汽油发动机电控系统的进气控制功能包括进气谐振增压控制、配气定时控制、增压压力控制及进气涡流控制等控制内容。

进气谐振增压控制：在采用可变进气歧管有效长度的汽油发动机中，电控系统根据汽油发动机的运行工况，通过真空电磁阀控制谐振阀的开闭，改变进气歧管的有效长度。

配气定时控制：在采用可变配气定时的汽油发动机中，电控系统根据发动机的运行工况，通过电液式控制机构改变配气定时。

增压压力控制：在采用废气涡轮增压的汽油发动机中，电控系统根据进气歧管压力阈值，以及释压电磁阀控制增压器放气阀的开闭，使进气增压压力保持稳定。

进气涡流控制：在采用进气涡流控制的多气门汽油发动机中，电控系统根据汽油发动机的运行工况，通过真空电磁阀控制涡流阀的开闭，改变气缸内的涡流强度。

发动机空气供给系统一般由进气口、进气消声器（内装有空气滤芯）、进气管、节气门体和进气歧管等组成。

对于进气系统上安装的电控元件有空气流量传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器及怠速控制装置等。不同车型的进气系统组成会有所不同，所安装的电控元件也不同，部分发动机进气系统还安装有其他系统元件。图2-1为BMW N55发动机进气系统结构。

2.1.1　空气流量传感器

1.空气流量传感器的作用

空气流量传感器是将吸入的空气量转换成电信号送至电子控制单元，作为决定喷油量的基本信号之一。

2.空气流量传感器的结构

现代的发动机空气流量传感器多采用质量流量型空气流量传感器，即热线/热膜式空气流量传感器，其结构如图2-2所示。其由线束插座、混合电路盒、温度补偿电路（温度补偿电阻）、热膜电阻、外壳、金属滤网及导流格栅组成，温度补偿电阻设置在热膜电阻前面靠近空气入口一侧。

图2-1　BMW N55发动机进气系统

A-未过滤空气；B-洁净空气；C-加热后的增压空气；D-冷却后的增压空气；
1-进气管；2-未过滤空气管；3-进气消音器；4-滤清器元件；5-进气消音器盖；6-热模式空气质量流量计；7-曲轴箱通风装置接口；8-废气涡轮增压器；9、11-增压空气管；10-增压空气冷却器；12-增压空气压力温度传感器；13-进气集气管

图2-2　热膜式空气流量传感器结构

3.热膜式空气流量传感器工作原理

热膜式空气流量传感器与热线式空气流量传感器的工作原理一样，热线式与热膜式的区别就在于测量空气流量的发热元件形式不同，热线式就是线形铂丝电阻，而热膜式则采用平面形铂金属薄膜电阻（热膜电阻）。

热线/热膜式空气流量传感器主要由热线（热膜）铂丝电阻RH、温度补偿电阻RT（又叫冷线）、控制电路板（包括R1、R2两个固定电阻及检测电阻RS）、混合集成电路、防护网以及空气流量传感器外壳等组成。传感器工作时控制电路将热线铂丝加热到高于进气温度100℃～120℃，这也是将铂丝称为热线的原因。

热线/热膜式空气流量传感器的工作原理如图2-3所示，在进气管道中放置热线电阻RH，铂丝热线RH的电阻值与其本身的温度成正比，当空气流过热线时，热线的热量被空气吸收使其变冷。在环境温度一定时，惠斯通桥形电路的平衡被破坏，为重新达到平衡，使热线电阻恢复到原来数值，就必须增大电流，使热线温度提高。热线周围通过的空气质量流量越大，被带走的热量就越多，电桥达到平衡所需的电流就越大。

图2-3　热线/热膜式空气流量传感器电路原理

（a）电路实际布置　（b）等效桥式电路
RH-热线电阻　RT-温度补偿电阻　RS-精密电阻　R1、R2-电桥电阻A-混合集成电路　Ucc-电源　Us-测量电压

热线/热膜式空气流量传感器就是利用热线与空气之间的这种热传递现象进行空气质量流量测量的。其工作原理是将热线温度与吸入空气温度差保持在100℃～120℃，热线温度由混合集成电路A控制，当空气质量流量增大时，由于空气带走的热量增多，为保持热线温度，混合集成电路A使热线电阻通过的电流增大，反之，则减小。这样，使得通过热线电阻的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流随着空气质量流量的增大而增大，随空气质量流量减小而减小。这样精密电阻RS两端就输出随空气流量变化的检测电压，此变化的电压就是空气流量传感器的信号电压。

温度补偿原理：温度补偿电阻RT（也称冷线），也安装在取样管内，其电阻值也随进气温度的变化而变化，从而抵消了环境温度对桥形电路平衡的影响。发动机工作时，传感器中的混合集成电路调节热线电阻RH和温度补偿电阻RT上的加热电流（50～120mA），使热线RH和温度补偿电阻RT上的温度之差始终保持在100℃～120℃，也只有在此温度差时惠斯通桥形电路才能达到平衡。

4.空气流量传感器的故障

空气流量传感器失常不至于造成发动机无法起动，但是肯定会影响发动机的动力性能，如怠速不稳、加速不良、进气管“回火”以及排气管冒黑烟等，同时引起尾气排放超标。

空气流量传感器的故障分为两大类：

（1）信号超出规定的范围，表示空气流量传感器已经失效。现代电控汽车具有失效保护功能，当某个传感器的信号失效时，电子控制单元（ECU）会以一个固定的数值来代替，或者用其他传感器的信号代替有故障传感器的信号。空气流量传感器失效后，电子控制单元会用节气门位置传感器的信号代替之。

（2）信号不准确（即性能漂移）。空气流量传感器信号不准确产生的危害性可能比没有信号更大。这是因为信号没有超出规定的范围，电子控制单元会按照这一个不准确的空气流量信号控制喷油量，所以往往会造成混合气过稀或者过浓。如若没有空气流量信号，电子控制单元会利用节气门位置传感器的信号代替，发动机的怠速反而会比较稳定。

2.1.2　进气歧管压力传感器

1.进气歧管压力传感器的作用与类型

（1）作用：进气歧管压力传感器就是把进气管内节气门后方的进气压力转换成电信号。发动机工作时，节气门后进气歧管内的绝对压力，反映了发动机的负荷状况，间接反映了发动机的进气量。该信号与转速信号输送给电控单元用于确定基本喷油量。

（2）分类：根据它们把压力变换为电信号的原理不同，分为半导体压敏电阻式、电容式、膜盒传动的可变电感式和表面弹性波式等类型，目前应用最广的是半导体压敏电阻式绝对压力传感器。这种传感器具有尺寸小、精度高、成本低、响应速度快、重复性和耐震性好；输出信号与进气压力呈线性关系；在-30℃～100℃使用温度范围内，测量精度基本不受温度影响等突出优点。

2.半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器的结构

半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器的结构如图2-4所示，由硅膜片（硅芯片）、混合集成电路、真空室、壳体和线束插接器组成。

图2-4　半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器结构

硅膜片为压力转换元件，由单晶硅制成。硅膜片为边长3mm的正方形，其中部采用光刻腐蚀的方法制成一个直径为2mm、厚度约为50μm的薄膜片。在薄膜片上，采用集成电路加工技术和台面扩散层（扩散硼）加工出4个阻值相等的压敏电阻片，这4个压敏电阻片利用低阻扩散层（P型扩散层）连接成惠斯通桥形电路。

真空室为传感器所要测定的绝对压力提供一个基准压力室，基准压力为0气压。

混合集成电路主要由放大电路和温度补偿电阻组成，其作用是对电桥输出的电压信号进行放大，随着温度的变化对偏置电压进行修正，以保证在一定温度范围内，传感器的输出电压与进气歧管绝对压力一一对应。

3.半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器的工作原理(www.daowen.com)

硅膜片的一面是真空室，另一面导入进气歧管压力。进气歧管内绝对压力越高，硅膜片的变形越大，其应变与压力成正比，附着在薄膜上的应变电阻的阻值随应变成正比变化，这样就可利用惠斯通电桥将硅膜片的变形变成电信号。

当接通点火开关时，惠斯通桥形电路便加上电源电压UB。发动机不工作时，此时进气歧管的绝对压力最大，在进气歧管内空气压力的作用下产生机械应变，进而产生应力，硅膜片的变形最大，压敏电阻的阻值在硅膜片应力的作用下变化最大，惠斯通电桥失去平衡，电桥的输出电压U0为最大。当发动机工作时，随节气门的开度由全关到全开变化时，进气歧管内的绝对压力由小到大变化，即真空吸力由大到小变化，硅膜片的变形量也由小到大变化，在惠斯通电桥的输出端即得到输出电压U0随节气门开度成线性变化。

硅膜片通过特殊加工，使4个压敏电阻处于特殊的位置，即在受到膜片拉应力的作用下，压敏电阻R2、R4增加（即产生正向增量ΔR）为R＋ΔR，压敏电阻R1、R3减小（即产生负向增量-ΔR）为R-ΔR。如图2-5所示，当惠斯通桥形电路的电源电压为UB时，电桥的输出电压U0为：

U0＝(R＋ΔR)UB/[(R＋ΔR)＋(R-ΔR)]-(R-ΔR)UB/[(R＋ΔR)＋(R-ΔR)]＝UB(ΔR/R)

图2-5　半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器工作原理

（a）硅膜片　（b）电路示意

4.进气压力传感器的故障

进气压力传感器工作不良，一般会使发动机出现起动困难、怠速抖动、加速无力、油耗增大、排放超标故障。

2.1.3　节气门位置传感器

1.节气门位置传感器的作用与类型

（1）作用：节气门位置传感器安装在节气门体上，它检测节气门开度及开度变化，并将其转换成电信号输入给电子控制单元，以便电控单元控制喷油量及其他辅助控制。

（2）类型：节气门位置传感器有开关量输出和线性输出两种类型。现代汽车所采用的节气门位置传感器均为线性输出型，线性节气门位置传感器可以连续检测节气门的开度。线性输出型还分为电位计式和霍尔效应式的。

2.电位计式节气门位置传感器的结构及工作原理

（1）结构：电位计式（滑动电阻式）节气门位置传感器的结构如图2-6（a）所示，它由与节气门轴联动的电位计（由动触点和电阻膜组成）、插座和外壳等组成。

（2）工作原理：电位器的动触点（即节气门开度输出触点）随节气门开度在电阻膜上滑动（相当于滑动电阻器），在不同节气门开度下，电位计的电阻值也不同，利用变化的电阻值，从而在动触点上得到与节气门开度成比例的线性电压输出。等效电路如图2-6（b）所示。

图2-6　滑动电阻式节气门位置传感器

（a）结构　（b）等效电路

3.滑动电阻型电子节气门结构及工作原理

（1）结构：滑动电阻型电子节气门总成包括节气门体、节气门、节气门位置传感器（电位计式）、节气门驱动装置，如图2-7所示。电子节气门控制系统主要由节气门总成、加速踏板位置传感器和电子控制器等组成。

（2）工作原理：节气门位置传感器由碳膜电阻和滑动指针构成，是一个具有线性输出的角度传感器，由两个圆弧形的滑触电阻和两个滑触臂组成。滑触臂的转轴跟节气门轴连接在同一个轴线上。滑触电阻的两端加上5V的电源电压。当节气门转动时，滑触臂跟着转动，同时在滑触电阻上移动，并且将触点的电位作为输出电压引出。所以它实际上是一个转角电位计，电位计输出与节气门位置成比例的电压信号。

要开启或关闭节气门，发动机控制单元激活节气门驱动电机。两个角度传感器向发动机控制单元提供当前节气门位置的反馈信号。等效电路如图2-8所示。出于安全性考虑使用了两个传感器，两个传感器随节气门开度的变化关系如图2-9所示。

图2-7　滑动电阻型电子节气门总成结构

图2-8　滑动电阻型电子节气门等效电路

（3）特点：电子节气门控制系统使加速踏板与节气门之间无机械连接，而是通过传感器、电子控制器及节气门驱动装置实现电子控制方式的连接，可使发动机节气门的开度不完全取决于驾驶员对加速踏板的操纵，控制系统可根据发动机的工况、汽车的行驶状态等对节气门的开度做出实时的调节，使发动机在最适当的状态下工作，从而提高了汽车的动力性、安全性及舒适性。

图2-9　两个节气门位置传感器与节气门开度的变化关系

（4）电子节气门工作原理：加速踏板位置传感器将反映加速踏板位置的电信号输送给电控单元，电控单元根据此位置信号判断驾驶员的行车意图，并参考发动机转速传感器、进气压力传感器及其他相关传感器的电信号，得到最佳的节气门开度参赛，然后与当前的节气门位置进行比较。当节气门的开度与最佳开度参数不一致时，便输出控制信号，控制节气门驱动装置工作，将节气门调整到适当的开度。

4.霍尔式电子节气门的结构及工作原理

（1）结构：霍尔式电子节气门包括节气门体、节气门、节气门位置传感器（霍尔效应式）、节气门驱动装置等组成，其结构如图2-10所示。

图2-10　霍尔式电子节气门

（2）工作原理：霍尔式电子节气门的节气门位置传感器为非接触型，使用了霍尔效应元件，以便在极端的行驶条件下，例如高速以及极低车速下，也能生成精确的信号。

此节气门位置传感器有两个传感器电路VTA1和VTA2，各传送一个信号。VTA1用于检测节气门开度，VTA2用于检测VTA1的故障。传感器信号电压与节气门开度成比例，在0V和5V之间变化，并且传送至ECM的VTA端子。电路如图2-11所示。

当节气门关闭时，传感器输出电压降低，当节气门开启时，传感器输出电压升高。传感器随节气门开度关系如图2-12所示。ECM根据这些信号来计算节气门开度并响应驾驶员输送来控制节气门执行器。这些信号同时也用来计算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切断控制。

图2-11　节气门位置传感器电路

图2-12　节气门位置传感器与节气门开度关系

当VTA1或VTA2任一搭铁短路，踩下油门踏板，节气门都不工作。传感器端子VTA1检测的节气门开度以百分比形式表示。10%～24%：节气门全关；64%～96%：节气门全开；失效保护角度（6°）约16%。

（3）失效保护：当节气门电控系统有故障或者与节气门电控系统故障有关的其他故障，ECM进入失效保护模式。在失效保护模式下，ECM切断通往节气门执行器的电流，并且节气门被回位弹簧拉回到开度6°。然后，ECM根据油门踏板开度，通过控制燃油喷射（间歇性燃油切断）和点火正时以调整发动机输出，以确保车辆维持最低车速。如果油门踏板被轻轻踩下，汽车会缓慢行驶。失效保护模式一直运行，直到检测到通过条件并且发动机开关随之关闭。

5.节气门位置传感器的故障

节气门位置传感器本身或线路不良时会产生下列故障：发动机容易熄火或起动困难；怠速不稳，偏高或偏低；车辆起步发闯，发动机加速不良；游车（发动机转速有规律的时快时慢）等。