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王文勇唐山市第一职业中等专业学校
[摘 要]当前,汽车及其相关行业发展突飞猛进,越来越多的新技术在汽车上得到广泛应用.国外早在多年以前就淘汰了化油器车,但在我国仍有不少人开化油器车、修化油器车,还有很多人对电控发动机不够了解.笔者着重从电控发动机的基本原理方面阐述,详细介绍各工况是如何工作的、哪些方面有待于完善.希望读者可以了解电控发动机的基本工作原理,为从汽车维修工作打下基础,,
[关键词] ECU混合气怠速电动燃油泵节气门喷油器真空度压力温度喷油时间传感器加浓三元催化开环闭环转速
一、电子燃油喷射控制的原理
1.简介
电子燃油喷射控制系统（简称EFI或EGI系统）,以一个电子控制装置（又称电脑或ECU） 为控制中心,利用安装在发动机不同部位上的各种传感器,测得发动机的各种工作参数,按照在电脑中设定的控制程序,通过控制喷油器,精确地控制喷油量,使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气.此外,电子控制燃油喷射系统通过电脑中的控制程序,还能实现起动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制断油、自动怠速控制等功能,满足发动机特殊工况对混合气的要求,使发动机获得良好的燃料经济性和排放性,也提高了汽车的使用性能.电子控制燃油喷射系统的喷油压力是由电动燃油泵提供的,电动燃油泵装在油箱内,浸在燃油中.油箱内的燃油被电动燃油泵吸出并加压,压力燃油经燃油滤清器滤清器滤去杂质后,被送至发动机上方的分配油管.分配油管与安装在各缸进气歧管上的喷油器相通.喷油器是一种电磁阀,由电脑控制.通电时电磁阀开启,压力燃油以雾状喷入进气歧管内,与空气混合,在进气行程中被吸进气缸.分配油管的末端装有燃油压力调节器,用来调整分配油管中燃油的压力,使燃油压力保持某一定值,多余的燃油从燃油压力调节器上的回油口返回燃油箱.进气量由驾驶员通过加速踏板操纵节气门来控制.节气门开度不同,进气量也不同,进气歧管内的真空度也不同.在同一转速下,进气歧管真空度与进气量成一定的比例关系.进气管压力传感器可将进气歧管内真空度的变化转变成电信号的变化,并传送给电脑,电脑根据进气歧管真空度的大小计算出发动机进气量,再根据曲轴位置传感器测得信号计算出发动机转速.根据进气量和转速计算出相应的基本喷油量.电脑根据进气压力和发动机转速控制各缸喷油器,通过控制每次喷油的持续时间来控制喷油量.喷油持续时间愈长,喷油量就愈大.一般每次喷油的持续时间为2—10ms.各缸喷油器每次喷油的开始时刻则由电脑根据安装于离合器壳体上的发动机转速（曲轴位置）传感器测得某一位置信号来控制.这种类型的燃油喷射系统的每个喷油器在发动机每个工作循环中喷油两次,喷油是间断进行的,属于间歇喷射方式.
2.各种工况控制简介
发动机在不同工况下运转,对混合气浓度的要求也不同.特别是在一些特殊工况下（如起动、急加速、急减速等）,对混合气浓度有特殊的要求.电脑要根据有关传感器测得的运转工况,按不同的方式控制喷油量.喷油量的控制方式可分为起动控制、运转控制、断油控制和反馈控制.
(1)起动喷油控制
起动时,发动机由起动马达带动运转.由于转速很低, 转速的波动也很大,因此这时空气流量传感器所测得的进气量信号有很大的误差.基于这个原因,在发动机起动时,电脑不以空气流量传感器的信号作为喷油量的计算依据,而是按预先给定的起动程序来进行喷油控制.电脑根据起动开关及转速传感器的信号,判定发动机是否处于起动状态,以决定是否按起动程序控制喷油.当起动开关接通,且发动机转速低于300转／分时,电脑判定发动机处于起动状态,从而按起动程序控制喷油. 在起动喷油控制程序中,电脑按发动机水温、进气温度、起动转速计算出一个固定的喷油量.这一喷油量能使发动机获得顺利起动所需的浓混合气.冷车起动时,发动机温度很低,喷入进气道的燃油不易蒸发.为了能产生足够的燃油蒸气,形成足够浓度的可燃混合气,保证发动机在低温下也能正常起动,必须进一步增大喷油量.由电脑控制,通过增加各缸喷油器的喷油持续时间或喷油次数来增加喷油量.所增加的喷油量及加浓持续时间完全由电脑根据进气温度传感器和发动机水温传感器测得的温度高低来决定.发动机水温或进气温度愈低,喷油量就愈大,加浓的持续时间也就取长.这种冷起动控制方式不设冷起动喷油器和冷起动温度开关.
(2)运转喷油控制
在发动机运转中,电脑主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量.此外,电脑还要参考节气门开度、发动机水温、进气温度、海拔高度及怠速工况、加速工况、全负荷工况等运转参数来修正喷油量,以提高控制精度.
由于电脑要考虑的运转参数很多,为了简化电脑的计算程序,通常将喷油量分成基本喷油量、修正量、增量三个部分,并分别计算出结果.然后再将三个部分叠加在一起,作为总喷油量来控制喷油器喷油.
①基本喷油量：基本喷油量是根据发动机每个工作循环的进气量,按理论混合比（空燃比14.7:1）计算出的喷油量.
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②修正量：修正量是根据进气温度、大气压力等实际运转情况,对基本喷油量进行适当修正,使发动机在不同运转条件下部能获得最佳浓度的混合气.修正量的内容为：①进气温度修正②2大气压力修正③蓄电池电压修正（电压变化时,自动对喷油脉冲宽度加以修正）.
③增量：增量是在一些特殊工况下（如暖机、加速等）,为加浓混合气而增加的喷油量.加浓的目的是为了使发动机获得良好的使用性能（如动力性、加速性、平顺性等）.加浓的程度可表示为(1起动后增量： 发动机冷车起动后,由于低温下混合气形成不良及部分燃油在进气管上沉积,造成混合气变稀.为此,在起动后一段短时间内,必须增加喷油量,以加浓混合气,保证发动机稳定运转而不熄火.起动后增量比的大小取决于起动时发动机的温度,并随发动机的运转时间增长而逐渐减小为零.②暖机增量： 在冷车起动结束后的暖机运转过程中,发动机的温度一般不高.在这样较低的温度下,喷入进气歧管的燃油与空气的混合较差,不易立即汽化,容易使一部分较大的燃油液滴凝结在冷的进气管道及气缸壁面上,结果造成气缸内的混合气变稀.因此,在暖机过程中必须增加喷油量.暖机增量比的大小取决于水温传感器所测得的发动机温度,并随着发动机温度的升高而逐渐减小,直至温度升高至80度时,暖机加浓结束.③加速增量：在加速工况时,电脑能自动按一定的增量比适当增加喷油量,使发动机能发出最大扭矩,改善加速性能.电脑是根据节气门位置传感器测得的节气门开启的速率鉴别出发动机是否处于加速工况的.④大负荷增量：部分负荷工况是汽车发动机的主要运行工况.在这种工况下的喷油量应能保证供给发动机的混合气具有最经济的成分,通常应稀于理论混合比.在大负荷及满负荷工况下,要求发动机能发出最大功率, 因而喷油量应比部分负荷工况大,以提供稍浓于理论混合比的功率混合气.大负荷信号由节气门开关内的全负荷开关提供,或由电脑根据节气门位置传感器测得的节气门开度来决定.当节气门开度大于70度时,电脑按功率混合比计算喷油量.
3.断油控制
断油控制是电脑在一些特殊工况下,暂时中断燃油喷射,以满足发动机运转中的特殊要求.它包括以下几种断油控制方式：
(l)超速断油控制超速断油是在发动机转速超过允许的最高转速时,由电脑自动中断喷油,以防止发动机超速运转,造成机件损坏,也有利于减小燃油消耗量,减少有害排放物.超速断油控制过程是由电脑将转速传感器测得的发动机实际转速与控制程序中设定的发动机最高极限转速（一般为6000~ 7000转／分）相比较.当实际转速超过此极限转速时,电脑就切断送给喷油器的喷油脉冲,使喷油器停止喷油,从而限制发动机转速进一步升高；当断油后发动机转速下降至低于极限转速约100转／分时,断油控制结束,恢复喷油.
(2)减速断油控制汽车在高速行驶中突然松开油门踏板减速时,发动机仍在汽车惯性的带动下高速旋转.由于节气门已关闭,进入气缸的混合气数量很少,在高速运转下燃烧不完全,使废气中的有害排放物增多.减速断油控制就是当发动机在高转速运转中突然减速时,由电脑自动中断燃油喷射,直至发动机转速下降到设定的低转速时再恢复喷油.其目的是为了控制急I减速时有害物的排放,减少燃油消耗量,促使发动机转速尽快下降,有利于汽车减速.减速断油控制过程是由电脑根据节气门位置、发动机转速、水温等运转参数,作出综合判断,在满足一定条件时,执行减速断油控制.这些条件是：①节气门位置传感器中的怠速开关接通②发动机水温已达正常温度⑧发动机转速高于某一数值该转速称为减速断油转速,其数值由电脑根据发动机水温、负荷等参数确定.通常水温愈低,发动机负荷愈大（如使用空调时）,该转速愈高.当上述三个条件都满足时,电脑就执行减速断油控制,切断喷油脉冲.上述条件只要有一个不满足（如发动机转速己下降至低于减速断油转速）．电脑就立即停止执行减速断油,恢复喷油.
(3)溢油消除起动时汽油喷射系统向发动机提供很浓的混合气.若多次转动起动马达后发动机仍末起动,淤集在气缸内的浓混合气可能会浸湿火花塞,使之不能跳火.这种情况称为溢油或淹缸.此时驾驶员可将油门踏板踩到底,并转动点火开关,起动发动机.电脑在这种情况下会自动中断燃油喷射,以排除气缸中多余的燃油,使火花塞干燥.电脑只有在点火开关、发动机转速及节气门位置同时满足以下条件时,才能进人溢油消除状态：①点火开关处于起动位置.②发动机转速低于500转／分.③节气门全开.因此,电子控制汽油喷射式发 动机在起动时,不必踩下油门踏板,否则有可能因进入溢油消除状态而使发动机无法起动.
(4)减扭矩断油控制装有电子控制自动变速器的汽车在行驶中自动升档时,控制变速器的 电脑会向汽油喷射系统的电脑发出减扭矩信号.汽油喷射系统的电脑在收到这一减扭矩信号时,会暂时中断个别气缸（如2、3缸）的喷油,以降低发动机转速,从而减轻换档冲击.
4.反馈控制
汽油喷射系统进行反馈控制的传感器是氧传感器,使用氧传感器的发动机必须使用无铅汽油.反馈控制（闭环控制）是在排气管上加装氧传感器,根据排气中氧含量的变化,测定出进入发动机燃烧室混合气的空燃比值,把它输入计算机与设定的目标空燃比值进行比较,将误差信号经放大器控制电磁喷油器喷油量,使空燃比保持在设定目标值附近.因此,闭环控制可达到较高的空燃比控制精度,并可消除因产品差异和磨损等引起的性能变化,工作稳定性好,抗干扰能力强.但是,为了使三元催化装置对排气净化处理达到最佳效果,闭环控制的汽油喷射系统只能运行在理论空燃比147附近很窄的范围内.因此对特殊的运行工况．如启动、暖机、怠速、加速、满负荷等需加浓混合气的工况,仍需采用开环控制,使电磁喷油器按预先设定的加浓混合气配比工作,充分发挥发动机的动力性能,所以采用开环和闭环相结合的控制方式.
二、电控发动机的发展方向
1.提高控制精度
随着人们环保意识的加强和环境日益恶化,根治汽车排放污染将会被越来越多的人重视.提高电控发动机的控制精度将会被更多的科研机构放到重要的位置,主要从两方面人手(1)采集信号的精确度(2)处理信号的精确度.
2.探索新材料
新材料的应用,可以使活塞和缸套之间不使用机油润滑,这样可以减少发动机在后期的尾气排放.日本等一些国家采用陶瓷做缸套和活塞的研制,不仅可以缓解日益减少的钢铁资源,而且可以减少运动副间的摩擦,提高发动机效率.
3.使用汽油代用产品
使用清洁能源将是解决排放污染的一个有效途径,新开发的使用液化气、乙醇、H2等作为替代燃料的发动将得到更加广泛的应用.
4.CAN BUS总线控制技术将得到更加广泛的应用
总线控制不仅可以提高发动机及车辆的可靠性而且可以解决大量的有色金属材料.
总之,电控发动机将会成为一种技术非常密集性的高科技产品方向发展.
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航空发动机控制引用文献:
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