《汽車構造》單元一汽車發動機認知與拆裝一、電控系統的組成任何一種電子控制系統，其主要組成都可分為信號輸入裝置、電子控制單元（ECU）和執行元件三部分。信號輸入裝置是“情報員”，包括各種開關及傳感器，用于采集控制系統所需的信息，并將其轉換成電信號通過線路輸送給ECU。電子控制單元（ECU）是“司令部”，給傳感器提供參考電壓，接受傳感器或其他裝置輸入的電信號，并對所接受的信號進行存儲、計算和分析處理，根據計算和分析的結果向執行元件發出指令。執行元件是“工作機構”，受ECU控制，具體執行某項控制功能從而達到控制目標。任務4汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務4傳感器執行器ECU圖4-4-1電控系統工作示意圖汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝汽油機電子控制的核心問題是燃油定量和點火定時；柴油機電子控制的核心問題是燃油定量和噴油定時。電控汽油機是以電子控制單元（ECU）為控制核心，以空氣流量和發動機轉速為控制基礎，以噴油器的噴油量、噴油時刻、發動機怠速和點火裝置等為控制對象，保證獲得與發動機各種工況相匹配的最佳空燃比和點火提前角，同時適應調整發動機怠速。任務4汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務4汽車電控技術在發動機上的應用主要有：電控燃油噴射系統、電控點火系統、怠速控制系統、排放控制系統、進氣控制系統、自診斷與報警系統、安全保險裝置及應急備用系統等。圖4-4-2發動機電控系統工作示意框圖汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務4二、汽油發動機電控系統主要元器件

電子控制單元由信號輸入裝置、電子控制單元ECU及執行器三部分組成。1.信號輸入裝置信號輸入裝置包括各種傳感器及開關。（1）傳感器在發動機控制系統中，傳感器的作用是將汽車各部件運行的狀態參數（各種非電量信號）轉換成電信號并輸送到控制器，用以監測各部件運行情況和環境條件。主要有：空氣流量傳感器、進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、氧傳感器、爆震傳感器等。汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務4圖1-4-32科魯茲發動機電子控制系統汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝1)空氣流量傳感器空氣流量傳感器也稱空氣流量計（MAF：MassAirFlowSensor），通常安裝在空氣濾清器與節氣門體之間。它的功用是將吸入的空氣量轉換為電信號傳送給發動機電控單元ECU，其信號是ECU確定基本噴油量的重要信號之一。根據結構的不同，空氣流量傳感器又分為熱線式、熱膜式、卡門漩渦式及葉片（翼板）式幾種類型。圖4-4-4為科魯茲車輛上應用的熱模式空氣流量計。任務4圖4-4-4熱膜式空氣流量計汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝進氣歧管絕對壓力傳感器（MAP：ManifoldAbsolutelypressureSensor）也稱為進氣壓力傳感器，是一種間接測量發動機進氣量的傳感器，通常安裝在進氣歧管上。其功用是通過檢測進氣歧管內的絕對壓力和環境大氣壓之間的差值，并將其轉變為電壓信號輸送到發動機ECU。進氣壓力傳感器信號是確定噴油量和點火時間的基本依據，也是檢測發動機負荷的重要參數。進氣壓力越大，進氣量越多，噴油越多，點火提前角越大。如圖4-4-5所示，它通常與進氣流量傳感器共用，提高檢測精度，常用于D型燃油噴射系統。任務4圖4-4-5進氣歧管壓力傳感器2）進氣歧管絕對壓力傳感器汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務43）節氣門位置傳感器

節氣門位置傳感器（TPS：ThrottlePositionSensor）一般安裝在節氣門體上，固定在節氣門軸一段，隨節氣門軸一起轉動。它的作用是將氣門開度及啟閉快慢的狀態變為電信號送入ECU，ECU以此為判斷發動機不同運行工況的依據，用來控制噴油時間和點火正時及變速器換擋等多種功能和參數。常見的節氣門位置傳感器有線性式（可變電阻式）和開關式（觸點式）兩種類型。汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務4部分車型使用電子節氣門，取消了加速踏板與節氣門之間的拉索，采用電子控制式。電子控制節氣門（ETC：ElectronicThrottleControlSystem）的功用是利用發動機ECU來精確地控制節氣門開度。該系統主要由加速踏板位置傳感器（APP）、ECU、節氣門位置傳感器和節氣門電機等組成。加速踏板位置傳感器在加速APP踏板總成的頂部，節氣門電機和節氣門位置傳感器TPS位于電子節氣門體總成中，如圖4-4-6所示。APP將加速踏板位置信息傳送給ECU，ECU結合當前發動機的工況計算出最佳的節氣門開度，并與TPS檢測的當前節氣門位置進行對比，然后向節氣門電機發出指令，控制節氣門電機工作，將節氣門調整到合適的開度。為了保證電子節氣門控制系統正常工作，節氣門電機和節氣門轉軸之間有減速機構和負載彈簧，如圖4-4-7所示。圖4-4-6電子節氣門控制系統圖4-4-7雙霍爾式節氣門位置傳感器和節氣門體的結構圖汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝

曲軸位置傳感器（CKPS：CrankshaftPositionSensor）又稱為發動機轉速與曲軸轉角傳感器。它的作用是采集曲軸轉動角度或發動機轉速信號，并輸送至ECU，作為點火控制和噴油控制的主要參數之一。ECU還可以檢測曲軸位置傳感器信號波動大小來判斷發動機是否出現失火。曲軸位置傳感器一般安裝于曲軸前端、中部或變速器殼體靠近飛輪的位置。按照工作原理的不同，曲軸位置傳感器可分為磁電式、霍爾式和光電式。圖4-4-8為科魯茲1.6LDE發動機曲軸位置傳感器位置示意圖。任務4圖4-4-8曲軸位置傳感器4）曲軸位置傳感器汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務4

凸輪軸位置傳感器（CMPS：CamshaftPositionSensor）的作用主要是檢測凸輪軸位置和轉角，從而確定第一缸活塞壓縮上止點的位置。在啟動發動機時，ECU根據凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器提供的信號，識別出各個汽缸活塞的位置和行程，精確控制燃油噴射順序和噴射時刻、點火順序和點火時刻。隨著可變氣門正時（VVT）技術的出現和發展，凸輪軸位置傳感器除了用于判定各缸壓縮上止點外，還要監控VVT系統的進氣或排氣凸輪是否達到預定位置。雙可變氣門正時（DVVT）系統的進、排氣凸輪軸各有一個凸輪軸位置傳感器。圖4-4-9為科魯茲1.6LDE發動機凸輪軸位置傳感器位置示意圖。5）凸輪軸位置傳感器圖4-4-9科魯茲1.6LDE發動機凸輪軸位置傳感器汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務4凸輪軸位置傳感器的工作原理與曲軸位置傳感器的工作原理相似。對于現代汽車發動機控制系統，當曲軸位置傳感器或凸輪軸位置傳感器發生故障時，其信號有時可以互相替換。例如，當曲軸位置傳感器信號丟失時，ECU可以利用凸輪軸位置傳感器信號推算出曲軸位置和發動機轉速；當凸輪軸位置傳感器信號丟失時，ECU可以利用曲軸位置傳感器信號判斷1缸壓縮上止點和各缸活塞位置。曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器中任何一個正常工作，發動機都可以啟動，但ECU會進入故障模式，限制發動機的某些功能。汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務46）進氣溫度傳感器進氣溫度傳感器（IAT:IntakeAirTemperatureSensor）通常安裝在空氣濾清器之后的進氣軟管或空氣流量傳感器上（科魯茲），也有個別車型將其獨立安裝在進氣管上，用以檢測進氣溫度，它與進氣壓力傳感器聯合使用可以間接測量進人汽缸的空氣量。發動機電控單元ECU根據進氣溫度傳感器檢測到的進氣溫度來修正噴油量，使發動機自動適應外部環境（寒冷、高溫、高原、平原）的變化。汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝任務4進氣溫度傳感器屬于熱敏電阻型，其結構外形及內部電路如圖4-4-10所示。它主要由外殼和對溫度變化非常敏感的負溫度系數的熱敏電阻組成。負溫度系數的熱敏電阻具有外界溫度越高而其電阻值越小的特性。a-內部電路b-外形圖4-4-10進氣溫度傳感器的結構外形及內部電路汽油發動機電控系統結構認知項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝7）冷卻液溫度傳感器冷卻液溫度傳感器（CTS：CoolantTemperatureSensor）的作用是檢測發動機冷卻液的溫度，并轉變為電信號，輸送給ECU，是噴油和點火的修正信號。冷卻液溫度傳感器的信號輸入可以實現以下功能：①修正噴油量：發動機低溫運轉時增加噴油量，形成較濃的混合氣。②修正點火提前角：發動機低溫運轉時，增大點火提前角（提前點火）；高溫運轉時，為了防止發生爆震，減小點火提前角（推遲點火）。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝③冷啟動時決定噴油量：冷啟動時，ECM根據冷卻液溫度信號決定冷啟動噴油量。溫度越低噴油量越大，從而形成可燃的混合氣體，以利于發動機順利啟動。④影響怠速控制閥動作：低溫時，為了使發動機溫度盡快達到正常值，ECM根據冷卻液溫度傳感器信號控制怠速控制閥的動作，提高怠速運轉。⑤影響怠速斷油：汽車急減速滑行時，若ECM檢測到冷卻液溫度正常，就控制噴油器在短時間內停止噴油，直到發動機轉速下降到設定的低轉速時再恢復供油。⑥影響廢氣再循環:冷卻液溫度較低時，由于燃燒不穩定，缸內溫度較低，發動機運轉不平穩。此時，ECM輸出信號停止廢氣再循環系統的工作，隨著溫度的升高，控制廢氣再循環系統開始工作。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝冷卻液溫度傳感器通常安裝在節溫器殼體上。使用電子節溫器的發動機一般安裝兩個冷卻液溫度傳感器，一個位于節溫器殼體上，另一個位于散熱器出口處，如圖4-4-11所示。其中ECT1主要用于噴油、點火等控制；ECT2主要用于電子節溫器的閉環控制圖4-4-11科魯茲1．6LDE發動機冷卻液溫度傳感器冷卻液溫度傳感器工作原理與進氣溫度傳感器相似，也是采用負溫度系數的熱敏電阻型。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝四、氧傳感器氧傳感器是電子控制燃油噴射系統進行反饋控制的傳感器，一般安裝在排氣管上。它的功用是用來檢測排氣中的氧氣含量，以確定實際空燃比是比理論空燃比濃還是稀，并向發動機ECM反饋相應的電壓信號。發動機ECM根據氧傳感器反饋的混合氣濃稀信號，在上次噴油量的基礎上對本次噴油量進行減小或增加的修正。目前實際應用的氧傳感器主要有氧化鋯式和氧化鈦式兩種。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝1．氧化鋯式氧傳感器氧化鋯式氧傳感器的基本結構如右圖所示，其基本元件是氧化鋯固體電解質。氧化鋯制成試管狀，也稱做鋯管。鋯管固定在帶有安裝螺釘的固定套中，其內表面與大氣相通，外側與排氣直接接觸。鋯管內外表面都覆蓋著一層多孔性的鉑膜作為電極，外表面加裝一個帶有槽口的防護套。氧化鋯式氧傳感器結構圖1-保護套2、3-大氣4-法蘭5、7-鉑6-二氧化鋯元件8-廢氣汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝當傳感器內側大氣中含氧量與傳感器外側的含氧量不同時，在氧化鋯內、外兩側的電極間就產生一個電壓。當混合氣稀時，排氣中氧的含量高，傳感器元件內外側氧濃度差別小，氧化鋯元件產生的電壓低（接近于零）；當混合氣濃時，在排氣中幾乎沒有氧，氧化鋯元件內外側氧濃度差別大，內外側電極間產生高電壓（約為1V），其阻值變化與輸出電壓變化的關系如圖所示。因此，氧傳感器發出的信號間搭鐵反映了混合氣空燃比的高低。發動機ECM按氧傳感器的反饋信號，對噴油量的計算結果進行修正，使混合氣的空燃比更接近于理論空燃比。

氧化鋯式氧傳感器輸出特性汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝由于氧化鋯式氧傳感器只有在400℃以上的溫度時才能正常工作，為了保證傳感器在發動機進氣量小、排氣溫度低時也能工作，氧傳感器中裝有加熱元件，加熱元件受發動機ECM的控制。在有氧傳感器參與工作的閉環控制過程中，當發動機ECM接收到氧傳感器輸給的低電壓信號時，ECM即控制增加噴油量；當ECM接收到氧傳感器輸給的高電壓信號時，ECM立即控制減少噴油量；如此反復，將實際空燃比精確地控制在理論空燃比14．7：1附近，使三元催化轉換器處于最佳工作狀態。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝2．氧化鈦式氧傳感器氧化鈦式氧傳感器的工作原理與氧化鋯式氧傳感器有很大不同，它是利用半導體氧化鈦的電阻值隨周圍含氧量的變化而變化的原理制成的，其阻值變化與輸出電壓變化的關系如圖所示。由于阻值的變化還將受到溫度的影響，因此要將氧化鈦式氧傳感器在300～900℃的排氣溫度環境中使用，必須對其進行溫度補償，即加裝加熱器，以便此種氧傳感器檢測特性比較穩定。

氧化鈦式氧傳感器輸出特性汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝氧化鈦式氧傳感器的結構如圖4-71所示，它具有兩個二氧化鈦元件。一個具有多孔性，是用來檢測排氣中含氧量的二氧化鈦元件；另一個則是實心二氧化鈦元件，用作加熱器調節溫度，補償溫度的誤差。傳感器的外端是用具有孔槽的金屬管制成的保護管，可以讓廢氣進出，又防止內部的二氧化鈦元件受外物的撞擊，接線端用橡膠作為密封材料，以防止外界空氣滲入。

氧化鈦式氧傳感器結構圖1-保護套管2-連接線3-二氧化鈦厚膜元件汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝氧傳感器通常與三元催化轉換器一同使用。三元催化轉換器安裝在排氣管中段，它能同時凈化排氣中CO、HC和NOx三種主要的有害氣體，但只有在混合氣的空燃比處于接近理論空燃比的一個窄小范圍內，三元催化轉換器才能有效地起到凈化作用。因此應用氧傳感器進行反饋控制的目的也在于保證三元催化轉化器的排氣凈化效果，以解決功率、油耗和排氣污染之間的矛盾。氧傳感器信號反饋控制的閉環控制，能使實際混合氣的空燃比接近理論空燃比。但對特殊工況如起動、暖機、怠速、加速、滿負荷等需加濃混合氣的情況，仍需要開環控制（即發動機ECM暫不采用氧傳感器反饋回的信號，而是按實際運行工況進行噴油控制），以充分發揮發動機的動力性能。所以目前普遍采用開環和閉環相結合的控制方式，而開環和閉環控制之間的轉換由發動機ECM來完成。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝當發動機吸入油氣混合物后，在還沒有點火的情況下，混合氣自行燃燒，火焰傳播速度達到2000m/s（正常時為30m/s），粗暴燃燒產生巨大沖擊力撞擊汽缸壁，不再主要推動活塞，這種現象稱為爆震。爆震又分為有感爆震與無感爆震兩種，有感爆震通常會引起發動機抖動、甚至車身也明顯地發生抖動，無感爆震主要的表現是發動機噪音加大。9）爆震傳感器汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝

發動機發生爆震的主要危害是：一是爆震破壞發動機的正常燃燒，從而使發動機動力性，經濟性變差，排污加重；二是爆震燃燒是在局部產生強烈的沖擊波，將破壞發動機汽缸壁上的潤滑油膜，使發動機工作條件惡化；三是爆震燃燒容易造成發動機過熱．使各部機件熱負荷增加，冷卻水溫度失去控制，時間長后，將會造成冷卻水沸騰而使發動機無法工作。因此，必須防止爆震的產生。

實驗證明發動機發出最大功率時的點火時刻在開始產生爆震時刻的附近。電子控制點火系統中，就是利用減小點火提前角的方法防止爆震的發生，即使點火時刻到爆震邊緣只有一個較小余量，即可控制爆震發生

又可有效得到發動機的輸出功率。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝爆震傳感器（KS：KnockSensor）是用來檢測發動機的爆震信號，并將信號送到電控單元ECU，ECU根據該信號控制點火時刻，防止爆震，有爆震則推遲點火時刻，無爆震則提前點火時刻，使點火時刻在任何工況都保持最佳值。爆震傳感器通常安裝在缸體側面。圖4-4-12科魯茲1.6來的發動機爆震傳感器汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝1）蓄電池電壓信號（UBAT）

蓄電池電壓輸入ECU的主要目的是當蓄電池電壓變化時，ECU將對噴油持續時間和點火線圈初級電路接通時間進行修正；當發電機停止工作時，蓄電池直接向ECU的存儲器供電，消耗電流很小，約為5—20mA。

2）點火開關信號（IGN）

當點火開關打開時，ECU將控制以下動作：怠速步進電機進入預先設定位置；根據進氣量信號，確定基本噴油時間；監測冷卻液溫度信號；監測節氣門位置傳感器信號；接通油泵繼電器電路；ECU控制燃油泵繼電器觸點接通，向氧傳感器加熱元件通電加熱。（2）開關量信號汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝3）啟動信號（STA）當ECU收到啟動信號STA后，將執行以下動作：接通啟動繼電器；監測曲軸位置傳感器CKPS和凸輪軸位置傳感器CMPS的輸入信號，確定點火時刻和噴油時刻；控制燃油泵繼電器接通燃油泵電路使燃油泵運轉；監測節氣門是否全開，進入溢油清除狀態；4）空擋啟動開關信號（NSW）空擋啟動開關信號的作用是提示自動變速器的檔位狀態，在變速器處于駐車檔和空擋的時候，發動機可以啟動，而在檔位切換過程中，發動機控制電腦根據該信號來調整發動機的怠速轉速、點火正時等。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝5）動力轉向開關信號（PSW）動力轉向開關信號（PSW）表示動力轉向開關接通使發動機負荷增大信號。如果此時發電機處于怠速運轉，ECU將控制怠速閥或步進電機動作，使發動機轉速升高，防止發動機因負荷過大而熄火。6）空調開關信號（A/C）空調（A/C）信號是用來檢測空調壓縮機電磁離合器是否工作。空調信號是取自空調壓縮機電磁離合器的電源電路，空調壓縮機電磁離合器工作時，該電路向發動機電控單元ECU輸送高電平信號，ECU根據空調（A/C）信號來控制發動機怠速時的點火提前角、怠速轉速等。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝（1）接收傳感器等其他裝置輸入的信息，給傳感器提供參考電壓（2V、5V、9V或12V）。（2）處理、存儲、計算和分析信息數據及故障信息。（3）根據輸入的有關信息求出輸出值（指令信號），并且將它與標準值對比，進行故障判斷。（4）把弱信號（指令信號）變為強信號（控制信號）。（5）當電控系統出現故障時，輸出故障信息。（6）實行學習控制（自我修正輸出值）。2.電子控制單元ECU在整個系統中，電子控制單元（ECU）是核心部分，具有強大的數學運算、邏輯判斷、數據處理及數據管理等功能。其作用主要體現在以下幾個方面：圖4-4-13科魯茲1.6LDE發動機電子控制單元汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝（1）硬件ECU的硬件按照功能可分為輸入電路、微型計算機和輸出電路三個部分，如圖4-4-14所示。從傳感器輸送過來的信號，首先進入輸入處理電路進行預處理，一般是在去除雜波和把正弦波變為矩形波后轉換成輸入電平。對于CPU不能直接處理的模擬信號，A/D轉換器將其轉換為數字信號后再輸入。輸出處理電路將CPU發出的指令轉變成控制信號來驅動執行器工作，一般有控制信號的生成和放大等功能。ECU是以微型計算機為核心組成的電子控制裝置，并在內存中存儲事先編制的程序或控制軟件，即ECU由硬件和軟件兩部分組成。圖4-4-14ECM硬件組成汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝（2）軟件ECU的軟件包括控制程序和數據兩部分，最主要的是主控程序。主控程序的主要任務是實現整個系統初始化、協調系統工作時序、設定控制模式，包括常用工況及其他工況下噴油信號和點火信號的輸出程序，軟件中還有轉速和負荷的處理程序、中斷處理程序等。（3）工作過程發動機啟動時，ECU進入工作狀態，某些運行程序或操作指令從存儲器（ROM）中調入中央處理單元（CPU）。這些程序可以控制燃油噴射、點火時刻、怠速轉速等等。在CPU的控制下，一個個指令按照預先編制的程序有條不紊地進行循環。在程序運行過程中所需要的發動機工況信息由各種傳感器提供。汽油發動機電控系統結構認知任務4項目四電控燃油噴射系統認知與拆裝當脈沖信號、模擬信號等輸入ECM后，首先通過輸入回路進行信