第1课汽油机燃油控制原理

车辆电子控制技术讲授内容：第二章汽油机供油控制（第1课）《车辆电子控制技术》课件03二月2023203二月2023本章内容安排第二章汽油机供油控制第1课汽油机供油控制的基本原理第2课汽油机供油控制系统的基本组成

本章主要介绍：汽油发动机电子控制燃料喷射（EFI）系统的基本原理、方式、组成和功能，主要控制参数及其在特殊工况下的修正方法和特性，以及各个分系统主要元、器件的基本构造和工作原理。303二月2023一、汽油机燃料配供二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求三、喷油正时控制原理四、喷油量控制原理本节课的主要内容第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制403二月2023

为使汽油发动机正常运转，必须为其提供连续的、特定数量的和具有特定混合比的燃料空气混合气，该过程称为燃料供给。燃料供给过程的质量在很大程度上决定着发动机的性能及其发挥。燃料配给由燃料供给系统完成。该系统向发动机提供特定浓度和数量的可燃混合气，进入气缸内燃烧。燃烧过程化学反应式为：一、汽油机燃料配供可燃混合气中的空气与燃油质量之比称作空燃比，其数值用A/F值表示。理论上完全燃烧时相应的A/F值（约为14.7）称为理论空燃比。但运行过程中由于受到发动机结构与工况变化等因素影响，混合气实际A/F值通常大于或小于理论值。汽油发动机燃料供给系统控制指标为：适时提供特定数量与A/F值的可燃混合气。第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制503二月2023

发动机功率取决于工作循环过程中进入气缸内并完全燃烧的燃料数量。功率调节方式有两种类型：1)量调节式所谓量调节式是指：可燃混合气燃料与空气在进气系统中混合而成，每个工作循环进入气缸的混合气A/F值和数量均是变化的，进入气缸内的燃料数量由此而定。即：通过改变混合气供给数量来调节发动机功率。化油器式燃料供给系统就是按照量调节原理设计的。一、汽油机燃料配供第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制603二月20232)质调节式所谓质调节式是指：每个工作循环由进气系统进入气缸的气体数量基本不变，且仅为纯空气，其混合气形成是在缸内完成的。即：进入气缸的燃料数量取决于缸内形成的混合气的浓度（A/F值）。质调节方式燃烧较为充分，热效率高，而且排气有害成分较少，是一种较为理想的功率调节方式。柴油机的燃料供给方式就是典型的质调节方式。汽油机缸内直喷属于质调节一、汽油机燃料配供第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制703二月20231.空燃比对发动机性能的影响1)空燃比对发动机动力性、经济性的影响理论与实践均表明，当A/F约为12.5时，燃烧速度最快，发动机所产生的功率与扭矩最大，故发动机的动力性最好，所以又称其为功率空燃比；当空燃比约为16时，由于混合气较稀有利于燃料完全燃烧，故可降低发动机的油耗。因为，此时发动机的经济性最好，故又称其为经济空燃比。二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制803二月2023

2)空燃比对发动机排放性能的影响CO和HC以理论空燃比为界，随着混合气变浓而逐渐上升在空燃比略大于理论空燃比的区域内，CO及HC的浓度均比较低。由于NOX是高温富氧的产物，故在理论空燃比的区域内将出现最大值。二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制903二月2023

2. 发动机工况对混合气空燃比的要求汽车发动机的工作模式是变工况模式，即在车辆运行过程中，其工况（负荷和转速）在工作范围内是不断变化的，且在工况变化时，发动机对可燃混合气的空燃比要求差异较大。

1)稳定工况对混合气的要求发动机的稳定工况是指发动机已完全预热，进入正常运转，且在一定时间内转速和负荷没有突然变化的情况.可分为怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷等几种。二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1003二月2023

(1) 怠速和小负荷工况——AB线段怠速工况发动机对外无功率输出且以最低稳定转速运转。怠速工况下混合气燃烧所做的功只用于克服发动机内部的阻力，维持最低转速稳定运转。汽油机怠速转速一般为300～1000r／min。怠速工况下节气门处于关闭状态。此时吸入气缸内的可燃混合气数量极少，且汽油雾化蒸发不良，进气管中的真空度很高。当进气门开启时，缸内压力仍高于进气管压力，结果导致气缸内的混合气废气率较大。因此，为保证混合气能正常燃烧，须供给小A/F值浓混合气，如图3-2中A处。随着负荷的增加，节气门开度逐步增大而转入小负荷工况，此时吸入混合气的品质逐渐改善。所以小负荷工况对混合气成分的要求如图3-2中的AB线段所示。即：发动机在小负荷运行时，供给混合气也应加浓，但加浓的程度随负荷的增加而减小。二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1103二月2023

(2) 中等负荷工况——BC段汽车发动机的大部分工作时间都处于中等负荷状态。节气门开度在25%-75%之间此时，节气门已有足够大的开度，上述影响因素已不复存在，因此可供给发动机较稀的混合气，以获得最佳的燃油经济性。这种工况相当于图3-2中的BC段，A/F约为16～17。二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1203二月2023

(3) 大负荷和全负荷工况——CD段节气门开度已超过3／4，此时应随着节气门开度的开大而逐渐地加浓混合气以满足发动机功率的要求实际上节气门未全开时，如需获得更大的扭矩，只需进一步加大节气门开度即可实现，没有必要改变混合气A/F来提高功率，而应当继续使用经济混合气来达到省油的目的。因此，在节气门全开之前所有的部分负荷工况都应按经济混合气配给。只是在全负荷工况时，节气门已经全开，此时为了获得该工况下的最大功率必须供给功率混合气，如图3-2中的C点。从大负荷—→全负荷，混合气的加浓也是逐渐变化的。二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1303二月2023

2）过渡（非稳定）工况对混合气的要求汽车运行中过渡工况主要包括冷起动、暖机、加速和减速等4种状况，其典型特征就是在一定时间内，转速和负荷处于非稳定的工作状况，(1)冷起动：冷机起动时，燃料和进气温度均很低，汽油蒸发率很小，雾化不良。为了保证冷起动顺利，发动机要求供给很浓的混合气，以保证混合气中有足够的汽油蒸气。一般要求A/F达到2:1，才能保证在气缸内形成足够浓度的可燃混合气。(2)暖机：冷机起动后气缸开始点火作功，发动机温度逐渐上升，即为暖机。在暧机过程中，由于温度较低、燃油雾化较差，因此也需要较浓的混合气，而且随着温度增加而逐渐减小，直至达到正常工作温度。（3）加速：发动机加速是指负荷突然迅速增加的动态过程。“附壁”现象。（4）减速：当汽车减速时，进气管壁面汽油蒸发气化，造成混合气过浓，严重时甚至熄火。对于发动机燃料供给系统的关键要求是：实时、连续、精确地控制混合气A/F，以满足发动机在变工况和条件下对混合气的要求。二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1403二月2023二、汽油机工作过程对可燃混合气的要求第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1503二月2023定义：喷油正时是指喷油正确的时间类型：同步喷射、异步喷射。1.同步喷射所谓“同步”意指喷射频率与曲轴运动状态（或活塞行程）同步，即喷油时刻与曲轴位置有严格对应关系，且最终喷油信号由曲轴位置传感器信号触发。同步喷射又分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种类型。三、喷油正时控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1603二月2023

（1）同时喷射将所有喷油器并联共用一个喷油驱动回路。曲轴每转一圈，喷油器同时喷射一次，即每工作循环喷油两次。同时喷射方式中所有喷油器同步动作，喷油正时与发动机工作循环无关，因此各缸喷射时刻不可能同时达到最佳，有可能造成各缸混合气的混合浓度不均匀。对各活塞行程位置不需判定，喷射驱动回路通用性好，系统结构、控制电路和控制软件均较简单，目前基本被淘汰。三、喷油正时控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1703二月2023

（2）分组喷射分组喷射喷油过程分组进行。如四缸发动机喷油器分成两组，由ECU控制交替喷射，每循环喷射一次或两次。其喷油信号也是由曲轴位置传感器信号触发分组喷射属于一种过度和简化性的技术，目前仍然拥有一定的实际运用范围三、喷油正时控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1803二月2023

（3）顺序喷射顺序喷射（独立喷射）每循环各缸喷油器按照特定的顺序依次独立喷射1次。各喷油器喷油过程分别由ECU单独控制。控制电路的特点是驱动回路与气缸数相同。顺序喷油控制由曲轴位置传感器提供曲轴转角及活塞行程位置信号，ECU据此信号准确判定工作气缸位置与活塞行程，发出指令控制驱动电路使相应的喷油器喷油。喷射时序与点火顺序顺序喷油可在各缸工作循环的最佳时刻进行，控制精度好，对混合气形成和A/F控制十分有利，可提高发动机各项性能。三、喷油正时控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制1903二月20232.异步喷射喷油正时控制与曲轴运动无任何相关关系，多属临时性的补充供油性质。（1）起动时异步喷油正时控制起动时，为改善起动性能，除同步喷油外，还增加一次异步喷油在起动开关（STA）处于接通状态时，ECU接收到第一个G信号后，接收到第一个Ne信号时，开始进行起动时的异步喷射（2）加速时异步喷油正时控制由怠速过渡到起步时，为改善起步加速性能，ECU接受到IDL信号从接通到断开时，增加一次固定量的喷油（有些发动机）ECU接受到IDL信号从接通到断开后，检测到第一个Ne信号时，增加一次固定量的喷油（有些发动机）当节气门突然开启或进气量突然增加时（急加速），增加喷油三、喷油正时控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2003二月2023当发动机工况和喷油系统结构确定后，每循环喷油量取决于由ECU控制的喷油器工作（喷射）持续时间。由于ECU发出的控制喷油持续时间的指令是脉冲型信号，该脉冲的工作宽度（简称“喷油脉宽”）就决定了喷油持续时间。四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2103二月2023

1.起动时的同步喷油量控制组成：基本喷油时间+进气温度修正+电压修正（1）起动时的基本喷油时间起动时的基本喷油时间由ECU内存的冷却液温度—喷油时间曲线确定控制信号主要有：点火开关STA挡THW信号转速低于规定值四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2203二月2023

1.起动时的同步喷油量控制（2）进气温度修正根据THA信号修正喷油时间（TA）—延长或缩短，起动时进气温度低时延长，进气温度高时缩短（3）电压修正实际喷油时刻晚于ECU发出喷油指令时刻，会使喷油量不足蓄电池电压越低，喷油滞后时间越长，电压修正喷油时间（TB）越长四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2303二月2023

2.起动后的同步喷油量控制组成：基本喷油量+修正喷油量（1）起动后的基本喷油量1）D型EFI中起动后基本喷油时间由ECU内存的基本喷油时间三维图(三元MAP图)确定控制信号：Ne信号（转速）和PIM信号（进气管压力）2）L型EFI中起动后基本喷油时间由ECU内存的实现既定空燃比（理论空燃比14.7:1）所需的喷射时间确定控制信号：Ne信号（转速）和Vs信号（空气流量计）四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2403二月2023（2）起动后的修正喷油量1)冷起动后加浓修正。低温导致的汽油雾化不良和附壁现象的存在，会造成实际混合气A/F较大。必须在基于理想A/F配给的基础上增加喷油量。ECU对冷起动后加浓修正按以下程序处理：①根据发动机工作温度确定起动后加浓修正系数的初始值；②发动机完成爆发后，每隔一定时间，对起动后燃油加浓修正系数进行衰减。四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2503二月2023

2) 暖机燃油加浓修正冷车起动后即进入暖机阶段。暖机时加浓修正的目的是补偿冷态时汽油气化不足而导致的实际供油数量的不足，如图3-12所示，发动机启动运转之后，机件温度和冷却液温度会不断上升，修正系数随发动机工作温度的上升而逐渐衰减。

起动后燃油加浓修正与暖机加浓修正同时开始。不同之处在于：起动后燃油加浓修正在发动机完成爆发后数十秒内即告结束，而暖机加浓修正过程将一直持续到冷却液温度达到规定值为止。四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2603二月20233）高温起动燃油加浓修正夏天汽车长时间高速行驶之后熄火后的10—30分钟内再起动，一般应进行高温燃油加浓修正。汽车高速行驶时，由于风冷作用，汽油温度通常不会太高（约50℃）。如此时熄火发动机将成为热源，使燃油总管和喷油器内的温度上升至80—100℃，出现沸腾现象产生汽油蒸气，致使喷油器喷射工作过程中的实际燃油喷射量较计算值减少，造成A/F值偏大。为此而采用高温起动燃油加浓修正措施，一般当发动机工作温度上升到某一设定值（如100℃）以上时才进行，修正值范围与变化规律如图3-13所示。

有的发动机在进行高温起动燃油加浓修正时，不是检测发动机工作温度信号，而是直接检测燃油总管内的汽油温度传感器发出的汽油温度信号，再根据其值确定高温燃油加浓修正的范围四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2703二月2023

4) 加速燃油修正燃料附壁效应：进气系统压力越高或附着部位表面的温度越低，附壁燃油汽化速度越慢，附壁燃料数量越多。加速时节气门突然开大，进气系统压力骤增，附壁燃油数量增加，造成实际供给燃油量相对不足，致使实际A/F大于目标值。考虑压力与温度的共同影响，燃油修正系数FAC应由两部分组成，即：FAC=FDL1×FTH1

式中：FDL1——负荷变化率修正系数；

FTH1——冷却液温度修正系数四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2803二月2023

5）减速燃油修正减速时节气门开度减小，进气系统压力降低，附壁汽油加速汽化，因此与加速工况恰恰相反，这时混合气的浓度显然会变稀。同样考虑进气系统压力与发动机工作温度的影响，减速燃油修正系数FDC应为：FDC=-FDL2×FTH2

FDL2

——发动机负荷率变化的修正系数；FTH2

——冷却液温度修正系数。四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制2903二月2023

6)急加速时异步喷射上述是同步喷射模式的燃油供应量修正。但急加速工况突然增大的负荷使燃油供给产生滞后现象。为确保急加速工况发动机反应灵敏，过度迅捷，须实施临时性异步燃油增量喷射。从图3-18可以看出急加速时节气门开度、吸入空气质量与活塞行程的对应关系。图中Ga1为加速初始时测定的空气质量流量，TA为依据目标A/F和Ga1确定的同步喷射脉宽。四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制3003二月2023异步喷射量的是根据发动机的节气门开度变化率的来确定。假设节气门初始开度用THA表示，以10-20ms内的THA变化量△THA为依据，确定异步喷射量。如图3-19所示，节气门开度变化量△THA越大，吸入的空气质量增量越大，所需的异步喷射油量也就越大。四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制3103二月2023

7）大负荷、高转速稳定工况燃油增量修正当汽车在大负荷、高速度行驶时，应追求发动机的动力性。控制系统应根据负荷与转速信号，将A/F控制中心设定在与扭矩峰值相对应的12.5处，并实施时开环控制，以提高发动机动力性。四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制3203二月2023

8）空然比（A/F）反馈控制修正为充分利用三元催化反应器净化排气，必须将混合气A/F控制在理论值附近，才能使CO、HC的氧化作用与NOx的还原作用同时、有效地进行。为此须提高A/F的控制精度，使其尽可能收敛于以理论值（14.7）为中心的非常狭窄的理想状态范围内，以获得催化反应器的最佳净化效果。必须借助氧传感器进行反馈控制，才能达到此目的。四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制3303二月2023EFI系统利用氧传感器输出信号电压在A/F=14.7时发生临界跃变的特征，将其与基准电压（4.5V）进行比较，即可判定适时混合气A/F值并以此进行反馈控制。如果氧传感器输出信号电压大于基准电压，则判定A/F过小，进而减小喷油脉宽；反之则增大喷油脉宽。A/F反馈控制的实质就是通过氧传感器信号使A/F回归理论值的控制。闭环控制系统反馈控制过程需经过一定时间，才能使A/F稳定收敛于理论值附近。该时间段包括混合气从进入气缸直至废气到达氧传感器，以及氧传感器的响应时间等四、喷油量控制原理第1课汽油机供油控制的基本原理第二章汽油机供油控制3403二月2023反馈控制的实施条件：通常在下述的情况中，反馈控制将自动解除：发动机起动与暧机时；起动后燃油增量修正（加浓）时；节气门全开（大负荷、高转速）时；发动机处于非稳定工况（加、减速）时；燃油中断停供油时；氧传感器检测的A/F信号过小且持续时间大于规定值（如10秒以上）时；氧传感器检测的A/F信号过大且持续时间大于规定值（如4秒以