02进气系统教案

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第二节进气系统

（一）进气系统的组成与型式

进气系统是测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量的。其组成是由测量空气流量的方式决定的，根据测量空气流量的方式不同，进气系统有质量流量式的进气系统（用于L型EFI 系统）、速度密度式的进气系统（用于D型EFI系统）和节流速度式的进气系统三种。

（二）进气系统主要零部件的结构

1、空气滤清器

电控汽油喷射发动机的空气滤清器与一般发动机的空气滤清器相同，注意安装方向。

2、空气流量计

目前汽车上所用的空气流量计主要有叶片式空气流量计、卡门涡旋式空气流量计、热线式空气流量计和热膜式空气流量计等四种。

（1）叶片式空气流量计

图1-6所示是叶片式空气流量计的结构，图1-7所示是叶片式空气流量计的空气通道，图1-8所示是叶片式空气流量计的电位计部分结构。

叶片式空气流量计由测量板（叶片）、缓冲板、阻尼室、旁通气道、怠速调整螺钉、回位弹簧等组成，此外内部还设有电动汽油开关及进气温度传感器等。

当吸入空气推开测量板的力与弹簧变形后的回位力相平衡时，测量板即停止转动。用电位计检测出测量板的转动角度，即可得知空气流量。

叶片式空气流量计电位器的内部电路如图1-10所示，电位计检测空气量有电压比与电压值两种方式。在VB端子上加有蓄电池电压而形成电压VC，那么，检测出来的是VB-E2与VC-VS的电压比。如表1-1中的图所示。电压值的检测方法为：吸入空气量∝随电位计动作变化的电压值。

当在VC点加上一定的电压（+5V）时，电位计滑动触头的动作随吸入空气量变化，VS-E2间的电压变化直接作为吸入空气量信息，把滑动触头电压值送入电控单元并进行A/D变换，即可以数字信号输出检测结果。滑动触头电压与吸入空气量成正比，呈线性关系。

表1-1为以电压比与电压值两种检测方式的对比表。

由于电路设计上的不同，叶片式空气流量计的电压输出形式有两种，一种是电压值Us 随进气量的增加而升高；另一种则是电压值Us随进气量的增加而降低，如图1-11所示。

（2）卡门旋涡式空气流量计

卡门旋涡式空气流量计与叶片式空气流量计相比，具有体积小、重量轻、进气道结构简单、进气阻力小等优点。

卡门旋涡式空气流量计的结构按照旋涡数的检测方式不同，可以分为反光镜检测方式卡门旋涡式空气流量计和超声波检出方式卡门旋涡式空气流量计两种。

由于卡门旋涡式空气流量计，没有可动部件，反应灵敏，测量精度高，所以现在被广泛采用。卡门旋涡式空气流量计与叶片式空气流量计直接测得的均是空气的体积流量，因此在空气流量计内均装有进气温度传感器，以便对随气温而变化的空气密度进行修正，从而正确计算出进气的质量流量。

（3）热线式空气流量计

热线式空气流量计有三种形式：一种是把热线和进气温度传感器都放在进气主通路的取样管内，称为主流测量式，另一种是把热线缠在绕线管上和进气温度传感器都放在旁通气路内，称为旁通测量式，这两种热线式空气流量计为了将热线温度与进气温度的温差维持恒定，都设有控制回路，如果热线因吸入的空气而变冷，则控制回路可以增加供给热线的电流，以使热线与进气的温度差恢复到原来恒定的状态。第三种是发热体不是热线而是热膜，即在热线位置放上热膜，发热金属膜固定在薄的树脂膜上，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，以延长使用寿命。

热线式空气流量计长期使用后，会在热线上积累杂质，为了消除使用中电热线上附着的胶质积炭对测量精度的影响，为此在流量计上采用烧净措施解决这个问题。每当发动机熄火时（或起动时），ECU自动接通空气流量计壳体内的电子电路，加热热线，使其温度在1s内升高1000℃。由于烧净温度必须非常精确，因此在发动机熄火4s后，该电路才被接通。

由于热线式空气流量计测量的是进气质量流量，它已把空气密度、海拔高度等影响考虑在内，因此可以得到非常精确的空气流量信号。

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3 进气歧管压力传感器

图1-15所示为真空膜盒式进气歧管压力传感器的结构图，该传感器由真空膜盒（两个）、随着膜盒膨胀和收缩可左右移动的铁心、与铁心连动的差动变压器，以及在大气压力差作用下，可在膜盒工作区间进行功率档与经济档转换的膜片构成，传感器被膜片分为左右两个气室。

该传感器的主要元件是一片很薄的硅片，外围较厚，中间最薄，硅片上下两面各有一层二氧化硅膜。在膜层中，沿硅片四边，有四个应变电阻。在硅片四角、各有一个金属块，通过导线和电阻相连。在硅片底面粘接了一块硼硅酸玻璃片，使硅膜片中部形成一个真空窗以感传感压力，如图1-17a所示。传感器通常用一根橡胶管和需要测量其中压力的部位相联。

硅片中的四个电阻连接成惠斯登电桥形式，如图1-17b所示，由稳定电源供电，电桥应在硅片无变形时调到平衡状态。当空气压力增加时，硅膜片弯由，引起电阻值的变化，其中R1和R4的电阻增加，而R2、R3的电阻则等量减少。这使电桥失去平衡而在AB端形成电位差，从而输出正比于压力的电压信号。

4、节气门体

（1）多点式（MPI）节气门体

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，是使进气通道变化，从而控制发动机运转工况的装置，图1-18所示为节气门体的外观和结构原理图。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道，节气门位置传感器也装在节气门轴上，用来检测节气门开度。有的节气门体上装有石蜡式空气阀或节气门回位缓冲器。为避免冬季空气中的水分在节气门体上结冰，有的还将发动机冷却水流经该总成，如图1-18a所示。

节气门的开度大小由发动机输出功率来决定，在发动机输出功率最大时，要求节气门具有不会使发动机输出功率下降的通道面积，节气门通路面积和输出功率的关系，如图1-19所示。

节气门开度随加速踏板踏下量的变化特性，与传动系统有关，应由发动机的输出功率和车辆匹配的最佳特性来决定。检测节气门开度的节气门位置传感器，安装在节气门轴的一端。节气门位置传感器的输出信号用于各种控制。

（2）单点式（SPI）节气门体

SPI式节气门体较MPI式节气门体结构复杂，主要是在SPI式节气门体内还装有集中供油用的主喷油器、压力调节器和节气门位置传感器。主喷油器只有一个，它装在节气门壳体的上部，所喷出的燃油要供给发动机各缸使用，图1-20所示是SPI式节气门体结构图。

5、空气阀

发动机冷车起动时，温度低，摩擦阻力大，暖机时间长。空气阀的作用是在发动机低温起动时，可通过空气阀为发动机提供额外的空气（此部分空气也由空气流量计计量），保持发动机怠速稳定运转，使发动机起动后迅速暖车，从而缩短暖车时间。空气阀一打开，发动机吸入的空气量就能被空气流量计测出，把该信号传给ECU，从而使喷油器的喷油量也增加，做到在低温下顺利起动发动机。发动机完成暖机运转之后，流经空气阀的空气即被切断，发动机吸入的空气改由节气门体的旁通通路供给，使发动机在通常的怠速工况下稳定运转，由空气阀构成的空气通道如图1-21所示。

空气阀按其结构和动作方式可分为两种：一种是利用加热线圈引起的变位原理，使阀工作的双金属片调节式；另一种是利用发动机冷却水热量引起的石蜡胀缩原理，使阀工作的石蜡型。

（1）双金属片式空气阀

双金属片式空气阀的结构及工作如图1-22所示，它由双金属元件、加热线圈和空气闸阀等组成，旁通空气管路截面积的大小由双金属片控制回转控制阀门来决定。当温度低或无电流通过加热线圈时，阀门总是打开的，在发动机冷起动时，旁通空气道全开，管路截面积最大。发动机起动后，空气通过节气门的旁通气道经空气阀进入进气总管。此时虽然节气门是关闭的，但进气量较大，怠速转速较高。在发动机起动的同时，加热线圈上就有电流流过，随着发动机温度的升高和加热线圈加热时间的增长，双金属片逐渐弯曲变形，带动回转控制阀门旋转，逐渐关闭旁通气道，从而降低发动机的怠速转速。暖机后，双金属片不仅受电加热，还受发动机的热量加热，使阀门保持关闭，发动机处于正常怠速工作，当热机再起动时，阀门保持关闭，以免发动机快怠速运行。所以该空气阀应安装在能代表并感受发动机温度的部位，不但能保证在发动机暖机时双金属片同时受加热线圈和发动机热量的加热，而且能在热机起动时，机体的热量仍能使阀门关闭，避免发动机怠速转速过高。

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（2）石蜡调节式空气阀

石蜡调节式空气阀，根据发动机冷却水温度，控制空气通路面积。控制力来自恒温石蜡的热胀冷缩，而热胀冷缩的值随周围温度而变化。采用这种形式的空气阀，导入发动机冷却水是必要的，为了简化结构，大多采用与节气门体加热共用的冷却水管路一体化结构，图

1-24a所示是这种一体化结构的总体构成。

当发动机处于低温状态时，冷却水温度低，石蜡体积收缩，阀门在外弹簧作用下打开，如图1-24b所示，空气流经阀门从旁通气道进入进气管。

发动机暖车后，冷却水温度升高，石蜡体积膨胀变大，推动空气阀克服内弹簧向左移动，将空气阀关闭，截断空气通道，如图1-24c所示。由于内弹簧比外弹簧硬，所以阀门是逐渐关闭的，从而使发动机转速也平稳过渡到正常怠速状态。当冷却水温度高于80℃时，阀门是紧闭的，这可使热机再起动时，避免发动机快怠速运行。

5、怠速控制阀（ISCV）

怠速控制阀不仅集中了节气门和由怠速调整螺钉控制的旁通通道的功能，而且还能在ECU控制下，根据发动机实际工况来改变怠速时流入发动机的空气量。控制怠速空气量的执行机构，可大致分为两种，一种是控制节气门全关闭位置的节气门直动式；另一种是控制节气门旁通路中空气量的旁通空气式，图1-25为这两种执行机构的组成原理图。大多数的空气流量控制机构选用旁通空气式，而旁通空气式驱动阀门的型式又有步进电动机型、旋转滑阀式、占空比控制真空开关阀和开关控制型真空开关阀等。

（1）步进电动机型怠速控制装置

此控制方式是通过控制步进电动机正反转来带动旁通空气阀的运动。阀的运动可以使旁通孔的流通面积发生变化，用来控制旁通空气流量，由此达到控制怠速转速的止的。控制机构简图如图1-26a所示，阀心固定在阀轴上，阀轴的另一端有螺纹，旋入步进电动机的转子中。当步进电动机通电时，转子旋转，通过丝杆来带动阀一起转动。由图中可以看出，阀心与阀座之间的流通面积靠阀的前进与后退来调整。流通面积越大，流入进气歧管中的空气越多，怠速转速也就越高，反之，转速减小。所以，只需控制步进电动机的旋转方向及旋转量就能控制怠速转速。步进电动机的特点是它本身有几组励磁线圈，用改变励磁线圈的通电顺序，来改变电机的旋转方向。线圈每通一次电，转子就转过一定量（一般为几度到十几度）。

因此，可以很精确地调整流通面积，可以把怠速转速控制在很精确的范围内，图1-26b所示为步进电动机控制电路。

（2）旋转滑阀式怠速控制装置

同步进电动机相类似，怠速转速的调整也是通过调整旁通空气阀孔的流通面积进行调整的，阀孔的结构如图1-27a所示，从图中可见，旋转滑阀依靠不同的转动角度来控制阀孔流通面积；从而控制流入进气总管的空气量。阀与阀轴固定在一体，阀轴可带动阀转动来控制转动来控制阀孔的面积，使流入进气总管的空气量变化。阀轴上还固定着一个圆柱形磁铁，此磁铁放在一个磁场强度及方向可变的磁场中，磁场强度变化，可使圆柱形磁铁旋转，带动阀旋转。磁场是靠通电的螺线管形成的。如图1-27b所示，线圈W1与线圈W2分别由ECU

控制通断。当I1=I2时，W1、W2产生的磁场强度相同，作用在永久磁铁上的力相等，使磁铁及阀轴处于平衡状态。当I1增加、I2减小时，阀轴逆时针旋转，反之顺序针旋转。

（3）占空比控制真空开关阀

该装置的工作原理图如图1-29所示，空气流通面积是用阀与阀座之间的间隙进行调整的。空气控制阀上半部分为真空室，下半部分通大气，当真空室的真空度大，ACV中间膜片带动调节气阀向上移，使空气的真空度调节有两调节源，一个来自节气门下方进气总管中，真空程度很大；另一个来自节气门上方，其压力接近大气压，真空度很低，在它与真空室的通路之间加一个由ECU控制的真空开关阀（VSV）。当VSV阀打开时，真空室内真空度下降，使调节气阀ACV下降，流通面积增加，反之，流通面积减小，即空气控制阀膜片室的真空度由真空开关阀的开启时间予以控制。ECU根据检测到的空档开关、水温、空调器开关、起动机，分电器和车速等信号，决定脉冲信号的占空比，从而控制真空开关阀的占空比，进而控制ACV的阀门开度，达到控制空气流量、调整怠速的目的，这种型式的怠速控制阀仍需要有空气阀。

（4）开关控制型真空开关阀

这种控制阀与占空比控制型真空开关阀相类似，只是控制信号是开关信号，因而控制更简单，该控制阀仍需空气阀。

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