发动机电子控制系统B.ppt

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1、(1)总体结构 Mono-Jetronic有多种形式，图所示即为其中的一种。该装置的特点是设置了带微机(控制器)的空气流量计，取代了安装在车箱内仪表板旁的微机。微机安装在空气流量计上有利于减少插接件的数目，限制了从微机到喷油器因距离远而造成的能量损耗。为使微机得到充分冷却，应使用特种合金制成的微机壳体，以利散热。图所示为Mono型汽油喷射系统的总体结构。(2)工作原理 该系统直接测量空气量，进行间断喷射；其主要控制变量为空气量、发动机转速。喷油器与发动机进气同步进行燃油喷射，对于4缸发动机，曲轴每转一周喷油器喷射2次。压力调节器燃油压力恒定在，过量的燃油通过喷油器再流回燃油箱，有利于消除喷射装

2、置在工作时产生的蒸汽泡，易于重新启动。Mono型汽油喷射系统对于发动机的不同工况，如冷启动、暖机、怠速自动调整、全负荷、加速工况所需要的补充燃油量，要靠控制器接收到的、安装在发动机外的各种传感器向其输入的信息来确定。利用喷油器开启持续时间使喷油器适应发动机的各种工况。2.2 电控汽油喷射系统结构与工作原理 电控汽油喷射系统的基本组成和工作原理在节已作过详细介绍，本节就空气供给系统、燃油供给系统和电控系统的主要装置的结构和工作原理加以介绍。2.2.1 空气供给系统1.空气滤清器 空气滤清器的作用是防止空气中的灰尘、杂物等随空气吸入气缸，同时还可防止发动机回火时火焰传到外面。电控汽油喷射发动机的空

3、气滤清器的结构、原理与一般发动机的空气滤清器相同，在此不作介绍。2.节气门体 节气门体如图所示，节气门体装在空气流量计后方的进气管上，它包含节气门、节气门位置传感器、怠速旁通气道和调整螺钉等。节气门位置传感器装在节气门的转轴上。有些车型的节气门体上还装有节气门回位缓冲器。为防止在寒冷地区使用时节气门转动部位结冰，有些节气门体的外围设有发动机冷却液通道，用以对节气门体加温。有些车型还将怠速控制阀和附加空气阀等也安装在节气门体上。由空气阀在低温运转时提供附加空气量，以利快怠速运转和加速暖机。空气阀常用的有双金属式、石蜡式等。有关怠速电子控制内容将在后续章节介绍。1)怠速旁通气道和怠速调整螺钉 电控

4、汽油喷射发动机怠速运转时，节气门处于完全关闭位置。这时经过空气流量计计量过的空气是通过节气门体上的怠速旁通气道绕过节气门进入进气歧管的，如图所示。怠速调整螺钉用以改变旁通气道的通道面积，从而控制怠速时的进气量，以调整怠速转速。2)怠速空气阀 怠速空气阀的作用是在发动机低温运转时，增加进气量，使发动机快怠速运转，加强暖机过程，热机后减少空气量，使发动机由快怠速转入稳定的怠速运转。常用的怠速空气阀有蜡式、双金属片式两种。(1)蜡式怠速空气阀结构与工作原理 蜡式怠速空气阀由发动机冷却水直接加热而起作用。冷却水经水管进入空气阀内，流经蜡盒四周，如图所示。当发动机温度较低时，蜡盒内蜡质收缩，阀芯在弹簧作

5、用下，打开旁通气道，使空气进入进气歧管。随着发动机启动后水温的升高，蜡盒内的蜡质受热不断膨胀，推动阀芯，逐渐地关闭旁通气道，使发动机怠速转速逐渐恢复正常。当水温达80时，空气阀旁通气道将完全关闭。(2)双金属片式怠速空气阀 双金属片式怠速空气阀通过双金属片带动阀片，控制旁通气道的开闭，如图所示。发动机启动时，双金属片使阀片处于开启状态，连通了节气门前后的旁通气道，使节气门关闭时有较多的空气进入进气歧管，提高了冷车怠速转速，加速了预热过程。在发动机启动的同时，电流通过加热线圈，使双金属片受热变形。随着温度的逐渐升高，阀片随之缓慢地关闭旁通气道，怠速转速便逐渐降到正常转速。当发动机处于正常温度下工

6、作时，加热线圈仍通电加热双金属片，而且发动机的热量也不断地传给双金属片，使旁通气道保持关闭状态。3.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法，进气管形状与化油器式发动机基本一致，如图2.41(a)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。各缸分别设立独立的歧管，歧管和总管可制成整体型，如图2.41(b)所示，也可分开制造再以螺栓连接，如图2.41(c)所示。2.2.2 燃油供给系统 燃油供给系统的作用是向发动机及时地供应各种工况下所需要的燃油量，一般包括燃油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、汽油压力调节

7、器、喷油器和冷启动喷油器等装置。有的车上还装有脉动阻尼减振器，如图所示。1.电动汽油泵 电动汽油泵的功能是从油箱中吸入汽油，将油压提高到规定值，然后通过供给系统送到喷油器。电动汽油泵为了能利用汽油进行冷却，通常做成永磁式驱动电动机、泵体和外壳三部分。按泵体结构的不同，电动汽油泵可分为滚柱式、涡轮式、齿轮式和叶片式等。按安装位置的不同，电动汽油泵又可分为内装式和外装式。内装式电动汽油泵安装在油箱内部，优点是不易产生气阻和泄漏，有利于热油输送，且工作噪声小；外装式电动汽油泵串联在油箱外部的输油管路中，容易布置，但噪声大，且易产生气泡形成气阻，外装式一般采用滚柱式电动汽油泵。各种汽油泵具有各自的结构

8、特点，但有一些共性的特点。如图所示，汽油喷射系统中，要求汽油泵供给比发动机最大喷油量还要多的汽油，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，汽油泵出油腔同时与吸油腔相通，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单向阀。当发动机熄火时，汽油泵停止转动，单向阀关闭，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次启动，并能避免高温时气阻现象的发生。1)滚柱式电动汽油泵 滚柱式电动汽油泵属外装泵，主要由驱动电动机、

9、滚柱泵、安全阀、单向阀和阻尼减振器等组成，如图所示。滚柱泵工作原理图如图所示，装有滚柱的转子与泵体间偏心，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工作油腔。在转子转动过程中，工作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。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脉动阻尼减振器。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。2)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、单向阀和安全

10、阀等组成。结构和工作原理如图所示。涡轮式电动汽油泵的驱动电动机、单向阀和安全阀等的工作过程与滚柱式电动汽油泵的相似。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脉动阻尼减振器，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。由于它输送效率低，故主要用于低压且输送量大的场合。3)齿轮式和叶片式电动汽油泵 齿轮式电动汽油泵工作原理与滚柱式电动汽油泵的工作原理十分类似，主要是利用内外齿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

11、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。叶片式和涡轮式的主要区别在于叶轮的形状、数目和滚道布置。优点是两者都能以汽油及其蒸汽的混合物运转，并能通过适当的放气口分离蒸汽，防止气阻。图分别为齿轮式和叶片式电动汽油泵工作原理图。由于汽油极易汽化而形成气泡，引起泵油量明显减少，并导致输送压力的波动。为此，电动汽油泵采用双级泵的结构形式日趋增加。图所示是由一只驱动电动机驱动的双级泵。双级泵由初级泵和主输油泵组成。初级泵(一般为叶片泵)分离蒸汽并以较低的压力输送到主输油泵。主输油泵一般为齿轮式或涡轮式汽油泵，用以提高压力。双级泵具有良好

12、的热输油性能。4)电动汽油泵的控制 电控汽油喷射系统油泵控制的基本要求是：只有在发动机处于运转状态时，油泵才泵油；发动机不运转时，即使接通点火开关，油泵也不工作。油泵的转速在外电压的作用下，通常保持不变，因而输油量不变。但对于功率变化范围大的发动机，大负荷时，需油量大，需油泵高速运转；中小负荷时，需油量小，因而此时需油泵低速运转，以减少不必要的磨损和电能损失。因此汽油泵的控制主要包括汽油泵的开关控制和汽油泵转速控制两个方面。(1)汽油泵的开关控制 不同的电控汽油喷射系统有不同的控制方式。图所示为装有叶片式空气流量计的L型系统汽油泵开关控制电路。断路继电器线圈L1由流量计上的触点控制，线圈L2接

13、在点火开关的启动“ST”上。当发动机启动时，点火开关接通线圈L2，断路继电器闭合，汽油泵工作。当点火开关从“ST”回到IG位置时，如果启动成功，发动机处于工作状态，叶片式空气流量计的触点闭合，接通线圈L1，使断路继电器触点闭合，汽油泵仍工作；如果启动失败，发动机不转动，叶片式空气流量计的触点打开，汽油泵将停止工作。图所示是由ECU通过输出电路来进行控制的。这种控制方式由ECU根据发动机转速信号是否存在来控制，适用于D型系统以及采用卡门旋涡式和热式空气流量计的L型系统。当发动机启动时，线圈L2被接通，触点闭合，使汽油泵通电工作。点火开关从“ST”接柱回位后，若启动失败，发动机不转动，ECU得不到

14、转速信号Ne，使晶体管VT截止，则汽油泵停止工作；若发动机运转，ECU得到转速信号Ne，使晶体管VT导通，线圈L1接通，触点闭合，则汽油泵通电工作。(2)油泵的转速控制 图所示为汽油泵转速控制原理图。当发动机在中、小负荷工作时，ECU使晶体管VT导通，控制继电路工作，触点B接通，由于电路中串联了电阻器，汽油泵以低转速运转。在发动机工作在高速、大负荷状态时，油耗增加，ECU使晶体管VT截止，控制继电器断电，触点A闭合，汽油泵工作电流提高，工作转速升高，增加供油量。有些发动机上专设汽油泵ECU，通过控制加到汽油泵电动机上的不同电压来实现对汽油泵转速和泵油量的控制。如图所示，当发动机低于最低转速时，

15、汽油泵ECU断开汽油泵电路，即使点火开关接通，汽油泵也不工作。当发动机在启动或高转速、大负荷工况时，发动机ECU给汽油泵ECU的“FPC”端输入一个高电平信号，汽油泵ECU的“FP”端向驱动电动机提供较高的电压(蓄电池电压)，汽油泵高速转动。当发动机在怠速或小负荷工况时，发动机ECU向汽油泵ECU的“FPC”端输入一个低电平信号，汽油泵ECU的“FP”端向驱动电动机提供低于蓄电池电压的电压(约9V)，汽油泵以低转速转动。2.汽油滤清器 汽油滤清器的作用是滤除汽油中的杂质，防止污物堵塞喷油器针阀等精密机件。它装在电动汽油泵之后的输油管路中。它由纸质滤芯再串联一个棉纤维过滤网制成，其结构如图所示。

16、过滤能力较大，有很好的滤清效果，能滤去直径大于的杂质。其外壳为密封式铁壳，有一定的耐压能力。在正常使用情况下，这种汽油滤清器的使用寿命较长，汽车每行驶40000km才需更换。3.汽油压力调节器 汽油压力调节器的作用是根据进气歧管压力的变化来调节进入喷油器的汽油压力，使两者保持恒定的压力差。这样，从喷油器喷出的汽油量便惟一地取决于喷油器的持续开启时间，使电控单元能通过控制喷油时间的长短来精确地控制喷油量。汽油压力调节器一般位于分配油管的一端，它可使汽油压力调节在250kPa到300kPa范围内。汽油压力调节器的膜片，把由金属壳体组成的内腔分为弹簧室和燃油室，如图所示。弹簧室内有一根通气管与进气歧

17、管相连，使供油系统中的油压不仅取决于弹簧预紧力，而且取决于进气歧管内的气体压力。当输入的汽油压力高于弹簧预紧力与进气歧管压力之和时，汽油推动膜片，向上压缩弹簧，打开回油阀，使部分汽油流回油箱，油路中的油压降低；当汽油压力低于弹簧预紧力和进气歧管压力之和时，回油阀关闭，油压升高。这样，就使喷油压力随进气歧管的压力变化而变化，从而使喷油压力与进气歧管压力之差值保持不变。4.汽油脉动阻尼器 汽油脉动阻尼器的作用是减小汽油管路中的压力波动，并抑制喷油器或汽油压力调节器在开启与关闭过程中产生的压力脉冲噪声。汽油脉动阻尼器采用膜片与弹簧组成的缓冲装置，膜片将内腔分为空气室和燃油室，如图所示，当油压脉动的汽

18、油进入脉动阻尼器时，该脉动压力通过膜片传给弹簧而被吸收，从而起到缓冲作用。5.喷油器 汽油喷射系统采用的喷油器是由发动机ECU直接控制的电磁控制式喷油器。电磁喷油器的功能是根据ECU的控制信号向进气歧管、进气总管内喷射定量的雾化汽油。1)喷油器的组成与工作原理 喷油器的组成如图所示，其工作原理是，电磁喷油器通过绝缘垫圈安装在进气歧管或进气道附近的缸盖上，根据ECU发出的喷油脉冲信号将磁化线圈接通，在磁化线圈磁场的作用下，针阀克服弹簧力而升起，向进气歧管或总管喷射汽油。当ECU将电路切断时，吸力消失，弹簧使针阀复位关闭喷油口，停止喷射。喷油量的多少取决于柱塞升起高度、喷口截面积、喷射压差和喷油脉

19、宽等。当结构确定后，喷油量主要决定于喷油脉宽信号，即磁化线圈通电时间。2)电磁喷油器的分类 电磁喷油器按用途和工作条件的需要，有很多种形式，但大致可分为如下几类。(1)按喷油器用途分有多点喷射用和单点喷射用两种。多点喷射用喷油器一般是细长的，如图所示。单点喷射用喷油器由于供给量大，一般直径比较大，且为了装在节气门体上，因而比较短，如图2.56(e)所示。(2)按供油方式分有上部供油和下部供油两种。上部供油方式的进油口在喷油器上部，结构简单，成本低，为多点喷射系统采用，如图2.56(b)、(c)所示。下部供油方式的进油口在喷油器的下部，从供油分配器来的汽油直接流向喷油器下部，其压力损失较小。同时

20、，下部供油方式采用循环供油，压力油从下部进来，上部回油，即使高温环境下产生蒸汽也可以通过上部排出，因而可以防止气阻现象的发生。如图2.56(a)所示。(3)按结构形式分有轴针式和孔式两种。轴针式的优点是不易堵塞，但喷射雾化效果差，如图2.56(d)、图2.56(e)所示。孔式喷油器的最大优点是雾化质量高。孔式喷油器的使用越来越多，且随着多气门发动机的使用，向双孔和多孔式方向发展，如图2.56(a)、图2.56(b)、图2.56(c)所示。(4)按磁化线圈阻值分有高阻值和低阻值两种。高阻值喷油器的磁化线圈电阻为12 到17不等。低阻值喷油器的磁化线圈电阻为0.6 到3不等。高阻值磁化线圈的电感较

21、大，对控制信号的响应较慢。为了提高响应速度，一般减少线圈匝数以降低电感，即产生了低阻值喷油器。3)喷油器的结构(1)轴针式喷油器 轴针式喷油器主要由滤网、弹簧、磁化线圈、针阀和衔铁等组成，如图所示。其特点是轴针可使汽油环状喷出，有利于雾化；针阀在喷口中往复运动，不易引起喷口堵塞。(2)孔式喷油器 孔式喷油器有球阀式和片阀式等几种。球阀式喷油器与轴针式喷油器类似。球阀杆为空心杆，质量轻。另外，由于球阀有自动定心作用，因而具有较高的密封性能。片阀式喷油器有低阻值(2到3)电流驱动型和高阻值(13到17)电压驱动型两种。图所示为片阀式电磁喷油器结构。当磁化线圈未通电时，阀片被弹簧力和汽油压力压紧在阀

22、座上。当ECU控制装置给磁化线圈通电后，电磁力克服弹簧力和液压力之和，使弹簧压缩、阀片升起，汽油通过计量孔喷出。当ECU输出的喷油脉冲结束后，阀片在弹簧力作用下复位，如图所示。(3)单点喷射用喷油器 在单点喷射系统中，将压力调节器、进气温度传感器和1到2只喷油器等器件安装在节气门体上做成一个总成，称为中央喷射单元，如图所示。而电磁式喷油器是中央喷射单元的一个部件，也有轴针式和球阀式两种类型。4)喷油器的驱动与控制 喷油器的驱动方式可分为电压驱动和电流驱动两种形式，如图所示。电压驱动是按ECU输出电压信号驱动喷油器工作，电流驱动是指ECU输出较大的电流进行驱动。电流驱动只适用于低阻喷油器，电压驱

23、动既适用于低阻喷油器，又适用于高阻喷油器。(1)电流驱动 电流驱动回路无附加电阻，回路的阻抗和感抗均较小，驱动电流大，使喷油器具有良好的响应性。如图所示，ECU控制是否搭铁来决定喷油器的工作。当ECU控制晶体管VT基极导通，驱动回路为：蓄电池()点火开关熔断器喷油器线圈晶体管VT电阻搭铁蓄电池()。ECU通过对A点电位的检测，可知喷油器线圈中电流的大小。为了满足喷油器打开速度要快，又要防止电流过大使线圈过热损坏，ECU控制线圈电流在开始通电时，提供约为8A的较大电流；打开后，则提供约为2A的较小保持电流，防止喷油器线圈发热，减少功率损耗。在此过程中晶体管VT以20kHz的频率导通或截止，电流是

24、以平均电流的形式体现的。(2)电压驱动 电压驱动方式可直接驱动线圈电阻值高、线圈匝数多、工作电流小的高阻值喷油器。对线圈阻值小的低阻值喷油器，需要在驱动回路中加入一附加电阻。附加电阻与喷油器连接有两种方式。一种是每个喷油器各自串入一个附加电阻的独立式，如图2.62(a)所示，其优点是当一个电阻损坏时，只影响一只气缸的工作；缺点是由于串入电阻的阻值不可能完全一致，造成各缸供油量不同，影响各缸的功率平衡。还有一种是共用电阻连接方式，如图2.62(b)、(c)所示，优点是各缸工作的一致性容易保证；缺点是一个电阻损坏后，全组的气缸都无法工作。电压驱动式驱动回路简单，但回路阻抗大，导致电流减少，喷油器上

25、产生的电磁引力降低，响应性差。6.冷启动喷油器1)冷启动喷油器的功用、结构与工作原理 冷启动喷油器安装在进气总管上，其功能是发动机在低温启动时投入工作，以改善发动机的低温启动性能。它也是一种电磁式喷油器，其结构如图所示。冷机启动时，冷启动喷油器磁化线圈通电，将阀门吸起，汽油通过旋流式喷嘴喷出旋转的雾状的汽油到进气管道内，加浓混合气。2)冷启动喷油器的控制(1)定时开关控制 控制原理如图所示，定时开关是一个温控开关，用螺纹连接方式固定在发动机冷却回路上。定时开关由电热线圈和双金属片等组成，当双金属片受热至一定程度时，触点即张开，即发动机在热状态下启动时，定时开关处于断开状态，冷启动喷油器不喷油。

26、低温启动时，触点闭合，冷启动喷油器附加喷油，同时电热线圈开始加热，双金属片开始受热变形，最后触点张开，冷启动喷油器停止喷油。(2)ECU与定时开关协同控制 单独使用定时开关时，冷启动喷油器的喷油范围如图所示的阴影A部分。它决定的是基本喷油量。为改善发动机的冷启动性，使启动更迅速，热机过程更平缓，有些车使用ECU与定时开关协同控制，ECU可根据水温信号对冷启动喷油量进行修正，图2.65(a)中阴影B部分即表示ECU修正的范围。图2.65(b)为ECU与定时开关协同控制电路。某些车辆为了提高控制精度，取消了定时开关而改用ECU直接控制。另外，由于冷启动喷油器安装在进气总管上，不可避免地影响各缸供油

27、的均匀性，故有些车辆不采用冷启动喷油器而改用各缸喷油器来完成冷启动喷油器的任务。2.2.3 电子控制系统1.电控单元(ECU)ECU是一种综合装置，它具备的基本功能如下：(1)接收传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考电压；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；存储故障信息。(3)运算分析；根据信息参数求出执行命令值；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；输出故障信息。(5)自我修正功能。在发动机控制系统中，ECU不仅用来控制燃油喷射系统，同时还具有

28、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能。发动机集中控制系统ECU的构成如图所示。ECU主要由输入回路、A/D转换器、微型计算机和输出回路4部分组成。(1)输入回路 输入ECU的传感器信号有两种：一种是模拟信号，如图2.67(a)所示，如热线式的空气流量计的输出信号和水温传感器的输出信号等；另一种是数字信号，如图2.67(b)所示，如卡门涡旋式空气流量计的输出信号和转速传感器的输出信号等。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。(2)A/D转换器

29、 由传感器输入的模拟信号，微机不能直接处理，要用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，再输入微机。图为空气流量计输出模拟信号由A/D转换器处理的示意图。(3)微机 微机的功能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(微机处理的程序)和数据进行运算处理，并把处理结果如燃油喷射控制信号、点火控制信号等送往输出回路。微机的内部结构如图所示。2.传感器1)空气流量计 空气流量计是测量发动机的进气量，用于L型EFI系统。空气流量计应设置在空气滤清器和节气门体之间，以下是几种常用的空气流量计。(1)叶片式空气流量计 叶片式空气流量计的结构如图所示，工作原理如图所示。空气流量计由测量叶片、

30、缓冲叶片、回位弹簧、电位计及壳体组成。测量叶片随空气流量的变化在空气主通道内偏转。电位计部分主要由电位计、回位弹簧、调整齿圈等组成。由于电位计与测量叶片是同轴的，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。由图可以看出，电位计滑臂对电源的分压输出即代表此时的空气流量。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，并经执行器控制喷油，从而得到最佳空燃比。这种空气流量计的结构简单、可靠性高，但进气

31、阻力大，响应较慢且体积较大。(2)卡门旋涡式空气流量计 与叶片式空气流量计相比，卡门涡旋式空气流量计具有体积小、质量轻、进气道结构简单、进气阻力小等优点。所谓卡门旋涡，是指在流体中放置一个柱状物体时，在这一柱状物体的下游就会产生如图所示的两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡。涡旋发生的频率f和空气的流速v及柱体直径d之间的关系是fv/d。根据这种关系，可以通过测量涡旋发生的频率，计算空气流动速度，而将空气通路的有效截面积与空气流速相乘即可知空气的体积流量。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所示。由图可知，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

32、簧、发光二极管(LED)、光敏晶体管等部分组成。它是利用光电效应原理进行信号检测与转换的。光敏管是一种半导体器件，可分为光敏二极管、光敏晶体管和光敏晶闸管等。光敏二极管与光敏晶体管不同之处在于，其PN结面积较大、距表面较浅、上电极较小，而光敏晶体管的发射区较小、基极无引出线，两者均开有接收光照的窗口。当受到光照时，它们都会产生内光电效应的光生伏特现象，从而产生电流。发光二极管作为光源使用，而光敏晶体管为光电转换元件。光学式卡门旋转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，光敏晶

33、体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。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图所示。由图可知，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。超声波的方向性好，穿透力强，遇到杂质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，有发射探头和接收探头两种。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)制成的探头为发射探头，而利用压电材料的压电效应制成的探头为接收探头。

34、在卡门旋涡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。因卡门旋涡对空气密度的影响，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。(3)热线式空气流量计 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及壳体等。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。图所示为采用主流测量方式的热线空气流量计结构和工作原理图。在其进气道内的取样管中有一根白金热线RH，经通电

35、后发热。当发动机启动后，空气流过白金热线周围，使其热量散失，温度下降，引起RH值的变化，桥式电路失去平衡，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。在这种流量计的前后端均装有保护网。前面的用于进气整流，后面的用于防止发动机回火时把白金热线烧坏。这种流量计的白金热线和进气温度传感器都安装在主气道中的取样管内，故称为主流式热线空气流量计。另一种是将白金热线绕在陶瓷芯管上，并置于旁通气道内，故称为旁通式热线空气流量计，如图所示。这两种流量计均具有污物自洁功能。前者在发动机熄火后，电控单元能自动将热线加热

36、至1000，时间约为1s，从而烧掉沾附在热线上的尘埃；后者工作时，其控制电路能始终保持热线的温度比大气温度高出20，以防止污物沾附。这类流量计测量精度高、响应速度快，且进气阻力小。(4)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。该空气流量计的结构如图所示。2)进气歧管压力传感器 采用速度-密度方式检测进气量的电控汽油喷射系统，

37、是利用进气歧管压力传感器来间接地测量发动机吸入空气量的。常见的进气歧管压力传感器有以下几种。(1)膜盒式进气歧管压力传感器 膜盒式进气歧管压力传感器内设有弹性金属膜盒与大气相通，如图所示。与膜盒连接在一起的衔铁可以在线圈绕组中移动。当进气歧管压力发生变化时，膜盒膨胀，衔铁在线圈绕组内的位置随之发生相应的变化，从而影响线圈绕组周围的磁场。这样便可把膜盒的机械运动转换成电信号，电控单元根据这个信号即可测出进气歧管中的压力。(2)应变片式进气歧管压力传感器 由半导体应变片构成的进气压力传感器的结构，如图所示。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、混合集成电路板和外壳等组成。半导体应变

38、片是在一个膜片上用半导体工艺制作4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。(3)电容膜盒式进气歧管压力传感器 电容膜盒式进气歧管压力传感器由两片用绝缘垫圈隔开的氧化铝片组成，如图所示。在铝片的内表面贴有两片极薄的硅片，分别与一根引线相连。铝片和绝缘垫圈构成中部有个真空腔的膜盒，该盒装在与进气管相通的容器内。当进气歧管压力发生变化时，氧化铝片弯曲变形，使硅片间的距离随之改变，从而引起电容的变化。这时，通过电控单元便可测得进气歧管中的压力。3)节气门位置传

39、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ECU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。它的结构如图所示。这种节气门位置传感器由与节气门轴联动的凸轮、动触点、怠速触点(IDL)、满负荷触点(PSW)等组成。动触点接计算机电源，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，计算机就可以根据怠速触点和满负荷触点提供的信号判断节气门位置，以便对发动机进行喷油控制

40、，或对自动变速器进行控制。这种节气门位置传感器结构比较简单，价格低廉，但其输出是非连续的，检测性差。(2)线性节气门位置传感器 线性节气门位置传感器装在节气门上，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所示。由图可知，它由与节气门轴联动的电位器、怠速触点及外壳等组成。电位器的动触点(即节气门开度输出触点)随节气门开度在电阻膜上滑动，从而在该触点上图2.82(b)中的VTA端子得到与节气门开度成比例的线性电压输出，如图2.82(c)所示。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转换后送计

41、算机。4)发动机转速和曲轴位置传感器 空气流量计检测的是单位时间内的空气流量，为确定每次循环符合最佳空燃比，应求得每次循环吸入的空气量。即在已知单位时间空气流量的基础上，应检测发动机转速。为选取合适的喷油时刻和点火时刻，还需检测每缸曲轴转角的位置，故设发动机转速与曲轴位置传感器。发动机转速与曲轴位置传感器有多种形式，常用的有磁脉冲式、光电式、霍尔等。就其安装部位而言，有在曲轴前端、凸轮轴前端或分电器内的，车型不同，所采用的结构形式也不完全相同。(1)磁脉冲式 磁脉冲式传感器的结构如图所示。传感器由转子和线圈组成。转子固定在分电器轴上，线圈固定在分电器壳体上。永久磁铁的磁力线经转子、线圈、托架构

42、成封闭回路，转子旋转时，由于转子凸起与托架间的磁隙不断发生变化，通过线圈的磁通也不断变化，线圈中便产生感应电压，并以交流形式输出。在实用结构中，有的发动机转速和曲轴位置传感器一同装于分电器上，使用复合转子与耦合线圈。以四缸四冲程发动机为例，可采用具有一个凸起的G转子和G1、G2耦合线圈，及具有24齿的Ne转子和Ne耦合线圈的传感器，如图所示。分电器轴转动时，G转子与Ne转子与其同步转动。具有一个凸起的G转子与G1、G2线圈间的磁隙不断发生变化，分电器轴每转一圈，G1和G2线圈各产生一个电压脉冲。只要在设计和装配时，保证使G转子凸起部分在一缸和四缸处于压缩上止点时与G1、G2线圈最靠近。即可通过

43、检测G1、G2线圈的电压变化，判断一缸、四缸上止点位置。G信号作为曲轴转角的参考信号提供给ECU，用以确定相对于每缸上止点的喷油正时和点火正时。为了更精确地检测曲轴转角和检测发动机转速，还设有Ne转子和耦合线圈。Ne转子上的凸起数为偶数(如24个齿，则每两点间隔15分电器轴转角，即30曲轴转角)，分电器轴转动一周，在Ne线圈中产生次数与凸起个数相等的电压脉冲。将这些电压脉冲输入ECU，通过检测脉冲间的间隔，就可检测发动机转速。利用G信号和Ne信号的组台，就可测定特定气缸的曲轴转角。将G、Ne信号输入ECU，可决定满足发动机多种运转条件的喷射量和喷射时刻，并确定基本点火提前角，如图、图所示。转子

44、的齿数、形式、线圈的数目有多种形式，如：G信号由一个四齿转子和一个线圈检测，可检测每一缸的压缩上止点位置；Ne信号由一个24齿转子和一个线圈检测，如图所示。G信号由一个两齿转子和一个线圈检测，Ne信号由一个24齿转子和一个线圈检测，如图所示。G信号由单齿转子和一个线圈检测。Ne信号由一个四齿转子和一个线圈检测，如图所示。(2)霍尔式传感器 如图2.90(a)所示，霍尔式传感器的基本原理是：当电流IV通过放在磁场中的半导体基片，且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流与磁场的半导体基片的横向侧面上，即产生一个与电流和磁场强度成正比的霍尔电压。霍尔式传感器的工作情况入图2.90(c)所示。霍尔传感

45、器可装在分电器中，也可装于飞轮附近，图2.90(b)是装于分电器的霍尔传感器结构。触发叶轮的叶片数等于发动机缸数，叶轮由分电器轴带动旋转，叶片不断地进出磁场的空气隙。叶轮以其缺口对着空气隙时，磁铁产生的磁通经导板、空气隙到半导体基片构成回路，这时传感器输出霍尔电压。当叶轮的叶片进入空气隙时，原磁路被叶片旁通。此时，传感器无霍尔电压输出。霍尔电压变化的时刻反映了曲轴的位置，ECU通过处理计算可得单位时间内霍尔电压变化的次数，即可反映发动机的转速。(3)光电式传感器 光电式传感器如图所示，主要由发光二极管、光敏二极管、遮光盘和控制电路组成。发光二极管、光敏二极管和控制电路都装在固定底板座上，发光二

46、极管与光敏二极管位置相对，分别位于遮光盘的两侧。遮光盘固定在凸轮轴上，与凸轮轴一同转动。遮光盘边缘刻有360条缝隙，每转过1条缝隙对应凸轮轴1转角。在遮光盘边缘还刻有表示一缸上止点位置的缝隙和60(六缸机)或90(四缸机)间隔的缝隙。当遮光盘挡住发光二极管的光线时，光敏二极管截止，控制电路输出低电压。当缝隙对准发光二极管与光敏二极管时，光线照射到光敏二极管上，控制电路输出高电平。凸轮轴转一周，由360条缝隙所控制的电路将输出360个脉冲信号，每个脉冲信号对应于凸轮轴1转角(曲轴2转角)，此信号作为向微机输入的转速信号(Ne信号)。由缝隙较宽的一缸上止点位置标记和60(或90)间隔缝隙所控制的电

47、路将向微机输入一缸上止点位置信号和缸序判别信号(G信号)。光电式传感器可装在分电器内，也可直接装于凸轮轴端，此时遮光盘将固定在凸轮轴上。5)温度传感器 为了判定发动机的热状态、计算进气空气的质量流量及排气净化处理，需要能够连续精确地测量冷却水温度、进气温度与排气温度的传感器。表2-1列出了汽车发动机用温度传感器的性能指标。温度传感器有绕线电阻式、热敏电阻式、扩散电阻式、半导体晶体管式、金属芯式和热电偶式等。应用较多的是绕线电阻式和热敏电阻式温度传感器。(1)绕线电阻式温度传感器 在绝缘绕线架上绕上高纯度的镍线，再罩上适当的外套而制成，用于测量冷却水和进气温度。利用其电阻值随温度变化而变化的特性

48、，控制其精度在1%以内，响应特性较差，响应时间约为15s。(2)热敏式温度传感器 这种传感器也是利用半导体的电阻随温度变化而改变的特性，使其灵敏度高。有NTC(负温度系数)和PTC(正温度系数)两种。虽然灵敏度高，但线性差，使温度限制在300以内。不过，也有像氧化锆那样的高温型热敏式传感器。热敏式传感器的响应特性比绕线电阻式传感器优良，因而被广泛地运用于检测冷却水和进气温度。图所示为热敏式温度传感器结构。6)车速传感器 车速传感器信号主要用于发动机怠速和汽车加减速时的空燃比控制。主要有舌簧开关式和光电式两种。(1)舌簧开关式车速传感器 舌簧开关工车速传感器的构造如图所示。舌簧开关是在一个玻璃管

49、内装有两个细长的触头构成的开关元件，其触头由磁性材料制成。当其附近有磁场作用时，其触头就会互相吸引而闭合或者互相排斥而断开。车速传感器由带有四磁极的转子、舌簧开关组成。当变速器输出轴通过软轴带动转子旋转时，舌簧开关就会在转子永久磁铁作用下周期性地开关动作，转子每转一周，舌簧开关开闭四次，通过外电路输出四个脉冲。如果将该脉冲信号送数字电路或计算机进行定时计数及运算，就可以得到车速输出；如果进行累计计算和运算，则可以求出行驶里程。(2)光电式车速传感器 光电式车速传感器的结构如图所示。光电式车速传感器由转子、遮光板、光电传感器及外壳等组成。遮光板安装在转子轴上，其开槽的径向部位恰位于光电传感器的U

50、形开口内，U形开口一侧安装有发光二极管，另一侧安装有光敏晶体管。当软轴带动遮光板旋转时，发光二极管射向光敏晶体管的光线被断续遮挡，从而使光敏晶体管输出脉冲。如果遮光板开槽数为20，则转子每转一周，传感器输出20个脉冲。该脉冲信号经计算机处理后，就可得到车速输出。7)氧传感器 氧传感器安装在排气管内。由于排气中的氧浓度可以反映空燃比的大小，所以在电子控制汽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浓度反馈给电控装置，电控装置据此判断空燃比是否偏离理论值，一旦偏离，就调节喷油量，以控制空燃比收敛于理论值。(1)二氧化钛(TiO2)氧传感器 这种氧传感器是一种体电阻型气敏传感器。它是利用化