眾所周知，汽油在進入發(fā)動機的氣缸前，需要噴散成霧狀和蒸發(fā)，并按一定的比例與空氣混合，形成可燃混合氣，這種可燃混臺氣中的燃油含量的多少稱為可燃混合氣的濃度。
可燃混合氣的濃度應能使混臺氣任氣缸中及時而完全地燃燒。因為燃燒得完全，燃燒的放熱量就多，這不僅能使發(fā)動機發(fā)出更大的功率，而且可使排出廢氣中的有害物質得到控制；燃燒得及時，可使比油耗下降，熱效率提高。因此燃燒的質量即燃燒是否完全和及時，關系到co、hc在汽車排放中的含量以及燃料燃燒放熱量的利用程度。
其次，由于燃燒放熱量主要受限于氣缸的充氣且，充氣雖越大，發(fā)動機的功率和扭矩也越大。電子汽油噴射系統(tǒng)就是這樣一種能夠提高汽油霧化質量、改進燃燒、控制排污和改善汽油發(fā)動機性能的汽車電子產(chǎn)品。
與傳統(tǒng)的化油器供給系統(tǒng)相比，電子汽油噴射系統(tǒng)是以燃油噴射裝置取代化油器，通過微電子技術對系統(tǒng)實行多參數(shù)控制，可使發(fā)動機的功率提高10％，在耗油量相同的情況下，扭矩可增大20％；從o－100km／h加速度時間減少7％；油耗降低10％；房氣排污量可降低34％一50％，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制并加裝三元催化器，排放量可下降73％。電子燃油噴射系統(tǒng)有兩種類型；單點汽油噴射系統(tǒng)spl(singie point injection)和多點汽油噴射系統(tǒng)mpl(muiti。point injection)。
mpi的結構特點
mpi系統(tǒng)由燃料供給系統(tǒng)(電動汽油泵、燃油濾清器、分配管、壓力調節(jié)器、噴油器和冷起動閥等)、空氣供給系統(tǒng)(空氣濾清器、空氣流量計、進氣系統(tǒng)等)以及電子控制系統(tǒng)(電子控制單元ecu、傳感器)等組成。圖1—3為德國博世(bosch)公司研制生產(chǎn)的mpi系統(tǒng)。
工作原理由空氣流量計檢測發(fā)動機的進氣量，由發(fā)動機轉速及曲軸位置傳感器提供發(fā)動機轉速信號和曲軸轉角信號，電子控制單元根據(jù)發(fā)動機運行工況，從存儲單元的數(shù)據(jù)中查出相對應工況下的最佳空燃化，依據(jù)進氣量利轉速及曲軸轉角信號計算出每循環(huán)的供油量，實現(xiàn)對噴油器的噴油量的控制，同時通過節(jié)氣門位置、冷卻水溫、空氣溫度和氧含量等傳感器檢測到的反映發(fā)動機運行工況的表征信號，對噴油量、噴油時間進行修正，從而使發(fā)動機始終具有一個最佳的空燃比。
實現(xiàn)發(fā)動機性能的優(yōu)化平衡
在以往的汽油發(fā)動機中，可燃混合氣是由化油器提供的，即汽油由化油器噴管噴出即被流經(jīng)喉管的高速的空氣流沖散，成為霧狀顆粒，與空氣混合，經(jīng)過氣管被分配到各個氣缸。在這里，空氣流量取決于喉管的形狀和尺寸；汽油流量，對于一定結構參數(shù)的化油器，則取決于喉管的真空度。
由于汽油發(fā)動機的工作特點是工況變化范圍大：負荷從o一100％，轉速從最低穩(wěn)定轉速到最高轉速，而且有時工況變化很迅速。而各種工況對混合氣的濃度要求不同。為了保證可燃混合氣的濃度符合預定數(shù)值，就需要精確地控制空氣流量和汽油流量。傳統(tǒng)的化油器供給系統(tǒng)是通過主供油裝置及一些輔助供油裝置來實現(xiàn)控制，與電子燃油噴射系統(tǒng)相比，不僅結構復雜，而且對發(fā)動機運行狀態(tài)的適應性、響應速度和控制的精確性均顯不足，尤其在特殊工況(加速、冷起動)，難于在滿足車輛的動力性能的同時，兼顧經(jīng)濟性和排放控制。
而mpl系統(tǒng)可以根據(jù)發(fā)動機的進氣量大小和運行工況，對混合氣濃度進行自動控制。通過提供發(fā)動機各種工況下實際需要的最佳空燃比，使汽車的動力性能增強，油耗和排放物獲得良好的控制。
技術特點：充氣系數(shù)nv
nv值越大，顯示每循環(huán)實際克氣雖越多，發(fā)動機功率和扭矩則隨每循環(huán)可燃燒的燃料的增多而提高。由于nv值正比于進氣終了的壓力，因此利用進氣管內(nèi)氣流的波動特性，形成進氣增壓效果，是提高nv值的有效途徑。由于電子燃油噴射系統(tǒng)用直接噴油取代了化油器，進氣系統(tǒng)的設計無需考慮預熱裝置和喉管阻力等因素，從而為達成這一途徑，優(yōu)化進氣管結構提供了設計空間。
目前在實際應用中，有按特定轉速區(qū)域，利用進氣時的慣性效應和脈動效應設計的具有特定長度的進氣管，也有管內(nèi)設置進氣增壓閥的可變長度進氣管。實踐證明，這些結構極大地改善了充氣性能，提高了發(fā)動機的動力性，降低了油耗。
霧化質量高并實現(xiàn)了可燃混合氣的均等分配
可燃混合氣及時并燃燒完全的條件是：汽油與空氣以一定的重量比例混合；汽油在空氣中徹底霧化并與空氣均勻混合，以便在點火之前各缸的混合氣成分接近相等并接近完全汽化。在這一方面，化油器是利用吸入的氣流的動能實現(xiàn)汽油的霧化，采用化油器的直列多缸發(fā)動機通常是兩缸或部分氣缸共用一個進氣道。
與化油器不同，為了加快蒸發(fā)速度，mpl系統(tǒng)的噴油器以200一300kpa的壓力，將汽油從噴孔噴出，在空氣 阻力和高速流動的擾動下，汽油被擊碎成霧狀，從而大大增加了與空氣的接觸面積，提高了霧化的細度和均勻度，這對改善發(fā)動機的冷起動性能，尤為重要。
其次，采用mpl系統(tǒng)后，每個氣缸相對于一個單獨的進氣管，每個氣缸蓋安裝一個電磁噴油器’直接將燃油 到進氣適內(nèi)進氣門上方，與流經(jīng)進氣歧管的空氣流混合，當進氣門打開時，被吸入氣缸。這種與系統(tǒng)相匹配的進氣管的布置型式，充分實現(xiàn)了新鮮充氣量數(shù)雖和成份在各氣缸的均勻分配。與化油器式進氣系統(tǒng)相比，不僅構簡化，而且從根本上解決了相鄰氣缸進氣重疊發(fā)生干涉引起的配氣不均勻，使功率下降，燃油增加的問題。
精確的空燃比和優(yōu)良的動態(tài)控制
可燃混臺氣的濃度用空燃比表示：
燃料流量率 空燃比ap＝燃料流量率/空氣流量率.
從汽油機的燃燒過程可知，燃料放熱量的利用程度或指示熱效率，取決于混合氣的濃度(空燃比)，從而對發(fā)動機的性能指標、油耗和廢氣排放產(chǎn)生影響。
mpi系統(tǒng)可根據(jù)車輛各種工況下實際需要的空燃比，通過空氣流量計檢測進氣量大小后，結臺發(fā)動機轉速， 算出每循環(huán)的供油且，將此值換算咸噴油器持續(xù)開啟噴油的時間，再將這一時間值轉換成脈沖信號的寬度，調節(jié)燃油基本噴射量的噴油脈沖寬度，再經(jīng)脈寬擴展(輔助加濃)，提高了混合氣形成和供給全過程的自動化和控 制精度，從而改善了燃料燃燒過程的質量。其中，噴油開啟時刻由曲軸位置傳感器提供曲軸轉角信號，在相對曲軸轉角的固定轉角處開啟進行噴油。噴油雖由同步噴射持續(xù)時間與異步噴射持續(xù)時間來實現(xiàn)。
冷起動—汽車冷起動時，由于發(fā)動機的轉速和燃燒室壁面溫度低，空氣流速慢，導致汽油蒸發(fā)和汽化條件 好，這時的汽油大部分呈較大的油粒狀態(tài)，進入氣缸被汽化的汽油只有1／5—1／10。當發(fā)動機處于這一工況時，mpl系統(tǒng)通過電子控制單元檢測到發(fā)動機啟動信號后，以同步噴射作為主噴油雖，同時經(jīng)點火開關啟動治啟動噴油嘴，進行異步噴射使供油加濃，噴油嘴可提供最佳霧狀汽油，以補償冷起動工況對混合氣的額外需求。由于燃料蒸發(fā)且增多，在火花塞附近提供了足夠的新鮮混合氣，使得實際混合比接近最佳，保證了點火起動。
暖機——發(fā)動機起動后，發(fā)動機隨著轉速的提升溫度也在逐步上升。由于發(fā)動機溫度仍然較低，殆留在氣缸內(nèi)的廢氣相對在增多，混合氣受到稀釋，對燃燒不利。為保持發(fā)動機穩(wěn)定的運行，mpl系統(tǒng)內(nèi)的電子控制單元根據(jù)發(fā)動機冷卻水溫度信號、轉速和節(jié)氣門開度信號的變化，增減噴油量通過對各缸噴油脈寬實施擴展，進行暖機加濃，噴油脈寬的擴展隨冷卻水溫的升高趨小，直至冷卻水溫達到規(guī)定值方停止加濃。
加速——車輛加速時，節(jié)氣門突然加大。這時，由于液體燃料的慣性遠大于空氣的慣性，故其流量的增長空氣流量的增長要慢得多，因而瞬時加速會使混合氣變得過稀，致使燒熱值過低，燃燒放熱量少，不利于火焰?zhèn)鞑ァ；推飨到y(tǒng)處于這一工況時，由于進入喉管的汽油與空氣的比重相差很大，又由于進氣管壓力驟升，冷空氣來不及預熱，致使部分油滴附著于進氣管壁，令實際參與燃燒的溫合氣分與化油器供給的燃油空氣比例發(fā)生變化，因而化油器系統(tǒng)往往會出現(xiàn)混合氣暫時過稀現(xiàn)象，顯得加速響應滯后。mpi系統(tǒng)采用進氣門附近直接噴油，無需對進氣管預熱，同時電子控制單元根據(jù)空氣流量計計算出的每一循環(huán)所需要的空氣量，按每一循環(huán)的實際噴油雖，發(fā)出加濃指令，使混合氣濃度及時隨節(jié)氣門開度的變化而變化。
除此之外，當發(fā)動機在高轉速下突然關閉節(jié)氣門，即處于強制怠速工況b4，系統(tǒng)會自動切斷燃油供應，噴停止，這不僅使排氣中的有害物含量減少，而且降低了燃油消耗。
目前，電子汽油噴射系統(tǒng)的裝車率，在汽車方面，美國為100％， 德國96％，日本80％；摩托車方面，則以德國bmw最為廣泛使用。作為今后的發(fā)展趨勢，多點汽油 噴射系統(tǒng)(mpi)將取代單點汽油噴射系統(tǒng)(spt)；系統(tǒng)的結構將由開環(huán)控制向閉環(huán)控制發(fā)展；電子控制芯片處理能力將由16位32位發(fā)展。
可燃混合氣的濃度應能使混臺氣任氣缸中及時而完全地燃燒。因為燃燒得完全，燃燒的放熱量就多，這不僅能使發(fā)動機發(fā)出更大的功率，而且可使排出廢氣中的有害物質得到控制；燃燒得及時，可使比油耗下降，熱效率提高。因此燃燒的質量即燃燒是否完全和及時，關系到co、hc在汽車排放中的含量以及燃料燃燒放熱量的利用程度。
其次，由于燃燒放熱量主要受限于氣缸的充氣且，充氣雖越大，發(fā)動機的功率和扭矩也越大。電子汽油噴射系統(tǒng)就是這樣一種能夠提高汽油霧化質量、改進燃燒、控制排污和改善汽油發(fā)動機性能的汽車電子產(chǎn)品。
與傳統(tǒng)的化油器供給系統(tǒng)相比，電子汽油噴射系統(tǒng)是以燃油噴射裝置取代化油器，通過微電子技術對系統(tǒng)實行多參數(shù)控制，可使發(fā)動機的功率提高10％，在耗油量相同的情況下，扭矩可增大20％；從o－100km／h加速度時間減少7％；油耗降低10％；房氣排污量可降低34％一50％，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制并加裝三元催化器，排放量可下降73％。電子燃油噴射系統(tǒng)有兩種類型；單點汽油噴射系統(tǒng)spl(singie point injection)和多點汽油噴射系統(tǒng)mpl(muiti。point injection)。
mpi的結構特點
mpi系統(tǒng)由燃料供給系統(tǒng)(電動汽油泵、燃油濾清器、分配管、壓力調節(jié)器、噴油器和冷起動閥等)、空氣供給系統(tǒng)(空氣濾清器、空氣流量計、進氣系統(tǒng)等)以及電子控制系統(tǒng)(電子控制單元ecu、傳感器)等組成。圖1—3為德國博世(bosch)公司研制生產(chǎn)的mpi系統(tǒng)。
工作原理由空氣流量計檢測發(fā)動機的進氣量，由發(fā)動機轉速及曲軸位置傳感器提供發(fā)動機轉速信號和曲軸轉角信號，電子控制單元根據(jù)發(fā)動機運行工況，從存儲單元的數(shù)據(jù)中查出相對應工況下的最佳空燃化，依據(jù)進氣量利轉速及曲軸轉角信號計算出每循環(huán)的供油量，實現(xiàn)對噴油器的噴油量的控制，同時通過節(jié)氣門位置、冷卻水溫、空氣溫度和氧含量等傳感器檢測到的反映發(fā)動機運行工況的表征信號，對噴油量、噴油時間進行修正，從而使發(fā)動機始終具有一個最佳的空燃比。
實現(xiàn)發(fā)動機性能的優(yōu)化平衡
在以往的汽油發(fā)動機中，可燃混合氣是由化油器提供的，即汽油由化油器噴管噴出即被流經(jīng)喉管的高速的空氣流沖散，成為霧狀顆粒，與空氣混合，經(jīng)過氣管被分配到各個氣缸。在這里，空氣流量取決于喉管的形狀和尺寸；汽油流量，對于一定結構參數(shù)的化油器，則取決于喉管的真空度。
由于汽油發(fā)動機的工作特點是工況變化范圍大：負荷從o一100％，轉速從最低穩(wěn)定轉速到最高轉速，而且有時工況變化很迅速。而各種工況對混合氣的濃度要求不同。為了保證可燃混合氣的濃度符合預定數(shù)值，就需要精確地控制空氣流量和汽油流量。傳統(tǒng)的化油器供給系統(tǒng)是通過主供油裝置及一些輔助供油裝置來實現(xiàn)控制，與電子燃油噴射系統(tǒng)相比，不僅結構復雜，而且對發(fā)動機運行狀態(tài)的適應性、響應速度和控制的精確性均顯不足，尤其在特殊工況(加速、冷起動)，難于在滿足車輛的動力性能的同時，兼顧經(jīng)濟性和排放控制。
而mpl系統(tǒng)可以根據(jù)發(fā)動機的進氣量大小和運行工況，對混合氣濃度進行自動控制。通過提供發(fā)動機各種工況下實際需要的最佳空燃比，使汽車的動力性能增強，油耗和排放物獲得良好的控制。
技術特點：充氣系數(shù)nv
nv值越大，顯示每循環(huán)實際克氣雖越多，發(fā)動機功率和扭矩則隨每循環(huán)可燃燒的燃料的增多而提高。由于nv值正比于進氣終了的壓力，因此利用進氣管內(nèi)氣流的波動特性，形成進氣增壓效果，是提高nv值的有效途徑。由于電子燃油噴射系統(tǒng)用直接噴油取代了化油器，進氣系統(tǒng)的設計無需考慮預熱裝置和喉管阻力等因素，從而為達成這一途徑，優(yōu)化進氣管結構提供了設計空間。
目前在實際應用中，有按特定轉速區(qū)域，利用進氣時的慣性效應和脈動效應設計的具有特定長度的進氣管，也有管內(nèi)設置進氣增壓閥的可變長度進氣管。實踐證明，這些結構極大地改善了充氣性能，提高了發(fā)動機的動力性，降低了油耗。
霧化質量高并實現(xiàn)了可燃混合氣的均等分配
可燃混合氣及時并燃燒完全的條件是：汽油與空氣以一定的重量比例混合；汽油在空氣中徹底霧化并與空氣均勻混合，以便在點火之前各缸的混合氣成分接近相等并接近完全汽化。在這一方面，化油器是利用吸入的氣流的動能實現(xiàn)汽油的霧化，采用化油器的直列多缸發(fā)動機通常是兩缸或部分氣缸共用一個進氣道。
與化油器不同，為了加快蒸發(fā)速度，mpl系統(tǒng)的噴油器以200一300kpa的壓力，將汽油從噴孔噴出，在空氣 阻力和高速流動的擾動下，汽油被擊碎成霧狀，從而大大增加了與空氣的接觸面積，提高了霧化的細度和均勻度，這對改善發(fā)動機的冷起動性能，尤為重要。
其次，采用mpl系統(tǒng)后，每個氣缸相對于一個單獨的進氣管，每個氣缸蓋安裝一個電磁噴油器’直接將燃油 到進氣適內(nèi)進氣門上方，與流經(jīng)進氣歧管的空氣流混合，當進氣門打開時，被吸入氣缸。這種與系統(tǒng)相匹配的進氣管的布置型式，充分實現(xiàn)了新鮮充氣量數(shù)雖和成份在各氣缸的均勻分配。與化油器式進氣系統(tǒng)相比，不僅構簡化，而且從根本上解決了相鄰氣缸進氣重疊發(fā)生干涉引起的配氣不均勻，使功率下降，燃油增加的問題。
精確的空燃比和優(yōu)良的動態(tài)控制
可燃混臺氣的濃度用空燃比表示：
燃料流量率 空燃比ap＝燃料流量率/空氣流量率.
從汽油機的燃燒過程可知，燃料放熱量的利用程度或指示熱效率，取決于混合氣的濃度(空燃比)，從而對發(fā)動機的性能指標、油耗和廢氣排放產(chǎn)生影響。
mpi系統(tǒng)可根據(jù)車輛各種工況下實際需要的空燃比，通過空氣流量計檢測進氣量大小后，結臺發(fā)動機轉速， 算出每循環(huán)的供油且，將此值換算咸噴油器持續(xù)開啟噴油的時間，再將這一時間值轉換成脈沖信號的寬度，調節(jié)燃油基本噴射量的噴油脈沖寬度，再經(jīng)脈寬擴展(輔助加濃)，提高了混合氣形成和供給全過程的自動化和控 制精度，從而改善了燃料燃燒過程的質量。其中，噴油開啟時刻由曲軸位置傳感器提供曲軸轉角信號，在相對曲軸轉角的固定轉角處開啟進行噴油。噴油雖由同步噴射持續(xù)時間與異步噴射持續(xù)時間來實現(xiàn)。
冷起動—汽車冷起動時，由于發(fā)動機的轉速和燃燒室壁面溫度低，空氣流速慢，導致汽油蒸發(fā)和汽化條件 好，這時的汽油大部分呈較大的油粒狀態(tài)，進入氣缸被汽化的汽油只有1／5—1／10。當發(fā)動機處于這一工況時，mpl系統(tǒng)通過電子控制單元檢測到發(fā)動機啟動信號后，以同步噴射作為主噴油雖，同時經(jīng)點火開關啟動治啟動噴油嘴，進行異步噴射使供油加濃，噴油嘴可提供最佳霧狀汽油，以補償冷起動工況對混合氣的額外需求。由于燃料蒸發(fā)且增多，在火花塞附近提供了足夠的新鮮混合氣，使得實際混合比接近最佳，保證了點火起動。
暖機——發(fā)動機起動后，發(fā)動機隨著轉速的提升溫度也在逐步上升。由于發(fā)動機溫度仍然較低，殆留在氣缸內(nèi)的廢氣相對在增多，混合氣受到稀釋，對燃燒不利。為保持發(fā)動機穩(wěn)定的運行，mpl系統(tǒng)內(nèi)的電子控制單元根據(jù)發(fā)動機冷卻水溫度信號、轉速和節(jié)氣門開度信號的變化，增減噴油量通過對各缸噴油脈寬實施擴展，進行暖機加濃，噴油脈寬的擴展隨冷卻水溫的升高趨小，直至冷卻水溫達到規(guī)定值方停止加濃。
加速——車輛加速時，節(jié)氣門突然加大。這時，由于液體燃料的慣性遠大于空氣的慣性，故其流量的增長空氣流量的增長要慢得多，因而瞬時加速會使混合氣變得過稀，致使燒熱值過低，燃燒放熱量少，不利于火焰?zhèn)鞑ァ；推飨到y(tǒng)處于這一工況時，由于進入喉管的汽油與空氣的比重相差很大，又由于進氣管壓力驟升，冷空氣來不及預熱，致使部分油滴附著于進氣管壁，令實際參與燃燒的溫合氣分與化油器供給的燃油空氣比例發(fā)生變化，因而化油器系統(tǒng)往往會出現(xiàn)混合氣暫時過稀現(xiàn)象，顯得加速響應滯后。mpi系統(tǒng)采用進氣門附近直接噴油，無需對進氣管預熱，同時電子控制單元根據(jù)空氣流量計計算出的每一循環(huán)所需要的空氣量，按每一循環(huán)的實際噴油雖，發(fā)出加濃指令，使混合氣濃度及時隨節(jié)氣門開度的變化而變化。
除此之外，當發(fā)動機在高轉速下突然關閉節(jié)氣門，即處于強制怠速工況b4，系統(tǒng)會自動切斷燃油供應，噴停止，這不僅使排氣中的有害物含量減少，而且降低了燃油消耗。
目前，電子汽油噴射系統(tǒng)的裝車率，在汽車方面，美國為100％， 德國96％，日本80％；摩托車方面，則以德國bmw最為廣泛使用。作為今后的發(fā)展趨勢，多點汽油 噴射系統(tǒng)(mpi)將取代單點汽油噴射系統(tǒng)(spt)；系統(tǒng)的結構將由開環(huán)控制向閉環(huán)控制發(fā)展；電子控制芯片處理能力將由16位32位發(fā)展。
