汽车燃油喷射系统.docx
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汽车燃油喷射系统
第三章发动机燃油喷射系统
目录
第一节发动机燃油喷射及电子控制系统发展简介…………………………………………99
一、问题的提出……………………………………………………………………………99
二、化油器式发动机的特点……………………………………………………………………99
三、燃油喷射电子控制的优点……………………………………………………………99
四、燃油喷射电子控制发展简史…………………………………………………………99
第二节LJ465发动机燃油喷射电子控制系统………………………………………101
一、组成……………………………………………………………………………………101
二、电喷系统的功能简介………………………………………………………………101
三、零部件结构、工作原理及故障分析………………………………………………………102
第三节燃油喷射及电子控制系统维修须知…………………………………………………138
一、常用工具与专用测试仪……………………………………………………………………138
二、故障诊断的基本原则及注意事项…………………………………………………………141
第四节发动机电喷系统故障诊断方法与维修………………………………………………144
一、概述………………………………………………………………………………………144
二、故障产生原因及多发部位…………………………………………………………………145
三、故障报警…………………………………………………………………………………145
四、故障的记录与存储…………………………………………………………………………145
五、故障的运行………………………………………………………………………………146
六、客户意见……………………………………………………………………………………146
七、目测检查……………………………………………………………………………………146
八、故障码的读取与消除………………………………………………………………………147
九、典型故障码诊断流程………………………………………………………………………151
十、电喷系统根据故障现象进行检修的诊断流程…………………………………………152
第一节发动机燃油喷射及电子控制系统发展简介
一、问题的提出
随着汽车工业的快速发展,其能源、排气污染的危机日趋严重。
现在世界各国都高度重视此项工作,尤其在汽车高度普及的美国,美国国会已通过“汽车排气零污染”的决议,他们也知道这是非常苛刻,甚至是不可能的,但因汽车保有量的剧增,不这样办,人们将无法在地球上继续生存下去。
这就迫使汽车必须在现有基础上,在结构上作大的变革,生产出无污染的绿色汽车,所以出现了燃油喷射电子控制汽车、太阳能汽车、电动汽车等。
二、化油器式发动机的缺点
(1)混合气浓度调整不精确,而且是滞后于发动机的需要。
在化油器中对浓度的调整是:
当工况变化时,由人工控制机械式的调整,因此精度受到限制,且滞后于实际需求。
(2)混合气混合质量不理想。
尤其是在转速变化或低速时,混合气混合不均匀,造成燃烧不完全。
(3)排气污染严重。
由于上述二个原因,在怠速及工况变化时排气污染严重,这是化油器最致命的缺点,也是限止使用它的重要原因。
(4)振动大,易于熄火。
工作时振动大,操作时稍不熟练,配合不好,在工况变化时易熄火。
(5)工作状况受发动机姿势影响。
汽车上坡、下坡、振动、颠簸时都会对化油器正常工作产生不良影响。
三、燃油喷射电子控制的优点
(1)计量准确,均匀点喷,随机修正,使空燃比经常保持在最佳状况。
(2)“三无”带来“三好”:
无喉管阻力和进气预热影响,因而充气效率好;无流动损失和调头换向和换气的影响,因而燃烧条件好;无雾化不良、分配不均的影响,因而热效率好。
(3)获得了良好的动力性、经济性和排气净化效果。
功率可提高15%~20%,油耗降低1%~5%,排气污染明显减少,CO<1%,HC<100×10-6”,最大转矩提高5%~7%,加速时间缩短20%。
(4)改善了使用性能。
对冷起动性能、热起动性能、过渡性能、急加速防污染性能、负荷自调性能、防止熄火性能等都有明显的改善。
(5)扩大了控制功能,增加了自诊断功能。
因采用了电子控制单元(ECU)控制,可以覆盖点火、喷油、自动变速器、ABS防抱死制动系统、巡航系统、空调系统、车身高度自调系统、悬架刚度非线性自调系统、防盗报警系统等,由于有了存储、记忆能力,具备了自诊功能及故障保险功能。
(6)降低了油路、电路故障率。
因为关键部件是“电脑”,所以100000km的故障率仅为1/1000,又因控制件多,运动件少,因而磨损件少,则故障率明显减少。
四、燃油喷射电子控制发展简史
汽油喷射式发动机于1930年问世,并安装在军用飞机发动机上。
当时主要目的是为了避免高空及冷天时化油器结冰,及飞行位置改变时易影响化油器功能的正常发挥。
1950年,德国奔驰公司首先将汽油喷射式发动机装在赛车上。
1952年,德国奔驰公司推出奔驰300BL型汽油喷射式发动机,它采用了与柴油喷射系统相似的“博世”公司生产的燃烧室内直接喷射系统。
1958年,德国奔驰公司又开发推出奔驰220SE汽油喷射式发动机,把在燃烧室内的喷射改成为进气管内喷射,大大增长了汽油与空气的混合时间。
1961年,美国本迪克斯(BENDIX)公司首先发明了用电子控制汽油喷射系统(将汽油喷射的机械控制,改为电子控制,使之更加精确、节能、污染少),该专利一经发表,就被德国博世公司买去,并加以不断改进发展。
1967年,推出D型汽油喷射系统,即进气歧管压力计量式汽油喷射系统,这是将进气歧管绝对压力和发动机转速等信号输送到计算机,计算机经汇总计算出充气量,再产生与之相对应的喷油脉冲后,控制喷油器喷射出准确的燃油量。
随后又不断改进和发展推出了L型汽油喷射系统,这是由空气流量计直接测量进入进气歧管的空气量,并将空气量信号经过处理输送到计算机的CPU,计算机计算出与该空气量相适应的喷油量,以使混合气的空燃比保持在最佳值。
进入1980—1990年代,欧、美、日等国均开始全面发展单点喷射技术、多点喷射技术、数位式喷射技术,汽车的智能化、汽车的电子控制化已成为今后汽车发展的必然趋势。
这方面将会有重大技术突破和飞跃。
第二节YZ1020所配发动机燃油喷射电子控制系统
一、组成
“东本”型微车LJ465和LJ474发动机的电喷系统,均采用了数字式电子控制系统,该系统能同时控制点火系统和喷射系统。
该机的喷射系统是一个“多点喷射”系统,每个气缸都有单独的喷嘴供油,点火和喷油是精确配合的,它们相互影响共同工作,保证发动机在任何情况下,都处于最佳状况运行,并且严格控制排放不能超过预定的标准。
喷射和点火共用一个电子控制系统,系统所汇集的各个传感器讯号,同时供喷射和点火使用,这样即减少了结构上的复杂程度,又使数据精确。
该系统设有故障保险功能,即在缺少某些传感器信息的时候,该系统可利用预先程序中的储备值来代替,使发动机不致于停机。
燃油喷射电子控制系统组成布置如下图所示。
二、电喷系统的功能概述
电喷系统的控制功能有:
起动控制、暖机和三元催化器的加热控制、怠速控制、加速/减速和倒拖断油控制、蒸发排放控制、爆震控制、λ闭环控制等。
三、零部件结构、工作原理及故障分析
1)简图与针脚
功用:
进气歧管压力与节气门开度有关,它反映了发动机负荷大小,故可用它作为喷油量的信息。
由于进气温度对进气质量有影响,因此,必须测得进气温度以便对进气量进行修正。
2)工作原理
进气歧管绝对压力传感元件由一片硅芯片组成。
在硅芯片上蚀刻出一片压力膜片。
压力膜片上有4个压电电阻。
这4个压电电阻作为应变元件组成一个惠斯顿电桥。
硅芯片上除了这个压力膜片以外,还集成了信号处理电路。
硅芯片跟一个金属壳体组成一个封闭的参考空间,参考空间内的气体绝对压力接近于零。
这样就形成了一个微电子机械系统。
硅芯片的活性面上经受着一个接近于零的压力,它的背面上经受着通过一根接管引人的、待测的进气歧管绝对压力。
硅芯片的厚度只有几个微米(µm),所以进气歧管绝对压力的改变会使硅芯片发生机械变形,4个压电电阻跟着变形,其电阻值改变。
通过硅芯片的信号处理电路处理后,形成与压力成线性关系的电压信号。
进气温度传感元件是一个负温度系数(NTC)的电阻,电阻随进气温度变化,此传感器输送给控制
器一个表示进气温度变化的电压。
****(****)电喷系统采用了温度压力传感器集成系统,其工作原理都一样。
3)技术特性参数
进气压力传感器特性参数
量
值
单位
最小
典型
最大
压力测试范围
20
115
kPa
运行温度
-40
125
℃
运行电源电压
4.5
5.0
5.5
V
在Us=5.0V时的电流
6.0
9.0
12.5
mA
输出电路的负荷电流
-0.1
0.1
mA
对地或对蓄电池的负载电阻
50
kΩ
运行温度:
—40/+125OC
额定电压:
以前置电阻1kΩ在5V下运行,或以≤1mA的测试电流运行,20OC额定电阻:
2.5kΩ±5%。
4)故障现象及判断方法
故障现象:
熄火、怠速不良等。
一般故障原因:
1、使用过程有不正常高压或反向大电流。
2、维修过程使真空元件受损。
维修注意事项:
1、维修过程中禁止用高压气体向真空元件冲击。
2、发现故障更换传感器的时候注意检查发电机输出电压和电流是否正常。
3、不要损坏O形密封圈。
简易测量方法:
温度传感器部分:
(卸下接头)把数字万用表打到欧姆档,两表笔分别接传感器1#、2#针脚,20oC时额定电阻为2.5kΩ土5%,测量时也可用模拟的方法,具体为用电吹风向传感器送风(注意不可靠得太近),观察传感器电阻的变化,此时电阻应下降。
压力传感器部分:
(接上接头)把数字万用表打到直流电压档,黑表笔接地,红表笔分别与3#、4#针脚连接。
怠速状态下,3#针脚应有5V的参考电压,4#针脚电压为1.3V左右(具体数值与车型有关);空载状态下,慢慢打开节气门,针脚的电压变化不大;快速打开节气门,4#针脚的电压可瞬间达到4V左右,然后下降到1.5V左右。
2.节气门位置传感器
1)简图和针脚
针脚:
对于节气门逆时针转(在节气门轴方向上从传感器一侧往节气门看)时开大的制式:
1号接地,2号接5V电源,3号输出信号。
对于节气门顺时针转(在节气门轴方向上从传感器一侧往节气门看)时开大的制式:
1号接5V电源;2号接地;3号输出信号。
2)工作原理
本传感器是一个具有线性输出的角度传感器,由两个圆弧形的滑触电阻和两个滑触臂组成。
滑触臂的转轴跟节气门轴连接在同一个轴线上。
滑触电阻的两端加上5V的电源电压Us。
当节气门转动时,滑触臂跟着转动,同时在滑触电阻上移动,并且将触点的电位UP作为输出电压引出。
所以它实际上是一个转角电位计,电位计输出与节气门位置成比例的电压信号。
3)技术特性参数
故障现象及判断方法
量
值
单位
最小
典型
最大
总电阻(针脚1-2)
1.6
2.0
2.4
kΩ
滑触臂保护电阻
(滑触臂在零位,针脚2-3)
710
1380
Ω
运行温度
-40
130
℃
电源电压
5
V
右极端位置的电压比
0.04
0.093
Up/Us
左极端位置的电压比
0.873
0.960
Up/Us
故障现象:
加速不良等。
一般故障原因:
人为故障。
维修注意事项:
注意安装位置。
简易测量方法:
(卸下接头)把数字万用表打到欧姆档,两表笔分别接传感器1#、2#针脚,常温下其电阻值为2kΩ土20%。
两表笔分别接1#、3#针脚,转动节气门,其电阻值随节气门打开而阻值成线性变化,而2#、3#针脚则是相反的情况。
注:
在观察电阻值变化的时候,注意观察电阻值是否有较大的跳跃。
3.爆震传感器
1)简图和针脚
2)工作原理
量
值
单位
新传感器对5kHz信号的灵敏度
26±8
mV/g
3至15kHz之间的线性度
5kHz值的±15%
共振时的线性度
15至39
mV/g
阻抗
电阻
>1
MΩ
电容
1200±400
pF
其中电缆电容
280±60
pF/m
漏泄电阻
(传感器两个输出针脚之间的电阻)
4.8+15%
MΩ
温度引起的灵敏度变动
≤-0.06
mV/goK
爆震传感器是一种振动加速度传感器,装在发动机气缸体上。
可以安装一个,也可以安装多个。
传感器的敏感元件是一个压电元件。
发动机气缸体的振动通过传感器内的质量块传递到压电晶体上。
压电晶体由于受质量块振动产生的压力,在两个极面上产生电压,把振动信号转变成交变的电压信号输出。
由于发动机爆震引起的振动信号的频率比发动机正常的振动信号频率高得多,所以ECU对爆震传感器的信号进行处理后可以区分出爆震和非爆震信号。
3)技术特性参数
4)故障现象及判断方法
故障现象:
加速不良等。
一般故障原因:
各种液体如机油、冷却液、制动液、水等长时间接触到传感器,对传感器造成腐蚀。
维修注意事项:
爆震传感器的中间有孔,用一个M8的螺栓紧固在气缸体上。
对于铝合金的气缸体,采用30mm长的螺栓;对于铸铁的气缸体,采用25mm长的螺栓。
拧紧力矩20±5N·m。
安装位置应使传感器容易接受到来自所有气缸的振动信号。
应当通过对发动机机体的模态分析来确定爆震传感器的最佳安装位置。
通常,在四缸发动机中爆震传感器安装在第2缸和第3缸之间,在三缸机中安装在第2缸的中央。
注意不要让各种液体如机油、冷却液、制动液、水等长时间接触到传感器。
安装时不允许使用任何类型的垫圈。
传感器必须以其金属面紧贴在气缸体上。
传感器的信号电缆布线时应该注意,不要让信号电缆发生共振,以免断裂。
必须避免在传感器的1号和2号针脚之间接通高压电,因为这样一来可能会损坏压电元件。
简易测量方法:
(卸下接头)把数字万用表打到欧姆档,两表笔分别接传感器1#、2#及1#、3#针脚,常温下其阻值应大于1MΩ。
把数字万用表打到毫伏档,用小锤在爆震传感器附近轻敲,此时应有电压信号输出。
4.氧传感器
功用:
检测混合气浓度。
λ闭环控制时,使混合气保持在λ=1的标准混合气附近工作。
它有两种类型:
一为二氧化钛型(加热型);一为二氧化锆型(电阻型)。
本手册两种发动机均采用。
1)简图和针脚
针脚:
1、2-加热电阻输入;3、4氧传感器输出。
2)工作原理
氧传感器的传感元件是一种带孔隙的陶瓷管,管壁外侧被发动机排气包围,内侧通大气。
传感陶瓷管壁是二氧化锆,内有电加热管。
氧传感器的工作是通过将传感陶瓷管内外的氧离子浓度差转化成电压信号输出来实现的。
当传感陶瓷管的温度达到350OC时,即具有固态电解质的特性。
由于其材质的特殊,使得氧离子可以自由地通过陶瓷管。
正是利用这一特性,将浓度差转化成电势差,从而形成电信号输出。
若混合气体偏浓。
则陶瓷管内外氧离子浓度差较高,电势差偏高,大量的氧离子从内侧移到外侧,输出电压较高(接近800mV-1000mV);若混合气偏稀,则陶瓷管内外氧离子浓度差较低,电势差较低,仅有少量的氧离子从内侧移动到外侧,输出电压较低(接近l00mV)。
信号电压在理论当量空燃比(λ=1)附近发生突变。
3)技术特性参数
量
值
单位
新传感器加热元件和传感器接头之间的绝缘电阻
室温,加热元件断电
≥30
MΩ
排气温度350℃
≥10
MΩ
排气温度850℃
≥100
kΩ
插头上的电源电压
额定电压
12
V
连续工作电压
12至14
V
至多能维持1%总寿命的工
作电压(排气温度≤850℃)
15
V
至多能维持75秒的工作
电压(排气温度≤350℃)
24
V
试验电压
13
V
工作电压为13V、达到热平衡时的加热功率
(排气温度350℃、排气流速约0.7m/s)
12
W
工作电压为13V、达到热平衡时的加热电流
(排气温度350℃、排气流速约0.7m/s)
5
A
加热电路的熔断丝
8
A
4)故障现象及判断方法
故障现象:
怠速不良、加速不良、尾气超标、油耗过大等。
一般故障原因:
1、潮湿水汽进入传感器内部,温度骤变,探针断裂;
2、氧传感器“中毒”。
(Pb,S,Br,Si)
维修注意事项:
维修中禁止在氧传感器上使用清洗液、油性液体或挥发性固体。
简易测量方法:
1、(卸下接头)把数字万用表打到欧姆档,两表笔分别接传感器1#(白色)2#(白色)针脚,常温下其阻值为1~6Ω。
2、(接上接头)怠速状态下,待氧传感器达到其工作温度350℃时,把数字万用表打到直流电压档,两表笔分别接传感器3#(灰色)、4#(黑色)针脚,此时电压应在0.1-0.9V之间快速的波动。
5.曲轴位置传感器
1)简图和针脚
2)工作原理
感应式转速传感器跟脉冲盘相配合,为点火系统中提供发动机转速信息和曲轴上止点信息。
感应式转速传感器由一个永久磁铁和磁铁外面的线圈组成。
脉冲盘是一个齿盘,原本有58个齿,但是有两个齿空缺。
脉冲盘装在曲轴上,随曲轴旋转。
当齿尖紧挨着感应式转速传感器的端部经过时,铁磁材料制成的脉冲盘切割着感应式转速传感器中永久磁铁的磁力线,在线圈中产生感应电压,作为转速信号输出。
3)技术特性参数
4)安装注意事项
感应式转速传感器用压入的方法而不是用锤击的方法安装。
应采用部分地微密封的螺栓M6×12固定感应式转速传感器。
拧紧扭矩8±2N·m。
感应式转速传感器和脉冲盘齿尖之间的气隙:
0.8至1.2mm。
尺寸d(见下图):
4.7mm。
5)故障现象及判断方法
故障现象:
不能起动等。
一般故障原因:
1.人为故障。
2.长时间在高温下工作,导致磁钢退磁。
维修注意事项:
维修过程用压入的方法而不是用锤击的方法安装。
量
值
单位
最小
典型
最大
室温200C下的电阻
774
860
946
Ω
电感
310
370
430
mH
曲轴每分钟416转时的输出电压
>1650
mV
简易测量方法:
1、(卸下接头)把数字万用表打到欧姆档,两表笔分别接传感器2#、3#针脚,20℃时额定电阻为860Ω土10%。
2、(接上接头)把数字万用表打到交流电压档,两表笔分别接传感器20、30针脚,起动发动机,此时应有电压输出。
(建议用车用示波器检查)
6.相位传感器
相位传感器是检测发动机配气相位的传感器,通常通过对凸轮轴位置转角的检测来实现.。
1)简图和针脚
针脚:
标记“1”表示接地;标记“2”表示信号输出;标记“3”表示接电源正。
2)工作原理
本传感器利用霍尔原理中:
霍尔电压受变化的磁场感应强度影响。
霍尔传感器原理
当一电流Is通过一半导体薄片时,在电流的右旋方向就会产生一霍尔电压UH其值与磁场感应B(与电流Is垂直)和电流Is成正比。
霍尔电压受变化的磁场感应强度B影响。
量
值
单位
最小
典型
最大
安装间隙
0.5
1.8
mm
供给电压
4.5
24
V
3)技术特性参数
4)故障现象及判断方法
故障现象:
排放超标,油耗增加等。
一般故障原因:
人为故障。
简易测量方法:
(接上接头)打开点火开关但不起动发动机,把数字万用表打到直流电压档,两表笔分别接传感器3#、1#针脚,确保有12V的参考电压。
起动发动机,此时2#针脚信号可由车用示波器检查是否正常。
7.电子控制单元
1)外形图与布置位置
2)功能
·多点顺序喷射
·控制点火
·怠速控制
·爆震控制
·提供传感器供电电源:
5V/100mA
.入闭环控制,带自适应
·控制碳罐控制阀
·空调开关
·发动机故障指示灯
·燃油定量修正
·发动机转速信号的输出(9N信号)
·车速信号的输入
·故障自诊断
·接受发动机负荷信号等等。
4)ECU技术特性参数
量
值
单位
最小
典型
最大
蓄电池电压
正常运行
9.0
16.0
V
有限功能
6.0至9.0
16.0至18.0
V
耐受蓄电池过压的限值和时间
26.0V
保持部分功能,可执行故障诊断
60
S
13.0V
保证起动功能,可执行故障诊断
60
S
工作温度
一40
+70
℃
储存温度
—40
+90
℃
5)安装注意事项
安装时注意静电防护,不能用手触摸ECU插接头。
注意对插头针脚的保护
6)故障现象及判断方法
故障现象:
怠速不稳、加速不良、不能起动、怠速过高、尾气超标、起动困难、空调失效、喷油器控制失效、熄火等。
一般故障原因:
1、由于外接装置电气过载而导致ECU内部零部件烧毁而导致失效。
2、由于ECU进水而导致线路板锈蚀等。
维修注意事项:
L维修过程不要随意拆卸ECU。
2、拆卸ECU前请先拆卸蓄电池电源1分钟以上。
3、拆卸后的ECU注意存放。
4、禁止在ECU的连接线上加装任何线路。
简易测量方法:
1、(插上接头)利用发动机数据K线读取发动机故障记录。
2、(卸下接头)检查ECU连接线是否完好,重点检查ECU电源供给、接地线路是否正常。
3、检查外部传感器工作是否正常,输出信号是否可信,其线路是否完好。
4、检查执行器工作是否正常,其线路是否完好。
5、最后更换ECU进行试验。
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