四 电控系统
发动机电控汽油喷射系统的电控系统一般由各种传感器、ECU和执行器三部分组成。电控系统的功用是接收来自表示发动机工作状态的各个传感器输送来的信号，根据ECU内预存的程序加以比较和修正，决定喷油量和点火提前角。各种传感器分别检测进气管中进气绝对压力、发动机转速、排气中的氧浓度、冷却液温度、进气温度和大气压力等，并将信息转换成电信号，输送给ECU，根据这些信号，ECU算出现工况最佳的点火正时，并启动各喷油器。ECU不仅控制燃油喷射正时、点火正时、怠速转速、EGR（废气再循环）、燃油压力和电动汽油泵，而且还具有故障自诊断功能。
图1-53 所示是与电控汽油喷射控制（EFI）有关的主要控制系统部件的构成。控制系统部件，按其机能不同可大致分为表1-5中所示的三类。
图1-53 电子控制系统部件总体构成图
1-断路继电器 2-主继电器 3-起动装置 4-电动汽油泵 5-油箱 6-汽油滤清器 7-蓄电池 8-曲轴位置传感器（分电器） 9-点火开关 10-点火线圈 11-大气压力传感器 12-空气滤清器 13-进气温度传感器 14-空气流量计 15-冷起动喷油器 16-空气阀 17-节气门位置传感器 18-燃油压力调节器 19-O2传感器 20-温度时间开关 21-冷却水温度传感器 22-控制系统部件
表1-5 控制系统部件的机能分类 分类 部件名称 机能 传感器类 空气流量计 检测吸入空气量 冷却水温度传感器 检测冷却水温度 进气温度传感器 检测进气温度 发动机转速传感器 检测发动机转速及曲轴转角位置 曲轴位置传感器 车速传感器 检测汽车行驶速度 节气门位置传感器 检测节气门开度及怠速状态 起动装置信号 检测起动时动力输出轴工作状态 爆震传感器 检测发动机爆震 O2传感器 检测排气中氧的浓度 大气压力传感器 检测大气状态 进气歧管压力传感器 检测D型喷油器系统进行量 ECU 根据各传感器信号控制燃油喷射时间 其他（继电主继电器 控制EFI装置总体电源 器类） 断路继电器 控制电动汽油泵的电源 温度时间开关 控制冷起动喷油器的通电时间 （一）水温传感器
水温传感器安装在发动机节温器出水口附近，它的功用是检测发动机冷却水温度。因为在发动机暖机过程中需要一定的附加加浓，其加浓量主要取决于发动机的温度、负荷和转速，为此采用水温传感器向ECU输送水温信号。
水温传感器的结构如图1-54a所示，它由封闭在金属盒内的对温度变化非常敏感的负温度系数热敏电阻（NTC电阻）构成，利用电阻值的变化来检测冷却水的温度。热敏电阻的特性如图1-54b所示，冷却水温度越低电阻值越大，冷却水温度越高电阻值越小。将该传感器的信号输入到ECU，就可以根据冷却水温度进行喷油量的控制。冷却水温度传感器与ECU的连接电路如图1-54c所示。
图1-54 冷却水温度传感器结构、特性及与ECU的连接电路 a）水温传感器结构 b）水温传感器特性 c）与ECU连接电路
1-NTC电阻 2-外壳 3-电线接头 4-冷却水温度传感器 5-接蓄电池端 6-电控单元（ECU） 7-水温信号
ECU中5V的电源电压通过电阻器R从端子THW加到水温传感器上（电阻器R和水温传感器串接）。当水温传感器的电阻值随冷却水温度改变时，端子THW的电位也变化，据此信号，ECU增减燃油喷射量，以改善发动机冷态的运转性。
当在外界环境温度较低的条件下起动发动机时，这时水温传感器的热敏电阻阻值较大，此时ECU接收到低温信号，给喷油器做较多额外喷油的指令，使喷油器多喷油，当发动机冷却水的温度逐渐升高，热敏电阻的阻值逐渐减小，从而控制单元控制喷油器逐渐减少额外喷油。如果发动机冷却水的温度达到80℃以上时，水温传感器热敏电阻的电阻值约为0.4kΩ，此时ECU控制喷油器进行正常喷油而不额外喷油，发动机进入正常工作状态。
（二）进气温度传感器
进气温度传感器是确定燃油基本喷油量的三个主要传感器之一，进行温度传感器是检测发动机吸入（进入空气流量计）的空气温度用的传感器，并将空气温度信号转变成ECU能识别的电信号传送给ECU，它根据进气温度的高低，做不同程度的额外喷油。
进气温度传感器的内部结构与水温传感器完全相同，也是一个负温度系数的热敏电阻。D型EFI系统中，进气温度传感器安装在空气滤清器的壳体内或是进气总管内。L型EFI系统则安装在空气流量计内。应当特别指出，当进气温度传感器在叶片式及卡门涡旋式空气流量计上使用时，由于吸入空气温度的变化会引起空气密度发生变化，因此需要进行喷油量修正，这时通常是将进气温度传感器安装在空气流量计的空气测量部位。图1-55a所示是进气温度传感器的剖面图，图1-55b所示是进气温度传感器与ECU的连接电路图。
进气温度传感器把所测得的进气温度变成电信号，输送给ECU，ECU将该信号计算后去控制喷油器进行额外喷油。当气温低于40℃时，额外喷油量较多；当气温高于40℃时则额外喷油量较少，进气温度在任何情况下它都起作用，从而根据进气温度，由ECU控制喷油器进行不同程度的额外喷油。
图1-55 进气温度传感器剖视图及与ECU的连接电路
a）进气温度传感器剖视图 b）进气温度传感器与ECU的连接电路 1-导线 2-空气流量计壳体 3-热敏电阻 4-进气温度传感器 （三）曲轴位置传感器和发动机转速传感器
在EFI中，相对于发动机每一个工作循环吸入的空气量，都可以得到由ECU控制的符合最佳空燃比的燃油喷射量。空气流量计能够检测每个单位时间内的吸入空气量，但是不能检测每个工作循环内的吸入空气量。为了求出每个工作循环内的吸入空气量，就需要检测发动机转速。
另外，当采用独立喷射和分组喷射时，为了有效地利用各自的喷射特点，需要选择特定的喷射时刻，因此还需要检测每缸的曲轴转角位置。
检测发动机转速及曲轴转角位置，需要采用发动机转速传感器和曲轴位置传感器。具有这种功能的传感器型式很多，目前均已实用化，其中使用最多的是电磁式传感器、光电式传感器和霍尔效应式传感器。
1、电磁式传感器
这种传感器可用于测定曲轴、凸轮轴和分电器驱动轴的转动位置，用来控制点火和燃油喷射时间或测量发动机转速。这种类型的传感器具有耐用、便于利用发动机飞轮齿圈、不需激励电压或放大器、能适应较大范围的温度变化、使用寿命长等特点，因此这种传感器应用比较广泛。
这种传感器的工作原理可用图1-56a所示原理图来说明，它由一个永久磁铁和一个传感线圈组成，在驱动轴上装有一个有若干个缺口和舌片的钢盘（转子），它能在磁极之间转动。当钢盘旋转，其缺口通过磁极时，磁路的磁阻大大增加（这是由于空气的磁导率比钢低得多），结果使磁场强度降低。
图1-56 电磁式传感器工作原理图
a）工作原理图 b）磁阻盘舌片通过磁极时的波形 1-控制装置 2-线圈 3-磁铁 4-磁阻盘 当通过一个线圈的磁通量增加或减少时，线圈内就会产生感应电动势，其大小正比于磁通量的变化速率。变化越快，电动势越大；磁通量无变化，就不产生电动势。所以当磁阻盘静止时，线圈中虽有磁通通过，但传感器没有输出。图1-56b显示的是磁阻盘通过磁极时产生的波形，当磁阻盘舌片接近磁极时，电动势增至最大；当舌片正对磁极时，磁通量最大，而电动势为零。
电磁式传感器就是由固定在分电器轴上的转子和设置在转子外侧的耦合线圈以及托架构成，如图1-57a 所示。
图1-57 电磁式传感器
a）结构图 b）耦合线圈产生的电压 c）波形
1、7-永久磁铁 2-耦合线圈 3、6-动态转子 4-托架 5-耦合线圈 6-信号转子 Ф-通过线圈磁通量 U-点火信号产生电压
如图1-57b所示，永久磁铁的磁通途经转子之后通过耦合线圈。当转子旋转时，由于转子凸起部的磁隙不断发生变化，通过耦合线圈的磁通Ф也不断变化，于是在线圈的两端便感生与磁通变化相应的感应电压U，由于感应电压是以阻止磁通变化的原理产生的，所以它以交流形式输出。该电压由最大正值向最大负值的变化较迅速，因此，即可以两个最大值之间的过零转换信号来控制点火和喷油系统。
具体来讲，用来检测曲轴转角位置和发动机转速的电磁式传感器，是由如图1-58所示的复合转子和耦合线圈构成的。下面以四缸四行程发动机为例，就检测特定气缸曲轴转角基准位置（如压缩上止点）进行说明。
图1-58 G、N耦合线圈安装图
1-G转子 2-G1耦合线圈 3-G2耦合线圈 4-N转子 5、9-N耦合线圈 6-G、N转子 7-G1、G2耦合线圈 8-分电器
安装在分电器轴（分电器转1圈曲轴转2圈）上的具有一个突起部分的转子G与分电器轴一起转动时，由于转子和耦合线圈G1、G2之间的磁隙不断发生变化，在各个耦合线圈上，相对分电器每转1转，就会产生一个电压脉冲。通过合理设计，使转子G的凸起部分在一缸及四缸压缩上止点时，最靠近耦合线圈G1、G2。这样，通过检测G1、G2耦合线圈的电压变化，就可以知道一缸、四缸的压缩上止点位置。图1-75a为G1、G2产生的电压信号实例。
为了更精确地检测曲轴转角位置，还需设置转子N和耦合线圈N。具有偶数个（例如24个）凸起部分的转子N，与转子G同样安装在分电器轴上。分电器转一转，在耦合线圈N上，就产生偶数个（例如24个）电压脉冲。把这些电压脉冲输入ECU，通过测量脉冲的间隔，就能检测发动机转速。
如图1-59b所示，利用信号G和信号N的组合，就可以检测特定气缸的曲轴转角位置，把G、N信号输入ECU，即可决定满足发动机多种运转条件的喷油量及喷油时刻。