电控汽油喷射系统尽管类型不少,品种繁多,但它们都具有相同的控制原则:即以电控单元(ECU)为控制核心,以空气流量和发动机转速为控制基础,以喷油器、怠速空气调整器等为控制对象,保证获得与发动机各种工况相匹配的最佳混合气成分和点火时刻。相同的控制原则决定了各类电控汽油喷射系统具有相同的组成和类似的结构。电控汽油喷射系统大致可分为进气系统、燃油系统和电子控制系统三个部分。
1)进气系统
进气系统,又称空气供给系统,其功能是提供、测量和控制燃油燃烧时所需要的空气量,如图 2.7 所示(以L 型系统为例)。空气经空气过滤器过滤后,由空气流量计(在 D-Jetronic系统中为进气歧管绝对压力传感器)计量,通过节气门体进入进气总管,再分配到各进气歧管。在进气歧管内,从喷油器喷出的燃油与空气混合后被吸入气缸内燃烧。一般行驶时,空气的流量由进气系统中的节气门来控制。踩下加速踏板时,节气门打开,进入的空气量多。总速时,节气门关闭,空气由旁通气道通过。总速转速的控制是由
怠速调整螺钉和怠速空气调整器调整流经旁通气道的空气量来实现的。怠速空气调整器一般由电控单元(ECU)控制,在气温较低发动机暖机时,总速空气调整器的通路打开,以供给暖机时必须给进气歧管的空气量,此时发动机转速较正常怠速高,称为快怠速。随着发动机冷却水温升高,总速空气调整器使旁通气道开度逐渐减小,旁通空气量亦逐渐减小,发动机转速逐渐降低至正常怠速。
2)燃油系统燃油供给系统的功能是向发动机精确提供各种工况下所需要的燃油量。燃油系统一般由油箱、电动燃油泵、过滤器、燃油脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器、冷启动喷油器及供油总管等组成,如图下图所示。
燃油由燃油泵从油箱中泵出,经过过滤器,除去杂质及水分后,再送至燃油脉动阻尼器,以减少其脉动。这样具有一定压力的燃油流至供油总管,再经各供油歧管送至各缸喷油器。喷油器根据 ECU 的喷油指令,开启喷油阀,将适量的燃油喷于进气门前,待进气行程时,再将燃油混合气吸入气缸中。装在供油总管上的燃油压力调节器是用以调节系统油压的,目的在于保持油路内的油压约高于进气管负压 300kPa。此外,为了改善发动机低温启动性能,有些车辆在进气歧管上安装了一个冷启动喷油器,冷启动喷油器的喷油时间由热限时开关或者 ECU 控制。
3)电子控制系统
电子控制系统的功能是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定燃油的最佳喷射量。该系统由传感器、电控单元(ECU)和执行器三部分组成。如图 2.9所示。供给发动机的汽油量,由喷油持续时间来控制,喷油持续时间则由 ECU 通过来自进气歧管压力传感器或空气流量计的信号来计算进气量,根据进气量和转速计算出基本喷油持续时间。然后进行温度、海拔高度、节气门开度等各种工作参数的修正,得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油时间,精确地控制喷油量。
传感器是信号转换装置,安装在发动机的各个部位,其功用是检测发动机运行状态的电量参数、物理参数和化学参数等,并将这些参数转换成计算机能够识别的电信号输入ECU。检测发动机工况的传感器有:水温传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器、车速传感器、氧传感器、爆燃传感器、空调离合器开关等。
ECU 是发动机控制系统的核心部件。ECU的存储器中存放了发动机各种工况的最佳喷油持续时间,在接收了各种传感器传来的信号后,经过计算确定满足发动机运转状态的燃油喷射量和喷油时间。ECU 还可对多种信息进行处理,实现EFI系统以外其他诸多方面的控制,如点火控制、怠速控制、废气再循环控制、防抱死控制等。
执行器是控制系统的执行机构,其功用是接受 ECU 输出的各种控制指令完成具体的控制动作,从而使发动机处于最佳工作状态,如喷油脉宽控制、点火提前角控制、总速控制、炭罐清污、自诊断、故障备用程序启动、仪表显示等。
总结如下所示:
电控汽油喷射系统(Electronic Fuel Injection, EFI)是现代汽油发动机的核心燃油供给系统,通过电子控制实现精准喷油,以提高燃烧效率和排放性能。其基本组成可分为以下几个主要部分:
1. 燃油供给系统
负责燃油的存储、输送和压力调节:
燃油箱:存储燃油。
电动燃油泵:将燃油从油箱泵出,加压后输送至喷油器。
燃油滤清器:过滤燃油中的杂质,保护喷油器。
燃油压力调节器:维持燃油轨内的恒定压力(通常为2.5~3.5 bar),多余燃油通过回油管返回油箱。
燃油分配管(燃油轨):将燃油均匀分配至各缸喷油器。
2. 空气供给系统
为发动机提供计量后的清洁空气:
空气滤清器:过滤空气中的灰尘和颗粒。
节气门体:通过节气门开度控制进气量(电子节气门由ECU直接控制)。
进气歧管:将空气分配至各气缸。
空气流量传感器(MAF)或进气压力传感器(MAP):测量进气量,为ECU提供喷油计算依据。
3. 电子控制系统
系统的“大脑”,负责信号处理和喷油控制:
电控单元(ECU):
接收传感器信号,计算喷油量、喷油时刻和喷油持续时间。
控制喷油器、点火正时、怠速调节等。
传感器:
曲轴位置传感器(CKP):检测发动机转速和曲轴位置。
凸轮轴位置传感器(CMP):识别气缸工作相位。
氧传感器(O2 Sensor):监测排气氧含量,反馈空燃比(闭环控制)。
冷却液温度传感器(ECT):修正喷油量(冷启动加浓)。
节气门位置传感器(TPS):反映驾驶员需求(加速/减速)。
爆震传感器:检测爆震,调整点火提前角。
4. 喷油器
根据ECU指令,将燃油以雾化形式喷入进气歧管或气缸内(直喷系统)。
喷油量和喷油正时由ECU精确控制。
5. 其他辅助部件
怠速控制阀(ISC):调节怠速转速(电子节气门系统中由ECU直接控制节气门)。
碳罐电磁阀:控制燃油蒸发排放系统(EVAP)的燃油蒸气回收。
涡轮增压系统(若配备):通过增压压力传感器和废气旁通阀协同控制。
系统工作流程
信号采集:ECU通过传感器获取发动机工况(转速、负荷、温度等)。
喷油计算:根据预设程序(MAP图)和实时数据确定喷油量、喷油时刻。
执行控制:驱动喷油器开启,燃油与空气混合后进入气缸燃烧。
反馈调节:氧传感器监测排气,ECU动态修正喷油量(闭环控制)。
类型区分
单点喷射(SPI):单个喷油器位于节气门处(已淘汰)。
多点喷射(MPI):每缸一个喷油器(主流)。
缸内直喷(GDI):喷油器直接伸入燃烧室(高压燃油系统)。
电控汽油喷射系统通过电子化精准控制,显著提升了发动机的动力性、经济性和排放性能,取代了传统的化油器系统。