西門子電噴系統(tǒng)的工作原理與故障診斷

1、奇瑞 QQ 小轎車372 發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理編制：校對(duì)：審核：批準(zhǔn)：目錄第一章 372 發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)的工作原理21.1 燃油電噴系統(tǒng)的基本原理21.2 燃油噴射系統(tǒng)的組成3第二章 372 發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)零部件結(jié)構(gòu)組成32.1ECU 32.2 節(jié)流閥體42.3 進(jìn)氣溫度壓力傳感器52.4 電動(dòng)燃油泵62.6 曲軸位置傳感器62.7 凸輪軸位置傳感器62.8 爆震傳感器62.9 水溫傳感器72.10 氧傳感器72.11 碳罐控制閥73第一章 372 發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)的工作原理1. 1 燃油電噴系統(tǒng)的基本原理燃油電噴系統(tǒng)的基本原理如圖 1-1 所示。奇瑞 QQ 采用韓國(guó)西門子 SIMK3

2、1 電控 多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)。以一個(gè)電子控制裝置（ ECU）為控制中心，利用安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)不 同部位上的各種傳感器， 測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工作參數(shù)， 按照電腦中的控制程序， 通過(guò) 控制噴油器， 精確地控制噴油量， 使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下， 都能獲得最佳濃度的混合 氣。圖 1-1 372 發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)的基本原理 此外，電子控制汽油噴射系統(tǒng)通過(guò)電腦中的控制程序， 還能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)加濃、 暖機(jī) 加濃、加速加濃、全負(fù)荷加濃、減速調(diào)稀、強(qiáng)制斷油、自動(dòng)怠速控制等功能，滿足發(fā) 動(dòng)機(jī)不同工況下對(duì)混合氣的要求，使 372 發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放性， 同時(shí)也大大提高了奇瑞 QQ 的使用性能。電子控制汽油噴射系統(tǒng)的

3、噴油壓力是由電動(dòng)燃油泵提供的， 電動(dòng)燃油泵和支架一 起安裝在油箱內(nèi)。當(dāng)通電時(shí)，電動(dòng)燃油泵工作，把燃油從油箱內(nèi)吸出并加壓，但壓力 不能超過(guò) 3.8bar，否則油壓調(diào)節(jié)器將打開閥門，將多余的燃油返回油箱，就這樣電動(dòng) 燃油泵將恒壓的燃油輸送到油軌。 油軌與安裝在缸蓋上的三個(gè)噴油器相通。 噴油器是 一種電磁閥， 由 ECU 控制。 通電時(shí)電磁閥開啟， 壓力燃油以霧狀噴入缸蓋進(jìn)氣道內(nèi)，與空氣混合， 在進(jìn)氣行程中被吸進(jìn)氣缸。 進(jìn)氣量由操作者通過(guò)操縱節(jié)氣門來(lái)控制。 節(jié) 氣門開度不同，進(jìn)氣管內(nèi)空氣的溫度和壓力也不同， 根據(jù)進(jìn)氣量與溫度和壓力的關(guān)系， 計(jì)算出進(jìn)氣量；再根據(jù)曲軸位置傳感器計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 EC

4、U 根據(jù)進(jìn)氣量和轉(zhuǎn) 速計(jì)算出各缸相應(yīng)的基本噴油量， 通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)控制噴油量。 噴油持續(xù)時(shí)間愈 長(zhǎng)，噴油量就愈大。1. 2 燃油噴射系統(tǒng)的組成燃油噴射系統(tǒng)的組成如圖 1-2 所示，燃油電噴系統(tǒng)可分為傳感器、 ECU、執(zhí)行器 三大部分，按功能又可分為供油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和中央控制器。傳感器進(jìn)氣溫度壓力傳感器曲軸位置傳感器凸輪軸位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器水溫傳感器氧傳感器爆震傳感器附加信號(hào)大燈信號(hào) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向信號(hào)車速信號(hào) 空調(diào)壓縮機(jī)信號(hào) 空調(diào)信號(hào)執(zhí)行器ECU自診斷接口電動(dòng)燃油泵 噴油嘴 點(diǎn)火線圈 碳罐電磁閥 怠速步進(jìn)電機(jī)附加信號(hào) 空調(diào)繼電器控制信號(hào)風(fēng)扇控制信號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)多功能指示燈信

5、號(hào)圖 1-2 燃油電噴系統(tǒng)的組成第二章 372 發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)零部件結(jié)構(gòu)組成2.1ECUSIMK3.1 ECU 的構(gòu)造如圖 21所示。 ECU 由CPU、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和其他 10 個(gè)模塊構(gòu)成，如電源供應(yīng)模塊、數(shù)字信號(hào)輸入模塊、霍爾傳感器信號(hào)輸入模塊、 模擬信號(hào)輸入模塊、爆震控制模塊、 K 線通信模塊、點(diǎn)火模塊、 CAN 總線通信模塊、 怠速步進(jìn)電機(jī)控制模塊、執(zhí)行器電源供應(yīng)模塊、故障碼存儲(chǔ)器模塊。ECU 是計(jì)算和控制中心，它利用信息通道的總線把輸入和輸出裝置連接起來(lái)， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。 ECU 和一般計(jì)算機(jī)的中央處理器相同，接受八位二進(jìn)制 的數(shù)碼指令， 負(fù)責(zé)啟動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的各項(xiàng)工作，

6、也具有控制各項(xiàng)動(dòng)作的功能。 值得一提 的是 ECU 隨時(shí)記錄故障代碼， 并存儲(chǔ)在 RAM 中，斷電后就消失了。 但蓄電池和 ECU 是常通的，因此當(dāng)車用蓄電池的電纜斷開時(shí)， 才會(huì)丟失數(shù)據(jù)。 所以，對(duì)奇瑞 QQ而言， 必須在斷開蓄電池之前，用故障診斷儀來(lái)檢測(cè)故障信息。ECU Hardware Development Block Diagram - PreliminarySensor supplyPower SupplyResetPower DriverNONxxCrankshaft positionCamshaft positionV_IGK16ChGC DiagK-Line I/FIgniti

7、ondiagKnock ICDirect batteryBattery after IG keyGround ECUGround power stagesInjector 2Injector 3Injector 1Oxygen Heater up 1Vehicle speedV ELAir condition requestAir cond. compressurePressure switchPower steeringGear ShiftingDigital InputHall SensorInputADCCanister purge solenoidDATA /AddressBUSCPU

8、InternaRAM8KBEngine speed signal6xCooling fan- highCooling fan- lowMulfunction indication lampFuel pump relayAir cond. compressor relayMain relayIntake air temperatureCoolant temperatureManifold pressureO2 sensor upstream 1Knock sensor 1Throttle position sensorvccAnalog InputSTPA_POSIgnition coil 1S

9、TPA_NEGSTPB_POSCAN highCAN lowIgnition coil 2Ignition coil 3ISCV DriverSTPB_NEGCANIgnitionOutputDiagnostic data line圖 2-1 ECU 內(nèi)部模塊2.2 節(jié)流閥體節(jié)流閥體如圖 22所示。安裝在進(jìn)氣管上， 由節(jié)流閥和步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī) 的進(jìn)氣量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，節(jié)流閥全關(guān)， ECU 控制步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)，從而改進(jìn)氣 量。節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣閥軸上，用以檢測(cè)節(jié)氣閥開度。怠速調(diào)節(jié)螺釘，安 裝在節(jié)流閥體的殼體上， 用于調(diào)節(jié)節(jié)氣門的初始開度。 為防止冬季空氣流過(guò)節(jié)流閥體 時(shí)，空氣中的水

10、分在節(jié)流閥體上凍結(jié)，因此增加了預(yù)熱水管，以便預(yù)熱。圖 2 2 節(jié)流閥體2.3 進(jìn)氣溫度壓力傳感器如圖 23所示。進(jìn)氣溫度壓力傳感器， 用一個(gè) M4 的螺栓固定在進(jìn)氣歧管的諧振 腔上，力矩不大于 20N/mm2。進(jìn)氣溫度壓力傳感器是由絕對(duì)壓力傳感器和進(jìn)氣溫度 傳感器組合而成。其中壓力信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，因此 ECU 知 道壓力信號(hào)是必須的。進(jìn)氣溫度信號(hào)是由 NTC 電阻求得的， NTC 的含義與水溫傳感 器的 NTC 的含義相同是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)， 如果 進(jìn)氣溫度升高，則電阻降低。 ECU 根據(jù)進(jìn)氣溫 度信號(hào)對(duì)各種控制功能進(jìn)行修正。 如果該信號(hào)中 斷，不能確定進(jìn)氣溫度，則會(huì)導(dǎo)致起

11、動(dòng)困難。Pin1 ：GNDPin2 ：Vout 溫度信號(hào)輸出Pin3 ：Vs 5 伏電壓Pin4 ：V out 壓力信號(hào)輸出7圖 24 電動(dòng)燃油泵總成圖 2 3 進(jìn)氣溫度壓力傳感器2.4 電動(dòng)燃油泵 電動(dòng)燃油泵總成如圖 2 4 所示。電動(dòng)燃油泵主要由油泵支架、電動(dòng)燃油泵、浮 子式滑線變阻器、油位報(bào)警傳感器、油壓調(diào)節(jié)器組成?；赜涂诔鲇涂谟蛪赫{(diào)節(jié)器滑線變阻報(bào)警傳感器浮子當(dāng)點(diǎn)火鑰匙在 on 位置時(shí)，電動(dòng)燃油開始工作，建立油壓 3.8bar，由出油口輸送 至燃油導(dǎo)軌， 回油管與進(jìn)油管在燃油濾清器前短接， 當(dāng)油壓大于 3.8bar 時(shí)，油壓調(diào)節(jié) 器打開，卸壓；從而保證了油管內(nèi)的燃油壓力恒定?；€變阻器由

12、浮子帶動(dòng)，隨著燃油液面的高度變化， 浮子發(fā)生位置改變， 同時(shí)改變電阻， 再將電流信號(hào)傳給儀表板的 燃油表。 當(dāng)燃油液面低于報(bào)警傳感器時(shí)， 電流信號(hào)傳給儀表板的燃油報(bào)警指示燈， 指 示燈亮。2.5 噴油器噴油器有兩個(gè)噴油孔， 安裝在缸蓋的進(jìn)氣道上。 噴油器的主要作用是根據(jù) ECU 提供的噴油脈沖信號(hào)， 進(jìn)行燃油噴射。 噴油器的內(nèi)部有電磁線圈和針閥， 外部導(dǎo)線插 座有 2個(gè)針腳，其中一個(gè)和 ECU相連，另一個(gè)連接 12V 的電源，因此當(dāng)點(diǎn)火鑰匙在 on 位置時(shí)，噴油器的一個(gè)針腳應(yīng)該有 12V 的電壓， ECU 對(duì)另一個(gè)針腳進(jìn)行控制，當(dāng) 控制信號(hào)將噴油器和電源接通時(shí)，噴油器內(nèi)的電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，使針

13、閥向上運(yùn)動(dòng)， 噴射燃油，當(dāng) ECU 把電源切斷時(shí)，吸力消失，針閥回位，停止噴油。2.6 曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器如圖 25 所示。 372發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸位置傳感器采用雙霍爾元件， 故稱為雙霍爾傳感器， 它能感應(yīng)到微小的磁力變化。 該傳感器是利用霍爾效應(yīng)的原理 制成的。所謂霍爾效應(yīng)是指：當(dāng)一個(gè)有電流通過(guò)的 霍爾半導(dǎo)體片置于磁場(chǎng)方向和電流方向垂直的磁場(chǎng) 中時(shí)，在霍爾半導(dǎo)體片與電流方向垂直的橫向側(cè)邊 上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微量電壓，稱為霍爾電壓。改變磁 場(chǎng)強(qiáng)度即可以改變霍爾電壓的大?。?當(dāng)磁場(chǎng)消失時(shí)， 霍爾電壓為 0。曲軸位置傳感器安裝在變速箱外殼上，與飛輪 齒圈的間隙是 0.1 1.8mm，當(dāng)間隙過(guò)大或

14、過(guò)小，都 能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難或無(wú)法起動(dòng)。其主要作用是探測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和角度位置以 及感應(yīng)飛輪的瞬時(shí)速度變化。圖 2 5 曲軸位置傳感器2.7 凸輪軸位置傳感器 凸輪軸位置傳感器安裝在缸蓋上， 用來(lái)感應(yīng)進(jìn)氣凸輪軸后端月牙齒， 產(chǎn)生電信號(hào) 輸送到 ECU ，從而決定在發(fā)動(dòng)機(jī)的哪個(gè)缸進(jìn)行噴油和點(diǎn)火。2.8 爆震傳感器爆震傳感器如圖 26所示，其用一個(gè) M8 的螺栓固定在缸體上，內(nèi)部有壓電陶瓷。 當(dāng)爆震時(shí)，缸體聲音信號(hào)傳遞到爆震傳感器的壓電陶瓷， 并產(chǎn)生一個(gè)電壓，傳給 ECU；ECU 根據(jù)這個(gè)電壓信號(hào)，判別出某缸發(fā)生了 爆震，讓該缸的點(diǎn)火時(shí)刻向后推遲，如果爆 震仍然不能消除，則繼續(xù)推遲。值得注意的

15、是：如果爆震傳感器的固定螺栓的力矩不在 20±5N·m 范圍內(nèi)時(shí)，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的爆震 電壓信號(hào)，因此在裝配和維修時(shí)必須保證螺 栓力矩。2.9 水溫傳感器水溫傳感器如圖 2 7 所示。水溫傳感器是用于檢測(cè)冷卻水溫度的傳感器，安裝 在缸蓋的出水口附近。 它是由對(duì)溫度特別敏感的熱敏電 阻組成， 利用溫度的變化來(lái)檢測(cè)冷卻水溫度， 冷卻水溫 度越高，電阻值越低；冷卻液溫度越低，電阻值越高。 該傳感器有三個(gè)針腳， 一個(gè) ECU 信號(hào)線，一個(gè) ECU 地 線，一個(gè)到儀表板。水溫信號(hào)是許多其他功能的修正信號(hào)， 例如點(diǎn)火系 統(tǒng)，噴油量，燃油通風(fēng)系統(tǒng)。 如果水溫傳感器信號(hào)中斷， 則會(huì)導(dǎo)致油耗升

16、高、怠速自適應(yīng)差、排放升高等。圖 27 水溫傳感器2.10氧傳感器氧離子濃度不同， 輸 ECU 根據(jù)電壓信號(hào)，氧傳感器如圖 2-8 所示，安裝在排氣歧管上，用來(lái)檢測(cè)排氣歧管中氧的含量。氧 傳感器的內(nèi)部有一個(gè)試管狀的氧化鋯， 氧化鋯的內(nèi)外兩側(cè)設(shè)有鉑電極， 鉑電極的外側(cè) 有陶瓷， 內(nèi)側(cè)輸入氧濃度較高的空氣， 外側(cè)輸入氧濃度較低的廢氣， 在氧化鋯的作用 下，氧分子發(fā)生電離。 由于鋯管內(nèi)外氧離子的濃度不同， 因而氧離子從濃度大的鋯管 內(nèi)表面向濃度小鋯管外表面移動(dòng)， 導(dǎo)致在內(nèi)外表面產(chǎn)生微電壓出的電壓也將變化， 對(duì)噴油量進(jìn)行修正， 從而保證進(jìn)入氣缸的混 氣處于理論空燃比的狀態(tài)。由于氧化鋯在 300以上， 才能正常工 作，因此這個(gè)傳感器有一個(gè) 12V 的電壓， 用于加熱器加熱。圖 28 氧傳感器值的