电控燃油喷射系统中有关空燃比的控制策略研究

邱家彩　熊安胜　罗易　湖北省咸宁职业技术学院　437100



电控燃油喷射系统中有关空燃比的控制策略研究

邱家彩熊安胜罗易湖北省咸宁职业技术学院437100

【文章摘要】

近几年中，我国大面积出现雾霾极端天气，其中京、津、翼尤为明显。据中科院调查发现，其中汽车尾气排放所造成的影响是不容忽视的。这种情况下，提高汽车发动机的控制效率，提升其整体性能已经成为摆在我们面前不可忽视的重要问题之一。目前发动机电控燃油喷射系统已广泛地应用,成为汽车节能和降低排放污染物的重要技术。本文从燃油喷射控制系统控制原理、空燃比反馈控制、喷油脉宽的计算等方面进行研究,使发动机排放达到国家法规要求。

【关键词】

发动机；燃油喷射系统；排放；控制策略

1　燃油喷射控制系统控制原理

1.1启动工况

在发动机冷启动时，发动机转速慢，吸入的空气量不多，此时检测精度较低，导致了进气量信号有较大误差，所以此时的喷油量不能由空气流量计的信号作为控制信号。最佳的处理方式是根据预先设定好的数值直接提供较浓的混合气。

同时由冷启动喷油器额外喷入一部分多余的燃油，以改善因为燃油冷凝造成的混合气过稀的情况。值得一说的是，汽油发动机在冷启动时，汽油的挥发性与温度有很大关系。其挥发性能的好坏直接影响空燃比。

当发动机运转正常后若高温熄火，此时，若再启动发动机，由于高温的发动机对燃油挥发起到很好的作用，产生汽油蒸气。喷油器的喷油量就会因汽油中含有汽油蒸气而减小，从而使混合气变稀。汽车在高温行驶时，会受到来自行驶中风力的强冷却作用，汽油温度不会太高，一般不超过 50℃，因此在高温行驶时不用对喷油量进行修正。

1.2正常运转喷油控制

发动机正常运转时，电子控制单元主要根据空气流量计的信号和发动机转速信号来得到基本喷油量，并经过辅助传感器获得的进气温度、大气压力等修正信号，确定修正喷油量，最终将两者喷油器相加为总喷油量。

1.3断油控制

断油控制有以下三种控制方式：

超速断油控制：当发动机转速达到设定的最高转速时，喷油器中断喷油，以防止超速损坏零部件。

减速断油控制：减速断油控制就是根据电控单元得到减速信号，ECU会自动中断燃油喷射，直到发动机转速下降到设定的转速又开始喷油。

减扭矩断油控制：在装有自动升档器的自动变速器的汽车中，电控单元会控制个别缸的喷油器暂时中断喷油，减少发动机的输出扭矩，减轻换档冲击。

2　理想空燃比的反馈控制

随着人们对排放法规和环保意识的增强，有效控制汽车上的有害气体排放量，汽车上都会配置三元催化转换装置。它能根据排气管中氧含量的浓度变化确定进入发动机气缸内混合气的空燃比，将此参量输入到ECU后与目标值比较，从而精确控制喷油器的喷油量。

2.1空燃比的自调节控制

现在，大部分发动机运行喷油量都是设定的固定值，即多次试验得到的均衡值。但发动机在实际工作时，由于自身的制造和装配误差，零部件的性能会在运行过程中发生变化，进而导致实际结果和试验结果存在一定的偏差，实际空燃比和理论空燃比具有差异。通常情况下，氧传感器工作可以在一定范围内控制混合气体的浓度，并对其进行反馈修正，使其能够趋近于理想的空燃比，不过这种控制的作用还是比较有限，难以达到全面修正的效果。因而，考虑到反馈修正值所存在的偏差，电子控制单元可以在运行前设置自动调节修正值的参数，达到对喷油量（喷油时间）的全面修正。

2.2喷油正时控制

喷油正时控制指的是控制喷油器使其在设定的某一个时间点开始喷油。根据喷油器安装的部位，燃油喷射系统可分为两大类，分别是单点喷射系统及多点喷射系统。其中，单点喷射系统的安装部位是节气门体上，这个系统包含不多于两只的喷油器，只要发动机工作着就会不断喷油;多点喷射系统的安装部位是燃油分配管上，这个系统中任意汽缸都包含一个喷油器，并且喷油的时刻及顺序都由喷油器的控制电路控制，并非持续喷油。运行时，ECU按照曲轴位置传感器信号被触发。

2.3点火时刻控制

点火时刻控制指的是控制点火的提前角。基于其他传感器所传递的信号及相关修正参数，电子控制单元可基本确定点火的提前角，之后再按照曲轴的实际位置，确定活塞的适当位置，使火花塞点火。

3　基本喷油脉宽的确定

在发动机工作过程中，ECU从进气压力和空气流量两个传感器获得的信息，计算出喷油量大小，使得混合气空燃比达到期望值。该处理过程，ECU给喷油器发出相应的信号，形成特定指令对其进行控制。根据此信号，ECU可实现信号时刻以及脉宽进行合理有效的控制，通过脉宽可确定喷油量大小。

3.1空燃比的确定

通常：计算公式为a（目标）=a（基本量） 十a（校正量） 。为使程序的计算过程更加灵活方便，一般情况下求得基本量所对应的Tp（喷油脉宽），用Fc（校正因子）代替a（校正量）。另外选择电源电压产生的Tn（校正量），可得同目标空燃比相符合的喷油脉宽，诸多电控系统中，均选择以脉谱（MAP）实现对a（基本量）的确定。

3.2基本喷油脉宽的计算

基于空气流量传感器产生的信号，ECU计算进气量，然后结合发动机的转速，计算基本喷油时间。控制喷油持续时间包括两种按方法：第一，同步喷射;第二，异步喷射。电控汽油喷射系统中，输入给喷油器中的燃油，喷射压力为定值，喷油持续时间长短△t，决定具体喷油量的大小。具体关系如下：

通过上式可知，转速n产生的△t值与不相同进气管压力，构成一个三维曲面图，输入到CPU当中。基于此，再不断进行改进完善，最终求得喷油持续时间，即喷油量大小。

4　小结

本文主要对汽油发动机电控燃油喷射系统控制策略研究进行探讨，分析了燃油喷射控制系统控制原理，研究了空燃比的控制方法。通过对以上问题的研究，使控制系统的喷油量得以精确控制，汽车排放性能大大提升。

【参考文献】

[1]夏胜枝.新型脉动式电控燃油喷射系统喷射定时优化.内燃机工程.2003,24（1）;65-70.

[2]窦慧莉.电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究[D].吉林:吉林大学,2004.

[3]周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2003.

[4]冯康.数值计算方法[M].北京:国防工业出版社,1978,89-100.

【作者简介】

邱家彩，男，汉族，1982年10月出生，湖北孝感人，咸宁职业技术学院教师，研究生学历，主要从事汽车构造方向教学、汽车维修方面的研究。