2.5 电控燃油喷射系统的控制原理

2.5.1 喷油器控制

发动机各种传感器信号输入ECU后，ECU根据数学计算和逻辑判断结果，发出脉冲信号指令控制喷油器喷油。

各型电控燃油喷射系统喷油器的控制电路大同小异，桑塔纳2000系列轿车喷油器控制电路如图2.71所示。

当ECU向喷油器发出的控制脉冲信号的高电平“1”加到驱动三极管VT基极时，喷油器线圈通电，产生电磁吸力将阀门吸开，喷油器开始喷油；当控制脉冲信号的低电平“0”加到驱动三极管VT基极时，VT截止，喷油器线圈断电，在复位弹簧弹力作用下阀门关闭，喷油器停止喷油。

由于控制信号为脉冲信号，因此阀门不断地开闭使喷出燃油雾化质量良好。雾状燃油喷射在进气门附近，与吸入空气混合形成可燃混合气。当进气门打开时，再吸入气缸燃烧做功。

2.5.2 喷油正时控制

喷油正时是指喷油器开始喷油的时刻。单点燃油喷射系统只有一只或两只喷油器，发动机一旦工作就连续喷油。多点燃油喷射系统每个气缸配有一只喷油器。根据燃油喷射时序不同，多点燃油喷射又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射3种喷射方式。

1．同时喷射控制

同时喷射是指各缸喷油器同时喷油，其控制电路如图2.72（a）所示，各缸喷油器并联在一起，电磁线圈电流由一只功率管VT驱动控制。

发动机工作时，ECU根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器输入的基准信号发出喷油指令，控制功率管VT导通与截止，再由功率管控制喷油器电磁线圈电流接通与切断，使各缸喷油器同时喷油和停止喷油。

曲轴每转一圈或两圈，各缸喷油器同时喷油一次，喷油器控制信号波形如图2.72（b）所示。由于各缸同时喷油，因此喷油正时与发动机进气、压缩、作功、排气行程无关，如图2.72（c）所示。

同时喷射的控制电路和控制程序简单，且通用性较好，但各缸喷油时刻不可能最佳。在图2.72（c）中，除1、4缸喷油正时较好之外，2、3缸喷射的燃油在进气门附近将要停留较长时间，其混合气雾化质量必然降低，因此现代汽车燃油喷射系统已很少采用同时喷射方式。

2．分组喷射控制

分组喷射是将喷油器喷油分组进行控制，一般将四缸发动机分成两组，六缸发动机分成三组，八缸发动机分成四组。四缸发动机分组喷射控制电路如图2.73（a）所示。

发动机工作时，由ECU控制各组喷油器轮流喷油。发动机曲轴每转一圈，只有一组喷油器喷油，每组喷油器喷油时连续喷射1～2次，喷油正时关系如图2.73（b）所示。

分组喷射方式虽然不是最佳的喷油方式，但1、4两缸的喷油时刻较佳，其混合气雾化质量比同时喷射大大改善。

3．顺序喷射控制

顺序喷射是指各缸喷油器按照一定的顺序喷油。由于各缸喷油器独立喷油，因此也叫独立喷射，控制电路如图2.74（a）所示。

在顺序喷射系统中，发动机工作一个循环（曲轴转两圈），各缸喷油器轮流喷油一次，且像点火系统跳火一样，按照特定的顺序依次进行喷射，喷油正时关系如图2.74（d）所示。

ECU根据曲轴位置（转角）信号和判缸信号，确定出是哪一个气缸的活塞运行至排气上止点前某一角度（四缸机一般在上止点前60°左右）时，开始计算喷油提前角，并适时发出喷油控制指令，接通该缸喷油器电磁线圈电流，使喷油器适时开始喷油。

顺序喷射的各缸喷油时刻均可设置在最佳时刻，燃油雾化质量好，有利于提高燃油经济性和降低废气的排放量，但其控制电路和控制软件较复杂。现代汽车普遍采用顺序喷射方式。

在多点顺序喷射系统中，喷油顺序与点火顺序同步，点火时刻在压缩上止点前开始，喷油时刻在排气上止点前开始。

2.5.3 发动机起动时喷油量的控制

发动机工况不同，对混合气浓度的要求也不相同，特别是冷起动、怠速、急加减速等特殊工况，对混合气浓度都有特殊要求。

因此，喷油量的控制大致可分为发动机起动时喷油量的控制和发动机起动后（即运转过程中）喷油量的控制两种情况。

发动机起动时，起动机驱动发动机运转，其转速很低（50r/min左右）且波动较大，导致反映进气量的空气流量信号或进气压力信号误差较大。因此，在发动机冷起动时，ECU不是以空气流量传感器信号或进气压力信号作为计算喷油量的依据，而是按照可编程只读存储器中预先编制的起动程序和预定A/F控制喷油。

发动机起动时喷油量控制方法采用开环控制，控制过程如图2.75所示。ECU首先根据点火开关、曲轴位置传感器和节气门位置传感器提供的信号，判定发动机是否处于起动状态，以便决定是否按起动程序控制喷油；然后根据冷却液温度传感器信号确定基本喷油量。

当发动机起动时，ECU的STA端子接收到一个高电平信号，此时ECU再根据曲轴位置传感器和节气门位置传感器信号判定发动机是否处于起动状态。如果曲轴位置传感器信号表明发动机转速低于300r/min，且节气门位置传感器信号表明节气门处于关闭状态，则判定发动机处于起动状态，并控制运行起动程序。

在燃油喷射系统具有清除溢流功能的汽车上，当发动机转速低于300r/min时，若节气门开度大于80%，则ECU判定为清除溢流控制，喷油器停止喷油。

当冷车起动时，发动机温度很低，喷入进气管的燃油不易蒸发，吸入气缸内的可燃混合气浓度相对减小。为了保证具有足够浓度的可燃混合气，ECU还要根据冷却液温度传感器信号反映的温度高低控制喷油器的喷油量，温度越低喷油量越大；温度越高喷油量越小，以使冷态发动机能够顺利起动。

2.5.4 发动机起动后喷油量的控制

在发动机起动后的运转过程中，喷油器的喷油量由基本喷油量、喷油修正量和喷油增量3部分确定，如图2.76所示。

基本喷油量由空气流量传感器或歧管压力传感器、曲轴位置传感器（发动机转速传感器）信号和试验设定的目标A/F计算确定；喷油修正量由与进气量有关的进气温度、大气压力、氧传感器等传感器信号和蓄电池电压信号计算确定；喷油增量由反映发动机工况的点火开关信号、冷却液温度和节气门位置等传感器信号计算确定。

2.5.5 发动机断油控制

断油控制是ECU在某些特殊工况下，暂时中断燃油喷射，以满足发动机运行的特殊要求。

断油控制包括发动机超速断油控制、减速断油控制和清除溢流控制、减转矩断油控制等。断油控制系统组成与控制过程如图2.77所示。

1．超速断油控制

超速断油控制是指当发动机转速超过允许的极限转速时，ECU立即控制喷油器中断燃油喷射。燃油喷射式发动机采用超速断油控制的目的是防止发动机超速运转而损坏机件。

发动机工作时，转速越高，曲柄连杆机构的离心力就越大。当离心力过大时，发动机会因飞车而损坏，因此每台发动机都有一个极限转速值，一般为6000～7000r/min。

在发动机运行过程中，ECU随时都将曲轴位置传感器测得的发动机实际转速与存储器中存储的极限转速进行比较。当实际转速达到或超过极限转速80～100r/min时，ECU发出停止喷油指令，控制喷油器停止喷油，限制发动机转速进一步升高。

喷油器停止喷油后，发动机转速将降低。当发动机转速下降至低于极限转速时，ECU将控制喷油器恢复喷油。超速断油控制曲线如图2.78所示。

2．减速断油控制

减速断油控制是指当汽车在高速行驶中突然松开加速踏板减速时，ECU立即控制喷油器中断燃油喷射。当高速行驶的汽车突然松开加速踏板减速时，发动机将在汽车惯性力的作用下高速旋转，由于节气门已经关闭，进入气缸的空气很少，因此若不停止喷油，混合气将会很浓而导致燃烧不完全，同时排气中的有害气体成分将急剧增加。减速断油控制的目的就是节约燃油，并减少有害气体的排放量。

减速断油控制时，ECU根据节气门位置、发动机转速和冷却液温度等传感器信号，判断是否满足以下3个减速断油条件。

（1）节气门位置传感器信号表示节气门关闭。

（2）发动机冷却液温度达到正常工作温度。

（3）发动机转速高于燃油停供转速，燃油停供转速值由ECU根据发动机温度、负荷等参数确定。

当3个条件全部满足时，ECU立即发出停止喷油指令，控制喷油器停止喷油。当喷油停止、发动机转速降低到燃油复供转速或节气门开启（怠速触点断开）时，ECU立即发出指令，控制喷油器恢复喷油。

减速断油控制是当发动机在高转速运转过程中突然减速时，ECU自动控制喷油器中断燃油喷射，直到发动机转速下降到设定的转速时，再恢复喷油，控制曲线如图2.79所示。

燃油停供转速和复供转速与冷却液温度和发动机负荷有关。冷却液温度越低，发动机负荷越大（如空调接通），燃油停供转速和复供转速就越高。

3．清除溢流控制

在装备燃油喷射式发动机的汽车上起动发动机时，燃油喷射系统将向发动机供给较浓的混合气，以便顺利起动。若多次起动未能成功，则淤积在气缸内的浓混合气就会浸湿火花塞，使其不能跳火而导致发动机不能起动。火花塞被混合气浸湿的现象称为溢流、火花塞湿露或淹缸。

清除溢流是将发动机加速踏板踩到底，起动发动机，这时ECU自动控制喷油器中断喷油，以便排除气缸内的燃油蒸汽，使火花塞干燥，从而恢复跳火能力。

当接通起动开关，起动机运转而发动机不能起动时，可利用断油控制系统清除溢流功能先将溢流清除，然后再进行起动。断油控制系统清除溢流的条件。

（1）点火开关处于起动位置。

（2）发动机转速低于500r/min。

（3）节气门全开。

只有在3个条件同时满足时，断油控制系统才能进入清除溢流状态工作。在起动燃油喷射式发动机时，不必踩下加速踏板，直接接通起动开关即可，否则断油控制系统可能进入清除溢流状态而使发动机无法起动。

4．减转矩断油控制

在配装电控自动变速器的汽车上，当行驶中变速器自动升挡时，变速器ECU向发动机ECU发出一个减转矩信号，发动机ECU接收到该信号后立即发出控制指令，暂时中断个别气缸喷油，降低发动机转速，以便减轻换挡冲击，该控制功能称为减转矩断油控制。