第二章 燃油噴射電子控制系統(tǒng)

第一節(jié) 燃油噴射電子控制系統(tǒng)概述

一、燃油噴射電子控制系統(tǒng)的工作方式及特點分析

⒈燃油噴射式發(fā)動機(jī)的工作方式

（1）混合氣的形成方式

燃油噴射控制系統(tǒng)是將具有一定壓力的燃油直接噴射到進(jìn)氣歧管或氣缸內(nèi)（圖2-1），與進(jìn)入的空氣混合而形成適當(dāng)濃度的可燃混合氣。

（2）空燃比的控制方式

燃油噴射控制系統(tǒng)由電子控制器根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)前的工況與狀態(tài)確定最佳的噴油量，并通過控制噴油器的噴油時間，精確地控制噴油量。這種空燃比（空氣與燃油的比例）控制方式，可使發(fā)動機(jī)在任何工況、狀態(tài)下均有一個最佳的混合氣濃度。

2. 燃油噴射式發(fā)動機(jī)特點分析

（1）化油器發(fā)動機(jī)混合氣形成方式

化油器發(fā)動機(jī)混合氣的形成方式如圖2-2所示。

化油器喉管處通道的截面積減小，可以提高空氣的流速、降低空氣的壓力，以便于通過主噴管將浮子室中的汽油吸出，并與空氣混合，形成可燃混合氣。主量孔的作用是根據(jù)進(jìn)氣量來調(diào)節(jié)空燃比，以使混合氣的濃度能適應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷變化的需要。化油器的這種混合氣的形成與調(diào)節(jié)方式的主要問題是：由于喉管處截面積減小，進(jìn)氣阻力增大，使發(fā)動機(jī)的充氣效率低，動力性下降；主噴管噴口與浮子室之間的壓差小，汽油從主噴管噴口噴出的霧化效果差；主量孔對混合氣空燃比的調(diào)節(jié)只能粗略地滿足發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷變化的需要。

總之，化油器使發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放指標(biāo)均不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車的要求，早已被電噴技術(shù)全面取代。

（2）燃油噴射式發(fā)動機(jī)的特點

1）進(jìn)氣阻力小。與化油器相比，進(jìn)氣管中沒有了喉管的節(jié)流作用，使發(fā)動機(jī)的充氣效率得以提高，從而有效地提高了發(fā)動機(jī)的動力性。

2）汽油霧化良好。一定壓力的汽油從噴油器噴射而出，汽油的霧化效果良好，有助于形成空燃比適當(dāng)、各缸均勻的混合氣，可使發(fā)動機(jī)各缸均有良好的燃燒效果，充分發(fā)揮汽油的效能，降低油耗和排氣污染。此外，由于汽油噴射可使汽油在發(fā)動機(jī)低溫、低速時仍有良好的霧化性，因而也改善了冷起動性能和爬坡性能。

3）供油滯后性小。由于汽油是以一定的壓力直接噴射在進(jìn)氣門處，供油的滯后性小，因而對節(jié)氣門（加速踏板）的響應(yīng)快，發(fā)動機(jī)的加速性能好。

4）空燃比控制精度高。電子控制燃油噴射技術(shù)可實現(xiàn)非線性的空燃比控制，在發(fā)動機(jī)的各種工況下均有最佳的基本供油量控制，還可根據(jù)發(fā)動機(jī)的溫度、廢氣中的氧含量等情況對供油量作出修正控制，可使發(fā)動機(jī)在各種工況下始終處于最佳的空燃比。

5）可實現(xiàn)汽車減速斷油控制。電子控制燃油噴射系統(tǒng)很容易實現(xiàn)在汽車減速時斷油，從而降低汽車減速時燃油的消耗和排放污染。

6）可實現(xiàn)與其他電子控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性控制。汽車各個電子控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，可使汽車的安全性、舒適性、動力性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高。

3. 燃油噴射技術(shù)發(fā)展概況

燃油噴射技術(shù)最早是用在航空發(fā)動機(jī)上，最初的燃油噴射技術(shù)采用機(jī)械控制的缸內(nèi)噴射方式。在20世紀(jì)50年代，這種燃油噴射技術(shù)開始應(yīng)用于賽車的二沖程汽油發(fā)動機(jī)；1954年，德國奔馳公司在其生產(chǎn)的300BL四沖程汽油發(fā)動機(jī)上也使用了燃油噴射技術(shù)，并在1958年推出了缸內(nèi)噴射的220SE發(fā)動機(jī)。這種機(jī)械控制式缸內(nèi)噴射式燃油噴射技術(shù)與柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)相似，由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的噴射泵來實現(xiàn)汽油噴射，其最大的缺點是安裝性差、性能提高有限、成本高。

1972年，博世公司又推出了L-Jetronic電控燃油噴射裝置和K-Jetronic機(jī)械控制燃油噴射裝置。1980年，美國通用公司和福特公司又推出了單點噴射式電子控制汽油裝置（SPI）。這些電子控制和機(jī)械控制的燃油噴射技術(shù)均為缸外噴射，成本較低，使發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性有了較大的提高，并有效控制了排放污染。

20世紀(jì)90年代，國外一些汽車公司已經(jīng)開始研究與開發(fā)性能更好、技術(shù)要求也更高的缸內(nèi)噴射式電子控制燃油噴射技術(shù)。如今，這種缸內(nèi)噴射式電子控制燃油噴射技術(shù)已經(jīng)在汽車上得到了廣泛應(yīng)用。

二、燃油噴射電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型

燃油噴射裝置有多種形式，下面按不同的分類方法予以歸類。

⒈按噴油和供油量的控制方式不同分

（1）機(jī)械控制方式

機(jī)械控制方式通過油路中的壓力油頂開噴油器實現(xiàn)噴油，由空氣流量傳感器的信號，根據(jù)進(jìn)氣管空氣流量的大小做出相對應(yīng)的動作，通過柱塞式比例閥的聯(lián)動來控制噴油量。這種機(jī)械控制方式在工作過程中噴油器連續(xù)噴油，通過控制噴射流量來調(diào)節(jié)供油量（空燃比）。

（2）機(jī)電混合控制方式

機(jī)電混合控制方式是機(jī)械控制方式的改進(jìn)型，在機(jī)械控制方式的基礎(chǔ)上增設(shè)了一個由電子控制器控制的電液流量調(diào)節(jié)器，使其適應(yīng)性和控制功能得以提高。

（3）電子控制方式

電子控制方式的組成與原理如圖2-3所示。電子控制器根據(jù)發(fā)動機(jī)各傳感器輸入的信號產(chǎn)生噴油控制脈沖，控制電磁閥式噴油器噴出適量的燃油。電子控制方式的噴油器為間歇噴油，控制器通過控制噴油器的噴油時間（噴油控制脈沖的寬度）來控制噴油量。

2. 按噴油器的位置不同分

（1）缸內(nèi)噴射式

噴油器安裝在發(fā)動機(jī)氣缸蓋上，燃油直接噴射到氣缸內(nèi)（圖2-1b）。這種噴射方式噴油壓力高，噴射時間控制也很嚴(yán)格，且噴油器要承受缸內(nèi)的高溫、高壓，因而其技術(shù)要求較高。一汽-大眾邁騰等汽車發(fā)動機(jī)上采用的是缸內(nèi)噴射式電子控制燃油噴射裝置，這種燃油噴射方式可使發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放控制水平都得到提高。

（2）缸外噴射式

缸外噴射式又分單點噴射（SPI）和多點噴射（MPI）兩種形式，如圖2-4所示。

1）單點噴射（SPI）。汽油噴射裝置有一個或兩個噴油器，安裝在節(jié)氣門體處，因此也被稱之為節(jié)氣門體式燃油噴射裝置。SPI的控制精度稍低于MPI，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡單、成本較低、工作可靠性相對較高。在20世紀(jì)80年代，SPI在一些汽車上得到了應(yīng)用。

2）多點噴射（MPI）。燃油噴射裝置的噴油器與發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)相等，安裝在進(jìn)氣門處的進(jìn)氣歧管上。這種噴射方式燃油的控制精度、噴油變化靈敏度等均優(yōu)于單點噴射，得到了廣泛用。多點噴射又有同時噴射、分組噴射和單獨噴射等控制方式（圖2-5）。

同時噴射：按發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動節(jié)拍各缸噴油器同一時刻噴油，各噴油器共用一個驅(qū)動電路驅(qū)動。控制器的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，但空燃比的控制精度相對較低。

分組噴射：將噴油器分成兩組（四缸發(fā)動機(jī)）或三組（六缸發(fā)動機(jī)），按發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動節(jié)拍，各組交替同時噴油。控制精度有所提高，但相比同時噴射方式控制器增加了一倍數(shù)量的噴油器驅(qū)動電路，且需要分組氣缸識別信號，控制電路也相對復(fù)雜一些。

獨立噴射：各缸的噴油器按照發(fā)動機(jī)氣缸的工作順序單獨噴油，這種噴射方式可針對各缸每次燃燒所需的噴油量各自設(shè)定一個最佳的噴射時刻。因此，順序單獨噴油可以展寬稀薄空燃比界限，進(jìn)一步降低油耗。獨立噴射方式需要氣缸識別信號及與氣缸數(shù)相等的噴油器驅(qū)動電路，因此其控制電路的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜。