使发动机处于相应工况下工作。

目前，电子节气门（ETC）被广泛地运用于汽车的驱动防滑控制（ASR）、巡航控制（CCS）和车辆稳定性控制（VSC）等汽车动力控制系统中。

（2）组成

电子节气门主要由节气门和怠速空气道等组成。节气门位置传感器装在节气门轴上，用来检测节气门的开度。节气门的外部装有节气门缓冲器、节气门位置传感器（节气门开关）、怠速控制阀（ISC阀）和真空软管等控制装置，如图5-6所示。

（3）电子节气门系统（ETC）

电子节气门系统的基本结构由以下几个部分组成：发动机、转速传感器、节气门位置传感器（TPS）、节气门执行器、节气门、加速踏板位置传感器（APP）、车速传感器、变速器、加速踏板、节气门电子控制单元（ECU），如图5-7所示。

图5-6　节气门体

图5-7　电子节气门系统（ETC）

其中，转速传感器也可以用曲轴位置传感器或者凸轮轴位置传感器来代替；节气门执行器是一个步进电机，由它来推动节气门以控制节气门的开度；加速踏板位置传感器的构造及工作原理和节气门位置传感器的构造及工作原理是一样的；节气门电子控制单元一般是和发动机电子控制单元做在一起的。

电子节气门控制系统的工作原理是：加速踏板位置传感器将驾驶员需要加速或减速的信息传递给节气门电子控制单元（ECU），ECU根据得到的信息，计算出相应的最佳节气门位置，发出控制信号给节气门执行器，由节气门执行器将节气门开到计算出的最佳节气门的开度位置。ECU通过与其他电子控制单元（如发动机电子控制单元、自动变速器电子控制单元等）进行通信，ECU根据得到的节气门位置传感器信息、发动机转速传感器信号、车速传感器的信息对节气门的最佳位置进行不断的修正，使节气门的开度达到司机所需要的理想位置。电子节气门控制系统的最大优点是可以实现发动机全范围的最佳扭矩的输出。

（4）机械油门和电子油门的区别

机械油门和电子油门的区别如表5-1所示。

表5-1

6.进气管

在多点电控燃油喷射式发动机上，为了消除进气波动和保证各缸进气均匀，对进气总管和进气歧管的形状、容积都有严格的要求，每个气缸必须有一个单独的进气歧管。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。

7.进气歧管与谐波控制进气系统（ACIS）

空气在进气管内流动时，具有一定的惯性，并且在进气管内产生一种往复运动的压力波，如此压力波到达进气门时即开启进气门，则会明显提高进气充量。实验证明，进气管长时，压力波也长，长的谐波可以使发动机低、中速区段内的功率增大，如图5-8所示。进气管短时，压力波也短，短的谐波可使发动机高转速区段内的功率增大。因此通过进气管长度的设计，改变进气压力波的波长，使之与进气门的启、闭时间（配合相位）密切配合，可以明显提高进气充量，从而使发动机在预定的转速获得最佳的动力。

图5-8　进气歧管与谐波控制进气系统（ACIS）工作示意图

8.怠速控制阀（ISC阀）

（1）2JZ-GE怠速控制

2JZ-GE怠速控制是采用步进电机式怠速控制阀，安装于节气门的外侧。怠速控制阀（ISC阀）的工作原理如图5-9所示。

图5-9　怠速控制阀（ISC阀）的工作原理

（2）工作原理

怠速控制阀由点火开关供电，只要点火开关转至ON位置，怠速控制阀即通电，发动机电脑控制其电路搭铁。当发动机的工作参数偏离正常值时，便使用该阀来调整怠速转速。怠速转速是通过控制旁通节气门体的空气量来调整的。发动机启动后，怠速控制阀开启一段时间后进气量增加，使发动机怠速转速提高150～300r/min。当发动机冷却液温度较低时，怠速控制阀开启，以获得适当的快怠速。发动机电脑根据不同的冷却液温度，通过改变传到怠速控制阀的信号强度来控制怠速控制阀柱塞的位置。步进电机式怠速控制阀是世界上目前应用最多的一种怠速控制装置。用于控制汽车电喷系统旁通空气通道的开度，从而调节旁通气量，使发动机转速达到所要求的目标值。结构原理：由永久磁铁构成的转子、激磁线圈构成的定子和把旋转运动转换成直线运动的进给丝杆及阀门等部分组成。它利用系统供给的步进信号进行转换控制，使转子可以正转，也可以反转，从而使阀芯（丝杆）进行伸缩运动以达到调节旁通空气道截面的目的，从而稳定怠速，并达到理想的怠速转速。

9.传感器

空气供给系统涉及的传感器有空气流量计（MAF）、节气门位置传感器（TPS）、进气温度传感器（ATS）、进气歧管绝对压力传感器（MAP）等。

（1）空气流量计（MAF）

①作用

空气流量传感器（MAF）一般安装在空气滤清器的出口处，如图5-10所示，是用来检测发动机进气量的传感器之一，它将进气系统的空气流量转换为电压或频率信号输送给ECM。

图5-10　空气流量计（MAF）

通过空气流量传感器（MAF）计算基本喷油量、确定最佳点火时间。另外，燃油蒸发控制系统（EVAP）、废气再循环（EGR）等系统的工作也需要参考空气流量传感器的信号。

②类型

汽车发动机通常采用的空气流量传感器主要有叶片式空气流量计、卡门旋涡式空气流量计、热线式空气流量计、热膜式空气流量计四种类型。(www.xing528.com)

③故障及诊断方法

当空气流量传感器（MAF）出现电路短路或断路时，发动机故障指示灯会点亮，维修技术人员可以通过诊断仪查询到ECM内部储存的相关故障码。当空气流量传感器的涡流发生器损坏或热线、热膜严重脏污时，ECM不会储存故障码，发动机故障指示灯也不会点亮。这两种情况都会导致混合气浓度不正确、发动机工作抖动、加速无力、排放污染加重。

（a）性能检查

敲击检查：在发动机怠速运转时，用手指或手掌轻敲空气流量传感器，如果发动机抖动或熄火，说明空气流量传感器可能失效。这种测试方法就称为敲击检查。

（b）仪器检查

用万用表进行导通性检查、电阻测量、电压测量、诊断仪读取故障码和数据流等。

（2）节气门位置传感器（TPS）

①作用

节气门位置传感器（TPS）安装在节气门体的转轴上，如图5-11所示，用于检测节气门的开度。

图5-11　节气门位置传感器（TPS）

②工作原理

节气门由驾驶员通过加速踏板来操纵，以改变发动机的进气量，从而控制发动机的运转。不同的节气门开度，标志着发动机的不同运转工况。为了使喷油量满足不同工况的要求，电子控制汽油喷射系统在节气门体上装有节气门位置传感器。它可以将节气门的开度转换成电信号输送给ECM，作为ECM判定发动机运转工况的依据。

节气门位置传感器采用的是线性可变电阻结构，由两个圆弧形的滑触电阻和两个滑触臂组成，滑触电阻的两端加上5V的电源电压。

当节气门转动时，滑触臂跟着转动，同时在滑触电阻上移动，并且将触点的电位作为输出电压输送给ECM，电位输出与节气门位置成比例。节气门关闭时，ECM测得低电压信号，大约为0.45V；当节气门全部开启时，ECM测得高电压信号，大约为4.8V（由车型而定）。

③故障及诊断方法

当节气门位置传感器信号异常时，可能会导致怠速过高、加速不良或加速冲击等故障现象。例如，某台雨燕车辆存在以下故障：怠速正常，加速时开始无力，随后动力快速提升导致冲击。经过检查发现，此车辆的节气门积炭严重，导致卡滞现象。

节气门位置传感器的主要故障原因包括：传感器内部损坏；连接器或线路断路/短路；节气门卡滞。

④性能检查

节气门位置传感器性能好坏的测量方法：用万用表进行导通性检查、电阻测量、电压测量、诊断仪读取故障码和数据流等。

（3）进气温度传感器（ATS）

①作用

进气温度传感器（ATS）一般安装在空气滤清器壳体上或者空气滤清器后方的进气管道内，如图5-12所示。现在很多汽车上进气温度传感器（ATS）与空气流量传感器集成为一体；或者与进气压力传感器集成为一体。

图5-12　进气温度传感器（ATS）

修正喷油量：由于温度影响空气密度，进气温度直接影响发动机的进气量。温度低，进气量大，氧气含量高，ECM适当增加喷油量；温度高，进气量小，氧气含量低，ECM将适当减少喷油量。

修正点火提前角：进气温度低时，ECM增大点火提前角；进气温度高时，ECM减小点火提前角。

②工作原理

进气温度传感器（ATS）是负温度系数的温度传感器，其工作原理与冷却液温度传感器（ECT）的工作原理类似，检查方法也一致，这里不再赘述。

（4）进气歧管绝对压力传感器（MAP）

提示：与气压相关的概念：

①标准大气压：100kPa；

②真空：指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态；

③真空度：指处于真空状态下的气体稀薄程度；

④绝对真空的压力为0kPa，真空度为100kPa；

⑤绝对压力：以绝对真空作为起点的压力值；

⑥真空度=标准大气压-绝对压力。

图5-13　进气歧管绝对压力传感器（MAP）

进气歧管气压的特点（非增压发动机）：

①真空度随着节气门开度的增大而减小；

②急减速时，进气歧管真空度最大；

③急加速时，进气歧管真空最小；

④怠速真空度是发动机稳定工况中最小的。

进气歧管绝对压力传感器（MAP）位于节气门后方，通常安装在进气歧管上，直接检测进气歧管内压力的变化，如图5-13所示。

进气歧管绝对压力传感器（MAP）信号是确定喷油量和点火时间的基本依据，也是检测发动机负荷的重要参数。

进气歧管绝对压力传感器（MAP）利用速度密度法确定发动机负荷，从而确定所需要的燃油量。

进气歧管绝对压力传感器（MAP）中进气压力传感器信号、节气门位置传感器信号、空气流量传感器信号都是发动机负荷的主要参数，它们之间可以互相监测。

10.可变进气系统

为提高进气效率，在一些汽油机电控燃油喷射系统中采用了可变进气系统。可变进气系统结构如图5-14所示，其工作原理如图5-15所示。

发动机在低转速时，进气控制阀门关闭，气流需经过较长的进气歧管进入汽缸，这样可利用进气的流动惯性来提高进气效率，使发动机在低转速下获得较大的转矩；而在高转速时，则是通过打开控制阀门来减小进气阻力，气流经过较短的进气歧管进入汽缸，从而提高进气效率，可获得较高的最大输出功率。

图5-14　可变进气系统的结构

图5-15　可变进气系统的工作原理

11.进气系统的工作原理

汽车进气系统的工作原理：空气通过进气通道并经过空气流量计，空气流量计的传感器（电位计）在气流压力（流量）的作用下，输出一个电压信号。并把此电压信号传输给ECU，ECU根据此信号和转速等信号来决定基本喷油量。当发动机怠速时，节气门处于全关闭位置。ECU根据此信号和冷却水温度信号来确定怠速喷油量。怠速运转所需的空气量流经旁通通道，在旁通通道中，安装了能改变通路面积的怠速调整螺钉，以调整正常怠速时的空气流量；从而调整怠速运行状况，调整怠速转速。电控怠速控制系统在ECU控制下的怠速控制阀能够根据发动机实际工况的变化来改变怠速时流入发动机的空气量，使发动机在不同工况下都能以最佳转速运转。