汽车修理技师论文—电喷发动机空气供给系统故障与维修 .doc

1 电喷发动机空气供应系统故障与维修 摘 要 电喷发动机是以ECU电控单元为核心在发动机上不同部位的各种传感器测出发动机各种不同工况下的工作参数按电控单元存储器器RAM中设定的控制程序使发动机在各种工况下都能获得最正确浓度的混合气从而使发动机获得良好的燃油经济性和排放性。空气供应系统主要由空气滤清器、空气流量计、进气压力传感器、节气门体、怠速空气调整体、谐振腔、动力腔、进气歧管等组成。发动机工作时ECU通过调节节气门的开度依次来改变进气量控制发动机的运转。进入发动机的空气经空气滤清器虑去尘埃等杂质后经空气流量计沿节气门通道进入动力腔再经进气歧管分配到各个缸中。空气供应系统一旦出现故障就会严重影响发动机的工作性能空气供应系统故障常见的现象怎样适时诊断出空气供应系统出现的故障并及时的排除使发动机稳定的工作是本文探讨的重点。 关键词电喷发动机 空气供应系统 故障 维修 绪论 电控系统的主要功用就是根据各种传感器的信号由计算机进行综合分析和处理通过执行装臵控制喷油量等使发动机油最正确性能。空气供应系统主要组成由空气滤清器、空气流量计、进气压力传感器、节气门体、怠速空气调整体、谐振腔、动力腔、进气歧管等。电喷空气供应系统的主要工作原理是发动机工作时空气经空气滤清器虑去尘埃等杂质后经空气流量计进入发动机的沿节气门通道进入动力腔再经进气歧管分配到各个缸中。ECU根据空气流量计L型或进气歧管压力传感器D型和转速传感器的信号确定空气流量在根据传感比要求即进气量就可以确定每一个循环的根本供油量然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正最后确定某一工况下的最正确喷油量。 2 ECU通过控制节气门的开度依次改变进气量控制发动机的运转。空气供应系统一旦出现故障就会严重影响发动机的工作性能致使发动机达不到理想的空燃比影响发动机的动力性和排放性。因此本着快速、准确、有效的诊断是保证汽车运行平安提高经济性减少排放和降低噪声提高维修效率、降低维修本钱并延长汽车使用寿命的前提我们要对这些故障进行及时检测分析和排除。 第一章 发动机电喷系统概述 1.1电喷系统综述 1.1.1电喷系统的新概念 电喷系统的实质就是一种新型的汽油供应系统。化油器利用空气流动时在节气门上方的喉管处产生负压将浮子室的汽油连续吸出经过雾化后输送给发动机汽油喷施系统那么是通过采用大量的传感器受各种工况根据直接或间接检测的进气信号经过计算机判断和处理计算出燃烧时所需的汽油量然后将加一定压力的汽油经喷油器喷出供发动机使用。 1.1.2 电喷系统的优缺点 电控发动机系统取消了化油器供油系统中的喉管喷油位臵在节气门的下方或缸内有计算机控制喷油器的精准喷射量。与化油器式发动机比电喷系统有以下优点 1提高了发动机的充气系数从而提高了发动机的输出功率和扭矩。这是因为电喷系统当中没有了喉管减少了进气压力损失汽油喷射是在进气歧管附近只有通过进气歧管这样可以增加进气歧管的直径增加进气歧管的惯性作用提高进气效率。 3 2根据发动机负荷的变化精准控制混合气的空燃比适应各种工况使燃烧更充分降低油耗减少排气污染而且响应速度快。 3可均匀分配到各缸燃油减少了爆震现象提高了发动机工作的稳定性同时也降低了废气排放和噪声污染。 4提高了汽车的使用性能。在寒冷的冬季化油器主喷油管易结冰上冻而电喷系统没有结冰上冻现象所以提高了冷启动性能。另外电喷系统提供的是高压供油喷出的气雾滴较小能与空气同时进入燃烧室混合因而响应速度快加速性能好。 电喷系统与传统系统相比可以使油耗降低5-15废气排放量减少20左右发动机功率提高5-10。电控系统无论从燃油经济性发动机动力性还是排气和噪声等方面都具有传统系统无法比较的优越性。电喷发动机系统的缺点就是在于价格偏高维修要求高。 1.1.3 电喷系统的组成和工作原理 按其部件功用来看电喷系统的组成主要有空气供应系统气路、燃油供应系统油路和电子控制系统电路三大局部。 1.2空气供应系统 作用为发动机提供清洁的空气并控制发动机的正常工作时的进气量。 组成由空气滤清器、空气流量计、进气压力传感器、节气门体、怠速空气调整体、谐振腔、动力腔、进气歧管等。 工作原理发动机工作时空气经空气滤清器后通过空气流量计L型节气门体进入近期总管在通过进气歧管分配给各缸。节气门体中设臵有节气门从而控制进入发动机的空气量进而控制发动机的输出功率。在节气门的外部或内部设有与主进气道并联的旁通带速进气通道并由怠速控制阀控制怠速时进气量。 L型流经怠速控制阀的空气首先经过空气流量计测量。 D型进气歧管压力传感器测量的是进气歧管内的绝对压力流经怠速控制阀的空气也在此检测范围之内。怠速控制阀由ECU直接控制。 4 1.3 燃油供应系统 作用向汽缸提供燃烧所需的燃油。 组成汽油泵、汽油滤清器、压力调节器、喷油器等。 工作原理在电控汽油喷射系统中汽油经汽油泵从油箱中泵出经汽油滤清器等输送到喷油器和冷启动喷油器调节器与喷油器并联保证油压差不变。 1.4 电子控制系统 功用根据各种传感器的信号由计算机进行综合处理分析通过执行元件控制执行使发动机具有最正确性能。 组成主要由传感器、ECU、执行器三大局部组成。 工作原理ECU根据空气流量计L型或进气歧管压力传感器D型和转速传感器的信号确定空气流量在根据传感比要求即进气量就可以确定每一个循环的根本供油量然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正最后确定某一工况下的最正确喷油量。 第二章 空气供应系统的主要装臵的结构与工作原理 电喷发动机是以电控单元为核心利用安装在发动机上不同部位的传感器测出发动机各种不同工况下的工作参数按照汽车制造厂电控单元存储器器中设定的控制程序使发动机在各种工况下都能获得最正确浓度的混合气从而使发动机获得良好的燃油经济性和排放性。空气供应系统主要由空气滤清器、空气流量计、进气压力传感器、节气门体、怠速空气调整体、谐振腔、动力腔、进气歧管等组成。有些发动机为了提高气压曾加充气量应用了涡轮增压技术和二次进气技术。发动机工作时驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度依次来改变进气量控制发动机的运转。进入发动机的空气经空气滤清器虑去尘埃等杂质后经空气流量计沿节气门通道进入动力腔再经进气歧管分配到各个缸中。 5 图2-1空气供应系统 1.空气滤清器 2.进气温度传感器 3.进气室 4.大气压力传感器 5.节气门体 6.怠速阀 2.1空气滤清器 2.1.1空气滤清器的作用 发动机在工作过程中要吸进大量的空气如果空气不经过滤清空气中悬浮的尘埃被吸入气缸中就会加速活塞组及气缸的磨损。较大的颗粒进入活塞与气缸之间会造成严重的“拉缸现象这在枯燥多沙的工作环境中尤为严重。空气滤清器装在化油器或进气管的前方起到滤除空气中灰尘、砂粒的作用保证气缸中进入足量、清洁的空气。 2.1.2空气滤清器的类型 按照滤清原理空气滤清器可分为过滤式、离心式、油浴式、复合式几种。目前发动机中常用的空气滤清器主要有惯性油浴式空气滤清器、纸质干式空气滤清器、聚氨酯滤芯空气滤清器等几种。惯性油浴式空气滤清器先后经过惯性式滤清、油浴式滤清、过滤式滤清三级滤清后两种空气 6 滤清器主要通过滤芯过滤式滤清。惯性油浴式空气滤清器具有进气阻力小能适应多尘多沙的工作环境使用寿命长等优点以前在多种型号的汽车、拖拉机的发动机上采用。但这种空气滤清器滤清效率较低、重量大、本钱高、维护不便在汽车发动机中已逐渐被淘汰。纸质干式空气滤清器的滤芯采用经过树脂处理的微孔滤纸制成滤纸多孔、疏松、折叠有一定的机械强度和抗水性具有滤清效率高、结构简单、重量轻、本钱低、保养方便等优点是目前应用最广泛的汽车用空气滤清器。聚氨酯滤芯空气滤清器的滤芯采用柔软、多孔、海绵状的聚氨酯制成吸附能力强这种空气滤清器具有纸质干式空气滤清器的优点但机械强度低在轿车发动机中使用较为广泛。后两种空气滤清器的缺点是使用寿命较短在恶劣环境条件下工作不可靠。 各种空气滤清器各有优缺点但不可防止地都存在进气量与滤清效率之间的矛盾。随着对空气滤清器的深入研究对空气滤清器?囊笠苍嚼丛礁摺昀闯鱿至艘恍滦偷目掌饲迤魅缦宋诵究掌饲迤鳌词焦瞬牧峡掌饲迤鳌掌饲迤鳌阄驴掌饲迤鞯纫月惴鞯男枰?2.1.3对滤清器的过滤要求 1.过滤精度高滤出所有较大的颗粒gt1- 2 um。 2.过滤效率高减少通过滤清器的颗粒数量。 3.防止发动机出现早期磨损防止空气流量计损坏。 4.压差低确保发动机有最正确的空燃比降低过滤损失。 5.过滤面积大容灰量高使用寿命长降低运营费用。 6.安装空间小结构紧凑。 7.湿挺度高防止滤芯出现吸瘪现象造成滤芯被击穿。 8.阻燃。 9.密封性能可靠。 10.性价比好。 11.无金属结构利于环保可再利用利于储藏。 2.2空气流量计 L型空气流量计或D型空气流量计的进气压力传感器的作用是把测得的空气量信号转换为电信号并把此电信号送给ECU 7 ECU再根据接收到的电压信号和转速信号来决定喷油量。 根据空气流量计测量原理的不同空气流量计可分为叶片式、卡门旋涡式、热式三种类型。空气流量计是EFI系统中最重要的传感器在检测和维修的时候应该特别注意切忌碰撞不要让污物进入流量计内也不能随意将手或工具伸入流量计内以免造成流量计损坏影响其测量精度。 叶片式空气流量计如图2-2它是基于力学原理的根底之上对发动机进气量进行测量它是一种传统的目前广泛应用的空气流量计叶片式空气流量计工作原理如图2-3。卡门漩涡式空气流量计具有体积小、结构简单、进气阻力小等优点日本丰田凌志LS400、日本三菱车系和韩国现代车系的多数轿车均采用卡门漩涡式空气流量计。卡门漩涡流量计按其检测方式可分为光学检测和超声波检测两种类型。热式空气流量计主要应用在20世纪80年代后生产的日本日产伯爵轿车和美国福特车系轿车热式空气流量计的主要元件是热线电阻可分为热线式和热膜式两种类型。其结构与工作原理根本相同。 图2-2叶片式空气流量计 8 1.叶片式空气流量计如上图2-2 1主要件功能缓冲片缓冲室内空气对缓冲片的阻尼作用使翼片转动平稳。旁通空气调节螺钉调节怠速时旁通空气量的大小从而调节怠速混合气的成分。电位计翼片转动的角度转换为电信号。 2工作原理如图2-3叶片全关时没有进气量产生电压信号最强叶片翻开时进气量由小变大产生电压信号有强变弱叶片全开时进气量最大产生电压信号最弱。 图2-3叶片式空气流量计工作原理 2.卡门漩涡式空气流量计 1光电式 结构与原理卡门漩涡原理流体流过涡流发生体时流体会产生系列漩涡且漩涡频率与流体流速成正比。光电式传感器由发光二极管、振动反光镜、光敏三极管组成。漩涡频率通过压力孔使振动反光镜振动光敏三极管接受因振动产生变化的光能转化为脉冲电压信号该脉冲信号与漩涡频率成正比。 2超声波式 1结构与原理卡门漩涡原理同上述超声波式传感器由超声波发射器、超声波接受器组成。漩涡频率使超声波发射器产生的超声波发生变化超声波接受器接受该超声波转化为脉冲电压信号该脉冲信号与漩涡频率成正比。 3.热线式空气流量 9 1组成测试管帕热丝温度补偿电阻控制电路板外面还有金属防护网。等。还带有自洁电路熄火后自动加热帕丝1000°C维持1s烧掉帕丝上的灰尘。 2工作原理 控制电路自动控制电桥平衡当进气量越大因进气的散热使帕热丝电阻减小电桥平衡受到破坏。控制电路自动增大电流增大帕热丝电阻使电桥重新恢复平衡。因电路中电流的增大使精密电阻的电位增大。该电位与进气量成正比作为进气量信号电压传输给发动机ECU。 图2-4热线式空气流量计工作原理 4.膜式空气流量计组成及原理工作原理与热线式相同热膜帕金属片固定在树脂薄膜上。优点是提高可靠性和耐用性不粘附灰尘。 2.3节流阀体节气门体 节气门体包括控制进气量的节气门通道和怠速运行的空气旁通通道。节气门位臵传感器也装在节气门轴上用来检测节 10 气门开度并把这个开度信号及时传给ECU。当减速时节气门由开到全闭有时会导致发动机的冲击和熄火为了防止这种情况在节气流阀体上装有使节气门缓慢回位的缓冲器。 节气门体位于空气流量计和发动机之间的进气管上与驾驶员的加速踏板联动即踩下踏板时节气门开度增大松开加速踏板即油门踏板那么?谄抛远匚淮佣刂平康拇笮】刂破翟硕龅谋浠?为了改善节流阀的低温使用性能特别是在寒冷地区为了防止节流阀轴和阀的转动部位结冰在一些发动机中的节流阀体的外围设臵了发动机冷却水通道以便加热节流阀体。 发动机怠速时节气门处于全关闭位臵。怠速运转所需的空气量流经旁通通路在旁通通道中安装了能改变通路面积的怠速调整螺钉以调整怠速时的空气流量从而调整怠速工况运行状况调整怠速运转。 2.4空气阀 空气阀的作用是增加发动机冷态时的进气量以提高怠速转速加快预热过程并提高发动机的冷启动能力。由于在冷启动时发动机温度低摩擦阻力大暖车预热时间长为了减短这段时间使发动机快速进入热车状态通过空气阀向发动机提供额外的空气使发动机转速增加当暖车后空气阀的空气立即被切断发动机吸入的空气改由节气流阀体旁通通道供应使发动机在通常的工况下稳定运转。一般来说常用的空气阀有双金属型和石蜡型两种。 1双金属片式空气阀 发动机开始运转时温度低空气阀处于开启状态空气由空气阀进入进气总管。此时节气门虽然是关闭的但进气量比较大怠速转速高。与发动机启动同时加热线圈上就有电流经过双金属片被加热后变形并慢慢向箭头方向移动空气阀通路逐渐关闭。此时在启动后经过一定的时间发动机转速慢慢降低直到正常怠速运转。 2石蜡式空气阀 发动机冷却水温度较低时石蜡收缩阀在弹簧a的作用下翻开使空气由空气阀进入进气总管。随着冷却水温度的升高石蜡膨胀推动弹簧b使阀门关闭由于弹簧b比弹簧a 11 刚度大所以阀体是逐渐关闭的使发动机的转速缓慢的降低到正常怠速运转。冷却水的温度到达80°以后阀门总是关闭状态发动机在正常怠速下运行。 2.5进气歧管 在谈到进气歧管之前我们先来想想空气是怎样进入引擎的。在引擎概论中我们曾提到活塞在汽缸内的运作当引擎处于进气行程时活塞往下运动使汽缸内产生真空也就是压力变小好与外界空气产生压力差让空气能进入汽缸内。举例来说大家都应该有被打过针也看过护士小姐如何将药水吸入针桶内吧假想针桶是引擎那么当针桶内的活塞向外抽出时药水就会被吸入针桶内而引擎就是这样把空气吸到汽缸内的。 由于进气端的温度较低复合材料开始成为热门的进气歧管材质其质轻那么内部光滑能有效减少阻力增加进气的效率。 进气歧管位于节气门与引擎进气门之间之所以称为歧管是因为空气进入节气门后经过歧管缓冲统后空气流道就在此分歧了对应引擎汽缸的数量如四缸引擎就有四道五缸引擎那么有五道将空气分别导入各汽缸中。以自然进气引擎来说由于进气歧管位于节气门之后所以当引擎油门开度小时汽缸内无法吸到足量的空气就会造成歧管真空度高而当引擎油门开度大时进气歧管内的真空度就会变小。因此喷射供油引擎都会在进气歧管上装设一个压力计供应ECU判定引擎负荷而给予适量的喷油。 歧管真空不只可用来供应判定引擎负荷的压力讯号还有许多用处呢如煞车也需要利用引擎的真空来辅助所以当引擎发动后煞车踏板会轻盈许多就是因为有真空辅助的缘故。还有某些形式的定速控制机构也会利用到歧管真空。而这些真空管一旦有泄漏或者不当改装会造成引擎控制失调也会影响煞车的作动所以奉劝读者尽量不要于真空管上作不当的改装以维护行车的平安。 进气歧管的设计也是大有学问的为了引擎每一汽缸的燃烧状况相同每一缸的歧管长度和弯曲度都要尽可能的相同。由于引擎是由四个行程来完成运转程序所以引擎每一缸会以脉冲方式进气依据经验较长的歧管适合低转速运转而较 12 短的歧管那么适合高转速运转。所以有些车型会采用可变长度进气歧管或连续可变长度进气歧管使引擎在各转速域都能发挥较佳的性能。 2.6 怠速控制阀ISCV 怠速控制阀又叫怠速电控阀是由ECU控制的它不仅集中了节气门和怠速调整螺钉控制的旁通气道功能而且在ECU的控制下能够根据发动机的实际工况变化来改变怠速时流入发动机的空气量使发动机在不同工况下都能够以最正确怠速转速运转。常见的怠速控制阀有步进电机式和脉冲电磁阀式两种。 1怠速进气量的控制方法 1旁通空气式。 1特点怠速时节气门完全关闭怠速进气量由怠速控制阀控制的旁通空气道提供。 2怠速控制阀的类型步进电机型旋转电磁阀型占空比控制电磁阀型开关控制电磁阀型。 2节气门直动式怠速进气量由节气门较小的开度提供不设旁通空气道。节气门在怠速状态的开度大小由发动机ECU通过怠速电机控制。 2. 步进电机型怠速控制阀 1组成有永磁转子锥阀调节螺杆壳体定子线圈定位弹簧等。 2步进机工作原理如图2-5 定子相线按1-2-3-4顺序搭铁定子N极逆时针移动转子逆时针步进。定子相线按1-4-3-2顺序搭铁定子N极顺时针移动转子顺时针步进。转子转动一圈分为4个步级进行每级步进90°。 13 图2-5步进机工?髟?第三章 空气供应系统的故障与维修 3.1 节气门体的故障与维修 节气门是在进气的管道中参加一组蝴蝶阀利用阀片旋转角度不同、开口不同的方式控制进气量进一步控制引擎的动力。现在车辆多采用电子节气门设计可由引擎控制模块进行精确的控制让输出提高、油耗下降。 新鲜空气自进气道、空气滤清器一路往引擎前进下一个会碰到的就是节气门也就是俗称的油门。这是整个引擎唯一由驾驶人所控制的机构在化油器引擎中这个任务那么由化油器担任而在喷射供油引擎中节气门阀体取代了化油器。在采用了喷射供油系统后燃油直接在进气门前由喷射器射出节气门阀体便少了使燃油与空气混合的任务。但为了能精确控制油气混合节气门阀体机构并不比化油器简单。 14 一个典型的节流阀体应具备主进气道及节流阀而节流阀是由一弹簧控制当驾驶者未踩下油门时节流阀处于关闭状态使大局部的空气被排除在阀门外而当驾驶踏下油门踏板时油门拉线便会拉动节流阀弹簧使阀门翻开让空气从主进气道进入引擎中。除此之外还有一个节流阀感知器来把节流阀开度转成电子讯号使得引擎监理系统 ECU 能依据油门开度来控制燃油喷量。 节流阀体上还有一个怠速控制阀是由一步进马达控制引擎ECU会在冷车、启闭冷气、空档与D档变换等时机控制怠速马达的作动以调整引擎怠速之适宜的进气量。 传统的节流门 油门 是以油门拉线采机械方式驱动然而为了全车控制的整体性许多新推出的车型已采用了电子控制的节流阀 电子油门。 3.2空气流量计故障与维修 电子控制燃油喷射系统的ECU有故障存储功能它将各传感器及执行元件的工作情况汇总起来并与电脑内存储的固定程序进行比较如其误差超出规定范围即作为故障存储。维修人员可通过故障阅读器检测仪读到具体故障情况。这里存在一个相似故障的分辨问题如空气流量计信号与氧传感器信号发生矛盾电脑将怎样输出下面举例说明。 故障1 捷达20V怠速不稳局部负荷冒黑烟有时换挡熄火。 检测过程电脑内故障存储为空气流量计故障但具体检测空气流量计电路时情况正常更换空气流量计故障依旧更换电脑后冷车正常热车后故障依旧。这时用VAG1551故障诊断仪再检测全车数据块发现08数据组第7组第2区氧传感器电压变化频率慢。正常变化每分钟20.