電子燃油噴射控制的原理

1、簡(jiǎn)介

電子燃油噴射控制系統(簡(jiǎn)稱(chēng)EFI或EGI系統)，以一個(gè)電子控制裝置(又稱(chēng)電腦或ECU) 為控制中心，利用安裝在發(fā)動(dòng)機不同部位上的各種傳感器，測得發(fā)動(dòng)機的各種工作參數，按照在電腦中設定的控制程序，通過(guò)控制噴油器，精確地控制噴油量，使發(fā)動(dòng)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通過(guò)電腦中的控制程序，還能實(shí)現起動(dòng)加濃、暖機加濃、加速加濃、全負荷加濃、減速調稀、強制斷油、自動(dòng)怠速控制等功能，滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機特殊工況對混合氣的要求，使發(fā)動(dòng)機獲得良好的燃料經(jīng)濟性和排放性，也提高了汽車(chē)的使用性能。其工作原理如圖1(請點(diǎn)擊這里>>)。

電子控制燃油噴射系統的噴油壓力是由電動(dòng)燃油泵提供的，電動(dòng)燃油泵裝在油箱內，浸在燃油中。油箱內的燃油被電動(dòng)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(dòng)機上方的分配油管。分配油管與安裝在各缸進(jìn)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(shí)電磁閥開(kāi)啟，壓力燃油以霧狀噴入進(jìn)氣歧管內，與空氣混合，在進(jìn)氣行程中被吸進(jìn)氣缸。分配油管的末端裝有燃油壓力調節器，用來(lái)調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節器上的回油口返回燃油箱。

進(jìn)氣量由駕駛員通過(guò)加速踏板操縱節氣門(mén)來(lái)控制。節氣門(mén)開(kāi)度不同，進(jìn)氣量也不同，進(jìn)氣歧管內的真空度也不同。在同一轉速下，進(jìn)氣歧管真空度與進(jìn)氣量成一定的比例關(guān)系。進(jìn)氣管壓力傳感器可將進(jìn)氣歧管內真空度的變化轉變成電信號的變化，并傳送給電腦，電腦根據進(jìn)氣歧管真空度的大小計算出發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣量，再根據曲軸位置傳感器測得信號計算出發(fā)動(dòng)機轉速。根據進(jìn)氣量和轉速計算出相應的基本噴油量。電腦根據進(jìn)氣壓力和發(fā)動(dòng)機轉速控制各缸噴油器，通過(guò)控制每次噴油的持續時(shí)間來(lái)控制噴油量。噴油持續時(shí)間愈長(cháng)，噴油量就愈大。一般每次噴油的持續時(shí)間為 2～10ms。各缸噴油器每次噴油的開(kāi)始時(shí)刻則由電腦根據安裝于離合器殼體上的發(fā)動(dòng)機轉速(曲軸位置)傳感器測得某一位置信號來(lái)控制。這種類(lèi)型的燃油噴射系統的每個(gè)噴油器在發(fā)動(dòng)機每個(gè)工作循環(huán)中噴油兩次，噴油是間斷進(jìn)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(jiǎn)介

發(fā)動(dòng)機在不同工況下運轉，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(dòng)、急加速、急減速等)，對混合氣濃度有特殊的要求。電腦要根據有關(guān)傳感器測得的運轉工況，按不同的方式控制噴油量。噴油量的控制方式可分為起動(dòng)控制、運轉控制、斷油控制和反饋控制。

(1)起動(dòng)噴油控制

起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機由起動(dòng)馬達帶動(dòng)運轉。由于轉速很低， 轉速的波動(dòng)也很大，因此這時(shí)空氣流量傳感器所測得的進(jìn)氣量信號有很大的誤差?；谶@個(gè)原因，在發(fā)動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，電腦不以空氣流量傳感器的信號作為噴油量的計算依據，而是按預先給定的起動(dòng)程序來(lái)進(jìn)行噴油控制。電腦根據起動(dòng)開(kāi)關(guān)及轉速傳感器的信號，判定發(fā)動(dòng)機是否處于起動(dòng)狀態(tài)，以決定是否按起動(dòng)程序控制噴油。當起動(dòng)開(kāi)關(guān)接通，且發(fā)動(dòng)機轉速低于300轉/分時(shí)，電腦判定發(fā)動(dòng)機處于起動(dòng)狀態(tài)，從而按起動(dòng)程序控制噴油。

在起動(dòng)噴油控制程序中，電腦按發(fā)動(dòng)機水溫、進(jìn)氣溫度、起動(dòng)轉速計算出一個(gè)固定的噴油量。這一噴油量能使發(fā)動(dòng)機獲得順利起動(dòng)所需的濃混合氣。冷車(chē)起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機溫度很低，噴入進(jìn)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(dòng)機在低溫下也能正常起動(dòng)，必須進(jìn)一步增大噴油量。由電腦控制，通過(guò)增加各缸噴油器的噴油持續時(shí)間或噴油次數來(lái)增加噴油量。所增加的噴油量及加濃持續時(shí)間完全由電腦根據進(jìn)氣溫度傳感器和發(fā)動(dòng)機水溫傳感器測得的溫度高低來(lái)決定。發(fā)動(dòng)機水溫或進(jìn)氣溫度愈低，噴油量就愈大，加濃的持續時(shí)間也就取長(cháng)。這種冷起動(dòng)控制方式不設冷起動(dòng)噴油器和冷起動(dòng)溫度開(kāi)關(guān)。

(2)運轉噴油控制

在發(fā)動(dòng)機運轉中，電腦主要根據進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機轉速來(lái)計算噴油量。此外，電腦還要參考節氣門(mén)開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機水溫、進(jìn)氣溫度、海拔高度及怠速工況、加速工況、全負荷工況等運轉參數來(lái)修正噴油量，以提高控制精度。

由于電腦要考慮的運轉參數很多，為了簡(jiǎn)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(gè)部分，并分別計算出結果。然后再將三個(gè)部分疊加在一起，作為總噴油量來(lái)控制噴油器噴油。

1) 基本噴油量：基本噴油量是根據發(fā)動(dòng)機每個(gè)工作循環(huán)的進(jìn)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：修正量是根據進(jìn)氣溫度、大氣壓力等實(shí)際運轉情況，對基本噴油量進(jìn)行適當修正,使發(fā)動(dòng)機在不同運轉條件下都能獲得最佳濃度的混合氣。修正量的內容為：

① 進(jìn)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(shí)，自動(dòng)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(dòng)機獲得良好的使用性能(如動(dòng)力性、加速性、平順性等)。加濃的程度可表示為

① 起動(dòng)后增量： 發(fā)動(dòng)機冷車(chē)起動(dòng)后，由于低溫下混合氣形成不良及部分燃油在進(jìn)氣管上沉積，造成混合氣變稀。為此，在起動(dòng)后一段短時(shí)間內，必須增加噴油量，以加濃混合氣，保證發(fā)動(dòng)機穩定運轉而不熄火。起動(dòng)后增量比的大小取決于起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機的溫度，并隨發(fā)動(dòng)機的運轉時(shí)間增長(cháng)而逐漸減小為零。

② 暖機增量： 在冷車(chē)起動(dòng)結束后的暖機運轉過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機的溫度一般不高。在這樣較低的溫度下，噴入進(jìn)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在冷的進(jìn)氣管道及氣缸壁面上，結果造成氣缸內的混合氣變稀。因此，在暖機過(guò)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(dòng)機溫度，并隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機溫度的升高而逐漸減小，直至溫度升高至80度時(shí)，暖機加濃結束。

③ 加速增量： 在加速工況時(shí)，電腦能自動(dòng)按一定的增量比適當增加噴油量，使發(fā)動(dòng)機能發(fā)出最大扭矩，改善加速性能。電腦是根據節氣門(mén)位置傳感器測得的節氣門(mén)開(kāi)啟的速率鑒別出發(fā)動(dòng)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(chē)發(fā)動(dòng)機的主要運行工況。在這種工況下的噴油量應能保證供給發(fā)動(dòng)機的混合氣具有最經(jīng)濟的成分， 通常應稀于理論混合比。在大負荷及滿(mǎn)負荷工況下， 要求發(fā)動(dòng)機能發(fā)出最大功率， 因而噴油量應比部分負荷工況大， 以提供稍濃于理論混合比的功率混合氣。大負荷信號由節氣門(mén)開(kāi)關(guān)內的全負荷開(kāi)關(guān)提供， 或由電腦根據節氣門(mén)位置傳感器測得的節氣門(mén)開(kāi)度來(lái)決定。當節氣門(mén)開(kāi)度大于70度時(shí)，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(shí)中斷燃油噴射，以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機運轉中的特殊要求。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(dòng)機轉速超過(guò)允許的最高轉速時(shí)，由電腦自動(dòng)中斷噴油，以防止發(fā)動(dòng)機超速運轉，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(guò)程是由電腦將轉速傳感器測得的發(fā)動(dòng)機實(shí)際轉速與控制程序中設定的發(fā)動(dòng)機最高極限轉速(一般為6000～7000轉/分)相比較。當實(shí)際轉速超過(guò)此極限轉速時(shí)，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(dòng)機轉速進(jìn)一步升高;當斷油后發(fā)動(dòng)機轉速下降至低于極限轉速約100轉/分時(shí)，斷油控制結束，恢復噴油。

(2) 減速斷油控制

汽車(chē)在高速行駛中突然松開(kāi)油門(mén)踏板減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機仍在汽車(chē)慣性的帶動(dòng)下高速旋轉。由于節氣門(mén)已關(guān)閉，進(jìn)入氣缸的混合氣數量很少，在高速運轉下燃燒不完全，使廢氣中的有害排放物增多。減速斷油控制就是當發(fā)動(dòng)機在高轉速運轉中突然減速時(shí)，由電腦自動(dòng)中斷燃油噴射，直至發(fā)動(dòng)機轉速下降到設定的低轉速時(shí)再恢復噴油。其目的是為了控制急|減速時(shí)有害物的排放，減少燃油消耗量，促使發(fā)動(dòng)機轉速盡快下降，有利于汽車(chē)減速。

減速斷油控制過(guò)程是由電腦根據節氣門(mén)位置、發(fā)動(dòng)機轉速、水溫等運轉參數，作出綜合判斷，在滿(mǎn)足一定條件時(shí)，執行減速斷油控制。這些條件是：

① 節氣門(mén)位置傳感器中的怠速開(kāi)關(guān)接通

② 發(fā)動(dòng)機水溫已達正常溫度

③ 發(fā)動(dòng)機轉速高于某一數值

該轉速稱(chēng)為減速斷油轉速，其數值由電腦根據發(fā)動(dòng)機水溫、負荷等參數確定。通常水溫愈低，發(fā)動(dòng)機負荷愈大(如使用空調時(shí))，該轉速愈高。當上述三個(gè)條件都滿(mǎn)足時(shí)，電腦就執行減速斷油控制，切斷噴油脈沖。上述條件只要有一個(gè)不滿(mǎn)足(如發(fā)動(dòng)機轉速己下降至低于減速斷油轉速)，電腦就立即停止執行減速斷油，恢復噴油。

(3) 溢油消除

起動(dòng)時(shí)汽油噴射系統向發(fā)動(dòng)機提供很濃的混合氣。若多次轉動(dòng)起動(dòng)馬達后發(fā)動(dòng)機仍末起動(dòng)，淤集在氣缸內的濃混合氣可能會(huì )浸濕火花塞，使之不能跳火。這種情況稱(chēng)為溢油或淹缸。此時(shí)駕駛員可將油門(mén)踏板踩到底，并轉動(dòng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機。電腦在這種情況下會(huì )自動(dòng)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(diǎn)火開(kāi)關(guān)、發(fā)動(dòng)機轉速及節氣門(mén)位置同時(shí)滿(mǎn)足以下條件時(shí)，才能進(jìn)人溢油消除狀態(tài)：

①點(diǎn)火開(kāi)關(guān)處于起動(dòng)位置。

②發(fā)動(dòng)機轉速低于500轉/分。

③節氣門(mén)全開(kāi)。

因此，電子控制汽油噴射式發(fā)動(dòng)機在起動(dòng)時(shí)，不必踩下油門(mén)踏板，否則有可能因進(jìn)入溢油消除狀態(tài)而使發(fā)動(dòng)機無(wú)法起動(dòng)。

(4) 減扭矩斷油控制

裝有電子控制自動(dòng)變速器的汽車(chē)在行駛中自動(dòng)升檔時(shí)，控制變速器的電腦會(huì )向汽油噴射系統的電腦發(fā)出減扭矩信號。汽油噴射系統的電腦在收到這一減扭矩信號時(shí)，會(huì )暫時(shí)中斷個(gè)別氣缸(如2、3缸)的噴油，以降低發(fā)動(dòng)機轉速，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

汽油噴射系統進(jìn)行反饋控制的傳感器是氧傳感器，使用氧傳感器的發(fā)動(dòng)機必須使用無(wú)鉛汽油。反饋控制(閉環(huán)控制)是在排氣管上加裝氧傳感器，根據排氣中氧含量的變化，測定出進(jìn)入發(fā)動(dòng)機燃燒室混合氣的空燃比值，把它輸入計算機與設定的目標空燃比值進(jìn)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只能運行在理論空燃比14。7附近很窄的范圍內。因此對特殊的運行工況，如啟動(dòng)、暖機、怠速、加速、滿(mǎn)負荷等需加濃混合氣的工況，仍需采用開(kāi)環(huán)控制，使電磁噴油器按預先設定的加濃混合氣配比工作，充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性能，所以采用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)相結合的控制方式。