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1、电喷系统结构分析实验机械工程实验教学中心实验目的n了解电子控制燃油喷射发动机的工作 原理n认识电喷发动机上主要传感器及部分 执行器 n认识电喷发动机电路机械工程实验教学中心实验器材和设备nMR479QA电喷发动机n万用表机械工程实验教学中心实验原理及方法 （一）电喷发动机工作原理与组成工作原理电子控制燃油喷射工作原理是：通过传感器检测发动 机进气量、发动机转速及曲轴转角等信号，由电子控 制单元根据发动机运行工况，计算出每循环的基本供 油量；同时通过节气门位置、冷却水温、空气温度和 氧含量等发动机运行工况，对供油量进行修正；修正 后的供油量转换为喷油时间并放大输出。实现对喷油 器的喷油量的控制，
2、从而使发动机始终具有一个最佳 的空燃比。按照电子控制燃油喷射系统喷射位置，该系统可以分 为缸内喷射和进气管喷射两大类。进气管喷射又可以 分为单电喷射和多电喷射两大类。机械工程实验教学中心实验原理及方法 （一）电喷发动机工作原理与组成工作原理图1 单点汽油喷射 1汽油 2空气 3节气门 4进气歧管 5喷油器 6发动机机械工程实验教学中心实验原理及方法 （一）电喷发动机工作原理与组成工作原理图2 多点汽油喷射 1汽油 2空气 3节气门 4进气歧管 5喷油器 6发动机机械工程实验教学中心实验原理及方法 （一）电喷发动机工作原理与组成系统组成电控燃油喷射系统由以下几个系统组成：n进气系统进气系统的作用
3、是根据发动机的工作状态提供适量的空气 量，同时向ECU传递此信息，并根据ECU的指令完成空气量的调 节。进气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、空气阀及空气滤 清器等组成。 n燃油供给系统燃油供给系的功能是：根据ECU的驱动信号，以恒定的压 差将一定数量的燃油喷入进气歧管，向发动机精确提供各种工况 下所需要的燃油量。该系统由电动燃油泵、燃油虑清器、燃油压 力调节器、喷油器等组成，另外还包括冷启动喷油器、脉冲阻尼 器、蓄压器等辅助设备。机械工程实验教学中心实验原理及方法 （一）电喷发动机工作原理与组成 系统组成n燃油供给系统图3 燃油供给系
4、统 1油箱 2燃油泵 3汽油虑清器4回油管 5燃油压力调节器 6输出管7冷启动喷油器 8稳压箱 9喷油器 10各缸进气歧管 机械工程实验教学中心实验原理及方法 （一）电喷发动机工作原理与组成 系统组成 n电子控制系统电子控制系统由ECU、各类传感器、执行器、及继电器等 组成。 机械工程实验教学中心实验原理及方法 （一）电喷发动机工作原理与组成 系统组成图4 电喷发动机电控系统总体框图机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器 空气流量传感器n真空度传感器真空度传感器的结构如图5所示。真空度传感器实际上是 一个由硅片组成的半导体应变片，硅片封装在真空室中，硅片的 一面是真空室，另一面接
5、人进气歧管压力。硅片上下面各有一层 二氧化硅膜，在膜层中，沿硅片四周，有四个传感器电阻，这四 个电阻连接成惠斯顿电桥。无变形时，电桥调至电平衡状态。当 硅片中膜片受真空负压弯曲时，引起电阻值的变化，使电桥失去 平衡，从面在AB两端形成电压差。由于输出信号较小，因此通过 IC集成电路进行放大，作为ECU的输人信号。真空度传感器与 ECU的接线如图6所示。机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器 空气流量传感器n真空度传感器图5 真空度传感器 1硅片 2绝对真空室3虑清器 4接线端机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器 空气流量传感器n真空度传感器图6 传感器与ECU的接
6、线图机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器 空气流量传感器n叶片式流量计图7 叶片式流量计外形结构 1进气温度传感器 2回位弹簧 3、4缓冲室5缓 冲叶片 6电位计7插头8怠速调节螺钉9旁通道 10测量叶片叶片式空气流 量计是一种较为 常用的空气流量 计，如图7所示， 它主要由测量板 、补偿板、回位 弹簧、电位器、 旁通道与怠速调 节螺钉等组成。机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器 空气流量传感器n热线式空气流量计热线式空气流量计的结构如图8所示，它是利用空气流过热 金属线时的冷却效应工作的。将一根铂丝热线置于进气空气流中，当 恒定电流通过钢丝使其加热后，如果流过
7、铂丝周围的空气增加，金属 丝温度会降低。同理，如果要使铂丝的温度保持恒定，就应根据空气 量调节通过热线的电流，空气流量越大，需要的电流也越大。当空气以恒定质量流量流过时，电源电流使热线保持在一定 温度，此时电桥保持平衡。如空气流量稍有增加，热线温度即降低， 其电阻随之减少，使电桥失去平衡。此时，放大器即增加通过铂丝的 电流，直到恢复原来的温度和电阻值，使电桥重新平衡。由于电流的 增加，RM的电压降增加。这样，只需精确测量电阻RM两端的电压降 ，就能得到空气流量的信号。将热线传感器的输出信号和储存在ECU 存储器中的数据相对照，计算机就能确定此时所需的基础喷油量。机械工程实验教学中心实验原理及方
8、法 （二）各类传感器 空气流量传感器n热线式空气流量计图8 热线式空气流量传感器的主要零 件 1温度补偿传感器2热线传感器环 3精密电阻图9 热线式空气流量传感器的电桥电路RH热线； EK温度补偿电阻； RM测量电阻人；R1、R2平衡电阻； UM测量电压 机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器 节气门位置传感器n线性输出型节气门位置传感器图10 线性输出型节气门位置传感器的结构 机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器 节气门位置传感器n线性输出型节气门位置传感器图11 线性输出型节气门位置传感器与ECU的接线机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器 节气
9、门位置传感器n线性输出型节气门位置传感器图10、图11为线性输出型节气门位置传感器的结构图和回 路图。气门轴上装有滑触臂，气门轴转动的时候滑触臂在相互平行 的两段弧形滑触电阻上滑动。图10（b）是该传感器的输出特性， 该图表明了节气门开度输出信号（VTA）、怠速触点（IDL）信号 （主要用于断油控制和点火提前角的修正）随节气门开度变化的关 系。机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器节气门位置传感器n开关输出型节气门位置传感器开关量输出型节气门位置传感器由沿导向轮沟槽移动的可 动触点(TL)、固定的功率触点(PSW)和怠速触点(IDL)构成，如图12 所示。当节气门全闭时，可动触点
10、和怠速触点接触(TL和IDL)导通， 从而检测出节气门的全闭状态。当发动机大负荷时(节气门开度超过 50时)，可动触点和功率触点接触(TL和PSW导通)，从而检测出发 动机的大负荷状态。当节气门在中间开度时，可动触点和任何一个 触点都不接触(PSW和IDL、TL都不导通)。机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器节气门位置传感器n开关输出型节气门位置传感器图12 开关量输出型节气门位置传感器机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器水温传感器在冷却水温度传感器内感知温度的是一个负温度系数电 阻(NTC电阻)，温度越高，电阻值越低，在暖机阶段，ECU根据 此信号控制点火提前
11、角与燃油喷射量。图13 水温传感器及其接线图 1NTC电阻2外壳3电接头机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器水温传感器在冷却水温度传感器内感知温度的是一个负温度系数电阻 (NTC电阻)，温度越高，电阻值越低，在暖机阶段，ECU根据此 信号控制点火提前角与燃油喷射量。图13 水温传感器及其接线图 1NTC电阻2外壳3电接头机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器进气温度传感器 进气温度传感器是一个负温度系数电阻(NTC电阻)，温 度越高，电阻值越低，在暖机阶段，ECU根据此信号控制点火提 前角与燃油喷射量。图14 进气温度传感器接线图机械工程实验教学中心实验原理及方法
12、 （二）各类传感器曲轴转角位置传感器与转速传感器n曲轴转角位置传感器请参阅教材上相关内容。 n本实验中所见到的传感器是整合了曲轴位置检测功能的转速传感器 ，如图15所示。脉冲盘装在曲轴上，不可与起动齿圈混淆。脉冲盘 通常有60齿，空缺2个齿。每逢脉冲盘上的齿经过传感器，引起磁通 量的变化，便在线圈中感应出交变信号，缺齿处的信号特殊，如图 16所示。此交变电压的幅值随齿盘与感应传感器的距离的增大而减 小，随转速的提高而增大。但是只要转速超过20r/min就会产生足够 幅值的正弦电压转换成恒定幅值的矩形波，根据他可以计算出曲轴 位置和转速。机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器曲轴转
13、角位置传感器与转速传感器图15 脉冲盘感应传感器 1永磁体2感应传感器壳体3发动机机 体 4软铁心5线圈6脉冲盘机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器曲轴转角位置传感器与转速传感器图15 点火电压、脉冲盘感应传感器信号合凸轮轴霍耳传感器信号 a）点火线圈次级电压；b）脉冲盘感应传感器信号；c）凸轮轴霍耳传感器信号 1初级线圈通电2点火机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器车速传感器n车速传感器主要用于发动机怠速和加速期间的空燃比控制，主要包括 两种型式：舌簧开关型和光电耦合型。图16 舌簧开关型传感器图17 光电耦合型车速传感器 1带切槽光盘；2发光二极管； 3光电
14、耦合器；4光敏晶体管机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器车速传感器 n舌簧开关型传感器装在组合仪表内，其结构如图16所示，其中磁 铁由转速表的软轴驱动。软轴每转一圈，磁铁的极性变换四次。 由于极性的变化，使舌簧开关的触点关闭或打开。 n光电耦合型传感器也装在组合仪表内，其结构如图17所示，其工 作原理与前面的光电式曲轴转角位置传感器一样。当转速表软轴 转一圈时，光敏二极管产生20个脉冲，经分频后变成四个脉冲， 送给ECU。机械工程实验教学中心实验原理及方法 （二）各类传感器氧传感器n主要包括加热的管式氧传感器和不加热的管式氧传感器。图18 管式氧传感器原理 1传感陶瓷管；2电极
15、；3触头；4壳体触头； 5排气管；6陶瓷保护层（多孔）；7废气；8空气机械工程实验教学中心实验原理及方法 （三）ECUn如图19所示，电子控制单元ECU的硬件分为输入级、微型计算机、输 出级三部分。 图19 电子控制单元原理图 机械工程实验教学中心实验原理及方法 （四）继电器主继电器n主继电器的作用是使包括ECU在内的电控汽油喷射系统的各部件 不受电源干扰和电压脉动的影响。图20为主继电器的结构，主继 电器一般多采用滑阀型，由线圈、可动铁心(滑阀)、调整块和触 点等组成。 图20 主继电器结构 1线圈；2可动铁心（滑阀）；3调 整块；4触点机械工程实验教学中心实验原理及方法 （四）继电器断路继
16、电器 n图21为断路继电器的结构图。从安全角度考虑，断路继电器的作用是使燃油 泵只有在发动机转动时才工作，当点火开关接通，发动机不转时，燃油泵停止 供油。图21 断路继电器 1可动片；2线圈；3触点机械工程实验教学中心实验原理及方法 （四）继电器断路继电器 n采用叶片式空气流量计的喷射系统的燃油泵开关控制电路如图22（a）所示 ，当发动机启动时，点火开关的启动装置（ST）端子接通，继电器内的线圈 L2通电，触点闭合，电源向燃油泵供电。在发动机启动后，吸入发动机的空 气使叶片转动，通过一杠杆装置使油泵开关接通继电器的线圈L1通电时， 使启动装置的端子断开，触点仍处于接通状态。当发动机由于某种原因停止 工作时，空气流量计内的燃油泵开关断开，线圈L1断电，触点断开，燃油泵 停止工作。 n采用热线式和卡门涡流式空气流量计的喷射系统以及速度密度方式的喷射系 统中，油泵开
