內(nèi)燃機電子控制系統(tǒng)

內(nèi)燃機電子控制系統(tǒng)上海交通大學(xué)內(nèi)燃機研究所周校平機械增壓概述汽車電子化被認為是汽車技術(shù)發(fā)展進程中的一次革命，汽車電子化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標志，是用來開發(fā)新車型，改進汽車性能最重要的技術(shù)措施。增加汽車電子設(shè)備的數(shù)量、促進汽車電子化是奪取未來汽車市場的重要的有效手段。衡量汽車發(fā)展的重要標志－現(xiàn)代汽車電子技術(shù)據(jù)統(tǒng)計，從1989年至2000年，平均每輛車上電子裝置在整個汽車制造成本中所占的比例由16%增至23%以上。一些豪華轎車上，使用單片微型計算機的數(shù)量已經(jīng)達到48個，電子產(chǎn)品占到整車成本的50%以上，目前電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)。

按照對汽車行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車電子產(chǎn)品歸納為兩類：一類是汽車電子控制裝置，汽車電子控制裝置要和車上機械系統(tǒng)進行配合使用，即所謂“機電結(jié)合”的汽車電子裝置；它們包括發(fā)動機、底盤、車身電子控制。例如電子燃油噴射系統(tǒng)、制動防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動變速器、電子動力轉(zhuǎn)向等，另一類是車載汽車電子裝置，車載汽車電子裝置是在汽車環(huán)境下能夠獨立使用的電子裝置，它和汽車本身的性能并無直接關(guān)系。它們包括汽車信息系統(tǒng)(行車電腦)、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。目前電子技術(shù)發(fā)展的方向向集中綜合控制發(fā)展將發(fā)動機管理系統(tǒng)和自動變速器控制系統(tǒng)，集成為動力傳動系統(tǒng)的綜合控制(PCM)；將制動防抱死控制系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制系統(tǒng)(TCS)和驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)(ASR)綜合在一起進行制動控制；通過中央底盤控制器，將制動、懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動等控制系統(tǒng)通過總線進行連接?？刂破魍ㄟ^復(fù)雜的控制運算，對各子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)，將車輛行駛性能控制到最佳水平，形成一體化底盤控制系統(tǒng)(UCC)。

由于汽車上的電子電器裝置數(shù)量的急劇增多，為了減少連接導(dǎo)線的數(shù)量和重量，網(wǎng)絡(luò)、總線技術(shù)在此期間有了很大的發(fā)展。通訊線將各種汽車電子裝置連接成為一個網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送和接收信息。電子裝置除了獨立完成各自的控制功能外，還可以為其它控制裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)。由于使用了網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計，簡化了布線，減少了電氣節(jié)點的數(shù)量和導(dǎo)線的用量，使裝配工作更為簡化，同時也增加了信息傳送的可靠性。通過數(shù)據(jù)總線可以訪問任何一個電子控制裝置，讀取故障碼對其進行故障診斷，使整車維修工作變得更為簡單。汽車電子技術(shù)的應(yīng)用將使汽車發(fā)生以下主要變化汽車的機械結(jié)構(gòu)還將發(fā)生重大的變化，汽車的各種操縱系統(tǒng)向電子化和電動化發(fā)展，實現(xiàn)“線操控”。用導(dǎo)線代替原來的機械傳動機構(gòu)，例如“導(dǎo)線制動”、“導(dǎo)線轉(zhuǎn)向”、“電子油門”等。汽車12伏供電系統(tǒng)向42伏轉(zhuǎn)化。隨著汽車電子裝置越來越多，消耗的電能正在大幅度地增加?，F(xiàn)有的12伏動力電源，已滿足不了汽車上所有電氣系統(tǒng)的需要。今后將采用集成起動機-發(fā)電機42伏供電系統(tǒng)，發(fā)電機最大輸出功率將會由目前的1千瓦提高到8千瓦左右，發(fā)電效率將會達到80%以上。42伏汽車電氣系統(tǒng)新標準的實施，將會使汽車電器零部件的設(shè)計和結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的變革，機械式的繼電器、熔絲式保護電路將被淘汰。

汽車電子技術(shù)的應(yīng)用將使汽車更加智能化。智能汽車裝備有多種傳感器，能夠充分感知駕車者和乘客的狀況，交通設(shè)施和周邊環(huán)境的信息，判斷乘員是否處于最佳狀態(tài)，車輛和人是否會發(fā)生危險，并及時采取對應(yīng)措施。今天，社會進入了信息網(wǎng)絡(luò)時代，人們希望汽車不僅僅是一種代步工具，更希望在汽車是生活及工作范圍的一種延伸，在汽車上就像呆在自己的辦公室和家里一樣，可以收聽廣播，打電話，上互聯(lián)網(wǎng)，處理工作。隨著數(shù)字技術(shù)的進步，汽車也將步入多媒體時代。利用windows操作系統(tǒng)開發(fā)的車載計算機多媒體系統(tǒng)，具有信息處理、通訊、導(dǎo)航、防盜、語言識別、圖像顯示和娛樂等功能。汽車裝置自動導(dǎo)航和輔助駕駛系統(tǒng)，駕駛員可把行車的目的地輸入到汽車電腦中，汽車就會沿著最佳行車路線行駛到達目的地。人們可以通過語言識別系統(tǒng)操縱著車內(nèi)的各種設(shè)施，一邊駕駛著汽車，一邊欣賞著音樂電視，還可上網(wǎng)預(yù)定飯桌、機票等。2005年中國汽車電子品牌市場結(jié)構(gòu)

可以說汽車電子行業(yè)已經(jīng)成為汽車全行業(yè)中最具發(fā)展?jié)摿?、最具附加值的組成部分。但是中國的汽車電子工業(yè)的發(fā)展卻落后于中國汽車工業(yè)的發(fā)展速度。計世資訊（CCW

Research）的調(diào)研分析表明，2005年中國汽車電子企業(yè)或涉及汽車電子生產(chǎn)的企業(yè)有1000多家，但絕大部分企業(yè)規(guī)模都太小，中國汽車電子市場仍主要由全球主力汽車電子廠商所掌控，多家廠商分踞市場，競爭激烈，排名前十位的汽車電子廠商依次是博世、德爾福、偉世通、德國大陸、現(xiàn)代莫比斯、深圳航盛、摩托羅拉、電裝、西門子VDO、法雷奧。2005年這十家廠商占據(jù)了中國汽車電子70.5％的市場份額，其中博世市場占有率為18.5%，排名第一，博世以領(lǐng)先于第二名德爾福7.5個百分點的絕對優(yōu)勢。

參考文獻汽車構(gòu)造2000年人民郵電出版社車排放污染物控制實用技術(shù)1999年人民交通出版社現(xiàn)代汽車電子－南京交通技師學(xué)院控制技術(shù)1998年科學(xué)技術(shù)文獻出版社AUTOMOBILEELECTRONIC1995ERICCHOWANITZSAEINTERNATIONALAUTOMOBILEELECTRICAL&ELECTRONICSYSTEMS1995TOMDENTONSAEINTERNATIONAL先進高壓共軌技術(shù)RobertBoschGmbH

汽車柴油機動力系統(tǒng)AutomotivePowertrainDieselSystems.SiemensHEUI電控系統(tǒng)，CaterpillarECD-U2電子控制系統(tǒng)，DensoTDI發(fā)動機性能，Valkswagen

國家標準《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）》(GB17691－2005)《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法（GB3847－

2005）》自2005年7月1日起實施?！饵c燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）（GB18285－

2005）》自2005年7月1日起實施?！镀嚰铀傩旭傑囃庠肼曄拗导皽y量方法》（GB1495－

2002）

《乘用車燃料消耗量限值》（GB19578－

2004）一.汽油機的電子控制系統(tǒng)1.為何要淘汰化油器式汽油機2.了解電控汽油噴射系統(tǒng)的組成和工作原理。3.了解電控汽油噴射系統(tǒng)的控制功能。4.了解電控汽油機的發(fā)展趨勢

二.柴油機的電子控制系統(tǒng)1.了解柴油機電子控制燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢。2.掌握柴油機的三代電控燃油噴射系統(tǒng)的劃分方法，及其在噴油量控制、噴射壓力控制、噴射定時控制、噴油速率控制等方面的區(qū)別。3.了解第一代位置控制式和第二代時間控制式的電控燃油噴射系統(tǒng)中的各種不同類型4.掌握柴油機電控系統(tǒng)是如何實現(xiàn)噴油過程和進氣過程的綜合管理的。5.了解柴油機排氣后處理各種措施及相應(yīng)裝置的基本工作原理。

一.汽油機的電子控制系統(tǒng)前言影響汽油發(fā)動機排放的最主要因素是混合氣的空燃比，理論上一公斤燃料完全燃燒時需要14.7公斤的空氣。這種空氣和燃料的比例稱為化學(xué)當(dāng)量比?？杖急刃∮诨瘜W(xué)當(dāng)量比時供給濃混合氣，此時發(fā)動機發(fā)出的功率大，但燃燒不完全，生成的CO、HC多。當(dāng)混合氣略大于化學(xué)當(dāng)量比時，燃燒效率最高，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多。

供給稀混合氣時，燃燒速度變慢，燃燒不穩(wěn)定，使得HC增多。在電控汽油噴射系統(tǒng)中采用閉環(huán)控制的方式，將空燃比控制在化學(xué)當(dāng)量比附近，并在排氣系統(tǒng)中消聲器前安裝一個三元催化轉(zhuǎn)化器，對發(fā)動機進行后處理，是當(dāng)前減少汽車排氣污染物的最有效方法。在化學(xué)當(dāng)量比附近，轉(zhuǎn)化器的凈化效率最高?；推鞯墓δ芎腿秉c燃油霧化程度受空氣密度影響式中：dmax-油滴的最大半徑；a－汽油空氣界面的表面張力系數(shù)（N/m）；wo－油滴對于空氣流的相對速度（m/s）；－空氣密度（kg/m3）。空燃比受空氣密度的影響多缸機混合氣分配不均勻負荷變動造成附加的燃油消耗和排放惡化充氣效率較低化油器結(jié)冰化油器浮子室工作受發(fā)動機姿勢的影響發(fā)動機倒拖影響排放和油耗沒有喉口，流阻小，充量系數(shù)高不需對進氣管加熱充量系數(shù)高混合氣的各缸分配均勻性好在任何情況下都能獲得精確的空燃比汽車的加速性能好汽油噴射有壓力，不會出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象適應(yīng)環(huán)境能力強（寒暑，高原，顛簸路面）可減小和避免不規(guī)則的燃燒現(xiàn)象經(jīng)濟性，排污性有很大改良能降低發(fā)動機的總高度有利于可變機構(gòu)的推廣應(yīng)用，有利于維護保養(yǎng)，可靠性好充氣效率高良好的起動性能和減速減油或斷油概述電控汽油噴射系統(tǒng)（ElectronicFuelInjectionSystem）簡稱為EFI。它利用各種傳感器檢測發(fā)動機的各種狀態(tài)，經(jīng)微處理器的判斷、計算，使發(fā)動機在不同工況下均能獲得合適空燃比的混合氣。電控汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)展史電控汽油噴射系統(tǒng)主要由下列五部分組成：

進氣系統(tǒng)供油系統(tǒng)控制系統(tǒng)點火系統(tǒng)后處理系統(tǒng)

工作原理進氣系統(tǒng)降噪部件降噪部件水分離裝置熱空氣調(diào)節(jié)發(fā)動機飾蓋油分離器旁通閥加熱管發(fā)動機環(huán)境防雪閥系統(tǒng)(AASS)新鮮空氣進氣管干凈空氣進氣管進氣歧管空氣濾清器曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)空氣質(zhì)量流量計增壓發(fā)動機渦輪增壓器中冷器新鮮空氣進氣管降噪設(shè)計降噪部件發(fā)動機二次空氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖網(wǎng)格彈簧閥門補充進氣前端進氣3.防雪閥系統(tǒng)避免雪侵入空氣濾清器濾芯，引起發(fā)動機熄火。4.功率損耗優(yōu)化生產(chǎn)流動模擬包裝熱力學(xué)成本噪聲過濾開發(fā)標準模擬計算結(jié)構(gòu)

-靜態(tài)計算

-動態(tài)計算一維流動計算

-脈動計算-管口噪聲

-發(fā)動機性能計算三維流動計算-壓降計算

-氣體混合計

-渦流計算噪聲

-管口噪聲分析怠速時節(jié)氣門全關(guān)，由怠速執(zhí)行器根據(jù)冷卻水溫、空調(diào)和動力轉(zhuǎn)向等工況調(diào)節(jié)進氣量供油系統(tǒng)主要由油壓調(diào)節(jié)器、噴油器和噴油泵組成。

各類汽油規(guī)范的部分質(zhì)量指標供油系統(tǒng)燃油泵燃油泵裝在油箱內(nèi)，渦輪泵由電機驅(qū)動。當(dāng)泵內(nèi)油壓超過一定值時，燃油頂開單向閥向油路供油。當(dāng)油路堵塞時，卸壓閥開啟，泄出的燃油返回油箱。

噴油器是電磁式的。當(dāng)噴油器不工作時，針閥在回位彈簧作用下將噴油孔封住。當(dāng)ECU的噴油控制信號將噴油器的電磁線圈與電源回路接通時，針閥才在電磁力的吸引下克服彈簧壓力、摩擦力和自身重量，從靜止位置往上升起，燃油噴出。

多點噴油系統(tǒng)中噴油器通過絕緣墊圈安裝在進氣歧管或進氣道附近的缸蓋上，并用輸油管將其固定。多點噴油系統(tǒng)每缸有一個噴油器。英文稱為multipointinjection.簡稱為MPI。單點噴油系統(tǒng)的噴油器安裝在節(jié)氣門體上，各缸共用一個噴油器。英文為singlepointinjection.簡稱為SPI。油壓力調(diào)節(jié)器油壓力調(diào)節(jié)器的功能是調(diào)節(jié)噴油壓力。噴油器噴出的油量是用改變噴油信號持續(xù)時間來進行控制的。由于進氣歧管內(nèi)真空度是隨發(fā)動機工況而變化的，即使噴油信號的持續(xù)時間和噴油壓力保持不變，工況變化時噴油量也會發(fā)生少量的變化，為了得到精確的噴油量，必須使油壓A和進氣歧管真空度B的總和保持不變。

控制系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器和電子控制單元三部分組成。

傳感器傳感器是感知信息的部件，負責(zé)向ECU提供發(fā)動機和汽車運行狀況。

電子控制系統(tǒng)ECU的功用是采集和處理各種傳感器的輸入信號，根據(jù)發(fā)動機工作的要求（噴油脈寬、點火提前角等），進行控制決策的運算，并輸出相應(yīng)的控制信號。當(dāng)前電控發(fā)動機中除了控制噴油外，還控制點火、EGR、怠速和增壓發(fā)動機的廢氣閥等，由于共用一個ECU對發(fā)動機進行綜合控制，所以也被稱為發(fā)動機管理系統(tǒng)。中間的金屬方盒為電子控制單元，箭頭指向電子控制單元的部件為傳感器，箭頭從電子控制單元出去的部件為執(zhí)行器。在電控發(fā)動機中最主要的輸入接口是傳感器接口（例如轉(zhuǎn)速、負荷、溫度、壓力等）。最主要的輸出接口是控制接口，它控制外部執(zhí)行機構(gòu)的動作（例如：噴油器、點火模塊、噴油泵、怠速執(zhí)行器等）。

執(zhí)行器點火控制系統(tǒng)點火控制系統(tǒng)由傳感器、電子控制單元和執(zhí)行器組成。

執(zhí)行器執(zhí)行器為點火模塊和點火線圈。最常見的為無分電器點火系統(tǒng)，它是兩個氣缸共用一個點火線圈。目前也有采用每個氣缸一個點火線圈的。

為了滿足發(fā)動機各種工況的要求，混合氣的空燃比不能都采用閉環(huán)控制，而是采用閉環(huán)和開環(huán)相結(jié)合的策略。

主要分為三種控制方式：冷起動和冷卻水溫度低時通常采用開環(huán)控制方式。

由于起動轉(zhuǎn)速低、冷卻水溫度低、燃油揮發(fā)性差，需對燃油進行一定的補償?；旌蠚饪杖急扰c冷卻水溫度有關(guān)，隨著溫度增加，空燃比逐漸變大。部分負荷和怠速運行時此時可分為兩種情況：

若為了獲得最佳經(jīng)濟性，可采用開環(huán)控制方式，將空燃比控制在化學(xué)計量比狀態(tài)下工作。

為了獲得低的排放，并有較好的燃油經(jīng)濟性，必須采用電控汽油噴射系統(tǒng)加三元催化轉(zhuǎn)化器，進行空燃比閉環(huán)控制。其主要的化學(xué)反應(yīng)如下：1．CO和HC的氧化反應(yīng)

2.NO的還原反應(yīng)3．其它反應(yīng)上面最后一個反應(yīng)生成氨是不希望的，可以通過合理選擇催化劑材料加以避免。三效催化轉(zhuǎn)換器同時降低三種排氣污染物的效果只有在汽油機在過量空氣系數(shù)λ為1時才能實現(xiàn)。因為，NOx在催化器中的還原需要H2、CO和HC等作為還原劑?？諝膺^量時，這些還原劑首先和氧反應(yīng)，所以NOx的還原反應(yīng)就不能進行。空氣不足時，CO和HC則不能被完全氧化。過量空氣系數(shù)對三效催化轉(zhuǎn)化器中三種主要污染物CO、HC和NOx的轉(zhuǎn)化效率的影響見圖所示。

空燃比控制策略圖中虛線部分為未加三元催化轉(zhuǎn)化器時，CO、HC和NOx排放濃度與空燃比的關(guān)系。實線部分采用三元催化轉(zhuǎn)化器后CO、HC和NOx與空燃比的關(guān)系。從圖中可看出采用三元催化轉(zhuǎn)化器時只有當(dāng)空燃比在化學(xué)計量比附近很窄范圍內(nèi)HC、CO和NOx排出濃度均較小。裝有電控汽油噴射發(fā)動機采用閉環(huán)控制方式，才能使混合氣空燃比嚴格控制在化學(xué)計量比附近很窄的范圍內(nèi)，使三元催化轉(zhuǎn)化器凈化效率最高。節(jié)氣門全開（WOT）時：為了獲得最大的發(fā)動機功率和防止發(fā)動機過熱，采用開環(huán)控制，將混合氣空燃比控制在12.5～13.5范圍內(nèi)。此時發(fā)動機內(nèi)混合氣燃燒速度最快，燃燒壓力最高，因而輸出功率也就越大。點火提前角控制為了使發(fā)動機發(fā)出最大功率，應(yīng)使最高燃燒壓力出現(xiàn)在上止點后10°～15°左右，點火時刻用點火提前角來表示。它是指火花塞電極間跳火開始到活塞運行至上止點時這段時間內(nèi)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。點火過遲：使發(fā)動機功率下降，油耗增加。點火過早：使功率下降，還容易產(chǎn)生爆震。發(fā)動機的最佳點火提前角，不僅要使發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性最佳，還應(yīng)使有害排放物最少。最佳點火提前角的控制策略起動期間：固定值起動后基本點火提前角的控制：由轉(zhuǎn)速和負荷確定點火提前角的修正：部分負荷工況根據(jù)冷卻水溫、進氣溫度和節(jié)氣門位置等信號進行修正。滿負荷工況要特別小心控制點火提前角，以免產(chǎn)生爆震。最大和最小提前角的控制：微處理器計算的點火提前角必須控制在一定范圍內(nèi)，否則發(fā)動機很難正常運轉(zhuǎn)。閉合角控制閉合角是沿用了傳統(tǒng)點火系的概念。在電子控制的點火系統(tǒng)中是指初級電路接通的時間。點火線圈的次級電壓是和初級電路斷開時的初級電流成正比。通電時間短時，初級電流小，會使感應(yīng)的次級電壓偏低，容易造成失火。初級電流大，對點火有利；但通電時間過長，會使點火線圈發(fā)熱，甚至燒壞，還會使能耗增大。因此要控制一個最佳通電時間。蓄電池電壓下降時，在相同的通電時間里初級電流能達到的值會變小。因此要對通電時間修正。爆震控制汽車發(fā)動機利用電火花將混合氣點燃，并以火焰?zhèn)鞑シ绞绞够旌蠚馊紵?。如果在傳播過程中，火焰還未到達時，局部地區(qū)混合氣自行著火燃燒，使氣流運動速度加快，缸內(nèi)壓力、溫度迅速增加，造成瞬時爆燃，這種現(xiàn)象稱為爆震。

爆震傳感器爆震會使氣體強烈振動，產(chǎn)生噪音；也會使火花塞、燃燒室、活塞等機件過熱，嚴重情況會使發(fā)動機損壞。在發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)已確定的情況下，采用推遲點火提前角是消除爆震既有效又簡單的措施之一。裝有爆震傳感器的發(fā)動機能檢測爆震界限，通過電子控制單元將點火時刻調(diào)到接近爆震極限的位置，從而改善了發(fā)動機的性能。當(dāng)發(fā)動機出現(xiàn)爆震時，ECU根據(jù)爆震程度，推遲點火時刻，爆震程度大的，不僅推遲的角度大，而且是先快后慢，直到爆震消失為止。為了保證良好的發(fā)動機性能，爆震消失后，又將點火提前角逐步加大，增加的速率也分為快、慢兩種。當(dāng)發(fā)動機再次出現(xiàn)爆震時，點火提前角再次推遲。通常點火提前角推遲的速率要大于點火提前角增加的速率。

排氣再循環(huán)控制通常用EGR率表示EGR的控制量。它用進入氣缸的混合氣中廢氣的比例表示。EGR率與發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和排放性能有關(guān)。EGR率增加過大時，使燃燒速度太慢，燃燒變得不穩(wěn)定，失火率增加，使HC也會增加；EGR率過小，NOx排放達不到法規(guī)要求，易產(chǎn)生爆震，發(fā)動機過熱等現(xiàn)象。因此EGR率必須根據(jù)發(fā)動機工況要求進行控制。

EGR閥與控制控制EGR控制系統(tǒng)中，EGR閥是關(guān)鍵部件。不同的EGR率是通過EGR閥的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。電控發(fā)動機中廣泛采用電子控制EGR閥方法。直線型EGR閥是由ECU控制針閥位置，調(diào)節(jié)從排氣進入進氣歧管孔口的大小，精確地控制EGR率。EGR工作期間通過監(jiān)測針閥位置反饋信號控制針閥位置。并根據(jù)冷卻水溫度、節(jié)氣門位置和進氣流量控制EGR針閥的位置。EGR的控制策略：增加EGR率可以使NOx排出物降低，但同時會HC排出物和燃油消耗增加。因此在各種工況采用的EGR率必須是對動力性、經(jīng)濟性和排放性能的綜合考慮。試驗結(jié)果說明：當(dāng)EGR率小于10%時，燃油消耗量基本上不增加，當(dāng)EGR率大于20%時，發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定，工作粗暴，HC排放物將增加10%。因此通常將EGR率控制在10%～20%范圍內(nèi)較合適。隨著負荷增加EGR率允許值也增加（陰影部分）怠速和低負荷時，NOx排放濃度低，為了保證穩(wěn)定燃燒，不進行EGR。只有熱態(tài)下進行EGR。發(fā)動機溫度低時，NOx排放濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機時不進行EGR。大負荷、高速時，為了保證發(fā)動機有較好的動力性，此時混合氣較濃，NOx排放生成物較少，可不進行EGR或減少EGR率。廢氣再循環(huán)量對NOx排放和油耗的影響還受到空燃比、點火提前角等因素的影響。因此在EGR率進行控制時，同時對點火等進行綜合控制，就能得到較好的發(fā)動機性能。燃油蒸發(fā)為了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，電控發(fā)動機普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)時被碳罐中的活性碳所吸附，當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，依靠進氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動機中。電子控制單元根據(jù)發(fā)動機的工況通過電磁閥控制真空度的通或斷達到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可減少大氣中的碳氫化合物和節(jié)約燃料。

缸內(nèi)直噴采用電控缸內(nèi)直接噴射方法，在火花塞附近供給濃混合氣，以利著火；在其它區(qū)域供給稀混合氣，進行分段噴油。達到分層燃燒的目的。據(jù)報導(dǎo)空燃比為30時，仍可燃燒。此種方法可節(jié)約燃料三分之一以上。為了減少稀燃時的NOx,在排氣系統(tǒng)中安裝了兩只溫度傳感器、兩只氧傳感器和兩級催化轉(zhuǎn)化器。

缸內(nèi)直噴式汽油機(GasolineDirect-Injection)汽油缸內(nèi)直噴GDI（GasolineDirectInjection）、柴油高壓共軌（CR）、渦輪增壓中冷（TCI）、可變配氣相位（VVT）是現(xiàn)代提高乘用車發(fā)動機性能的四大先進技術(shù)。汽油缸內(nèi)直噴（GDI）：這一技術(shù)的最大特點是將通過高壓油泵提高壓力后的汽油，通過高壓油軌和噴油器，將其直接噴入缸內(nèi)，從而使缸內(nèi)的汽油得到充分霧化，并和空氣盡可能按照最優(yōu)化的模式進行混合，提高了燃燒過程的可控性，并大大優(yōu)化了整個燃燒和做功過程。它具有使發(fā)動機得到更高的充氣效率、更精確的瞬態(tài)和過渡工況的供油控制、大大增強發(fā)動機的抗爆性和充分提高燃燒熱效率等優(yōu)點，使發(fā)動機在獲得更高的動力性的同時擁有更好的燃油經(jīng)濟性。GDI技術(shù)一般可使發(fā)動機的功率達到同排量非直噴發(fā)動機的1.5～1.7倍，燃油效率提高20％以上。

柴油高壓共軌（CR）：該技術(shù)將由高壓油泵產(chǎn)生的1600大氣壓的柴油經(jīng)油軌和噴油器，在數(shù)毫秒的時間內(nèi)最多可分5次直接噴入缸內(nèi)燃燒室，使高度霧化的柴油和空氣混合并燃燒。精確控制的多次噴射達到了優(yōu)化燃燒過程，可以增加功率、降低油耗、降低振動噪音、減少NOx及HC排放并消除黑煙，使柴油機在進一步提高并保證原有的高燃油經(jīng)濟性和大扭矩的優(yōu)點的同時，實現(xiàn)了與汽油機相當(dāng)?shù)牡驮胍?、低排放和大功率。渦輪增壓中冷（TCI）：渦輪增壓中冷技術(shù)利用發(fā)動機排出的廢氣推動渦輪，并通過渦輪帶動壓氣機，增加發(fā)動機的進氣壓力、提高進氣密度，這樣通過增加單位體積里參加做功的氣體的質(zhì)量，提高單位做功體積的功率密度，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩。同時，增壓后提高了缸內(nèi)混合氣燃燒的速率和燃燒充分性，不但大大提高了燃油經(jīng)濟性，還減少CO和HC等有害氣體的排放。中冷是協(xié)助將增壓后比較高的進氣溫度降下來，從而更好地保證進氣密度，提高進氣效率，保證發(fā)動機的增壓效果。一臺發(fā)動機應(yīng)用渦輪增壓中冷技術(shù)后，其功率和扭矩可增加４０％以上，燃油消耗可以降低10%-15%左右?？勺兣錃庀辔唬╒VT）：可變配氣相位（VVT）技術(shù)指的是發(fā)動機的配氣相位可以根據(jù)性能需要適時的改變，即根據(jù)燃油經(jīng)濟性、動力性和排放控制的要求對不同的工況采用不同的氣門正時相位，以達到進氣系統(tǒng)的最優(yōu)化，對降低發(fā)動機油耗、提高低速扭矩、改善功率特性有顯著效果。此外，VVT技術(shù)在提高發(fā)動機性能的同時可以降低污染排放，從而取代或減少在排放控制零部件上的投入，甚至可以免去安裝EGR、二次空氣等裝置就可以達到苛刻的排放法規(guī)的要求。發(fā)動機采用該技術(shù)可以達到增加功率、減少油耗，改善排放的目的。GasolineDirect-Injection發(fā)動機

化油器（carburetor）發(fā)動機是在進氣管道的化油器位置上吸出汽油，與空氣混合，霧化形成混合氣，經(jīng)氣門進入氣缸。電控汽油噴射發(fā)動機一般是在進氣歧管，氣門之前的位置上噴射汽油PFI（portfuelinjection）發(fā)動機，再經(jīng)氣門進入氣缸。因此，進氣口處的油膜如同電容，具有積分作用，發(fā)動機瞬時供油量不能通過噴油器實現(xiàn)精確控制。由于部分蒸發(fā)現(xiàn)象導(dǎo)致油量控制延遲和計量偏差，冷起動時由于燃油蒸發(fā)困難，使得實際供油量遠大于需求的供油量，這樣單質(zhì)冷起動時發(fā)動機4個～10個循環(huán)的不穩(wěn)定燃燒，顯著增大發(fā)動機CO、HC。直噴式汽油(GasolineDirect-Injection)發(fā)動機，將噴油嘴安裝在燃燒室內(nèi)，將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內(nèi)，空氣則通過進氣門進入燃燒室與汽油混合成混合氣被點燃作功，這種形式與直噴式柴油機相似，因此有人認為缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動機是將柴油機的形式移植到汽油機上的一種創(chuàng)舉。

缸內(nèi)噴注的關(guān)鍵在于產(chǎn)生與傳統(tǒng)發(fā)動機不同的缸內(nèi)氣流運動狀態(tài)，通過技術(shù)手段使噴射入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流。因此GDI采用了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴射器等三種技術(shù)手段。立式吸氣口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橫向吸氣口，通過來自上方的強大下降氣流，形成與以往發(fā)動機相反的缸內(nèi)空氣流動－縱向渦流轉(zhuǎn)流。彎曲頂面活塞利用活塞頂?shù)耐蛊鹦螤?，增強了這個縱向渦流轉(zhuǎn)流，再通過高壓旋轉(zhuǎn)噴射器噴射出霧狀汽油，在壓縮沖程后期的點火前夕，被氣體的縱渦流融合成球狀霧化體，形成一種以火花塞為中心，由濃到稀的層狀混合氣狀態(tài)。這樣，從總體上看，雖然混合比達到40：1，但聚集在火花塞周圍的混合氣卻很濃厚，很容易點火燃燒?；钊?shù)男螤顚Ω變?nèi)氣流的作用?；钊谏现裹c位置時，活塞頭頂面與氣缸蓋之間的間隙叫做燃燒室，燃燒室的容積是決定發(fā)動機性能的重要因素。GDI活塞頂面的凸起部分象屋頂，又稱“彎曲頂面活塞”，它縮小了燃燒室的容積，有助于形成強勢渦流?？s小燃燒室容積必然提高了壓縮比，因此GDI的壓縮比達到12：1，比以往發(fā)動機高出1/3左右。壓縮比提高了，缸內(nèi)溫度必然也隨之提高，有助于稀燃。壓縮比高，輸出功率增大，這樣也就彌補了稀燃帶來的功率損失。壓縮比提高也就是說缸內(nèi)壓力提高了，與之配合的是高壓燃料泵，用高壓方式將汽油送進燃燒室內(nèi)。但是，汽油的性質(zhì)決定壓縮比只能局限于一定的限度內(nèi)，否則就會出現(xiàn)爆燃，為了避免這一現(xiàn)象，GDI分兩步噴射的過程。第一步在進氣沖程中噴射汽油以降低氣體溫度，適應(yīng)高壓縮比；第二步在壓縮沖程后期噴射汽油，形成上面闡述過的層狀混合氣形態(tài)。這是一環(huán)扣一環(huán)的技術(shù)，相輔相成，缺一不可。稀燃技術(shù)有省油的優(yōu)點，但因為高壓高溫環(huán)境也會產(chǎn)生NOx（氮氧化物）排放過高的現(xiàn)象。GDI采用了EGR技術(shù)解決這個問題。所謂EGR是指排氣再循環(huán)技術(shù)，將排出氣缸已經(jīng)燃燒過的部分氣體利用氣門重疊時間再回到氣缸中，降低燃燒的最高溫度從而降低NOx的排放量，GDI的NOx可下降了90%。缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動機的優(yōu)點是油耗量低，升功率大?；旌媳冗_到40:1（一般汽油發(fā)動機的混合比是15:1），也就是人們所說的“稀燃”。機內(nèi)的活塞頂部一半是球形，另一半是壁面，空氣從氣門沖進來后在活塞的壓縮下形成一股渦流運動，當(dāng)壓縮行程行將結(jié)束時，在燃燒室頂部的噴油嘴開始噴油，汽油與空氣在渦流運動的作用下形成混合氣，這種急速旋轉(zhuǎn)的混合氣是分層次的，越接近火花塞越濃，易于點火作功。由于缸內(nèi)噴注壓縮比達到12，與同體積的一般發(fā)動機相比功率與扭矩都提高了10％。

這種缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動機是由日本三菱汽車公司創(chuàng)制的，這種稱為1.8升頂置雙凸輪軸16氣門4G93型發(fā)動機最早安裝在三菱HSR-V型概念車上，并在96年6月北京國際車展上廣泛做了宣傳，但當(dāng)時許多人認為這種發(fā)動機只是一種“概念”而已，沒有引起足夠的重視。但隨著這幾年美日歐等國大汽車廠商豐田、本田、奔馳、通用等對這種汽油發(fā)動機都產(chǎn)生了興趣，紛紛修改了原來的方案研究起缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動機，認為這種發(fā)動機很可能會成為下世紀初汽油發(fā)動機的主要機型，人們又重視起來缸內(nèi)噴注汽油發(fā)動機的發(fā)展狀況了。而現(xiàn)在三菱的GDI發(fā)動機已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，無論是先進性還是實用性都滿足市場的需要，三菱還將在2007年推出新一代的GDI發(fā)動機。

與傳統(tǒng)進氣道燃油噴射PFI（PORTFUELINJECTION）相比，汽油機GDI技術(shù)優(yōu)點主要為：

1.可以實現(xiàn)分層稀燃，使壓縮比提高至12～14。2.部分負荷時采用像柴油機那樣的質(zhì)調(diào)節(jié)(無節(jié)氣門的節(jié)流損失)，可大幅度提高指示效率，達到節(jié)能15%～20%的目標，即達到直噴式柴油機的燃油經(jīng)濟性水平。3.循環(huán)熱量的利用更合理(因混合氣同時被燃燒室壁和活塞加熱，使這一部分循環(huán)熱量被利用而不是傳給冷卻水)，熱損失小，故熱效率較高。4.因進氣充量溫度較低，所以具有較高的充氣效率和抗爆震特性。5.因汽油直接噴入缸內(nèi)，即使在低溫下也具有良好的加速響應(yīng)性和優(yōu)異的瞬態(tài)驅(qū)動特性。GDI燃燒本身仍有很多不足之處需要改進：

1.GDI發(fā)動機的噴油器放在氣缸內(nèi)，由于噴油壓力低，噴孔沒有自潔作用，因此很容易結(jié)垢，從而使噴霧特性變壞，噴油量減少，使發(fā)動機的燃燒惡化，影響發(fā)動機的功率輸出和排放。2.GDI的火焰在快速傳播的同時，會出現(xiàn)部分火焰熄滅的現(xiàn)象，這就會使HC的排放增加，另外，缸內(nèi)壁面的燃油附著、著火延遲等情況也會使HC的排放增加。3.由于氣缸內(nèi)混合氣的濃度和溫度分布不均勻，NOx在高溫區(qū)生成較多，而高空燃比造成的氧含量過高，又使對NOx的處理難度增加。4.傳統(tǒng)的三元轉(zhuǎn)換器只能在空燃比為14.7附近內(nèi)的小范圍內(nèi)工作，顯然已不適合稀薄燃燒。5.發(fā)動機不同負荷的噴油時刻相差較大，發(fā)動機各種負荷的平滑過渡也有待進一步解決，成品發(fā)動機的成本較高，目前也很難大量占有市場。

為了解決GDI汽油機存在的這些問題，必須作進一步的深入研究，開發(fā)出一些切實可行的新技術(shù)：1.二次混合技術(shù)目的是減少積炭的生成，提高GDI汽油機的機械抗爆性，進一步增大壓縮比，提高發(fā)動機的機械效率。二次混合技術(shù)是指在進氣行程中先噴入所需燃料的1/4，形成極稀的均質(zhì)混合氣。在壓縮行程后期再次噴射，噴入剩余燃料，形成分層混合氣。故在火花塞點火前，缸內(nèi)混合氣形成超稀均質(zhì)混合氣和較濃的分層混合氣?；鸹ㄈc火時，首先在濃混合氣處形成較強的火焰，迅速向稀混合氣空間傳播，因火焰較強，可點燃稀混合氣。稀混合氣的燃燒又會反射，促進濃混合氣再次燃燒，使燃料充分燃燒，減少了積炭的產(chǎn)生。

2.二次燃燒和反應(yīng)式排氣管目的是降低HC排放。二次燃燒是指在進行正常分層燃燒的怠速運轉(zhuǎn)時，除了在壓縮行程后期噴油外，在膨脹行程后期再次噴入少量燃油，在缸內(nèi)高溫、高壓氣體的作用下點火燃燒并使排氣溫度提高。通常起動后的怠速狀態(tài)下的排氣溫度為200℃左右，使用二次燃燒可使排氣溫度上升到800℃。這樣可大大加快催化劑開始工作的時間。反應(yīng)式排氣管可使發(fā)動機的排氣在排氣管中滯留，激活與空氣的反應(yīng)，并使膨脹行程后期的二次燃燒反應(yīng)在排氣管中繼續(xù)進行，從而加速激活催化劑，使HC排放降低。3.廢氣再循環(huán)(EGR)EGR是降低NOx排放的一種有效方法。EGR可有效降低缸內(nèi)最高燃燒溫度及氧氣的相對濃度，從而降低NOx排放。在GDI汽油機中，因稀燃使缸內(nèi)富余氧氣較多，可使用較高的EGR比率而不會使燃燒惡化。如果將再循環(huán)廢氣與可燃混合氣進行分層，減少廢氣與可燃混合氣的摻混，保證點火時刻火花塞附近有適于著火的混合氣，避免廢氣靠近火花塞，能大大提高EGR比率，從而大大降低NOx排放。采用電控EGR可以精確控制EGR比率，較好地解決發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性與NOx排放之間的協(xié)調(diào)問題。4.稀燃催化器稀燃催化器的開發(fā)將直接影響到GDI汽油機排放問題的解決。目前正在開發(fā)的各種適用于稀燃的催化器有稀燃選擇還原型NOx催化器、吸藏還原型NOx催化器、未燃HC氧化催化器等。但這些催化器都不同程度地存在轉(zhuǎn)化效率低、工作溫度范圍窄、性能不如傳統(tǒng)的三元催化器等問題，還需進一步的研究。直噴技術(shù)產(chǎn)生了2個新的概念：均勻燃燒和分層燃燒均勻燃燒：在全負荷時，燃油噴射與進氣同步，燃油得到完全霧化，使混合汽均勻地充滿燃燒室，自然會得到充分的燃燒，使發(fā)動機動力得到淋漓盡致的發(fā)揮。在均勻燃燒時有著和傳統(tǒng)噴射發(fā)動機相同的空氣與燃油混合比，即空燃比是14.7∶1，此時的lambda值是1。而燃油的蒸發(fā)又使混合汽降溫，去除了爆震的產(chǎn)生。也就是說在均勻燃燒情況下，在獲得高動力輸出和扭矩值的同時付出了較低的燃油消耗。分層燃燒：它出色的經(jīng)濟性主要表現(xiàn)在部分負荷時的分層燃燒，可燃混合物只分布在火花塞周圍，換句話說，空燃比是14.7∶1的混合氣集中在火花塞周圍，在燃燒室的其他部分則是純凈的空氣。混合氣層的大小范圍精確地反映了瞬時發(fā)動機動力的需求。在分層燃燒時，直到壓縮行程時才噴射燃油，油霧直接進入燃燒室中的空氣，而噴油就發(fā)生在點火前瞬間。分層燃燒時lambda值達到4，可見發(fā)動機在中、低速時燃油是多么節(jié)省。另一個優(yōu)點是，在燃燒時空氣層隔絕了熱，減少了熱量向汽缸壁的傳遞，從而減少了熱量損失提升了發(fā)動機熱效率。FSI（Fuel

Straight

Injection）燃油分層噴射發(fā)動機，有2個觸酶轉(zhuǎn)化器，在排氣歧管后面是三元催化轉(zhuǎn)換器，再后面是NOx儲存型轉(zhuǎn)化器。排放達到了歐Ⅳ。如果說三菱的GDI噴油很直接，F(xiàn)SI噴油是間接式的。大眾的FSI把噴油嘴安放在進氣門附近上，同樣是兩次噴油，但噴油方向是對準活塞，而且在活塞上有個U型槽，燃油噴射出來后，會隨著凹槽轉(zhuǎn)變方向，目的地也是火花塞附近。因此也實現(xiàn)了在火花塞附近形成較濃的混合氣，達到燃油分層的目的。大眾的目的似乎很單純，就是想要節(jié)油，活塞上的U型槽，有助于產(chǎn)生更多的缸內(nèi)渦流，使混合更充分。但如果轉(zhuǎn)速過高，這種渦流反而會影響進排氣效率，降低燃燒效率，所以這就如同柴油機，不能將轉(zhuǎn)速做得過高。FSI發(fā)動機可以根據(jù)發(fā)動機負荷工況，自動選擇兩種運行模式。在低負荷時采用分層噴射模式實現(xiàn)分層稀薄燃燒，在高負荷時使用均勻噴射模式實現(xiàn)勻質(zhì)燃燒。在低負荷時（分層稀薄燃燒），油門為半開狀態(tài)，燃油系統(tǒng)在發(fā)動機壓縮沖程噴注燃油（被稱為顛覆教科書的FSI技術(shù)的創(chuàng)新之處），特別的活塞頂設(shè)計使吸入的空氣和噴入的燃油形成滾流，僅在火花塞周圍形成達到理論空燃比的足以燃燒的空燃混合氣，來引燃整個燃燒室內(nèi)的混合氣；而在燃燒室的其他地方則為富含空氣的高空燃比混合氣，所以形成稀薄燃燒。

在高負荷時（勻質(zhì)燃燒），根據(jù)吸入空氣量精確控制地燃油的噴注量，燃油與空氣同步注入汽缸并充分霧化混合（進氣沖程），使符合理論空燃比的混合氣均勻地充滿燃燒室，即，形成勻質(zhì)燃燒，充分的燃燒使發(fā)動機動力得到淋漓盡致的發(fā)揮。而燃油的蒸發(fā)又使混合氣降溫去除了爆震的產(chǎn)生。也就是說在均勻燃燒情況下，在獲得高動力輸出和扭矩的同時付出了較低的燃油消耗。進入我國市場的FSI發(fā)動機，只有是勻質(zhì)燃燒，而無分層稀薄燃燒功能。對比國內(nèi)外的標準后我們會發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在無鉛汽油的國家標準中，硫含量不得大于0.08%，烯烴含量不得大于35%，而國際上，無鉛汽油的這兩項標準，分別是不得大于0.02%和20%。有研究機構(gòu)曾對國產(chǎn)90號以上無鉛車用汽油進行普查后發(fā)現(xiàn)，汽油質(zhì)量的主要問題是烯烴含量高（前面說的造成積碳的罪魁禍首）。目前我國的汽車故障中有6%是油品問題直接引起的，有50%是間接由燃油質(zhì)量引起的。汽油直噴發(fā)動機最精密的部分就應(yīng)該是噴油嘴了。噴油嘴是一個高精密度的零件，噴油量的多少就取決于其環(huán)形間隙開合的大小。為了保證精確的噴油量，環(huán)形間隙很小，誤差極少。由于精度高間隙小，對粘附在間隙內(nèi)的雜質(zhì)的敏感性就高了，有一點雜質(zhì)都會造成阻塞，導(dǎo)致供油不足。而積碳就是造成阻塞的主要的雜質(zhì)。有資料表明，環(huán)形間隙內(nèi)6/1000毫米厚的積碳就會使噴油嘴油量下降26%。它還會改變?nèi)加蛧娚浞较?，?dǎo)致混合氣不均勻，使汽車動力性能下降。很多人都認為積碳是由于使用燃油標號低造成的，多花點錢加注高標號汽油就可以緩解，可惜真正造成積碳的罪魁禍首是汽油中的烯烴。任何汽油都含有烯烴，但如果汽油含有大量烯烴就會在常溫液態(tài)條件下與空氣中的氧發(fā)生自氧化反應(yīng)，生成低聚粘稠物，即膠質(zhì)，膠質(zhì)分子容易吸附在金屬表面形成沉淀。噴油嘴停止工作后，膠質(zhì)被烤熔凝結(jié)在環(huán)形間隙上，日積月累后形成積碳。

很不幸的是這個問題已經(jīng)在FSI發(fā)動機適應(yīng)性實驗中被驗證了，有資料稱，一汽大眾對裝備FSI發(fā)動機的奧迪轎車進行了全路況測試，其中包括新疆的含氧量稀少的地區(qū)，但效果不能令人滿意。最主要的原因就是因為國內(nèi)燃油含有雜質(zhì)較多，在長時間行駛后，容易在噴油嘴上形成膠質(zhì)，堵塞噴油嘴。這僅僅是試車實驗，如果是長期使用，大面積積碳的危害就會暴露出來。

2002年的那場武漢砸奔馳的鬧劇原因是：低標號劣質(zhì)燃油可以在一年之內(nèi)讓奔馳的2.3L多點順序噴射發(fā)動機出現(xiàn)動力不足。2005年震驚全國的哈爾濱劣質(zhì)汽油事件中，嚴重膠質(zhì)超標的劣質(zhì)汽油在一個星期之內(nèi)嚴重損壞上千臺汽車發(fā)動機，不少車輛發(fā)動機氣門被黑色膠質(zhì)糊住，導(dǎo)致發(fā)動機無法正常工作。2005年國家質(zhì)檢總局公布的車用無鉛汽油全國質(zhì)量抽查結(jié)果，抽查的93號車用無鉛汽油抽樣合格率僅為80.6%。抽查結(jié)果表明，以中石油、中石化為代表的國有控股加油站的產(chǎn)品質(zhì)量較好，抽樣合格率達93.9%。集體和私營加油站的汽油產(chǎn)品抽樣合格率僅為44.4%。

減少排放物的新手段試驗結(jié)果表明：CO、HC和NOx三種排放物在第一個十五工況循環(huán)中將占總排放量的70～80%，因此今后解決排放的重點在：降低HC排放；改善怠速和暖機期間的排放；盡可能地縮短催化器的加熱時間，在催化器達到起燃溫度之前，最大程度地降低發(fā)動機排出的廢氣。加州Tier01990

美國Tier01990

歐洲StepI1992三元催化器

加州Tier11992

美國Tier11993

歐洲StepII1996改進的三元催化器預(yù)熱時就加熱催化器（推遲點火提前角），

排氣再循環(huán)

LEV1994ULEV1994

歐洲StepIII2000

歐洲StepIV2005進一步改進三元催化器，使催化器緊接排氣總管、濃混合氣加熱和引入二次空氣。催化器快速加熱，加強氧傳感器閉環(huán)控制，包括使用兩個氧傳感器、瞬態(tài)燃油控制和廢氣再循環(huán)。法規(guī)關(guān)鍵方法的典型應(yīng)用關(guān)鍵附加方法的典型應(yīng)用中小型機動車用4－6缸發(fā)動機帶有在集成診斷系統(tǒng)OBDII的發(fā)動機管理系統(tǒng)

采用集成診斷系統(tǒng)此系統(tǒng)的要求：系統(tǒng)監(jiān)測：監(jiān)測所有與排放相關(guān)的部件和系統(tǒng)；部件保護：防止關(guān)鍵部件的損壞(如三元催化器)；應(yīng)急反應(yīng)：設(shè)置故障時傳感器的代用值或“跛行回家”方式信息存儲：存儲故障發(fā)生時的有關(guān)信息超標顯示；當(dāng)廢氣排放超過限定標準時給出顯示；信息讀?。涸诰S修時利用檢測設(shè)備讀取故障；重點要求為：催化器監(jiān)測氧傳感器監(jiān)測失火監(jiān)測燃油系統(tǒng)監(jiān)測二次空氣系統(tǒng)監(jiān)測廢氣再循環(huán)系統(tǒng)監(jiān)測燃油蒸汽系統(tǒng)監(jiān)測其他系統(tǒng)監(jiān)測檢測裝置標準化發(fā)動機相關(guān)信息的存儲“多功能指示燈”顯示標準化故障代碼的預(yù)定義電控系統(tǒng)抗干擾保護

由于車內(nèi)電控發(fā)動機系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)、車身電子控制系統(tǒng)和音響、娛樂等廣泛應(yīng)用。車內(nèi)開始采用CAN總線。

配氣機構(gòu)精確地控制發(fā)動機的工作正時和性能輸出。雙變位或連續(xù)可變相位凸輪軸調(diào)整裝置精確地控制著凸輪的定時或用電磁閥直接驅(qū)動氣門的方法，可優(yōu)化發(fā)動機的廢氣排放、性能和燃油經(jīng)濟性。

思考題電控汽油噴射系統(tǒng)有幾部分組成？什么是SPI和MPI？試對他們進行比較？簡述噴油泵結(jié)構(gòu)及其功用。簡述噴油器的工作原理。油壓調(diào)節(jié)器的作用是什么？

ECU有幾部分組成？負荷傳感器有幾種型式？起什么作用？轉(zhuǎn)速傳感器有幾種型式？說明其工作原理。氧傳感器的作用是什么？說明其工作原理。

思考題電控汽油噴射系統(tǒng)中怠速是怎樣控制的？發(fā)動機在各種工況下，空燃比是怎樣控制的？點火控制主要包括哪些內(nèi)容？爆震控制的基本原理是什么？為什么要采用排氣再循環(huán)控制？控制策略是什么？當(dāng)前采用什么措施控制燃油蒸汽的逸出？當(dāng)前電控汽油機的發(fā)展趨勢是什么？簡述缸內(nèi)直噴汽油機的工作原理。二.柴油機電控系統(tǒng)前言近年來，柴油機的關(guān)鍵技術(shù)都有很多突破性的發(fā)展。燃油噴射系統(tǒng)是影響燃燒過程的重要因素，高壓直噴系統(tǒng)和共軌系統(tǒng)都使柴油機的燃油經(jīng)濟性和排放性能有很大改善。排氣再循環(huán)和催化器改善了柴油機的各項排放。發(fā)動機管理系統(tǒng)對噴油和進氣過程進行綜合控制，保證發(fā)動機能夠在保持良好的動力性基礎(chǔ)上，燃油經(jīng)濟性和排放性能都能達到最優(yōu)，同時降低振動和噪聲。柴油機燃油系統(tǒng)的基本功能：通過加載機構(gòu)使燃油變成高壓（P）；調(diào)節(jié)每次噴油的噴油量（Q）；調(diào)節(jié)每次噴油的噴油時間（T）；將燃油分配到各個氣缸中（D）；將燃油噴入燃燒室，并使燃油霧化（I）。a)小壓力室b)無壓力室不同噴油嘴壓力室結(jié)構(gòu)的示意圖雙彈簧噴油器的主要優(yōu)點：低速和中速時發(fā)動機穩(wěn)定性提高；可以有效地抑制發(fā)動機產(chǎn)生游車和抖動；降低怠速時的噪聲；隨著發(fā)動機穩(wěn)定性提高，可以將發(fā)動機地怠速轉(zhuǎn)速設(shè)定得更低一些；燃油噴射更趨穩(wěn)定，調(diào)速器特性更加容易與發(fā)動機相匹配；能有效降低NOx和PM排放物。當(dāng)柴油發(fā)動機調(diào)速系統(tǒng)的動力性能達不到所要求的指標時，經(jīng)常會出現(xiàn)“游車”現(xiàn)象。所謂游車,就是指柴油機轉(zhuǎn)速忽高忽低，有較大的波動，不能穩(wěn)定在指定轉(zhuǎn)速下，并發(fā)出“呼嚕呼?！钡挠泄?jié)奏的響聲,游車會影響柴油機的使用壽命，嚴重時還會使柴油機無法工作。造成“游車”的原因很多，有工藝性“游車”；高速“游車”以及低負荷“游車”。燃油濾清器臟堵、燃油管路堵塞、燃油系統(tǒng)中有空氣，噴油器故障、柴油中有水、柴油質(zhì)量低劣等均可造成柴油機“游車”。

根據(jù)現(xiàn)代的觀點，柴油機對燃油系統(tǒng)的基本要求：自由控制噴射壓力；自由控制噴油時間；自由控制噴油率；精確控制每循環(huán)噴油量。柴油機電控技術(shù)的發(fā)展約比汽油機滯后10年，滯后的原因除了汽油機是轎車的主要動力，對電控需求最為迫切之外，柴油機電控燃油噴射技術(shù)的難度較大也是重要因素。就電控燃油噴射而言，汽油機主要是進氣門口噴射，對噴射正時沒有嚴格要求；柴油機則是高壓缸內(nèi)噴射，而且要求在毫秒級的時間內(nèi)完成噴油正時、噴油速率及噴油壓力的精確控制，難度是顯而易見的。與汽油機的電磁噴油器相比，承受壓力高了300～500倍，啟閉速度要快10～20倍。柴油發(fā)動機電控技術(shù)有兩個明顯的特點：一個特點是其關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)難點就在柴油噴射電控執(zhí)行器上；另一個特點是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。柴油發(fā)動機在機械控制時代，就已經(jīng)有直列泵、分配泵、泵噴油器、單體泵等結(jié)構(gòu)完全不同的系統(tǒng)，每個系統(tǒng)各有其特點和適用范圍，每種系統(tǒng)中又有多種不同結(jié)構(gòu)。實施電控技術(shù)的執(zhí)行機構(gòu)比較復(fù)雜，因此形成了柴油噴射系統(tǒng)的多樣化。電控燃油噴射系統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)是影響缸內(nèi)燃燒過程的關(guān)鍵因素，對柴油機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能都有重要影響。要改善柴油機缸內(nèi)燃燒，燃油噴射系統(tǒng)一方面要有理想的噴射速率特性，另一方面要提高噴射壓力。傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)和原理等限制，不能同時達到這兩個要求，因此，柴油機電控噴射系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來。在傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)基礎(chǔ)上首先發(fā)展起來的電控噴射系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，稱之為第一代電控噴射系統(tǒng)，而基于電磁閥的時間控制系統(tǒng)則稱為第二代電控噴射系統(tǒng)。第三代電控系統(tǒng)——高壓共軌系統(tǒng)被世界內(nèi)燃機行業(yè)公認為20世紀三大突破之一，將成為21世紀柴油機燃油系統(tǒng)的主流。第一代位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)不僅保留了傳統(tǒng)的泵－管－嘴系統(tǒng)，還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的機械傳動機構(gòu)，只是對齒條或者滑套的運動位置予以電子控制。日本Denso公司的ECD－V1，德國Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都屬于位置控制的電控分配泵系統(tǒng)。日本Zexel公司的COPEC，德國Bosch公司的EDR系統(tǒng)和美國Caterpillar公司的PEEC系統(tǒng)等都屬于位置控制的電控直列泵系統(tǒng)。第二代時間控制系統(tǒng)時間控制系統(tǒng)是用高速強力電磁閥直接控制高壓燃油，一般情況下，電磁閥關(guān)閉，開始噴油；電磁閥打開，噴油結(jié)束。噴油始點取決于電磁閥關(guān)閉時刻，噴油量取決于電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時間。傳統(tǒng)噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽和提前期等全部取消，對噴射定時和噴射油量控制的自由度更大。

日本Zexel公司的Model-1電控分配泵，美國Detroit公司的DDEC電控泵噴嘴、德國Bosch公司的EUP13電控單體泵都屬于時間控制系統(tǒng)。屬于第二代電控噴射系統(tǒng)。第三代共軌式電控噴射系統(tǒng)共軌式電控噴射系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的柱塞泵脈動供油的原理，通過油錘響應(yīng)、液力增壓、共軌蓄壓或者高壓共軌等形式形成高壓。采用壓力時間式燃油計量原理，用電磁閥控制噴射過程，可以實現(xiàn)對噴射油量和噴射定時的靈活控制。高壓共軌系統(tǒng)被世界內(nèi)燃機行業(yè)公認為20世紀三大突破之一，將成為21世紀柴油機燃油系統(tǒng)的主流。德國Bosch公司、日本Denso公司和英國Lucas公司都研制出了電控高壓共軌系統(tǒng)，并開始小批量向市場供貨。德國戴姆勒·奔馳公司利用Bosch公司的技術(shù)首先在世界范圍內(nèi)推出了采用新型高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的4氣門直噴式柴油機，并用于A、C級轎車上。日本Hino公司利用Denso公司的技術(shù)在新型K13C型柴油發(fā)動機和J系列柴油發(fā)動機上均采用了高壓共軌系統(tǒng)，日本Mitsubishi公司也利用Denso公司的技術(shù)在重型柴油發(fā)動機上應(yīng)用了高壓共軌系統(tǒng)。電磁閥式噴油器第三代共軌電控噴射系統(tǒng)高壓共軌系統(tǒng)利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，并消除燃油中的壓力波動，然后再輸送給每個噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實現(xiàn)噴射的開始和終止。其主要特點可以概括如下：共軌腔內(nèi)的高壓直接用于噴射，可以省去噴油器內(nèi)的增壓機構(gòu)；而且共軌腔內(nèi)是持續(xù)高壓，高壓油泵所需的驅(qū)動力矩比傳統(tǒng)油泵小得多；通過高壓油泵上的壓力調(diào)節(jié)電磁閥，可以根據(jù)發(fā)動機負荷狀況以及經(jīng)濟性和排放性的要求對共軌腔內(nèi)的油壓進行靈活調(diào)節(jié)，尤其優(yōu)化了發(fā)動機的低速性能。通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時，噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調(diào)節(jié)不同工況下預(yù)噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。

高壓共軌系統(tǒng)由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類傳感器和執(zhí)行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進油口，由發(fā)動機驅(qū)動的高壓油泵將燃油增壓后送入共軌腔內(nèi)，再由電磁閥控制各缸噴油器在相應(yīng)時刻噴油。預(yù)噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內(nèi)發(fā)生預(yù)混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內(nèi)壓力升高率和峰值壓力都會下降，發(fā)動機工作比較緩和，同時缸內(nèi)溫度降低使得NOX排放減小。預(yù)噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統(tǒng)的冷起動性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內(nèi)噴入氣缸內(nèi)的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期，使燃燒在發(fā)動機更有效的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳氫排放。目前，開發(fā)出的新一代壓電直列式噴油器將代替電磁閥式噴油器。用于噴油器的壓電晶體的結(jié)構(gòu)采用-多層技術(shù)多層壓電晶體執(zhí)行器由20～200陶瓷層燒結(jié)而成，層與層之間有電極，形成壓電晶體堆，生產(chǎn)技術(shù)與電容器相似。利用逆壓電效應(yīng)，在電場驅(qū)動下將電能轉(zhuǎn)換為機械力或機械運動。壓電直列式噴油器省去了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡單。噴射壓力可從20～200MPa彈性調(diào)節(jié)，能精確控制小行程的噴油量，最小噴射量可控制在0.5mm3。它直接將電能轉(zhuǎn)換為線形運動（機械能）。壓電晶體作用升程為其厚度的1/1000，動態(tài)響應(yīng)快，全行程動作時間≈30，并允許針閥在低壓時緩慢開啟，針閥開關(guān)迅速，重復(fù)性好。具有結(jié)構(gòu)簡單，位移精度高，響應(yīng)快等特點。多層壓電驅(qū)動器驅(qū)動電壓低（可以在5V下驅(qū)動），可應(yīng)用于強磁場和真空環(huán)境，極低功耗、無磨損、可用于低溫環(huán)境、無電磁噪聲、響應(yīng)快（微秒級）、大驅(qū)動力（可以達到50000N）、耐久性高（大于109循環(huán)）。共軌系統(tǒng)第3代——壓電式(piezo)共軌系統(tǒng)，壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的噴射控制。沒有了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡單。壓力從200～2000bar彈性調(diào)節(jié)。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOx的排放。柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了3代。第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致能量的浪費和很高的燃油溫度。第二代可根據(jù)發(fā)動機需求而改變噴油壓力，并具有預(yù)噴射和后噴射功能。第三代共軌系統(tǒng)為壓電式共軌系統(tǒng)。