电控燃油喷射系统类型

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：电喷系统发展至今，已有多种类型。采用闭环控制的燃油喷射系统后，可保证发动机在理论空燃比附近很窄的范围内运行，使三元催化转换装置对排气的净化处理达到最佳效果。电控燃油喷射系统有以下几种分类方式。电子控制式燃油喷射系统在发动机各种工况下均能精确计量所需的燃油喷射量，且稳定性好，能实现发动机的优化设计和优化控制。因此，它在汽油喷射系统中被广泛应用。

电喷系统发展至今，已有多种类型。在发动机电喷控制系统中，按系统控制模式可分为开环控制和闭环控制两种类型。

1．开环控制　就是把根据试验确定的发动机各种运行工况所对应的最佳供油量的数据事先存入计算机中，发动机在实际运行过程中，主要根据各个传感器的输入信号，判断发动机所处的运行工况，再找出最佳供油量，并发出控制信号。

2．闭环控制　闭环控制系统又称为反馈控制系统，其特点是加入了反馈传感器，输出反馈信号，反馈给控制器，以随时修正控制信号。闭环控制系统在排气管上加装了氧传感器，可根据排气管中氧含量的变化，测出发动机燃烧室内混合气的空燃比值，并把它输入计算机中再与设定的目标空燃比值进行比较，将偏差信号经功率放大器放大后再驱动电磁喷油器喷油，使空燃比保持在设定的目标值附近。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对空燃比的影响，工作稳定性好，抗干扰能力强。

采用闭环控制的燃油喷射系统后，可保证发动机在理论空燃比附近很窄的范围内运行，使三元催化转换装置对排气的净化处理达到最佳效果。

但是，由于发动机某些特殊运行工况（如启动、暖机、加速、怠速、满负荷等）需要控制系统提供较浓的混合气来保证发动机的各种性能，所以在现代汽车发动机电子控制系统中，通常采用开环与闭环相结合的控制方式。

电控燃油喷射系统有以下几种分类方式。

（1）按喷油实现的方式分类：在发动机电子控制系统中，按喷油实现的方式进行分类，可分为机械式、机电混合式和电子控制式三种燃油喷射系统。

a. 机械式燃油喷射系统（K系统）如图6.1。

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图6.1　K型机械式汽油喷射系统结构示意图

1—燃油箱；2—电动燃油泵；3—蓄能器；4—燃油滤清器；5—混合气调节器；5a—燃油分配器；5b—空气流量传感板；5c—压力调节阀；6—暖机调节器；7—节气门；8—怠速调节螺钉；9—冷启动阀； 10—总进气管；11—喷油器；12—温度时间开关；13—辅助空气阀

b. 机电混合式燃油喷射系统（KE系统）结构如图6.2所示。

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图6.2　KE型机械式汽油喷射系统结构

1—燃油箱；2—电动燃油泵；3—蓄压器；4—燃油滤清器；5—电-液压力调节器；6—燃油量分配器； 7—燃油压力调节器；8—电位计；9—空气流量计；10—节气门开关；11—冷启动阀； 12—温度时间开关；13—喷油器；14—水温传感器；15—控制器（微机）；16—补充空气滑阀。

由于这两种系统在现在汽车中不再使用，故不做介绍。

c. 电子控制式燃油喷射系统结构如图6.3所示。燃油的计量通过电控单元和电磁喷油器来实现。该系统采用了全电子控制方式，即电子控制单元通过各种传感器来检测发动机运行参数（包括发动机的进气量、转速、负荷、温度、排气中的氧含量等）的变化，再由ECU根据输入信号和数学模型来确定所需的燃油喷射量，并通过控制喷油器的开启时间来控制喷入气缸内的每循环喷油量，进而达到对气缸内可燃混合气的空燃比进行精确配制的目的。

电子控制式燃油喷射系统在发动机各种工况下均能精确计量所需的燃油喷射量，且稳定性好，能实现发动机的优化设计和优化控制。因此，它在汽油喷射系统中被广泛应用。

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图6.3　L-Jetronic总体结构

1—燃油箱；2—电动燃油泵；3—燃油滤清器；4—燃油压力调节器；5—喷油器；6—冷启动阀；7—电子控制器；8—空气流量计；9—温度时间开关；10—冷却液温度传感器；11—发动机转速信号；12—节气门开关；13—补充空气滑阀；14—怠速调节螺钉；15—混合气调节螺钉；16—氧传感器。

（2）按喷油器数目分类：在发动机燃油喷射控制系统中，按喷油器数目进行分类，又可分为单点喷射（Single-Point Injection，SPI）和多点喷射（Multi-Point Injection，MPI）两种形式。

单点喷射与多点喷射的区别如图6.4所示。

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图6.4　单点喷射与多点喷射的区别

a. 单点喷射（SPI）　单点喷射在现在汽车中已很少使用，故不做介绍。

b. 多点喷射（MPI）　多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只喷油器，由电控单元（ECU）控制顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射，汽油直接喷射到各缸的进气门前方，再与空气一起进入气缸形成混合气。多点喷射又称为多气门口喷射（MPI）或顺序燃油喷射（SFI），或单独燃油喷射（IFI）。显然，多点燃油喷射避免了进气重叠，使得燃油分配均匀性较好，从而提高了发动机的综合性能。同时，由于它的控制更为精确，使发动机无论处于何种状态，其过渡过程的响应及燃油经济性都是最佳的。但是，多点喷射系统结构复杂，成本高，故障源也较多。从发展趋势看，由于电子技术日益成熟，法规的日益严格，多点喷射系统由于其性能卓越而将占主导地位。目前，多点喷射系统不仅为高级轿车和赛车所采用，而且一些普通车辆也开始采用。由于多点喷射系统是直接向进气门前方喷射，因此，多点喷射属于在气流的后段将燃油喷入气流，属于后段喷射。

（3）按喷油器的喷射方式分类

在发动机电子控制系统中，按喷油器的喷射方式可分为连续喷射和间歇喷射两种形式。

a．连续喷射　喷油器稳定连续地喷油，其流量正比于进入气缸的空气量，故又称为稳定喷射。在连续喷射系统中，汽油被连续不断地喷入进气管内，并在进气管内蒸发后形成可燃混合气，再被吸入气缸内。由于连续喷射系统不必考虑发动机的工作时序，故控制系统结构较为简单。德国博世公司的K系统和KE系统均采用了连续喷射方式。

b．间歇喷射　又称为脉冲喷射或同步喷射。其特点是喷油频率与发动机转速同步，且喷油量只取决于喷油器的开启时间（喷油脉冲宽度）。因此，ECU可根据各种传感器所获得的发动机运行参数动态变化的情况，精确计量发动机所需喷油量，再通过控制喷油脉冲宽度来控制发动机各种工况下的可燃混合气的空燃比。由于间歇喷射方式的控制精度较高，故被现代发动机集中控制系统广泛采用。如图6.5所示，间歇喷射又可细分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种形式。

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图6.5　间歇喷射三种形式

① 同时喷射是指发动机在运行期间，各缸喷油器同时开启、同时关闭。

② 分组喷射是将喷油器按发动机每工作循环分成若干组交替进行喷射。

③ 顺序喷射则是指喷油器按发动机各缸的工作顺序依次进行喷射。顺序喷射是缸内喷射和进气管喷射都可采用的喷射方式。相比而言，由于顺序喷射方式可在最佳喷油情况下，定时向各缸喷射所需的喷油量，故有利于改善发动机的燃油经济性。但要求系统能对待喷油的气缸进行识别，同时要求喷油器驱动回路与气缸的数目相同，其电路较复杂，多在高档轿车发动机控制系统中采用。

（4）按喷油器的喷射部位分类

在发动机电子控制系统中，按喷油器的喷射部位进行分类，又可分为缸内喷射和缸外喷射两种形式。

a．缸内喷射　它是将喷油器安装于缸盖上直接向缸内喷油，因此需要较高的喷油压力（3～12MPa）。由于喷油压力较高，故对供油系统的要求较高，成本也相应较高。同时由于要求喷出的汽油能分布到整个燃烧室，故缸内喷油器的布置及气流组织方向比较复杂，同时发动机设计时需保留喷油器的安装位置，使发动机的结构设计受到限制，在过去的机械式汽油喷射系统中，尚有这一类型的例子，但现在已经不使用了。

b．缸外喷射　它是指在进气管内喷射或进气门前喷射。在该方式中，喷油器被安装于进气管内或进气门附近，故汽油在进气过程中被喷射后与空气混合形成可燃混合气再进入气缸内。理论上，喷射时刻设计在各缸排气行程上止点前70°左右为佳。喷射方式可以是连续喷射或间歇喷射。

相比而言，由于缸外喷射方式汽油的喷油压力（0.1～0.5MPa）不高，且结构简单，成本较低，故目前应用较为广泛。

（5）按空气量的检测方式分类

在发动机电子控制系统中，根据空气进气量的检测方式，可分为直接检测方式和间接检测方式两种。

直接检测方式称为质量—流量方式（如K型、KE型、L型、LH型等）。间接检测方式又可分为速度—密度方式（如 D 型）和节气门—速度方式，由于空气在进气管内的压力波动，故该方法的测量精度稍差。

L型EFI系统是用空气流量计直接测量发动机吸入的空气量，其测量的准确程度高于D型，故可更精确地控制空燃比。

常用的空气流量计有以下几种：

a. 叶片式空气流量计（测量体积流量）或称为翼板式空气流量计，如图6-6所示；

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