电控燃油喷射系统的工作原理

1.电控燃油喷射系统的组成

汽油发动机的电控燃油喷射系统由进气系统、燃油供给系统和电子控制系统三部分组成。

图1-34 进气系统

1—空气滤清器 2—空气流量计 3—节气门 4—怠速控制阀 5—至气缸的空气 6—进气总管 7—进气歧管 8—节气门体 9—旁通气道

（1）进气系统 各种车型的进气系统不完全相同，但通常都由空气滤清器、空气流量计（或进气压力传感器）、节气门体、进气歧管、怠速控制阀及进气增压装置等组成，如图1-34所示。进气系统的作用是提供、控制和计量发动机工作时所需的清洁空气，并将空气均匀地提供到各个气缸。

（2）燃油供给系统 燃油供给系统通常由汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、输油管、燃油分配管、燃油压力调节器和喷油器等组成。其作用是提供燃油喷射所需要的具有一定压力和流量的燃油，并在电脑的控制下定时定量地由喷油器将燃油喷入进气歧管或节气门前方（缸内直喷除外），以便与空气混合形成可燃混合气。

按有无回油，可将燃油供给系统分为有回油系统和无回油系统两种。

图1-35所示为有回油燃油供给系统。其显著特点是有一根与燃油压力调节器相连的真空管，同时存在从发动机舱到油箱的回油管。

图1-35 有回油燃油供给系统

1—汽油箱 2—电动汽油泵 3—汽油滤清器 4—回油管 5—燃油压力调节器 6—汽油压力缓冲器 7—喷油器 8—输油管 9—冷起动喷嘴 10—真空管

图1-36 丰田1996款RAV4乘用车的无回油燃油供给系统

1—电动汽油泵 2—燃油压力调节器 3—燃油滤清器 4—接发动机 5—燃油箱 6—回油滤清器 7—引射泵

图1-36所示为丰田1996款RAV4乘用车的无回油燃油供给系统。其显著特点是燃油压力调节器无真空管接口，同时去掉了从发动机舱到油箱的回油管。事实上仍有一根回油管连接在燃油压力调节器和油箱之间，只不过很短。

（3）电子控制系统 电子控制系统由传感器、电子控制单元（俗称电脑或ECU）和执行器三部分组成，如图1-37所示。其作用是采集发动机的各种工况信号，经运算、处理、判断，确定并实施最佳喷油量、喷油正时和最佳点火正时控制。

图1-37 电子控制系统的功能

ECU是电控燃油喷射系统的控制核心，它实际上是一台微型计算机，一方面接收来自传感器的信息，另一方面完成对这些信息的处理并发出相应指令，控制执行器的工作。

传感器是感知信息的部件，用于将物理量转换成电信号并传给ECU，ECU据此了解发动机的工作状况和车辆运行状况。

执行器负责执行ECU的各项指令，将ECU发出的电信号转换为具体的物理作用，实现对发动机的控制。

2.空气供给系统主要装置的工作原理

（1）空气流量计 空气流量计是计量发动机吸入空气量的装置。按计量原理的不同，空气流量计分为体积流量型（L型）、质量流量型（H型）和速度密度型（D型）三种。

1）体积流量型。体积流量型空气流量计测出的是发动机吸入空气的体积流量，并以电信号的形式输送给ECU，ECU还要参考空气温度才能计算出空气质量（体积乘以密度）。这种类型的空气流量计主要有翼片式和卡门涡流式。其中，卡门涡流式又分为超声波测量式和反光镜式两种。

2）质量流量型。质量流量型空气流量计可直接测量进入气缸的空气质量流量，并将其转换成电信号输送给ECU。按结构的不同，其分为热线式和热膜式两种。

3）速度密度型。速度密度型空气流量计是以进气歧管压力为基础，结合发动机转速和空气温度来计算空气质量的。其主要传感器是进气绝对压力传感器。

进气绝对压力传感器安装在节气门后方的进气管上，用于测量进气歧管负压。按测量原理的不同，进气绝对压力传感器可分为半导体压敏电阻式、膜盒式、电容式和表面弹性波式等，最常用的是半导体压敏电阻式。

（2）节气门体 节气门体位于进气歧管的前方，用于安装节气门、节气门位置传感器、怠速空气控制阀，并有各种真空连接管和加热水道等，如图1-38所示。

1）节气门位置传感器。节气门位置传感器由节气门轴驱动，用于检测节气门的开度和开关速度，并将其转换为电信号传给ECU，ECU据此判定发动机的负荷和驾驶人的意图。

节气门位置传感器主要有线性可变电阻式、线性可变电阻与开关组合式、霍尔式三种。目前广泛采用的是线性可变电阻式和霍尔式。

2）怠速控制阀。怠速控制阀是ECU用于控制发动机怠速转速的执行组件。按工作原理的不同，可将怠速控制阀分为步进电动机式、占空比式（电磁阀）和节气门直动式三种。

①步进电动机式。步进电动机是一种由脉冲信号控制的可以改变旋转方向和转动角度的电动机，有多种形式，常见的有永磁式和可变磁阻式。

图1-38 节气门体

1—节气门拉线固定盘 2—节气门回位弹簧 3—怠速空气控制阀 4—节气门位置传感器 5—进气入口 6—节气门

图1-39所示为永磁式步进电动机的内部结构。它有两个定子线圈，每一个定子线圈均被导磁材料制成的爪极所包围。此步进电动机的工作范围为0～255个步进级，在5.3圈内即可使步进电动机所控制的怠速旁通道截面积从最小变化到最大。

图1-39 永磁式步进电动机的内部结构

②占空比式。占空比式怠速控制阀有两种形式：旋转滑阀式和直线移动式。

图1-40所示为旋转滑阀式怠速控制阀的结构。其电路连接图如图1-41所示。定子为永磁式，转子铁心上绕有两组匝数相同但绕向相反的电磁线圈。ECU向L₁和L₂绕组提供固定频率的占空比信号，驱动转子旋转以控制怠速。

占空比是一个周期内通电时间与周期的比率（变化范围为0～100%）。如果L₁和L₂线圈通电的占空比有差别，则转子就会向占空比大的线圈所确定的磁力方向转动。如果L₁和L₂线圈通电的占空比相等，则两个线圈会因为产生大小相等但方向相反的电磁力矩而使转子保持静止不动。转子的转动会增加或减小旁通空气道的截面积，从而使怠速转速发生改变。

图1-40 旋转滑阀式怠速控制阀的结构

1—电接头 2—外壳 3—永久磁铁 4—电枢 5—空气旁通道 6—旋转滑阀

3）怠速旁通气道和怠速调整螺钉。除节气门直动式怠速控制系统外，发动机怠速运转时的节气门都是关闭的。为维持发动机的怠速运转，必须经过怠速旁通空气道，使一定量的空气从节气门的前方到达节气门后方的进气歧管中，如图1-42所示。利用怠速调整螺钉可以改变怠速旁通空气道的截面积，从而改变发动机的怠速转速，并以此作为怠速控制阀调节范围不足的补充调节。

图1-41 旋转滑阀式怠速控制阀电路连接图

图1-42 怠速旁通气道和怠速调整螺钉

1—旁通气道 2—怠速调整螺钉 3—旁通气孔 4—怠速控制阀 5—节气门 6—进气气流

（3）谐波增压系统 当前的燃油喷射发动机常采用声控进气系统（Acoustic Con-trol Induction System，ACIS）（此系统也称为谐波增压系统或进气惯性增压系统），以充分利用气流惯性产生的压力波来提高进气效率，达到提高发动机功率和转矩的目的。

按照进气系统固有频率改变方法的不同，可将谐波增压装置分为可变进气管长度和可变进气管容积两种类型。

1）可变进气管长度谐波增压装置。奥迪A6乘用车V6发动机可变进气管长度谐波增压装置由谐波增压电磁阀、风门、进气歧管长进气道和短进气道等组成，如图1-43所示。

多路径进气歧管由两节不同长度和不同直径的进气管道合并而成。当发动机低速运转时，进气通过细长管道，有助于形成进气涡流，增加输出转矩。当发动机高速运转时，进气通过粗短的管道，有助于减少进气阻力，提高发动机功率。

图1-43 奥迪A6乘用车V6发动机可变进气管长度谐波增压装置

a）风门关闭 b）风门打开

2）可变进气管容积谐波增压装置。皇冠3.0乘用车L6发动机可变进气管容积谐波增压装置如图1-44所示。当空气室出口的控制阀关闭时，进气管内的脉动压力波传递长度为空气滤清器到进气门的距离。这一距离较长，以满足发动机中低速工况形成气体动力增压的要求。当控制阀打开时，接通真空罐，打开进气增压控制阀。由于大容量空气室的参与，致使进气压力波不能在空气室出口与进气门间传播，缩短了压力波的传播距离，以满足发动机高速工况气体动力增压的要求。由此可见，可变进气管容积谐波增压系统的进气管长度虽不能改变，但由于在进气管中部增设了一个大容量的空气室和真空拉力器，可实现压力波路线长度的改变，从而兼顾了低速和高速的进气增压效果。

3.燃油供给系统主要装置的工作原理

燃油供给系统的简要工作过程为：燃油被电动汽油泵从油箱中吸出并加压，经过燃油滤清器滤清后送到喷油器，系统压力由燃油压力调节器加以调节，多余的燃油经回油管流回油箱。

（1）油箱 因车型和油箱安装位置的不同，油箱有不同的形状。但为了降低汽油的振荡，在油箱底部通常都设有隔板。在某些车辆的油箱中还设立一个小油池，并将汽油泵置于小油池中。这样可在汽油不足时，防止由于汽车转弯或倾斜而引起油泵周围汽油的流动，使油泵吸入空气而产生气阻。

（2）电动汽油泵 根据安装位置的不同，可将电动汽油泵分为油箱内装式和油箱外装式两类。现在普遍使用油箱内装式电动汽油泵。

电动汽油泵主要由直流电动机和液压泵组成。直流电动机部分大同小异，主要区别在液压泵部分。根据液压泵结构的不同，电动汽油泵可分为滚柱式、齿轮式、涡轮式和叶片式四种。

1）滚柱式电动汽油泵属于容积式汽油泵，其工作原理如图1-45所示。

图1-44 皇冠3.0乘用车L6发动机可变进气管容积谐波增压装置

a）工作原理 b）控制原理 1—喷油器 2—进气道 3—空气滤清器 4—空气室 5—涡流控制气门 6—控制阀 7—节气门 8—进气增压控制阀 9—真空马达 10—真空电磁阀 11—真空罐 12—ECU

2）涡轮式电动汽油泵的结构和工作原理如图1-46所示。汽油泵的压力不是因容积变化而产生的，而是由涡轮叶片和液体分子之间反射出来的脉冲在通道全长上建立起来，并使液体在涡轮运输途径和通道内产生旋流而产生的。

3）齿轮式电动汽油泵的结构和工作原理如图1-47a所示。它属于容积式汽油泵。

4）叶轮式电动汽油泵的结构和工作原理如图1-47b所示。虽然叶轮上的叶片形状和排列方式（叶片沿叶轮呈辐射状，且不等距）与涡轮式电动汽油泵不同，但工作原理和特点是相同的。在压力和效率方面，叶轮式电动汽油泵优于涡轮式电动汽油泵。

图1-45 滚柱式电动汽油泵的工作原理

1—泵体 2—滚柱 3—轴 4—转子

5）为提高汽油泵的泵油压力，降低输油压力的脉动，在现代汽车上大多采用双级电动汽油泵，如图1-48所示。这种汽油泵由初级泵和主输油泵组成。两个泵轴向串联，相互独立，由同一个直流电动机驱动。初级泵通常采用叶轮式电动汽油泵或涡轮式电动汽油泵，主输油泵通常采用齿轮式电动汽油泵或涡轮式电动汽油泵。初级泵主要用于分离汽油蒸气，主输油泵则用于提高汽油压力。

（3）燃油滤清器 燃油滤清器安装在电动汽油泵之后，可以滤除燃油中的杂质，保证喷油器不被堵塞。常用的燃油滤清器大部分为铁壳或铝壳密封式，体积较大，其内部装有纸质双层袋状卷筒式滤芯。

（4）燃油分配管 燃油分配管大多是由钢或铝制成的方形管或圆形管，用于安装喷油器、压力调节器以及脉动缓冲器。它的容积较大，可起到储油、蓄压和稳压的作用。

图1-46 涡轮式电动汽油泵的结构和工作原理

a）结构 b）工作原理 1—单向阀 2—卸压阀 3—电刷 4—电枢 5—磁极 6—涡轮

7—滤网8—泵盖9—壳体10—叶片

图1-47 齿轮式和叶轮式电动汽油泵的结构和工作原理

a）齿轮式 b）叶轮式

图1-48 双级电动汽油泵

（5）燃油压力调节器 燃油压力调节器的结构如图1-49所示。

燃油压力调节器多安装在燃油分配管的一端或电动汽油泵上。对于有回油燃油供给系统，其目的是使燃油分配总管内的燃油压力与进气歧管内的压力差保持恒定（通常为250kPa），这样喷油器的喷油量就只决定于喷油持续时间。对于无回油燃油供给系统，其可保持供油压力恒定（通常为350kPa）。

对于有回油燃油供给系统，当发动机工作时，进气歧管负压将附加在燃油压力调节器的弹簧室内。由于弹簧的预紧力是定值，因此进气歧管负压越高，阀门打开得就越早，燃油分配总管内的压力就越低。节气门开度与燃油压力的关系如图1-50所示。

图1-49 燃油压力调节器的结构

1—弹簧室 2—弹簧 3—膜片 4—壳体 5—阀

（6）喷油器 电控燃油喷射系统中所使用的喷油器都是电磁式喷油器。在ECU提供的脉冲信号控制下，喷油器可将一定压力的燃油定时定量地喷于进气门的前方（多点喷射）或喷于节气门前方（单点喷射）。按喷油器中喷油阀形式的不同，可将喷油器分为轴针式、球阀式和片阀式；按进油部位的不同，可将其分为顶部进油式和腰部进油式；按驱动方式的不同，可将其分为电压驱动型和电流驱动型。

图1-50 节气门开度与燃油压力的关系[燃油压力=250kPa+进气歧管负压](www.xing528.com)

电压驱动型喷油器的电磁线圈阻值较高，通常为12～16Ω，多用在多点喷射系统中。电流驱动型喷油器的电阻值较低，通常为1～4Ω，多用在单点喷射系统中。电流驱动型喷油器若用在多点喷射系统中，则必须串接限流电阻。

1）轴针式喷油器。轴针式喷油器由电磁线圈、衔铁、针阀、回位弹簧和滤网等组成，如图1-51所示。这种喷油器的喷口不易堵塞，工作可靠，但雾化质量欠佳。

2）球阀式喷油器。它与轴针式喷油器的主要区别在于将实心针阀改为短的空心球阀，球阀的质量轻、定心好，所以具有随动性好、灵敏度高的优点。球阀式喷油器的阀座上通常制有1～6个小孔，压力燃油经小孔喷出后可得到良好的雾化效果，不足之处是易堵塞。

3）阀片式喷油器。其喷油阀为片状结构，阀座为孔式，如图1-52所示。这种喷油器具有动态流量范围大、耗电少、抗堵塞能力强的优点。

图1-51 轴针式喷油器

1—滤网 2—电接头 3—电磁线圈 4—衔铁 5—针阀 6—喷油轴针 7—燃油分配管 8—保险夹头 9—上密封圈 10—下密封圈

4）单点喷射系统用喷油器。前述三种喷油器大多用于多点燃油喷射系统中。单点燃油喷射系统将一只或两只电磁喷油器安装在节气门的上方。

单点喷射系统所用喷油器的结构如图1-53所示。它采用腰部进油方式，是一种电流驱动型喷油器。

4.电子控制系统主要装置的工作原理与系统控制

（1）部分传感器和开关的结构与工作原理 在输入ECU的信息中，有一些是模拟信号，有一些是数字信号。大部分传感器输出的是模拟信号，而开关输出的则是数字信号。下面简要介绍其余传感器和开关的结构与工作原理。

1）曲轴和凸轮轴位置传感器。曲轴和凸轮轴位置传感器通常安装在曲轴前端的正时盖上，有的安装在曲轴后端的飞轮壳上或装于分电器内。有时曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器分别安装，是两个不同的传感器。曲轴位置传感器用于检测发动机的转速和各缸活塞的位置，是电子控制系统中最重要的传感器之一；凸轮轴位置传感器用于检测基准缸活塞的位置，故也称为上止点传感器。ECU根据发动机转速和负荷信号可以确定基本喷油量和基本点火提前角，根据上止点位置信号可以确定喷油和点火正时以及喷油和点火的顺序。曲轴位置传感器是一个主传感器，它出故障后发动机就熄火或无法起动（与控制策略有关，有的车辆能起动，但起动困难）。

图1-52 阀片工作情况

a）阀片静止在阀座上 b）阀片抬离阀座直至抵住挡圈 c）阀片离开挡圈直至阀座 1—挡圈 2—弹簧 3—铁心 4—阀片 5—阀座

图1-53 单点喷射系统所用喷油器的结构

1—电接头 2—电磁线圈 3—球形阀 4—斜置喷油孔 5—燃油流向

常用的曲轴和凸轮轴位置传感器有三种，即磁电式、霍尔式和光电式。

2）车速传感器。车速传感器通常安装在变速器壳上，由变速器的输出轴驱动，用于检测车辆行驶速度。ECU据此修正喷油量和点火正时以及控制怠速转速等。

车速传感器主要有磁电式、霍尔式、光电式和笛簧管式四种。

3）氧传感器。氧传感器安装于排气管上，用于测量排气中的氧含量，并以电压信号的形式传给ECU，ECU据此修正喷油量，使混合气的含量在正常工况下始终保持理论空燃比。只有这样，才能保证三效催化转换器对发动机排气中的CO、HC和NO_X有最高的转化率，达到排气净化的目的。最常用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式，它们只能检测空燃比为14.7：1附近比较狭窄的范围内排气中的氧含量。为适应发动机的超稀薄燃烧（空燃比为20：1）控制要求，许多车辆装用宽频带氧传感器（也称为稀混合比传感器）。这种传感器是氧化锆型氧传感器的扩展型。

4）冷却液温度传感器。冷却液温度传感器通常为负温度系数（NTC）热敏电阻式，安装在气缸体或气缸盖上，用于检测冷却液的温度。ECU据此修正燃油喷射量和点火正时等。

5）进气温度传感器。进气温度传感器通常安装在进气管道上或空气流量计内部，为负温度系数热敏电阻式，可将空气温度以电压信号的形式传给ECU，ECU据此修正燃油喷射量和点火正时等。

6）起动开关。在发动机起动时，冷却液的温度和空气流速都比较低，燃油雾化不良，需提供浓的混合气才有利于起动。当点火开关转动到起动位置时，点火开关或起动继电器会向ECU提供一个高的电压信号，ECU再结合发动机转速即可判定发动机处于起动状态，从而加浓混合气。

7）动力转向压力开关。动力转向压力开关通常安装在转向助力泵或动力转向器的高压管路上。当发动机怠速运转且汽车转向时，ECU收到这个开关信号后会增加燃油喷射量并提高怠速转速，以弥补因发动机负荷增加而引起的转速下降。

8）空调开关。当空调开关接通时，ECU将得到一个空调请求信号，这意味着将增加一个额外负荷，除非节气门全开或自动变速器处于换挡期间，ECU将允许空调压缩机电磁离合器接通，并在电磁离合器接通之前提高怠速转速，以防止因空调压缩机工作而造成发动机怠速降低甚至熄火。

9）停车空挡开关。停车空挡开关通常安装在自动变速器上，由换挡轴驱动。ECU利用这个信号可以区分变速器是处于停车挡（P位）或空挡（N位），还是处于行车挡（D/R位），并据此控制燃油喷射量和点火正时以及怠速转速等。

另外，从安全角度考虑，通常将停车空挡开关串联于线路中，只允许自动变速器在停车或空挡时才能起动发动机。

（2）ECU及其电源电路 ECU的作用是采集和处理各种传感器的输入信号，并根据发动机的工作要求（喷油量、点火提前角等）进行控制运算，最后输出相应的控制信号，以控制各执行器的工作，达到快速、准确、自动控制发动机工作的目的。由于汽油发动机工作状态的快速多变，要达到预期的控制效果，响应速度就成为ECU的主要指标。所以汽车ECU通常采用32位计算机，一些高级车辆已经开始采用64位计算机。

ECU的电源电路主要由主继电器和点火开关组成，如图1-54所示。通常提供给ECU的电源电路有两条：一条来自由点火开关控制的主继电器，它是ECU工作的主电源；另一条直接来自蓄电池，它是ECU记忆部分的电源，不受点火开关的控制。

图1-54 ECU的电源电路

1—蓄电池 2—主熔丝 3—点火熔丝 4—ECU熔丝 5—点火开关 6—继电器熔丝 7—ECU继电器 8—ECU

图1-55 转速信号控制式电动汽油泵的控制电路

（3）电动汽油泵的控制 电动汽油泵的控制电路主要有转速信号（n_e）控制式和油泵ECU控制式两种形式。目前最常用的是转速信号控制式，如图1-55所示。当打开点火开关而不起动发动机时，主继电器触点因其线圈通电而闭合，并向油泵继电器提供电源。大功率晶体管VT在发动机ECU内部定时电路的控制下导通，保持线圈L₁通电并持续2s，于是油泵继电器触点闭合，汽油泵工作2s。若2s内ECU接收不到发动机转速信号n_e，则大功率晶体管VT将截止，油泵继电器触点断开，油泵停止工作。当点火开关转动到起动位置时，油泵继电器触点因其线圈L₂通电而闭合，电动汽油泵工作。如果在起动期间能接收到曲轴位置传感器或凸轮轴位置传感器的信号，ECU就会使油泵继电器的控制线圈L₁导通，于是在油泵继电器的触点臂上附加了一个电磁吸力，即使点火开关由起动位置回到正常工作位置，油泵继电器的触点也不会断开，汽油泵持续工作。

（4）燃油喷射控制 燃油喷射控制是ECU的主要控制功能，包括喷油正时控制和喷油量控制两个方面。

1）喷油正时控制。对于电控汽油喷射发动机而言，汽油喷射是间歇性的，但按照喷射时刻和次数的不同可分为同步喷射和异步喷射两类。同步喷射是指在预定的曲轴转角完成规定时间和次数的喷射；异步喷射是一种为满足特殊工况要求而在两个同步喷射脉冲之间增加一次或几次脉冲宽度相同的短脉冲的喷射方式。通常急加速时的临时性喷射采用的就是异步喷射。按喷射时序可将燃油喷射分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种基本类型。它们对喷油正时的要求各不相同。

①同时喷射。早期生产的电控汽油喷射发动机大多采用同时喷射方式。所有的喷油器并联在一起，ECU根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器送入的基准信号即可适时控制大功率晶体管的导通和截止，从而控制各喷油器电磁线圈同时通电和断电，实现各缸喷油器同时喷油和停止喷油。喷油器的每次喷射只提供发动机每个工作循环喷油量的1/2，即所谓半油量喷射。这样，在发动机的一个工作循环内，各缸喷油器均喷射两次。除基准缸的第一次喷射为正时喷射外，其他缸的各次喷射均为储存式喷射。

②分组喷射。多个喷油器分成两组或多组，ECU按组别分别控制喷油器，每组喷油器同时喷射，而不同组别的喷油器交替喷射。在发动机的每个工作循环内，每个喷油器只喷油一次。

③顺序喷射。在发动机的每个工作循环内，各缸喷油器都轮流喷射一次，并且每缸的喷油器均在各缸进气行程终了前的一定角度开始喷射。就像火花塞点火一样，是按照特定的顺序依次进行的。

2）喷油量的控制。对于有回油燃油喷射系统，由于喷油器两端的汽油压力差保持恒定，因此ECU对喷油量的控制就表现为对喷油器喷射持续时间的控制，目的是使发动机燃烧时的空燃比符合要求。

在没有装配氧传感器的电控汽油喷射系统中，ECU只能按预先设定的程序计算并控制喷油量，而不考虑其控制结果。这种控制称为开环控制。

在装有氧传感器的电控汽油喷射系统中，在发动机起动后经过一定的时间，氧传感器达到正常工作温度，ECU即可根据氧传感器的反馈电压自动修正燃油喷射量，使混合气的空燃比始终保持在理想范围内。这种控制称为闭环控制。

为了满足发动机各种工况的要求，ECU采用闭环控制和开环控制相结合的方式对燃油喷射量进行控制。ECU对燃油喷射量的控制可分为两大类：一是发动机起动喷油控制；二是发动机起动后的运转喷油控制。

①起动喷油控制。通常，当起动发动机且发动机转速低于400r/min时，ECU判定为起动状态并按起动程序控制喷油。此时ECU根据发动机冷却液温度、进气温度、转速计算出一个固定的燃油喷射量而不参考空气流量计信号，以使发动机能顺利起动。起动时的燃油喷射量通常是由ECU通过延长喷油器的喷油时间或增加异步喷射次数来实现的。

当采用速度密度空气计量方式的电喷发动机起动时，ECU仅根据发动机转速、节气门开度、冷却液温度、进气温度计算喷油脉冲宽度，而不参考进气压力传感器信号。

②运转喷油控制。在发动机运转过程中，ECU主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量。此外，ECU还要参考节气门开度、发动机冷却液温度、进气温度等运转参数来修正喷油量，以提高控制精度。由于ECU要考虑的运转参数很多，为了简化ECU的计算程序，通常将喷油量分成基本喷油量、修正喷油量和增量三个部分，并分别计算，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。

a.基本喷油量：基本喷油量是ECU以标准大气压（101kPa）和20℃时的空气温度为基准，根据发动机每个工作循环的进气量，按照理论空燃比计算出来的。其计算公式为

基本喷油量=（进气量/发动机转速）×比例常数

从公式中可以看出，当发动机转速一定时，基本喷油量与发动机的进气量成正比；当进气量一定时，基本喷油量与发动机转速成反比。所以说空气流量计和发动机转速传感器是电喷系统中最重要的两个传感器。在速度密度系统中，ECU是根据进气压力、进气温度和发动机转速来计算基本喷油量的。空气流量计、曲轴位置传感器和节气门位置传感器是电喷系统的三大主传感器，任何一个出现问题，发动机马上有反应。

b.修正喷油量：修正喷油量是ECU根据进气温度、大气压力、蓄电池电压等实际运行条件，对基本喷油量进行的适当修正，以使发动机在各种不同的运转条件下都能获得最佳浓度的可燃混合气。

c.喷油增量：喷油增量是在一些特殊工况下（如暖机、大负荷、急加速等）为加浓混合气而增加的喷油量。加浓的目的是使发动机获得良好的使用性能，如起动性、加速性、平顺性等。

③断油控制。断油控制是ECU为满足发动机运转中的一些特殊要求而暂时中断燃油喷射的一种控制方法，可分为减扭断油控制、超速断油控制和急减速断油控制。

a.减扭断油控制：在装有电控自动变速器的车辆上，变速器自动升挡前会首先向发动机ECU发送一个降低转矩的请求信号。发动机ECU接收到这一信号后会暂时中断个别气缸的喷油，以降低发动机的输出转矩，从而减轻换挡时的冲击，此即为减扭断油控制。

b.超速断油控制：超速断油控制是指发动机转速超过允许的最高转速时，为防止机件损坏，减少燃油消耗量和排气污染，由ECU自动中断燃油喷射的一种保护性措施。

有些车辆还具有超速行驶断油功能，其目的是限制车辆最高行驶速度，以确保安全。其工作原理与发动机超速断油控制基本相同。

c.急减速断油控制：在汽车高速行驶过程中突然松开加速踏板，发动机转速不会很快下降，而是在汽车惯性的带动下高速旋转。由于此时节气门已关闭，进入气缸的空气很少，负压突然增大，会使汽油蒸发速度加快，从而造成混合气的瞬时变浓。为减少排气污染和降低燃油消耗量，并尽快减速，ECU会在此时自动中断燃油喷射，直至发动机转速下降到ECU程序中设定的一个较低转速时（通常为1200r/min）再恢复燃油喷射。

（5）反馈控制反馈控制又称为闭环控制，是ECU利用氧传感器信号对燃油喷射量进行智能修正的控制方式。氧传感器可对发动机每一瞬间的排气中的氧含量进行检测，ECU据此可以判断出上一工作循环的喷射量是否为理想值。如果不是理想值，ECU会在下一工作循环对喷油量进行修正，以使混合气浓度始终保持在理想范围内。这种控制方式可以进一步提高喷油量的控制精度，并可消除由于制造加工误差和使用老化带来的影响。

在发动机运行过程中，并不是任何时刻、任何工况下氧传感器的反馈控制都在进行。实际上，ECU是通过开环和闭环两种方式对喷油量进行控制的。通常在发动机暖机、急加速、大负荷以及节气门全开的情况下，ECU采用开环方式控制燃油喷射；在正常温度下的怠速、加速、减速工况，ECU采用闭环方式控制燃油喷射。

（6）怠速控制 怠速控制通常包括起动后的控制、暖机过程的控制、负荷变化时的控制和减速时的控制等。怠速控制的实质是对怠速时空气量的控制，而怠速时的燃油喷射量是由ECU按实际进气量和既定空燃比进行控制的。

怠速空气量的控制方式有两种：一种是控制节气门旁通道的空气流量；另一种是直接控制节气门的开度。

1）起动时的控制。在发动机起动时，ECU首先根据冷却液温度确定目标怠速转速，然后让怠速阀工作，以使节气门开度或怠速旁通道的截面积达到预定值，以利于起动。

2）暖机控制。在暖机过程中，随着冷却液温度的上升，ECU不断命令怠速控制阀减小开度，使发动机转速逐渐降低。当温度达到80℃时，暖机控制过程结束，发动机达到正常怠速状态。

3）减速时的控制。节气门的突然关闭会引起进气歧管内积存燃油的过度蒸发，从而造成排气污染严重。此时ECU就需要进行减速断油控制，同时利用怠速控制阀增加进气量以减少燃油蒸发和增加燃烧过程所需要的氧气，使排气污染程度降低。

4）反馈控制。在发动机怠速运转时，ECU不断将实际转速与目标转速相比较，如果超过一定值（通常为±25r/min），ECU就会命令怠速阀工作，使实际转速等于目标转速。当再次出现差别时，ECU会重复以上控制，如此循环。

5）发动机负荷变化时的控制。在发动机怠速运转时，若ECU收到空调开关接通的信号，则会首先命令怠速阀工作，以提高怠速转速，然后接通空调，这样可防止发动机因额外负荷加大而熄火。

在转动转向盘或自动变速器变速杆离开P/N位置时，会使发动机负荷增加。这些额外负荷的增加会使发动机怠速下降，于是ECU立即命令怠速阀工作，以提高怠速转速。同理，当这些额外负荷消失时，ECU会命令怠速阀降低怠速转速。

在发动机怠速运转时，开前照灯、电风扇运转、空调压缩机离合器接合等造成的电负荷增加会使蓄电池电压降低。此时ECU会自动提高发动机的怠速转速，以提高发电机的输出功率。

6）学习控制。ECU通过学习可以记忆各种工况下所需的怠速阀位置，此信息存储于ECU的存储器中。当ECU电源断开时，这些信息将会丢失，导致怠速失控，为此ECU需要重新学习。作为步进电动机式怠速阀，学习的方法因车而异，但都是从怠速阀的最小和最大位置主动控制和记忆中确定怠速控制阀的具体位置的。

（7）排气再循环（EGR）控制EGR控制是在一定条件下，将发动机排出的一部分气体引入进气系统，使之与混合气一起进入气缸燃烧，以降低氮氧化物（NO_x）排放量的控制方法。通常用排气再循环率（即EGR率）来表示排气再循环的控制量。

EGR率=[排气再循环气体流量/（吸入空气量+

排气再循环气体流量）]×100%

EGR率对发动机的动力性、经济性和排放性能影响较大。所以必须根据发动机工况要求对EGR率进行合理控制（EGR率通常为15%～20%）。

现代汽车均由发动机ECU根据冷却液温度、节气门位置、空气流量和发动机转速等信号控制EGR的工作。当发动机冷却液温度低于50℃、怠速或小负荷运转（转速小于1000r/min）、高速运转（转速大于4500r/min）以及突然加速或减速时，ECU会取消EGR控制，以保证发动机的性能。

EGR系统按控制方式的不同可分为间接控制式和直接控制式。间接控制式EGR系统可分为电磁真空阀控制式和电磁空气阀控制式两种；直接控制式EGR系统可分为电磁阀组合控制式和单电磁阀控制式等。

1）间接控制式EGR系统

①电磁真空阀控制式EGR系统。电磁真空阀控制式EGR系统如图1-56所示。当发动机冷却液温度达50℃，节气门开度达25%以上，转速在1000r/min以上时，ECU指令EGR电磁阀工作，使进气管负压到达EGR控制阀膜片的上方，吸引膜片上移而带动锥阀打开EGR通道，将一部分排气导入进气系统。EGR控制阀的开度由ECU提供给EGR电磁阀的占空比决定。

图1-56 电磁真空阀控制式EGR系统

1—EGR电磁阀 2—节气门开关 3—EGR控制阀 4—冷却液温度传感器 5—曲轴位置传感器 6—ECU7—起动信号

②电磁空气阀控制式EGR系统的工作原理与电磁真空阀控制式EGR系统相同，不同的是EGR控制阀膜片上方的进气管负压是由ECU通过控制电磁空气阀的占空比来实现的。

2）直接控制式EGR系统

①直线型EGR阀。直线型EGR阀的结构如图1-57所示。当发动机工作时，ECU根据冷却液温度、节气门位置和空气流量确定EGR阀的位置并控制EGR阀工作。同时，ECU还通过针阀位置电位计的反馈信号来确定EGR针阀的实际位置，并与ECU的设定值相比较。若设定位置与实际位置之差超过一定数值，则ECU就会调节EGR针阀的位置，使其与设定值相一致。其控制过程是一个反馈控制过程。

图1-57 直线型EGR阀的结构

1-电枢总成 2-针阀位置传感器 3-线圈总成 4-针阀 5-大节流孔 6-小节流孑L

②数字型EGR阀。它由三个电磁阀共同控制EGR率。三个电磁阀均为常闭开关阀，当电磁线圈通电时，针阀升起，可使排气进入进气歧管。每个电磁阀孔口直径大小不同，可构成八种通道截面组合，因而可以较精确地控制EGR率。

（8）燃油蒸发污染控制 电子控制活性炭罐式燃油蒸发污染系统主要由活性炭罐、控制电磁阀、蒸气分离阀以及相应的蒸气回收管路和真空管路组成，如图1-58所示。

当发动机停止工作时，油箱里的汽油蒸气会通过蒸气分离阀进入活性炭罐，蒸气中的汽油分子会吸附在活性炭表面。在发动机运转到冷却液达到一定温度，且电喷系统进入闭环工作状态后，ECU就会以占空比的方式控制真空电磁阀工作。在进气歧管真空的作用下，空气经活性炭罐下方的孔口进入，使吸附在活性炭表面的汽油分子重新蒸发，并随着空气一起被吸入进气管，于是活性炭恢复吸附能力。

图1-58 电子控制活性炭罐式燃油蒸发污染系统的结构

1—单向阀 2—接节气门缓冲器 3—炭罐控制真空电磁阀 4—节气门5—进气歧管 6—排放控制阀 7—定量排放小孔 8—活性炭罐 9—油箱盖（附真空泄放阀） 10—油箱