電子燃油噴射控制的原理

1、簡介

電子燃油噴射控制系統(tǒng)(簡稱EFI或EGI系統(tǒng))，以一個電子控制裝置(又稱電腦或ECU) 為控制中心，利用安裝在發(fā)動機不同部位上的各種傳感器，測得發(fā)動機的各種工作參數(shù)，按照在電腦中設(shè)定的控制程序，通過控制噴油器，精確地控制噴油量，使發(fā)動機在各種工況下都能獲得最佳濃度的混合氣。

此外，電子控制燃油噴射系統(tǒng)通過電腦中的控制程序，還能實現(xiàn)起動加濃、暖機加濃、加速加濃、全負荷加濃、減速調(diào)稀、強制斷油、自動怠速控制等功能，滿足發(fā)動機特殊工況對混合氣的要求，使發(fā)動機獲得良好的燃料經(jīng)濟性和排放性，也提高了汽車的使用性能。其工作原理如圖1(請點擊這里>>)。

電子控制燃油噴射系統(tǒng)的噴油壓力是由電動燃油泵提供的，電動燃油泵裝在油箱內(nèi)，浸在燃油中。油箱內(nèi)的燃油被電動燃油泵吸出并加壓，壓力燃油經(jīng)燃油濾清器濾清器濾去雜質(zhì)后，被送至發(fā)動機上方的分配油管。分配油管與安裝在各缸進氣歧管上的噴油器相通。噴油器是一種電磁閥，由電腦控制。通電時電磁閥開啟，壓力燃油以霧狀噴入進氣歧管內(nèi)，與空氣混合，在進氣行程中被吸進氣缸。分配油管的末端裝有燃油壓力調(diào)節(jié)器，用來調(diào)整分配油管中燃油的壓力，使燃油壓力保持某一定值，多余的燃油從燃油壓力調(diào)節(jié)器上的回油口返回燃油箱。

進氣量由駕駛員通過加速踏板操縱節(jié)氣門來控制。節(jié)氣門開度不同，進氣量也不同，進氣歧管內(nèi)的真空度也不同。在同一轉(zhuǎn)速下，進氣歧管真空度與進氣量成一定的比例關(guān)系。進氣管壓力傳感器可將進氣歧管內(nèi)真空度的變化轉(zhuǎn)變成電信號的變化，并傳送給電腦，電腦根據(jù)進氣歧管真空度的大小計算出發(fā)動機進氣量，再根據(jù)曲軸位置傳感器測得信號計算出發(fā)動機轉(zhuǎn)速。根據(jù)進氣量和轉(zhuǎn)速計算出相應(yīng)的基本噴油量。電腦根據(jù)進氣壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制各缸噴油器，通過控制每次噴油的持續(xù)時間來控制噴油量。噴油持續(xù)時間愈長，噴油量就愈大。一般每次噴油的持續(xù)時間為 2～10ms。各缸噴油器每次噴油的開始時刻則由電腦根據(jù)安裝于離合器殼體上的發(fā)動機轉(zhuǎn)速(曲軸位置)傳感器測得某一位置信號來控制。這種類型的燃油噴射系統(tǒng)的每個噴油器在發(fā)動機每個工作循環(huán)中噴油兩次，噴油是間斷進行的，屬于間歇噴射方式。

二、電子燃油噴射控制的原理

2、各種工況控制簡介

發(fā)動機在不同工況下運轉(zhuǎn)，對混合氣濃度的要求也不同。特別是在一些特殊工況下(如起動、急加速、急減速等)，對混合氣濃度有特殊的要求。電腦要根據(jù)有關(guān)傳感器測得的運轉(zhuǎn)工況，按不同的方式控制噴油量。噴油量的控制方式可分為起動控制、運轉(zhuǎn)控制、斷油控制和反饋控制。

(1)起動噴油控制

起動時，發(fā)動機由起動馬達帶動運轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)速很低， 轉(zhuǎn)速的波動也很大，因此這時空氣流量傳感器所測得的進氣量信號有很大的誤差?；谶@個原因，在發(fā)動機起動時，電腦不以空氣流量傳感器的信號作為噴油量的計算依據(jù)，而是按預(yù)先給定的起動程序來進行噴油控制。電腦根據(jù)起動開關(guān)及轉(zhuǎn)速傳感器的信號，判定發(fā)動機是否處于起動狀態(tài)，以決定是否按起動程序控制噴油。當起動開關(guān)接通，且發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于300轉(zhuǎn)/分時，電腦判定發(fā)動機處于起動狀態(tài)，從而按起動程序控制噴油。

在起動噴油控制程序中，電腦按發(fā)動機水溫、進氣溫度、起動轉(zhuǎn)速計算出一個固定的噴油量。這一噴油量能使發(fā)動機獲得順利起動所需的濃混合氣。冷車起動時，發(fā)動機溫度很低，噴入進氣道的燃油不易蒸發(fā)。為了能產(chǎn)生足夠的燃油蒸氣，形成足夠濃度的可燃混合氣，保證發(fā)動機在低溫下也能正常起動，必須進一步增大噴油量。由電腦控制，通過增加各缸噴油器的噴油持續(xù)時間或噴油次數(shù)來增加噴油量。所增加的噴油量及加濃持續(xù)時間完全由電腦根據(jù)進氣溫度傳感器和發(fā)動機水溫傳感器測得的溫度高低來決定。發(fā)動機水溫或進氣溫度愈低，噴油量就愈大，加濃的持續(xù)時間也就取長。這種冷起動控制方式不設(shè)冷起動噴油器和冷起動溫度開關(guān)。

(2)運轉(zhuǎn)噴油控制

在發(fā)動機運轉(zhuǎn)中，電腦主要根據(jù)進氣量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來計算噴油量。此外，電腦還要參考節(jié)氣門開度、發(fā)動機水溫、進氣溫度、海拔高度及怠速工況、加速工況、全負荷工況等運轉(zhuǎn)參數(shù)來修正噴油量，以提高控制精度。

由于電腦要考慮的運轉(zhuǎn)參數(shù)很多，為了簡化電腦的計算程序，通常將噴油量分成基本噴油量、修正量、增量三個部分，并分別計算出結(jié)果。然后再將三個部分疊加在一起，作為總噴油量來控制噴油器噴油。

1) 基本噴油量：基本噴油量是根據(jù)發(fā)動機每個工作循環(huán)的進氣量，按理論混合比(空燃比14.7 ：1) 計算出的噴油量。

2) 修正量：修正量是根據(jù)進氣溫度、大氣壓力等實際運轉(zhuǎn)情況，對基本噴油量進行適當修正,使發(fā)動機在不同運轉(zhuǎn)條件下都能獲得最佳濃度的混合氣。修正量的內(nèi)容為：

① 進氣溫度修正

② 大氣壓力修正

③ 蓄電池電壓修正(電壓變化時，自動對噴油脈沖寬度加以修正)

3) 增量：增量是在一些特殊工況下(如暖機、加速等)，為加濃混合氣而增加的噴油量。加濃的目的是為了使發(fā)動機獲得良好的使用性能(如動力性、加速性、平順性等)。加濃的程度可表示為

① 起動后增量： 發(fā)動機冷車起動后，由于低溫下混合氣形成不良及部分燃油在進氣管上沉積，造成混合氣變稀。為此，在起動后一段短時間內(nèi)，必須增加噴油量，以加濃混合氣，保證發(fā)動機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)而不熄火。起動后增量比的大小取決于起動時發(fā)動機的溫度，并隨發(fā)動機的運轉(zhuǎn)時間增長而逐漸減小為零。

② 暖機增量： 在冷車起動結(jié)束后的暖機運轉(zhuǎn)過程中，發(fā)動機的溫度一般不高。在這樣較低的溫度下，噴入進氣歧管的燃油與空氣的混合較差，不易立即汽化，容易使一部分較大的燃油液滴凝結(jié)在冷的進氣管道及氣缸壁面上，結(jié)果造成氣缸內(nèi)的混合氣變稀。因此，在暖機過程中必須增加噴油量。暖機增量比的大小取決于水溫傳感器所測得的發(fā)動機溫度，并隨著發(fā)動機溫度的升高而逐漸減小，直至溫度升高至80度時，暖機加濃結(jié)束。

③ 加速增量： 在加速工況時，電腦能自動按一定的增量比適當增加噴油量，使發(fā)動機能發(fā)出最大扭矩，改善加速性能。電腦是根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器測得的節(jié)氣門開啟的速率鑒別出發(fā)動機是否處于加速工況的。

④ 大負荷增量： 部分負荷工況是汽車發(fā)動機的主要運行工況。在這種工況下的噴油量應(yīng)能保證供給發(fā)動機的混合氣具有最經(jīng)濟的成分， 通常應(yīng)稀于理論混合比。在大負荷及滿負荷工況下， 要求發(fā)動機能發(fā)出最大功率， 因而噴油量應(yīng)比部分負荷工況大， 以提供稍濃于理論混合比的功率混合氣。大負荷信號由節(jié)氣門開關(guān)內(nèi)的全負荷開關(guān)提供， 或由電腦根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器測得的節(jié)氣門開度來決定。當節(jié)氣門開度大于70度時，電腦按功率混合比計算噴油量。

3、斷油控制

斷油控制是電腦在一些特殊工況下，暫時中斷燃油噴射，以滿足發(fā)動機運轉(zhuǎn)中的特殊要求。它包括以下幾種斷油控制方式：

(l)超速斷油控制

超速斷油是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過允許的最高轉(zhuǎn)速時，由電腦自動中斷噴油，以防止發(fā)動機超速運轉(zhuǎn)，造成機件損壞，也有利于減小燃油消耗量，減少有害排放物。超速斷油控制過程是由電腦將轉(zhuǎn)速傳感器測得的發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速與控制程序中設(shè)定的發(fā)動機最高極限轉(zhuǎn)速(一般為6000～7000轉(zhuǎn)/分)相比較。當實際轉(zhuǎn)速超過此極限轉(zhuǎn)速時，電腦就切斷送給噴油器的噴油脈沖，使噴油器停止噴油，從而限制發(fā)動機轉(zhuǎn)速進一步升高;當斷油后發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降至低于極限轉(zhuǎn)速約100轉(zhuǎn)/分時，斷油控制結(jié)束，恢復(fù)噴油。

(2) 減速斷油控制

汽車在高速行駛中突然松開油門踏板減速時，發(fā)動機仍在汽車慣性的帶動下高速旋轉(zhuǎn)。由于節(jié)氣門已關(guān)閉，進入氣缸的混合氣數(shù)量很少，在高速運轉(zhuǎn)下燃燒不完全，使廢氣中的有害排放物增多。減速斷油控制就是當發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)中突然減速時，由電腦自動中斷燃油噴射，直至發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定的低轉(zhuǎn)速時再恢復(fù)噴油。其目的是為了控制急|減速時有害物的排放，減少燃油消耗量，促使發(fā)動機轉(zhuǎn)速盡快下降，有利于汽車減速。

減速斷油控制過程是由電腦根據(jù)節(jié)氣門位置、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫等運轉(zhuǎn)參數(shù)，作出綜合判斷，在滿足一定條件時，執(zhí)行減速斷油控制。這些條件是：

① 節(jié)氣門位置傳感器中的怠速開關(guān)接通

② 發(fā)動機水溫已達正常溫度

③ 發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于某一數(shù)值

該轉(zhuǎn)速稱為減速斷油轉(zhuǎn)速，其數(shù)值由電腦根據(jù)發(fā)動機水溫、負荷等參數(shù)確定。通常水溫愈低，發(fā)動機負荷愈大(如使用空調(diào)時)，該轉(zhuǎn)速愈高。當上述三個條件都滿足時，電腦就執(zhí)行減速斷油控制，切斷噴油脈沖。上述條件只要有一個不滿足(如發(fā)動機轉(zhuǎn)速己下降至低于減速斷油轉(zhuǎn)速)，電腦就立即停止執(zhí)行減速斷油，恢復(fù)噴油。

(3) 溢油消除

起動時汽油噴射系統(tǒng)向發(fā)動機提供很濃的混合氣。若多次轉(zhuǎn)動起動馬達后發(fā)動機仍末起動，淤集在氣缸內(nèi)的濃混合氣可能會浸濕火花塞，使之不能跳火。這種情況稱為溢油或淹缸。此時駕駛員可將油門踏板踩到底，并轉(zhuǎn)動點火開關(guān)，起動發(fā)動機。電腦在這種情況下會自動中斷燃油噴射，以排除氣缸中多余的燃油，使火花塞干燥。電腦只有在點火開關(guān)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速及節(jié)氣門位置同時滿足以下條件時，才能進人溢油消除狀態(tài)：

①點火開關(guān)處于起動位置。

②發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于500轉(zhuǎn)/分。

③節(jié)氣門全開。

因此，電子控制汽油噴射式發(fā)動機在起動時，不必踩下油門踏板，否則有可能因進入溢油消除狀態(tài)而使發(fā)動機無法起動。

(4) 減扭矩斷油控制

裝有電子控制自動變速器的汽車在行駛中自動升檔時，控制變速器的電腦會向汽油噴射系統(tǒng)的電腦發(fā)出減扭矩信號。汽油噴射系統(tǒng)的電腦在收到這一減扭矩信號時，會暫時中斷個別氣缸(如2、3缸)的噴油，以降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，從而減輕換檔沖擊。

二、電子燃油噴射控制的原理

4、反饋控制

汽油噴射系統(tǒng)進行反饋控制的傳感器是氧傳感器，使用氧傳感器的發(fā)動機必須使用無鉛汽油。反饋控制(閉環(huán)控制)是在排氣管上加裝氧傳感器，根據(jù)排氣中氧含量的變化，測定出進入發(fā)動機燃燒室混合氣的空燃比值，把它輸入計算機與設(shè)定的目標空燃比值進行比較，將誤差信號經(jīng)放大器控制電磁噴油器噴油量，使空燃比保持在設(shè)定目標值附近。因此，閉環(huán)控制可達到較高的空燃比控制精度，并可消除因產(chǎn)品差異和磨損等引起的性能變化，工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。但是，為了使三元催化裝置對排氣凈化處理達到最佳效果，閉環(huán)控制的汽油噴射系統(tǒng)只能運行在理論空燃比14。7附近很窄的范圍內(nèi)。因此對特殊的運行工況，如啟動、暖機、怠速、加速、滿負荷等需加濃混合氣的工況，仍需采用開環(huán)控制，使電磁噴油器按預(yù)先設(shè)定的加濃混合氣配比工作，充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性能，所以采用開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的控制方式。