1、電控汽油噴射技術及對降低廢氣排放量的作用摘要：本文針對傳統化油器式汽油機遠不能滿足現代人對車輛的經濟性、動力性和排放性等 方面的高追求的問題，分析了電控汽油噴射的工作原理和應用前景，結合廢氣生成機理以及電控 噴射技術的優越性，闡明了應用電控汽油噴射技術對降低汽油機廢氣排放量的作用。關鍵詞：發動機電控噴射應用前景廢氣排放Electronically controlled fuel injection technologyand reduce the role of emissionsYulixin(Faculty of Automobile Engineering ,Liaoning Techn

2、ical University, Fu Xin)Abstract: In this paper, the traditional-type gasoline engine carburetor far can not meet the modern economy of vehicles, power and emissions, such as the high regard the pursuit of the issue，and analysis of the Electronic Control Fuel Injection working principle and applicat

3、ion of light emission to generate Electronic Fuel Injection mechanism, as well as technical superiority， clarify the application of electronically controlled fuel injection gasoline engine technology to reduce the role of emissions.Keyword： engine Electronic Fuel Injection Application prospects exha

4、ust gas emission1.緒論當今時代，汽車工業已成為一個國家工業發展的支柱產業，汽車技術己成為一個國家工業 技術水平的標志，在我國尤為明顯。汽車的電子化程度也已被看作衡量一個國家汽車工業水平的重要標志。隨著汽車工業的飛速發展，汽車在給人類帶來文明進步的同時，也帶來了嚴重的環境污染， 當前汽車排放污染物已成為大氣環境污染的主要來源。而傳統的化油器式汽油機的供給系統是通 過主供油裝置及一些輔助供油裝置來實現控制，其缺點是對發動機運行狀態的適應性、響應速度 和控制的精確性方面難以滿足要求，尤其在加速、冷起動等過渡工況下，難以在滿足現代人對車 輛的動力性、經濟性和排放性的高追求，同時傳統的

5、化油器也難以滿足日趨嚴格的汽車排放法規 的要求，取而代之的是電控汽油噴射發動機。實踐證明【1】【2】，電控燃油噴射空燃比閉環控制 加三元催化轉化器尾氣后處理技術，可使汽油發動機排氣中三種有害氣體CO、HC、NO、的 排放量降低95%以上，目前是降低汽油發動機排放污染最有效的措施。同時電控燃油噴射技術還 可以有效地降低發動機的燃油消耗，改善汽車的動力性能。與此同時，電子技術的迅速發展，為 汽車電子技術的發展提供了可能。近年來隨著汽車工業與電子工業的不斷發展，電子技術在現代 汽車上的應用越來越廣泛，汽車電子化程度越來越高，它己成為衡量汽車現代化質量水平與檔次 的最重要指標。發展汽車電子產業對節約能

6、源，改善環境，提高汽車安全性，增強國防力量也具有重要意 義。目前我國汽車電子的專業研究人員很少，對引進國外技術的消化理解不夠，僅停留在應用水 平上，這將大大限制我們民族工業的發展。汽車工業是國民經濟發展的支柱產業，各種國內名牌 轎車的成功體現了引進國外先進技術為汽車工業的發展注入的生機和活力，使我們可以在消化吸 收先進科技成果的同時，發展我們自己的科技力量，以盡早趕超世界先進水平，這是汽車工業能 夠騰飛的必由之路。電控汽油噴射系統2.1電控汽油噴射系統的組成及功能電控燃油噴射系統（簡稱PEI系統），是以電子控制（ECU ）裝置為核心，利用安裝在發動 機不同位置上的傳感器，測得發動機的各種工作參

7、數，按照控制程序，通過控制電動噴油器， 精確控制噴油量，使發動機在各種工況下都能獲得最佳濃度的混合氣。電控汽油噴射系統一般由三個子系統組成:空氣供給系統、燃油供給系統和電子控制系統。2.1.1空氣供給系統空氣供給系統是從大氣開始，中間經過空氣濾清器、空氣量計量裝置、節氣門、進氣管等 部件，最后到達氣缸內的燃燒室。如2-1-1圖所示，其主要功能是控制和測量發動機運行時吸 入汽缸的空氣量。圖2-1-1空氣供給系統的組成2.1.2燃油供給系統燃油供給系統是從油箱開始，中間經過燃油泵、汽油濾清器、壓力調節等部件最后到達噴 油器。如圖2-1-2所示，其主要功能是將汽油加壓、計量和霧化后供給發動機，形成符

8、合空燃 比要求的可燃混合氣。圖2-1-2燃油供給系統的組成2.1.3電子控制系統電子控制系統是電控汽油噴射系統的核心，它的主要作用是在發動機不同工況下，根據 各種傳感器傳送的信號，決定噴油量、噴油時刻、噴油持續時間等，以獲得最佳空燃比;決定最 佳點火時刻;對怠速進行控制;它還可以檢測電控系統產生的故障，并將檢測到的故障以代碼的形 式存儲到ECU中，供檢修時調用。電子控制系統由電控單元(ECU )、傳感器和執行器組成。電控單元(ECU )接收各傳感器 傳輸的信號，經過分析和處理，向各個執行器發出動作指令，指示執行器完成各種功能，從而 實現對空燃比、點火正時以及怠速等的控制。傳感器的作用是檢測反映

9、發動機工作狀態的各種 參數，并把這些參數轉換成電控單元所能接受的電信號傳輸給電控單元，為電控單元提供所需 的信息。主要的傳感器有:空氣流量傳感器、冷卻液溫度傳感器、轉速傳感器、曲軸位置傳感器、 氧傳感器以及爆震傳感器等。執行器是根據電控單元的指令完成一定動作的裝置。主要的執行 器有:汽油泵、噴油器、怠速閥、EGR閥以及點火器等。電子控制系統工作流程【3】如圖2-1-3圖2-1-3 電子控制系統工作流程圖2.2電控汽油噴射系統的工作原理在電控汽油噴射系統中，由位于燃油箱內的電動燃油泵供應低壓燃油，燃油壓力調節器使 電磁噴油器的進油壓力和進氣管空氣壓力之間保持恒定的壓力差，因此電磁噴油器的噴油量與

10、 針閥的開啟時間成正比。各種傳感器將監測到的發動機運行狀態參數（空氣流量、轉速、壓力、 溫度、排氣中的氧含量等）輸入電控單元（ECU ），由此計算出所需的燃油量，然后輸出相應寬 度的電脈沖信號,控制電磁噴油器的開啟時間，從而控制噴油量與負荷之間的最佳的匹配，實現 最佳空燃比控制，使發動機優化運行，達到節油和凈化排氣的目的【4】。2.3電控汽油噴射系統的分類2.3.1按噴油器數量和位置1）進氣管單點噴射（SPI ）在進氣管的節氣門上方安裝一個噴油器空氣和噴出燃油在進氣管形成混合氣，在進氣行程 時被吸入各汽缸中，多用于普通轎車和載貨汽車。2）進氣管多點噴射（MPI）在每個氣缸的門前各安裝一個噴油器

11、，空氣和噴出燃油在進氣門處形成燃油混合氣，在進 氣行程時被吸入汽缸中。MPI和SPI相比，避免了進氣歧管結構和濕壁效應對各缸混合氣均勻 性的影響，同時進氣管中僅有空氣，發動機可按最大充氣量設計，但成本高、維修復雜，多用于 中高檔轎車3）缸內直接噴射（DI）噴油器安裝在每個汽缸的燃燒室上方，在壓縮行程時直接將燃油噴射在汽缸內，混合燃燒 更充分，效率更高，但需要將噴射壓力從250 KPa提高到45MPa，同時必須使用低硫汽油，因 而只有在少數的豪華轎車上使用。2.3.2按噴射方式1）間歇噴射（脈沖噴射）間歇噴射是每缸每次噴射都有一個限定的持續時間，其中同期噴射噴油頻率與發動機轉速 同步，非同期噴射

12、噴油頻率與發動機轉速不同步。且噴油量只取決于噴油器的開啟時間（噴油 脈沖寬度）。所以ECU可以根據各種傳感器所獲得的發動機運行參數動態變換的情況，精確計 量發動機所需噴油量，再通過控制噴油脈沖寬度來控制發動機各種工況下的可燃混合氣的空燃 比。按噴油時序又可細分為同時噴射、分組噴射和順序噴射三種形式【4】。2）連續噴射（穩定噴射）連續噴射是在發動機整個工作過程中連續噴射燃油，大部分燃油是在進氣門關閉時噴射 的，因此大部分燃油式在進氣道內蒸發的，多用于機械式或機電組合式燃油噴射系統中。2.3.3 按 ECU 控制方式1）質量流量式噴油量的多少取決于測量得到的空氣進入量。此控制方式中有一測空氣質量的

13、傳感器計量 進入空氣量。2）速度密度式噴油量多少取決于空氣的密度及轉速兩個量。空氣密度不能直接測量得到，一般用節氣門 開度及轉速或用進氣壓力來表示。廢氣生成機理廢氣排放污染占汽油機總污染量的65% 85%以上，其中有害氣體成分為NO、CO、有機化合物（主要是未燃和部分燃燒的HC ）、SO2、鉛化合物和炭煙等，這些有害氣體的排放量 與發動機的工作狀態密切相關。HC的生成機理HC是指尾氣中所包含的碳氫燃料的未完全燃燒成分。汽油由多種成分HC所組成，如果完 全燃燒將生成CO2和H2O。但是汽油的燃燒很復雜，任何發動機都可能發生不完全燃燒，在 排氣中都會有少量HC存在，它的產生主要有以下途徑：（1）在

14、壓縮和燃燒過程中，由于氣缸內壓力升高，把一部分未燃混合氣壓入與燃燒室相通的 狹縫，由于燃燒時火焰不能進入狹縫，因此不能完全燃燒。在膨脹和排氣行程中，在氣缸壓力 降低后，以未燃HC的形式與廢氣混合，排出氣缸外，這是HC的主要來源。（2）汽缸壁的冷激效應 在火焰逼近氣缸壁時，離氣缸壁薄層內的可燃混合氣，由于火焰的 淬滅現象，這一薄層內的可燃混合氣以未燃HC進入排氣。研究發現，氣缸壁的淬冷效應與氣 缸壁的清潔程度有關。對于清潔的氣缸壁，由于氣缸內強烈的氣流運動，這一薄層內的未燃HC 在火焰未淬滅前早已進入氣缸燃燒掉。對于使用較久的發動機，氣缸壁上有一層多孔性的沉積 物，積存在它里面的混合氣得不到充分

15、燃燒，會顯著增加HC排放。（3）存在于氣缸壁，活塞頂以及氣缸蓋底面上的潤滑油膜，有可能在燃燒前后吸收或放出燃 料中的碳氫成分。（4）發動機瞬態工況運行時，點火正時，空燃比以及廢氣再循環值，均不處于最佳狀態，有 可能引起燃燒過程的不完善，使HC排放增加。排氣中HC的濃度，隨著發動機燃燒室的型式、 工況、混合氣空燃比、燃燒條件及燃料性質的改變而變化。co的生成機理CO的生成率主要受空燃比的影響，CO是在火焰前鋒后面高溫局部缺氧的條件下生成的， 此時燃燒反應不可能完全生成CO :，有一部分生成CO。理論上當空燃比二1以上時，排氣中 不存在CO，而只有過剩O2。實際上由于混合、分配不均勻，在排氣中還含

16、有少量CO。即使混合氣混合的很均勻，由于燃燒后的溫度很高，已經生成的C氣也會由于一小部分被分解而生 成CO和O，H O也會部分被分解成O和H :，生成的H，也會使CO還原成CO，所以， 即使是在稀混合氣條件下，由于高溫離解，也會產生一部分co。2no的生成機理NO是NO、NO?等氧化物的混合物，主要成分是NO。它是在己燃高溫氣體中，通過N和 O原子或分子之間的化學反應產生的，但它們達不到化學平衡，燃氣溫度愈高，生成的NO愈 多，進入膨脹行程后，燃氣溫度迅速下降，在某一溫度，NO在化學反應上“凍結”，使得NO 排出機外的濃度遠遠高于化學反應平衡值。其中NO的平衡濃度與氣體的溫度，氣體中氧氣的 濃

17、度有關【5】。5.電控燃油噴射系統的優點電控汽油噴射可直接或間接地測量發動機的進氣量，進而精確計算出發動機燃燒所需的供 油量，并同時根據發動機負荷、溫度等參數進行適時修正，以此精確控制發動機各種工況下的空 燃比，實現發動機的最優控制，有效提高其動力性、經濟性和排氣凈化程度。由于汽油噴射系統的進氣管無需喉管進行節流，故可大大減少進氣歧管的流通阻力，所以 提高了發動機的充氣系數，另外，由于電控汽油噴射可以采用較大氣門重疊角，有利于廢氣排出， 同樣提高發動機的充氣效率，以此提高發動機的動力性。采用電控汽油噴射后，對于進氣管無須形成高速氣流，故進氣歧管可按流體力學最佳理論 進行設計，從而具有較大的設計

18、自由度，有利于改善發動機的充氣效率，特別是采用進氣諧振控 制系統后，可根據發動機速度來選擇進氣管的有效長度，利用進氣諧振增壓效率，進一步提高發 動機的充氣效率，進而提高發動機的動力性。電控汽油噴射可使發動機的各個汽缸獲得均勻的混合氣，以此提高發動機的燃燒質量和穩 定性，減少廢氣中的CO和HC的含量，有效提高發動機排氣凈化的程度。由于采用電控汽油噴射可提高燃油的霧化質量，故無須采用進氣管預熱方法來促進燃油的蒸 發，有利于進氣管的設計和布置。由于氣缸內吸入較冷的混合氣，因此可提高發動機的充氣效率。 同時，也有利于提高發動機的抗爆性，使發動機也可采用較大點火提前角和較高的壓縮比，以提 高發動機的動力性。采用電控汽油噴射后，發動機可以在比較稀的混合氣條件下運行，不僅能減少廢氣中有害排 放物的排放濃度，還有利于節省能源。此外，利用發動機斷油技術，可以消除發動機急減速時所 產生的污染，有利于提高發動機燃油經濟性。由于電控汽油噴射采用了電子控制方式，其動態響應較好。在汽