汽车发动机燃油喷射控制维修

燃油喷射的控制是发动机电子控制单元通过控制电控喷油器实现的。喷油控制包括：

喷油正时的控制。

喷油脉冲宽度的控制。

1.电控喷油器的控制原理

图2-27 无线电频率干扰（RFI）滤波器

发动机电子控制单元可通过控制喷油器的电源或搭铁来实现对喷油器的控制，如图2-28所示为电控燃油喷射系统控制原理图，图中发动机电子控制单元是通过控制喷油器的搭铁信号实现对喷油器的控制。

在发动机运行过程中，发动机电子控制单元根据各种传感器输入的信号，确定合适的喷油时刻和喷油脉冲宽度，并向喷油器提供搭铁信号使喷油器开始喷油，切断搭铁信号使喷油器停止喷油。

喷油器喷油量的大小，取决于针阀的升程、喷孔的截面积、燃油系统和进气歧管气体之间的压差等因素，当这些因素确定后，则喷油量就由针阀的开启时间，即电磁线圈的通电时间的长短来决定。

图2-28 喷油器的控制电路

2.电控喷油器的驱动方式

喷油器的驱动方式主要分为两种，即电压驱动和电流驱动。电流驱动方式只适用于低电阻的喷油器；而电压驱动方式既可适用于低电阻喷油器，又可适用于高电阻的喷油器。

低电阻喷油器，是指喷油器电磁线圈的电阻值为2～3Ω的喷油器。

高电阻喷油器，是指喷油器电磁线圈的电阻值为12～17Ω的喷油器。

（1）电压驱动型喷油器的控制电路 如图2-29所示为电压驱动型喷油器的控制回路。将点火开关置于“ON”位或发动机工作时，EFI（电控燃油喷射）继电器闭合，向喷油器电磁线圈提供正极电源（+B），而喷油器是否通电喷油则取决于发动机电子控制单元是否提供搭铁信号。

电压驱动型喷油器与低电阻喷油器配合使用时，应在驱动回路中加入附加电阻，如图2-29所示。附加电阻与喷油器的连接方式，可见图2-30。

低电阻喷油器中电磁线圈的匝数较少，电感效应较小，因此喷油器的响应特性比较好。但由于电磁线圈电阻的减少会使电流增加，容易造成喷油器电磁线圈因温度过高而烧损，为此在喷油器以外的控制回路中加入了附加电阻。但附加电阻的加入不但增加了故障点，还会使流过喷油器的电流减小，喷油器产生的电磁力也随之降低，喷油器开启的滞后时间较长。

图2-29 电压驱动型喷油器的控制回路

图2-30 附加电阻与喷油器的连接方式

电压驱动方式与高电阻喷油器配合使用，回路更为简单，从成本和安装方面考虑都更加有利。

（2）电流驱动型喷油器的控制电路 电流驱动型喷油器的控制回路中没有附加电阻，如图2-31所示。低电阻喷油器直接与蓄电池连接，因而回路阻抗小。当发动机电子控制单元向喷油器提供搭铁信号后，喷油器电磁线圈内的电流很快上升，针阀便快速打开。如果喷油器长时间大电流通电，就有可能烧损喷油器的电磁线圈，因而在电流驱动方式的回路中，增加了电流控制回路，当发动机电子控制单元以一个较大的电流使电磁线圈打开后，它能控制回路中的工作电流，用一个较小的电流使喷油器针阀保持在完全打开的位置，或用脉冲电流保持喷油器针阀的有效开度。

图2-31 电流驱动型喷油器的控制回路

在发动机工作中，当发动机电子控制单元根据传感器信号确认应该喷油时，便会向喷油器的电磁线圈提供搭铁信号，接通喷油器电磁线圈的驱动电路。发动机电子控制单元每输出一次喷油脉冲信号，喷油器便喷油一次。

由于在发动机电子控制单元切断喷油器的搭铁回路时，喷油器电磁线圈两端会产生很高的感应电动势，此反向电压与电源电压一起加在发动机电子控制单元的功率晶体管上，可能会将其击穿而损坏。因此，为了保护发动机电子控制单元，通常在喷油器的驱动回路中设有如图2-29所示的消弧回路。

3.电控喷油器的工作特性

由于喷油器针阀的机械惯性和电磁线圈的磁滞性，所以在发动机电子控制单元接通喷油器的搭铁回路后，从喷油器电磁线圈获得搭铁信号到针阀达到最大升程状态需要一定的时间，这段时间称为喷油器的开阀时间T_o。当发动机电子控制单元“认为”应当结束喷油时，就会切断喷油器的驱动回路，从搭铁信号消失到针阀回到关闭状态也需要一定的时间，称为喷油器的关阀时间T_c。

由此可以看出，喷油器的喷油动作并不是和发动机电子控制单元发出的喷油脉冲信号同步，而是稍有滞后。通常情况下，喷油器的开阀时间T_o比关阀时间T_c长，将喷油器的这种特性定义为喷油器的工作特性，如图2-32所示。T_o与T_c的时间，即喷油器不喷油的时间，称为无效喷油时间。

喷油器的开阀时间T_o除受喷油器衔铁的质量、电磁线圈匝数的多少影响外，还受到蓄电池电压的影响，即蓄电池的电压越高，喷油器的开阀时间T_o越短，而喷油器的关阀时间T_c则几乎与蓄电池的电压无关。

4.电控喷油器的燃油喷射量特性

一般情况下，喷油器的燃油喷射量特性常用静态喷射量和动态喷射量来表示。喷油器的燃油喷射量特性反映了喷油器的实际供油过程。

（1）喷油器的静态喷射量 所谓喷油器的静态喷射量，是指喷油器在规定的压力下，使针阀保持在最大开度位置时单位时间内喷射的燃油量，单位是cm³/min。

图2-32 触发脉冲和针阀工作特性

1—驱动脉冲输入 2—调整垫（限制器） 3—针阀凸缘部 4—针阀升程 5—触发脉冲 6—针阀升程 7—针阀全开位置 8—针阀全关位置 T_i—通电时间（脉冲宽度） T_o—开阀时间 T_c—关阀时间

（2）喷油器的动态喷射量 所谓喷油器的动态喷射量，是指某一通电时间内的燃油喷射量（mm³）。一般以通电时间为2.5ms时每一针阀行程的喷射量来表示，其单位是mm³/str（立方毫米/行程）。

喷油器的喷射量特性，一般是指喷油器动态喷射量随喷油器电磁线圈通电时间的变化规律。它反映出喷油器通电脉冲宽度的大小与每次喷油量之间的变化关系。

喷油器的喷油是按照喷油针阀的工作特性工作的，即发动机工作时喷油器每通电一次，喷油器按照针阀的工作特性重复工作一次。

5.喷油正时控制

喷油正时就是指喷油器在什么时刻（相对于发动机曲轴转角位置）开始喷油。

对于采用多点间歇性燃油喷射方式的发动机来说，按照喷油时刻与曲轴转角的关系可分为同步喷射和异步喷射两类。同步喷射是指与发动机曲轴转动同步，在固定的曲轴转角位置时进行喷射。异步喷射与曲轴旋转角度无关，如发动机冷起动和急加速时的临时性喷射。另外，采用卡门涡旋式空气流量传感器的发动机，其喷油器的开启时间与进气涡流的频率同步。

在同步喷射发动机中，又分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种基本类型。

（1）同时喷射 采用同时喷射方式的喷油器的控制电路和控制程序都比较简单，其控制电路如图2-33所示。从图中可以看出，所有的喷油器是并联的。发动机电子控制单元根据曲轴位置传感器产生的基准信号，发出脉冲控制信号，控制功率晶体管的导通和截止，从而控制各喷油器电磁线圈电路同时接通和切断，使各缸喷油器同时喷油。通常曲轴每转一转，各缸喷油器同时喷射一次。其喷射正时见图2-34。

图2-33 同时喷射控制电路

由于这种喷射方式是所有气缸的喷油器同时喷油，所以喷油正时与发动机进气、压缩、作功、排气等工作循环没有什么关系，早期生产的燃油喷射发动机大多采用同时喷射方式。其缺点是由于各缸对应的喷射时间不可能最佳，造成各缸的混合气形成不均匀。

图2-34 同时喷射正时图

但这种喷射方式不需要气缸判别信号，而且喷射驱动回路通用性好，其电路结构与软件都较简单，因此这种喷射方式还在继续使用，如国产富康1.6A系列轿车。

（2）分组喷射 分组喷射一般是把所有气缸的喷油器分成2～4组。发动机电子控制单元控制各组喷油器轮流交替进行燃油喷射。四缸发动机一般将喷油器分为两组，其控制电路如图2-35所示，每一工作循环中，各喷油器均喷射一次或两次。图2-36为分组喷射的正时图。夏利2000型汽车就用这种喷射方式。

相对同时喷射的发动机而言，采用分组喷射的发动机在性能方面有所提高，主要体现在能有更多的气缸在合适的时候喷射燃油，改善了混合气的均匀性。

（3）顺序喷射 顺序燃油喷射也叫独立燃油喷射。曲轴每转两圈，各缸的喷油器按照发动机的点火顺序，依次在最合适的曲轴转角位置进行燃油喷射。这种喷射系统应用广泛，如切诺基、桑塔纳、帕萨特、捷达等轿车都用这种喷油系统。顺序燃油喷射系统的控制电路如图2-37所示。各缸喷油器分别由发动机电子控制单元的一个功率放大电路控制。功率放大器回路的数量与喷油器的数目相等。(www.xing528.com)

图2-35 分组喷射控制电路

图2-36 分组喷射正时图

图2-37 顺序喷射控制电路

采用顺序燃油喷射方式的发动机电子控制单元需要“知道”在哪一时刻该向哪一缸喷射燃油，因此必须具备气缸识别信号，通常叫判缸信号，该信号多来自曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器。采用顺序燃油喷射控制时，应具有正时和缸序两个控制功能。发动机电子控制单元工作时，通过曲轴位置传感器输入的信号（N_e），就可以知道活塞在上止点前的具体位置，再与凸轮轴位置传感器的判缸信号（G₁和G₂）相配合，可以确定是哪一缸在上止点，同时还可以判定是处于压缩行程还是排气行程。因此当发动机电子控制单元根据判缸信号、曲轴位置信号，确认该缸处于排气行程且活塞运动至上止点前某一位置时，便输出喷油控制指令，接通喷油器电磁线圈的搭铁电路，该缸喷油器即开始进行燃油喷射。图2-38为顺序燃油喷射正时图。

6.喷油脉冲宽度的控制

喷油脉冲宽度控制的目的是控制喷油量使发动机燃烧时混合气的浓度符合发动机运行工况的需要。喷油脉冲宽度的控制实际上是由发动机电子控制单元（ECU）根据发动机运转工况及各种影响因素进行运算，最后输出喷油脉冲控制信号的过程。

喷油脉冲宽度的控制大致可分为两大类：

发动机起动过程中的控制。它不是根据吸入发动机的空气质量计算出喷油脉冲宽度，而是一种很粗放的控制。

发动机起动后正常运行时的控制。它是根据发动机吸入的空气质量计算得出喷油脉冲宽度，这种控制方式比较精确，形成的混合气浓度也比较理想。

（1）起动时喷油脉冲宽度的控制 发动机起动时，发动机电子控制单元主要根据起动机信号状态或发动机的转速（如400r/min以下），判定发动机是否处于起动工况。

冷车起动时，由于发动机冷却液的温度、发动机转速都很低，喷入的燃油不易雾化，所以会引起混合气变稀。为了能产生足够浓度的可燃混合气，使发动机顺利起动，在起动时应该延长喷油脉冲宽度，即增大燃油喷射量。

图2-38 顺序燃油喷射正时图

起动时一般不根据吸入的空气质量来计算喷油脉冲宽度，而是根据当时发动机冷却液的温度、自起动开始累积的转数以及起动时间等来确定喷油脉冲宽度。一般情况下，起动时喷油脉冲宽度可由下式确定。即：

起动喷油脉冲宽度（ms）=由发动机冷却液温度决定的起动喷油脉冲宽度（ms）

+无效喷射时间（ms）

发动机冷却液温度越低，燃油越不易雾化，喷油脉冲宽度就应该越长。在发动机冷起动中，常采用以下两种方式来增加喷油脉冲宽度：

通过冷起动喷油器，往进气歧管中喷入一部分附加燃油来实现。

由发动机电子控制单元直接控制喷油器延长其喷油脉冲宽度来实现。

1）通过冷起动喷油器获得喷油增量。如图2-39所示，该冷起动喷油器控制回路主要由冷起动喷油器与温度时间开关组成。该冷起动喷油器可在发动机起动时的很短时间内，向进气总管喷入所需的附加燃油。

图2-39 冷起动喷油器电路

在发动机未起动时，冷起动喷油器的控制回路没有电流，冷起动喷油器关闭。当冷起动开始时，由于温度低，温度时间开关触点闭合，冷起动喷油器电磁线圈通电，冷起动喷油器工作，燃油从喷油器喷出，使这部分附加的加浓燃油与进气总管的空气均匀混合，经进气歧管进入气缸，满足冷起动的需要。冷起动喷油器的喷射时间长短受温度时间开关的控制。当起动时，温度时间开关触点接通的时间，就是冷起动喷油器喷油的时间。

在起动后，冷却液温度不同，温度时间开关控制冷起动喷油器喷射的时间也不同。如图2-40所示为某发动机冷起动喷油器的工作特性。由图可见随着发动机冷却液温度的升高，冷起动喷油器开启的时间逐渐减小。在极限温度-20℃时冷起动喷油器的最长喷射时间为7.5s；而当冷却液温度为10℃时，冷起动喷油器的喷射时间约为2s；冷却液温度超过50℃时，温度时间开关触点断开，冷起动喷油器停止喷油。这种对冷起动喷油器最大喷油时间的限制，对于防止起动时由于混合气过浓而“淹灭”发动机是十分必要的。

若起动过程时间较长，或多次重复起动，这时由于电加热丝的加热作用，温度时间开关触点将会持续断开，冷起动喷油器就不会再喷入加浓燃油。

图2-40 冷起动喷油器工作特性

另外，有的汽车为了改善发动机的冷起动性能和降低起动时CO和HC的排放量，在冷起动期间，由温度时间开关和发动机电子控制单元根据冷却液温度共同控制冷起动喷油器。凌志LS400发动机即采用这种控制方式，其控制电路如图2-41所示，其控制特性如图2-42所示。由控制特性图可见，当发动机冷却液温度高于20℃时，温度时间开关触点断开，但发动机电子控制单元继续对冷起动喷油器进行控制使其喷油；当冷却液温度达到60℃时，发动机电子控制单元使冷起动喷油器停止喷油。

图2-41 ECU和温度时间开关共同控制冷起动喷油器的电路

2）发动机电子控制单元控制喷油器直接获得喷油增量。当前，很多电控燃油喷射发动机已经不设冷起动喷油器和温度时间开关，起动时的燃油增量由发动机电子控制单元直接控制喷油器来实现。在起动工况时，为了对混合气加浓，同时也为了在进气管与气缸内形成均匀的可燃混合气，尽可能避免燃油对火花塞的浸润，就要求喷油器在发动机每转一转进行多次喷射（异步喷射）。因为对喷油器的控制是通过发动机电子控制单元内部的控制电路与软件的功能来实现的，所以这种控制系统更复杂一些。这种燃油喷射系统主要根据发动机冷却液温度、转速以及自起动开始累积的转数、时间等参数控制喷油器的持续喷油时间。

图2-42 ECU和温度时间开关共同控制冷起动喷油器的工作特性

A—温度时间开关控制范围 B—ECU控制范围

但是，如果起动时喷射的燃油过多（即通常所说火花塞被“淹”），发动机将难以起动。为此，一般发动机电子控制单元内都设有清除溢流（Cleaning Flood）功能。所谓清除溢流功能是在起动时踩下加速踏板，使节气门全开或开度为80%～100%时，发动机电子控制单元将发出指令供给稀混合气（如空燃比为20∶1），以消除燃油过多现象，直到发动机转速达400r/min时恢复正常供油。目前，更多的燃油喷射发动机在起动时如节气门开度超过80%后，就停止喷油，其目的就是为了清除溢流，有的称它为“无溢油”工作模式。

（2）起动后喷油器喷油脉冲宽度的确定

1）起动后喷油器的喷油脉冲宽度。发动机起动后正常运转时，喷油器的喷油脉冲宽度是以一个进气行程中吸入气缸的空气质量为基准计算出来的。发动机电子控制单元根据空气流量传感器或进气歧管绝对压力传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、大气压力传感器和发动机转速传感器等输入的信号计算出一个进气行程中吸入气缸的空气质量和基本的喷射脉冲宽度，再综合考虑发动机的动力性、经济性、排放性等因素，对基本喷油脉冲宽度进行修正，即按照发动机电子控制单元内储存的针对各种工况的最理想目标空燃比来决定喷油脉冲宽度。目标空燃比、进气质量和所需燃油量的关系如下：

依据上式，根据每一进气行程中吸入气缸的空气质量（g）与目标空燃比（A/F），就可以计算出每次燃烧所需要的燃油质量（g），即：

对于某一特定的喷油器来说，在供油系统压力与进气歧管压力之差保持一定的情况下，喷油器每次的喷油量仅与喷油器的开启时间成正比。所以在发动机的实际控制过程中，每次燃烧所需的燃油量是通过控制喷油器的开启时间，即喷油脉冲宽度来实现的。

由目标空燃比决定的喷油脉冲宽度可用公式计算，即：

喷油脉冲宽度（ms）=基本喷油脉冲宽度（ms）×基本喷油脉冲宽度修正系数+喷油器无效喷油时间（ms）

2）基本喷油脉冲宽度修正系数。主要包括：

①与发动机温度相关的修正系数。

②加减速运转时的修正系数。

③混合气浓度的反馈修正系数。

④学习控制产生的修正系数。

⑤与负荷、转速相关的修正系数等。

不同燃油喷射系统的软件设计不同，计算方式可能也有所不同。