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电控燃油喷射系统电控燃油喷射系统 一、电控燃油喷射系统（一、电控燃油喷射系统（EFIEFI）的产生）的产生 传统的化油器不能满足现代汽车对发动机高经济性、低 污染的要求。人们开始研究怎样同时解决汽车排气净化和节 油的两大问题。 从 60 年代初开始，人们首先对点火系统进行改造，采 用无触点电子点火装置。它克服了传统的触点式点火装置的 缺陷，提高了点火能量，在节油和排气净化方面都有较大改 善。但是，由于分电器中的运动部件会产生磨损，一旦驱动 部件松旷就会影响点火正时，失去无触点电子点火的优点。 而且由于仍采用机械式点火提前装置，不能实现点火特性的 多维调节。 今天，发动机应该控制的项目有：点火时刻、空燃比、 排气再循环（EGR）和怠速速度等。目的在于获得高功率、 大扭矩、低油耗、清净的排气以及行驶稳定性。 电子控制是使上述项目得到最佳调节的最好方法， 从 60 年代后半期开始，随着半导体技术的高速发展，尤其是微型 计算机的出现导致电控燃油喷射系统的产生，使汽车发动机 进入一个电于控制的新时代。 1967 年， 德国 Bosch 公司研制成 D 型电子控制汽油喷射 系统，随后又开发了 L 型电子控制喷射系统，后来这些技术 被不断改进、完善。到 1979 年，发动机电子控制技术己达 到相当高的程度。 电控燃油喷射系统（Electronic fuel injection 简称 EFI）就是用计算机控制燃油供应量的装置。 电控燃油喷射系统中的计算机综合各种不同传感器送 来的信息作出判断，控制喷油器以一定的压力，正确迅速地 把燃油喷射到发动机进气歧管里，与吸入的空气混合后，进 入发动机气缸，配合电于控制点火在最佳时刻点燃可燃混合 气。 二、二、电控燃油喷射系统的优点电控燃油喷射系统的优点 电控燃油喷射系统与传统的化油器装置相比具有以下优点： 1、发动机且起动时间短。通常设有冷起动喷油器，故可改 善低温起动性能， 起动发动机的时间只是传统化油器的 50%。 力性强。采用 EFI 后，发动机的进气可不必预热，可以吸入 密度较大的冷空气，同时进气歧管阻力减小，所以充气系数 提高。 热效率和充气系数的提高， 使发动机的输出功率提高， 其功率可增人 510，扭力可增大 7。 速性能好。由于汽油是直接喷射到发动机进气阀处，混合气 经过的路程短，因此反应灵敏，减少滞后现象，加速性能得 到改善。进行油门全开的加速试验，车速由 0100km/h 比 传统化油器缩短 7的时间。 4、 耗油量低，经济性好。EFI 系统最突出的优势是能实现 空燃比的高精度控制。因为汽油是在一定的压力下喷出的， 燃油雾化质量好，且喷油量是精确地控制的，混合气的空燃 比为最佳值且各缸分配较均匀，下坡时又可以完全不喷油， 发动机只对空气进行压缩，所以可以降低燃油消耗量。装用 EFI 后比传统化油器省油 515。 5、减少排气污染。因为 EFI 装置可以分别控制汽油量与空 气量，控制精度很高，能始终保持所需的最佳空燃比。该装 置与三元催化剂配合使用时可以使废气中的 CO、HC、NOx控 制在最低范围。 而且， 当发动机减速到一定值 （约 120r/min） ， 会自动切断燃油供给，可以完全排除传统化油器减速时所无 法清除的 HC 气体。 整个装置体积小，而且不需要机械驱动，安装灵活方便。 电子控制燃油喷射装置的最大特点是，既可获得最人功率， 又可最大限度地节油和净化排气，是节约能源，降低排污的 有效措施之一。 三、电控燃油喷射系统的基本原理、类型及组成三、电控燃油喷射系统的基本原理、类型及组成 1 1 电控燃油喷射系统的原理电控燃油喷射系统的原理 电控燃油喷射系统采用各种发动机的负荷、 转速、 加速、 减速、吸人士气流量和温度、冷却水的温度等变化情况转换 成电信号，然后把这些电信号输入到计算机控制系统（电子 控制器）里，电子控制器（ECU）根据这些信号与储存的信 号进行精确计算后输出一个控制信号去控制喷油器阀的开 启时间和持续时间，从而供给发动机气缸最佳油量。 2 2 电控燃油电控燃油喷射系统的类型喷射系统的类型 电控燃油喷射系统按不同的方法可分为不同的类型。 按检测进气量的方式分类： 压力型（也称 D 型）-以进气管压力为主要控制参数。采 用的是速度密度控制法。这是一种间接测量空气量的方式， 它在节气门后面装有压力传感器，以测量进气管内的压力， 因该处的压力（真空度）随节气门开度而变化，它反映了发 动机负荷的大小，故可作为电子控制系统确定喷油量的主控 信息。电于控制器（ECU）根据进气管压力和发动机转速推 算每一工作循环吸入发动机的空气量，再根据推算的空气量 计算燃油量。但由于空气流量与该处压力不是线性关系，且 进行排气再循环时管内压力要发生变化，所以不容易精确检 测吸人的空气量，故这种方式控制精度不高，现己少用。 2）流量型（也称 L 型）-以空气流量为主要控制参数。 采用的是质量流量控制法。 流量型控制系统是在发动机进气管处安装空气流量计， 它是一种直接检测法，即利用空气流量传感器直接测定进入 发动机的空气量，ECU 则根据进气量信息确定其喷油量，从 而可得到较准确的空燃比，由于流量型控制精度高，现已广 泛采用。 2、按喷油器的数量分类： 单点喷射（SPI）Single Point Injection 单点喷射是在节气门后方用一个喷油器集中喷射，为了 将燃油喷入节气门与管壁之间的空间，使燃油雾化得更好， 燃油应喷射成锥状。当然，化油器式发动机歧管所具有的各 缸燃油分配不均、动态特性差等缺点，在单点喷射系统中也 同样存在。但单点喷射结构简单，控制较容易，故现在仍有 应用。 多点喷射（MPI） Multi Point Injection 多点喷射也称气门口喷射系统，即在每个进气门前方都 设一个喷油器，因此，使燃油有更好的分配，而且与进气歧 管的结构无关，避免了壁湿影响，这样，不论发动机在热态 或冷态下工作，其过渡特性都是最佳的。同时，由于进气歧 管中只有空气，故可设计得使发动机达到最大的充气量，这 将进一步提高发动机的扭矩和工作性。 按喷射时序的不同，MPI 又可细分为同时喷射、分组喷 射和顺序喷射 3 种。同时喷射方式是所有喷油器同时喷油； 而为了使整套设备的结构简单而喷油准确，常将发动机的气 缸分为两组，供给每组气缸的喷油器都是同时打开，给各缸 的进气歧管同时喷油， 两组喷油器交替工作， 此即分组喷射； 顺序喷射方式则使喷油器能按各缸的点火顺序进行喷油，每 循环喷一次。该种方式较前两种应用效果更好。 控制系统有无反馈分类 开环系统-又称硬性控制 指施控系统将可控输入转化为信号后作用于受控系统， 受控系统的输出结果不再被送回输入端并形成再控制的直 链控制方式，即不带有反馈控制装置的喷射系统为开环系 统。 闭环系统-又称反馈控制 带有反馈控制装置（通常是用氧传感器）的喷射系统为 闭环系统。它与开环控制的区别在于增加了反馈环节。把受 控系统的状态或执行结果返送给施控系统，以影响信号的改 变，用以调整未来的动作。 为了获得高的经济性和小的排污量，目前有的使用三元 催化装置，同时处理发动机废气中的 CO、HC 和 NOx3 种有害 气体，降低排污量，而三元催化剂的净化能力与混合气的空 燃比有关，在理论空燃比附近，3 种有害气体才能同时净化。 在前述一般电于控制喷射装置中增添一个氧传感器安置在 排气管内，输出一个氧含量信号，反馈给 ECU，随时修上喷 入发动机的燃油量，维持混合气的平均值在理论空燃比附 近。 3 3 电控燃油喷射系统的组成电控燃油喷射系统的组成 电控燃油喷射系统主要由燃油供给系统（油路） 、空气 供给系统（气路）和控制系统（电 路。包括各种传感器、 电子控制器和执行器）等三人部分组成。 各部分的组成及功能简介如下： 1、燃油供给系统（油路） 燃油供给系统的作用是：向气缸内供给燃烧所需要的汽 油。 燃油供给系统包括燃油箱、燃油泵、燃油缓冲器、燃油 压力调节器、燃油滤清器、喷油器，节温定时开关和冷起动 阀（冷起动喷油器）等部件。 燃油箱（汽油箱）-储存燃油用。 燃油泵（电动汽油泵）-其作用是将燃油从燃油箱中 泵人燃油管路，并使燃油保持一定的压力，经过滤清器输送 到燃油喷油器和冷起动阀。 燃油泵按其安装位置分为外装泵和内装泵两种外装泵 即将泵装在油箱之外的输油管路中，内装泵则是将泵安装在 燃油箱内。与外装泵比较，它不易产生气阻和燃油泄漏，且 噪音小。目前大多数 EFI 采用内装泵。 燃油缓冲器-也称脉动阻尼器。其作用是使燃油泵泵 出的油压变得平稳，减少抽压波动和降低噪音。 燃油压力调节器-油路中安装有压力调节器，它使燃 油压力相对于人气压力或进气管负压保持一定，即保持喷油 压力与喷油环境压力的差值一定。此压力差一般维持在 250kPa，当供油压力超过规定值时，压力调节器内的减压阀 打开， 汽油便经过回油管流回油箱， 使输油管油压保持恒定。 燃油滤清器-装于燃油缓仲器与喷油器之间的油路 中，其作用是滤除燃油中的水份和杂质等污物，以防堵塞喷 油器计阀。 喷油器-喷油器安装在节气门体空气人口处（SPI 系 统）或进气歧管靠近各缸进气门附近（MPI 系统） ，受电子控 制器喷油信号的控制，其喷油量由喷油器通电时间的长短决 定，从而将适量的燃油成雾状喷入进气歧管。 喷油器的喷油原理是：由电于控制器送来喷油电流信 号，电流流经电磁线圈产生电磁吸力，该吸力吸引铁心，由 于针阀与铁心制成一体，故此时计阀打开，燃油由喷油器喷 出。 7）节温定时开关和冷起动阀（冷起动喷油器）节温定时开 关的作用是监测冷却水的温度，当发动机起动，冷却水温度 低 114C 时，开关的触点闭合，使冷起动阀喷油。冷起动阀 的作用是在冷起动发动机时向进气歧管喷射额外的燃油，以 改善低温起动性能。有不少车己取消了节温定时开关，冷起 动喷油器的工作完全由 ECU 控制，控制精度更高。 2、空气供给系统（气路） 空气供给系统的作用是：测量和控制汽油燃烧时所需要 的空气量。 空气供给系统包括：空气滤清器、空气流量计、节气门 室、进气歧管、空气量调整器等。 空气由空气滤清器吸入，经空气流量计（其作用是测量 进入空气量的多少） 、节气门室、进气歧管而后进入各气缸。 空气流量计（MAF）-用于 L 型 EFI 系统。安装在空 气滤清器和节气门之间，用来测量进入气缸内空气量的多 少，然后将进气量信号送入电子控制器 ECU，从而由 ECU 计 算出喷油量控制喷油器向节气门主喷入与进气量成最佳比 例的燃油。 2) 节气门室-节气门室的作用是控制进入气缸的空气 量，从而控制发动机的转速。它主要由节气门，怠速调整螺 丝、怠速空气孔道和节气门开关等组成。 当发动机在怠速时（节气门全关） ，空气流经旁通孔道（怠 速空气孔道） ，此时只要调整怠速调整螺丝就可以调整发动 机在怠速时的转速。 3）空气量调整器-也称附加空气阀。它安装在节气门上 方。其作用是在低温下起动发动机时，它通过另一通道，使 进入气缸的空气增多，从而使喷油量也增加，做到在低温下 顺利起动发动机。当发动机温度升高达 6070时，它将 自动关闭。 3、控制系统（电路） 控制系统的作用是：根据发动车辆运行状况确定汽油的 最佳喷射量。控制系统主要由各种传感器、电子控制器（计 算机控制装置）和执行器组成。 控制系统的作用是电子控制器根据接收到的各种传感 器采集的反映发动机实时工况的信息，经过计算机计算出喷 油器针阀的开启时间和持续时间，并指令喷油器工作，以确 保供给发动机最佳可燃混合气。 1）传感器：传感器监测发动机的实际工况，感知各种物理 信号并将其转换为电信号传输给 ECU。主要采用的传感器见 表 1 表 1 传感器的种类及功能 传感器 安装位置 功能 结构形式 温 度 传 感 器 冷 却 水 温度 （THW） 安装在发 动机出水 口附近 感知发动机冷 却水的温度， 并将其转换成 电 信 号 输 入 ECU 绕 线 电 阻 式、热敏电 阻式、热电 偶式 进 气 温 度 （THA） 在空气流 量计的主 空气通道 中 感知进气温度 的变化，并将 其转换成电信 号输入 ECU 绕 线 电 阻 式、热敏电 阻式、热电 偶式 流 量 传 感 器 空 气 流 量 在空气流 量计 （MAF）的 主空气通 道中 感知进入汽缸 内 空 气 的 多 少，并将进入 节气门的进气 量变成电信号 输入 ECU。 （用 于 L 型） 叶片式、电 热丝式、卡 门旋涡式 燃 油 流 量 在主油路 中 用于计算耗油 量 水车式、循 环球式 进气压力传 感器（MAP） 通过软关 与进气歧 管相通 测定进气真空 度。 （用于 D 型） 线性可调变 压器、电容 式、半导体 压 敏 电 阻 式、表面弹 性波式 节气门位置 传感器 （TPS） 安装在节 气门总体 壳体内 将节气门打开 的角度转换成 对应的电压信 号输入 ECU。 线 性 输 出 型、开关量 输出型 发动机转速 传感器 在发动机 启动飞轮 齿环上方 测量发动机转 速并将其脉冲 信号输入 ECU 磁感应式、 霍 尔 效 应 式、光电式 车速传感器 （SPD） 在组合式 仪表内 用于发动机怠 速和汽车加减 速时的空燃比 控制 舌 簧 开 关 型、光电耦 合型 曲轴位置传 感器（点火 正 时 传 感 器） （CPS） 在曲轴箱 内左侧 检测一缸上止 点位置信号脉 冲并输入 ECU 磁感应式、 霍 尔 效 应 式、光电式 氧 传 感 器 （ 传 感 器） 安装在排 气管上 检测大气与排 气中氧浓度之 差而产生电动 势，将其电压 信 号 输 入 ECU， 用以控制 空燃比 二氧化锆氧 传感器、二 氧化钛氧传 感器 爆震传感器 （KNK） 安装在缸 体内的进 气管下部 检测缸体的振 动判断爆燃的 发生，输入爆 燃脉冲信号给 ECU， 用以推迟 点火时刻 磁 致 伸 缩 式、压电式 (共振型、 非 共振型、火 花塞座金属 垫型) 汽车传感器的工作条件极为恶劣，因此，传感器能否精确可 靠地工作至关重要。在该领域中，理论研究及材料应用发展 迅速， 半导体和金属膜技术、 陶瓷烧结技术等得到迅猛发展。 智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。 2）电子控制器： Electronic ControI Unit 缩写 ECU。 它是燃油喷射系统的控制核心，实际上是一个微型计算 机。为了提高其稳定性和降低成本，内部采用集成电路，为 了生产和检修方便对外采用多脚的插头插座式结构。 ECU 的存储器中存放了发动机各种工况的最佳喷油持续 时间，在接收了各种传感器传来的信号后，确定满足发动机 运转状态的燃油喷射量，并根据计算结果控制