第二章 发动机维修常识
一、电控发动机基础
1 电控发动机的基本原理是什么？
发动机电控系统，又称发动机管理系统（engine management system，EMS）、发动机集中控制系统，就是将多项目控制集中在一个动力控制模块（power control module，PCM）或发动机控制单元（engine control unit，ECU）上完成，共用传感器。其主要组成可分为信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行元件三部分。
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（1）信号输入装置
各种传感器用于采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号，通过线路输送给ECU。
常用的传感器有空气流量计、进气管绝对压力传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、爆燃传感器、启动开关、空调开关、挡位开关、制动灯开关等。
（2）电子控制单元（ECU）
给传感器提供参考电压，接收传感器或其他装置输入的电信号，并对所接收的信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行元件发出指令。
（3）执行元件
受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。
常用的执行元件有喷油器、点火线圈、怠速控制阀、EGR阀、活性炭罐电磁阀、燃油泵、节气门控制电动机、二次空气喷射阀、仪表显示器等。
发动机电控系统如图2-1所示。
图2-1 发动机电控系统
2 汽油喷射系统的基本原理是什么？
汽油喷射系统的基本原理是，在恒定压力下，用喷油器把一定数量的汽油喷入节气门体处的进气管，或者进气道，或者直接喷入气缸。
电控喷射系统按进气量的计量方式分为D型燃油喷射系统和L型燃油喷射系统。
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（1）D型燃油喷射系统
D型燃油喷射系统（图2-2）通过检测进气歧管的真空度和发动机转速来确定发动机的进气量，由发动机ECU根据进气管确定喷油量。
图2-2 D型燃油喷射系统
（2）L型燃油喷射系统
L型燃油喷射系统（图2-3）利用空气流量计来直接测量发动机的进气量，电子控制单元是不用进行计算分配的，根据空气流量计信号计算与该空气相应的喷油量。由于是直接用空气流量计进行测试，取消了ECU的推算，所以L型燃油喷射系统混合气浓度控制相对比较精确。
图2-3 L型燃油喷射系统
（3）缸内直接喷射
缸内直接喷射是将喷油器安装在气缸盖上，把燃油直接喷入气缸内，配合缸内的气体流动形成可燃混合气，容易实现分层燃烧和混合气燃烧，可进一步提高汽油发动机的经济和排放性能。
由于技术的进步，现在很多车型也采用缸内直接喷射技术，如大众汽车搭载的1.4TSI增压直接喷射技术的发动机。歧管喷射与缸内直喷如图2-4所示。
图2-4 歧管喷射与缸内直喷
3 什么是闭环控制系统？
在闭环控制系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，再通过计算机与设定的目标空燃比进行比较，并根据误差修正喷油量。空燃比控制精度较高。
目前车辆均采用闭环控制方式，也叫反馈控制，在开环的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU，进行控制修正。在运行过程中控制系统不断进行测试和调整。使实际中空燃比保持在最佳值附近，达到最佳控制的目的。
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① 排气的温度使氧传感器足够热时，能够提供正确的电压信号，计算机将进入闭环控制模式。在闭环控制中，计算机使用氧传感器控制空燃比。
各制造厂家对闭环控制时刻的选择策略各有不同。有些系统根据氧传感器信号、节气门开度信号（TPS）、绝对压力传感器信号（MAP）或者空气流量计（MAF）信号进行确定。
② 有些系统利用一个时间计数器来判断，在发动机运行一段时间后进入闭环控制，所经历的时间长度和发动机启动时冷却液的温度传感器（ECT）信号有关。
③ 个别系统只有在冷却液温度接近79.4℃或者更高，并且氧传感器的信号也正确时才能进入闭环控制。闭环控制框图如图2-5所示。
图2-5 闭环控制框图
4 什么是空燃比控制？
空燃比是可燃混合气中空气与燃油之间的质量比，汽油发动机的最佳理论空燃比是14.7∶1，也就是说14.7份空气对1份汽油。
活塞运动所产生的能量大小与作用在活塞顶的压力有关，活塞顶上压力的大小取决于燃烧过程产生的热量，空气和燃料的完全燃烧能够获得最大热量。
为了完成燃烧过程，必须具备四个要素。
① 正确数量的空气。
② 正确数量的燃油。
③ 在一个密封的容器中进行混合。
④ 这种混合气必须在合适的时刻受到足够数量的热量的冲击。
虽然还有其他因素影响燃烧过程，但以上这四个要素是最重要的。
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空燃比不仅是影响发动机性能的主要因素，也是影响发动机以下三种污染物的生成量的主要因素。这三种污染物分别是碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）。这几种污染物都是由于不合适的空燃比所产生的。所以维持合适的空燃比是排放控制系统设计的主要目标，它最终导致了目前的计算机控制燃油喷射系统。空燃比控制示意图如图2-6所示。
图2-6 空燃比控制示意图