第1章 汽车发动机电控技术概述
1.1 概 述
1.1.1 汽车发动机电控技术发展
汽车发动机电控技术的发展始于20世纪60年代，可分为三个阶段:第一阶段，从20世纪60年代中期到70年代末期，主要是为改善部分性能而对汽车电器产品进行技术改造。第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期。进入20世纪70年代后，随着汽车数量的日益增多，汽车安全问题和排放污染日益严重，能源危机的影响更加突出。第三阶段，从20世纪90年代中期到现在，主要体现在以“人-车-环境”为主线的系统工程整体的优化上。 1.1.2 电控技术对汽车发动机性能的影响
1.提高发动机的动力性。 2.提高发动机的燃油经济性。 3.改善发动机的加速或减速性能。 4.改善发动机的起动性能。 5.降低排放污染。
6.故障发生率大大降低。
1.2 应用在汽车发动机上的电子控制系统
目前应用在汽车发动机上常用的电子控制系统主要有:电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、进气控制系统、排放控制系统、增压控制系统、巡航控制系统、警告提示系统、自诊断与报警系统、失效保护系统和应急备用系统。
1.电控燃油喷射系统
主要是根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气。
2.电控点火系统 电控点火系统最基本的功能是控制点火提前角。该系统根据各相关传感器信号判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，改善发动机的燃烧过程。
3.怠速控制系统
根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等状况，并通过怠速控制阀对发动机进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。 4.进气控制系统 进气控制系统的功能是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机的动力性。
5.排放控制系统 排放控制系统的功能主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。
6.增压控制系统 增压控制系统的功能是对发动机进气增压装置的工作进行控制。
7.巡航控制系统 巡航控制系统的功用是驾驶员设定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作，使汽车自动维持在一定的车速进行行驶。 8.警告提示系统 由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示，如氧传感器失效、油箱油温过高等。
9.自诊断与报警系统 在发动机电控系统中，电子控制单元（ECU）都具有自诊断系统，对控制系统各部分的工作情况进行监测。
10.失效保护系统 失效保护系统的功能主要是当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。 11.应急备用系统 应急备用系统的功能是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防止车辆停驶在路途中。应急备用系统只能维持发动机运转的基本功能，但不能保证发动机的性能。
1.3 汽车发动机电控系统的基本组成
1.3.1 电控系统的基本组成类型
1.电控系统的基本组成
任何一种电控系统，其主要组成都可分为信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行元件三大部分。信号输入装置是各种传感器。传感器的功用是采集控制系统所需的信号，并将其转换成电信号通过线路传输给ECU。电子控制单元（ECU）是一种综合控制电子装置，其功用是给各传感器提供参考（基准）电压，接收传感器或其他装置输入的信号，并对所接收的信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行元件发出指令。执行元件是受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。
2.电控系统的类型 电控系统有两种基本类型:即开环控制系统和闭环控制系统。 1.3.2 传感器的类型及功用
汽车发动机集中控制系统所用的传感器主要有: 1.空气流量计（MAFS）
由空气流量计测量发动机的进气量，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
2.进气管绝对压力传感器（MAPS）
由进气管绝对压力传感器测量进气管内气体的绝对压力，并将该信号输入ECU，作为燃油和点火控制的主控制信号。 3.节气门位置传感器（TPS） 节气门位置传感器检测节气门的开度及开度变化（如全关（怠速）、全开）以及节气门开闭的速率（单位时间内开闭的角度）信号，此信号输入ECU，用于燃油喷射控制及其他辅助控制（如EGR、开闭环控制等）。 4.凸轮轴位置传感器（CMPS） 凸轮轴位置传感器给ECU提供曲轴转角基准位置信号（G信号），作为供油正时控制和点火正时控制的主控制信号。
5.曲轴位置传感器（CKPS） 曲轴位置传感器有时称为转速传感器，用来检测曲轴转角位移，作为供油正时控制和点火正时控制的主控制信号。
6.进气温度传感器（IATS） 进气温度传感器的功用是给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。
7.发动机冷却液温度传感器（ECTS） 发动机冷却液温度传感器给ECU提供发动机冷却液温度信号，作为燃油喷射控制和发动机的修正信号。 8.车速传感器（VSS） 车速传感器检测汽车行驶速度，给ECU提供车速信号（SPD信号），用于巡航控制和限速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。
9.氧传感器（O2 S） 氧传感器用来检测汽车排气中的氧含量，向ECU输送空燃比的反馈信号，进行喷油量的闭环控制。
10.爆燃传感器（KS） 爆燃传感器用来检测汽油机是否爆燃及爆燃强度，将此信号输入ECU，可作为点火正时控制的修正（反馈）信号。
11.起动开关（STA） 发动机起动时，通过起动开关给ECU提供一个起动信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。
12.空调开关（A/C）又称空调信号 空调信号用来检测空调压缩机是否工作，空调信号与空调压缩机电磁离合器的电源在一起，ECU根据A/C信号控制发动机怠速时点火提前角、怠速转速和断油转速等，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。
13.挡位开关 自动变速器由P/N（停车或空挡）挡位挂入其他挡位时，发动机负荷将有所增加，挡位开关向ECU输入信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。
14.制动灯开关 在制动时，由制动灯开关向ECU提供制动信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。
15.动力转向开关 采用动力转向装置的汽车，当转向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时动力转向开关向ECU输入信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。
16.巡航（定速）控制开关 当进入巡航控制状态时，由巡航控制开关向ECU输入巡航控制状态信号，由ECU对车速进行自动控制。随着控制系统应用的日益广泛及其功能的扩展，传感器的数量也将不断增加，以满足汽车更高的要求。 1.3.3 电子控制单元的基本功能
发动机控制ECU的功能随车型而异，但都必须有如下基本功能: （1）给传感器提供标准2 V、5 V、9 V或者12 V电压，接收各种传感器和其他装置输入的信息，并将输入的信息转换成微机所能接受的数字信号。（2）储存该车型的特征参数和运算中所需的有关数据信息。（3）确定计算输出指令所需的程序，并根据输入信号和相关程序计算输出指令数值。（4）将输入指令信号和输出指令信号与标准值进行比较，确定并储存故障信息。（5）向执行元件输出指令，或根据指令输出自身已储存的信息（如故障信息等）。（6）自我修正功能（学习功能）。 1.3.4 执行元件的类型
在发动机集中控制系统中，执行元件主要有:喷油器、点火器、怠速控制阀、巡航控制电磁阀、节气门控制电动机、EGR阀、进气控制阀、二次空气喷射阀、活性炭罐排泄电磁阀、油泵继电器、风扇继电器、空调压缩机继电器、自诊断显示与报警装置、仪表显示器等。
第2章 汽油机电控燃油喷射系统
2.1 电控燃油喷射系统概述
2.1.1 燃油喷射系统的基本概念
燃油喷射式是根据直接或间接测量空气的进气量，确定燃烧所需的汽油量并通过控制喷油量开启时间来进行精确配制，使一定量的汽油以一定的压力通过喷油器喷射到发动机的进气道或汽缸内与相应空气形成可燃混合气。
2.1.2 燃油喷射系统的分类 1.按控制装置的控制方式分类
按控制装置的控制方式的不同可分为机械控制式燃油喷射系统（K型）、机电混合控制式燃油喷射系统（K -E型）和电控燃油喷射系统（EFI）三类。 2.按燃油喷射位置分类
按燃油喷射位置不同可分为缸内喷射和缸外喷射。
3.按喷油器安装部位分类
缸外喷射按喷油器安装部位又可分为单点喷射（SPI）和多点喷射（MPI）。
（1）单点喷射是指在进气总管中的节流阀体内设置一只（或两只）喷油器，对各缸实行集中喷射如图2-4（a）所示。（2）多点喷射多点喷射是在每缸进气门前分别设置一喷油器，实行各缸分别供油。多点喷射因其控制精度高而被广泛使用，如图2-4（b）所示。
图2-4 单点喷射和多点喷射示意图
1—燃料;2—空气;3—节气门;4—进气歧管;5—喷油器;6—发动机
4.按燃油喷射方式分类 按燃油喷射方式不同可分为连续喷射和间歇喷射。（1）连续喷射是指在发动机运转期间汽油被连续不断地喷射，其喷油量的大小取决于燃油系统压力的高低。（2）间歇喷射间歇喷射又称脉冲喷射，是指在发动机运转期间汽油被间断地喷射。如图2-5所示。
图2-5 喷油器喷射时序
5.按空气量的计量方式分类 电控燃油喷射系统按对空气量的计量方式不同可分为进气歧管压力计量式（D型）和空气流量计量式（L型）。如图2-6所示为桑塔纳2000GSi型轿车AJR发动机所用的L型电控燃油喷射系统。
图2-6 桑塔纳2000GSi型轿车AJR发动机所用的L型电控燃油喷射系统
1—热线式空气流量计;2—电子控制单元（ECU）;3—电动燃油泵;4—节气门控制器;5—怠速电机（与节气门控制单元一体）;6—进气温度传感器;7—油压调节器;8—喷油器;9—爆燃传感器;10—汽油滤清器;11—点火线圈;12—氧传感器;13—冷却液温度传感器;14—转速传感器
2.1.3 电控燃油喷射系统的组成及工作原理
电控燃油喷射系统一般由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统三大部分组成。如图2-7所示为常见电控燃油喷射系统在汽车上的安装情况及零件分配图，如图2-8所示为电控燃油喷射系统的操作原理图。
图2-7 电控燃油喷射系统在汽车上的安装情况及零件分配图
1—喷油器;2—燃油压力调节器;3—辅助空气阀;4—汽油滤清器;5—温度时间开关;6—水温传感器;7—冷起动喷油器;8—空气流量计;9—节气门;10—进气温度传感器;11—节气门位置传感器;12—电控单元;13—降压电阻;14—电动汽油泵;15—汽油缓冲器
图2-8 电控燃油喷射系统的操作原理图
1—油箱;2—汽油滤清器;3—电动汽油泵;4—辅助空气阀;5—汽油缓冲器;6—燃油压力调节器;7—冷起动喷油器;8—水温传感器;9—喷油器;10—温度时间开关;11—节气门位置传感器;12—怠速控制阀;13—空气流量计;14—进气温度传感器;15—旁通空气道调整螺钉;16—空气滤清器;17—电子控制单元;18—点火线圈;19—点火开关;20—EFI继电器;21—电动汽油泵继电器
1.空气供给系统
空气供给系统的功用是根据发动机的工况提供适量的空气，并根据电控单元的指令完成空气量的调节。空气供给系统主要由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、进气歧管、辅助空气阀及空气滤清器等组成。 2.燃油供给系统
燃油供给系统是根据电控单元的驱动信号，以恒定的压差将一定数量的汽油喷入进气管。燃油供给系统主要由油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、燃油压力调节器、燃油分配管、喷油器等组成。
3.电子控制系统
电子控制系统由电控单元（ECU）、传感器、执行器等组成，它的主要功能是采集发动机的工况信号，计算确定最佳的喷油量、喷油时刻以及点火时刻，还具有故障诊断功能，可保存故障代码，并通过故障指示灯输出故障代码。其基本原理如图2-9所示。
图2-9 电子控制系统基本原理图
2.2 进气系统主要元件的构造与检修
2.2.1 进气系统的组成与类型
根据测量空气流量的方式不同，进气系统可分为质量流量式进气系统（用于L型EFI系统）、速度密度式进气系统（用于D型EFI系统）和节流速度式进气系统三种。 1.质量流量式进气系统
如图2-10所示为质量流量式进气系统结构图，该进气系统利用空气流量计直接测量吸入的空气量，通常用测得的空气流量与发动机转速的比值作为计算喷油量的标准。
图2-10 质量流量式进气系统结构图
1—空气滤清器;2—空气流量计;3—节气门体;4—节气门; 5—进气总管（稳压箱）;6—喷油器;7—进气歧管;8—辅助空气阀
节气门装在节气门体上，控制进入各缸的空气量，在该总成上还装有空气阀。当温度低时空气阀打开，部分附加空气进入进气总管，以提高怠速转速，加快暖机过程（亦称快怠速）。在装有怠速控制阀（ISCV）的发动机上，由ISCV来完成空气阀的作用。 2.速度密度式进气系统
速度密度式进气系统是利用进气歧管绝对压力传感器测得进气歧管中的绝对压力，然后根据绝对压力值和发动机转速来推算出每一循环发动机吸入的空气量。速度密度式进气系统组成如图2-11所示，它与质量流量式进气系统的主要差别是用进气歧管绝对压力传感器代替了空气流量计。
图2-11 速度密度式进气系统组成
1—进气歧管绝对压力传感器;2—发动机;3—稳压箱;4—节流阀体;5—空气滤清器;6—空气阀;7—喷油器
3.节流速度式进气系统 节流速度式进气系统是利用节气门开度和发动机转速来间接计算进气质量的。
2.2.2 进气系统主要零部件的结构
1.空气滤清器 电控燃油喷射发动机的空气滤清器与一般发动机的空气滤清器相同，在此不再作详细介绍。
2.空气流量计 空气流量计安装在空气滤清器和节气门之间，用来测量进入汽缸内空气量的多少，然后，将进气量信号转换成电气信号输入电控单元，由电控单元计算出喷油量，控制喷油器向节气门室（进气管）喷入与进气量成最佳比例的燃油。
图2-12 叶片式空气流量计的结构图
1—电位计;2—电动汽油泵触点（可动）;3—进气温度传感器;4—电动汽油泵固定触点;5—测量板（叶片）;6—怠速调整螺钉
（1）叶片式空气流量计
如图2-12所示是叶片式空气流量计的结构图，如图2-13所示是叶片式空气流量计的空气通道，如图2-14所示是叶片式空气流量计的电位计部分结构图。叶片式空气流量计由测量板（叶片）、缓冲板、阻尼室、旁通空气道、怠速调整螺钉、回位弹簧等组成，此外内部还设有电动汽油开关及进气温度传感器等。
图2-13 叶片式空气流量计的空气通道
1—旁通空气道;2—进气温度传感器;3—阀门;4—阻尼室; 5—缓冲板;6—主空气通道;7—测量板（叶片）
图2-14 叶片式空气流量计的电位计部分结构图
1—空气进口;2—电动汽油泵触点;3—平衡块; 4—回位弹簧;5—电位计部分;6—空气出口
叶片式空气流量计的电位计是以电位变化来检测空气量的装置，它与空气流量计测量板同轴安装，能把因测量板开度而产生的滑动电阻变化转换为电压信号，并送给电子控制单元，如图2-15（a）、图2-15（b）所示是电位计与测量板的安装关系及叶片式空气流量计的工作原理图。
图2-15 电位计与测量板的安装关系及叶片式空气流量计的工作原理
1—电位计;2—自空气滤清器来的空气;3—到发动机的空气;4—测量板;5—电位计滑动触头;6—旁通空气道
叶片式空气流量计的电位计内部电路如图2-16所示，电位计检测空气量有电压比与电压值两种方式。
图2-16 电位计内部电路 1—电动汽油泵开关;2—电位计
叶片式空气流量计的电压输出形式有两种，一种是电压值 US 随进气量的增加而降低;另一种则是电压值 US 随进气量的增加而升高，如图2-17所示。
图2-17 叶片式空气流量计的电压输出形式
（2）卡门旋涡式空气流量计
卡门旋涡式空气流量计按照检测方式不同，可以分为反光镜检测方式的卡门旋涡式空气流量计和超声波检测方式的卡门旋涡式空气流量计两种。
如图2-18所示为反光镜检测方式的卡门旋涡式空气流量计结构图及输出脉冲信号波形，这种卡门旋涡式空气流量计是把卡门旋涡发生器两侧的压力变化，通过导压孔引向由薄金属制成的反光镜表面，使反光镜产生振动，反光镜一边振动，一边将发光二极管射来的光反射给光电晶体管，这样旋涡的频率在压力作用下转换成镜面的振动频率，镜面的振动频率通过光电耦合器转换成脉冲信号。
图2-18 反光镜检测方式的卡门旋涡式空气流量计结构图及输出脉冲信号波形
1—反光镜;2—发光二极管;3—钢板弹簧;4—空气流;5—卡门旋涡;6—旋涡发生体 7—压力导向孔;8—光电晶体管;9—进气管路;10—支承板
图2-19 超声波检测方式的卡门旋涡式空气流量计结构图
1—整流栅;2—旋涡发生体;3—旋涡稳定板;4—信号发生器（超声波发射头）;5—超声波发生器;6—通往发动机;7—卡门旋涡;8—超声波接收器;9—与旋涡数对应的疏密声波;10—整形放大电路; 11—旁通空气道;12—通往计算机;13—整形成矩形波（脉冲）
如图2-19所示为超声波检测方式的卡门旋涡式空气流量计结构图，这种空气流量计是利用卡门旋涡引起的空气疏密度变化进行测量的，用接收器接收连续发射的超声波信号，因接收到的信号随空气疏密度的变化而变化，由此即可测得旋涡频率，从而测得空气流量。 （3）热线式空气流量计（热膜式空气流量计）
热线式空气流量计有三种形式:一种是把热线和进气温度传感器都放在进气主通路的取样管内，称为主流测量式，其结构如图2-20（a）所示;另一种是把热线缠在绕线管上并把它和进气温度传感器都放在旁通空气道内，称为旁通测量式，其结构如图2-20（b）所示。第三种热线式空气流量计的发热体不是热线而是热膜，其结构如图2-20（c）所示。。 （4）真空度 -转速式（压感式）空气流量计（进气歧管压力传感器）
真空度 -转速式（压感式）空气流量计，从某种角度上讲，它并不是空气流量计，仅是一只进气歧管压力传感器，但由于其功用仍是测量进入发动机汽缸的进气量。
图2-20 热线式空气流量计
1—防回火网;2—取样管;3—白金热线;4—上游温度传感器;5—控制回路;6—插接器;7—热金属线和冷金属线;8—陶瓷螺线管;9—接控制回路;10—进气温度传感器（冷金属线）;11—旁通空气道;12—主通气路;13—通往发动机;14—热膜;15—金属网 式和半导体式两种。
如图2-21所示为真空膜盒式进气歧管压力传感器的结构图，该传感器由真空膜盒（两个）、随着膜盒膨胀和收缩可左右移动的铁心、与铁心联动的差动变压器以及在大气压力差作用下可在膜盒工作区间进行功率挡与经济挡转换的膜片构成，传感器被膜片分为左右两个气室。
图2-21 真空膜盒式进气歧管压力传感器的结构图
1—大气压力侧;2—歧管负压侧;3—印刷线路板;4—回位弹簧;5—差动变压器;6—铁心;7—中空膜盒;8—膜片;9—膜盒支点
如图2-22所示为半导体式进气歧管压力传感器的结构图，它由半导体压力转换元件（硅片）与过滤器组成。该传感器的主要元件是一片很薄的硅片，硅片底面粘接了一块硼硅酸玻璃片，使硅膜片中部形成一个真空窗以传感压力，如图2-23（a）所示。硅片中的四个电阻连接成惠斯通电桥形式，如图2-23（b）所示。
图2-22 半导体式进气歧管压力传感器的结构图 1—真空室;2—硅片;3—输出端子;4—过滤器
图2-23 半导体式压力传感器硅膜片的结构及电路
1—硅片;2—硅;3—真空管;4—硼硅酸玻璃片;5—二氧化硅膜;6—应变电阻;7—金属块;8—稳压电源;9—差动放大器 3.节气门体
（1）多点式（MPI）节气门体
节气门体位于空气流量计和发动机之间的进气管上，与驾驶员的加速踏板联动，是使进气通道变化，从而控制发动机运转工况的装置，如图2-24所示为节气门体的外观和结构原理图。节气门体包括控制进气量的节气门通道和怠速运行的旁通空气道，节气门位置传感器也装在节气门轴上，用来检测节气门开度。
图2-24 节气门体的外观和结构原理图
1—怠速调整螺钉;2—旁通通道;3—节气门;4—节气门轴;5—稳压箱（缓冲室）;6—加速踏板;7—加速踏板金属丝;8—操纵臂;9—回位弹簧;10—节气门位置传感器;11—辅助空气阀;12—通冷却水管路;13—缓冲器
（2）单点式（SPI）节气门体
SPI式节气门体较MPI式节气门体结构复杂，主要是在SPI式节气门体内还装有集中供油用的主喷油器、压力调节器和节气门位置传感器。主喷油器只有一个，它装在节气门壳体的上部，所喷出的燃油供给发动机各缸使用，如图2-25所示是SPI式节气门体结构图。
图2-25 SPI式节气门体结构图
1—空气阀;2—压力调节器;3—节气门;4—通往油箱;5—自空气滤清器来的空气;6—喷油器;7—来自电动汽油泵;8—调节螺钉;9—通往发动机
4.空气阀
发动机冷起动时，温度低，摩擦阻力大，暖机时间长。空气阀的作用是在发动机低温起动时，可通过空气阀为发动机提供额外的空气（此部分空气也由空气流量计计量），保持发动机怠速稳定运转，使发动机起动后迅速暖车，从而缩短暖车时间。 （1）双金属片调节式空气阀
双金属片调节式空气阀的结构及工作原理如图2-27所示，它由双金属元件、加热线圈和空气阀等组成，旁通空气空道截面积的大小由双金属片控制回转控制阀门来决定。
图2-26 由空气阀构成的空气通道
1—通往发动机的空气;2—进气歧管;3—空气阀; 4—怠速螺钉;5—自空气滤清器来的空气; 6—节气阀;7—缓冲罐（稳压箱）
图2-27 双金属片调节式空气阀的结构及工作原理
1—加热线圈;2—接空气进气歧管;3—阀门; 4—接空气滤清器;5—销;6—双金属片
如图2-28所示是双金属片调节式空气阀的空气量调节范围曲线，当环境温度为 20℃时，发动机起动后3 min～ 6 min，空气阀即可受双金属片推动而关闭。
图2-28 双金属片调节式空气阀的空气量调节范围曲线（环境温度为20℃时）
（2）石蜡调节式空气阀
石蜡调节式空气阀，根据发动机冷却液温度，控制空气通路面积。如图2-29（a）所示是这种一体化结构的总体构成。当发动机处于低温状态时，冷却液温度低，石蜡体积收缩，阀门在外弹簧作用下打开，如图2-29（b）所示，空气流经阀门从旁通空气道进入进气管。发动机暖车后，冷却液温度升高，石蜡体积膨胀变大，推动空气阀克服内弹簧的弹力向左移动，将空气阀关闭，截断空气通道，如图2-29（c）所示。
图2-29 石蜡调节式空气阀的结构与工作原理
1—怠速调整螺钉;2—自空气滤清器来的空气;3—节气门;4—至进气总管;5—感温器;6—阀门;7—冷却水流;8—弹簧;9—空气阀柱塞
5.怠速控制阀
怠速控制阀不仅集中了节气门和由怠速调整螺钉控制的旁通通道的功能，而且还能在ECU控制下，根据发动机实际工况来改变怠速时流入发动机的空气量。 6.真空调节器
真空调节器结构如图2-30（a）所示，当汽车急减速（发动机制动）时，进气管真空度突然增加，真空调节器内的A腔真空度上升，吸起膜片向上抬，将真空调节器控制阀打开，把一部分空气送入进气压力缓冲器内，从而可以抑制进气管真空度剧增，防止发动机瞬时熄火。如图2-30（b）所示是真空调节器的效果曲线图，使用真空调节器后，可以在汽车急减速时，保证进气管真空度曲线平滑过渡，减少进气管真空度的波动幅度，维持发动机转速平
稳。
图2-30 真空调节器的结构与效果曲线图
1—通往进气缓冲器;2—膜片;3—通进气管;4—阀门;5—进气阀;6—A腔; 7—装真空调节器时的进气管真空度曲线;8—无真空调节器时的曲线;9—急减速状态
2.3 燃油供给系统主要元件的构造与检修
燃油系统的框图及系统构成如图2-31所示，它主要由油箱、电动汽油泵、燃油压力调节器、汽油滤清器、喷油器、冷起动喷油器和温度时间开关等构成。
图2-31 燃油系统的框图及系统构成
1—油箱;2—电动汽油泵;3—燃油滤清器;4—喷油总管;5—喷油器;6—冷起动喷油器; 7—接进气歧管;8—燃油压力调节器;9—回油管;10—各缸进气歧管;11—吸入空气
2.3.1 燃油滤清器
燃油滤清器是把含在汽油中的氧化铁、粉尘等固体夹杂物质除去，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，确保发动机稳定运转，提高可靠性。其结构如图2-32（a）所示。滤芯元件一般采用菊花形和盘簧形两种结构，如图2-32（b）所示。盘簧形结构具有单位体积过滤面积大的特点。
图2-32 燃油滤清器
2.3.2 电动汽油泵 电动汽油泵有两种安装方式:一种是在油箱外，安装在输送管路中的外装串联式;另一种是安装在油箱中的内装式。从结构形式分，电动汽油泵有滚柱式、旋涡式和次摆线式三种，其分类情况如下: EFI用电动汽油泵外装串联式——滚柱式内装式滚柱式旋涡式次摆线式目前电动汽油泵一般都安装在汽车的油箱内，如图2-33所示。
图2-33 油箱内安装的电动汽油泵
1—进油滤网;2—电动汽油泵;3—隔振橡胶;4—支架;5—汽油出油管;6—小油箱;7—油箱;8—
回油管
1.外装串联式电动汽油泵
这种电动汽油泵安装在油箱外，它主要由油泵驱动电机和滚柱式油泵组成，如图2-34所示。
图2-34 外装串联式电动汽油泵
1—阻尼稳压器;2—单向阀;3—泵室;4—吸入口;5—安全阀;6—油泵驱动电动机;7—排出
口;8—膜片;9—转子;10—泵套;11—滚柱
2.内装式电动汽油泵
内装式电动汽油泵因其安装在油箱内，所以噪音小，同串联式电动汽油泵相比，它不易
产生气阻和燃油漏泄。
图2 -35 内装旋涡式电动汽油泵
1—出油阀;2—安全阀;3—电刷;4—电枢;5—磁极;6—叶轮; 7—滤网;8—泵盖;9—泵壳;10
—叶片沟槽;11—蜗轮
内装式电动汽油泵具有泵油量大，泵油压力较高（可达 600 kPa以上）、供油压力稳定、运转噪声小、使用寿命长等优点，所以，应用最为广泛。
3.电动汽油泵控制电路
电动汽油泵的控制包括油泵开关控制和油泵转速控制。如图2-36（a）所示为采用内部装有电动汽油泵开关触点的空气流量计电动汽油泵控制电路图。无论是采用卡门旋涡式还是采用热线式空气流量计，都是用如图 2-36（b）所示的ECU的晶体管来控制电动汽油泵的供电情况。
图2-36 电动汽油泵控制电路
（一）
1—蓄电池;2—点火线圈开关;3—主继电器;4—断路继电器;5—空气流量计; 6—电动汽油泵;7—输入回路;8—后备集成电路;9—分电器
控制电路如图2-37（a）所示，ECU根据发动机转速和负荷控制油泵继电器工作，当发动机中小负荷低转速运转时，触点B闭合，油泵电路中串入电阻器5使油泵转速降低;当大负荷高转速时，ECU发出信号切断油泵继电器，A点闭合，使油泵转速升高。
图2-37 电动汽油泵控制电路
（二）
1—点火开关;2—主继电器;3—断路继电器;
4、11—油泵继电器;5—电阻器;6—油泵开关;7—电动汽油泵;8—蓄电池;9—机油压力开关;10—发电机开关
如图2-37（b）所示为带有自动保护功能的电动汽油泵控制电路，该电路能在点火开关处于“断开”位置时，发动机的机油压力为零，或发电机不转动时，电动汽油泵不工作，从而防止汽油喷出而引起火灾。
2.3.3 燃油压力调节器
燃油压力调节器的作用是控制喷油器的喷油压力保持为255 kPa的恒定值，使发动机在各种负荷和转速下，都能精确地进行喷油控制。
图2-38 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
燃油压力调节器的结构如图2-38所示，它由金属壳体构成，其内部由膜片分成弹簧室和燃油室两部分，来自输油管路的高压油由入口进入并充满燃油室，推动膜片，打开阀门，在设定压力下和弹簧力平衡，部分燃油经回油管流回油箱，输油管内压力的大小取决于弹簧的压力。
图2-39 燃油压力脉动减振器结构
1—阀门;2—弹簧;3—膜片;4—来自电动汽油泵;5—输送管道
2.3.4 燃油压力脉动减振器
当喷油器喷射燃油时，在输送管道内会产生燃油压力脉动，燃油压力脉动减振器能够使燃油压力脉动衰减，以减弱燃油输送管道中的压力脉动传递，降低噪声。如图2-39所示为燃油压力脉动减振器结构。
2.3.5 喷油器
EFI系统中使用的喷油器是电磁式的，喷油器通过绝缘垫圈安装在进气歧管或进气通道附近的缸盖上，并用输油管将其位置固定，根据ECU提供的喷射信号进行燃油喷射。
1.对喷油器的要求
（1）具有良好的雾化能力和适当的喷雾形状;（2）具有良好的流量特性;（3）具有良好的防积炭功能;（4）使用寿命长;（5）结构简单。
2.喷油器的种类
根据燃油喷射类型不同，喷油器可分为SPI用喷油器（图2-40）和MPI用喷油器（图2-41）;按结构形式不同，喷油器可分为从喷油器下部供油方式（图2-40）和从喷油器上部供油方式（图2-41）两种;以喷油器喷口形式来区分，可分为针阀型和孔型两种（图2-41）。
图2-40 喷油器下部供油方式
1—燃油出口;2—燃油入口
图2-41 喷油器上部供油方式
3.喷油器的结构与工作原理
如图2-42所示是喷油器的结构图，在筒状外壳内装有电磁线圈、柱塞、回位弹簧和针阀等。柱塞和针阀装成一体，在回位弹簧压力作用下，针阀紧贴阀座，将喷孔封闭。另外，为防止油中所含杂质影响针阀动作，设有滤清器，为适应不同应用场合，设有调整针阀行程的调整垫片。
图2-42 喷油器的结构图
1—燃油接头;2—电插头;3—电磁线圈;4—衔铁;5—行程;6—阀体;7—壳体;8—针阀;9—凸缘部;10—调整垫片;11—弹簧;12—滤清器
图2-43 喷油器附加电阻
1—喷油器附加电阻;2—喷油器线圈4.喷油器附加电阻
如图2-43所示，在控制喷油器的电磁线圈电路中串联一只附加电阻后，流过电磁线圈的电流受到限制而减少，从而可以提高喷油器电磁线圈的响应特性。附加电阻有如下两种串联方式。如图2-44（a）、图2 -44（b）所示是多缸发动机每缸喷油器都分别串联一只附加电阻。
图2-44 喷油器附加电阻
1—附加电阻;2—喷油器;3—喷射信号
如图2-44（c）、图2 -44（d）所示是共用式附加电阻，对于偶数多缸发动机，首先把汽缸分为两组，然后每一组汽缸喷油器共用一只附加电阻。
5.喷油器的喷雾特性
喷油器所喷燃油的雾化情况和油束形状对发动机工作影响很大，如果油束形状合理，雾化效果好，那么发动机就会获得冷起动性好、怠速平稳、排污少的效果。对于SPI系统，由于喷油器安装在节气门附近，燃油喷出后，在进气管中有较长时间的雾化过程，故所需燃油压力较低;而对于MPI系统，喷油器一般安装在进气管或汽缸盖上，因为是朝向进气门喷射燃油，雾化时间短，为保证良好的雾化，应使油压相应提高。
图2-45 双孔式喷油器的结构图（2TZ-FE型发动机）
1—针阀;2—电线插座;3—电磁线圈
2.3.6 冷起动喷油器
冷起动喷油器是一种装在进气总管中央部位进行燃油辅助喷射的电磁阀式喷油阀，冷起动喷油器的结构如图2-46所示，冷起动喷油器由燃料入口插接器、电线接头、电磁线圈、可动磁芯、旋涡喷油嘴等组成。为了提高向各汽缸分配燃油的均匀性，有的冷起动喷油器上设有两个旋涡式喷油嘴，其结构如图2-48所示，其安装如图2-47（b）所示。
图2-46 冷起动喷油器的结构图
1—旋涡喷油嘴;2—喷射管道;3—阀;4—电磁线圈;5—电线接头;6—燃油入口插接器;7—旋涡喷油嘴构造;8—阀座;9—可动磁芯;10—弹簧
图2-47 冷起动喷油器的安装图
1—冷起动喷油器;2—进气;3—进气总管;4—进气歧管
图2-48 两个旋涡喷油嘴的冷起动喷油器结构图 1—弹簧;2—电磁线圈;3—电线插座;4—柱塞
1.温度时间开关控制
温度时间开关的结构如图2-49（a）所示，它主要由双金属片、加热线圈及搭铁触点等构成。由于其工作工况是由发动机温度和起动电流共同决定的，因此它应装在能反映发动机温度的位置上。当发动机温度较低时，温度时间开关的触点闭合，当点火开关处于“STA”位置时，电流按图2-49（b）中箭头方向流动，使冷起动喷油器喷油。发动机起动后，点火开关转至“ON”位置时，冷起动喷油器停止喷油。在起动过程中，若起动机运转时间过长，有可能使火花塞被淹湿。但由于电流流过加热线圈，使双金属片受热弯曲，触点断开（图2-49（c）），电流不再流经冷起动喷油器，因而可防止火花塞被淹湿。同时，加热线圈②进一步加热双金属片，以免触点再次闭合。。
图2-49 温度时间开关结构图及与冷起动喷油器的工作原理
1—电线接头;2—钉形壳体;3—双金属片;4—加热线圈;5—搭铁触点; 6—蓄电池;7—点火开关;8—线圈①;9—线圈②;10—温度时间开关
2.ECU控制
ECU控制冷起动喷油器的电路如图2-50所示，为了改善发动机冷起动性能，在使用温度时间开关控制的同时，ECU还可以根据冷却液温度对冷起动喷油器的喷油时间进行控制。
图2-50 ECU控制冷起动喷油器的电路图
1—温度时间开关;2—冷起动喷油器;3—水温传感器
2.4 电控系统主要元件的构造与检修
电控系统的功用是接收来自表示发动机工作状态的各个传感器输送来的信号，根据ECU内预存的程序加以比较和修正，决定喷油量和点火提前角。如图2-51所示是与电控燃油喷射控制有关的主要控制系统部件的构成图。
图2-51 与电控燃油喷射控制有关的主要控制系统部件的构成图
1—断路继电器;2—主继电器;3—起动装置;4—电动汽油泵;5—油箱;6—汽油滤清器;7—蓄电池;8—曲轴位置传感器（分电器）;9—点火开关;10—点火线圈;11—大气压力传感器;12—空气滤清器;13—进气温度传感器;14—空气流量计;15—冷起动喷油器;16—空气阀;17—节气门位置传感器;18—燃油压力调节器;19—氧传感器;20—温度时间开关;21—冷却液温度传感器
2.4.1 传感器 1.水温传感器
水温传感器安装在发动机节温器出水口附近，它的功用是检测发动机冷却液温度。发动机在运转过程中，混合气浓度需根据发动机温度的高低进行修正，并采用水温传感器向ECU输送温度信号。水温传感器的结构如图2-52（a）所示，它由封闭在金属盒内的对温度变化非常敏感的负温度系数热敏电阻（NTC电阻）构成，利用电阻值的变化来检测冷却液的温度。热敏电阻的特性如图2-52（b）所示，冷却液温度越低电阻值越大，冷却液温度越高电阻值越小。将该传感器的信号输入到ECU，就可以根据冷却液温度进行喷油量的控制。冷却液温度传感器与ECU的连接电路如图2-52（c）所示。
图2-52 水温传感器结构、热敏电阻特性及与ECU的连接电路
1—NTC电阻;2—外壳;3—电线接头;4—水温传感器;5—接蓄电池端;6—电控单元（ECU）;7—水温信号
2.进气温度传感器
进气温度传感器的功能是检测发动机吸入（进入空气流量计）的空气温度，并将空气温度信号转变成ECU能识别的电信号传送给ECU，它根据进气温度的高低，做不同程度的额外喷油。图2-53（a）所示是进气温度传感器的剖面图，图2-53（b）所示是进气温度传感器与ECU的连接电路图。
图2-53 进气温度传感器剖面图及与ECU的连接电路 1—导线;2—空气流量计壳体;3—热敏电阻;4—进气温度传感器
3.曲轴位置传感器和发动机转速传感器
检测发动机转速及曲轴转角位置，需要采用发动机转速传感器和曲轴位置传感器。具有这种功能的传感器形式很多，其中使用最多的是电磁式传感器、光电式传感器和霍尔效应式传感器。
（1）电磁式传感器
这种传感器可用于测定曲轴、凸轮轴和分电器驱动轴的转动位置，用来控制点火和燃油喷射时间或测量发动机转速。如图2-54所示的复合转子和耦合线圈构成。下面以四缸四行程发动机为例，就检测特定汽缸曲轴转角基准位置（如压缩上止点）进行说明。
图2-54 G、N耦合线圈安装图
1—转子G;2—耦合线圈G1;3—耦合线圈G 2;4—转子N;
5、9—耦合线圈N;6—转子G、Ne;7—耦合线圈G
1、G 2;8—分电器
安装在分电器轴（分电器转1圈曲轴转2圈）上的具有一个凸起部分的转子G与分电器轴一起转动时，由于转子和耦合线圈G
1、G 2之间的磁隙不断发生变化，在各个耦合线圈上，相对分电器每转1圈，就会产生一个电压脉冲。通过合理设计，使转子G的凸起部分在一缸及四缸压缩上止点时，最靠近耦合线圈G 1、G 2。这样，通过检测G
1、G 2耦合线圈的电压变化，就可以知道一缸、四缸的压缩上止点位置。图2-55（a）为G
1、G 2产生的电压信号实例。图2-55（b）所示，利用信号G和信号N的组合，就可以检测特定汽缸的曲轴转角位置，把G、N信号输入ECU，即可决定满足发动机多种运转条件的喷油量及喷油时刻。
图2-55 曲轴转角信号
（2）光电式传感器
图2-56（a）所示是光电式曲轴转角传感器的工作原理图，位于光敏二极管对面的是作为光源的发光二极管，在它们之间有一个能断续遮光的转盘。
图2-56 光电式曲轴转角传感器的工作原理与结构图 1—输出信号;2—光敏二极管;3—发光二极管;4—电源;5—转盘;6—转子头盖;7—密封盖;8—波形电路;9—第一缸120°信号缝隙;10—1°信号缝隙;11—120°信号缝隙
图2-56（b）、图2 -56（c）所示为六缸发动机用分电器内的光电式曲轴转角传感器的结构，它由发光二极管和光敏二极管组合来检测带缝隙的转盘的旋转位置，安装在分电器内（或凸轮轴前部）。它决定分组喷射控制及电子点火控制曲轴每转两转的供油正时和点火正时。 （3）霍尔效应式传感器
如图2-57所示，磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流 I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。如图2-57所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用做点火正时传感器。
图2-57 霍尔效应式传感器
1—霍尔半导体元件;2—永久磁铁;3—挡隔磁力线的叶片
4.车速传感器
车速传感器主要有舌簧开关型和光电耦合型两种形式，下面主要以舌簧开关型为例讲述其原理。舌簧开关型车速传感器可用于检测汽车速度（装在组合仪表内），如图2-59（a）所示，也可用于指示曲轴位置（装在分电器内），如图2-59（b）所示。
图2-59 舌簧开关型车速传感器
1—磁铁;2—至转速表软轴;3—舌簧开关;4—分电器轴
舌簧开关传感器工作原理如图2 -61（a）、图2 -61（b）所示，触点的磁性与磁铁近侧极性相反，从而使舌簧开关触点靠本身磁性吸引，使开关导通。磁铁随转速表软轴转动后，当只有一端靠近舌簧开关时，触点则不受磁力线影响，触点分开。这样，两个舌簧开关在转速表软轴上的磁铁作用下，相互以180°的夹角进行通、断变换，把汽车行驶速度信息输入ECU，舌簧开关与ECU的连接电路如图2-61（c）所示。
图2-61 舌簧开关传感器的工作原理及ECU的连接电路图 1—数字式仪表;2—舌簧开关;3—磁铁;4—ECU;5—至其他计数装置 5.节气门开度传感器
节气门开度传感器的作用是测量节气门在全闭还是在全开的位置，将节气门的开闭状态信号输送给ECU，可以满足节气门不同开度状态的喷射量控制。节气门开度传感器通常有三种形式，分别是:线性式节气门开度传感器，开关式节气门开度传感器，编码式节气门开度传感器。
（1）线性式节气门开度传感器
如图2-62（a）所示为线性式节气门开度传感器的结构图，传感器有两个同节气门联动的可动电刷触点，一个触点可在位于基板上的电阻体上滑动，利用电阻值的变化，测量与节气门开度相对应的线性输出电压，根据输出的电压值，可知道节气门的开度。 （2）开关式节气门开度传感器
如图2-63（a）所示是开关式节气门开度传感器的结构图，该传感器由安装在节气门体上并与节气门轴联动的凸轮、可检测出怠速位置的怠速触点、可检测出全开位置的全开触点（也叫功率触点）以及沿导向凸轮沟槽移动的可动触点等构成。图2-63（b）为开关式节气门开度传感器的结构简图。图2-63（c）所示是开关式节气门开度传感器的输出特性。
图2-62 线性式节气门开度传感器
1—电阻体;2—检测节气门开度用的电刷;3—检测节气门全关闭的电刷;Vcc —电源端子;VTA —节气门开度输出端子;IDL—怠速触点;E1 —地线;4—怠速触点开关;5—滑动触头;6—节气门开度传感器
图2-63 开关式节气门开度传感器
1—导向凸轮;2—节气门轴;3—控制杆;4—可动触点;5—怠速触点;6—全开触点（功率触点）;7—导线插头;8—导向凸轮槽;9—全开触点信号;10—怠速触点信号;11—节气门开度传感器 如图2-63（c）所示，节气门全关时，可动触点和怠速触点接触，可以检测出节气门的全关闭状态，即输出高电平（5 V或12 V），否则输出0 V。若节气门的开度较大（如50°以上），可动触点和全开触点（功率触点）接触，可以检测节气门的大开度状态，即可输出高电平，否则输出0 V。
图2-64 编码式节气门开度传感器
（3）编码式节气门开度传感器
编码式节气门开度传感器的结构如图2-64所示，它是通过印制电路板上的编码图形与外部驱动轴运动并在图形上滑动的触点，来检测出节气门回转角的。如图2-65（a）所示为怠速回转时节气门开度传感器状态，此时，如IDL触点处于闭合，即可检测出怠速状态。如图2-65（b）所示为加速回转时节气门开度传感器状态，此时，加速触点与印制电路板的加速线路Acc1与Acc2 交替处于闭合、打开状态。对于在一定时间内的急加速，与信号检出的同时，ECU进行非同步喷射控制，以提高加速容量。如图2-65（c）所示为高负荷回转时节气门开度传感器状态，在节气门打开一定程度时，功率触点（PSW）处于闭合状态，即可检测出高负荷状态。如图2-65（d）所示为减速回转时节气门开度传感器状态，此时加减速检测触点处于打开状态，ECU不进行非同步喷射控制。 6.爆燃传感器（在第3章介绍）
7.氧传感器（在第4章介绍）
8.大气压力传感器
检测大气压力需采用大气压力传感器，同第二节中所述的测定进气管压力的半导体式进气歧管压力传感器一样，测定大气压力大多采用根据压电效应制成的半导体式压力传感器。
图2-65 各运转状态下节气门开度传感器的状态
1—加减速检测触点ON;2—加减速检测触点OFF
图2-66 主继电器的结构
1—线圈;2—滑阀（可动铁心）;3—调整块;4—触点
2.4.2 继电器 1.主继电器
主继电器的作用是使包括ECU在内的电控燃油喷射系统的各部件不受电源干扰和电压脉冲的影响。主继电器一般多采用滑阀型，图2-66所示是主继电器的结构图，图2-67（a）所示为不装步进电动机式怠速控制阀的主继电器电源电路。图2-67（b）所示是装有步进电动机式怠速控制阀的主继电器电源电路，主继电器由ECU控制。采用双回路点火开关的汽车，使用单触点式主继电器，具体接线如图2-68（a）所示。采用单回路点火开关的汽车，使用双触点式主继电器，其具体接线如图2-68（b）所示，这些电路图对检修电路极有参考价值。
图2-67 主继电器的电源电路
1—点火开关;2—主继电器;3—ECU
图2-68 主继电器接线图
1—点火开关;2—一般电器设备;3—接ECU和电动汽油泵;4—单触点式主继电器;5—接喷油
器和火花塞
2.断路继电器
断路继电器是控制电动汽油泵的继电器，该继电器的作用是使电动汽油泵只有在发动机运转时才工作，即当点火开关接通，但发动机不运转时，油泵停止泵油。如图2-69所示为断路继电器的结构和电路图。
图2-69 断路继电器的结构和电路图 1—可动片;2—线圈;3—触点K 2.4.3 发动机控制单元（ECU）
发动机控制单元根据各种传感器送来的信号，确定满足发动机运转状态所需的燃油喷射量，并根据该喷射量去控制喷油器的喷射时间。图2-70是ECU的构成框图。
图2-70 ECU的构成框图
1—传感器;2—模拟信号;3—输入回路;4—A/D转换器;5—输出回路;6—执行元件;7—微机;8—数字信号;9—ROM-RAM记忆装置
2.5 电控系统喷油器与供油正时控制
燃油喷射式发动机所需燃油靠喷油器供给。各种类型汽车执行元件喷油器的控制电路大同小异，如图2-71所示为桑塔纳2000系列轿车喷油器的控制电路。
图2-71 桑塔纳2000系列轿车喷油器的控制电路（括号内代号为桑塔纳2000GSi型轿车ECU
插座端子代号）
2.5.1 供油正时的控制
供油正时就是指喷油器何时开始喷油。根据燃油喷射时序的不同，多点燃油喷射系统又可分为同时喷射的控制、分组喷射的控制和顺序喷射的控制三种喷射方式。 1.同时喷射的控制
多点燃油同时喷射就是各缸喷油器同时喷油，其控制电路如图2-72（a）所示，各缸喷油器并联在一起，电磁线圈中的电流由一只功率三极管VT驱动控制。喷油器控制信号波形如图2-72（b）所示。由于各缸同时喷油，因此供油正时与发动机进气—压缩—做功—排气工作循环无关，如图2-72（c）所示。
图2-72 多点燃油同时喷射控制电路与正时关系
2.分组喷射的控制
多点燃油分组喷射就是将喷油器喷油分组进行控制，一般将四缸发动机分成两组，六缸发动机分成三组，八缸发动机分成四组。四缸发动机分组喷射的控制电路如图2-73（a）所示。供油正时关系如图2-73（b）所示。 3.顺序喷射的控制
多点燃油顺序喷射控制就是各缸喷油器按照一定的顺序喷油。由于各缸喷油器独立喷油，因此也叫独立喷射，控制电路如图2-74（a）所示。
图2-73 多点燃油分组喷射控制电路与正时关系
在顺序喷射的控制中，发动机工作一个循环（曲轴转2圈720°），各缸喷油器按照特定的顺序依次喷油一次，供油正时关系如图2-74（d）所示。
图2-74 多点燃油顺序喷射控制电路与正时关系
2.5.2 喷油量的控制
喷油量的控制大致可分为起动控制、基本喷油量控制、加减速控制、怠速控制和空燃比反馈控制等。
1.发动机起动时喷油量的控制
发动机起动时，起动机驱动发动机运转，其转速很低（50 r/min左右）且波动较大，导致反映进气量的空气流量信号或进气压力信号误差较大。因此，在发动机冷起动时，ECU不是以空气流量传感器信号或进气压力信号作为计算喷油量的依据的，而是按照可编程只读存储器中预先编制的起动程序和预定空燃比控制喷油。起动控制采用开环控制， ECU首先根据点火开关、曲轴位置传感器和节气门位置传感器提供的信号，判定发动机是否处于起动状态，以便决定是否按起动程序控制喷油，然后根据冷却液温度传感器信号确定基本喷油量。 2.发动机起动后喷油量的控制
在发动机运转过程中，喷油器的总喷油量由基本喷油量、喷油修正量和喷油增量三部分组成，如图2-76所示。基本喷油量由进气量传感器（空气流量传感器或歧管压力传感器）和曲轴位置传感器（发动机转速传感器）信号计算确定;喷油修正量由与进气量有关的进气温度、大气压力、氧传感器等传感器信号和蓄电池电压信号计算确定;喷油增量由反映发动机工况的点火开关信号、冷却液温度和节气门位置等传感器信号计算确定。
图2-76 喷油量控制示意图
（1）基本喷油量的控制
基本喷油量（或基本喷油时间）是在标准大气状态（温度为20℃，压力为101 kPa）下，根据发动机每个工作循环的进气量、发动机转速和设定的空燃比来确定的。 （2）喷油修正量的控制
①ECU根据空气温度和大气压力等信号，对喷油量（喷油时间）进行修正，使发动机在各种运行条件下，都能获得最佳的喷油量。②空燃比的修正为了提高发动机动力性、经济性和降低废气的排放，在工况不同时，其空燃比也不相同。③空燃比反馈修正电控发动机都配装了三元催化转换器和氧传感器，借助于安装在排气管上的氧传感器反馈的空燃比信号，对喷油脉冲宽度进行反馈优化控制。④蓄电池电压修正喷油器的电磁线圈为感性负载，其电流按指数规律变化，因此当喷油脉冲到来时，喷油器阀门开启和关闭都将滞后一定时间，为此必须进行修正。
（3）喷油增量的控制
增量是在一些特殊工况下（如暖机、加速等），为加浓混合气而增加的喷油量。。加浓的程度可表示为:①起动后增量②暖机增量③加速增量。 2.5.3 断油控制
断油控制是电脑在一些特殊工况下，暂时中断燃油喷射，以满足发动机运转中的特殊要求。它包括以下几种断油控制方式: 1.超速断油控制
超速断油是在发动机转速超过允许的最高转速时，由电脑自动中断喷油，以防止发动机超速运转，造成机件损坏，也有利于减小燃油消耗量，减少有害物排放。 2.减速断油控制
减速断油控制过程是由电脑根据节气门位置、发动机转速、水温等运转参数，作出的综合判断。在满足一定条件时，电脑执行减速断油控制。
3.溢油消除
起动时燃油喷射系统向发动机提供很浓的混合气。若多次转动起动马达后发动机仍未起动，淤集在汽缸内的浓混合气可能会浸湿火花塞，使之不能跳火。这种情况称为溢油或淹缸。此时驾驶员可将油门踏板踩到底，并转动点火开关，起动发动机。电脑在这种情况下会自动中断燃油喷射，以排除汽缸中多余的燃油，使火花塞干燥。 4.减扭矩断油控制
装有电子控制自动变速器的汽车在行驶中自动升挡时，控制变速器的电脑会向燃油喷射系统的电脑发出减扭矩信号。燃油喷射系统的电脑在收到这一减扭矩信号时，会暂时中断个别汽缸（如
2、3缸）的喷油，以降低发动机转速，从而减轻换挡冲击。
第3章 汽油机电控点火系统
3.1 电控点火系统的功能
3.1.1 点火提前角的控制
1.点火提前角对发动机性能的影响
图3-1 点火提前角对发动机性能的影响
A—不点火;B—点火过早;C—点火适当;D—点火过迟
点火时刻对发动机的影响很大。如图3 -1所示。若点火过早，则活塞还在向上止点移动过程中，气体压力已达到很大数值。这时气体压力作用的方向与活塞运动的方向相反，此时有效功减小，发动机功率也将减小。因此，应当在活塞到达上止点之前点火，使气体压力在活塞位置相当于曲轴转到上止点后10°～15°时达到最高值。点火时曲轴的曲拐位置与压缩行程结束活塞在上止点时曲拐位置之间的夹角，称为点火提前角。通常把发动机发出功率最大和油耗率最小的点火提前角称为最佳点火提前角。最佳点火提前角除了保证发动机的动力性和燃料的经济性外，还必须保证排放污染最小。发动机工况不同，需要的最佳点火提前角也不相同。
图3-2 点火提前角的计算
2.点火提前角的计算
微机控制的点火提前角由初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角组成，如图3-2所示。
（1）初始点火提前角
初始点火提前角又称为固定点火提前角，其值的大小取决于发动机的形式，并由曲轴位置传感器的初始位置决定，一般为上止点前6°～12°。 （2）基本点火提前角
基本点火提前角是发动机最主要的点火提前角，是设计微机控制点火系统时确定的点火提前角。
（3）修正点火提前角
为使实际点火提前角适应发动机的运转状况，以便得到良好的动力性、经济性和排放性能，必须根据相关因素（如冷却液温度、进气温度、开关信号等）适当增大或减小点火提前角，即对点火提前角进行必要的修正。修正点火提前角的项目有多有少，主要有暖机修正、怠速稳定性修正、空燃比反馈修正和过热修正。 3.点火提前角的控制
为了说明微机控制的点火系统的工作过程，下面以四缸发动机点火时刻为例说明。设该发动机判缸信号在上止点前BTDC105°时产生、曲轴转速2000 r/min时 最佳点火提前角为上止点前BTDC30°，如图3-9所示。
图3 -9 点火提前角的控制过程
3.1.2 通电时间的控制
通电时间是指大功率管的导通时间，即点火线圈初级绕组的通电时间。如图3-10所示为蓄电池电压与通电时间的修正曲线。
图3 -10 蓄电池电压与通电时间的修正曲线
在实际控制中，ECU是将导通时间转换成曲轴转角进行控制的，因此通电时间控制又称为闭合角控制。
3.2 电控点火系统的组成与工作原理
3.2.1 电控汽油机点火系统的类型
按点火系统结构和发展过程可分为:传统点火系统和计算机控制的点火系统。在传统点火系统中有: （1）触点式点火系统。（2）晶体管辅助点火系统。（3）无触点式电子点火系统。无触点式电子点火系统按点火触发信号产生的方式不同又可分为:①磁感应式。②光电式。③霍尔效应式。
3.2.2 电控点火系统基本组成与工作原理
电控点火系统主要由电源、传感器、电控单元ECU、点火控制器、点火线圈、分电器（有分电器电控系统）、各种控制开关以及火花塞等组成。
1.电源
电源一般由蓄电池和发电机共同组成，主要是给点火系统提供电能。 2.传感器
传感器主要用来检测与点火有关的发动机的工况信息，并将检测结果输入ECU，作为计算和控制点火时刻的依据。虽然各型汽车采用的传感器的类型、数量、结构及安装位置不尽相同，但是其作用都大同小异，而且这些传感器大多与燃油喷射系统、怠速控制系统等电子控制系统共用。传感器主要由凸轮轴位置（上止点位置）传感器、曲轴位置（曲轴转速与转角）传感器、空气流量传感器、节气门位置（负荷）传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、车速传感器、爆燃传感器、各种控制开关、点火控制器以及火花塞等组成，如图3-11所示。
图3 -11 微机控制点火系统的组成
（1）凸轮轴位置（上止点位置）传感器是确定曲轴基准位置和点火基准的传感器。该传感器在曲轴旋转至某一特定的位置（如1缸上止点点火在上止点前某一确定的角度）时，输出一个脉冲信号，ECU将这一脉冲信号作为计算曲轴位置的基准信号，再利用曲轴转角信号计算出曲轴任一时刻所处的具体位置。凸轮轴位置和曲轴位置信号是保证ECU控制电子点火系统正常工作的最基本的信号。
（2）空气流量传感器是确定进气量大小的传感器。空气流量信号输入ECU后，除了用于计算基本喷油时间之外，还用做负荷信号来计算和读取基本点火提前角。 （3）进气温度传感器信号反映发动机吸入空气的温度。 （4）节气门位置传感器将节气门开启角度转化为电信号输入ECU，ECU利用该信号和车速传感器信号来综合判断发动机所处的工况（怠速、中等负荷、大负荷、减速），并对点火提前角进行修正。
（5）爆燃传感器用于点火提前角闭环控制系统。ECU根据爆燃传感器输出的信号来判断发动机是否发生爆燃，从而对点火提前角进行修正。 3.电控单元（ECU）
电控单元（ECU）既是燃油喷射控制系统的控制中心，也是点火控制系统的控制中心。在ECU的只读存储器（ROM）中，除存储有监控和自检等程序之外，还存储有由台架试验测定的该型发动机在各种工况下的最佳点火提前角。 4.点火控制器
点火控制器又称点火电子组件、点火器或功率放大器，是微机控制点火系统的功率输出级，它接收ECU输出的点火控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。 3.2.3 有分电器电控点火系统
微机控制点火系统按点火线圈高压电分配方式可分为机械配电方式和电子配电方式。机械配电方式是指分火头将高压电分配至分电器盖旁电极，再通过高压线输送到各缸火花塞的传统配电方式。采用机械配电方式分配高压电的点火系统称为有分电器点火系统。 3.2.4 无分电器电控点火系统
电子配电方式是指在点火控制器控制下，点火线圈的高压电按照一定的点火顺序，直接加在火花塞上的直接点火方式。采用电子配电方式分配高压电的点火系统称为无分电器电控点火系统DIS（Distributorle Ignition System），无分电器电控点火系统主要有以下两种类型。
1.同时点火方式
同时点火是指点火线圈每产生一次高压电，都使两个汽缸的火花塞同时跳火，即双缸同时点火。次级绕组产生的高压电将直接加在四缸发动机的
1、4缸或
2、3缸（六缸发动机的
1、6缸、
2、5缸或
3、4缸），火花塞电极上跳火。双缸同时点火时，一个汽缸处于压缩行程末期，是有效点火;另一个处于排气行程末期，缸内温度较高而压力很低，火花塞电极间隙的击穿电压很低，对有效点火汽缸火花塞的击穿电压和火花放电能量影响很小，是无效点火。曲轴旋转一转后，两缸所处行程恰好相反。双缸同时点火时，高压电的分配有二极管分配和点火线圈分配两种形式。 2.单独点火的控制
点火系统采用单独点火方式时，每一个汽缸都配有一个点火线圈，且直接安装在火花塞上方，其基本组成和工作原理和同时点火方式相同。单独点火的优点是省去了高压线，点火能量损耗进一步减少，此外，所有高压部件都可安装在发动机汽缸盖的金属屏蔽罩内，点火系统对无线电的干扰可大幅降低。 3.2.5 爆燃控制系统 1.爆燃控制系统组成
图3-15 爆燃控制系统组成
利用点火提前角闭环控制系统能够有效地控制点火提前角，从而使发动机工作在爆燃的临界状态。带有爆燃控制的点火提前角闭环控制系统如图3-15所示，由传感器、带通滤波电路、信号放大电路、整形滤波电路、比较基准电压形成电路、积分电路、点火提前角控制电路和点火控制器等组成。 2.爆燃的判别
常用的方法是，将发动机无爆燃时的传感器输出电压与产生爆燃时的输出电压进行比较，从而得出结论。
（1）基准电压的确定
最简单的方法如图3-16所示，首先对传感器输出信号进行滤波和半波整流，利用平均电路求得信号电压的平均值，然后再乘以常数倍即可形成基准电压UB ，平均值的倍数由设计制造时的试验确定。
图3-16 基准电压的确定方法
（2）爆燃强度的判别
确定爆燃强度常用的方法如图3-17所示，首先利用基准电压值对传感器输出信号进行整形处理，然后对整形后的波形进行积分，求得积分值 Ui。当积分值Ui超过基准电压UB时，ECU将判定发动机发生爆燃。
图3-17 爆燃强度的判别
3.爆燃的控制
爆燃控制系统是一个闭环控制系统，发动机工作时，ECU根据爆燃传感器信号，从存储器中查寻相应的点火提前角控制点火时刻，控制结果由爆燃传感器反馈到ECU输入端，再由ECU对点火提前角进行修正，控制过程如图3-15所示。
3.3 电控点火系统主要元件的构造和维修3
3.3.1 汽车电子点火控制器的组成
汽车电子点火控制器又称为汽车无触点电子点火控制器（简称无触点电子点火器或无触点电子点火组件）。汽车电子点火控制器用来将传感器输入的交变信号脉冲进行整形、放大，转变为点火控制信号，经开关型功率晶体三极管放大后控制点火线圈初级绕组的通断和点火系统的工作。点火控制器内部主要由汽缸判别、闭合角控制、恒流控制、安全信号控制等电路组成。如图3-18所示。在有分电器的电控点火系统中，点火线圈一般都与分电器组装在一起，称之为整体式点火组件，如图3-19所示。
图3 -18 点火控制器内部电路组成
图3 -19 整体式点火组件
1—垫片;2—电容器;3—导线夹;4—分电器盖;5—点火器;6—分电器壳体;7—点火线圈防尘罩;8—分电器电缆;9—分火头;10—点火线圈
在无分电器电控点火系统中，点火线圈一般单独安装在点火控制器附近，如图3-20所示。
图3 -20 无分电器电控点火系统点火控制器位置
1—点火控制器;2—点火线圈
电子点火控制器的检查方法有以下几种控制: （1）外观检查法（2）测量输入电阻法（3）用干电池检查法 （4）用试灯检查法 3.3.2 点火线圈
点火线圈实际上就是一种升压变压器，其作用就是将蓄电池或发电机输出的低压升高到15 kV～20 kV，供火花塞产生高压电火花。 1.点火线圈的类型
根据点火线圈铁心的形状和磁路的不同，常将点火线圈分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两类。
（1）开磁路点火线圈
开磁路点火线圈由矩形硅钢片叠成的铁心、初级绕组、次级绕组等组成，其结构及其磁路图如图3-24所示。
图3-24 开磁路点火线圈结构及其磁路图 （2）闭磁路点火线圈
闭磁路点火线圈与开磁路点火线圈在结构上的明显差异是铁心。闭磁路点火线圈采用了“口”字形或“日”字形铁心而不是条形铁心，其显著特点是初、次级绕组在磁路上耦合紧密，即耦合系数大，可达0.95～0.98。图3-25是闭磁路点火线圈结构及其磁路图。
图3-25 闭磁路点火线圈结构及其磁路图
2.点火线圈的检测方法
（1）外观检查查看点火线圈外表面，如发现其胶木盖裂损、接线柱松动、滑丝、外壳变形、工作时温度过高、填充物外溢或高压插座接触不良等现象时，说明其质量不良，应更换新件。（2）点火线圈绝缘性能检查用万用表 R×10 kΩ挡检查，将两表笔分别接点火线圈初级绕组接线线柱和外壳，正常情况其绝缘电阻应为∞，否则应更换新件。（3）点火线圈初级绕组的检查用万用表 R×1Ω挡，测量点火线圈两低压接线柱间的电阻。（4）点火线圈次级绕组的检查用万用表 R×1Ω挡，测量点火线圈正极和高压端之间的电阻，其阻值一般在5 kΩ～15 kΩ之间。
3.3.3 爆燃传感器
爆燃传感器是点火时刻闭环控制必不可少的重要部件，其功用是将发动机爆燃信号转换为电信号传递给ECU，ECU根据爆燃信号对点火提前角进行修正，从而使点火提前角保持最佳。按检测发动机缸体振动频率的检测方式不同，爆燃传感器可分为共振型和非共振型两种。汽车用爆燃传感器按结构不同可分为电感式和压电式两种。 1.电感式爆燃传感器
（1）电感式爆燃传感器结构特点
电感式爆燃传感器为共振型爆燃传感器，主要由感应线圈、伸缩杆、永久磁铁和壳体组成。
（2）电感式爆燃传感器工作原理
当发动机产生振动时，传感器的伸缩杆就会随之产生振动，感应线圈中的磁通量就会发生变化。由电磁感应原理可知，线圈中就会感应交变电动势，即传感器就有信号电压输出，输出电压高低取决于发动机的振动强度和振动频率。如图3-27所示为电感式爆燃传感器输出波形。
图3 -27 电感式爆燃传感器输出波形
2.压电式爆燃传感器
（1）压电式非共振型爆燃传感器 非共振型压电式爆燃传感器的结构如图3-28所示，主要由套筒、压电元件、惯性配重、塑料壳体和接线插座等组成。
图3 -28 压电式非共振型爆燃传感器的结构图
1—套筒底座;2—绝缘垫圈;3—压电元件;4—惯性配重;5—塑料壳体;6—固定螺栓;7—接线插座;8—电极
压电元件的信号输出端就会输出与振动频率和振动强度有关的交变电压信号，如图3-29所示。
图3-29 转速不同时压电式非共振型爆燃传感器输出波形
图3-30 压电式火花塞座金属垫圈型爆燃传感器结构图
1—火花塞;2—垫圈;3—爆燃传感器;4—汽缸垫
3.检测
（1）桑塔纳2000GLi型轿车爆燃传感器的检测 当爆燃传感器发生故障时，发动机ECU能检测到有关信息，并使发动机进入故障应急状态下运行。利用专用的V.A.G1551或V.A.G1552故障阅读仪，通过诊断插座可以读取此故障的有关信息。检修爆燃传感器时，可用万用表电阻OHM×100 kΩ或 R×10 kΩ挡检测传感器电阻。检测时，断开点火开关，拔下传感器线束插头，检测结果应当符合表3-1规定。 （2）桑塔纳2000GSi，捷达AT、GTX型轿车爆燃传感器的检测
桑塔纳2000GSi，捷达AT、GTX型轿车爆燃传感器电路连接及插头和插座上端子位置如图3-31所示，检修时用万用表电阻OHM×100 kΩ或 R×10 kΩ挡检测传感器电阻。检测时，断开点火开关，拔下传感器线束插头，检测结果应当符合表3-2规定。
图3-31 爆燃传感器电路连接及插头和插座上端子位置结构图
3.3.4 点火控制电路
1.桑塔纳2000GLi型轿车点火电路
桑塔纳2000GLi型轿车无触点晶体管点火系统主要由内装霍尔传感器的分电器、点火控制器、点火线圈、火花塞等组成，如图3-32所示。点火过程大致可分为下面三个阶段:
图3-32 桑塔纳2000GLi型轿车无触点晶体管点火电路
（1）当霍尔传感器输出接通信号时，点火控制器接通点火线圈初级绕组，蓄电池提供低压电路电流。
（2）当霍尔传感器输出断路信号时，点火控制便切断点火线圈初级绕组，低压电流及其产生的磁场立即消失。
（3）高压电流经过分电器送到各缸火花塞时，高压电经火花塞的中心电极，击穿中心电极与旁电极之间的火花塞间隙，进入旁电极。在击穿火花塞间隙时，点燃火花塞附近的可燃混合气，完成强制点火功能。 2.丰田花冠轿车电子点火电路
丰田花冠（Corolla）轿车采用的是分电器电控点火系统，它主要由点火开关、分电器、电子点火控制器、点火线圈以及火花塞组成。 3.丰田皇冠轿车电子点火电路
丰田皇冠轿车采用的是无分电器电控点火系统，如图3-34所示。
图3 -34 丰田皇冠轿车电子点火电路
其基本的工作原理如下: （1）来自曲轴位置传感器的信号曲轴位置传感器由G
1、G2及 Ne三个线圈组成，其功能是判别汽缸、检测曲轴的转角以及决定点火时刻的原始设定位置。
（2）ECU输出信号ECU通过曲轴位置传感器接收到G1、G2、Ne 信号，向点火控制器输出IGf、IGdA、IGdB 三个信号。
（3）点火控制器点火控制器内有汽缸判别、闭合角控制、恒流控制、安全信号等电路，其主要功能是接收IGf、IGdA、IGdB 信号，并依次驱动各个点火线圈工作。另外，它还向ECU输入安全信号（IGf ）。
（4）安全信号IGf 安全信号是将点火控制器断续点火线圈的初级电流的信号反馈给ECU的信号，使点火控制器具有安全功能。
第4章 汽车机辅助控制系统
4.1 怠速控制系统
4.1.1 怠速控制系统概述 1.怠速控制系统的功能
怠速是指节气门关闭，油门踏板完全松开，且发动机对外无功率输出并保持最低转速稳定运转的工况。怠速控制系统的功能是根据发动机工作温度和负载，由ECU自动控制怠速工况下的空气供给量，维持发动机以稳定怠速运转。
图4 -1 怠速控制系统的组成
1—冷却液温度信号;2—A/C开关信号;3—空挡位置开关信号;4—转速信号;5—节气门位置信
号;6—车速信号;7—执行元件
2.怠速控制系统的组成
怠速控制系统主要由传感器、ECU和执行元件三部分组成，如图4-1所示。 3.怠速控制的方法
怠速控制的实质就是对怠速工况下的进气量进行控制。在发动机集中控制系统中，控制怠速进气量的方法可分为两种基本类型:节气门直动式和旁通空气式。如图4-2所示，节气门直动式通过执行元件改变节气门的最小开度来控制怠速进气量，而在旁通空气式怠速控制系统中，设有旁通节气门的怠速空气道，由执行元件控制流经怠速空气道的空气量。
图4 -2 怠速进气量控制方式
1—节气门;2—进气管;3—节气门操纵臂;4—执行元件;5—怠速空气道
4.1.2 节气门直动式怠速控制器
节气门直动式怠速控制器的外形及结构图如图4-3所示，主要由直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等组成。直流电动机可正转可反转，当直流电动机通电转动时，经减速齿轮机构减速增扭后，再由丝杠机构将其旋转运动转换为传动轴的直线运动。
图4 -3 节气门直动式怠速控制器的外形图及结构图
1—节气阀操纵臂;2—怠速控制器;3—节气门体;4—喷油器;5—燃油压力调节器;6—节气门;7—防转六角孔;8—弹簧;9—直流电动机;
10、
11、13—齿轮;12—传动轴;14—丝杠
4.1.3 步进电动机型怠速控制阀
1.控制阀的结构与工作原理
步进电动机型怠速控制阀的结构如图4-4所示。步进电动机由转子和定子构成，丝杠机构将步进电动机的旋转运动变为阀杆的直线运动，控制阀与阀杆制成一体。步进电动机的结构如图4-
5、图4-6所示，主要由用永久磁铁制成的有16个（8对磁极沿圆周均匀分布）磁极的转子和两个定子铁心组成。
图4 -4 步进电动机型怠速控制阀的结构图
1—控制阀;2—前轴爪;3—后轴承;4—密封圈;5—丝杠机构;6—线束插接器;7—定子;8—转子
图4 -5 步进电动机的结构
1、2—线圈;3—爪极;4—定子B;5—转子;6—定子A
图4 -6 定子结构示意图
步进电动机的工作原理如图4-7所示。当ECU控制步进电动机的线圈按1-2-3-4的顺序依次搭铁时，定子磁场顺时针转动（图4-7（b）向右），由于与转子磁场间的相互作用（同性相斥，异性相吸），使转子随定子磁场同步转动。同理，步进电动机的线圈按相反的顺序通电时，转子则随定子磁场同步反转。转子每转一步便与定子错开一个爪极的位置，由于定子有32个爪极（上、下两个铁心各16个），所以步进电动机每转一步为1/32圈（约11°转角），步进电动机的工作范围为0～125个步进级。
图4 -7 步进电动机的工作原理
图4 -8 步进电动机型怠速控制阀电路
2.控制阀的检修
（1）在检修步进电动机型怠速控制阀时的注意事项①不要用手推或拉控制阀，以免损坏丝杆机构的螺纹。②不要将控制阀浸泡在任何清洗液中，以免步进电动机损坏。③安装时，检查密封圈不应有任何损伤，并在密封圈上涂少量润滑油。
（2）检修步进电动机型怠速控制阀的方法①拆开怠速控制阀线束插接器，将点火开关转至“ON”但不起动发动机，在线束侧分别测量B1 和 B2 端子（参照图4-8）与搭铁之间的电压，均应为蓄电池电压（9 V～14 V），否则说明怠速控制阀电源电路有故障。②发动机起动后再熄火时，2 s～3 s内在怠速控制阀附近应能听到内部发出的“嗡嗡”声，否则应进一步检查怠速控制阀、控制电路及ECU。③拆开怠速控制阀线束插接器，在控制阀侧分别测量端子（参照图4-8）B1 与S1 和S3、B2 与S2 和S4 之间的电阻，阻值均应为10Ω～30Ω，否则应更换怠速控制阀。④如图4-9所示，拆下怠速控制阀后，将蓄电池正极接至B1 和 B2 端子，负极按顺序依次接通S1 -S2-S3 - S4 端子时，随步进电动机的旋转，控制阀应向外伸出;蓄电池负极按相反顺序依次接通S4 -S3-S2 -S1 时，则控制阀应向内缩回。 3.控制阀的控制内容
（1）起动初始位置的设定为了改善发动机的再起动性，在发动机点火开关关断后，ECU的M -REL端子（图4-8）向主继电器线圈供电一段时间（2 s）。在这段时间内，蓄电池继续给ECU和步进电动机供电（2 s），ECU使怠速控制阀回到起动初始（全开）位置。待步进电动机回到起动初始位置后，主继电器线圈断电，蓄电池停止给ECU和步进电动机供电，怠速控制阀保持全开（125步）不变，为下次起动做好准备。
图4 -9 步进电动机型怠速控制阀工作情况检查
（2）起动控制发动机起动时，由于怠速控制阀预先设定在全开位置，在起动期间经怠速空气道可供给最大的空气量，发动机容易起动。
（3）暖机控制暖机控制又称快怠速控制，在暖机过程中，ECU根据冷却液温度信号按内存的控制特性控制步进电机的运动步数，从而控制怠速控制阀开度，随着温度的上升，怠速控制阀开始逐渐关闭。当冷却液温度达到70℃时，暖机控制过程结束。
（4）怠速稳定控制在怠速运转时，ECU将接收到的实际转速信号与存储器中的目标转速进行比较，其差值超过一定值（一般为20 r/min）时，ECU将通过步进电动机控制怠速控制阀，调节怠速空气供给量，使发动机的实际转速与目标转速相同。
（5）怠速预测控制发动机在怠速运转时，空挡起动开关、空调开关的接通或断开都将使发动机的负荷立即发生变化。
（6）电器负载增多时的怠速控制在怠速运转时，如使用的电器负载增大到一定程度时，蓄电池电压就会降低。
（7）学习控制在发动机使用过程中，由于磨损等原因会导致怠速控制阀的性能发生改变，虽然怠速控制阀的位置相同，但实际的怠速转速会与初设的目标转速略有不同。
4.1.4 旋转电磁阀型怠速控制阀 1.控制阀的结构与工作原理
旋转电磁阀型怠速控制阀的结构如图4-10所示。控制阀安装在阀轴的中部，阀轴的一端装有圆柱形永久磁铁，永久磁铁对应的圆周位置上装有位置相对的两个线圈。由ECU控制两个线圈的通电或断电，改变两个线圈产生的磁场强度，即可改变控制阀的位置，从而调节怠速空气口的开度，以实现怠速空气量的控制。
图4 -10 旋转电磁阀型怠速控制阀
1—控制阀;2—双金属片;3—冷却液腔;4—阀体;
5、7—线圈;6—永久磁铁;8—阀轴;9—怠速空气口;10—固定销;11—挡块;12—阀轴限位杆
ECU控制旋转电磁阀型怠速控制阀工作时，控制阀的开度是通过控制两个线圈的平均通电时间（占空比）来实现的。
2.控制阀的控制内容
旋转电磁阀型怠速控制阀（旁通空气式怠速控制系统）的控制内容主要包括起动控制、暖机控制、怠速稳定控制、怠速预测控制和学习控制，具体内容与步进电动机控制旁通空气式怠速控制系统基本相同。
3.控制阀的检修
旋转电磁阀型怠速控制阀电路（日本丰田PREVIA轿车）如图4-12所示，在维修时，应进行如下检查:
图4 -12 旋转电磁阀型怠速控制阀电路
（1）拆开怠速控制阀线束插接器，将点火开关转至“ON”的位置，但不起动发动机，在线束插接器侧测量电源端子（+B）与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压（9 V～14 V），否则说明怠速控制阀电源电路有故障。
（2）在发动机达到正常工作温度、变速器处于空挡位置时，使发动机维持怠速运转，用专用短接线短接故障诊断座上的TE1 与E1 端子，发动机转速应保持在1000 r/min～ 1200 r/min，5 s后转速下降约200 r/min。
（3）拆开怠速控制阀上的三端子线束插接器，在控制阀侧分别测量中间端子（+B）与两侧端子（ISC1 和ISC2 ）之间的电阻，正常应为18.8Ω～22.8Ω，否则应更换怠速控制阀。
图4 -13 占空比控制电磁阀型怠速控制阀结构
1、5—回位弹簧;2—电磁线圈;3—阀杆;4—控制阀
4.1.5 占空比控制电磁阀型怠速控制阀
1.控制阀的结构与工作原理
占空比控制电磁阀型怠速控制阀结构如图 4-13所示，主要由控制阀、阀杆、电磁线圈和回位弹簧、进气口、出气口等组成。控制阀的工作原理:控制阀与阀杆制成一体，当电磁线圈通电时，电磁线圈就会产生电磁吸力，当它超过回位弹簧的弹力时，阀杆将被吸起，使阀杆离开阀座，将旁通空气道打开;当电磁线圈断电时，阀杆在回位弹簧的作用下回位，旁通空气道关闭。
图4 -14 快怠速控制阀的结构
1—冷却液腔;2—石蜡感温器;3—控制阀;
4、5—弹簧 2.控制阀的控制内容
占空比控制电磁阀型怠速控制系统的控制内容包括起动控制、暖机控制、反馈控制、怠速预测控制和学习控制。但由于占空比控制电磁阀型怠速控制阀控制的旁通空气量少，在采用此种控制阀的怠速控制系统中，仍需要快怠速控制阀辅助控制发动机暖机过程的空气供给量。快怠速控制阀的结构如图4-14所示，主要由石蜡感温器、控制阀和弹簧等组成。
4.1.6 开关型怠速控制阀
图4 -16 开关型怠速控制阀的结构
1—线圈;2—控制阀
1.控制阀的结构与工作原理
开关型怠速控制阀的结构，如图4-16所示，主要由线圈和控制阀组成。其工作原理与占空比控制电磁阀型怠速控制阀类似。不同的是开关型怠速控制阀工作时，ECU只对阀内线圈通电或断电两种状态进行控制，电磁线圈通电时，控制阀开启，线圈断电时，则控制阀关闭。开关型怠速控制阀也只有开或关两个位置。
2.控制阀的控制内容
当发动机工作时，ECU根据发动机的工作状况对控制阀线圈只进行通、断电控制，其控制条件见表4-1。在满足以下条件之一时，控制阀开或关。
4.2进气控制系统
在发动机电控系统中，进气控制系统主要包括动力阀控制系统、谐波增压控制系统、可变配气相位控制系统。
4.2.1 动力阀控制系统 1.动力阀控制系统的功能
动力阀控制系统的功能是控制发动机进气道的空气流通截面大小，以适应发动机不同转速和负荷时对进气量的要求，从而改善发动机的动力性。
2.动力阀控制系统的结构原理
ECU控制的动力阀控制系统如图4-17所示。动力阀控制系统主要由真空罐、真空电磁阀、ECU、膜片真空气室、动力阀等组成。
图4 -17 动力阀控制系统
1—真空罐;2—真空电磁阀;3—ECU;4—膜片真空气室;5—动力阀
控制进气道空气流通截面大小的动力阀安装在进气管上，动力阀的开闭由膜片真空气室控制，ECU根据各传感器信号通过真空电磁阀（VSV阀）控制真空罐与膜片真空气室的真空通道。发动机小负荷运转时，进气量较少，ECU断开真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空度不能进入膜片真空气室，动力阀处于关闭位置，进气通道变小。当发动机大负荷运转时，进气量较多，ECU接通真空电磁阀搭铁回路，真空罐中的真空度经真空电磁阀进入膜片真空气室，动力阀开启，进气通道变大。动力阀控制系统的主要控制信号有发动机转速、温度、空气流量等。
4.2.2 谐波增压控制系统
谐波进气增压控制系统工作原理如图 4-18所示。当发动机转速较低时，同一汽缸的进气门关闭与开启间隔的时间较长，此时进气控制阀关闭，使进气管内压力波的传递距离为进气门到空气滤清器的距离;当发动机处于高速区域运转时，此时进气控制阀开启，由于大容量进气室的参与，在进气道控制阀处形成气帘，使进气压力脉动波只能在空气室出口和进气门之间传播，缩短了压力波的传播距离，使发动机在高速时得到较好的进气增压效果。谐波进气增压控制系统控制原理如图4-19所示。ECU根据发动机转速信号控制电磁真空阀的开闭，低速时，电磁真空阀由于不通电而关闭，真空罐无法与真空马达的管路相通，真空马达不动作，进气增压控制阀处于关闭状态，此时进气压力波传播距离较长;高速时，ECU接通电磁真空阀的电路，电磁真空阀开启，真空罐与真空马达的管路相通，真空马达动作，将进气增压控制阀开启，缩短了进气压力波的传播距离。
图4 -18 谐波进气增压控制系统工作原理图
1—喷油器;2—进气道;3—空气滤清器;4—进气室; 5—涡流控制阀;6—进气控制阀;7—节气阀;8—真空驱动器
图4 -19 谐波进气增压控制系统原理图
4.2.3 可变配气相位控制系统
目前，汽车发动机一般都是根据性能的要求，通过试验来确定某一常用转速下较合适的配气相位，在装配时，对正配气正时标记，即可保证已确定的配气相位，且在发动机使用中，已确定的配气相位是不能改变的。自然发动机性能只能在某一常用转速下最好，而在其他转速下工作时，发动机的性能相对较差。为解决上述问题，在有些汽车发动机上采用了可变配气相位控制机构。例如日本本田公司生产的汽车发动机上，配备了更先进的VTEC（Variable Valve Life Timing & Valve Electronic Control）、可变配气正时（相位）及气门升程电子控制系统。
1.VTEC机构的组成
VTEC机构的组成如图4-20所示。同一缸的两个进气门有主、次之分，即主进气门和次进气门。每个进气门通过单独的摇臂驱动，驱动主进气门的摇臂称为主摇臂，驱动次进气门的摇臂称为次摇臂，在主、次摇臂之间装有一个中间摇臂，中间摇臂不与任何气门直接接触，三个摇臂并列在一起组成进气摇臂总成。进气摇臂总成如图4-21所示，在三个摇臂靠近气门的一端均设有油缸孔，油缸孔中装有靠液压控制的正时活塞、同步活塞、阻挡活塞及弹簧。正时活塞一端的油缸孔与发动机的润滑油道相通，ECU通过电磁阀控制油道的通或断。
图4 -20 VTEC机构的组成
1—正时片;2—中间摇臂;3—次摇臂;4—同步活塞B;5—同步活塞A;6—正时活塞;7—进气门;8—主摇臂;9—凸轮轴
图4 -21 进气摇臂总成
1—同步活塞B;2—同步活塞A;3—弹簧;4—正时活塞;5—主摇臂;6—中间摇臂;7—次摇臂
2.VTEC机构的工作原理
发动机低速运转时，电磁阀不通电使油道关闭，机油压力不能作用在正时活塞上，在次摇臂油缸孔内的弹簧和阻挡活塞的作用下，正时活塞和同步活塞A回到主摇臂油缸孔内，与中间摇臂等宽的同步活塞B停留在中间摇臂的油缸孔内，三个摇臂彼此分离，如图4-22所示，此时，主凸轮通过主摇臂驱动主进气门，中间凸轮驱动中间摇臂空摆（不起作用）;次凸轮的升程非常小，通过次摇臂驱动次进气门微量开闭，其目的是防止次进气门附近积聚燃油。当发动机高速运转，且发动机转速、负荷、冷却液温度及车速达到设定值时，电脑向VTEC电磁阀供电，使电磁阀开启，来自润滑油的机油压力作用在正时活塞一侧，由正时活塞推动两同步活塞和阻挡活塞移动，两同步活塞分别将主摇臂与中间摇臂、次摇臂与中间摇臂插接成一体，成为一个同步工作的组合摇臂，如图4-23所示。
图4 -22 VTEC机构低速工作状态
1—主凸轮;2—次凸轮;3—次摇臂;4—阻挡活塞;5—同步活塞A;6—正时活塞;7—主摇臂;8—同步活塞B
图4 -23 VTEC机构高速工作状态
1—中间凸轮;2—中间摇臂
3.VTEC控制系统电路
VTEC控制系统电路如图4-24所示。发动机控制ECU根据发动机转速、负荷、冷却液温度和车速信号控制VTEC电磁阀。电磁阀通电后，通过压力开关给电脑提供一个反馈信号，以便监控系统工作。
图4 -24 VTEC控制系统电路图
4.VTEC系统的检修
在维修时，拆下VTEC电磁阀总成后，检查电磁阀滤清器，若滤清器有堵塞现象，应更换滤清器和发动机润滑油。电磁阀密封垫一经拆下，必须更换新件。拆开VTEC电磁阀，用手指检查阀的运动是否自如，若有发卡现象，应更换电磁阀。发动机不工作时，拆下气门室罩盖，转动曲轴分别使各缸处于压缩上止点位置，用手按压中间摇臂，应能与主摇臂和次摇臂分离单独运动。
4.3 增压控制系统
增压控制系统的功能是根据发动机进气压力的大小，控制增压装置的工作，控制进气压力、提高发动机的动力性和经济性。根据增压装置使用的动力源不同，增压装置可分为废气蜗轮增压和动力增压两种类型。废气蜗轮增压是利用发动机排出的废气能量驱动增压装置工作，动力增压则是利用发动机输出动力或电源驱动增压装置工作。图4-25所示为废气蜗轮增压控制系统。
图4 -25 废气蜗轮增压控制系统
1—切换阀;2—驱动气室;3—空气冷却器;4—空气滤清器;5—ECU;6—释压电磁阀
4.4 排放控制系统
在现代汽车尤其是轿车上装用了多种排放控制系统，主要包括:曲轴箱强制通风（PCV）控制系统、废气再循环（EGR）控制系统、三元催化转换器（TWC）控制系统、二次空气供给系统和热空气供给系统、燃油蒸气排放（EVAP）控制系统等，其中EGR控制系统、TWC控制系统、二次空气供给系统、EVAP控制系统采用了ECU控制。 4.4.1 废气再循环控制系统
废气再循环简称EGR，是指在发动机工作时，将一部分废气重新引入汽缸参加燃烧的过程。EGR是目前降低NOx 的一种有效的方法。废气再循环的程度用EGR率来表示，它是指发动机进行废气再循环时，废气再循环量在进入缸内的气体中所占的比率，即
EGR率=［EGR量/（进气量+EGR量）］×100%
图4 -27 开环控制EGR系统
1—EGR电磁阀;2—节气门;3—EGR阀;4—水温传感器
1.开环控制EGR系统
开环控制EGR系统（日本公爵3.0E轿车）如图4-27所示，主要由EGR阀和EGR电磁阀等组成。EGR阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。EGR电磁阀安装在通向EGR阀的真空通道中，ECU根据发动机冷却液温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制电磁阀的通电或断电。ECU不给EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空通道接通，EGR阀开启，进行废气再循环;ECU给EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空通道被切断，EGR阀关闭，停止废气再循环，这种控制系统属于普通电子控制的EGR系统。在开环控制EGR系统中，EGR率只能预先设定，发动机在各种工况下的实际EGR率则不能检测。
2.闭环控制EGR系统
在闭环控制EGR系统中，以实际检测的EGR率或EGR阀的开度作为反馈控制信号，控制精度更高。用EGR阀开度作为反馈信号的闭环控制EGR系统如图4-28所示。与采用普通电子控制的EGR系统相比，只是在EGR阀上增设了一个EGR阀开度传感器（电位计式）。闭环控制EGR系统工作时，EGR阀开度传感器可将EGR阀开启高度的信号转换为相应的电压信号，并反馈给ECU，ECU根据反馈信号控制真空电磁阀的动作，调节EGR阀的真空度，从而改变EGR率。
图4 -28 用EGR阀开度作为反馈信号的闭环控制EGR系统
3.EGR控制系统的检查
（1）一般检查在冷起动后，立即拆下EGR阀上的真空软管，发动机转速应无变化，用手触试真空软管口应无真空吸力;发动机温度达到正常温度后，怠速时按上述方法检查，其结果应与冷起动时相同;发动机在正常工作温度下，若将转速提高到2500 r/min左右，折弯真空软管后并从EGR阀上拆下软管，发动机转速应有明显提高（因中断废气再循环）。若不符合上述要求，说明EGR系统工作不正常，应查明故障原因，予以排除。
（2）EGR电磁阀的检查在冷态下测量电磁阀电阻，一般应为33Ω～39Ω;如图4-30所示，EGR电磁阀不通电时，从通往进气管侧接头处吹入空气应畅通，从通往大气的滤网处吹入空气应不通。
（3）EGR阀的检查如图4-31所示，用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15 kPa的真空度时，EGR阀应能开启;不施加真空度时，EGR阀应能完全关闭。若不符合上述要求，应更换EGR阀。
图4 -30 EGR电磁阀的检查
1—通往大气的滤网;2—通往进气管侧软管接头;3—EGR阀侧软管接头
图4 -31 EGR阀的检查
4.4.2 三元催化转换器（TWC）与空燃比反馈控制系统 1.三元催化转换器
三元催化转换器是利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体转变为无害气体。它安装在排气管中部。
图4 -33 TWC的转换效率与混合气浓度的关系
发动机排出的废气流经TWC时，三元催化剂不仅可使废气中的HC和CO有害气体进一步氧化，生成无害气体CO2 和H2 O，并能促使废气中的NOx 与CO反应生成无害的CO2 和N2 。TWC将有害气体转变成无害气体的效率受很多因素的影响，其中影响最大的是混合气浓度和排气温度。TWC的转换效率与混合气浓度的关系如图4-33所示。只有在标准的理论空燃比14.7附近，对废气中三种有害气体（碳氢化物、一氧化碳、氮氧化物）的转换效率均比较高。
图4 -34 电控燃油喷射系统的闭环控制原理图
2.氧传感器
（1）氧传感器可分为氧化锆（ZrO2 ）式和氧化钛（TiO2 ）式两种类型①氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器结构及其输出特性如图4-35所示，该传感器的基本元件是氧化锆管，氧化锆管固定在带有安装螺纹的固定套内，在氧化锆管内、外表面均覆盖着一薄层铂作
