汽油机电控燃油喷射系统及其发展趋势(上)

按喷射位置分
{ 进气管喷射 {单点喷射（#$"）— — —仅进气总管有一喷油器
缸内喷射— — —直喷（ !"）
{
{
{
节流速度方式
汽油喷射装置 *’ 年代开始用于军用飞机发动 机，+’ 年代才用于跑车和少数追求高功率的豪华轿 车。由于其突出的优越性能，近年来在汽车发动机 上得到日益广泛的应用，喷射装置本身的结构、功 能也日趋完善。 燃油 喷 射 的 控 制 经 历 了 机 械 控 制（ , 系 统） 、 机电混合式控制（ , - . 系统）到电子控制（ ./" 系 统）的发展过程。 , 系统 是以质量流量方式对混合气浓度加以 控制的，即把空气流量转换成机械式位移，然后利 用燃油测量截面积的大小变化控制空燃比。国产奥 迪 0’’12（& 3 &4）就是使用的机械连续喷射式发动 机。 , - . 系统 它是在 , 系统基础上发展起来的， 它与 , 系统的主要区别是，除增加了若干传感器和 一个电控单元外，还在燃油量调节器中加设了一个 电液混合气调节器。 在现代汽车上，机械式（ , 系统）或机电混合 式（ , - . 系统）燃油喷射系统已趋于淘汰，电控 燃油喷射系统因其更优越的性能而开始普及。 本文主要介绍电控燃油喷射系统。
Leabharlann Baidu
!"# $%#&’()*+&,&)*’()% -.#% /*0#&’+)* 123’#4 )5 6#’()% $*7+*# 8*9 /’3 :#;#%)<+*7 !(#*9（!）
!
汽油机的燃油供给方式 汽油机燃油供给系统的主要任务是根据发动机
加速时供油滞后，减速时回火放炮，使发动机的动 力性和经济性明显下降。 离心和真空点火提前装置只能实现单维调节， 且如果开始时选定不当，那么直到最后都不能获得 正确的调节。 由于燃烧不充分，造成汽车排气中含有大量不 完全燃烧的产物。排气中所含有的 /1、 P/（碳氢 化合物）和 Q1I（氮的氧化物） ，在大气中发生光化 学反 应，生 成 1I （氧 化 剂，如 臭 氧 1, 等 的 总 称） 会对人体和动植物造成危害。这个问题已经受到整 个人类社会的关注，汽车排气净化成了不能回避的 课题。 !"# 燃油喷射式汽油发动机 燃油喷射式汽油发动机是用燃油泵和喷油器将 燃油直接喷入气缸，或把燃油喷入进气歧管内或每 个气缸进气门后面的进气口处，并与吸入的空气混 合供给发动机燃烧。 燃油直 接 喷 入 气 缸 的 喷 射 式（直 喷 式）发 动 机，因燃油与空气在气缸内部形成混合气，所以也 称内部混合气形成发动机。 燃油不直接喷入气缸的喷射式发动机及化油器 式发动机，因燃油与空气在气缸外部形成混合气， 所以也称外部混合气形成发动机。 燃油喷射系统的分类如表 $ 所示。
示。这是一种间接测量空气量的方式。它在节气门 后面装压力传感器，以测量进气歧管内的压力，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。 +/8 根据进气歧管压力和发 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入的空 气量，故这种方式控制精度不高，现已少用。
详见插 & 广告 !
!
电控燃油喷射（ "#$）系统的产生 从以上所述可知，传统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 2’ 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。
万方数据 ! 专为个体设计的小小型、壁挂式蓄电池用水设备！ ・ J I ・
《汽车电器》&’’0 年第 0 期
!专题讲座 !
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 ! " #!! $% & ’ 的时间比传统化 油器缩短 () 。 ! * 耗油量低，经济性好。 +,- 系统最突出的优 势是能实现空燃比的高精度控制。因为汽油是在一 定的压力下喷出的，燃油雾化品质好，且喷油量是 精确地控制的，混合气的空燃比为最佳值且各缸分 配较均匀，下坡时又可以完全不喷油，发动机只对 空气 进 行 压 缩，所 以 可 以 降 低 燃 油 消 耗 量。装 用 +,- 系统后比传统化油器省油 .) " #.) 。 " * 减少排气污染。 +,- 系统可以分别控制汽油 量与空气量，控制精度很高，能始终保持所需的最 佳空燃比。该系统与三元催化剂配合使用时可以使 废气 中 的 /0、 1/、 203 控 制 在 最 低 范 围。而 且， 当发动机减速到一定值（约 #4! 5 & %67）时，会自动 切断燃油供给，可以完全排除传统化油器减速时所 无法清除的 1/ 气体。 # * 整个系统体积小，而且不需要机械驱动，安 装灵活方便。 电控燃油喷射系统的最大特点是，既可获得最 大功率，又可最大限度地节油和净化排气，是节约 能源、降低排污的有效措施之一。 ! 电控燃油喷射系统的基本原理 电控燃油喷射系统采用各种传感器，它们将发 动机的负荷、转速、加速、减速、吸入空气流量和 温度、冷却水的温度等变化情况转换成电信号，然 后把这些电信号输入到计算机控制系统（电子控制 器）里，电子控制器（ +/8）根据这些信号与储存 的信号进行精确计算后，输出一个控制信号去控制 喷油器阀的开启时间和持续时间，从而供给发动机 气缸最佳油量。 图 # 是电控燃油喷射系统的基本原理框图。
不同工况的要求，配制相应空燃比和数量的可燃混 合气供给气缸。燃油的供给方式有化油器式和喷射 式 ! 种。 !"! 化油器式汽油发动机 在传统的汽油发动机上，通常是采用化油器供 油的方式，也就是利用汽油泵把汽油从油箱吸出， 送到化油器的浮子室里，然后利用气流通过化油器 喉管所产生的真空度把汽油吸出，并与吸入的空气 混合供给发动机燃烧。化油器依充气量供给相应的 燃油，形成空气与燃油的混合比恰好适于燃烧的混 合气。点火时刻则由分电器内的断电器决定。最佳 点火时刻依转速和负荷而改变，并借助于装在分电 器内的离心和真空点火提前装置进行调节。 用化油器调节空燃比，靠离心或真空点火提前 装置调节点火时刻，都是直接利用空气流动或离心 力和进 气 真 空 度 等 物 理 现 象，理 论 上 很 难 精 确 控 制。由于汽车是一种加减速频繁，能立即起动、停 止的交通工具，因此理论上的控制显得更难。 由于化油器喉管处的真空度比较低，特别是在 低速小负荷时更低，气流速度不高，此时燃油的雾 化非常 差，有 些 油 滴 会 沉 积 在 发 动 机 进 气 歧 管 壁 上 ，造成实际供给的混合气与使用工况的不一致，
!专题讲座 !
汽油机电控燃油喷射系统及其发展趋势（上）
曹治琬 （长沙汽车电器研究所，湖南 长沙 ’$"!"(）
摘要：介绍了汽油机的 ! 种燃油供给方式，着重阐明了汽油机的电控燃油喷射系统的工作原理、类型及三大 组成部分，指出了电控燃油喷射系统的优点和发展趋势。 关键词：燃油喷射；电控燃油喷射系统；燃油供给系统；空气供给系统；控制系统；传感器；执行器 中图分类号：)’*’+ $,* 文献标识码：文章编号： （!""$） $"", # %*,& "$ # ""’. # "’ /01 2345678 （ /3789:37 0;<=5>?>@<A4@ B>:>7A@3 C8:<4<;<>， /3789:37 ’$"!"(， /3487） =>3’(8&’：D34: E7E>A 48<A=F;@>: ! 67G: =H H;>? H>>F 78F >IE=;8F: >JE37:4K>?G <3> 6=AL489 EA48@4E?>， <GE> 78F , @=JE=8>8<: =H >?>@<A=84@5@=8<A=? H;>? 48M>@<4=8 :G:<>J =H 97:=?48> @7A N D3> 7FO78<79>: 78F F>O>?=E489 <A>8F =H >?>@<A=84@5@=8<A=? H;>? 48M>@<4=8 :G:<>J 7A> E=48<>F =;< N ?#2 @)(93：H;>? 48M>@<4=8； >?>@<A=84@5@=;8<A=? H;>? 48M>@<4=8 :G:<>J； H;>? H>>F :G:<>J；74A H>>F :G:<>J； @=8<A=? :G:<>J； :>8:=A； 7@<;7<=A
修改稿收稿日期：!""" # $$ # "%
作者简介：曹治琬（$&’’ # ） ，男，湖南长沙人，研究员级高级工程师，长期进行汽车点火系统的研究，主要从事汽车 分电器产品开发设计工作。
万方数据 《汽车电器》 !""$ 年第 $ 期
・ ’. ・
!专题讲座 !
表!
燃油喷射系统的分类
多点喷射（ %$"）— — —每个进气歧管设一喷油器 连续喷射（仅限于进气管喷射） 独立喷射— — —顺序喷射 按喷射时刻分 — —各缸同时喷射 间断喷射 同时喷射— 燃油喷射系统 分组喷射— — —同组各缸同时喷射，不同组间顺序喷射 高压燃料喷射— — —喷射压力高于喷射环境压力，压差 &’’ ($) 以上 按喷射压力分 { 低压燃料喷射— — —喷射压力高于喷射环境压力，压差低于 &’’ ($) 质量流量方式 按空气流量检测方式分 速度密度方式
图4
压力型燃油喷射系统的基本原理框图
" # $ # % 流量型（也称 : 型） 以空气流量为主要 控制参数。采用的是质量流量控制法。 流量型燃油喷射系统的基本原理框图如图 ; 所 示。该系 统 是 在 发 动 机 进 气 歧 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， +/8 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。
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（ .56）和怠速速度等。目的 在于获得高功率、大转矩、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 2’ 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子控制 的新时代。 0728 年，德国的 9:;<= 公司研制成 ! 型电控燃 油喷射 系 统，随 后 又 开 发 了 4 型 电 控 燃 油 喷 射 系 统，后来这些技术被不断改进、完善。到 0787 年， 发动机电子控制技术已达到相当高的程度。 电 控 燃 油 喷 射 （ .>?<@A:BC< DE?> CBF?<@C:B 简 称 ./"）系 统 就 是 用 计 算 机 控 制 燃 油 供 应 量 的 装 置。 该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，同时配合电子控制点火在 最佳时刻点燃可燃混合气。 " 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。 % 3 易于起动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 +’G 。 & 3 动力性强。采用 ./" 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 大 +G H 0’G ，扭力可增大 8G 。 ’ 3 加速性能好。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，
图; 图# 电控燃油喷射系统的基本原理框图