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第2章目录
第 2 章 燃油喷射系统的控制,..........................................................................................................................- 2 -
2.1 燃油喷射系统概述,...............................................................................................................................,- 2 -
2.1.1 燃油喷射的基本概念,....................................................................................................................- 2 -
2.1.2 燃油喷射的发展过程,....................................................................................................................- 2 -
2.1.3 汽油发动机对可燃混合气的要求,.................................................................................................- 3 -
2.1.4 燃油喷射系统的优点,....................................................................................................................- 5 -
2.1.5 燃油喷射系统的分类,....................................................................................................................- 5 -
2.2 空气供给系统,.........................................................................................................................................- 9 -
2.2.1 空气供给系统的组成,....................................................................................................................- 9 -
2.2.2 空气供给系统主要部件及工作原理,..........................................................................................,- 11 -
2.3 燃油供给系统,..........................................................................................................................................- 15 -
2.3.1 燃油供给系统的组成,..................................................................................................................- 15 -
2.3.2 燃油泵的结构与原理,..................................................................................................................- 16 -
2.3.3 汽油滤清器,..................................................................................................................................- 19 -
2.3.4 燃油压力调节器和脉动阻尼器,...................................................................................................- 19 -
2.3.5 电磁喷油器的结构与原理,..........................................................................................................- 21 -
2.3.6 冷起动喷油器和热限时开关,.......................................................................................................- 27 -
2.3.7 汽油分配管总成,..........................................................................................................................- 29 -
2.4 传感器的结构与原理,.........................................................................................................................,- 29 -
2.4.1 空气流量计,...............................................................................................................................- 29 -
2.4.2 进气压力传感器,.......................................................................................................................- 36 -
2.4.3 节气门位置传感器,...................................................................................................................- 38 -
2.4.4 氧传感器,...................................................................................................................................- 40 -
2.4.5 温度传感器,...............................................................................................................................- 43 -
2.5 电子控制系统,.....................................................................................................................................,- 45 -
2.5.1 电控系统的基本组成与类型,.......................................................................................................- 45 -
2.5.2 信号输入装置及输入信号,..........................................................................................................- 45 -
2.5.3 电子控制装置（ECU）,................................................................................................................- 46 -
2.5.4 执行器,..........................................................................................................................................- 50 -
2.5.5 电子控制系统的简要工作过程,...................................................................................................- 50 -
2.5 燃油喷射系统的工作过程,.................................................................................................................,- 50 -
2.5.1 喷油器控制,..................................................................................................................................- 50 -
2.5.2 喷油量的控制,..............................................................................................................................- 53 -
小结,.................................................................................................................................................................- 58 -
习题,.................................................................................................................................................................- 58 -
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第 2 章 燃油喷射系统的控制
☆ 知识点
1.汽油发动机对可燃混合气的要求；燃油喷射的概念及分类；
2.空气供给系统和燃油供给系统的组成、结构、工作原理；
3.燃油喷射电子控制系统的组成、结构、工作原理；
4.燃油喷射系统传感器的结构和工作原理；
5.燃油喷射系统的工作过程。
★ 要求
掌握
1,燃油喷射系统的概念和分类；
2,空气供给系统和燃油供给系统的组成、结构、工作原理；
3．燃油喷射系统传感器的结构和工作原理；
4.燃油喷射电子控制系统的组成、结构、工作原理。
了解
1.燃油喷射的发展过程
2.电子控制装置（ECU）的工作原理
3,燃油喷射系统的工作过程
2.1 燃油喷射系统概述
2.1.1 燃油喷射的基本概念
传统的化油器式发动机工作时，汽油和空气通过化油器形成可燃混合气，再进入气缸燃烧，该系统不能精确的控制可燃混合气的空燃比。随着电子工业的发展，尤其是微型电子计算机出现以后，
微机控制技术在汽车上的广泛应用，有效的解决了汽车动力性、经济性和排放性等之间的矛盾。
电子控制燃油喷射系统（ Electronic FueL Injection）简称 EFI，它是以电控单元（ ECU）为控制中心，利用安装在发动机不同部位上的各种传感器，测出发动机在各种不同工况下的工作参数，按照汽车制造厂在电控单元存储器中设定的控制程序，通过控制喷油器，精确的控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，从而使发动机获得良好的燃料经济性和排放性，同时也提高了汽车的使用性能。
2.1.2 燃油喷射的发展过程
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燃油喷射技术在 20 世纪30 年代首先应用于航空发动机，1934 年德国研制成功第一架装有汽油喷射发动机的军用战斗机。50 年代德国、美国开始研究在汽车发动机上应用汽油喷射技术。
1967 年，德国波许（BOSCH）公司研制成功 K-Jetronic 机械式汽油喷射系统，后来经改进发展成为 KE-Jetronic 汽油喷射系统。 该系统是在 K-Jetronic 机械式汽油喷射系统的油量分配器上增设了一只电液式压差调节器，用以控制计量槽前后的压差，从而能快速地大幅度地调节燃油量，提高了操纵的灵活性，并增加了控制功能。
70年代后半期迅速发展起来的以微机控制为基础的车用电控汽油喷射系统是世界汽车工业同时解决节油和排放净化两大难题在技术上的重大突破。1967 年，德国波许（BOSCH）公司开始批量生产用进气管绝对压力控制空燃比的 D-Jetronic 模拟式电子控制汽油喷射系统。1973 年，德国波许
（BOSCH）公司开在 D-Jetronic 电子控制汽油喷射系统的基础上，经过改进发展成为 L-Jetronic 电子控制汽油喷射系统，采用翼片式空气流量计直接测量进气过程中的空气体积流量来控制空燃比，
相比 D-Jetronic 电子控制汽油喷射系统而言，精度和稳定性都得到了提高。
1981 年,L-Jetronic 电子控制汽油喷射系统又进一步改进发展成为 LH -Jetronic 电子控制汽油喷射系统，用热线式空气流量计直接测量进气空气的质量流量，无需附加专门装置来补偿大气压力和温度变化的影响。为了在满足排放法规的前提下实现最佳的燃油经济性指标，采用单项电子控制装置远远达不到要求。
1979 年，德国波许（BOSCH）公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的 Motronic 数字式发动机控制系统，我们把这种汽油喷射装置和点火装置集中由一个 ECU 控制的系统称为发动机集中控制系统；若两者分别由各自的 ECU 控制，则称为发动机单独控制系统。同一时期，美国和日本各大汽车公司也研制成功了与各自车型配套的数字式发动机集中控制系统。这种集中控制系统能对空燃比、点火时刻、怠速转速和废气再循环等多方面进行综合控制，控制精度越来越高，控制功能日趋完善。总之，发动机电子控制的发展趋势是从单独控制逐步向集中控制系统发展。
2.1.3 汽油发动机对可燃混合气的要求
混合气的成分不同，对发动机动力性、经济性和排放性有很大影响。混合气的成分通常用空燃比表示。我们把空气和燃油的混合比，即空气质量与燃油质量比，称为空燃比，通常用 A/F 表示。
其空燃比的计算公式表达式：A/F=空气质量/燃油质量。汽油完全燃烧并生成二氧化碳和水时的空燃比称为理论空燃比，理论空燃比约为 14.7 左右。在实际的发动机燃烧过程中，燃烧一千克的燃油所消耗的空气不一定就是理论所需要的空气量，它与发动机的结构和使用工况相关，所供给的实际空气量可能大于或小于理论空气量。我们把燃烧一千克质量燃油的实际空气质量与理论空气质量的比值称为过量空气系数，可以用下列公式表示：过量空气系数 α=实际空气质量/理论空气质量。
1．不同浓度混合气对发动机性能的影响
（1）标准混合气 α=１或 A/F＝14.7。实际它不能完全燃烧，因为燃烧空间和时间的限制，还
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有废气的干扰。
（2）稀混合气 α>１或 A/F>14.7。它是有可能完全燃烧的混合气，当 α＝1.05～1.15 或 A/F
约为 16 时的混合气，称为经济混合气，此时的空燃比称为经济空燃比。当燃油完全燃烧时，发动机的油耗最低。α 或 A/F再增大则导致发动机过热，加速性能变坏。
（3）浓混合气 α<１或 A/F<14.7。当 α＝0.85～0.95 或 A/F 为 12～13 时的混合气，称为功率混合气，此时的空燃比称为功率空燃比。这种混合气将使发动机发出最大功率。在功率空燃比与经济空燃比之间范围内的混合气成分是汽油发动机常用的混合气。
2．发动机对混合气的要求
从发动机工作的稳定性、动力性和燃油经济性统一考虑，对不同工况，混合气空燃比的要求是不同的。
（1）稳定工况对混合气的要求
稳定工况是指发动机已经完成预热，运转过程中没有转速和负荷的突然变化。混合气成分的要求根据实际运行的转速与负荷而定。稳定工况可分为怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷几种情况。
1） 怠速和小负荷 怠速工况是发动机无负荷的运行。怠速时节气门关闭，进气管内的真空度很大。当进气门开启时，气缸内的一部分废气冲入进气管和新鲜的可燃混合气混合后又被吸入气缸，
为了保证这种被稀释过的混合气能正常燃烧，就必须供给很浓的混合气，一般为 α＝0.6～0.8 的混合气。随着负荷的增加和节气门开度的加大，新鲜的混合气中废气的含量逐渐减少。所以在小负荷工况，也应该供给浓的混合气，但是混合气的浓度将会随负荷的增大而减小。
2） 中等负荷 中等负荷时，节气门的开度已经足够大，一般节气门开度在 25％～85％范围内，
废气稀释的影响已经不大，因此要求供给发动机稀的混合气，以获得最佳的燃油经济性，一般α＝
0.9～1.1 或空燃比 A/F约为 16～17的经济混合气。
3） 大负荷和全负荷 大负荷时，随着节气门开度的增大应逐渐加浓混合气以满足功率混合气的要求。但实际上在节气门尚未全开之前，如果需要获得更大的扭矩，只要把节气门进一步开大就可以实现，因此就没有必要使用功率混合气来提高功率，而应当继续使用经济混合气来提高经济性。
因此在节气门全开之前的所有大负荷工况都应该供给经济混合气，只有在节气门全开即全负荷工况时，为了获得该工况的最大功率必须供给功率混合气，以满足动力性要求为主。
（2）过渡工况对混合气的要求
过渡工况是指负荷或转速随时间不断变化的运行工况。主要包括冷启动、暖车、加速等工况。
1）冷车启动时，发动机要求供给很浓的混合气。冷启动时，燃油与空气的温度很低，燃油蒸发的百分数很小，为了保证冷启动顺利完成，要求供给浓混合气的空燃比接近 2：1。这样浓的混合气在汽油喷射系统中用冷启动喷油器或通过各缸喷油器的异步喷射来实现。
2）发动机启动后，就会进入暖车工况，在暖车过程中也需要浓的混合气。暖车的加浓程度必须
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在暖车过程中逐渐减小，一直到发动机能以稳定的怠速运转为止。
3）发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。加速时，驾驶员猛踩加速踏板，使节气门开度突然增大，以期待发动机功率迅速增大。可是当喷油器将汽油喷入进气歧管后，有一部分汽油将附着在进气门及其附近，由于附着的汽油产生汽化需要一定时间，因此加速时实际供给发动机的燃油相对不足，致使混合气暂时过稀，车速下降。为了防止这种现象发生，在加速时，喷油器喷射的油量会相应增加。
4）发动机急减速时，驾驶员迅速松开加速踏板，节气门突然关闭，此时由于惯性作用，发动机仍然保持很高的转速运转，进气管的真空度急剧升高，促使附着在进气管壁面上的燃油加速汽化，
在空气量不足的情况下进入气缸，造成混合气过浓。为避免这种现象的发生，发动机减速时，喷油器喷射的油量将会相应减少。
2.1.4 燃油喷射系统的优点
与传统的化油器式燃油供给系统相比较，使用燃油喷射系统的发动机具有以下优点,
1）能实现空燃比的高精度控制 采用多点喷射方式独立向各缸喷油，使各缸空燃比偏差减小；
通过闭环控制系统中的氧传感器的反馈控制，可以精确的控制空燃比；在气压、温度、空气密度、
变化或加减速行驶过渡运转工况时，空燃比可以得到及时的修正；点火控制、怠速控制等辅助控制系统的采用，使各种工况都有最佳的空燃比。
2）充气效率高 在进气系统中，由于没有像化油器那样的喉管部位，进气压力损失小，只要合理设计进气管道，就可以充分利用吸入空气的惯性增压作用，增大充气量，提高输出功率，增加发动机的动力。
3）瞬时响应快 在汽车加减速行驶的过渡运行阶段，燃油喷射系统响应速度快，使汽车加减速反应灵敏。
4）起动容易,暖机性能好 在发动机启动时，ECU 根据启动工况增加启动时的喷油量；溢流消除功能可以有效的防止发动机多次启动但不着车，导致启动时气缸内燃油过多的现象。并且使发动机顺利地过渡到暖机运转。
5）节油和排放净化效果明显 能提供各种运行工况下最佳空燃比的混合气，燃油雾化好，各缸分配均匀，燃烧效率提高，降低了排放物的污染。
6）减速断油功能降低了排放,节省燃油 在燃油喷射系统中，当节气门关闭而发动机转速超过预定转速时，喷油就会停止，使排气中 HC 的含量减少，并可降低燃油的消耗。
2.1.5 燃油喷射系统的分类
1,按喷油器安装部位和数量不同分类
（1）多点喷射系统（MPI） 多点喷射系统是指在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器,
喷油器适时喷油，空气和汽油在进气门附近形成可燃混合气。
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（2）单点喷射系统（SPI） 单点喷射系统是指在节流阀体上安装一只或两只喷油器,向进气歧管中喷油形成可燃混合气,在进气行程时可燃混合气被吸入气缸内。
2,按喷射控制装置的形式不同分类
（1） 机械式 空气计量器与燃油分配器组合在一起,空气计量器检测空气流量的大小后,靠连接杆传动操纵燃油分配器的柱塞动作,以燃油计量槽开度的大小控制喷油量,达到控制混合气空燃比的目的。
（2） 机电一体混合式 在燃油分配器上安装了一个由电控单元控制的电液式压差调节器,电控单元根据水温、节气门位置等传感器的输入信号控制电液式压差调节器动作,以调节燃油供给量。
（3） 电子控制式 根据各种传感器送至电控单元的发动机运行状况的信号,由电控单元运算后,
发出控制喷油量和点火时刻等多种执行指令,实现多种机能的控制。即为发动机电子集中控制系统。
3,按喷射方式不同分类
（1）间歇喷射系统 在发动机运转期间汽油间歇喷射是在进气过程中的某时间内进行的,喷油量大小取决于喷油器持续开启时间,即电脑指令的喷油脉冲宽度。
（2） 连续喷射系 燃油喷射的时间占有全部工作循环的时间,连续喷射都是喷在进气道内,大部分燃油是在进气门关闭后喷射。
4．按喷射位置的不同分类
（1）进气道喷射式 喷油器安装在进气歧管上，把燃油喷射到进气门前方。进气道喷射都采用低压喷射装置，是目前汽油喷射发动机上常用的喷射方式。
（2）缸内直接喷射式 喷油器安装在气缸盖上，把燃油直接喷入气缸内，配合气缸内组织的气体流动形成可燃混合气，这种喷射方式容易实现分层燃烧和稀混合气燃烧，进一步改善了汽车发动机的排放性与燃油经济性。
5,按喷射时序分类
（1） 同时喷射 同时喷射是指发动机在运转期间,各缸喷油器同时开启且同时关闭,由电脑的同一个喷油指令控制所有的喷油器同时动作，如图 2.1a 所示。
（2） 分组喷射 分组喷射是指将喷油器分成两组交替喷射,电脑发出两路喷油指令,每路指令控制一组喷油器，如图 2.1b 所示。
（3） 顺序喷射 顺序喷射是指喷油器按发动机各缸进气行程的顺序轮流喷射,它具有喷射正时,
由电脑根据曲轴位置传感器提供的信号,辨别各缸的进气行程,适时发出各缸的喷油脉冲信号,以实现顺序喷射的功能，如图 2.1c 所示。
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a）同时喷射
b）分组喷射
c）顺序喷射
图2.1喷油器喷射顺序
6,按空气量的检测方式分类
（1）歧管压力计量式（D 型 EFI 系统） 将歧管压力和转速信号输送到电脑,由电脑根据该信号计算出进气量,再产生与之相对应的喷油脉冲宽度,控制喷油器喷射适量的燃油，如图 2.2 所示。
（2）翼片式和卡门旋涡式（L 型 EFI 系统） 其计量方式属于体积流量型,即通过计量气缸进气的体积,将物理量转变成电信号输送至电脑,电脑计算出与该体积的空气相适应的喷油量以控制混合气空燃比，如图 2.3所示。
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图 2.2 歧管压力计量式电控燃油喷射系统（D型EFI系统）
1．喷油器 2．冷起动喷油器 3．汽油压力调节器 4．ECU 5．节气门位置传感器 6．怠速空气调节器
7．支管压力传感兵器 8．汽油泵 9．汽油滤清器 10．冷却液温度传感器 11．热限时开关
图2.3 翼片式电控汽油喷射系统（L型EFI 系统）
1．冷却液温度传感器 2．节气门位置传感器(开关型) 3．喷油器 4．汽油压力调节器 5．空气流量计 6．汽油滤清器
7．汽油箱 8．电动汽油泵 9．ECU 10．辅助空气阀
（3）热线式和热膜式（LH 型EFI 系统） 直接测量进入气缸内空气的质量,将该空气的质量转换成电信号,输送给电脑,由电脑根据空气的质量计算出与之相适应的喷油量,以控制空燃比在最佳值。如图 2.4 所示，为波许（ Bosch）公司 Motronic M3.8.2 系统，该系统采用热膜式空气流量计测量进气量、微机控制无分电器电控点火系统、节气门直动式怠速进气控制、全电脑控制冷起动喷油。
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图2.4 热膜式电控汽油喷射系统
1．冷却液温度传感器 2．节气门位置传感器(开关型) 3,氧传感器 4．喷油器 5．汽油压力调节器 6．热膜式空气流量计
7．汽油箱 8．电动汽油泵 9．汽油滤清器 10．怠速控制阀
2.2 空气供给系统
2.2.1 空气供给系统的组成
空气供给系统由空气滤清器、空气流量计、进气压力传感器、节气门体、怠速空气调整器、谐振腔、动力腔、进气歧管等组成。发动机工作时，驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度，以此来改变进气量，控制发动机的运转。进入发动机的空气经空气滤清器滤去尘埃等杂质后，流经空气流量计，沿节气门通道进入动力腔，再经进气歧管分配到各个气缸中；发动机冷车怠速运转时，部分空气经附加空气阀或怠速控制阀绕过节气门进入气缸。空气供给系统的组成如图 2.5～1.7 所示。
a)
空气滤清器 空气流量计 节气门体进气总管进气歧管
怠速控制
（ ISC）阀
怠速控制（ISC）阀
节气门体 空气滤清器 进气总管 进气歧管
进气管绝对压力传感器
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b)
图2.5 空气供给系统框图
a)L 型空气供给系统框图 b)D 型空气供给系统框图
图2.6 凌志LS400 型轿车1UZ-FE 型发动机L 型空气供给系统
1.空气滤清器 2.空气流量计 3.进气连接管 4.节气门体 5.进气室
图2.7 皇冠3.0型轿车2JZ-GE 型发动机D 型空气供给系统
1.空气滤清器 2.稳压箱 3.节气门体 4.进气控制阀 5.进气室 6.真空罐 7.电磁真空阀 8.真空驱动器 9.怠速控制阀
在冷却液温度较低时，为加快发动机暖机过程，设置了快怠速装置，由空气阀来控制快怠速所需要的空气，这时经空气流量计计量后的空气，绕过节气门体经空气阀直接进入进气总管。
可以通过怠速调整螺钉调节怠速转速，用空气阀控制快怠速转速，也可由 ECU 操纵怠速控制阀
（ISC）控制怠速与快怠速,如图 2.8所示。
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图2.8 怠速与快怠速的控制
2.2.2 空气供给系统主要部件及工作原理
1．空气滤清器
（1）功用：空气滤清器的功用是防止空气中的灰尘、杂质等随空气被吸入气缸，同时还可以防止发动机回火时火焰向外传播。
（2）结构与原理：电控发动机空气滤清器的结构和原理与传统发动机上的空气滤清器相同。一般为干式纸质滤心式空气滤清器。
2．空气流量计和进气压力传感器
L 型 EFI 系统的空气流量计或 D 型 EFI 系统的进气压力传感器的作用是把测得的空气量信号转换为电压信号，并把此电压信号送给 ECU，ECU 再根据接收到的该电压信号和转速信号来决定基本喷油量。空气流量计和进气压力传感器的结构和原理将在本章第四节讲解。
3．节气门体与怠速调整螺钉
节气门体安装在空气流量计与进气总管之间，用来控制发动机正常工况下的进气量。主要由节气门、节气门位置传感器、怠速旁通气道和怠速调整螺钉等组成。节气门位置传感器装在节气门轴上，来检测节气门的开度，其结构与工作原理在本章第四节详细介绍。节气门体的结构如图 2.9 所示。有的车上还设有副节气门和副节气门位置传感器，例如凌志 LS400 轿车的节气门体（如图 2.10
所示） 。凌志LS400 轿车设有牵引控制系统（TRC）,当车辆处于 TRC 控制状态行驶时，无论是起步、
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匀速或加减速工况，汽车均能根据道路状况确保输出最佳的驱动力和牵引性能。在 TRC 控制行驶状态下，发动机的主节气门由主节气门强制开启器打开（全开）,进气量由副节气门控制，节气门开度信号也由副节气门位置传感器负责将信号传送给 ECU。
图2.9 节气门体
1．节气门 2．节气门位置传感器 3．怠速调节螺钉 4．节气门限位螺钉
图2.10 凌志 LS400轿车节气门体
1．节气门缓冲器 2．主节气门强制开启器 3．主节气门位置传感器 4．副节气门位置传感器
为了防止减速时节气门由开到全闭，有时会导致发动机不良冲击和熄火，有的节气门体上装有节气门缓冲器；为了防止寒冷季节流经节气门体的空气中水分在节气门体上结冰，有些节气门体上设有供发动机冷却水流经的管路。
发动机怠速运转时，节气门几乎完全关闭，因此需要经过节气门体上的旁通气道供应空气以控制怠速，怠速调整螺钉就是用来调整该空气流量的。如图 2.8 所示，当怠速调整螺钉顺时针方向旋入时，旁通气道开口减小，怠速降低；逆时针方向旋出怠速调整螺钉，旁通气道开口增大，怠速升高。旁通怠速调节螺钉可以调节怠速时混合气的浓度。在一些装有怠速控制阀（ISCV）的发动机中，
没有安装怠速调整螺钉，ECU 直接通过 ISCV 阀来自动调整怠速转速。
4．怠速空气调整器
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怠速空气调整器包括怠速空气阀（也叫补充空气阀或辅助空气阀）和怠速控制阀，早期的发动机电控系统采用怠速空气阀和怠速调节螺钉控制怠速转速，后来采用怠速控制阀自动调整怠速。怠速空气阀主要是提高冷起动时怠速转速，加快暖机预热过程，增加暖机过程中所需的空气量，也称高怠速控制。当发动机完成暖机后，通过怠速空气阀的空气被自动切断，恢复正常怠速。而怠速调整螺钉只能人为的调节怠速转速，不能根据发动机怠速时负荷的变化而自动调整怠速。现代发动机集中控制系统中，怠速控制阀不仅可以用高怠速实现发动机起动后的快速暖机过程，而且还能自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转。这里只介绍怠速空气阀，有关怠速控制阀的内容将在第 3
章介绍。
常用的怠速空气阀有石蜡式和双金属片式两种，下面分别予以介绍。
1）石腊式怠速空气阀
石蜡式怠速空气阀装在节气门体内,它能根据发动机的冷却水温度控制旁通空气道的横截面积，
其控制力来自恒温石蜡的热胀冷缩。如图 2.11 所示为石蜡式怠速空气阀的结构。当发动机冷却液温度较低时，石蜡收缩，提动阀在弹簧 8 的作用下打开；随着水温的升高，恒温石蜡膨胀，推动连接杆使提动阀逐渐关闭，发动机怠速转速下降。当暖车后，一般冷却液温度高于 80℃时，提动阀将旁通空气道完全关闭，发动机恢复到正常怠速运转。
图2.11 石蜡式怠速空气调整器构造
a)总体构成 b)结构
1.节气门体2.怠速调整螺钉3.节气门4.来自空气过滤器 5.去往空气管6.恒温石蜡7.提动阀8.外弹簧9.内弹簧
2）双金属片式怠速空气阀 双金属片式怠速空气调整器是发动机低温起动时，及起动后暖车过程中，使辅助空气阀打开增加空气量的一种快怠速机构。它由绕有电热线的双金属片和空气旁通道遮门等组成,如图 2.12 所示。 辅助空气阀的开口截面受遮门动作的控制,而遮门受双金属片的控制，
双金属片则根据温度变化而变形。
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图2.12 双金属片式怠速空气调整器的结构和工作原理
a)发动机温度低时 b) 发动机温度高时
1.遮门开口2.支承销3.双金属片4.空气旁通道5.遮门6.电热丝
发动机温度低时，遮门打开，此时因节气门关闭，从空气调整器流入额外的空气使吸入气缸的空气量增多，怠速变高成为快怠速的状态。
发动机起动后，电流由点火开关流入怠速空气调整器电热丝，使双金属片受热而慢慢将遮门关闭。空气的流入量减少，发动机的转速下降。暖车后，遮门完全关闭空气旁通道，发动机恢复正常怠速运转。
遮门的初期开度是取决于周围温度的，之后随双金属片被电热丝加热弯曲而变小。一般周围温度在—20oC以下时，遮门使旁通空气阀全开，而在 60oC 以上时，使旁通空气阀完全关闭。
5．进气管
进气管包括进气总管和进气歧管。SPI 系统发动机采用中央喷射的方法，进气管形状与化油器式发动机基本一致如图 2,13a 所示。 MPI 系统发动机为消除进气脉动和使各缸配气均匀,对进气总管、
歧管在形状、容积等方面都提出了严格的设计要求。各缸分别设独立的歧管，歧管与总管可制成整体形如图 2,13 b 所示，亦可分开制造再以螺栓联接如图 2,13 c 所示。
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图2.13 进气管
a) SPI系统 b),c)MPI 系统
1.进气歧管 2.进气总管
2.3 燃油供给系统
2.3.1 燃油供给系统的组成
燃油供给系统由燃油泵、燃油滤清器、燃油脉动减振器、喷油器、冷起动喷油器、燃油压力调节器及供油总管等组成。汽油经电动汽油泵从油箱泵出并加压，在汽油压力调节器的作用下，使油压与进气歧管内气压差值保持恒定，然后由输油管分配送给各个喷油器和冷起动喷油器。喷油器的喷油开始时刻和喷油所持续的时间是由电控单元进行控制，以使喷油器能根据工作需要适时、适量地喷射出所需燃油。如图 2.14 所示,零件图如图2.15 所示。
汽油泵抽吸油箱内的汽油，经汽油滤清器过滤后，由压力调节器调压，然后经输油管配送给各个喷油器和冷起动喷油器，喷油器根据 ECU 发出的指令，将适量的汽油喷入各进气歧管或进气总管。
汽油泵亦可置于汽油箱内。有些车型还在输油管的一端设有脉动阻尼器，以消除喷油时油压产生的微小波动。
发动机各正常工况喷油量是由安装在进气门附近的各喷油器（MPI 系统）,或位于节气门体位置的喷油器（SPI 系统）,其喷油量由喷油器的通电时间长短决定。
冷车起动时由装在进气总管处的冷起动喷油器喷油，其喷油时间受其定时开关控制（或由定时开关和 ECU同时控制） 。这些装置改善了发动机的低温起动性能。
1.油箱 2.电动燃油泵 3.燃油滤清器 5.压力调节器
4.回油管
6.喷油器
a)
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b)
图2.14 汽油供给系统
a)系统框图 b) 系统构成图（MPI）
1.汽油箱2.电动汽油泵3.燃油滤清器4.回油箱5.压力调节器6.喷油器
7.各缸进气歧管 8.输出管 9.进气总管10.冷起动喷油器11.脉动阻尼器
图2.15 汽油供给系统零件图
1.进油管2.汽油滤清器3.汽油泵4.滤网5.回油管 6.软管 7.油压调节器8.油道9.喷油器
2.3.2 燃油泵的结构与原理
电动燃油泵的作用是给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。 一般汽油泵装在汽油箱内，
利用汽油进行冷却，通常做成永磁式驱动电动机、泵体和外壳三部分。汽油穿过汽油泵马达内部。
安全阀的开启压力大约在 343 kPa 至 441 kPa。电动汽油泵装有止回阀以改善发动机起动性，并保持合适的汽油供给系统剩余压力防止产生气阻。
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电动燃油泵按安装位置不同分为：内置式电动燃油泵和外置式电动燃油泵。内置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、管路安装简单等特点。外置式电动燃油泵串接在油箱外部的输油管路中，易布置、安装自由度大，噪声大，易产生气阻。按电动燃油泵的结构不同分为：涡轮式、滚柱式、转子式和侧槽式。
1．涡轮式电动汽油泵
涡轮式电动汽油泵属内装泵，主要由驱动电动机、涡轮泵、止回阀和安全阀等组成。结构和工作原理如图 2.16 所示。
涡轮式电动汽油泵的驱动电动机、止回阀和安全阀等的工作过程与滚柱式电动汽油泵相似。汽油泵部分主要由一个或两个叶轮、外壳和泵盖组成。当叶轮旋转时，叶轮边缘的叶片把汽油从进油口压向出油口。
涡轮式电动汽油泵的特点是供油压力的脉动小，供油系统中不需要设置减振器，因而易于实现小型化，适合装在油箱内，简化供油系统管路，降低噪声。由于它输送率低，故主要用于低压且输送量大的场合。
2．滚柱式电动燃油泵
图2.16 涡轮式电动汽油泵
a) 结构 b) 工作原理
1.止回阀 2.卸压阀3.电刷4.电枢5.磁极6.叶轮7.滤网 8.泵盖9.壳体10.叶片
滚柱式电动汽油泵属外装泵，主要由驱动电动机、滚柱泵、安全阀、止回阀和阻尼减振器等组成，如图 2.17 所示。滚柱式电动汽油泵工作原理如图 2.18 所示。
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图2.17 滚柱式电动汽油泵结构示意图
1.安全阀2.滚柱泵3.驱动电动机4.止回阀 A.进油口 B.出油口
图2.18 滚柱泵工作原理图
1.泵体 2.滚柱 3.轴 4.转子
装有滚柱的转子与泵体间偏心安装。转子凹槽内的滚柱在旋转惯性力的作用下紧压在泵体内表面上。相邻两滚柱与泵体内表面形成一个油腔。在转子转动过程中，油腔的容积不断发生变化，在转向进油腔时容积增大，吸入汽油；在转向出油腔时，容积减小，压力升高并泵出汽油。
汽油喷射系统中，要求汽油泵供给比发动机最大喷油量要多的汽油，因而汽油泵的最大工作压力比实际需求值大得多，但喷射系统中油压不能过高，故在汽油泵中设有一安全阀。汽油泵工作压力升高到 400kPa 时，安全阀打开，汽油泵出油腔与吸油腔相通，汽油在泵内循环，避免供油压力过高。
为了防止发动机停转时，供油压力突然下降而引起汽油倒流，在汽油泵出油口安装了止回阀。
当发动机熄火时，汽油泵停止转动，止回阀关闭，这样在供油系统中仍有残余压力。油路中残余压力的存在有利于发动机再起动，并能避免高温时气阻现象的发生。
由于滚柱泵工作过程的非连续性，在油路中的油压有波动，因此在汽油泵出油端还装有阻尼减振器。阻尼减振器内的膜片和弹簧组成的缓冲系统吸收汽油的压力波，降低压力波动和噪声，提高喷油控制精度。
3．转子式和叶片式电动汽油泵
如图 2.19 所示分别为齿轮式和叶片式电动汽油泵工作原理图。
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图2.19 转子式和叶片式电动汽油泵工作原理图
a) 转子式 b) 叶片式
转子式汽油泵工作原理与滚柱式十分类似，主要是利用内外转子啮合过程中腔室容积大小的变化，将汽油以一定的压力泵出。由于泵腔数目较多，因而出油压力波动较滚柱式小。
叶片式电动汽油泵工作原理则类似于涡轮式，主要利用液体之间的动能转换实现汽油的输送和压力升高。叶片和涡轮式的主要区别在于叶轮的形状、数目和滚道布置。优点是两者都能以蒸气和汽油的混合物运转，并能通过适当的放气口分离蒸气，防止气阻。
2.3.3 汽油滤清器
汽油滤清器的作用是把含在发动机汽油中的氧化铁、粉尘等固体杂物除去，防止汽油供给系统堵塞，减小机械磨损，确保发动机稳定行驶，提高可靠性。由于汽油供给系统发生故障，会严重影响车辆的行驶性能，所以为使汽油供给系统部件保持正常工作状态，汽油滤清器起着重要作用。
汽油滤清器要起到上述作用，应具有以下性能：①过滤效率高；②寿命长；③压力损失小；④耐压性能好；⑤体积小、重量轻。
汽油滤清器安装在汽油泵的出口一侧，过滤器内部经常受到 200 kPa ～300kPa 的汽油压力，因此耐压强度要求在 500kPa 以上（图2.20a） 。油管一般使用旋入式金属管。
汽油滤清器的滤芯元件一般采用滤纸叠成菊花形和盘簧形结构（图 2.21 b)） 。盘簧形具有单位体积过滤面积大的特点。
汽油滤清器是一次性的，应根据车辆行驶里程，一般每行驶 40000km 更换一次。若使用的汽油杂质成分较大，则就缩短更换周期。
2.3.4 燃油压力调节器和脉动阻尼器
1,燃油压力调节器
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a) b)
图2.20 汽油滤清器及其结构
a)外型 b)滤芯
汽油压力调节器的主要功用是：使系统油压（即供油总管内油压）与进气歧管压力之差保持常数，一般为 250kPa。这样，从喷油器喷出的汽油量便唯一地取定于喷油器的开启时间。ECU 提供给电磁喷油器通电信号的时间长度，专业术语称为喷油脉冲宽度，简称喷油脉宽（单位 ms） 。
因为发动机所要求的汽油喷射量，是根据 ECU 加给喷油器的通电时间长短来控制的，如果不控制汽油压力，即使加给喷油器的通电时间相同，当汽油压力高时，汽油喷射量会增加；当汽油压力低时，汽油喷射量会减少。为了使系统油压与进气歧管压力差保持稳定，故汽油压力调节器所控制的系统油压，应随进气歧管压力变化作相应的变化。系统油压一般在 0.25kPa ～0.3kPa 的范围内。
图2.21 汽油压力调节器结构
1.弹簧室2.弹簧3.膜片4.壳体5.阀
电控汽油喷射系统中的汽油压力调节器一般安装在供油总管上，其结构如图 2.21 所示，采用膜片式结构。油压调节器是一个金属壳体，中间通过一个卷边膜片将壳体内腔分成两个小室，一个是
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弹簧室，内装一个带预紧力的螺旋弹簧作用在膜片上，弹簧室由一真空软管连接到进气歧管；另一个室为汽油室，直接通入供油总管。当供油总管的汽油进入汽油室的油压超过预定的数值时，汽油压力就将膜片上顶，克服弹簧压力，使膜片控制的阀门打开，汽油室内的过剩汽油通过回油管流回到汽油箱中，因而使供油总管及压力调节器汽油室的油压保持在预定的油压值上。
弹簧的平衡压力设定为 250kPa，当进气歧管真空为零时，汽油压力保持在 250kPa。当进气歧管真空度变化时，会影响到膜片的上下动作，以调节汽油压力。
2,脉动阻尼器
当喷油器喷射汽油时，在输送管道内会产生汽油压力脉动，汽油压力脉动减振器是使汽油压力脉动衰减，以减弱汽油输送管道中的压力脉动传递，降低噪声。
在早期的汽油喷射系统中，汽油压力脉动减振器大多安装在回油管道上，位于汽油箱到汽油压力调节器之间。后来又将汽油压力脉动减振器安装在供油总管（油架）上，或者设置在电动汽油泵上。其功用相同，只是安装部位不同而已。目前的供油系统中只安装汽油压力调节器的较多。
图 2.22 所示为安装在回油管道上的汽油压力脉动减振器的结构示意图。 其内部分为膜片室和汽油室，中间以膜片隔开，并在膜片室内设计有弹簧，将膜片压向汽油室。由汽油泵输送出来的汽油压力作用于膜片及弹簧，使汽油室的容积变化而吸收油压的脉动。汽油压力高时，弹簧被压缩，汽油压力低时，弹簧膜片将汽油加压使汽油稳定输送。
图2.22 汽油压力脉动减振器
1.汽油接头2.固定螺纹3.膜片4.压力弹簧 5.壳体6.调节螺钉
图 2.23 和图 2.24 分别是安装在供油总管和电动汽油泵上的汽油压力脉动减振器的构成图，其结构和工作原理与安装在回油管道上类似。
汽油压力脉动减振器,通常是在 250kPa 的压力下使用,但是由于喷油器工作时会产生压力脉动，
所以它的常用工作范围可达 300kPa左右。
2.3.5 电磁喷油器的结构与原理
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图2.23 汽油压力脉动减振器安装在供油总管上
1.阀2.弹簧3.膜片4.从汽油泵来5.供油总管
图2.24 汽油压力脉动减振器安装在电动汽油泵上
1.汽油压力脉动减振器2.止回阀3.电动汽油泵4.吸油口5.出油口
电磁喷油器的功用是根据 ECU 指令，控制燃油喷射量。单点喷射系统的电磁喷油器安装在节气门体空气入口处，多点喷射安装在进气歧管。电磁喷油器的结构由滤网、线束连接器、电磁线圈、
回位弹簧、衔铁和针阀等组成。基本工作原理是：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。
电磁喷油器是一种加工精度非常高的精密器件。要求其动态流量范围大、抗堵塞抗污染能力强以及雾化性能好，为了满足这些性能要求，先后开发研制了各种不同结构型式的电磁喷油器，主要有：轴针式、球阀式和片阀式等。电磁喷油器的磁化线圈可按任何特性值绕制，但典型的一种是低电阻型喷油器，阻值为 2Ω～3Ω；另一种是高电阻型喷油器，其阻值为 13Ω～17Ω。
1．轴针式电磁喷油器
图 2.25 所示为轴针式电磁喷油器的结构图。它主要由喷油器外壳、喷油嘴、针阀、套在针阀上的衔铁以及根据喷油脉冲信号产生电磁吸力的电磁线圈。电磁线圈无电流时，喷油器内的针阀被螺
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旋弹簧压在喷油器出口处的密封锥形阀座上。电磁线圈通电时，产生磁场吸动衔铁上移，衔铁带动针阀从其座面上升约 0.1mm，汽油从精密环形间隙中流出。为使汽油充分雾化，针阀前端磨出一段喷油轴针。喷油器吸动及下降时间约为 1ms～1.5ms。
图2.25 轴针式电磁喷油器
a）结构图 b）连接图
1.滤网2.电接头3.磁化线圈4.衔铁5.针阀6.喷油轴针 7.汽油分配管8.保险夹头9.上密封圈10.下密封圈
喷油器用专门的支座安装，支座为橡胶成型件。从而形成隔热作用，防止喷油器中的汽油产生气泡，有助于提高发动机的高温起动性能。另外，橡胶成形件可保护喷油器不受过高振动应力的作用。视发动机结构型式的不同，喷油器或是经汽油管或经带保险夹头的连接插座（图 6.41b）与汽油分配管连接。
2、球阀式电磁喷油器
由于现代轿车发动机具有较低的汽油消耗率和较高的功率，各种型号发动机的进气空气流量范围扩大，因此，喷油器的动态流量范围必须随之增大。
减轻阀针质量并提高弹簧预紧力，对获得宽广的动态流量范围十分有效。同时，用球阀简化计量部位的结构，有助于提高喷油量精度。此外，喷油器体和盖用导磁不锈钢制成，提高了耐蚀性。
球阀式电磁喷油器的结构如图 2.26所示。它与轴针式电磁喷油器的主要区别在于阀针的结构。
球阀式的阀针是由钢球、导杆和衔铁用激光束焊接成整体制成的，其质量减轻到只有普通轴针式阀针的一半，这是采用短的空心导杆实现的。为了保证密封，轴针式阀针必须有较长的导向杆，而球阀具有自动定心作用，无须较长的导向杆，因此，球阀式的阀针质量轻，且具有较高的密封能力，
明显优于轴针式针阀。图 2.27 所示为同等级的球阀式阀针与轴针式阀针的比较。
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图2.26 球阀式电磁喷油器
1.弹簧2.阀针3.阀座4.喷孔5.护套
6.挡块7.衔铁8.喷油器体9.磁化线圈10.盖
图2.27 同等级的球阀式与轴针式阀针的比较
1.钢球2.导杆3.衔铁4.轴针
当喷油脉冲输入电磁线圈时，产生电磁吸力，固定在阀针上的衔铁被向上吸起，阀针抬离阀座，
汽油开始通过计量孔喷出。当喷油脉冲终止时，吸力消失，阀针在弹簧力作用下返回阀座，于是喷油结束。因此，每次脉冲的喷油量取决于输入磁化线圈的工作脉冲的宽度。
3．片阀式电磁喷油器
片阀式电磁喷油器最早是英国卢卡斯公司（Lucas）研制开发的，其内部结构的主要特点是质量轻的阀片和孔式阀座，它们与磁性优化的喷油器总成结合起来，使喷油器不仅具有较大的动态流量范围,而且抗堵塞能力较强。 汽油从喷油顶部注入。 图 2.28 所示是片阀式电磁喷油器的纵向剖面图。
图2.28 片阀式电磁喷油器
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1.喷嘴套2.阀座3.挡圈4.喷油器体5.铁心6.汽油滤清器
7.调压滑阀8.弹簧9.磁化线圈10.限位阀11.阀片
当喷油器处于未激励状态（阀关闭）时，阀片被螺旋弹簧力和液压力压紧在阀座上。当来自
ECU 的喷油脉冲通过喷油线圈时，即产生磁场，在电磁力足以克服弱簧力和液压力的合力之前，阀片仍将压紧在阀座上（图 2.29 a） 。一旦电磁力超过两者的合力，阀片即开始脱离阀座上的密封环，
被铁芯吸住（图 2.29 b）,于是具有压力的汽油进入阀座密封环中的计量孔。反之，一旦来自 ECU
的喷油脉冲结束，电磁力开始衰减，但是阀片仍瞬时保持阀开启状态，直到喷油器弹簧力克服衰减的电磁力为止。当弹簧力大于衰减的电磁力时，阀片将脱离挡圈返回到阀座上，切断汽油喷射（图
2.29c） 。
图2.29 阀片工作情况
a) 阀片静止在阀座上 b) 阀片抬离阀座直至抵住挡圈 c) 阀片离开挡圈落座
1.挡圈2.弹簧3.铁心4.挡圈5.阀片6.阀座
4．单点喷射系统用电磁喷油器
前面所述的电磁喷油器用于多点电控汽油喷射系统中，安装于各气缸进气门前的进气歧管上，
分别供给各气缸工作所需的适量汽油。而对于单点电控汽油喷射系统而言，单点式电磁喷油器的结构与多点式电磁喷油器结构略有不同,它是将一只或两只电磁喷油器,压力调节器和传感器等安装在节气门体上，其总成被称之谓中央喷射单元（图 2.30） 。
电磁喷油器是中央喷射单元中最重要的一个部件，其功能是在发动机各种工况下，向气缸提供计量精确的雾化汽油。
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图2.30 中央喷射单元结构
1.压力调节器2.进气温度传感器3.电磁喷油器4.节气门体5.节气门
图 2.31 所示是德国 Bosch 公司的单点式电磁喷油器的结构。 它由一个扁平衔铁和一个球阀用激
图2.31 Bosch公司的单点式电磁喷油器
1.电接头2.磁化线圈3.球形阀4.斜置的喷油孔5.汽油的流向
光熔焊在一起。球阀下方有阀座，通过六个径向布置的计量喷孔喷出汽油。在球阀的上方设有一个压缩弹簧和一个磁化线圈，当喷油脉冲电流通过磁化线圈时，产生的电磁力克服弹簧压力将球阀吸离阀座，使汽油喷出。当喷油脉冲电流消失时，在弹簧压力的作用下，球阀将落座而停止喷油。这种喷油器与普通高压型的多点喷油器相比，其特点是喷油器头部采用球阀结构，使精加工量减少，
易于成批生产，而且球阀形的结构，即使工作条件严酷，它的工作可靠性也较好。由于采用扁平形的衔铁，它的质量惯性很小，使阀门的开闭时间可以降低到 1ms 左右，而且还有较好的重复性，从而改善了喷油器在小流量区工作的线性度，使发动机怠速性能有所提高。由于采用六个倾斜的径向
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布置的计量喷孔和一个锥形体的喷腔，在有汽油通过喷孔时，就产生呈 450 的锥形旋流，该旋流与喷腔壁面碰撞后，进入进气流中，促使汽油能更好地雾化。另外，它被设计成汽油通流式，亦即当发动机工作时汽油连续不断地流过喷油器，使它得到冷却，并保证使偶然形成的蒸气泡返回汽油箱。
这就有效地解决了高温起动时防止气泡形成的问题，提高了汽油供给系统的热传输性能。
德国 Pierburg 公司开发的单点式电磁喷油器采用的是针阀式结构（图 2.32） 。其工作原理与
Bosch 公司的单点式电磁喷油器相同，其不同点在于用针阀代替球阀及扁平衔铁作为运动部件。
图2.32 Pierburg公司单点式电磁喷油器
1.电接头2.中央铁心3.滤网4.磁化线圈5.针阀开启行程
6.针阀 7.阀座8.阀弹簧9.进油口10.出油口
2.3.6 冷起动喷油器和热限时开关
在低温下发动机冷起动时，吸入的混合气中有一部分汽油冷凝，为了补偿这部份汽油的损失，
必须在冷起动时附加地喷入一定量的汽油。上世纪九十年代中期以前的电控系统，这部分附加的喷油量是由冷起喷油器喷入进气管的。冷起动喷油器的开启持续时间取决于发动机的温度，由热限时开关控制。随着电子技术的发展，现代发动机通常采用增加喷油脉冲宽度来补偿。
冷起动喷油器的结构如图 2.33 所示。它是一个电磁阀，装在充满压力油的阀体内腔中的阀门是一个衔铁，它被弹簧紧压在阀座上，阀门上还绕有磁化线圈。当点火开关和热限时开关接通后，磁化线圈被励磁产生磁场，将阀门吸离座，汽油就通过旋流式喷嘴，喷散成细油雾，进入节气门后的进气管道内，以加浓混合气。冷起动喷油器安装在进气岐管主管道内上，在此把汽油与空气的混合
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气均匀地分配给各个气缸。
图2.33 冷起动喷油器结构
1.电接头2.磁化线圈3.阀门弹簧4.阀门5.旋流式喷嘴
热限时开关的功用是控制冷起动喷油器的喷油时间。如图 2.34 所示，它是一个中空的螺钉，旋装在能表征发动机热状态的位置上。其中有一个外绕电热线圈的双金属片，它可根据本身的温度控制触点的开闭，来控制冷起动喷油器的开启持续时间。当双金属片受热到一定程度时，触点便张开，
使通往冷起动喷油器的电路断开。这时。冷起动喷油器就不再喷射汽油，因此冷起动喷油器的开启持续时间取决于热限时开关的受热。例如，在—20oC 温度下，最大的开启持续时间为 7.5S，随着温度上升，开启时间将逐渐减小。当温度达 35oC时，冷起动喷油器便停止喷油。在发动机处于正常的热状态时，热限时开关是一直处于断开状态的，冷起动喷油器并不喷射附加汽油。
图2.34 热限时开关的结构
1.电接头2.壳体3.双金属片4.加热线圈5.触点
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2.3.7 汽油分配管总成
汽油分配管总成（图 2.35）安装在上部进气通风系统的下面。发动机分配管由铸铝制成。汽油分配管包括喷油器的内装管接头、供油管和压力调节器。汽油分配管总成用螺栓固定安装在进气歧管下部的四个固定座上。汽油分配管与喷油器相连接，并向喷油器分配汽油。
图2.35 汽油分配管总成
1、5.油道2.进油口3.汽油压力调节器4.喷油器
汽油压力塞在汽油分配管的右侧，用于维修时的检查和释放系统压力。另外，汽油分配管有一小鼓式膨胀室用于消除由旋转的汽油泵叶片和喷油器喷射周期引起的脉动压力。
汽油由汽油泵流出，经脉冲缓冲器，流入左侧组的汽油分配管。压力调节器保持正常的系统压力（233kPa ～ 257kPa）,多余汽油从调节器出油口流回油管返回汽油箱。
为阻止脏物或其它杂质进入汽油通道，应在拆卸汽油分配管前先洗去喷射器周围脏物或油渍。
管接头应加盖，喷油器口应予以遮盖，勿将汽油通道浸在可溶液体中清洗。
汽油分配管总成中的脏物可以引起一个或几个喷油器的出油不足。如果一个喷油器受到限制，
ECU 会尽可能予以补偿直到氧传感器显示出故障已被校正为止，同时 ECU 会储存信息。汽油分配管阻塞会导致发动机性能降低和过热。如果有喷射器被阻塞，发动机将会转速不稳。
2.4 传感器的结构与原理
2.4.1 空气流量计
1.热线式空气流量计
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图 2.36 为采用主流测量方式的热线式空气流量计结构和工作原理图。 直径 70μm 白金热线电阻
RH 置于进气通道中,空气流经热线时，带走部分热量，使热线温度下降。热线周围通过的空气质量流量越大，则单位时间内的热量损失越大。单位时间内的热量损失为,
)]())([(
CH
n
TTvBA
t
Q
+=
Δ
Δ
ρ （1-1）
式中 A、B—常数；
ρ—空气密度，单位为
3
/ mkg ；
ν—空气流速，单位为 m/s；
TH—热线电阻的绝对温度，单位为 K；
TC—冷线电阻的绝对温度，单位为 K。
指数n随热线的形状和雷诺数 Re 而变化，一般可取近似值 0.5。A、B与空气的物理性质和热线的形状有关。
热线电阻 RH通电后，单位时间内产生的热量为,
HH
RI
t
Q
2
1
1
=
Δ
Δ
（1-2）
式中 IH—通过热线电阻的电流，单位为 A；
RH—热线电阻的阻值，单位为Ω。
对某个特定的发动机，进气通道的截面积是定值,（ρν）代表着质量流量。在热平衡时，即单位时间内热量损失与加热量必须相等，即,
1
1
t
Q
t
Q
Δ
Δ
=
Δ
Δ
（1-3）
若维持热线和进气温度差（TH—TC）不变（如 100℃）,则供给热线的电流大小就是空气质量流量的衡量尺度。
热线式空气流量计的基本构成包括：感知空气流量的白金热线，根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）,控制热线电流的控制电路，以及壳体等（图 2.36） 。根据白金热线在壳体内安装的部位不同，可分为安装在空气主通道内的主流测量方式和安装在空气旁通道内的旁通测量方式。
由图可知，取样管置于主空气通道中央，两端有防护网，白金热线电阻 RH 布置在一个支承环内，其阻值随温度变化,热线支承环前后端分别安装作为温度补偿的冷线电阻 RC 和作为惠斯登电桥臂的精密电阻 RA，电桥另外一个臂是安装在控制电路板上的精密电阻 RB。RH、RC、RA、RB 共同组成惠斯登电桥；电桥的两个对角线分别接控制电路的输入和输出。当无空气流动时，电桥处于平衡状态，
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控制电路输出某一加热电流至热线电阻 RH；当有空气流动时，由于 RH 的热量被空气吸收而变冷，
其电阻值发生变化，电桥失去平衡，如果保持热线电阻与吸入空气的温差不变并为一定值，就必须增加流过热线电阻的电流 IH。因此，热线电流ＩＨ就是空气质量流量的函数。由式（1-1）,（1-2）,
（1-3）可知,
mH
qI ∝∝ ρν
2
（1—4）
式中
m
q —质量流量，单位为 kg/s。
图2.36 热线式空气流量计结构和工作原理
a) 热线式空气流量计结构 b)热线式空气流量计工作原理
1.防护网2.取样管3.白金热线4.温度补偿电阻5.控制电路板 6.电连接器
实际工作中，代表空气流量的加热电流是通过电桥中的 RA 转换成电压输出的。该空气流量计的工作过程如下：当空气流量发生变化时，引起 RH值的变化，电桥失去平衡，其输出电位差发生变化；
控制电路根据电桥输出电位差的变化调整加热电流 IA，使电桥处于新的稳定状态，并且在 RA 上得到代表空气流量的新的电压输出。
各汽车厂生产的热线式空气流量计输出信号略有差异。德国博世热线式空气流量计输出信号：
怠速时约为 2V，3500r/min 时约为3V。福特车用热线式空气流量计输出信号：未起动时为 0～0.5V,
热怠速时为 0.5V～1V，热车经济车速时为 1.5V～2.5V,节气门全开时为 3V～4.7V。
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这种空气流量计由于无运动部件，因此工作可靠，而且响应特性较好。缺点是，在流速分部不均匀时误差较大。
2.热膜式空气流量计
热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似，都是用惠斯登电桥工作的。所不同的是：热膜式不使用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性，误差也较小。热膜式空气流量计输出信号在 0～5V 间变化，其结构如图 5.18所示。
图2.37 热膜式空气流量计
1.控制电路2.通往发动机3.热膜4.进气温度传感器5.金属网
3.卡门旋涡式空气流量计
(1)卡门旋涡原理
利用流体因附面层的分离作用而交替产生的一种自然振荡型旋涡（卡门旋涡）原理测量气体流速，并通过流速的测量直接反映空气流量的流量计称为卡门旋涡式空气流量计。
所谓卡门旋涡，是指在流体中放置一个圆柱状或三角状物体时，在这一物体的下游就会产生的两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡（图 2.38） 。当满足 281.0/ =lh 时，两列旋涡才是稳定的。
图2.38卡门旋涡产生的原理
对于圆柱体，设单列旋涡产生的频率为 f，则有,
d
v
Sf
t
β
= （1—5）
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式中 St—斯特劳哈尔数；
d—圆柱体直径，单位为 mm；
ν—流体流速，单位为 m/s；
β—直径比，β= d/D，D 为管道直径。
若管道面积为 A，由式（1—5）可知，流体的体积流量 qv 为,
t
v
S
df
q
β
= （1—6）
对于三角状物体，其平均边长为 d，则流体的体积流量 qv 为,
t
v
S
df
Aq
)5.11( β?
= （1—7）
对于一台具体的卡门旋涡式空气流量计，有如下关系式,
kfq
v
= （1—8）
式中 qv—空气流量；
f—单列旋涡产生的频率；
k—比 例常数，它与管道直径，圆柱体直径等有关。
由式（1—8）可知，体积流量与卡门旋涡流量传感器的输出频率成正比。利用这一原理，只要检测卡门旋涡的频率，就可以求出空气流量。
(2)光学式卡门旋涡空气流量计
光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理如图 2.39 所示。
图2.39光学式卡门旋涡空气流量计工作原理
1.空气进口 2.管路 3.光敏三极管 4.板弹簧 5.导孔 6.旋涡发生器 7.卡门旋涡 8.整流栅
由图 2.39 可知，这种空气流量计主要由管路、旋涡发生器、整流栅、导孔、金属箔板弹簧、发光二极管（LED）,光敏晶体管等部分组成。
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在图 2.39 中，发光二极管作为光源使用，而光敏三极管为光电转换元件。光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理是：在产生卡门旋涡的过程中，旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化，通过导孔作用在金属箔上，从而使其振动，发光二极管的光照在振动的金属箔上时，光敏三极管接收到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光，其输出经解调得到代表空气流量的频率信号。
(3)超声波式卡门旋涡空气流量计
超声波式卡门旋涡空气流量计的原理如 1.40 所示。
图2.40 超声波式卡门旋涡空气流量计
1.超声波发射探头2.涡流稳定板3.超声波信号发射器4.涡流发生器5.往发动机
6.卡门旋涡7.与涡流数对应的脉冲信号8.超声波接收探头9.接ECU
由图 2.40 可知，该空气流量计中使用了超声波传感器。所谓超声波，是指频率高于 20kHz，人耳听不到的机械波。它的方向性好，穿透力强，遇到杂志或物体分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质，可把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。超声波探头即超声波换能器，亦即超声波传感器可分为发射探头和接收探头。利用压电材料的逆压电效应，即当对其通以超声电信号时，它会产生机械波而制成的探头为发射头；而利用压电材料的压电效应，即当外力作用在该材料上时，它会产生电荷输出而制成的探头为接收头。
超声波式卡门涡流空气流量计的工作原理如下：在卡门涡流发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头。因卡门涡流对空气密度的影响，就会使超声波从发射探头到接收探头的时间较无旋涡变晚而产生相位差。对此相位信号进行处理，就可得到旋涡脉冲信号，即代表体积流量的电信号输出。
4.叶片式空气流量计
叶片式空气流量计安装在空气过滤器和节气门之间。它的作用是检测吸入空气量的多少，并把检测结果转换成电信号。
叶片式空气流量计由两大部分组成，一是担任检测任务的叶片部分，二是担任转换任务的电位
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计。它的结构如图 2.41所示，工作原理如图 2.42 所示。
图2.41 叶片式空气流量计结构
a)叶片部分结构 b)电位计部分结构
1.测量叶片 2.缓冲叶片 3.汽油泵节点 4.平衡配重 5,调整齿圈 6.回位弹簧 7.电位计部分 8.印刷电路板
图2.42 叶片式空气流量计工作原理
1.电位计滑臂 2.电位计镀膜电阻 3.叶片
由图 2.41a 可知，空气流量计的叶片部分由测量叶片、缓冲叶片及壳体组成。测量叶片随空气
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流量的变化在空气主通道内偏转。在图 2.41 b中，电位计部分主要由电位计、回位弹簧、调整齿圈等组成。由于电位计与风门叶片是同轴的，所以当叶片偏转时，电位计滑臂必然转动。由于转轴一端装有螺旋回位弹簧，当其弹力与吸入空气气流对测量叶片产生的推力平衡时，叶片就会处于某一稳定偏转位置，而电位计滑臂也处于镀膜电阻的某一对应位置。由图 2.42 可以看出，电位计滑臂的电位 VS 即表征此时的空气流量。把此电压经 A/D（模拟／数字）转换后送微机，微机依据空气量的多少，经过运算、处理，确定应该喷射的汽油量，并经执行机构控制喷油，从而得到最佳空燃比。
检测进气量的电路有两种,一种是电压比检测,即把 US/UB 的电压比作为空气流量计输出 （US=VC
—VS，UB 为电源电压）,此电压比值随节气门打开而下降，其特点是电源电压变化时，信号 US和 UB
按比例变化，输出信号 US/UB 保持不变，确保空气流量计测量正确。另一种是电压值检测，即在 VC
端加固定电压+5V，US=VS—VE2=VS，特点是直接反映进气量的数值，电压 US 与进气量成正比，且呈线性关系。
这种空气流量计的结构简单，可靠性高；但进气阻力大，响应较慢且体积较大。
2.4.2 进气压力传感器
1.差动变压器式进气压力传感器
差动变压器是一种开磁路互感式电感传感器。由于其具有两个接成差动结构的二次线圈，所以又称为差动变压器，其结构如图 2,43 所示。
图2.43 差动变压器
a)结构图 b)原理图
1、4.二次线圈 2.一次线圈 3.铁心
当差动变压器的一次线圈由交变电源激励时，其二次线圈就会产生感应电动势，由于两个二次线圈作差动连接，所以总的输出是两线圈感应电动势之差，当铁心不动时，其总输出为零，当被测量带动铁心移动时，输出电动势与铁心位移呈线性变化。差动变压器式进气压力传感器的检测与转换过程是：先将压力的变化转换成差动变压器铁心的位移，然后通过差动变压器再将铁心位移转换成电信号输出。差动变压器式进气压力传感器的结构与原理如图 2,44 a）,b）所示。
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图2.44 差动变压器式进气压力传感器
a)结构图 b)原理图
1.膜盒 2.差动变压器 3.铁心 4.回位弹簧
这种进气压力传感器由内部真空的膜盒 （波纹管）,与膜盒连接的差动变压器铁心,差动变压器、
壳体等组成。其工作过程如下：当进气歧管压力变化时，膜盒带动铁心位移，从而差动变压器便有进气压力变化成正比的电压输出。这里，膜盒的膜片接受压力而变形，从而将压力转换成小位移。
膜盒的这种转换功能在传感器和控制系统中被广泛应用。
图2,45 为差动变压器的测量电路常用相敏整流器（亦称相敏检波器） 。
图2,45 差动变压器相敏整流电路
相敏整流输出的信号经滤波，放大后，即可送微机进行处理。
2.半导体应变式进气压力传感器（绝对压力传感器）
半导体应变式进气压力传感器是利用压阻效应原理工作的。所谓压阻效应是半导体材料当在其轴向施加一定载荷产生应力时，它的电阻率会发生变化的现象。半导体应变片有体型、薄膜型和扩散型，无论哪一种，它们的工作原理是相同的，只不过生产工艺不同罢了。
由半导体应变片构成的进气压力传感器的结构如图 2,46 所示。
半导体应变式进气压力传感器主要由半导体应变片、真空室、混合集成电路板、外壳等组成。
半导体应变片是在一个膜片上用半导体工艺制作四个等值电阻，并且接成电阻电桥。该半导体电阻电桥应变片置于一个真空室内，在进气压力作用下，应变片产生变形，电阻值发生变化，电桥失去
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平衡，从而将进气压力的变化转换成电阻电桥输出电压的变化。
图2.46 半导体应变片进气压力传感器
1.半导体应变片 2.混合集成电路 3.真空室
2.4.3 节气门位置传感器
节气门位置传感器安装在节气门体上，它将节气门开度转换成电压信号输出，以便微机控制喷油量。节气门位置传感器有开关量输出和线性输出两种类型。
1.开关式节气门位置传感器
这种节气门位置传感器实质上是一种转换开关，又称为节气门开关。它的结构如图 2.47 所示。
图2.47 开关式节气门位置传感器
1.节气门轴 2.满负荷触点 3.动触点 4.怠速触点
传感器由与节气门轴联动的凸轮、动触点、怠速触点、满负荷触点等组成。动触点接微机电源，
当节气门全关闭时，怠速触点与动触点接通；当节气门开度达 50%以上时，满负荷触点与动触点接通；而当节气门开度在全闭至 50%之间时，动触点悬空。这样，微机就可以根据怠速触点和满负荷触点提供的信号的判断节气门位置，以便对发动机进行喷油控制，或对自动变速进行控制 。
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这种节气门位置传感器结构比较简单，但其输出是非连续的。
2.线性节气门位置传感器
线性节气门位置传感器采用线性电位计，由节气门轴带动电位计的滑动触点，在不同的节气门开度下，接入回路的电阻不同（图 2.48） 。通常给传感器提供+5V 电压，从而将节气门开度转换成电压信号输送给 ECU。ECU根据节气门开度和开启速率判定发动机地运行工况。输出信号在自动变速车辆上还可作为换档条件的主要依据。
图2.48 线性节气门位置传感器电路
3.综合式节气门位置传感器
综合式节气门位置传感器装在节气门上，它在线性节气门位置传感器的基础上附加怠速触点而成。它可以连续检测节气门的开度。它的结构、等效电路及输出特性如图 2.49 a、b、c 所示。这是目前应用最多的一种节气门位置传感器。
图2.49 综合式节气门位置传感器
a )结构 b)等效电路 c)输出特性
1.电阻膜 5.节气门开度输出动触点 3.怠速动触点
由图可知，它由与节气门轴联动的电位计、怠速触点及外壳等组成。电位计的动触点（即节气
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门开度输出触点）随节气门开度在电阻膜上滑动，从而在该触点上（图 2.49b 中的 VTA 端子）得到与节气门开度成比例的线性电压输出（图 2.49 C） 。当节气门全闭时，另外一个与节气门联动的动触点与怠速输出触点 IDL 接通，传感器输出怠速信号。节气门位置输出的线性电压信号经 A/D 转换后送微机。综合式节气门位置传感器工作电路如图 2.50 所示，内部电阻 R1、R2 远大于线性电位计电阻，其影响可忽略不计。
图2.50 综合式节气门位置传感器工作电路
2.4.4 氧传感器
氧传感器安装在排气管内。由于排气中的氧气浓度可以反映空燃比的大小，所以，在电子控制燃油喷射系统中广泛使用氧传感器。氧传感器随时将检测的氧气浓度反馈给 ECU，ECU 据此判断空燃比是否偏离理论值，一旦偏离，就调节喷油量，以控制空燃比收殓于理论值。
1.二氧化钛（ＴiＯ2）氧传感器
二氧化钛氧传感器是利用半导体材料二氧化钛的电阻值，随排气中氧含量的变化而改变的特性制成的，是一种电阻型氧传感器。二氧化钛在表面缺氧时，氧分子将脱离表面，使晶格结构发生变化而出现空缺，移动电子为了填补空缺形成电流，导致材料的电阻值降低。二氧化钛氧传感器的电阻值 R 可按下式计算,
mkT
E
poAeR
1
2
)(
)(
= （1—9）
式中 A—常数；
e—电子电荷量；
E—活化能；
k—波尔兹曼常数；
T—绝对温度；
Po2-氧含量（氧分压） ；
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1/m—与晶格缺陷有关的指数，N 型1/m =0.25,P型 1/m =—0.25。
二氧化钛氧传感器的结构如图 2.51所示，二氧化钛元件有两部分组成，一是多空性用于检测氧含量的二氧化钛陶瓷，另一为实心二氧化钛陶瓷用于加热。由式（1—9）可知，传感器的电阻与温度有关，因而必须采用电加热元件，以补偿温度的误差，使传感器在恒定的温度下工作。通常二氧化钛氧传感器的工作温度为 300℃～400℃。
图2.51 二氧化钛（ＴiＯ2）氧传感器
1.二氧化钛元件2.金属外壳3.陶瓷绝缘材料4.接线端子 5.陶瓷元件6.导线7.金属保护管
ECU 提供给二氧化钛氧传感器 1V 电压，即输入电压 Vin=1V（图 2.52） 。由图 2.52 可知，传感器的输出电压 Vout 为,
in
C
C
out
V
RR
R
V
+
= （1—10）
式中 RC—温度补偿电阻。 若混合气浓和混合气稀时二氧化钛元件的电阻为 R1,R2,则：
21
RRR
C
=
通常，二氧化钛氧传感器的输出电压在 0.1V～0.9V 间变化，电压高，表示混合气浓，反之，电压低则表示混合气稀。ECU 据此电压信号控制喷油器的喷油量。
图2.52 二氧化钛氧传感器的电压转换电路
二氧化钛氧传感器的优点是结构简单、造价便宜、可靠性高。
2.二氧化锆（ＺrＯ2）氧传感器
二氧化锆氧传感器的结构如图 2.53所示。
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图2.53 二氧化锆（ＺrＯ2）氧传感器
1.锆管2.电极3.弹簧4.电极座（绝缘）5.导线6.排气管7.气孔
二氧化锆氧气传感器的基本元件是二氧化锆（ＺrＯ2）陶瓷，因其为固定电解质管，亦称锆管。
锆管固定在带有安装螺丝的固定套内，锆管内表面与大气相通，外表面与排气相通，其内外表面都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。氧传感器安装在排气管上，为了防止排气管内废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表的铂膜上覆盖一层多孔的陶瓷层，并加有带槽口的防护套管。在其接线端有一个金属护套，其上开有一孔，使锆管内表面与大气相通。
当锆管接触氧气时，氧气透过多孔铂膜电极，吸附于二氧化锆，并经电子交换成为负离子。由于锆管内表面通大气，外表面通排气，其内外表面的氧气分压不同，则负氧离子浓度也不同，从而形成负氧离子由高浓度侧向低浓度侧的扩散。当扩散处于平衡状态时，两电极间便形成电动势 E，
所以二氧化锆氧传感器的本质是化学电池，亦称氧浓差电池。浓差电动势 E 可按下式计算,
2
'
2
ln
4 po
po
F
RT
E = （1—11）
式中 R—气体常数；
T—绝对温度；
F—法拉第常数；
po2ˊ、po 2-排气中和大气中的氧气分压。
由于上述电动势太小，通常采用铂催化。浓混合气时，燃烧后残留的低浓度氧（O 2）和排气中的 HC、CO 发生反应，O 2基本消失，氧浓差非常大，约产生 0.8V～1V 电动势。稀混合气时，排气中
O2 浓度高，催化反应后仍有 O2 残留，氧浓差较小，约产生 0.1V 电动势。二氧化锆氧传感器的电压特性如图 2.54 所示，可见其输出特性在过量空气系数 α =1（空燃比 14.7:1）时突变,α >1 时输出几乎为零,α <1 时输出电压接近 1V。
ECU 将氧传感器的输出信号以 0.5V 为界，大于 0.5V 为混合气过浓，小于 0.5V 为混合气过稀。
ECU 通过控制喷油量的大小使混合气浓度在理论空燃比附近波动。通常 ECU 按 10s 变化 8 次的频率使氧传感器的输出电压在 0.1V～0.8V 间变动。
二氧化锆氧传感器的工作温度在 300℃以上，需要设置电加热元件（图 2.55） 。一般在发动机
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起动后 20s～30s 内将二氧化锆氧传感器加热到工作温度。
图2.54 二氧化锆氧传感器电压特性
图2.55 二氧化锆氧传感器与ECU的连接
2.4.5 温度传感器
为了解发动机的热状态，计算进气的质量流量及进行排气净化处理，需要有能够连续、精确地测量冷却液温度、进气温度与排气温度的传感器。温度传感器的种类很多，如热敏电阻式、半导体二极管式、热电偶式等等。下面就汽车上常用的热敏电阻温度传感器予以介绍。
热敏电阻式冷却液温度传感器一般安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器壳内并伸入水套中
（图 2.56） 。热敏电阻式冷却液温度传感器与冷却水直接接触，用来检测冷却液温度，其结构如图
2.57 a 所示。 冷却液温度传感器的热敏电阻通常具有负温度系数,即电阻随温度升高而降低 （图 2.57
b） 。冷却液温度传感器与 ECU 的连接如图 2.57c 所示，ECU通过内部电路提供 5V 电压，测试热敏电阻与 ECU 内部电阻串、并联后的分压输出即可测得冷却液温度。丰田车用冷却液温度传感器的电阻值变化见表 2.1，可以发现热敏电阻随温度的变化相差悬殊，为了提高测试精度，有些车辆采用图
2.57 d 的电路。当温度低于某值（51.6℃）时,5V 电压加在 10kΩ和热敏电阻的串联电路上；当温度高于某值 （51.6℃） 时,三极管导通,电路变为 10kΩ电阻与 1kΩ电阻并联 （并联电阻约为 909Ω）,
再和热敏电阻串联。
热敏电阻式进气温度传感器和排气温度等的工作原理相同,较多地采用负温度系数的热敏电阻，
由于它们的使用场合和测试环境有些差异，区别仅在于安装位置、外形或工作温度的不同，这里不
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再复述。
图2.56 热敏电阻式冷却液温度传感器安装位置图
图2.57 热敏电阻式冷却液温度传感器结构、特性与电路
a）结构 b）特性曲线 c）ECU 连接（Ⅰ）d）与ECU连接（Ⅱ）
表 1。1 丰田车用冷却液温度和进气体温度传感器的电阻
温度/℃ 电阻/kΩ 温度/℃ 电阻/kΩ
0 6 60 0.6
20 2.2 80 0.25
40 1.1
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2.5 电子控制系统
2.5.1 电控系统的基本组成与类型
1.组成
图 2.58 电控系统的基本组成
电控系统的基本组成有三部分,1）信号输入装置、2）电子控制单元、3）执行元件。 信号输入装置包括各种传感器和开关信号，采集控制 系统的信号，并转换成电信号输送给 ECU；电子控制单 ECU 给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后执行器发出指令；
执行元件，由 ECU 控制，执行某项控制功能。
2.类型
电子控制系统有两种基本类型：即开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统的控制方式比较简单，ECU 只根据各传感器信号对执行元件进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。而闭环控制系统除具有开环控制的功能外，还对其控制结果进行检测，并将检测结果（即反馈信号）输入 ECU，ECU 则根据反馈信号对其控制误差进行修正。由此可见，闭环控制系统的控制精度比开环控制系统高。
2.5.2 信号输入装置及输入信号
（1）空气流量计（MAF）:测量发动机吸入空气量，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(歧管绝对)压力传感器（MAP）,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。
（3）发动机转速与曲轴位置传感器：检测曲轴位置信号和曲轴转角信号，并输入 ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
（4）凸轮轴位置传感器：也叫同步信号传感器，是气缸判别定位装置，是点火控制的主控制信号。
（5）上止点位置传感器：向 ECU 提供 1 缸上止点位置信号，作为点火控制的主控制信号。
（6）缸序判别传感器：向 ECU 提供各缸工作顺序，作为点火控制的主控制信号。
（7）冷却液温度传感器：给 ECU 提供冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。
信号输入装置各种传感器
电子控制单元
ECU
执
行
元
件
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（8）进气温度传感器：检测进气温度信号（修正信号） 。
（9）节气门位置传感器：检测节气门的开度及开度变化，信号输入 ECU。
（10）氧传感器：检测排气中的氧含量，向 ECU 输入反馈信号。
（11）爆震传感器：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。
（12）大气压力传感器：检测大气压力，修正喷油和点火控制。
（13）车速传感器：控制发动机转速，实现超速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。
（14）起动信号：发动机起动时，给 ECU 提供起动信号。作为喷油量和点火提前角的修正信号。
（15）发电机负荷信号：发电机负荷增大时,作为喷油量和点火提前角的修正信号。
（16）空调作用信号：当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向
ECU 输入信号。
（17）挡位开关信号和空挡位置开关信号：自动变速器由 P/N 挡挂入其他档时，发动机负荷增加,向 ECU 输入信号。当挂入 P/N 挡时向 ECU 提供 P/N 挡信号才能启动发动机。
（18）蓄电池电压信号：当 ECU 检测到蓄电池和电源系的电压过低时,将对供油量进行修正。
（19） 离合器开关信号,在离合器接合和分离时,由离合器开关向 ECU 输入离合器工作状态信号,
修正喷油量和点火提前角。
（20）制动开关信号：在制动时,由制动开关向 ECU 提供制动信号,作为对喷油量、点火提前角、
自动变速器等的控制信号。
（21）动力转向开关信号：由于动力转向液压泵工作使发动机负荷加大,动力转向开关向 ECU输入修正信号。
（20）EGR 阀位置传感器：向 ECU 提供 EGR 阀的位置信号。
（22）巡航(定速)控制开关,ECU 输入巡航控制状态信号,由ECU 对车速进行自动控制。
2.5.3 电子控制装置（ECU）
1．ECU 的 功能
ECU 是一种电子综合控制装置，它所具备的基本功能如下,
1）接受传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考(基准)电压：2V、5V、9V、12V；将输入的信息转变为微机所能接受的信号。
2）存储、计算、分析处理信息；计算出输出值所用的程序；存储该车型的特点参数；存储运算中的数据（随存随取）,存储故障信息。
3）运算分析。根据信息参数求出执行命令数值；将输出的信息与标准值对比，查出故障。
4）输出执行命令。把弱信号变为强的执行命令数值；输出故障信息。
5）自我修正功能（自适应功能） 。
在发动机控制系统中，ECU 不仅用来控制汽油喷射系统，同时还具有点火提前角控制、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功用。
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在发动机控制系统中，由于使用微机，与以往的模拟电路控制相比，信号处理的速度和容量大大提高，因此，就可以实现多功能的高精度集中控制。
2．ECU 的组成
发动机集中控制系统 ECU 的组成如图 2.59 所示。ECU 主要由输入回路、A/D 转换器（模/数转换器）,微型计算机和输出回路四部分组成。
图2.59 ECU的组成
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
（1）输入回路 输入 ECU 的传感器信号有两种：一种是模拟信号（图 2.60a）,如：热线式空气流量计的输出信号和冷却液温度传感器的输出信号等；另一种是数字信号（图 2.60 b）,如卡门涡流式空气流量计的输出信号和转速传感器的输出信号等。信号的类型不同，输入 ECU 后的处理方法也不一样。
从传感器输出的信号输入 ECU 后，首先通过输入回路，其中数字信号直接输入微机，模拟信号则由 A/D 转换器转换成数字信号之后再输入微机。
图2.60 传感器输入信号的种类
a) 模拟信号 b) 数字信号
输入回路的作用是将传感器输入的信号，在除去杂波和把正弦波转变为矩形波后，再转换成输入电平（图 2.61） 。
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图2.61 输入回路的作用
1.除去杂波 2.输入回路
（2）A/D 转换器（模拟/数字转换器） 由传感器输入的模拟信号，微机不能直接处理，故要用
A/D 转换器将模拟信号转换成数字信号,再输入微机。 图 2.62所示为空气流量计输出模拟信号由 A/D
转换器处理示意图。
图2.62 模拟信号转换处理
1.空气流量计 2.输入回路 3.转换器 4.微机
（3）微型计算机 微机的功用是根据发动机工作的需要，把各种传感器送来的信号用内存的程序（微机处理的顺序）和数据进行运算处理，并把处理结果如汽油喷射控制信号、点火控制信号等送往输出回路。
微机的内部结构如图 2.63 所示，是由中央处理器（CPU）,存储器、输入/输出装置等组成。
1）中央处理器（CPU） 。中央处理器的功用是读出命令并执行数据处理任务。CPU 是由进行数据算术运算和逻辑运算的运算器、暂时存储数据的寄存器、按照程序进行各装置之间信号传送及控制任务的控制器等组成（图 2.64） 。
2）存储器。存储器的功用是记忆存储程序和数据，一般由几个只读存储器 ROM 和随机存取存储器 RAM 组成。
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ROM 是读出专用存储器，存储内容一次写入后就不能改变，但可以调出使用。ROM 存储器存储的内容，即使切断电源，其记忆的内容也不丢失，故适用于对各种程序和数据的长期保留。近年可编程只读存储器(EPROM)已在汽车微机中得到应用，该存储器可由紫外线将其记忆内容消去，并可改写存储内容。
随机存储器 RAM 既能读出也能写入数据记忆在任意地址上。但是如果切断电源，存储的数据就丢失。所以 RAM 只适用于暂时保留过程中的处理数据。
图2.63 微型电子计算机的构成
1.存储器 2.信息转送通路 3.输入/输出
图2.64 CPU 的组成
1.控制信号2.数据3.信息传达通道4.控制器 5.寄存器6.运算器
3）输入/输出装置。输入/输出装置的功用是根据 CPU 的命令，在外部传感器和执行器之间执行数据传送任务，一般称之为 I/O 接口。
4）输出回路。由微机输出的是电压很低的数字信号，用这种信号一般是不能直接驱动执行元件的。输出回路的功用就是将微机输出的数字信号转换成可以驱动执行元件的输出信号。输出回路多采用大功率三极管,由微机输出的信号控制其导通和截止,从而控制执行元件的搭铁回路 （图 2.65） 。
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图2.65 输出回路
1-微型计算机 2.输出回路 3.喷油器
2.5.4 执行器
执行器是受 ECU 控制,具体执行某项控制功能的装置。常见的执行器有:电磁式喷油器、点火控制器、怠速控制阀、进气控制阀、EGR 阀等等。
2.5.5 电子控制系统的简要工作过程
（1）发动机起动时,ECU进入工作状态,某些程序从 ROM 中取出,进入 CPU。这些程序可以用来控制点火时刻、燃油喷射、怠速等。
（2）通过 CPU 的控制,一个个指令逐个地进行循环执行。执行程序中所需要的发动机信息,来自各个传感器。
（3）从传感器来的信号,首先进入输入回路进行处理。如果是数字信号直接经 I/O 接口进入微机；如果是模拟信号经 A/D 转换器转换成数字信号后才经 I/O 接口进入微机。
（4）大多数信息暂时存储在 RAM 内,根据指令再从 RAM 送到 CPU。有时需将存储在 ROM 中的参考数据引入 CPU,使输入传感器的信息与之进行对比。
（5）对来自有关传感器的每一个信息依次取样,并与参考数据进行比较。
（6）CPU 对这些数据进行比较运算后,作出决定并发出输出指令信号,经 I/O 接口,必要的信号还要经 D/A转换器变成模拟信号,最后经输出回路去控制执行器动作。
2.5 燃油喷射系统的工作过程
2.5.1 喷油器控制
1.喷油器的控制和驱动方式
喷油器的基本控制电路如图图 2.66所示。
发动机工作时，ECU 根据有关信号，经运算判断后输出控制信号，控制大功率三极管导通与截止。当大功率管导通时，即接通喷油器电磁线圈电路，产生电磁吸力。当电磁力超国针阀弹簧力和
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油压力的合力时，磁心被吸动，针阀随之离开阀座，即阀门打开，喷油器开始喷油。当大功率三极管截止时，则喷油器电磁线圈电路被切断，电磁力消失，当针阀弹簧力超过衰减的电磁力时，弹簧力又使针阀返回到阀座上，使阀门关闭，喷油器停止喷油。
图2.66 汽油喷射控制系统
喷油器的驱动方式分为电流驱动与电压驱动两种方式。电流驱动只适用于低阻喷油器，电压驱动既可用于低阻喷油器，又可用于高阻喷袖器。
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。由于无附加电阻，回路阻抗小，开始导通时，大电流使针阀迅速打开，喷油器有良好的响应性。
在电压驱动回路中使用低阻喷油器时，必须在回路中加入附加电阻。为使喷油器响应性好，在低阻喷油器中减少了电磁线圈匝数以减小电感，在回路中加入附加电阻，可以防止匝数减少后线圈中电流加大，造成线圈发热而损坏。附加电阻与喷油器的连接方式如图 2.67 所示。
图2.67 喷油器的驱动方式
a)一喷油器—附加电阻 b)两喷油器—附加电阻 c)三喷油器—附加电阻
电压驱动方式较电流驱动构成回路要简单，但加入附加电阻使回路阻抗加大，导致流过线圈的电流减少，喷油器上产生的电磁力降低，针阀开启迟滞时间长。各种驱动方式迟滞时间如图 2.68 所示。
可见，电流驱动的迟滞时间（无效喷射）最短，其次为电压驱动低阻值型，电压驱动高阻值型最长。
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图2.68 各种驱动方式的电流波形
2.冷起动喷油器的控制
冷起动喷油器装于进气总管的中央部位，其作用是改善发动机的低温起动性能。
冷起动喷油器是在发动机低温起动时才投入工作的电磁式喷油器，同样其喷油量取决于喷油时间，而其喷油时间可以由冷起动喷油器限时开关控制，也可以由 ECU控制。
冷起动喷油器限时开关控制原理是：冷起动喷油器限时开关是个温控开关，用螺纹连接方式安装在发动机冷却水道中，开关内部有一对常闭触点，其活动触点臂由双金属片制成。在双金属片周围缠有两组加热线圈，双金属片加热后弯曲，从而将触点断开，发动机暖机后，原来常闭的这对触点应为常开状态。发动机冷机时，限时开关触点闭合，冷起动时，点火开关处于 STA 位置，冷起动喷油器电磁线圈通电，电流经蓄电池（+）→点火开关（STA）→冷起动喷油器的电磁线圈及限时开关→双金属片及触点→搭铁→蓄电池（—）构成回路，冷起动喷油器喷油（图 2.69a） 。同时，也有电流流经加热线圈 1 和 2，两加热线圈使双金属片受热，当其弯曲到触点断开时，冷起动喷油器停止喷油。
起动后，起动开关断开，点火开关由 STA 位置转至 ON 位置，冷起动喷油器停止喷油。与此同时，加热线圈 1、2 均断电，但此时发动机冷却液温度使双金属片弯曲，触点保持断开，即发动机正常运转中，起动喷油器限时开关的触点保持常开状态（图 2.69b） 。
图2.69 冷起动喷油器限时开关控制电路
如图 2.70 所示为 ECU 与限时开关协同控制电路。单独使用限时开关控制时，冷起动喷油器喷
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油范围如图 2.71 阴影部分 A 所示，它诀定的是基本喷油量。为改善发动机冷机起动性能，起动更迅速，热机混合气浓度过渡更平缓，在一些车上不但设限时开关控制基本喷油量，还由 ECU 根据冷却液温度传感器监测到的冷却液温度对冷起动喷油量进行修正。 图 2.71中阴影 B 即表示用 ECU控制冷起动喷油器喷油的范围。
图2.70 ECU 与限时开关协同控制电路
图2.71 冷起动喷油器喷油的范围
有不少车己取消了限时开关，冷起动喷油器的工作完全由 ECU 控制，控制精度更高。由于冷起动喷油器装在进气总管上，不可避免地对各缸供油的均匀性产生影响，故现代车辆有取消了冷起动喷油器的趋势。
2.5.2 喷油量的控制
电磁喷油器的喷油量取决于电磁阀打开的时间（喷油器喷射持续时间）,也就取决于 ECU 提供的喷油脉冲信号宽度（简称为喷油脉宽） 。喷油量的控制亦即喷油脉宽的控制，目的是使发动机可燃混合气的空燃比符合要求。喷油量的控制实际上是由 ECU 根据发动机运转的工况及影响因素，输出控制信号进行控制的，使发动机具有良好的经济性和动力性，排放污染大为降低。ECU 通过进气压力传感器信号（D 型）或空气流量计信号（L 型）计量进气量，并根据计算出的进气量与目标空燃比比较，即可确定每次燃烧必须的燃料质量，喷油信号的产生如图 2.72所示。由表 2.2 可知，ECU 根据发动机的工况不同进行控制喷油时间。
表 2.2 喷油持续时间的影响因素
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图2.72 喷油信号的产生示意图
1.起动工况
起动时的喷油脉宽通常不采用根据进气量（或进气压力）和发动机转速计算确定，这与起动机起动后的控制不同。在发动机起动时，转速波动大，无论 D 型系统中的进气压力传感器还是 L 型系统中的空气流量计，都不能精确地确定进气量，进而影响合适的喷油脉宽的确定。因此，在起动时，
ECU 根据当时的发动机冷却液温度，由存储器中的冷却液温度—喷油时间图找出相应的喷油脉宽图
（图2.73）,然后用进气温度和蓄电池电压等参数进行修正，得到起动时的喷油脉宽。
图2.73 冷却液温度—喷油脉宽图
在发动机转速低于规定值或点火开关接通 STA时，喷油脉宽的确定如图 2.74 所示。由冷却液温
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度传感器信号 ECU 查出冷却液温度—喷油脉宽图的基本喷油脉宽；根据进气温度信号对喷油脉宽作修正（延长或减短） ；根据蓄电池电压相应延长喷油脉宽信号，以实现喷油量的进一步修正，即电压修正。喷油器的实际打开时刻晚于 ECU 控制其打开的时间，即存在一段滞后（图 2.75）,故喷油器打开的实际时间较 ECU计算出的需要打开的时间短，此时间差称为无效喷射时间。蓄电池电压越低，
滞后时间越长。因此 ECU 根据蓄电池电压延长喷油脉宽信号，修正喷油量，使实际喷油时间更接近于 ECU 计算值。
图2.74 喷油脉宽的确定
图2.75 喷油滞后
2.起动后喷油控制
发动机转速超过预定值时，ECU确定的喷油脉宽信号满足下式,
喷油脉宽＝基本喷油脉宽×喷油修正系数十电压修正值
式中，喷油修正系数是修正系数的总和；
L 型电控汽油喷射系统的基本喷油脉宽根据空气质量和发动机转速确定。
D 型电控汽油喷射系统的基本喷油脉宽由发动机转速信号和进气管绝对压力信号确定。如图
2.76 所示，用于 D 系统的 ECU 内存了一个三维图（MAP）,它表明了与发动机各种转速和进气管绝对压力对应的基本喷油脉宽。
根据进气管绝对压力信号确定喷油量，是以进气量与进气管压力成正比为前提的，这一前提只在理论上成立。实际工作中，进气脉动使充气效率变化，进行再循环的排气量的波动也影响进气量。
故由三维图计算的仅为基本喷油量，ECU 还须根据发动机转速信号（Ne）对喷油量作修正。
L 型电控汽油喷射系统的基本喷油脉宽由发动机转速、进气量确定。这个基本喷油脉宽是实现既定空燃比的喷油时间。
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图2.76 基本喷油脉宽三维图
1）起动后加浓发动机完成起动后，点火开关由“STA”位置转到“ON”位置，或发动机转速已达到或超过预定值，ECU 额外增加喷油量，使发动机保持稳定运行。喷油量的初始修正值根据冷却液温度确定，然后随温度升高按某一固定速度下降，逐步达到正常。
2）暖机加浓冷机时汽油蒸发性差，为使发动机迅速进入最佳工作状态，必须供给浓混合气。
在冷却液温度低时，ECU根据冷却液温度传感器信号相应增加喷油量（图 2.77）,冷却液温度在—40℃时加浓量约为基本喷射量的两倍。
图2.77 暖机加浓修正曲线
暖机加浓还出现在怠速触点信号接通或断开时。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，喷油量有少量变化。
3）进气温度修正进气密度随发动机的进气温度而变化，ECU根据进气温度传感器提供的信号，
修正喷油持续时间，使空燃比满足需求。通常以 20℃为进气温度信息的标准温度，进气温度低，空气密度增大。低于 20℃时，ECU 增加喷油量，使混合气不致过稀；进气温度高，空气密度减少，高于 20℃时，ECU 使喷油量减少，以防混合气偏浓。增加或减少的最大修正量约为 10％。由进气温度修正曲线可见，修正约在进气温度—20℃～60℃之间（图 2.78） 。
4）大负荷加浓发动机在大负荷工况下运转时，要求使用浓混合气体获得大功率。ECU 根据发动机负荷增加喷油量。
发动机负荷状况可以根据节气门开度或进气量的大小确定，故 ECU 可根据进气压力传感器、空
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气流量计、节气门位置传感器输送的信号判断发动机负荷状况，决定相应增加的喷油量。大负荷的加浓量约为正常喷油量的 10％～30％。有些发动机的大负荷加浓量还与冷却液温度信号有关。
图2.78 进气温度修正曲线
5）过渡工况空燃比控制。发动机在过渡工况下运行时（汽车加速或减速行驶）,为获得良好的动力性、经济性，空燃比应作相应变化，即需要适量调整喷油量。
ECU 判定相应工况的信号有：进气管绝对压力（PIM）或进气量（VS）,发动机转速（Ne）,车速
（SPD）,节气门位置(TPS)、空档起动开关（NSW）和冷却液温度（THW）等。
6）怠速稳定性修正（D 型） 。在D 型系统中，决定基本喷油脉宽的进气管压力，在过渡工况时，
进气管压力信号相对滞后于发动机转速，造成发动机转速上升时，输出转矩不足。为了提高发动机怠速运转时的稳定性，ECU 根据进气管绝对压力信号（PIM）和发动机转速信号（Ne）对喷油量作修正。即随压力增大或转速降低，增加喷油量；反之，则减少喷油量（图 2.79） 。
图2.79 怠速稳定修正曲线
a)压力变化时的修正 b)转速变化时的修正
3.其它情况的喷油控制方式
①断油控制
a.减速断油 发动机在高速下运行急减速时，节气门完全关闭，为避免混合气过浓以及燃料经济性、排放性能变差，ECU 发出信号使喷油器停止喷油。当发动机转速降到某预定转速之下或节气门重新打开时，喷油器再投入工作（图 2.80） 。
冷却液温度低或空调机工作需要增加输出功率时，断油或重新恢复喷油的转速较高。
b.发动机超速断油 为避免发动机超速运行，当发动机转速超过额定转速时，ECU 控制喷油器
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停喷。
c.汽车超速行驶断油 某些汽车在汽车运行速度超过限定值时，停止喷油。由 ECU 根据节气门位置、发动机转速、冷却液温度、空调开关、停车灯开关及车速信号实现断油控制。
图2.80 减速断油控制
②加速喷油控制
当发动机由怠速向起步过渡时，由于汽油供给惯性的原因，会出现瞬时混合气过稀现象。为改善起步加速性能，在有些电控汽油喷射系统中，ECU 根据节气门位置传感器的怠速触点信号从接通到断开，增加一次固定喷油脉宽的
小结
电子控制燃油喷射系统（ Electronic FueL Injection）简称 EFI，它是以电控单元（ ECU）为控制中心，利用各种传感器测出发动机在各种不同工况下的工作参数，按照在电控单元存储器中设定的控制程序，通过精确控制喷油器的喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，从而使发动机获得良好的燃料经济性和排放性。电控燃油喷射系统有很多优点，有不同的分类方法；
电子控制燃油喷射系统的组成包括：空气供给系统、燃油供给系统、电子控制系统。空气供给系统主要讲述了节气门体的结构原理；燃油供给系统主要讲述了不同类型的电动燃油泵和喷油器；电控系统的基本组成有三部分,1）信号输入装置、2）电子控制单元、3）执行元件。信号输入装置讲述了各种传感器。电子控制单元（ECU）主要由输入回路、A/D 转换器、微型计算机和输出回路四部分组成。最后介绍了燃油喷射系统的工作过程。
习题
2．1 简述发动机电子控制系统的组成？
2．2 简述发动机电控系统的控制功能。
2．3 简述汽油发动机电子控制系统的组成、功能及工作原理。
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1．4 信息通讯系统包括哪些内容？
1．5 简述同时喷射、分组喷射和顺序喷射的区别？
2．6 体积流量型空气流量计有哪几种类型?各有什么特点?
2．6 质量流量型空气流量计有哪几种类型?各有什么特点?
2．7 节气门体由哪些主要部件构成?它们的作用是什么?
2．8 节气门位置传感器有哪几种类型?各有什么特点?
2．9 燃料供给系统由哪些部件构成?它们的作用是什么?
2．10 什么叫外装式油泵?什么叫内装式油泵?它们各有什么特点?
2．11 滚柱泵和涡轮泵在性能上有何特点?
2．12 油压脉动阻尼器的一般构造及工作原理如何?
2．13 压力调节器的作用是什么?为什么要使燃油分配管内油压与进气歧管内气压的差值保持为常数?
2．14 轴针式喷油器和孔式喷油器在结构上有什么特，点?
2．15 什么叫高阻喷油器?什么叫低阻喷油器?它们各有什么特点?
2．16 什么叫电流驱动?什么叫电压驱动?它们各有什么特点?
2．17 单点喷油器用在哪一种电控汽油喷射系统中?这种喷油器有何特点?
2．18 温度传感器的作用是什么?电控汽油机中使用的温度传感器有哪些类型?有什么特点？
2．19 ECU 有哪些基本组成部分?它们起什么作用?
2．20 汽油的喷射控制包括哪几个方面?
2．21 起动后的同步喷射的基本喷油持续时间是如何确定的?
2．22 发动机温度是如何影响基本喷油持续时间的?
2．23 发动机加减速时，ECU 是如何对喷油持续时间进行修正的?
2．24 什么叫无效喷油时间?ECU 是如何对无效喷油时间进行修正的?
2．25 什么情况下 ECU 执行断油控制?
第2章目录
第 2 章 燃油喷射系统的控制,..........................................................................................................................- 2 -
2.1 燃油喷射系统概述,...............................................................................................................................,- 2 -
2.1.1 燃油喷射的基本概念,....................................................................................................................- 2 -
2.1.2 燃油喷射的发展过程,....................................................................................................................- 2 -
2.1.3 汽油发动机对可燃混合气的要求,.................................................................................................- 3 -
2.1.4 燃油喷射系统的优点,....................................................................................................................- 5 -
2.1.5 燃油喷射系统的分类,....................................................................................................................- 5 -
2.2 空气供给系统,.........................................................................................................................................- 9 -
2.2.1 空气供给系统的组成,....................................................................................................................- 9 -
2.2.2 空气供给系统主要部件及工作原理,..........................................................................................,- 11 -
2.3 燃油供给系统,..........................................................................................................................................- 15 -
2.3.1 燃油供给系统的组成,..................................................................................................................- 15 -
2.3.2 燃油泵的结构与原理,..................................................................................................................- 16 -
2.3.3 汽油滤清器,..................................................................................................................................- 19 -
2.3.4 燃油压力调节器和脉动阻尼器,...................................................................................................- 19 -
2.3.5 电磁喷油器的结构与原理,..........................................................................................................- 21 -
2.3.6 冷起动喷油器和热限时开关,.......................................................................................................- 27 -
2.3.7 汽油分配管总成,..........................................................................................................................- 29 -
2.4 传感器的结构与原理,.........................................................................................................................,- 29 -
2.4.1 空气流量计,...............................................................................................................................- 29 -
2.4.2 进气压力传感器,.......................................................................................................................- 36 -
2.4.3 节气门位置传感器,...................................................................................................................- 38 -
2.4.4 氧传感器,...................................................................................................................................- 40 -
2.4.5 温度传感器,...............................................................................................................................- 43 -
2.5 电子控制系统,.....................................................................................................................................,- 45 -
2.5.1 电控系统的基本组成与类型,.......................................................................................................- 45 -
2.5.2 信号输入装置及输入信号,..........................................................................................................- 45 -
2.5.3 电子控制装置（ECU）,................................................................................................................- 46 -
2.5.4 执行器,..........................................................................................................................................- 50 -
2.5.5 电子控制系统的简要工作过程,...................................................................................................- 50 -
2.5 燃油喷射系统的工作过程,.................................................................................................................,- 50 -
2.5.1 喷油器控制,..................................................................................................................................- 50 -
2.5.2 喷油量的控制,..............................................................................................................................- 53 -
小结,.................................................................................................................................................................- 58 -
习题,.................................................................................................................................................................- 58 -
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第 2 章 燃油喷射系统的控制
☆ 知识点
1.汽油发动机对可燃混合气的要求；燃油喷射的概念及分类；
2.空气供给系统和燃油供给系统的组成、结构、工作原理；
3.燃油喷射电子控制系统的组成、结构、工作原理；
4.燃油喷射系统传感器的结构和工作原理；
5.燃油喷射系统的工作过程。
★ 要求
掌握
1,燃油喷射系统的概念和分类；
2,空气供给系统和燃油供给系统的组成、结构、工作原理；
3．燃油喷射系统传感器的结构和工作原理；
4.燃油喷射电子控制系统的组成、结构、工作原理。
了解
1.燃油喷射的发展过程
2.电子控制装置（ECU）的工作原理
3,燃油喷射系统的工作过程
2.1 燃油喷射系统概述
2.1.1 燃油喷射的基本概念
传统的化油器式发动机工作时，汽油和空气通过化油器形成可燃混合气，再进入气缸燃烧，该系统不能精确的控制可燃混合气的空燃比。随着电子工业的发展，尤其是微型电子计算机出现以后，
微机控制技术在汽车上的广泛应用，有效的解决了汽车动力性、经济性和排放性等之间的矛盾。
电子控制燃油喷射系统（ Electronic FueL Injection）简称 EFI，它是以电控单元（ ECU）为控制中心，利用安装在发动机不同部位上的各种传感器，测出发动机在各种不同工况下的工作参数，按照汽车制造厂在电控单元存储器中设定的控制程序，通过控制喷油器，精确的控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，从而使发动机获得良好的燃料经济性和排放性，同时也提高了汽车的使用性能。
2.1.2 燃油喷射的发展过程
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燃油喷射技术在 20 世纪30 年代首先应用于航空发动机，1934 年德国研制成功第一架装有汽油喷射发动机的军用战斗机。50 年代德国、美国开始研究在汽车发动机上应用汽油喷射技术。
1967 年，德国波许（BOSCH）公司研制成功 K-Jetronic 机械式汽油喷射系统，后来经改进发展成为 KE-Jetronic 汽油喷射系统。 该系统是在 K-Jetronic 机械式汽油喷射系统的油量分配器上增设了一只电液式压差调节器，用以控制计量槽前后的压差，从而能快速地大幅度地调节燃油量，提高了操纵的灵活性，并增加了控制功能。
70年代后半期迅速发展起来的以微机控制为基础的车用电控汽油喷射系统是世界汽车工业同时解决节油和排放净化两大难题在技术上的重大突破。1967 年，德国波许（BOSCH）公司开始批量生产用进气管绝对压力控制空燃比的 D-Jetronic 模拟式电子控制汽油喷射系统。1973 年，德国波许
（BOSCH）公司开在 D-Jetronic 电子控制汽油喷射系统的基础上，经过改进发展成为 L-Jetronic 电子控制汽油喷射系统，采用翼片式空气流量计直接测量进气过程中的空气体积流量来控制空燃比，
相比 D-Jetronic 电子控制汽油喷射系统而言，精度和稳定性都得到了提高。
1981 年,L-Jetronic 电子控制汽油喷射系统又进一步改进发展成为 LH -Jetronic 电子控制汽油喷射系统，用热线式空气流量计直接测量进气空气的质量流量，无需附加专门装置来补偿大气压力和温度变化的影响。为了在满足排放法规的前提下实现最佳的燃油经济性指标，采用单项电子控制装置远远达不到要求。
1979 年，德国波许（BOSCH）公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的 Motronic 数字式发动机控制系统，我们把这种汽油喷射装置和点火装置集中由一个 ECU 控制的系统称为发动机集中控制系统；若两者分别由各自的 ECU 控制，则称为发动机单独控制系统。同一时期，美国和日本各大汽车公司也研制成功了与各自车型配套的数字式发动机集中控制系统。这种集中控制系统能对空燃比、点火时刻、怠速转速和废气再循环等多方面进行综合控制，控制精度越来越高，控制功能日趋完善。总之，发动机电子控制的发展趋势是从单独控制逐步向集中控制系统发展。
2.1.3 汽油发动机对可燃混合气的要求
混合气的成分不同，对发动机动力性、经济性和排放性有很大影响。混合气的成分通常用空燃比表示。我们把空气和燃油的混合比，即空气质量与燃油质量比，称为空燃比，通常用 A/F 表示。
其空燃比的计算公式表达式：A/F=空气质量/燃油质量。汽油完全燃烧并生成二氧化碳和水时的空燃比称为理论空燃比，理论空燃比约为 14.7 左右。在实际的发动机燃烧过程中，燃烧一千克的燃油所消耗的空气不一定就是理论所需要的空气量，它与发动机的结构和使用工况相关，所供给的实际空气量可能大于或小于理论空气量。我们把燃烧一千克质量燃油的实际空气质量与理论空气质量的比值称为过量空气系数，可以用下列公式表示：过量空气系数 α=实际空气质量/理论空气质量。
1．不同浓度混合气对发动机性能的影响
（1）标准混合气 α=１或 A/F＝14.7。实际它不能完全燃烧，因为燃烧空间和时间的限制，还
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有废气的干扰。
（2）稀混合气 α>１或 A/F>14.7。它是有可能完全燃烧的混合气，当 α＝1.05～1.15 或 A/F
约为 16 时的混合气，称为经济混合气，此时的空燃比称为经济空燃比。当燃油完全燃烧时，发动机的油耗最低。α 或 A/F再增大则导致发动机过热，加速性能变坏。
（3）浓混合气 α<１或 A/F<14.7。当 α＝0.85～0.95 或 A/F 为 12～13 时的混合气，称为功率混合气，此时的空燃比称为功率空燃比。这种混合气将使发动机发出最大功率。在功率空燃比与经济空燃比之间范围内的混合气成分是汽油发动机常用的混合气。
2．发动机对混合气的要求
从发动机工作的稳定性、动力性和燃油经济性统一考虑，对不同工况，混合气空燃比的要求是不同的。
（1）稳定工况对混合气的要求
稳定工况是指发动机已经完成预热，运转过程中没有转速和负荷的突然变化。混合气成分的要求根据实际运行的转速与负荷而定。稳定工况可分为怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷几种情况。
1） 怠速和小负荷 怠速工况是发动机无负荷的运行。怠速时节气门关闭，进气管内的真空度很大。当进气门开启时，气缸内的一部分废气冲入进气管和新鲜的可燃混合气混合后又被吸入气缸，
为了保证这种被稀释过的混合气能正常燃烧，就必须供给很浓的混合气，一般为 α＝0.6～0.8 的混合气。随着负荷的增加和节气门开度的加大，新鲜的混合气中废气的含量逐渐减少。所以在小负荷工况，也应该供给浓的混合气，但是混合气的浓度将会随负荷的增大而减小。
2） 中等负荷 中等负荷时，节气门的开度已经足够大，一般节气门开度在 25％～85％范围内，
废气稀释的影响已经不大，因此要求供给发动机稀的混合气，以获得最佳的燃油经济性，一般α＝
0.9～1.1 或空燃比 A/F约为 16～17的经济混合气。
3） 大负荷和全负荷 大负荷时，随着节气门开度的增大应逐渐加浓混合气以满足功率混合气的要求。但实际上在节气门尚未全开之前，如果需要获得更大的扭矩，只要把节气门进一步开大就可以实现，因此就没有必要使用功率混合气来提高功率，而应当继续使用经济混合气来提高经济性。
因此在节气门全开之前的所有大负荷工况都应该供给经济混合气，只有在节气门全开即全负荷工况时，为了获得该工况的最大功率必须供给功率混合气，以满足动力性要求为主。
（2）过渡工况对混合气的要求
过渡工况是指负荷或转速随时间不断变化的运行工况。主要包括冷启动、暖车、加速等工况。
1）冷车启动时，发动机要求供给很浓的混合气。冷启动时，燃油与空气的温度很低，燃油蒸发的百分数很小，为了保证冷启动顺利完成，要求供给浓混合气的空燃比接近 2：1。这样浓的混合气在汽油喷射系统中用冷启动喷油器或通过各缸喷油器的异步喷射来实现。
2）发动机启动后，就会进入暖车工况，在暖车过程中也需要浓的混合气。暖车的加浓程度必须
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在暖车过程中逐渐减小，一直到发动机能以稳定的怠速运转为止。
3）发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。加速时，驾驶员猛踩加速踏板，使节气门开度突然增大，以期待发动机功率迅速增大。可是当喷油器将汽油喷入进气歧管后，有一部分汽油将附着在进气门及其附近，由于附着的汽油产生汽化需要一定时间，因此加速时实际供给发动机的燃油相对不足，致使混合气暂时过稀，车速下降。为了防止这种现象发生，在加速时，喷油器喷射的油量会相应增加。
4）发动机急减速时，驾驶员迅速松开加速踏板，节气门突然关闭，此时由于惯性作用，发动机仍然保持很高的转速运转，进气管的真空度急剧升高，促使附着在进气管壁面上的燃油加速汽化，
在空气量不足的情况下进入气缸，造成混合气过浓。为避免这种现象的发生，发动机减速时，喷油器喷射的油量将会相应减少。
2.1.4 燃油喷射系统的优点
与传统的化油器式燃油供给系统相比较，使用燃油喷射系统的发动机具有以下优点,
1）能实现空燃比的高精度控制 采用多点喷射方式独立向各缸喷油，使各缸空燃比偏差减小；
通过闭环控制系统中的氧传感器的反馈控制，可以精确的控制空燃比；在气压、温度、空气密度、
变化或加减速行驶过渡运转工况时，空燃比可以得到及时的修正；点火控制、怠速控制等辅助控制系统的采用，使各种工况都有最佳的空燃比。
2）充气效率高 在进气系统中，由于没有像化油器那样的喉管部位，进气压力损失小，只要合理设计进气管道，就可以充分利用吸入空气的惯性增压作用，增大充气量，提高输出功率，增加发动机的动力。
3）瞬时响应快 在汽车加减速行驶的过渡运行阶段，燃油喷射系统响应速度快，使汽车加减速反应灵敏。
4）起动容易,暖机性能好 在发动机启动时，ECU 根据启动工况增加启动时的喷油量；溢流消除功能可以有效的防止发动机多次启动但不着车，导致启动时气缸内燃油过多的现象。并且使发动机顺利地过渡到暖机运转。
5）节油和排放净化效果明显 能提供各种运行工况下最佳空燃比的混合气，燃油雾化好，各缸分配均匀，燃烧效率提高，降低了排放物的污染。
6）减速断油功能降低了排放,节省燃油 在燃油喷射系统中，当节气门关闭而发动机转速超过预定转速时，喷油就会停止，使排气中 HC 的含量减少，并可降低燃油的消耗。
2.1.5 燃油喷射系统的分类
1,按喷油器安装部位和数量不同分类
（1）多点喷射系统（MPI） 多点喷射系统是指在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器,
喷油器适时喷油，空气和汽油在进气门附近形成可燃混合气。
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（2）单点喷射系统（SPI） 单点喷射系统是指在节流阀体上安装一只或两只喷油器,向进气歧管中喷油形成可燃混合气,在进气行程时可燃混合气被吸入气缸内。
2,按喷射控制装置的形式不同分类
（1） 机械式 空气计量器与燃油分配器组合在一起,空气计量器检测空气流量的大小后,靠连接杆传动操纵燃油分配器的柱塞动作,以燃油计量槽开度的大小控制喷油量,达到控制混合气空燃比的目的。
（2） 机电一体混合式 在燃油分配器上安装了一个由电控单元控制的电液式压差调节器,电控单元根据水温、节气门位置等传感器的输入信号控制电液式压差调节器动作,以调节燃油供给量。
（3） 电子控制式 根据各种传感器送至电控单元的发动机运行状况的信号,由电控单元运算后,
发出控制喷油量和点火时刻等多种执行指令,实现多种机能的控制。即为发动机电子集中控制系统。
3,按喷射方式不同分类
（1）间歇喷射系统 在发动机运转期间汽油间歇喷射是在进气过程中的某时间内进行的,喷油量大小取决于喷油器持续开启时间,即电脑指令的喷油脉冲宽度。
（2） 连续喷射系 燃油喷射的时间占有全部工作循环的时间,连续喷射都是喷在进气道内,大部分燃油是在进气门关闭后喷射。
4．按喷射位置的不同分类
（1）进气道喷射式 喷油器安装在进气歧管上，把燃油喷射到进气门前方。进气道喷射都采用低压喷射装置，是目前汽油喷射发动机上常用的喷射方式。
（2）缸内直接喷射式 喷油器安装在气缸盖上，把燃油直接喷入气缸内，配合气缸内组织的气体流动形成可燃混合气，这种喷射方式容易实现分层燃烧和稀混合气燃烧，进一步改善了汽车发动机的排放性与燃油经济性。
5,按喷射时序分类
（1） 同时喷射 同时喷射是指发动机在运转期间,各缸喷油器同时开启且同时关闭,由电脑的同一个喷油指令控制所有的喷油器同时动作，如图 2.1a 所示。
（2） 分组喷射 分组喷射是指将喷油器分成两组交替喷射,电脑发出两路喷油指令,每路指令控制一组喷油器，如图 2.1b 所示。
（3） 顺序喷射 顺序喷射是指喷油器按发动机各缸进气行程的顺序轮流喷射,它具有喷射正时,
由电脑根据曲轴位置传感器提供的信号,辨别各缸的进气行程,适时发出各缸的喷油脉冲信号,以实现顺序喷射的功能，如图 2.1c 所示。
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a）同时喷射
b）分组喷射
c）顺序喷射
图2.1喷油器喷射顺序
6,按空气量的检测方式分类
（1）歧管压力计量式（D 型 EFI 系统） 将歧管压力和转速信号输送到电脑,由电脑根据该信号计算出进气量,再产生与之相对应的喷油脉冲宽度,控制喷油器喷射适量的燃油，如图 2.2 所示。
（2）翼片式和卡门旋涡式（L 型 EFI 系统） 其计量方式属于体积流量型,即通过计量气缸进气的体积,将物理量转变成电信号输送至电脑,电脑计算出与该体积的空气相适应的喷油量以控制混合气空燃比，如图 2.3所示。
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图 2.2 歧管压力计量式电控燃油喷射系统（D型EFI系统）
1．喷油器 2．冷起动喷油器 3．汽油压力调节器 4．ECU 5．节气门位置传感器 6．怠速空气调节器
7．支管压力传感兵器 8．汽油泵 9．汽油滤清器 10．冷却液温度传感器 11．热限时开关
图2.3 翼片式电控汽油喷射系统（L型EFI 系统）
1．冷却液温度传感器 2．节气门位置传感器(开关型) 3．喷油器 4．汽油压力调节器 5．空气流量计 6．汽油滤清器
7．汽油箱 8．电动汽油泵 9．ECU 10．辅助空气阀
（3）热线式和热膜式（LH 型EFI 系统） 直接测量进入气缸内空气的质量,将该空气的质量转换成电信号,输送给电脑,由电脑根据空气的质量计算出与之相适应的喷油量,以控制空燃比在最佳值。如图 2.4 所示，为波许（ Bosch）公司 Motronic M3.8.2 系统，该系统采用热膜式空气流量计测量进气量、微机控制无分电器电控点火系统、节气门直动式怠速进气控制、全电脑控制冷起动喷油。
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图2.4 热膜式电控汽油喷射系统
1．冷却液温度传感器 2．节气门位置传感器(开关型) 3,氧传感器 4．喷油器 5．汽油压力调节器 6．热膜式空气流量计
7．汽油箱 8．电动汽油泵 9．汽油滤清器 10．怠速控制阀
2.2 空气供给系统
2.2.1 空气供给系统的组成
空气供给系统由空气滤清器、空气流量计、进气压力传感器、节气门体、怠速空气调整器、谐振腔、动力腔、进气歧管等组成。发动机工作时，驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度，以此来改变进气量，控制发动机的运转。进入发动机的空气经空气滤清器滤去尘埃等杂质后，流经空气流量计，沿节气门通道进入动力腔，再经进气歧管分配到各个气缸中；发动机冷车怠速运转时，部分空气经附加空气阀或怠速控制阀绕过节气门进入气缸。空气供给系统的组成如图 2.5～1.7 所示。
a)
空气滤清器 空气流量计 节气门体进气总管进气歧管
怠速控制
（ ISC）阀
怠速控制（ISC）阀
节气门体 空气滤清器 进气总管 进气歧管
进气管绝对压力传感器
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b)
图2.5 空气供给系统框图
a)L 型空气供给系统框图 b)D 型空气供给系统框图
图2.6 凌志LS400 型轿车1UZ-FE 型发动机L 型空气供给系统
1.空气滤清器 2.空气流量计 3.进气连接管 4.节气门体 5.进气室
图2.7 皇冠3.0型轿车2JZ-GE 型发动机D 型空气供给系统
1.空气滤清器 2.稳压箱 3.节气门体 4.进气控制阀 5.进气室 6.真空罐 7.电磁真空阀 8.真空驱动器 9.怠速控制阀
在冷却液温度较低时，为加快发动机暖机过程，设置了快怠速装置，由空气阀来控制快怠速所需要的空气，这时经空气流量计计量后的空气，绕过节气门体经空气阀直接进入进气总管。
可以通过怠速调整螺钉调节怠速转速，用空气阀控制快怠速转速，也可由 ECU 操纵怠速控制阀
（ISC）控制怠速与快怠速,如图 2.8所示。
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图2.8 怠速与快怠速的控制
2.2.2 空气供给系统主要部件及工作原理
1．空气滤清器
（1）功用：空气滤清器的功用是防止空气中的灰尘、杂质等随空气被吸入气缸，同时还可以防止发动机回火时火焰向外传播。
（2）结构与原理：电控发动机空气滤清器的结构和原理与传统发动机上的空气滤清器相同。一般为干式纸质滤心式空气滤清器。
2．空气流量计和进气压力传感器
L 型 EFI 系统的空气流量计或 D 型 EFI 系统的进气压力传感器的作用是把测得的空气量信号转换为电压信号，并把此电压信号送给 ECU，ECU 再根据接收到的该电压信号和转速信号来决定基本喷油量。空气流量计和进气压力传感器的结构和原理将在本章第四节讲解。
3．节气门体与怠速调整螺钉
节气门体安装在空气流量计与进气总管之间，用来控制发动机正常工况下的进气量。主要由节气门、节气门位置传感器、怠速旁通气道和怠速调整螺钉等组成。节气门位置传感器装在节气门轴上，来检测节气门的开度，其结构与工作原理在本章第四节详细介绍。节气门体的结构如图 2.9 所示。有的车上还设有副节气门和副节气门位置传感器，例如凌志 LS400 轿车的节气门体（如图 2.10
所示） 。凌志LS400 轿车设有牵引控制系统（TRC）,当车辆处于 TRC 控制状态行驶时，无论是起步、
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匀速或加减速工况，汽车均能根据道路状况确保输出最佳的驱动力和牵引性能。在 TRC 控制行驶状态下，发动机的主节气门由主节气门强制开启器打开（全开）,进气量由副节气门控制，节气门开度信号也由副节气门位置传感器负责将信号传送给 ECU。
图2.9 节气门体
1．节气门 2．节气门位置传感器 3．怠速调节螺钉 4．节气门限位螺钉
图2.10 凌志 LS400轿车节气门体
1．节气门缓冲器 2．主节气门强制开启器 3．主节气门位置传感器 4．副节气门位置传感器
为了防止减速时节气门由开到全闭，有时会导致发动机不良冲击和熄火，有的节气门体上装有节气门缓冲器；为了防止寒冷季节流经节气门体的空气中水分在节气门体上结冰，有些节气门体上设有供发动机冷却水流经的管路。
发动机怠速运转时，节气门几乎完全关闭，因此需要经过节气门体上的旁通气道供应空气以控制怠速，怠速调整螺钉就是用来调整该空气流量的。如图 2.8 所示，当怠速调整螺钉顺时针方向旋入时，旁通气道开口减小，怠速降低；逆时针方向旋出怠速调整螺钉，旁通气道开口增大，怠速升高。旁通怠速调节螺钉可以调节怠速时混合气的浓度。在一些装有怠速控制阀（ISCV）的发动机中，
没有安装怠速调整螺钉，ECU 直接通过 ISCV 阀来自动调整怠速转速。
4．怠速空气调整器
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怠速空气调整器包括怠速空气阀（也叫补充空气阀或辅助空气阀）和怠速控制阀，早期的发动机电控系统采用怠速空气阀和怠速调节螺钉控制怠速转速，后来采用怠速控制阀自动调整怠速。怠速空气阀主要是提高冷起动时怠速转速，加快暖机预热过程，增加暖机过程中所需的空气量，也称高怠速控制。当发动机完成暖机后，通过怠速空气阀的空气被自动切断，恢复正常怠速。而怠速调整螺钉只能人为的调节怠速转速，不能根据发动机怠速时负荷的变化而自动调整怠速。现代发动机集中控制系统中，怠速控制阀不仅可以用高怠速实现发动机起动后的快速暖机过程，而且还能自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转。这里只介绍怠速空气阀，有关怠速控制阀的内容将在第 3
章介绍。
常用的怠速空气阀有石蜡式和双金属片式两种，下面分别予以介绍。
1）石腊式怠速空气阀
石蜡式怠速空气阀装在节气门体内,它能根据发动机的冷却水温度控制旁通空气道的横截面积，
其控制力来自恒温石蜡的热胀冷缩。如图 2.11 所示为石蜡式怠速空气阀的结构。当发动机冷却液温度较低时，石蜡收缩，提动阀在弹簧 8 的作用下打开；随着水温的升高，恒温石蜡膨胀，推动连接杆使提动阀逐渐关闭，发动机怠速转速下降。当暖车后，一般冷却液温度高于 80℃时，提动阀将旁通空气道完全关闭，发动机恢复到正常怠速运转。
图2.11 石蜡式怠速空气调整器构造
a)总体构成 b)结构
1.节气门体2.怠速调整螺钉3.节气门4.来自空气过滤器 5.去往空气管6.恒温石蜡7.提动阀8.外弹簧9.内弹簧
2）双金属片式怠速空气阀 双金属片式怠速空气调整器是发动机低温起动时，及起动后暖车过程中，使辅助空气阀打开增加空气量的一种快怠速机构。它由绕有电热线的双金属片和空气旁通道遮门等组成,如图 2.12 所示。 辅助空气阀的开口截面受遮门动作的控制,而遮门受双金属片的控制，
双金属片则根据温度变化而变形。
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图2.12 双金属片式怠速空气调整器的结构和工作原理
a)发动机温度低时 b) 发动机温度高时
1.遮门开口2.支承销3.双金属片4.空气旁通道5.遮门6.电热丝
发动机温度低时，遮门打开，此时因节气门关闭，从空气调整器流入额外的空气使吸入气缸的空气量增多，怠速变高成为快怠速的状态。
发动机起动后，电流由点火开关流入怠速空气调整器电热丝，使双金属片受热而慢慢将遮门关闭。空气的流入量减少，发动机的转速下降。暖车后，遮门完全关闭空气旁通道，发动机恢复正常怠速运转。
遮门的初期开度是取决于周围温度的，之后随双金属片被电热丝加热弯曲而变小。一般周围温度在—20oC以下时，遮门使旁通空气阀全开，而在 60oC 以上时，使旁通空气阀完全关闭。
5．进气管
进气管包括进气总管和进气歧管。SPI 系统发动机采用中央喷射的方法，进气管形状与化油器式发动机基本一致如图 2,13a 所示。 MPI 系统发动机为消除进气脉动和使各缸配气均匀,对进气总管、
歧管在形状、容积等方面都提出了严格的设计要求。各缸分别设独立的歧管，歧管与总管可制成整体形如图 2,13 b 所示，亦可分开制造再以螺栓联接如图 2,13 c 所示。
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图2.13 进气管
a) SPI系统 b),c)MPI 系统
1.进气歧管 2.进气总管
2.3 燃油供给系统
2.3.1 燃油供给系统的组成
燃油供给系统由燃油泵、燃油滤清器、燃油脉动减振器、喷油器、冷起动喷油器、燃油压力调节器及供油总管等组成。汽油经电动汽油泵从油箱泵出并加压，在汽油压力调节器的作用下，使油压与进气歧管内气压差值保持恒定，然后由输油管分配送给各个喷油器和冷起动喷油器。喷油器的喷油开始时刻和喷油所持续的时间是由电控单元进行控制，以使喷油器能根据工作需要适时、适量地喷射出所需燃油。如图 2.14 所示,零件图如图2.15 所示。
汽油泵抽吸油箱内的汽油，经汽油滤清器过滤后，由压力调节器调压，然后经输油管配送给各个喷油器和冷起动喷油器，喷油器根据 ECU 发出的指令，将适量的汽油喷入各进气歧管或进气总管。
汽油泵亦可置于汽油箱内。有些车型还在输油管的一端设有脉动阻尼器，以消除喷油时油压产生的微小波动。
发动机各正常工况喷油量是由安装在进气门附近的各喷油器（MPI 系统）,或位于节气门体位置的喷油器（SPI 系统）,其喷油量由喷油器的通电时间长短决定。
冷车起动时由装在进气总管处的冷起动喷油器喷油，其喷油时间受其定时开关控制（或由定时开关和 ECU同时控制） 。这些装置改善了发动机的低温起动性能。
1.油箱 2.电动燃油泵 3.燃油滤清器 5.压力调节器
4.回油管
6.喷油器
a)
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b)
图2.14 汽油供给系统
a)系统框图 b) 系统构成图（MPI）
1.汽油箱2.电动汽油泵3.燃油滤清器4.回油箱5.压力调节器6.喷油器
7.各缸进气歧管 8.输出管 9.进气总管10.冷起动喷油器11.脉动阻尼器
图2.15 汽油供给系统零件图
1.进油管2.汽油滤清器3.汽油泵4.滤网5.回油管 6.软管 7.油压调节器8.油道9.喷油器
2.3.2 燃油泵的结构与原理
电动燃油泵的作用是给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。 一般汽油泵装在汽油箱内，
利用汽油进行冷却，通常做成永磁式驱动电动机、泵体和外壳三部分。汽油穿过汽油泵马达内部。
安全阀的开启压力大约在 343 kPa 至 441 kPa。电动汽油泵装有止回阀以改善发动机起动性，并保持合适的汽油供给系统剩余压力防止产生气阻。
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电动燃油泵按安装位置不同分为：内置式电动燃油泵和外置式电动燃油泵。内置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、管路安装简单等特点。外置式电动燃油泵串接在油箱外部的输油管路中，易布置、安装自由度大，噪声大，易产生气阻。按电动燃油泵的结构不同分为：涡轮式、滚柱式、转子式和侧槽式。
1．涡轮式电动汽油泵
涡轮式电动汽油泵属内装泵，主要由驱动电动机、涡轮泵、止回阀和安全阀等组成。结构和工作原理如图 2.16 所示。
涡轮式电动汽油泵的驱动电动机、止回阀和安全阀等的工作过程与滚柱式电动汽油泵相似。汽油泵部分主要由一个或两个叶轮、外壳和泵盖组成。当叶轮旋转时，叶轮边缘的叶片把汽油从进油口压向出油口。
涡轮式电动汽油泵的特点是供油压力的脉动小，供油系统中不需要设置减振器，因而易于实现小型化，适合装在油箱内，简化供油系统管路，降低噪声。由于它输送率低，故主要用于低压且输送量大的场合。
2．滚柱式电动燃油泵
图2.16 涡轮式电动汽油泵
a) 结构 b) 工作原理
1.止回阀 2.卸压阀3.电刷4.电枢5.磁极6.叶轮7.滤网 8.泵盖9.壳体10.叶片
滚柱式电动汽油泵属外装泵，主要由驱动电动机、滚柱泵、安全阀、止回阀和阻尼减振器等组成，如图 2.17 所示。滚柱式电动汽油泵工作原理如图 2.18 所示。
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图2.17 滚柱式电动汽油泵结构示意图
1.安全阀2.滚柱泵3.驱动电动机4.止回阀 A.进油口 B.出油口
图2.18 滚柱泵工作原理图
1.泵体 2.滚柱 3.轴 4.转子
装有滚柱的转子与泵体间偏心安装。转子凹槽内的滚柱在旋转惯性力的作用下紧压在泵体内表面上。相邻两滚柱与泵体内表面形成一个油腔。在转子转动过程中，油腔的容积不断发生变化，在转向进油腔时容积增大，吸入汽油；在转向出油腔时，容积减小，压力升高并泵出汽油。
汽油喷射系统中，要求汽油泵供给比发动机最大喷油量要多的汽油，因而汽油泵的最大工作压力比实际需求值大得多，但喷射系统中油压不能过高，故在汽油泵中设有一安全阀。汽油泵工作压力升高到 400kPa 时，安全阀打开，汽油泵出油腔与吸油腔相通，汽油在泵内循环，避免供油压力过高。
为了防止发动机停转时，供油压力突然下降而引起汽油倒流，在汽油泵出油口安装了止回阀。
当发动机熄火时，汽油泵停止转动，止回阀关闭，这样在供油系统中仍有残余压力。油路中残余压力的存在有利于发动机再起动，并能避免高温时气阻现象的发生。
由于滚柱泵工作过程的非连续性，在油路中的油压有波动，因此在汽油泵出油端还装有阻尼减振器。阻尼减振器内的膜片和弹簧组成的缓冲系统吸收汽油的压力波，降低压力波动和噪声，提高喷油控制精度。
3．转子式和叶片式电动汽油泵
如图 2.19 所示分别为齿轮式和叶片式电动汽油泵工作原理图。
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图2.19 转子式和叶片式电动汽油泵工作原理图
a) 转子式 b) 叶片式
转子式汽油泵工作原理与滚柱式十分类似，主要是利用内外转子啮合过程中腔室容积大小的变化，将汽油以一定的压力泵出。由于泵腔数目较多，因而出油压力波动较滚柱式小。
叶片式电动汽油泵工作原理则类似于涡轮式，主要利用液体之间的动能转换实现汽油的输送和压力升高。叶片和涡轮式的主要区别在于叶轮的形状、数目和滚道布置。优点是两者都能以蒸气和汽油的混合物运转，并能通过适当的放气口分离蒸气，防止气阻。
2.3.3 汽油滤清器
汽油滤清器的作用是把含在发动机汽油中的氧化铁、粉尘等固体杂物除去，防止汽油供给系统堵塞，减小机械磨损，确保发动机稳定行驶，提高可靠性。由于汽油供给系统发生故障，会严重影响车辆的行驶性能，所以为使汽油供给系统部件保持正常工作状态，汽油滤清器起着重要作用。
汽油滤清器要起到上述作用，应具有以下性能：①过滤效率高；②寿命长；③压力损失小；④耐压性能好；⑤体积小、重量轻。
汽油滤清器安装在汽油泵的出口一侧，过滤器内部经常受到 200 kPa ～300kPa 的汽油压力，因此耐压强度要求在 500kPa 以上（图2.20a） 。油管一般使用旋入式金属管。
汽油滤清器的滤芯元件一般采用滤纸叠成菊花形和盘簧形结构（图 2.21 b)） 。盘簧形具有单位体积过滤面积大的特点。
汽油滤清器是一次性的，应根据车辆行驶里程，一般每行驶 40000km 更换一次。若使用的汽油杂质成分较大，则就缩短更换周期。
2.3.4 燃油压力调节器和脉动阻尼器
1,燃油压力调节器
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a) b)
图2.20 汽油滤清器及其结构
a)外型 b)滤芯
汽油压力调节器的主要功用是：使系统油压（即供油总管内油压）与进气歧管压力之差保持常数，一般为 250kPa。这样，从喷油器喷出的汽油量便唯一地取定于喷油器的开启时间。ECU 提供给电磁喷油器通电信号的时间长度，专业术语称为喷油脉冲宽度，简称喷油脉宽（单位 ms） 。
因为发动机所要求的汽油喷射量，是根据 ECU 加给喷油器的通电时间长短来控制的，如果不控制汽油压力，即使加给喷油器的通电时间相同，当汽油压力高时，汽油喷射量会增加；当汽油压力低时，汽油喷射量会减少。为了使系统油压与进气歧管压力差保持稳定，故汽油压力调节器所控制的系统油压，应随进气歧管压力变化作相应的变化。系统油压一般在 0.25kPa ～0.3kPa 的范围内。
图2.21 汽油压力调节器结构
1.弹簧室2.弹簧3.膜片4.壳体5.阀
电控汽油喷射系统中的汽油压力调节器一般安装在供油总管上，其结构如图 2.21 所示，采用膜片式结构。油压调节器是一个金属壳体，中间通过一个卷边膜片将壳体内腔分成两个小室，一个是
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弹簧室，内装一个带预紧力的螺旋弹簧作用在膜片上，弹簧室由一真空软管连接到进气歧管；另一个室为汽油室，直接通入供油总管。当供油总管的汽油进入汽油室的油压超过预定的数值时，汽油压力就将膜片上顶，克服弹簧压力，使膜片控制的阀门打开，汽油室内的过剩汽油通过回油管流回到汽油箱中，因而使供油总管及压力调节器汽油室的油压保持在预定的油压值上。
弹簧的平衡压力设定为 250kPa，当进气歧管真空为零时，汽油压力保持在 250kPa。当进气歧管真空度变化时，会影响到膜片的上下动作，以调节汽油压力。
2,脉动阻尼器
当喷油器喷射汽油时，在输送管道内会产生汽油压力脉动，汽油压力脉动减振器是使汽油压力脉动衰减，以减弱汽油输送管道中的压力脉动传递，降低噪声。
在早期的汽油喷射系统中，汽油压力脉动减振器大多安装在回油管道上，位于汽油箱到汽油压力调节器之间。后来又将汽油压力脉动减振器安装在供油总管（油架）上，或者设置在电动汽油泵上。其功用相同，只是安装部位不同而已。目前的供油系统中只安装汽油压力调节器的较多。
图 2.22 所示为安装在回油管道上的汽油压力脉动减振器的结构示意图。 其内部分为膜片室和汽油室，中间以膜片隔开，并在膜片室内设计有弹簧，将膜片压向汽油室。由汽油泵输送出来的汽油压力作用于膜片及弹簧，使汽油室的容积变化而吸收油压的脉动。汽油压力高时，弹簧被压缩，汽油压力低时，弹簧膜片将汽油加压使汽油稳定输送。
图2.22 汽油压力脉动减振器
1.汽油接头2.固定螺纹3.膜片4.压力弹簧 5.壳体6.调节螺钉
图 2.23 和图 2.24 分别是安装在供油总管和电动汽油泵上的汽油压力脉动减振器的构成图，其结构和工作原理与安装在回油管道上类似。
汽油压力脉动减振器,通常是在 250kPa 的压力下使用,但是由于喷油器工作时会产生压力脉动，
所以它的常用工作范围可达 300kPa左右。
2.3.5 电磁喷油器的结构与原理
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图2.23 汽油压力脉动减振器安装在供油总管上
1.阀2.弹簧3.膜片4.从汽油泵来5.供油总管
图2.24 汽油压力脉动减振器安装在电动汽油泵上
1.汽油压力脉动减振器2.止回阀3.电动汽油泵4.吸油口5.出油口
电磁喷油器的功用是根据 ECU 指令，控制燃油喷射量。单点喷射系统的电磁喷油器安装在节气门体空气入口处，多点喷射安装在进气歧管。电磁喷油器的结构由滤网、线束连接器、电磁线圈、
回位弹簧、衔铁和针阀等组成。基本工作原理是：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。
电磁喷油器是一种加工精度非常高的精密器件。要求其动态流量范围大、抗堵塞抗污染能力强以及雾化性能好，为了满足这些性能要求，先后开发研制了各种不同结构型式的电磁喷油器，主要有：轴针式、球阀式和片阀式等。电磁喷油器的磁化线圈可按任何特性值绕制，但典型的一种是低电阻型喷油器，阻值为 2Ω～3Ω；另一种是高电阻型喷油器，其阻值为 13Ω～17Ω。
1．轴针式电磁喷油器
图 2.25 所示为轴针式电磁喷油器的结构图。它主要由喷油器外壳、喷油嘴、针阀、套在针阀上的衔铁以及根据喷油脉冲信号产生电磁吸力的电磁线圈。电磁线圈无电流时，喷油器内的针阀被螺
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旋弹簧压在喷油器出口处的密封锥形阀座上。电磁线圈通电时，产生磁场吸动衔铁上移，衔铁带动针阀从其座面上升约 0.1mm，汽油从精密环形间隙中流出。为使汽油充分雾化，针阀前端磨出一段喷油轴针。喷油器吸动及下降时间约为 1ms～1.5ms。
图2.25 轴针式电磁喷油器
a）结构图 b）连接图
1.滤网2.电接头3.磁化线圈4.衔铁5.针阀6.喷油轴针 7.汽油分配管8.保险夹头9.上密封圈10.下密封圈
喷油器用专门的支座安装，支座为橡胶成型件。从而形成隔热作用，防止喷油器中的汽油产生气泡，有助于提高发动机的高温起动性能。另外，橡胶成形件可保护喷油器不受过高振动应力的作用。视发动机结构型式的不同，喷油器或是经汽油管或经带保险夹头的连接插座（图 6.41b）与汽油分配管连接。
2、球阀式电磁喷油器
由于现代轿车发动机具有较低的汽油消耗率和较高的功率，各种型号发动机的进气空气流量范围扩大，因此，喷油器的动态流量范围必须随之增大。
减轻阀针质量并提高弹簧预紧力，对获得宽广的动态流量范围十分有效。同时，用球阀简化计量部位的结构，有助于提高喷油量精度。此外，喷油器体和盖用导磁不锈钢制成，提高了耐蚀性。
球阀式电磁喷油器的结构如图 2.26所示。它与轴针式电磁喷油器的主要区别在于阀针的结构。
球阀式的阀针是由钢球、导杆和衔铁用激光束焊接成整体制成的，其质量减轻到只有普通轴针式阀针的一半，这是采用短的空心导杆实现的。为了保证密封，轴针式阀针必须有较长的导向杆，而球阀具有自动定心作用，无须较长的导向杆，因此，球阀式的阀针质量轻，且具有较高的密封能力，
明显优于轴针式针阀。图 2.27 所示为同等级的球阀式阀针与轴针式阀针的比较。
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图2.26 球阀式电磁喷油器
1.弹簧2.阀针3.阀座4.喷孔5.护套
6.挡块7.衔铁8.喷油器体9.磁化线圈10.盖
图2.27 同等级的球阀式与轴针式阀针的比较
1.钢球2.导杆3.衔铁4.轴针
当喷油脉冲输入电磁线圈时，产生电磁吸力，固定在阀针上的衔铁被向上吸起，阀针抬离阀座，
汽油开始通过计量孔喷出。当喷油脉冲终止时，吸力消失，阀针在弹簧力作用下返回阀座，于是喷油结束。因此，每次脉冲的喷油量取决于输入磁化线圈的工作脉冲的宽度。
3．片阀式电磁喷油器
片阀式电磁喷油器最早是英国卢卡斯公司（Lucas）研制开发的，其内部结构的主要特点是质量轻的阀片和孔式阀座，它们与磁性优化的喷油器总成结合起来，使喷油器不仅具有较大的动态流量范围,而且抗堵塞能力较强。 汽油从喷油顶部注入。 图 2.28 所示是片阀式电磁喷油器的纵向剖面图。
图2.28 片阀式电磁喷油器
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1.喷嘴套2.阀座3.挡圈4.喷油器体5.铁心6.汽油滤清器
7.调压滑阀8.弹簧9.磁化线圈10.限位阀11.阀片
当喷油器处于未激励状态（阀关闭）时，阀片被螺旋弹簧力和液压力压紧在阀座上。当来自
ECU 的喷油脉冲通过喷油线圈时，即产生磁场，在电磁力足以克服弱簧力和液压力的合力之前，阀片仍将压紧在阀座上（图 2.29 a） 。一旦电磁力超过两者的合力，阀片即开始脱离阀座上的密封环，
被铁芯吸住（图 2.29 b）,于是具有压力的汽油进入阀座密封环中的计量孔。反之，一旦来自 ECU
的喷油脉冲结束，电磁力开始衰减，但是阀片仍瞬时保持阀开启状态，直到喷油器弹簧力克服衰减的电磁力为止。当弹簧力大于衰减的电磁力时，阀片将脱离挡圈返回到阀座上，切断汽油喷射（图
2.29c） 。
图2.29 阀片工作情况
a) 阀片静止在阀座上 b) 阀片抬离阀座直至抵住挡圈 c) 阀片离开挡圈落座
1.挡圈2.弹簧3.铁心4.挡圈5.阀片6.阀座
4．单点喷射系统用电磁喷油器
前面所述的电磁喷油器用于多点电控汽油喷射系统中，安装于各气缸进气门前的进气歧管上，
分别供给各气缸工作所需的适量汽油。而对于单点电控汽油喷射系统而言，单点式电磁喷油器的结构与多点式电磁喷油器结构略有不同,它是将一只或两只电磁喷油器,压力调节器和传感器等安装在节气门体上，其总成被称之谓中央喷射单元（图 2.30） 。
电磁喷油器是中央喷射单元中最重要的一个部件，其功能是在发动机各种工况下，向气缸提供计量精确的雾化汽油。
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图2.30 中央喷射单元结构
1.压力调节器2.进气温度传感器3.电磁喷油器4.节气门体5.节气门
图 2.31 所示是德国 Bosch 公司的单点式电磁喷油器的结构。 它由一个扁平衔铁和一个球阀用激
图2.31 Bosch公司的单点式电磁喷油器
1.电接头2.磁化线圈3.球形阀4.斜置的喷油孔5.汽油的流向
光熔焊在一起。球阀下方有阀座，通过六个径向布置的计量喷孔喷出汽油。在球阀的上方设有一个压缩弹簧和一个磁化线圈，当喷油脉冲电流通过磁化线圈时，产生的电磁力克服弹簧压力将球阀吸离阀座，使汽油喷出。当喷油脉冲电流消失时，在弹簧压力的作用下，球阀将落座而停止喷油。这种喷油器与普通高压型的多点喷油器相比，其特点是喷油器头部采用球阀结构，使精加工量减少，
易于成批生产，而且球阀形的结构，即使工作条件严酷，它的工作可靠性也较好。由于采用扁平形的衔铁，它的质量惯性很小，使阀门的开闭时间可以降低到 1ms 左右，而且还有较好的重复性，从而改善了喷油器在小流量区工作的线性度，使发动机怠速性能有所提高。由于采用六个倾斜的径向
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布置的计量喷孔和一个锥形体的喷腔，在有汽油通过喷孔时，就产生呈 450 的锥形旋流，该旋流与喷腔壁面碰撞后，进入进气流中，促使汽油能更好地雾化。另外，它被设计成汽油通流式，亦即当发动机工作时汽油连续不断地流过喷油器，使它得到冷却，并保证使偶然形成的蒸气泡返回汽油箱。
这就有效地解决了高温起动时防止气泡形成的问题，提高了汽油供给系统的热传输性能。
德国 Pierburg 公司开发的单点式电磁喷油器采用的是针阀式结构（图 2.32） 。其工作原理与
Bosch 公司的单点式电磁喷油器相同，其不同点在于用针阀代替球阀及扁平衔铁作为运动部件。
图2.32 Pierburg公司单点式电磁喷油器
1.电接头2.中央铁心3.滤网4.磁化线圈5.针阀开启行程
6.针阀 7.阀座8.阀弹簧9.进油口10.出油口
2.3.6 冷起动喷油器和热限时开关
在低温下发动机冷起动时，吸入的混合气中有一部分汽油冷凝，为了补偿这部份汽油的损失，
必须在冷起动时附加地喷入一定量的汽油。上世纪九十年代中期以前的电控系统，这部分附加的喷油量是由冷起喷油器喷入进气管的。冷起动喷油器的开启持续时间取决于发动机的温度，由热限时开关控制。随着电子技术的发展，现代发动机通常采用增加喷油脉冲宽度来补偿。
冷起动喷油器的结构如图 2.33 所示。它是一个电磁阀，装在充满压力油的阀体内腔中的阀门是一个衔铁，它被弹簧紧压在阀座上，阀门上还绕有磁化线圈。当点火开关和热限时开关接通后，磁化线圈被励磁产生磁场，将阀门吸离座，汽油就通过旋流式喷嘴，喷散成细油雾，进入节气门后的进气管道内，以加浓混合气。冷起动喷油器安装在进气岐管主管道内上，在此把汽油与空气的混合
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气均匀地分配给各个气缸。
图2.33 冷起动喷油器结构
1.电接头2.磁化线圈3.阀门弹簧4.阀门5.旋流式喷嘴
热限时开关的功用是控制冷起动喷油器的喷油时间。如图 2.34 所示，它是一个中空的螺钉，旋装在能表征发动机热状态的位置上。其中有一个外绕电热线圈的双金属片，它可根据本身的温度控制触点的开闭，来控制冷起动喷油器的开启持续时间。当双金属片受热到一定程度时，触点便张开，
使通往冷起动喷油器的电路断开。这时。冷起动喷油器就不再喷射汽油，因此冷起动喷油器的开启持续时间取决于热限时开关的受热。例如，在—20oC 温度下，最大的开启持续时间为 7.5S，随着温度上升，开启时间将逐渐减小。当温度达 35oC时，冷起动喷油器便停止喷油。在发动机处于正常的热状态时，热限时开关是一直处于断开状态的，冷起动喷油器并不喷射附加汽油。
图2.34 热限时开关的结构
1.电接头2.壳体3.双金属片4.加热线圈5.触点
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2.3.7 汽油分配管总成
汽油分配管总成（图 2.35）安装在上部进气通风系统的下面。发动机分配管由铸铝制成。汽油分配管包括喷油器的内装管接头、供油管和压力调节器。汽油分配管总成用螺栓固定安装在进气歧管下部的四个固定座上。汽油分配管与喷油器相连接，并向喷油器分配汽油。
图2.35 汽油分配管总成
1、5.油道2.进油口3.汽油压力调节器4.喷油器
汽油压力塞在汽油分配管的右侧，用于维修时的检查和释放系统压力。另外，汽油分配管有一小鼓式膨胀室用于消除由旋转的汽油泵叶片和喷油器喷射周期引起的脉动压力。
汽油由汽油泵流出，经脉冲缓冲器，流入左侧组的汽油分配管。压力调节器保持正常的系统压力（233kPa ～ 257kPa）,多余汽油从调节器出油口流回油管返回汽油箱。
为阻止脏物或其它杂质进入汽油通道，应在拆卸汽油分配管前先洗去喷射器周围脏物或油渍。
管接头应加盖，喷油器口应予以遮盖，勿将汽油通道浸在可溶液体中清洗。
汽油分配管总成中的脏物可以引起一个或几个喷油器的出油不足。如果一个喷油器受到限制，
ECU 会尽可能予以补偿直到氧传感器显示出故障已被校正为止，同时 ECU 会储存信息。汽油分配管阻塞会导致发动机性能降低和过热。如果有喷射器被阻塞，发动机将会转速不稳。
2.4 传感器的结构与原理
2.4.1 空气流量计
1.热线式空气流量计
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图 2.36 为采用主流测量方式的热线式空气流量计结构和工作原理图。 直径 70μm 白金热线电阻
RH 置于进气通道中,空气流经热线时，带走部分热量，使热线温度下降。热线周围通过的空气质量流量越大，则单位时间内的热量损失越大。单位时间内的热量损失为,
)]())([(
CH
n
TTvBA
t
Q
+=
Δ
Δ
ρ （1-1）
式中 A、B—常数；
ρ—空气密度，单位为
3
/ mkg ；
ν—空气流速，单位为 m/s；
TH—热线电阻的绝对温度，单位为 K；
TC—冷线电阻的绝对温度，单位为 K。
指数n随热线的形状和雷诺数 Re 而变化，一般可取近似值 0.5。A、B与空气的物理性质和热线的形状有关。
热线电阻 RH通电后，单位时间内产生的热量为,
HH
RI
t
Q
2
1
1
=
Δ
Δ
（1-2）
式中 IH—通过热线电阻的电流，单位为 A；
RH—热线电阻的阻值，单位为Ω。
对某个特定的发动机，进气通道的截面积是定值,（ρν）代表着质量流量。在热平衡时，即单位时间内热量损失与加热量必须相等，即,
1
1
t
Q
t
Q
Δ
Δ
=
Δ
Δ
（1-3）
若维持热线和进气温度差（TH—TC）不变（如 100℃）,则供给热线的电流大小就是空气质量流量的衡量尺度。
热线式空气流量计的基本构成包括：感知空气流量的白金热线，根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）,控制热线电流的控制电路，以及壳体等（图 2.36） 。根据白金热线在壳体内安装的部位不同，可分为安装在空气主通道内的主流测量方式和安装在空气旁通道内的旁通测量方式。
由图可知，取样管置于主空气通道中央，两端有防护网，白金热线电阻 RH 布置在一个支承环内，其阻值随温度变化,热线支承环前后端分别安装作为温度补偿的冷线电阻 RC 和作为惠斯登电桥臂的精密电阻 RA，电桥另外一个臂是安装在控制电路板上的精密电阻 RB。RH、RC、RA、RB 共同组成惠斯登电桥；电桥的两个对角线分别接控制电路的输入和输出。当无空气流动时，电桥处于平衡状态，
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控制电路输出某一加热电流至热线电阻 RH；当有空气流动时，由于 RH 的热量被空气吸收而变冷，
其电阻值发生变化，电桥失去平衡，如果保持热线电阻与吸入空气的温差不变并为一定值，就必须增加流过热线电阻的电流 IH。因此，热线电流ＩＨ就是空气质量流量的函数。由式（1-1）,（1-2）,
（1-3）可知,
mH
qI ∝∝ ρν
2
（1—4）
式中
m
q —质量流量，单位为 kg/s。
图2.36 热线式空气流量计结构和工作原理
a) 热线式空气流量计结构 b)热线式空气流量计工作原理
1.防护网2.取样管3.白金热线4.温度补偿电阻5.控制电路板 6.电连接器
实际工作中，代表空气流量的加热电流是通过电桥中的 RA 转换成电压输出的。该空气流量计的工作过程如下：当空气流量发生变化时，引起 RH值的变化，电桥失去平衡，其输出电位差发生变化；
控制电路根据电桥输出电位差的变化调整加热电流 IA，使电桥处于新的稳定状态，并且在 RA 上得到代表空气流量的新的电压输出。
各汽车厂生产的热线式空气流量计输出信号略有差异。德国博世热线式空气流量计输出信号：
怠速时约为 2V，3500r/min 时约为3V。福特车用热线式空气流量计输出信号：未起动时为 0～0.5V,
热怠速时为 0.5V～1V，热车经济车速时为 1.5V～2.5V,节气门全开时为 3V～4.7V。
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这种空气流量计由于无运动部件，因此工作可靠，而且响应特性较好。缺点是，在流速分部不均匀时误差较大。
2.热膜式空气流量计
热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似，都是用惠斯登电桥工作的。所不同的是：热膜式不使用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性，误差也较小。热膜式空气流量计输出信号在 0～5V 间变化，其结构如图 5.18所示。
图2.37 热膜式空气流量计
1.控制电路2.通往发动机3.热膜4.进气温度传感器5.金属网
3.卡门旋涡式空气流量计
(1)卡门旋涡原理
利用流体因附面层的分离作用而交替产生的一种自然振荡型旋涡（卡门旋涡）原理测量气体流速，并通过流速的测量直接反映空气流量的流量计称为卡门旋涡式空气流量计。
所谓卡门旋涡，是指在流体中放置一个圆柱状或三角状物体时，在这一物体的下游就会产生的两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡（图 2.38） 。当满足 281.0/ =lh 时，两列旋涡才是稳定的。
图2.38卡门旋涡产生的原理
对于圆柱体，设单列旋涡产生的频率为 f，则有,
d
v
Sf
t
β
= （1—5）
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式中 St—斯特劳哈尔数；
d—圆柱体直径，单位为 mm；
ν—流体流速，单位为 m/s；
β—直径比，β= d/D，D 为管道直径。
若管道面积为 A，由式（1—5）可知，流体的体积流量 qv 为,
t
v
S
df
q
β
= （1—6）
对于三角状物体，其平均边长为 d，则流体的体积流量 qv 为,
t
v
S
df
Aq
)5.11( β?
= （1—7）
对于一台具体的卡门旋涡式空气流量计，有如下关系式,
kfq
v
= （1—8）
式中 qv—空气流量；
f—单列旋涡产生的频率；
k—比 例常数，它与管道直径，圆柱体直径等有关。
由式（1—8）可知，体积流量与卡门旋涡流量传感器的输出频率成正比。利用这一原理，只要检测卡门旋涡的频率，就可以求出空气流量。
(2)光学式卡门旋涡空气流量计
光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理如图 2.39 所示。
图2.39光学式卡门旋涡空气流量计工作原理
1.空气进口 2.管路 3.光敏三极管 4.板弹簧 5.导孔 6.旋涡发生器 7.卡门旋涡 8.整流栅
由图 2.39 可知，这种空气流量计主要由管路、旋涡发生器、整流栅、导孔、金属箔板弹簧、发光二极管（LED）,光敏晶体管等部分组成。
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在图 2.39 中，发光二极管作为光源使用，而光敏三极管为光电转换元件。光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理是：在产生卡门旋涡的过程中，旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化，通过导孔作用在金属箔上，从而使其振动，发光二极管的光照在振动的金属箔上时，光敏三极管接收到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光，其输出经解调得到代表空气流量的频率信号。
(3)超声波式卡门旋涡空气流量计
超声波式卡门旋涡空气流量计的原理如 1.40 所示。
图2.40 超声波式卡门旋涡空气流量计
1.超声波发射探头2.涡流稳定板3.超声波信号发射器4.涡流发生器5.往发动机
6.卡门旋涡7.与涡流数对应的脉冲信号8.超声波接收探头9.接ECU
由图 2.40 可知，该空气流量计中使用了超声波传感器。所谓超声波，是指频率高于 20kHz，人耳听不到的机械波。它的方向性好，穿透力强，遇到杂志或物体分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质，可把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。超声波探头即超声波换能器，亦即超声波传感器可分为发射探头和接收探头。利用压电材料的逆压电效应，即当对其通以超声电信号时，它会产生机械波而制成的探头为发射头；而利用压电材料的压电效应，即当外力作用在该材料上时，它会产生电荷输出而制成的探头为接收头。
超声波式卡门涡流空气流量计的工作原理如下：在卡门涡流发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头。因卡门涡流对空气密度的影响，就会使超声波从发射探头到接收探头的时间较无旋涡变晚而产生相位差。对此相位信号进行处理，就可得到旋涡脉冲信号，即代表体积流量的电信号输出。
4.叶片式空气流量计
叶片式空气流量计安装在空气过滤器和节气门之间。它的作用是检测吸入空气量的多少，并把检测结果转换成电信号。
叶片式空气流量计由两大部分组成，一是担任检测任务的叶片部分，二是担任转换任务的电位
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计。它的结构如图 2.41所示，工作原理如图 2.42 所示。
图2.41 叶片式空气流量计结构
a)叶片部分结构 b)电位计部分结构
1.测量叶片 2.缓冲叶片 3.汽油泵节点 4.平衡配重 5,调整齿圈 6.回位弹簧 7.电位计部分 8.印刷电路板
图2.42 叶片式空气流量计工作原理
1.电位计滑臂 2.电位计镀膜电阻 3.叶片
由图 2.41a 可知，空气流量计的叶片部分由测量叶片、缓冲叶片及壳体组成。测量叶片随空气
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流量的变化在空气主通道内偏转。在图 2.41 b中，电位计部分主要由电位计、回位弹簧、调整齿圈等组成。由于电位计与风门叶片是同轴的，所以当叶片偏转时，电位计滑臂必然转动。由于转轴一端装有螺旋回位弹簧，当其弹力与吸入空气气流对测量叶片产生的推力平衡时，叶片就会处于某一稳定偏转位置，而电位计滑臂也处于镀膜电阻的某一对应位置。由图 2.42 可以看出，电位计滑臂的电位 VS 即表征此时的空气流量。把此电压经 A/D（模拟／数字）转换后送微机，微机依据空气量的多少，经过运算、处理，确定应该喷射的汽油量，并经执行机构控制喷油，从而得到最佳空燃比。
检测进气量的电路有两种,一种是电压比检测,即把 US/UB 的电压比作为空气流量计输出 （US=VC
—VS，UB 为电源电压）,此电压比值随节气门打开而下降，其特点是电源电压变化时，信号 US和 UB
按比例变化，输出信号 US/UB 保持不变，确保空气流量计测量正确。另一种是电压值检测，即在 VC
端加固定电压+5V，US=VS—VE2=VS，特点是直接反映进气量的数值，电压 US 与进气量成正比，且呈线性关系。
这种空气流量计的结构简单，可靠性高；但进气阻力大，响应较慢且体积较大。
2.4.2 进气压力传感器
1.差动变压器式进气压力传感器
差动变压器是一种开磁路互感式电感传感器。由于其具有两个接成差动结构的二次线圈，所以又称为差动变压器，其结构如图 2,43 所示。
图2.43 差动变压器
a)结构图 b)原理图
1、4.二次线圈 2.一次线圈 3.铁心
当差动变压器的一次线圈由交变电源激励时，其二次线圈就会产生感应电动势，由于两个二次线圈作差动连接，所以总的输出是两线圈感应电动势之差，当铁心不动时，其总输出为零，当被测量带动铁心移动时，输出电动势与铁心位移呈线性变化。差动变压器式进气压力传感器的检测与转换过程是：先将压力的变化转换成差动变压器铁心的位移，然后通过差动变压器再将铁心位移转换成电信号输出。差动变压器式进气压力传感器的结构与原理如图 2,44 a）,b）所示。
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图2.44 差动变压器式进气压力传感器
a)结构图 b)原理图
1.膜盒 2.差动变压器 3.铁心 4.回位弹簧
这种进气压力传感器由内部真空的膜盒 （波纹管）,与膜盒连接的差动变压器铁心,差动变压器、
壳体等组成。其工作过程如下：当进气歧管压力变化时，膜盒带动铁心位移，从而差动变压器便有进气压力变化成正比的电压输出。这里，膜盒的膜片接受压力而变形，从而将压力转换成小位移。
膜盒的这种转换功能在传感器和控制系统中被广泛应用。
图2,45 为差动变压器的测量电路常用相敏整流器（亦称相敏检波器） 。
图2,45 差动变压器相敏整流电路
相敏整流输出的信号经滤波，放大后，即可送微机进行处理。
2.半导体应变式进气压力传感器（绝对压力传感器）
半导体应变式进气压力传感器是利用压阻效应原理工作的。所谓压阻效应是半导体材料当在其轴向施加一定载荷产生应力时，它的电阻率会发生变化的现象。半导体应变片有体型、薄膜型和扩散型，无论哪一种，它们的工作原理是相同的，只不过生产工艺不同罢了。
由半导体应变片构成的进气压力传感器的结构如图 2,46 所示。
半导体应变式进气压力传感器主要由半导体应变片、真空室、混合集成电路板、外壳等组成。
半导体应变片是在一个膜片上用半导体工艺制作四个等值电阻，并且接成电阻电桥。该半导体电阻电桥应变片置于一个真空室内，在进气压力作用下，应变片产生变形，电阻值发生变化，电桥失去
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平衡，从而将进气压力的变化转换成电阻电桥输出电压的变化。
图2.46 半导体应变片进气压力传感器
1.半导体应变片 2.混合集成电路 3.真空室
2.4.3 节气门位置传感器
节气门位置传感器安装在节气门体上，它将节气门开度转换成电压信号输出，以便微机控制喷油量。节气门位置传感器有开关量输出和线性输出两种类型。
1.开关式节气门位置传感器
这种节气门位置传感器实质上是一种转换开关，又称为节气门开关。它的结构如图 2.47 所示。
图2.47 开关式节气门位置传感器
1.节气门轴 2.满负荷触点 3.动触点 4.怠速触点
传感器由与节气门轴联动的凸轮、动触点、怠速触点、满负荷触点等组成。动触点接微机电源，
当节气门全关闭时，怠速触点与动触点接通；当节气门开度达 50%以上时，满负荷触点与动触点接通；而当节气门开度在全闭至 50%之间时，动触点悬空。这样，微机就可以根据怠速触点和满负荷触点提供的信号的判断节气门位置，以便对发动机进行喷油控制，或对自动变速进行控制 。
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这种节气门位置传感器结构比较简单，但其输出是非连续的。
2.线性节气门位置传感器
线性节气门位置传感器采用线性电位计，由节气门轴带动电位计的滑动触点，在不同的节气门开度下，接入回路的电阻不同（图 2.48） 。通常给传感器提供+5V 电压，从而将节气门开度转换成电压信号输送给 ECU。ECU根据节气门开度和开启速率判定发动机地运行工况。输出信号在自动变速车辆上还可作为换档条件的主要依据。
图2.48 线性节气门位置传感器电路
3.综合式节气门位置传感器
综合式节气门位置传感器装在节气门上，它在线性节气门位置传感器的基础上附加怠速触点而成。它可以连续检测节气门的开度。它的结构、等效电路及输出特性如图 2.49 a、b、c 所示。这是目前应用最多的一种节气门位置传感器。
图2.49 综合式节气门位置传感器
a )结构 b)等效电路 c)输出特性
1.电阻膜 5.节气门开度输出动触点 3.怠速动触点
由图可知，它由与节气门轴联动的电位计、怠速触点及外壳等组成。电位计的动触点（即节气
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门开度输出触点）随节气门开度在电阻膜上滑动，从而在该触点上（图 2.49b 中的 VTA 端子）得到与节气门开度成比例的线性电压输出（图 2.49 C） 。当节气门全闭时，另外一个与节气门联动的动触点与怠速输出触点 IDL 接通，传感器输出怠速信号。节气门位置输出的线性电压信号经 A/D 转换后送微机。综合式节气门位置传感器工作电路如图 2.50 所示，内部电阻 R1、R2 远大于线性电位计电阻，其影响可忽略不计。
图2.50 综合式节气门位置传感器工作电路
2.4.4 氧传感器
氧传感器安装在排气管内。由于排气中的氧气浓度可以反映空燃比的大小，所以，在电子控制燃油喷射系统中广泛使用氧传感器。氧传感器随时将检测的氧气浓度反馈给 ECU，ECU 据此判断空燃比是否偏离理论值，一旦偏离，就调节喷油量，以控制空燃比收殓于理论值。
1.二氧化钛（ＴiＯ2）氧传感器
二氧化钛氧传感器是利用半导体材料二氧化钛的电阻值，随排气中氧含量的变化而改变的特性制成的，是一种电阻型氧传感器。二氧化钛在表面缺氧时，氧分子将脱离表面，使晶格结构发生变化而出现空缺，移动电子为了填补空缺形成电流，导致材料的电阻值降低。二氧化钛氧传感器的电阻值 R 可按下式计算,
mkT
E
poAeR
1
2
)(
)(
= （1—9）
式中 A—常数；
e—电子电荷量；
E—活化能；
k—波尔兹曼常数；
T—绝对温度；
Po2-氧含量（氧分压） ；
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1/m—与晶格缺陷有关的指数，N 型1/m =0.25,P型 1/m =—0.25。
二氧化钛氧传感器的结构如图 2.51所示，二氧化钛元件有两部分组成，一是多空性用于检测氧含量的二氧化钛陶瓷，另一为实心二氧化钛陶瓷用于加热。由式（1—9）可知，传感器的电阻与温度有关，因而必须采用电加热元件，以补偿温度的误差，使传感器在恒定的温度下工作。通常二氧化钛氧传感器的工作温度为 300℃～400℃。
图2.51 二氧化钛（ＴiＯ2）氧传感器
1.二氧化钛元件2.金属外壳3.陶瓷绝缘材料4.接线端子 5.陶瓷元件6.导线7.金属保护管
ECU 提供给二氧化钛氧传感器 1V 电压，即输入电压 Vin=1V（图 2.52） 。由图 2.52 可知，传感器的输出电压 Vout 为,
in
C
C
out
V
RR
R
V
+
= （1—10）
式中 RC—温度补偿电阻。 若混合气浓和混合气稀时二氧化钛元件的电阻为 R1,R2,则：
21
RRR
C
=
通常，二氧化钛氧传感器的输出电压在 0.1V～0.9V 间变化，电压高，表示混合气浓，反之，电压低则表示混合气稀。ECU 据此电压信号控制喷油器的喷油量。
图2.52 二氧化钛氧传感器的电压转换电路
二氧化钛氧传感器的优点是结构简单、造价便宜、可靠性高。
2.二氧化锆（ＺrＯ2）氧传感器
二氧化锆氧传感器的结构如图 2.53所示。
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图2.53 二氧化锆（ＺrＯ2）氧传感器
1.锆管2.电极3.弹簧4.电极座（绝缘）5.导线6.排气管7.气孔
二氧化锆氧气传感器的基本元件是二氧化锆（ＺrＯ2）陶瓷，因其为固定电解质管，亦称锆管。
锆管固定在带有安装螺丝的固定套内，锆管内表面与大气相通，外表面与排气相通，其内外表面都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。氧传感器安装在排气管上，为了防止排气管内废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表的铂膜上覆盖一层多孔的陶瓷层，并加有带槽口的防护套管。在其接线端有一个金属护套，其上开有一孔，使锆管内表面与大气相通。
当锆管接触氧气时，氧气透过多孔铂膜电极，吸附于二氧化锆，并经电子交换成为负离子。由于锆管内表面通大气，外表面通排气，其内外表面的氧气分压不同，则负氧离子浓度也不同，从而形成负氧离子由高浓度侧向低浓度侧的扩散。当扩散处于平衡状态时，两电极间便形成电动势 E，
所以二氧化锆氧传感器的本质是化学电池，亦称氧浓差电池。浓差电动势 E 可按下式计算,
2
'
2
ln
4 po
po
F
RT
E = （1—11）
式中 R—气体常数；
T—绝对温度；
F—法拉第常数；
po2ˊ、po 2-排气中和大气中的氧气分压。
由于上述电动势太小，通常采用铂催化。浓混合气时，燃烧后残留的低浓度氧（O 2）和排气中的 HC、CO 发生反应，O 2基本消失，氧浓差非常大，约产生 0.8V～1V 电动势。稀混合气时，排气中
O2 浓度高，催化反应后仍有 O2 残留，氧浓差较小，约产生 0.1V 电动势。二氧化锆氧传感器的电压特性如图 2.54 所示，可见其输出特性在过量空气系数 α =1（空燃比 14.7:1）时突变,α >1 时输出几乎为零,α <1 时输出电压接近 1V。
ECU 将氧传感器的输出信号以 0.5V 为界，大于 0.5V 为混合气过浓，小于 0.5V 为混合气过稀。
ECU 通过控制喷油量的大小使混合气浓度在理论空燃比附近波动。通常 ECU 按 10s 变化 8 次的频率使氧传感器的输出电压在 0.1V～0.8V 间变动。
二氧化锆氧传感器的工作温度在 300℃以上，需要设置电加热元件（图 2.55） 。一般在发动机
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起动后 20s～30s 内将二氧化锆氧传感器加热到工作温度。
图2.54 二氧化锆氧传感器电压特性
图2.55 二氧化锆氧传感器与ECU的连接
2.4.5 温度传感器
为了解发动机的热状态，计算进气的质量流量及进行排气净化处理，需要有能够连续、精确地测量冷却液温度、进气温度与排气温度的传感器。温度传感器的种类很多，如热敏电阻式、半导体二极管式、热电偶式等等。下面就汽车上常用的热敏电阻温度传感器予以介绍。
热敏电阻式冷却液温度传感器一般安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器壳内并伸入水套中
（图 2.56） 。热敏电阻式冷却液温度传感器与冷却水直接接触，用来检测冷却液温度，其结构如图
2.57 a 所示。 冷却液温度传感器的热敏电阻通常具有负温度系数,即电阻随温度升高而降低 （图 2.57
b） 。冷却液温度传感器与 ECU 的连接如图 2.57c 所示，ECU通过内部电路提供 5V 电压，测试热敏电阻与 ECU 内部电阻串、并联后的分压输出即可测得冷却液温度。丰田车用冷却液温度传感器的电阻值变化见表 2.1，可以发现热敏电阻随温度的变化相差悬殊，为了提高测试精度，有些车辆采用图
2.57 d 的电路。当温度低于某值（51.6℃）时,5V 电压加在 10kΩ和热敏电阻的串联电路上；当温度高于某值 （51.6℃） 时,三极管导通,电路变为 10kΩ电阻与 1kΩ电阻并联 （并联电阻约为 909Ω）,
再和热敏电阻串联。
热敏电阻式进气温度传感器和排气温度等的工作原理相同,较多地采用负温度系数的热敏电阻，
由于它们的使用场合和测试环境有些差异，区别仅在于安装位置、外形或工作温度的不同，这里不
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再复述。
图2.56 热敏电阻式冷却液温度传感器安装位置图
图2.57 热敏电阻式冷却液温度传感器结构、特性与电路
a）结构 b）特性曲线 c）ECU 连接（Ⅰ）d）与ECU连接（Ⅱ）
表 1。1 丰田车用冷却液温度和进气体温度传感器的电阻
温度/℃ 电阻/kΩ 温度/℃ 电阻/kΩ
0 6 60 0.6
20 2.2 80 0.25
40 1.1
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2.5 电子控制系统
2.5.1 电控系统的基本组成与类型
1.组成
图 2.58 电控系统的基本组成
电控系统的基本组成有三部分,1）信号输入装置、2）电子控制单元、3）执行元件。 信号输入装置包括各种传感器和开关信号，采集控制 系统的信号，并转换成电信号输送给 ECU；电子控制单 ECU 给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后执行器发出指令；
执行元件，由 ECU 控制，执行某项控制功能。
2.类型
电子控制系统有两种基本类型：即开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统的控制方式比较简单，ECU 只根据各传感器信号对执行元件进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。而闭环控制系统除具有开环控制的功能外，还对其控制结果进行检测，并将检测结果（即反馈信号）输入 ECU，ECU 则根据反馈信号对其控制误差进行修正。由此可见，闭环控制系统的控制精度比开环控制系统高。
2.5.2 信号输入装置及输入信号
（1）空气流量计（MAF）:测量发动机吸入空气量，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(歧管绝对)压力传感器（MAP）,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。
（3）发动机转速与曲轴位置传感器：检测曲轴位置信号和曲轴转角信号，并输入 ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
（4）凸轮轴位置传感器：也叫同步信号传感器，是气缸判别定位装置，是点火控制的主控制信号。
（5）上止点位置传感器：向 ECU 提供 1 缸上止点位置信号，作为点火控制的主控制信号。
（6）缸序判别传感器：向 ECU 提供各缸工作顺序，作为点火控制的主控制信号。
（7）冷却液温度传感器：给 ECU 提供冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。
信号输入装置各种传感器
电子控制单元
ECU
执
行
元
件
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（8）进气温度传感器：检测进气温度信号（修正信号） 。
（9）节气门位置传感器：检测节气门的开度及开度变化，信号输入 ECU。
（10）氧传感器：检测排气中的氧含量，向 ECU 输入反馈信号。
（11）爆震传感器：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。
（12）大气压力传感器：检测大气压力，修正喷油和点火控制。
（13）车速传感器：控制发动机转速，实现超速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。
（14）起动信号：发动机起动时，给 ECU 提供起动信号。作为喷油量和点火提前角的修正信号。
（15）发电机负荷信号：发电机负荷增大时,作为喷油量和点火提前角的修正信号。
（16）空调作用信号：当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向
ECU 输入信号。
（17）挡位开关信号和空挡位置开关信号：自动变速器由 P/N 挡挂入其他档时，发动机负荷增加,向 ECU 输入信号。当挂入 P/N 挡时向 ECU 提供 P/N 挡信号才能启动发动机。
（18）蓄电池电压信号：当 ECU 检测到蓄电池和电源系的电压过低时,将对供油量进行修正。
（19） 离合器开关信号,在离合器接合和分离时,由离合器开关向 ECU 输入离合器工作状态信号,
修正喷油量和点火提前角。
（20）制动开关信号：在制动时,由制动开关向 ECU 提供制动信号,作为对喷油量、点火提前角、
自动变速器等的控制信号。
（21）动力转向开关信号：由于动力转向液压泵工作使发动机负荷加大,动力转向开关向 ECU输入修正信号。
（20）EGR 阀位置传感器：向 ECU 提供 EGR 阀的位置信号。
（22）巡航(定速)控制开关,ECU 输入巡航控制状态信号,由ECU 对车速进行自动控制。
2.5.3 电子控制装置（ECU）
1．ECU 的 功能
ECU 是一种电子综合控制装置，它所具备的基本功能如下,
1）接受传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考(基准)电压：2V、5V、9V、12V；将输入的信息转变为微机所能接受的信号。
2）存储、计算、分析处理信息；计算出输出值所用的程序；存储该车型的特点参数；存储运算中的数据（随存随取）,存储故障信息。
3）运算分析。根据信息参数求出执行命令数值；将输出的信息与标准值对比，查出故障。
4）输出执行命令。把弱信号变为强的执行命令数值；输出故障信息。
5）自我修正功能（自适应功能） 。
在发动机控制系统中，ECU 不仅用来控制汽油喷射系统，同时还具有点火提前角控制、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功用。
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在发动机控制系统中，由于使用微机，与以往的模拟电路控制相比，信号处理的速度和容量大大提高，因此，就可以实现多功能的高精度集中控制。
2．ECU 的组成
发动机集中控制系统 ECU 的组成如图 2.59 所示。ECU 主要由输入回路、A/D 转换器（模/数转换器）,微型计算机和输出回路四部分组成。
图2.59 ECU的组成
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
（1）输入回路 输入 ECU 的传感器信号有两种：一种是模拟信号（图 2.60a）,如：热线式空气流量计的输出信号和冷却液温度传感器的输出信号等；另一种是数字信号（图 2.60 b）,如卡门涡流式空气流量计的输出信号和转速传感器的输出信号等。信号的类型不同，输入 ECU 后的处理方法也不一样。
从传感器输出的信号输入 ECU 后，首先通过输入回路，其中数字信号直接输入微机，模拟信号则由 A/D 转换器转换成数字信号之后再输入微机。
图2.60 传感器输入信号的种类
a) 模拟信号 b) 数字信号
输入回路的作用是将传感器输入的信号，在除去杂波和把正弦波转变为矩形波后，再转换成输入电平（图 2.61） 。
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图2.61 输入回路的作用
1.除去杂波 2.输入回路
（2）A/D 转换器（模拟/数字转换器） 由传感器输入的模拟信号，微机不能直接处理，故要用
A/D 转换器将模拟信号转换成数字信号,再输入微机。 图 2.62所示为空气流量计输出模拟信号由 A/D
转换器处理示意图。
图2.62 模拟信号转换处理
1.空气流量计 2.输入回路 3.转换器 4.微机
（3）微型计算机 微机的功用是根据发动机工作的需要，把各种传感器送来的信号用内存的程序（微机处理的顺序）和数据进行运算处理，并把处理结果如汽油喷射控制信号、点火控制信号等送往输出回路。
微机的内部结构如图 2.63 所示，是由中央处理器（CPU）,存储器、输入/输出装置等组成。
1）中央处理器（CPU） 。中央处理器的功用是读出命令并执行数据处理任务。CPU 是由进行数据算术运算和逻辑运算的运算器、暂时存储数据的寄存器、按照程序进行各装置之间信号传送及控制任务的控制器等组成（图 2.64） 。
2）存储器。存储器的功用是记忆存储程序和数据，一般由几个只读存储器 ROM 和随机存取存储器 RAM 组成。
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ROM 是读出专用存储器，存储内容一次写入后就不能改变，但可以调出使用。ROM 存储器存储的内容，即使切断电源，其记忆的内容也不丢失，故适用于对各种程序和数据的长期保留。近年可编程只读存储器(EPROM)已在汽车微机中得到应用，该存储器可由紫外线将其记忆内容消去，并可改写存储内容。
随机存储器 RAM 既能读出也能写入数据记忆在任意地址上。但是如果切断电源，存储的数据就丢失。所以 RAM 只适用于暂时保留过程中的处理数据。
图2.63 微型电子计算机的构成
1.存储器 2.信息转送通路 3.输入/输出
图2.64 CPU 的组成
1.控制信号2.数据3.信息传达通道4.控制器 5.寄存器6.运算器
3）输入/输出装置。输入/输出装置的功用是根据 CPU 的命令，在外部传感器和执行器之间执行数据传送任务，一般称之为 I/O 接口。
4）输出回路。由微机输出的是电压很低的数字信号，用这种信号一般是不能直接驱动执行元件的。输出回路的功用就是将微机输出的数字信号转换成可以驱动执行元件的输出信号。输出回路多采用大功率三极管,由微机输出的信号控制其导通和截止,从而控制执行元件的搭铁回路 （图 2.65） 。
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图2.65 输出回路
1-微型计算机 2.输出回路 3.喷油器
2.5.4 执行器
执行器是受 ECU 控制,具体执行某项控制功能的装置。常见的执行器有:电磁式喷油器、点火控制器、怠速控制阀、进气控制阀、EGR 阀等等。
2.5.5 电子控制系统的简要工作过程
（1）发动机起动时,ECU进入工作状态,某些程序从 ROM 中取出,进入 CPU。这些程序可以用来控制点火时刻、燃油喷射、怠速等。
（2）通过 CPU 的控制,一个个指令逐个地进行循环执行。执行程序中所需要的发动机信息,来自各个传感器。
（3）从传感器来的信号,首先进入输入回路进行处理。如果是数字信号直接经 I/O 接口进入微机；如果是模拟信号经 A/D 转换器转换成数字信号后才经 I/O 接口进入微机。
（4）大多数信息暂时存储在 RAM 内,根据指令再从 RAM 送到 CPU。有时需将存储在 ROM 中的参考数据引入 CPU,使输入传感器的信息与之进行对比。
（5）对来自有关传感器的每一个信息依次取样,并与参考数据进行比较。
（6）CPU 对这些数据进行比较运算后,作出决定并发出输出指令信号,经 I/O 接口,必要的信号还要经 D/A转换器变成模拟信号,最后经输出回路去控制执行器动作。
2.5 燃油喷射系统的工作过程
2.5.1 喷油器控制
1.喷油器的控制和驱动方式
喷油器的基本控制电路如图图 2.66所示。
发动机工作时，ECU 根据有关信号，经运算判断后输出控制信号，控制大功率三极管导通与截止。当大功率管导通时，即接通喷油器电磁线圈电路，产生电磁吸力。当电磁力超国针阀弹簧力和
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油压力的合力时，磁心被吸动，针阀随之离开阀座，即阀门打开，喷油器开始喷油。当大功率三极管截止时，则喷油器电磁线圈电路被切断，电磁力消失，当针阀弹簧力超过衰减的电磁力时，弹簧力又使针阀返回到阀座上，使阀门关闭，喷油器停止喷油。
图2.66 汽油喷射控制系统
喷油器的驱动方式分为电流驱动与电压驱动两种方式。电流驱动只适用于低阻喷油器，电压驱动既可用于低阻喷油器，又可用于高阻喷袖器。
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。由于无附加电阻，回路阻抗小，开始导通时，大电流使针阀迅速打开，喷油器有良好的响应性。
在电压驱动回路中使用低阻喷油器时，必须在回路中加入附加电阻。为使喷油器响应性好，在低阻喷油器中减少了电磁线圈匝数以减小电感，在回路中加入附加电阻，可以防止匝数减少后线圈中电流加大，造成线圈发热而损坏。附加电阻与喷油器的连接方式如图 2.67 所示。
图2.67 喷油器的驱动方式
a)一喷油器—附加电阻 b)两喷油器—附加电阻 c)三喷油器—附加电阻
电压驱动方式较电流驱动构成回路要简单，但加入附加电阻使回路阻抗加大，导致流过线圈的电流减少，喷油器上产生的电磁力降低，针阀开启迟滞时间长。各种驱动方式迟滞时间如图 2.68 所示。
可见，电流驱动的迟滞时间（无效喷射）最短，其次为电压驱动低阻值型，电压驱动高阻值型最长。
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图2.68 各种驱动方式的电流波形
2.冷起动喷油器的控制
冷起动喷油器装于进气总管的中央部位，其作用是改善发动机的低温起动性能。
冷起动喷油器是在发动机低温起动时才投入工作的电磁式喷油器，同样其喷油量取决于喷油时间，而其喷油时间可以由冷起动喷油器限时开关控制，也可以由 ECU控制。
冷起动喷油器限时开关控制原理是：冷起动喷油器限时开关是个温控开关，用螺纹连接方式安装在发动机冷却水道中，开关内部有一对常闭触点，其活动触点臂由双金属片制成。在双金属片周围缠有两组加热线圈，双金属片加热后弯曲，从而将触点断开，发动机暖机后，原来常闭的这对触点应为常开状态。发动机冷机时，限时开关触点闭合，冷起动时，点火开关处于 STA 位置，冷起动喷油器电磁线圈通电，电流经蓄电池（+）→点火开关（STA）→冷起动喷油器的电磁线圈及限时开关→双金属片及触点→搭铁→蓄电池（—）构成回路，冷起动喷油器喷油（图 2.69a） 。同时，也有电流流经加热线圈 1 和 2，两加热线圈使双金属片受热，当其弯曲到触点断开时，冷起动喷油器停止喷油。
起动后，起动开关断开，点火开关由 STA 位置转至 ON 位置，冷起动喷油器停止喷油。与此同时，加热线圈 1、2 均断电，但此时发动机冷却液温度使双金属片弯曲，触点保持断开，即发动机正常运转中，起动喷油器限时开关的触点保持常开状态（图 2.69b） 。
图2.69 冷起动喷油器限时开关控制电路
如图 2.70 所示为 ECU 与限时开关协同控制电路。单独使用限时开关控制时，冷起动喷油器喷
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油范围如图 2.71 阴影部分 A 所示，它诀定的是基本喷油量。为改善发动机冷机起动性能，起动更迅速，热机混合气浓度过渡更平缓，在一些车上不但设限时开关控制基本喷油量，还由 ECU 根据冷却液温度传感器监测到的冷却液温度对冷起动喷油量进行修正。 图 2.71中阴影 B 即表示用 ECU控制冷起动喷油器喷油的范围。
图2.70 ECU 与限时开关协同控制电路
图2.71 冷起动喷油器喷油的范围
有不少车己取消了限时开关，冷起动喷油器的工作完全由 ECU 控制，控制精度更高。由于冷起动喷油器装在进气总管上，不可避免地对各缸供油的均匀性产生影响，故现代车辆有取消了冷起动喷油器的趋势。
2.5.2 喷油量的控制
电磁喷油器的喷油量取决于电磁阀打开的时间（喷油器喷射持续时间）,也就取决于 ECU 提供的喷油脉冲信号宽度（简称为喷油脉宽） 。喷油量的控制亦即喷油脉宽的控制，目的是使发动机可燃混合气的空燃比符合要求。喷油量的控制实际上是由 ECU 根据发动机运转的工况及影响因素，输出控制信号进行控制的，使发动机具有良好的经济性和动力性，排放污染大为降低。ECU 通过进气压力传感器信号（D 型）或空气流量计信号（L 型）计量进气量，并根据计算出的进气量与目标空燃比比较，即可确定每次燃烧必须的燃料质量，喷油信号的产生如图 2.72所示。由表 2.2 可知，ECU 根据发动机的工况不同进行控制喷油时间。
表 2.2 喷油持续时间的影响因素
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图2.72 喷油信号的产生示意图
1.起动工况
起动时的喷油脉宽通常不采用根据进气量（或进气压力）和发动机转速计算确定，这与起动机起动后的控制不同。在发动机起动时，转速波动大，无论 D 型系统中的进气压力传感器还是 L 型系统中的空气流量计，都不能精确地确定进气量，进而影响合适的喷油脉宽的确定。因此，在起动时，
ECU 根据当时的发动机冷却液温度，由存储器中的冷却液温度—喷油时间图找出相应的喷油脉宽图
（图2.73）,然后用进气温度和蓄电池电压等参数进行修正，得到起动时的喷油脉宽。
图2.73 冷却液温度—喷油脉宽图
在发动机转速低于规定值或点火开关接通 STA时，喷油脉宽的确定如图 2.74 所示。由冷却液温
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度传感器信号 ECU 查出冷却液温度—喷油脉宽图的基本喷油脉宽；根据进气温度信号对喷油脉宽作修正（延长或减短） ；根据蓄电池电压相应延长喷油脉宽信号，以实现喷油量的进一步修正，即电压修正。喷油器的实际打开时刻晚于 ECU 控制其打开的时间，即存在一段滞后（图 2.75）,故喷油器打开的实际时间较 ECU计算出的需要打开的时间短，此时间差称为无效喷射时间。蓄电池电压越低，
滞后时间越长。因此 ECU 根据蓄电池电压延长喷油脉宽信号，修正喷油量，使实际喷油时间更接近于 ECU 计算值。
图2.74 喷油脉宽的确定
图2.75 喷油滞后
2.起动后喷油控制
发动机转速超过预定值时，ECU确定的喷油脉宽信号满足下式,
喷油脉宽＝基本喷油脉宽×喷油修正系数十电压修正值
式中，喷油修正系数是修正系数的总和；
L 型电控汽油喷射系统的基本喷油脉宽根据空气质量和发动机转速确定。
D 型电控汽油喷射系统的基本喷油脉宽由发动机转速信号和进气管绝对压力信号确定。如图
2.76 所示，用于 D 系统的 ECU 内存了一个三维图（MAP）,它表明了与发动机各种转速和进气管绝对压力对应的基本喷油脉宽。
根据进气管绝对压力信号确定喷油量，是以进气量与进气管压力成正比为前提的，这一前提只在理论上成立。实际工作中，进气脉动使充气效率变化，进行再循环的排气量的波动也影响进气量。
故由三维图计算的仅为基本喷油量，ECU 还须根据发动机转速信号（Ne）对喷油量作修正。
L 型电控汽油喷射系统的基本喷油脉宽由发动机转速、进气量确定。这个基本喷油脉宽是实现既定空燃比的喷油时间。
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图2.76 基本喷油脉宽三维图
1）起动后加浓发动机完成起动后，点火开关由“STA”位置转到“ON”位置，或发动机转速已达到或超过预定值，ECU 额外增加喷油量，使发动机保持稳定运行。喷油量的初始修正值根据冷却液温度确定，然后随温度升高按某一固定速度下降，逐步达到正常。
2）暖机加浓冷机时汽油蒸发性差，为使发动机迅速进入最佳工作状态，必须供给浓混合气。
在冷却液温度低时，ECU根据冷却液温度传感器信号相应增加喷油量（图 2.77）,冷却液温度在—40℃时加浓量约为基本喷射量的两倍。
图2.77 暖机加浓修正曲线
暖机加浓还出现在怠速触点信号接通或断开时。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，喷油量有少量变化。
3）进气温度修正进气密度随发动机的进气温度而变化，ECU根据进气温度传感器提供的信号，
修正喷油持续时间，使空燃比满足需求。通常以 20℃为进气温度信息的标准温度，进气温度低，空气密度增大。低于 20℃时，ECU 增加喷油量，使混合气不致过稀；进气温度高，空气密度减少，高于 20℃时，ECU 使喷油量减少，以防混合气偏浓。增加或减少的最大修正量约为 10％。由进气温度修正曲线可见，修正约在进气温度—20℃～60℃之间（图 2.78） 。
4）大负荷加浓发动机在大负荷工况下运转时，要求使用浓混合气体获得大功率。ECU 根据发动机负荷增加喷油量。
发动机负荷状况可以根据节气门开度或进气量的大小确定，故 ECU 可根据进气压力传感器、空
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气流量计、节气门位置传感器输送的信号判断发动机负荷状况，决定相应增加的喷油量。大负荷的加浓量约为正常喷油量的 10％～30％。有些发动机的大负荷加浓量还与冷却液温度信号有关。
图2.78 进气温度修正曲线
5）过渡工况空燃比控制。发动机在过渡工况下运行时（汽车加速或减速行驶）,为获得良好的动力性、经济性，空燃比应作相应变化，即需要适量调整喷油量。
ECU 判定相应工况的信号有：进气管绝对压力（PIM）或进气量（VS）,发动机转速（Ne）,车速
（SPD）,节气门位置(TPS)、空档起动开关（NSW）和冷却液温度（THW）等。
6）怠速稳定性修正（D 型） 。在D 型系统中，决定基本喷油脉宽的进气管压力，在过渡工况时，
进气管压力信号相对滞后于发动机转速，造成发动机转速上升时，输出转矩不足。为了提高发动机怠速运转时的稳定性，ECU 根据进气管绝对压力信号（PIM）和发动机转速信号（Ne）对喷油量作修正。即随压力增大或转速降低，增加喷油量；反之，则减少喷油量（图 2.79） 。
图2.79 怠速稳定修正曲线
a)压力变化时的修正 b)转速变化时的修正
3.其它情况的喷油控制方式
①断油控制
a.减速断油 发动机在高速下运行急减速时，节气门完全关闭，为避免混合气过浓以及燃料经济性、排放性能变差，ECU 发出信号使喷油器停止喷油。当发动机转速降到某预定转速之下或节气门重新打开时，喷油器再投入工作（图 2.80） 。
冷却液温度低或空调机工作需要增加输出功率时，断油或重新恢复喷油的转速较高。
b.发动机超速断油 为避免发动机超速运行，当发动机转速超过额定转速时，ECU 控制喷油器
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停喷。
c.汽车超速行驶断油 某些汽车在汽车运行速度超过限定值时，停止喷油。由 ECU 根据节气门位置、发动机转速、冷却液温度、空调开关、停车灯开关及车速信号实现断油控制。
图2.80 减速断油控制
②加速喷油控制
当发动机由怠速向起步过渡时，由于汽油供给惯性的原因，会出现瞬时混合气过稀现象。为改善起步加速性能，在有些电控汽油喷射系统中，ECU 根据节气门位置传感器的怠速触点信号从接通到断开，增加一次固定喷油脉宽的
小结
电子控制燃油喷射系统（ Electronic FueL Injection）简称 EFI，它是以电控单元（ ECU）为控制中心，利用各种传感器测出发动机在各种不同工况下的工作参数，按照在电控单元存储器中设定的控制程序，通过精确控制喷油器的喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，从而使发动机获得良好的燃料经济性和排放性。电控燃油喷射系统有很多优点，有不同的分类方法；
电子控制燃油喷射系统的组成包括：空气供给系统、燃油供给系统、电子控制系统。空气供给系统主要讲述了节气门体的结构原理；燃油供给系统主要讲述了不同类型的电动燃油泵和喷油器；电控系统的基本组成有三部分,1）信号输入装置、2）电子控制单元、3）执行元件。信号输入装置讲述了各种传感器。电子控制单元（ECU）主要由输入回路、A/D 转换器、微型计算机和输出回路四部分组成。最后介绍了燃油喷射系统的工作过程。
习题
2．1 简述发动机电子控制系统的组成？
2．2 简述发动机电控系统的控制功能。
2．3 简述汽油发动机电子控制系统的组成、功能及工作原理。
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1．4 信息通讯系统包括哪些内容？
1．5 简述同时喷射、分组喷射和顺序喷射的区别？
2．6 体积流量型空气流量计有哪几种类型?各有什么特点?
2．6 质量流量型空气流量计有哪几种类型?各有什么特点?
2．7 节气门体由哪些主要部件构成?它们的作用是什么?
2．8 节气门位置传感器有哪几种类型?各有什么特点?
2．9 燃料供给系统由哪些部件构成?它们的作用是什么?
2．10 什么叫外装式油泵?什么叫内装式油泵?它们各有什么特点?
2．11 滚柱泵和涡轮泵在性能上有何特点?
2．12 油压脉动阻尼器的一般构造及工作原理如何?
2．13 压力调节器的作用是什么?为什么要使燃油分配管内油压与进气歧管内气压的差值保持为常数?
2．14 轴针式喷油器和孔式喷油器在结构上有什么特，点?
2．15 什么叫高阻喷油器?什么叫低阻喷油器?它们各有什么特点?
2．16 什么叫电流驱动?什么叫电压驱动?它们各有什么特点?
2．17 单点喷油器用在哪一种电控汽油喷射系统中?这种喷油器有何特点?
2．18 温度传感器的作用是什么?电控汽油机中使用的温度传感器有哪些类型?有什么特点？
2．19 ECU 有哪些基本组成部分?它们起什么作用?
2．20 汽油的喷射控制包括哪几个方面?
2．21 起动后的同步喷射的基本喷油持续时间是如何确定的?
2．22 发动机温度是如何影响基本喷油持续时间的?
2．23 发动机加减速时，ECU 是如何对喷油持续时间进行修正的?
2．24 什么叫无效喷油时间?ECU 是如何对无效喷油时间进行修正的?
2．25 什么情况下 ECU 执行断油控制?
