第三节 喷油量（喷油脉宽）的控制
燃油喷射系统（EFI）是通过对电磁喷油器喷油脉冲宽度的控制实现对喷油量控制的。分不同工况计算机先根据一个或两个传感器信号，确定出基本喷油脉宽，再由其他传感器信号修正后输出。一般可以将喷油脉宽控制分为：起动过程中的喷油脉宽控制和起动后的喷油脉宽控制。
一、起动过程中喷油脉宽的控制
由于起动时转速波动大，控制单元无法精确检测发动机的进气量，所以不能根据其内存的空燃比计算出所需的喷油脉宽，而是首先根据起动开关信号和发动机转速信号（如转速在400r/min以下）判断发动机是否处于起动工况，然后根据发动机冷却液温度，在其内存中查出对应的基本喷油脉宽，再经进气温度和蓄电池电压信号修正后得到实际输出喷油脉宽，如图2-25、图2-26所示。
图2-25 发动机冷却温度与喷油脉宽
图2-26 喷油脉宽的确定
如果蓄电池电压偏低，喷油器打开的响应时间变长，由于蓄电池电压对喷油器关闭时间影响较小，所以实际喷油时间减少，无效喷油时间增加。即当蓄电池电压降低或升高时，应增加或减少喷油脉冲宽度，如图2-27所示。
某些发动机根据冷却液温度、转速以及自起动开始累积的转数、时间等参数控制喷油器的实际喷油时间。为了避免燃油对火花塞的浸润（淹缸），要求喷油器在发动机每转一转进行多次喷射。这些要求使控制系统的硬件和软件变得复杂起来。
对于早期的发动机，起动时的加浓是由装在节气门附近的冷起动喷油器实现的，其控制形式有两种：
（1）由装在冷却液管路上的温度时间开关控制 如图2-28所示，冷起动喷油器控制回路主要由冷起动喷油器与温度时间开关组成。冷起动喷油器可在发动机起动时的很短时间内，向进气总管喷入所需的附加燃油。
图2-27 无效喷油时间与蓄电池电压
图2-28 冷起动喷油器控制回路
发动机起动时点火开关接通，开始时由于冷却液温度和发动机机体温度都很低，温度时间开关触点“冷缩”闭合，冷起动喷油器电磁线圈通电，冷起动喷油器工作。随着发动机冷却液温度和机体温度的升高，温度时间开关触点“热胀”断开，冷起动喷油器停止喷油，冷起动加浓结束。冷却液温度和机体温度越低，温度时间开关触点“热胀”断开所需时间越长，冷起动加浓时间也就越长，图2-29所示为某发动机冷起动喷油器的工作特性。若起动时间过长或多次重复起动，这时由于电加热丝的加热作用，温度时间开关触点将断开，以防止“淹缸”。
（2）由温度时间开关与ECU共同控制 为了改善发动机的冷起动性能和降低起动时CO和HC的排放量，在冷起动期间，如图2-30、图2-31所示，由温度时间开关和ECU根据冷却液温度共同控制冷起动喷油器。当发动机冷却液温度高于20℃时，温度时间开关触点断开，由ECU继续接通冷起动喷油器的接地回路维持其喷油，当冷却液温度达到60℃时，ECU断开接地回路，冷起动加浓结束。
图2-29 冷起动喷油器的工作特性
图2-30 温度时间开关和ECU共同控制冷起动喷油器
现代发动机大多数已不再使用冷起动喷油器，起动时的加浓由ECU直接控制喷油器来实现。
为解决“淹缸”问题，一般ECU内都设有清除溢流功能。所谓清除溢流功能，是在起动时踩下加速踏板，使节气门全开或开度达80%～100%时，ECU将发出指令暂停喷油或供给稀混合气（如空燃比为20∶1），以消除燃油过多现象，直到发动机转速达400r/min时恢复正常供油。
图2-31 冷起动喷油器喷油时间与冷却液温度
二、起动后喷油脉宽的确定
发动机起动后，当转速超过预设值时（如400r/min），ECU即认为起动过程结束，转而按起动后控制喷油脉宽。起动后喷油脉宽的计算式为
喷油脉宽=基本喷油脉宽×基本喷油脉宽修正系数+喷油器无效喷油时间（由蓄电池电压修正）
（1）基本喷油脉冲宽度 对于依据进气歧管绝对压力来计算喷油脉宽的EFI（D型EFI），确定基本喷油脉冲宽度是以进气量与进气歧管绝对压力成正比为前提的。实际上转速变化使进气歧管绝对压力变得不稳定，进气歧管绝对压力不能在任何工况下都能够正确反映进气量。所以这种系统根据进气歧管绝对压力传感器（MAP）信号确定的基本喷油脉宽必须经发动机转速传感器信号（Ne）校正，然后再用进气温度传感器（IAT）信号修正后得到基本喷油脉冲宽度。有些发动机还用其他传感器输入信号进行附加修正。
对于依据体积型进气流量来计算喷油脉宽的EFI（L型EFI），ECU根据进气体积流量和发动机转速在其内存中查出对应的目标空燃比，进而计算出一个喷油脉宽，然后用进气温度传感器（IAT）信号修正后得到基本喷油脉冲宽度。也有用大气压力传感器（BARO）等输入信号进行附加修正的。
因为冷空气的密度比热空气的密度大，因此，在其他因素相同时，吸入发动机的空气质量随空气温度的升高而减少，为了避免混合气随进气温度升高而逐渐加浓，发动机控制单元会根据进气温度对基本喷油脉宽进行修正，即进气温度越高，喷油器的基本喷油脉宽就越小。
因为大气压力和密度随着海拔的增加而降低，所以汽车在高原地区行驶时传感器检测到同样的空气体积流量时，比在平原的实际进气质量流量要小。为了避免在高原地区混合气过浓，应根据大气压力传感器输入的信号，对基本喷油脉宽进行修正。即大气压力越低，喷油器的基本喷油脉宽越小。
对于装有热线式或热膜式等空气质量流量传感器的EFI，可由进气质量流量和转速查出其内存的目标空燃比直接算出基本喷油脉宽，无需任何传感器信号修正。
图2-32 空燃比与转矩和排气温度的关系
当发动机工作在大负荷工况下（节气门全开、排气温度较高），如图2-32所示，ECU将空燃比设定在与转矩峰值相对应的12∶1～13∶1附近，所以又称功率空燃比。
另外，从图2-32还可以看出，如果减小空燃比（混合气变浓），也会降低排气温度。所以当排气系统部件（排气管、氧传感器、三元催化转化器）的温度超过许用温度时，也可通过减小空燃比降低排气温度，保护氧传感器和三元催化转化器。
（2）基本喷油脉宽修正系数 它是一个考虑了冷却液温度、加减速工况、负荷变化等后总的修正系数。
1）与冷却液温度有关的修正。发动机起动后尤其是冷起动后，或在高温行驶后熄火再起动时（热起动），都需要增加喷油脉冲宽度，否则可能造成熄火、怠速不稳、热起动困难等故障。
①在起动后的短暂时间内（如10s内），由于冷却液温度和进气速度都较低，燃油的雾化能力差，所以应给予增加喷油量的修正。起动时的冷却液温度决定起动后燃油增量修正系数的初值和修正时间，起动后修正系数随时间或发动机转数的增加而逐渐减小至零，如图2-33所示。
图2-33 起动后燃油增量修正系数的初值和衰减
a）初期值 b）衰减系统
②发动机起动后，为了尽快暖机、使三元催化转化器和氧传感器达到正常工作温度，以进入氧传感器反馈闭环工作状态，需要给予增加喷油量的修正，也称作暖机修正。暖机修正和上述起动后修正同时开始，如图2-34所示，随着发动机冷却液温度的升高修正值逐渐减小，直到冷却液温度达到规定值，暖机修正才结束。
③汽车高速或大负荷行驶时，由于风冷作用且燃油一直在流动，所以燃油温度不会太高，（如50℃左右）。如果此时熄火，在发动机热源加热下，失去风冷作用和停止流动的燃油温度将持续升高。当发动机热起动时，由此产生的燃油蒸气使喷油量减少，混合气变稀造成起动困难或“气阻”。其修正措施，一般是当冷却液温度上升到设定值（如100℃）以上时，进行高温燃油增量修正，如图2-35所示。
图2-34 暖机燃油增量的修正
图2-35 高温时燃油增量的修正
2）加、减速时喷油脉宽的修正。汽车加、减速时，仅使用基本喷油量，会使实际空燃比相对于目标空燃比产生偏移。一般加速时混合气偏稀，减速时混合气偏浓。所以汽车加、减速时要分别进行喷油脉宽增、减的修正。否则发动机可能会产生喘振、加速不良等现象，排气中的有害成分也会增加。
加速时，进气歧管绝对压力增大，使附着在管壁上的燃油汽化速度降低，混合气变稀，负荷变化率越大，即一定时间间隔的进气歧管绝对压力变化量越大，喷油脉冲宽度的修正量也就越大，如图2-36所示。另一方面，在负荷变化率相同的加速工况下，冷却液温度越低，加速修正量越大，如图2-37所示。显然，减速时修正系数随负荷变化率变化的值为负值，即负荷变化率变化越大（减速度越大），喷油脉宽越小。减速时修正系数随冷却液温度变化的修正值与加速时相同的。
图2-36 负荷变化时燃油增减量修正系数
图2-37 冷却液温度与燃油增量修正系数
控制单元根据节气门位置传感器或空气流量传感器（进气歧管绝对压力传感器）来识别发动机是否处于加、减速状态，以便对基本喷油脉宽进行修正。在冷却液温度不变条件下，节气门开启或关闭的速度越高、进气量增加或减小越快，喷油脉宽的增量或减量就越大。
3）氧传感器反馈信号修正（短期燃油修整）。发动机控制单元根据氧传感器的反馈信号，随时调整喷油脉冲宽度。当氧传感器输入高电位信号时，说明混合气偏浓，应减小喷油脉冲宽度；相反，当氧传感器输入低电位信号时，说明混合气偏稀，应增大喷油脉冲宽度。
三、起动后某些稳定工况下喷油脉宽的控制方法
（1）喷油脉宽的氧传感器反馈闭环控制（短期燃油修正）为控制排放，发动机控制单元根据置于排气管上氧传感器的反馈信号，随时调整喷油脉宽。一般地，当氧传感器输入高电位信号时，说明混合气偏浓（空燃比小），应减小喷油脉宽；相反，当氧传感器输入低电位信号时，说明混合气偏稀（空燃比大），应增大喷油脉宽，所以该控制也称为空燃比反馈控制。发动机控制单元对喷油脉宽的修正是逐次进行的，使空燃比恢复到目标空燃比需要一定时间（约几十毫秒），另外也只能在一定范围内修正空燃比的偏差，其修正系数一般为目标空燃比的±20%，即0.8～1.2。详见第四章排放控制。
（2）喷油脉宽的学习空燃比控制（长期燃油修正）氧传感器的反馈控制具有一定的局限性。对于某一型号的发动机来说，基本喷油脉冲宽度都是标准数据，存储在发动机控制单元的只读存储器中。在发动机使用寿命期内，由于进气系统、供油系统部件的机械磨损和阻塞、电子元件的老化等原因，会造成发动机性能变化，可能使实际空燃比相对目标空燃比的偏离量不断增大。如图2-38中A—B—C所示，随着混合气变稀，反馈修正系数会增大，其修正中心会偏向浓的一边。但当反馈修正值到达C处，超出修正范围时，发动机控制单元就无法进行反馈修正。
为了弥补氧传感器反馈控制的不足，提高空燃比的控制精度，增加了学习空燃比控制。学习空燃比控制是发动机控制单元学习了一段时间氧传感器对喷油脉宽的反馈修正量后，求出并记忆下反馈修正量及其对应的工况，当该工况再次出现时，发动机控制单元会自动从其RAM中取出对应的修正量对基本喷射时间进行修正。图2-39所示为学习空燃比控制过程的三个阶段。
图2-38 学习空燃比控制
图2-39 学习空燃比控制过程的三个阶段
人们可以通过仪器观察氧传感器反馈修正数据（短期型）和学习空燃比控制产生的修正数据（长期型），来判断混合气是偏浓还是偏稀，进而诊断出燃油喷射系统的故障。
学习控制修正量存储在RAM中，一般可以通过仪器对其操作。当蓄电池电源线脱开时，存储在RAM中的空燃比学习控制修正量数据也会被清除，如令其自然恢复则需要一定时间和条件，例如某些汽车的怠速阀清洗或更换后需要起动运行50次后才能恢复正常控制。
四、断油控制
所谓断油控制，是指发动机控制单元在某些工况条件下停止给喷油器发送燃油喷射脉冲控制信号，使喷油器停止喷油。
（1）减速时的断油控制 为了降低燃油消耗和改善尾气排放，当ECU检测到节气门突然关闭即急减速时，会中断喷油器喷油脉宽信号停止喷油器喷油，惯性使发动机曲轴继续旋转，当转速下降到一定程度后ECU又恢复喷油脉宽信号，喷油器重新开始喷油。在燃油停喷期间，ECU一旦检测到节气门被打开，就会立即恢复燃油喷射。
如图2-40、图2-41所示，ECU根据冷却液温度、空调使用等信号确定燃油停喷时和恢复喷油时的发动机转速。发动机冷却液温度较低时怠速设定的转速比较高，为了防止此时进入燃油停喷状态，冷却液温度越低，燃油停喷时的转速就越高。
（2）高转速时的断油控制 当某种意外使发动机转速升高至最高转速时，为保护发动机，ECU将使喷油器停喷。
图2-40 减速时的断油与恢复供油
1—停供转速 2—复供转速
图2-41 减速断油控制框图
如采用空加油（不带负荷）检查发动机，一般将发动机转速限制在4000～4500r/min。
在汽车行驶时，控制单元将发动机的实际转速与ROM内存储的最高转速进行比较，当实际转速达到设定的最高转速时，ECU立即停止输出喷油信号，使喷油器停止喷油。当发动机转速降低至规定值时，又恢复喷油。如红旗7200E3轿车，当车速达到180km/h或转速超过6800r/min时，发动机控制单元进入超速断油保护程序，此时驾驶人即使将加速踏板踩到底，发动机转速也不会升高。
车型不同使ECU进入断油控制的条件也不同。以下为某奔驰汽车发动机的断油控制模式：
1）停车或驻车时（变速杆处于P位或N位），转速超过4000r/min时，进入断油控制。
2）行驶时（变速杆处于D位），车速超过250km/h时，进入断油控制。
3）当变速杆处于D3位或D2位行驶时：
转速大于6200r/min，按点火顺序每缸间断停止喷油一次；
转速大于6350r/min，所有喷油器停止喷油；
转速降到6325r/min，按点火顺序每缸间断喷油一次；
转速降到6200r/min，所有喷油器正常喷油。
4）为保护三元催化转化器，当ECU检测到点火系统故障时，如当某缸缺火达到16次时，停止该缸喷油器喷油。ECU通常通过检测点火模块IGf反馈信号、转速Ne信号的异常波动（忽大忽小）或火花塞线感应电压等判断各缸是否缺火。