第1章电子控制燃油喷射系统简介1.1引言1.1.1电子燃油喷射系统国内外的发展概况上个世纪60年代以前，汽车燃油输送系统，绝大多数采用构造简单的化油器，随着汽车工业的飞速发展，世界汽车的保有量在60年代有了急剧的增长，由于传统化油器混合气调节不精确，汽车尾气排放废气含量过高(CO, HC,NO化合物等)，对大气、环境的污染也日益严重，因此西方各国都制定了严格的汽车排放法规法案，相继推出欧I、欧II、欧III排放标准，目前己经制定出欧IV 标准。

同时受能源危机的冲击以及电子技术、计算机技术等的飞速发展，促进了电子控制燃油喷射发动机的诞生。

1953年美国Bendix公司首先开发了电子喷射器(Electrojector), 1957年正式问世，开创了电控燃油喷射的先河。

1967年，博世公司在购买美国Bendix公司专利的基础上，推出了速度密度型的D-Jetronic电控燃油喷射装置，并在各大汽车公司得到应用，电子控制燃油喷射技术得到了较大发展。

D-Jetronic燃油喷射装置己经具有现代电子燃油喷射的全部要素，是现代电子燃油喷射的先驱。

1973年之后，博世公司又相继开发了质量流量式(massflow) L-Jetronic电子控制非连续喷射、K-jetroni机械式连续喷射、LH-Jetronic电控燃油喷射等系统。

随着电子技术集成电路的发展，微电脑技术飞速发展，汽车电子控制电脑也从模拟时代进入到了数字时代。

利用数字技术控制发动机首推1976年通用汽车公司研发的点火时间控制(MASIR )。

它能更好的根据发动机运转工况，对点火提前角作出精确的点火时间控制。

由于微电脑的运用，以及微电脑计算、储存、分析等功能的发展，可以进行复杂的逻辑、智能控制计算，对发动机运转速度和进气流量及其它工况的变化能作出敏捷的反应，使微电脑控制型燃油喷射渐渐成为主要的喷射方式。

近年来，国外进一步加强了对电喷系统的研究，性能显著提高，发动机油耗进一步降低，装配部分高档轿车的排放可达到欧洲IV 标准。

到目前为止，电控系统不仅能够控制所有的喷油参数(喷油量、喷油正时、喷射压力、喷油率)，而且对怠速稳定性、起动性、增压、各缸喷油量不均衡性等也可实施控制。

目前国内上千家汽车电子企业基本上都集中于汽车音响、车载电话等技术含量相对低端的领域，真正检验汽车电子核心力量的发动机电子和底盘电子市场几乎由国外厂商或者合资企业垄断。

但是，对电喷发动机的研究我国从未停止过，早在80年代初期，长春汽车研究院、清华大学、上海交通大学、浙江大学、北京理工大学、北方交通大学等高校及研究所，就发动机电喷系统作了大量的工作。

其中清华大学对国外精确控制空燃比的方法进行了跟踪研究，并进行了台架实验，空燃比控制精度得到很大的改善，发动机排放可达到接近欧I标准。

虽然取得了不少成果，但总体上仍处于国外初中期水平，在控制方法上都采用常规的稳态工况控制方法。

中国有巨大的汽车市场，这其中配套电喷发动机的汽车需求量也逐年增加，“十五”期间电喷系统需求量如表1-1所示。

新出台的《汽车产业发展政策》，鼓励自主开发，提高国际竞争力;汽车行业要发展制造业而不是组装业。

这对自主发展中国大陆汽车业和汽车发动机电子控制来说是一种激励。

目前国内自主开发能够满足相当于欧II排放标准的电控燃油喷射系统，在技术上已不存在问题。

要使中国的汽车电子业发生质的飞跃，电子燃油喷射系统的自主设计与开发是重中之重。

综上所述，我国汽车电喷技术要达到国际先进水平还有一个漫长的过程，需要国家加大投入，集中一批既懂发动机又懂自动控制的人员，从多角度对发动机进行综合研究，才能开发出达到国际先进水平的具有自主知识产权的电子控制燃油喷射系统。

1.1.2本课题的主要研究内容通过对国内外的电子燃油喷射系统研究发展的相关资料的查找和学习，对国外电子燃油喷射系统的研究现状及动态进行认真分析以及对系统的组成和原理深入的了解，本课题提出了整体的ECU设计方案，包括主控芯片的外围电路同时结合ECU外部各种传感器信号的特性，设计出这些传感器信号的采集、检测和转换的电路。

根据ECU的设计原理，编写设计了ECU整体的控制软件。

并且对系统在强干扰的工作环境中如何抗干扰的问题提出了解决办法。

最后，经过运行调试后，基本可以满足该发动机的喷油要求，为以后设计精确的发动机电控单元（ECU）打下了坚实基础。

1.2电子控制燃油喷射系统的整体结构1.2.1电子控制燃油喷射系统的优势汽车发动机燃油供给系统、点火系统主要经历了三个发展阶段：化油器式发动机、电控式发动机、电喷式发动机。

电喷式发动机从结构上取消了化油器，用燃油喷射取代化油器，通过精确控制喷油量和喷油时间，使空燃比比较稳定地保持在14.7:1，降低了尾气中有害气体的排放，这种发动机是目前汽车发动机的主流。

燃油喷射控制系统分为机械控制系统(K系统)和电子控制系统(EFI系统)两种。

与机械控制喷射系统相比，电子控制喷射系统具有如下的优势:1.耗油量低，经济性好。

2.动力性强。

3.控制自由度较大。

电子控制燃油喷射系统的最大特点是，既可获得最大功率，又可最大限度地节省燃油、净化排气，是节约能源、降低排污的有效措施之一。

1.2.2电子控制燃油喷射系统的结构组成汽车发动机微电脑控制燃油喷射系统由空气供给系统、燃料供给系统和微电脑(又称电子控制单元，英文全称为Electronic Control Unit，简写为ECU)控制系统三部分组成，其中微电脑控制系统是核心部分，辅以各类传感器、功率放大器、执行器以及各项管理和控制的软件，实现对发动机燃油喷射的精确控制。

1.空气供给系统空气供给系统的作用是测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量，以控制发动机输出功率。

发动机的空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量计(或进气管压力传感器)、节气门、进气歧管、附加空气阀以及怠速控制阀等组成。

空气供给系统的工作过程如图2-1所示。

图2-1空气供给系统的工作过程2.燃油供给系统燃油供给系统的作用是由电动燃油泵向喷油器提供足够压力的燃油，这些喷油器根据来自ECU的控制信号向进气歧管内进气门上方喷射一定量的燃油。

发动机的燃油供给系统主要由油箱、电动燃油泵、燃油压力调节器、喷油器以及油管等组成。

图2-2燃油供给系统的工作过程3.微电脑控制系统微电脑控制系统的作用是:(1)根据各传感器输送来的信号，决定喷油量以获得最佳的空燃比。

(2)根据转速、空气流量或进气管处的绝对压力、水温等传感器输送的信号，决定最佳点火提前角。

(3)检测传感器的故障，并对故障信息进行存储和输出，同时使仪表板上的故障指示灯亮起来。

微电脑控制系统主要由MCU(微控制器)、传感器和执行器等组成。

常用的传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量计、节气门位置传感器、水温传感器、进气温度传感器、氧传感器以及爆震传感器等;常用的执行器有喷油器、点火器、怠速控制阀以及电动燃油泵等。

图2-3微电脑控制系统的工作示意图发动机电子控制单元(ECU)主要由输入回路、MCU以及输出回路等组成。

将在下一章作详细介绍。

1.2.3电子燃油喷射系统的控制原理当ECU接收到点火开关接通信号时，便开始接收传感器的输出信号。

当ECU 接受到发动机的启动信号时，便进入工作状态。

与此同时，根据发动机的工作状态，MCU从ROM中调用某些程序(如喷油控制程序、点火控制程序等)或数据，完成各项控制功能。

一般喷油量的控制方式可分为启动喷油控制、正常运转喷油控制、反馈控制、断油控制等。

在电控燃油喷射发动机上，微电脑根据各传感器传送的信号控制喷油量。

和传统的化油器发动机一样，不同的运转工况需要不同浓度的可燃混合气。

在电喷发动机中，微电脑根据启动开关信号可确定发动机启动工况;根据节气门位置传感器的怠速开关信号、全负荷开关信号及节气门的开关速率可确定发动机的怠速工况、大负荷工况以及加减速工况。

对于不同的工况，微电脑会按不同的模式来控制喷油器的工作。

1、启动喷油控制在发动机启动时，由于吸入汽缸的空气量较少，空气流量计的检测精度低，因此启动时不把空气流量计的信号作为喷油控制的依据，而是根据预先设定的启动程序来进行喷油量控制。

2、正常运转喷油控制在正常运转工况下，微电脑主要根据空气流量计(或进气压力传感器)输出信号和发动机转速计算出基本喷油量，并经过进气温度、大气压力、蓄电池电压、发动机水温、怠速工况、加速工况以及全负荷工况等参数修正后，控制喷油器的喷油。

在实际控制程序中，按照各运转参数对喷油量的影响程度和方式，通常把喷油量分成基本喷油量、修正量两部分，这两部分之和作为总喷油量。

(1)基本喷油量基本喷油量是根据发动机每个工作循环的进气量，按理想空燃比14.7计算出的喷油量，即每循环基本喷油量=比例常数×空气流量÷发动机转速由上式可以看出，每循环的基本喷油量与空气流量成正比，与发动机转速成反比。

(2)修正量当发动机实际运行条件改变时，应对基本喷油量进行适当的修正，以保证发动机正常运行。

一般主要考虑进气温度、大气压力以及蓄电池电压三个方面的影响。

修正量的大小用修正系数表示:修正系数=修正后的喷油量÷基本喷油量3、断油控制断油控制主要有超速断油控制，减速断油控制两种。

(1)超速断油控制当发动机转速达到微电脑设定的最高转速时，微电脑会控制喷油器暂时中断喷油，以防止超速运转而损坏机件。

待发动机转速降低到规定值时，微电脑控制喷油器又恢复喷油。

如此循环，即可防止发动机转速无限上升，这就是超速断油控制。

(2)减速断油控制当在发动机运转过程中突然松开油门踏板减速且满足如下条件时，微电脑会控制喷油器停止喷油，即实行减速断油。

a.节气门位置传感器怠速开关接通;b.发动机转速高于微电脑内存的设定值;c.发动机水温已达正常值。

待发动机转速下降到规定值时，微电脑又控制喷油器恢复供油。

4、理想空燃比的反馈控制为了降低发动机有害气体的排放量，许多汽车上装备了三元催化转换装置。

但三元催化转换装置只有在混合气浓度处于理想空燃比附近时才能使CO, HC的氧化反应和NOx的还原反应同时进行，才能最大限度地降低有害气体地排放量。

为了将混合气体浓度控制在理想空燃比14.7附近，在发动机的排气管中安装了氧传感器，微电脑通过氧传感器的反馈信号对喷油量进行控制，从而控制混合气的浓度。

5、喷油正时的控制喷油正时控制就是控制喷油器何时开始喷油。

发动机燃油喷射系统按喷油器安装部位分为单点喷射系统(SPFI或SPI)和多点燃油喷射系统(MPFI或MPI)两类。

单点喷射系统只有一只或两只喷油器，安装在节气门体上，发动机一旦工作就连续喷油。

多点燃油喷射系统每个汽缸配有一只喷油器，安装在燃油分配管上。

喷油器的控制电路决定着喷油正时，即喷油时刻与喷油顺序。