大众发动机电控燃油喷射系统故障诊断及排除论文

大众发动机电控燃油喷射系统故障诊断及排除论文 大众发动机电控燃油喷射系统故障诊断与排除 【摘要】:本文从发机的基础知识入手～以我们最常见的、应用较广泛的电控燃油喷射系统为例～较系统地介绍了汽油电控燃油喷射技术的发展历程～汽油电控燃油喷射系统的类型、结构组成、工作原理～并介绍奥迪轿车、桑塔纳轿车、捷达王轿车故障诊断与维修实例,具有较强实用性。 [关键词]:电控燃油喷射系统 故障现象 故障排除 引言 随着社会的飞速发展，科技的不断进步，电子技术发迅速发展起来。汽车在人们生活中已是不可缺少的一部分，随着汽车的不断增多，汽车的排放已成为一个严重问题，汽车排放法规逐步严格、燃油价格不断上涨，采用电子控制技术使汽车满足最新法规的。因此电喷系统在汽车上得到了普及和应用。使用电喷技术的发动机能保证进入各缸的混合气的质和量都比较均匀，其中电控单元可以根据各传感器所提供的信号快速精确的修正供油量，减少HC的排放，降低油耗。 电控燃油喷射系统在汽车上的大量应用，大幅度提高了汽车的综合性能，但由于结构复杂，电控汽车的使用和检修问题就日益突出，因此正确使用、维护、保持电控发动机良好的技术状态显得十分重要。 1电控汽油喷射系统的发展史 上个世纪六十年代以前，汽车燃油系统大多使用构造简单的化油器，随着汽车工业的飞速的发展，汽车在六十年代急剧增长，传统的化油器混合气调节不精确，汽车尾气废气含量过高(CO;HC;NO化合物)，对大气污染严重，因此西方各国家都制定了汽车排放法规法案。同时受能源危机冲击，以及电子及技术，计算机技术等飞速发展，促进了电子燃油控制喷射发动机的诞生。发动机燃油喷射系统自诞生以来，经历了从晶体管，集成电路到微机控制，从模拟计算机到数字计算机控制的发展过程，正朝微型化，微集成化，模块化，智能化薇电脑集中控制方向发展。 2电控燃油喷射系统简介 电控燃油喷射系统(Electronic Fuel Injection)简称EFI,它是电控单元(ECU)控制为中心，利用安装在发动机不同位上的各种传感器，测出发动机在不同工况下的工作参数，按照汽车制造厂在电控单元储存器中设定的控制程序，通过控制喷油器，精确的控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，从而使发动机获得良好的经济性和排放性，从而提高汽车的使用性能。 3电控燃油喷射系统的功用 现代汽车发动机电子控制燃油喷射系统EFI(Electronic Fuel Injection)简称电控燃油喷射系统，它的主要功能是控制汽油喷射、电子点火、怠速、排放、进气增压、发电机负荷、巡航、警告指示、自我诊断与报警、安全保险、备用功能。 4电控汽油喷射系统的分类 电喷系统发展至今，已有多种类型。根据其结构特点分为以下几种类型。 按系统控制模式分类 在发动机电喷控制系统中，按系统控制模式可分为开环控制和闭环控制两种类型。 a(开环控制 就是把根据试验确定的发动机各种运行工况所对应的最佳供油量的数据事先存入计算机中，发动机在实际运行过程中，主要根据各个传感器的输入信号，判断发动机所处的运行工况，再找出最佳供油量，并发出控制信号。 b(闭环控制 闭环控制系统又称为反馈控制系统，其特点是加入了反馈传感器，输出反馈信号，反馈给控制器，以随时修正控制信号。 闭环控制系统在排气管上加装了氧传感器，可根据排气管中氧含量的变化，测出发动机燃烧室内混合气的空燃比值，并把它输入计算机中再与设定 的目标空燃比值进行比较，将偏差信号经功率放大器放大后再驱动电磁喷油器喷油，使空燃比保持在设定的目标值附近。因此，闭环控制可达到较高的空燃比控制精度，并可消除因产品差异和磨损等引起的性能变化对空燃比的影响，工作稳定性好，抗干扰能力强。 采用闭环控制的燃油喷射系统后，可保证发动机在理论空燃比(14.7)附近很窄的范围内运行，使三元催化转换装置对排气的净化处理达到最佳效果。 但是，由于发动机某些特殊运行工况(如启动、暖机、加速、怠速、满负荷等)需要控制系统提供较浓的混合气来保证发动机的各种性能，所以在现代汽车发动机电子控制系统中，通常采用开环与闭环相结合的控制方式。 2) 按喷油实现的方式分类 在发动机电子控制系统中，按喷油实现的方式进行分类，可分为机械式、机电混合式和电子控制式三种燃油喷射系统。 a.机械式燃油喷射系统(K系统)如图1-1 b.机电混合式燃油喷射系统(KE 系统)如图1-2 由于前两种系统在现在汽车中不在使用，故不做介绍。 c(电子控制式燃油喷射系统如图1-3 燃油的计量通过电控单元和电磁喷油器来实现。 该系统采用了全电子控制方式，即电子控制单元通过各种传感器来检测发动机运行参数(包括发动机的进气量、转速、负荷、温度、排气中的氧含量等)的变化，再由ECU根据输入信号和数学模型来确定所需的燃油喷射量，并通过控制喷油器的开启时间来控制喷入气缸内的每循环喷油量，进而达到对气缸内可燃混合气的空燃比进行精确配制的目的。 电子控制式燃油喷射系统在发动机各种工况下均能精确计量所需的燃油喷射量，且稳定性好，能实现发动机的优化和优化控制。因此，它在汽油喷射系统中被广泛应用。 图1-1 K型机械式汽油喷射系统结构示意图 1—燃油箱;2—电动燃油泵;3—蓄能器;4—燃油滤清器;5—混合气调节器; 5a—燃油分配器; 5b—空气流量传感板;5c—压力调节阀;6—暖机调节器;7—节气门;8—怠 速调节螺钉; 9—冷启动阀;10—总进气管;11—喷油器;12—温度时间开关;13—辅助空 气阀。 图1-2 KE型机械式汽油喷射系统结构示意图 1—燃油箱;2—电动燃油泵;3—蓄压器;4—燃油滤清器;5—电-液压力调节 器;6—燃油量分配器; 7—燃油压力调节器;8—电位计;9—空气流量计;10—节气门开关;11—冷 启动阀; 12—温度时间开关;13—喷油器;14—水温传感器;15—控制器(微机);16— 补充空气滑阀。 图1-3 L-Jetronic总体结构示意图 1—燃油箱;2—电动燃油泵;3—燃油滤清器;4—燃油压力调节器;5—喷油 器;6—冷启动阀; 7—电子控制器;8—空气流量计;9—温度时间开关;10—冷却液温度传感器;11—发动机转速信号;12—节气门开关;13—补充空气滑阀;14—怠速调节 螺钉;15—混合气调节螺钉;16—氧传感器。 3) 按喷油器数目分类 在发动机燃油喷射控制系统中，按喷油器数目进行分类，又可分为单点喷射(Single-Point Injection，SPI)和多点喷射(Multi-Point Injection，MPI)两种形式。 单点喷射与多点喷射的区别如图1-4所示。 (a) (b) 图1-4 单点喷射(a)与多点喷射(b) a( 单点喷射(SPI) 单点喷射在现在汽车中以很少使用，故不做介绍。 b( 多点喷射(MPI) 多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只喷油器，由电控单元(ECU)控制顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射，汽油直接喷射到各缸的进气门前方，再与空气一起进入气缸形成混合气。多点喷射又称为多气门口喷射(MPI)或顺序燃油喷射(SFI)，或单独燃油喷射(IFI)。 显然，多点燃油喷射避免了进气重叠，使得燃油分配均匀性较好，从而提高了发动机的综合性能。 同时，由于它的控制更为精确，使发动机无论处于何种状态，其过渡过程的响应及燃油经济性都是最佳的。但是，多点喷射系统结构复杂，成本高，故障源也较多。从发展趋势看，由于电子技术日益成熟，法规的日益严格，多点喷射系统由于其性能卓越而将占主导地位。 目前，多点喷射系统不仅为高级轿车和赛车所采用，而且一些普通车辆也开始采用。 由于多点喷射系统是直接向进气门前方喷射，因此，多点喷射属于在气流的后段将燃油喷入气流，属于后段喷射。 4) 按喷油器的喷射方式分类 在发动机电子控制系统中，按喷油器的喷射方式可分为连续喷射和间歇喷射两种形式 a( 连续喷射 喷油器稳定连续地喷油，其流量正比于进入气缸的空气量，故又称为稳定喷射。 在连续喷射系统中，汽油被连续不断地喷入进气歧管内，并在进气管内蒸发后形成可燃混合气，再被吸入气缸内。由于连续喷射系统不必考虑发动机的工作时序，故控制系统结构较为简单。德国博世公司的K系统和KE系统均采用了连续喷射方式。 b( 间歇喷射 又称为脉冲喷射或同步喷射。其特点是喷油频率与发动机转速同步，且喷油量只取决于喷油器的开启时间(喷油脉冲宽度)。因此，ECU可根据各种传感器所获得的发动机运行参数动态变化的情况，精确计量发动机所需喷油量，再通过控制喷油脉冲宽度来控制发动机各种工况下的可燃混合气的空燃比。 由于间歇喷射方式的控制精度较高，故被现代发动机集中控制系统广泛采用。 如图1-5所示，间歇喷射又可细分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种形式。 (a) 同时喷射 (b) 顺序喷射 (c) 分组喷射 图1-5 间歇喷射三种形式 ? 同时喷射是指发动机在运行期间，各缸喷油器同时开启、同时关闭。 ? 分组喷射是将喷油器按发动机每工作循环分成若干组交替进行喷射。 ? 顺序喷射则是指喷油器按发动机各缸的工作顺序依次进行喷射。 顺序喷射是缸内喷射和进气管喷射都可采用的喷射方式。相比而言，由 于顺序喷射方式可在最佳喷油情况下，定时向各缸喷射所需的喷油量，故有利于改善发动机的燃油经济性。但要求系统能对待喷油的气缸进行识别，同时要求喷油器驱动回路与气缸的数目相同，其电路较复杂，多在高档轿车发动机控制系统中采用。 5) 按喷油器的喷射部位分类 在发动机电子控制系统中，按喷油器的喷射部位进行分类，又可分为缸内喷射和缸外喷射两种形式。 a( 缸内喷射 它是将喷油器安装于缸盖上直接向缸内喷油，因此需要较高的喷油压力(3到12MPa)。由于喷油压力较高，故对供油系统的要求较高，成本也相应较高。同时由于要求喷出的汽油能分布到整个燃烧室，故缸内喷油器的布置及气流组织方向比较复杂，同时发动机设计时需保留喷油器的安装位置，使发动机的结构设计受到限制，在过去的机械式汽油喷射系统中，尚有这一类型的例子，但现在已经不使用了。 b(缸外喷射 它是指在进气歧管内喷射或进气门前喷射。在该方式中，喷油器被安装于进气歧管内或进气门附近，故汽油在进气过程中被喷射后与空气混合形成可燃混合气再进入气缸内。理论上，喷射时刻设计在各缸排气行程上止点前70?左右为佳。喷射方式可以是连续喷射或间歇喷射。 相比而言，由于缸外喷射方式汽油的喷油压力(0.1到0.5MPa)不高，且结构简单，成本较低，故目前应用较为广泛。 6) 按空气量的检测方式分类 在发动机电子控制系统中，根据空气进气量的检测方式，可分为直接检测方式和间接检测方式两种。 直接检测方式称为质量-流量方式(如K型、KE型、L型、LH型等)，间接检测方式又可分为速度-密度方式(如 D 型)和节气门-速度方式。 由于空气在进气管内的压力波动，故该方法的测量精度稍差。 L型EFI系统是用空气流量计直接测量发动机吸入的空气量，其测量的准确程度高于D型，故可更精确地控制空燃比。 常用的空气流量计有以下几种: (1) 叶片式空气流量计(测量体积流量)图1-3或称为翼板式空气流量计; 图1-6 叶片式放前面电控汽油机燃油喷射系统 (2) 卡门旋涡式空气流量计(测量体积流量); (3) 热线式空气流量计(测量质量流量); (4) 热膜式空气流量计(测量质量流量)。 热线式电控汽油机燃油喷射系统可以直接测量进入气缸内空气的质量，将该空气的质量转换成电信号，输送给 ECU，由 ECU根据空气的质量计算出与之相适应的喷油量，以控制最佳空燃比。 D、L型系统均采用多点间歇脉冲喷射方式，配用这两种系统的发动机可获得良好的综合性能，目前，在汽油发动机上得到广泛应用。 5电控汽油喷射系统的工作原理 电控汽油喷射系统工作原理框图，如图2-4所示。 图2-4 电控汽油喷射系统原理框图 1—发动机工作参数;2—传感器;3 —电控单元;4—喷油器 喷油器喷射到进气歧管中的汽油量，由喷油器喷孔的横断面面积，汽油的喷射压力和喷油持续时间来决定。为了便于控制，在实际的喷油控制系统中，喷孔的横断面面积和喷油压力都是恒定的，汽油的喷射量只取决于喷油持续时间。喷油器的喷孔由电磁阀来开闭，电磁阀的开启时刻(喷油开始时刻)和开启延续时间(喷油持续时间)的长短，由发动机的各种参数确定。 传感器将发动机各种非电量的工况参数(如转速、负荷、发动机冷却水及进气温度、空气流量、曲轴转角、节气门开度等)转变为电信号，并把这些信号以信息形式送入电控单元(ECU)，再经电控单元转化为长短不一的电脉冲信号传到喷油器，控制喷油器打开时刻及延续时间长短，使之准确地工作。 EFI系统的工作过程即是对喷油时间的控制过程。装用EFI系统的发动机具有良好的动力性、经济性，排放污染大为降低，这都缘于空燃比的精确控制。而这种空燃比的控制是通过对汽油喷射时间的控制实现的。ECU通过绝对压力传感器(D型EFI)或空气流量计(L型EFI)的信号计量空气质量，并根据计算出的空气质量与目标空燃比比较即可确定每次燃烧所必需的燃料质量。 目标空燃比即实际充入气缸的空气质量与燃烧所需要的燃料量的比值。根据空气质量和发动机转速计算出的喷油时间称为基本喷油持续时间。目标空燃比是在考虑了发动机的动力性、经济性、响应性、排气净化等之后决定的，它所要求的喷油时间与基本喷油时间有差异，各种传感器检测冷却水温度、进气温度、节气门开度等与发动机工况有关的参数后，对基本喷油持续时间进行修正，确定最佳喷油持续时间，使实际喷油持续时间接近由目标空燃比确定的喷油持续时间。 大众轿车电控燃油喷射系统的故障诊断与检修 实例一: 故障现象: 一桑塔纳轿车发生在行驶时常常能听到消声器放炮的声音，尤其是在加速时更明显。 故障诊断分析过程: 消声器放炮主要是混合气过浓或个别缸断火所造成。其原因有:点火过迟;点火提前角过大;废气再循环系统工作不正常(EGR阀打开太早等)。 故障排除: (1)读取故障码，根据故障码表找出故障原因，并予以排除。 (2)检查点火正时及控制系统是否正常。 (3)检查冷起动喷油器和冷起动正时开关是否正常。 (4)检查燃油压力是否过高，若不正常，再注意检查油压调节器。 (5)检查喷油器的泄漏是否超过。 (6)检查火花塞间隙是否正常。必要时检查气缸压力和气门间隙。 (7)用电压表和电阻表检查电控电路，主要检查喷油信号是否正常。 案例2 故障现象: 一辆奥迪A6L 2.0T行驶里程为4.5万km时发动机怠速抖动，伴随轻微喘气 故障诊断分析过程: 首先用电脑检测发动机系统发现没有任何故障，分析是否有漏气的地方更换了废弃压力限制阀，故障没有解决，然后怀疑是不是喷油嘴轻微堵塞，清洗了喷油嘴，故障仍然没有解决，然后分析是否有外部负荷不稳定的设备，首先考虑发电机，断掉发电机的电源线后故障不见了，可以确定是发电机带来的负荷不稳定，后经客户反应此车一直处于溃电状态，后检查电瓶负极的螺母没有了，导致发电机负荷不稳定怠速抖动。紧固螺母冲一晚上电后故障排除。 故障排除: 紧固电瓶负极螺母，充满电后故障排除。 实例3 故障现象: 一辆捷达王轿车，在天冷时无法起动 故障诊断分析过程: 首先进行基本检查。检测发动机的燃油压力和气缸压力在正常范围内;检查喷油嘴，均能按顺序正常工作;检查配气相位、点火时以及火花塞的跳火情况，也都没有发现问题。用故障诊断仪检测发动机ECU，无故障码输出。 通过一系列检查，发动机有油、有火，就是不能起动，到底是什么原因呢,过读取该车静态发动机数据发现，发动机ECU输出的冷却液温度为105?，而此时发动机的实际温度只有1?，很明显，发动机ECU所收到的水温信号是错误的，说明水温传感器出现了问题。仔细询问车主才知道，他前一天曾在发动机很热的情况下冲洗过发动机，这恰恰是引起此故障的关键。为了进一步确定自己的判断，笔者又用万用表测量了水温传感器。果然不出所料，水温传感器既没有断路，也没有短路，但由于车主的错误操作，使它输出的信号失真了 故障排除: 将已损坏的水温传感器更换后，故障排除 案例4 一辆朗逸1.6T汽车在外面维修厂换过空滤后，发动机冷车启动困难，怠速和低速正常，但没有高速，没有超速挡。 故障诊断分析过程: 换空气滤清器前汽车行驶正常，换完后空气滤清器的滤芯后没有高速和超速挡，这时应检查新换的滤芯网是否过密，过密会造成发动机进气不畅，充气系数不足，而导致上述故障，空气滤芯过脏也会造成相同故障，师傅在进气系统上连接真空表，迅速将加速踏板完全踩到底，在节气门全开的瞬间真空度应小于10kpa，如果节气门全开的瞬间进气系统的真空度高于15kpa,说明进气受阻。 故障排除: 更换正品的空气滤芯即可排除故障，必须使用正品滤芯，副品滤芯过密会造成发动机进气系数不足。 案例5 故障现象: 一辆老款帕萨特2.0T 怠速转速正常，高速时感觉跟不上油，行驶中慢慢熄火，熄火后马上起动时起动不着，停一会再起动就可以顺利起动，在路试中检查燃油压力，油压保不住。 故障诊断分析过程: 起动不着，停一会就可以顺利起动，表明燃油箱过脏，怠速和中速时需 要油量相对较少，尽管燃油滤清器部分赌塞，仍可以正常供油，大负荷时发动机所需油量明显增加，无法满足供油，导致发动机动力不足。在燃油管路上连接燃油压力表进行路试，试车过程中如果油压保持不住，表明燃油管路过脏。燃油管路过脏也是燃油箱过脏。 故障排除; 彻底清洗燃油箱和燃油管路，更换新的燃油滤清器即可排除故障。 结束语 通过本次的校外实训总结，短短的几个月还有很多不足之处，还有有待去研究发现问题，通过做这次毕业论文的撰写，使我对大学三年的学习有了更进一步的认识，也更加系统的考核了我对所学专业知识的掌握程度及运用能力。在完成这次毕业论文撰写的过程中我查阅了大量的，与同学进行交流。在不断的收集资料、整理资料、总结资料再整理之后终于完成了这次的毕业论文。总之通过这次毕业设计真是让我受益匪浅。同时我对未来的汽车行业也充满了信心。 电控燃油喷射系统在汽车上的大量应用，大幅度提高了汽车的综合性能，但由于结构复杂，电控汽车的使用和检修问题就日益突出，因此正确使用、维护、保持电控发动机良好的技术状态显得十分重要。 [1]曲金玉，崔振民.汽车电器与电子控制技术[M].北京:北京大学出版社，2006. [2]迟瑞娟，李世雄.汽车电子技术[M].北京:国防工业出版社，2008. [3]李春明.汽车发动机电控燃油喷射技术[M]. 北京:国防工业出版社，2009. [4]车胜创.奥迪系列轿车维修技术[M].济南:山东科学技术出版社，2000