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这种装置由于设计合理，工作可靠，广泛为欧洲和日本等汽车制造公司所采用，并奠定了今天电子控制燃油喷射装置的邹型。

至1979年起美国的通用，福特，日本的丰田，三菱，日产等汽车公司都推出了各自的电子控制汽油喷射装置，尤其是多气门发动机的推广，使电子控制喷射技术得到迅速的普及和应用。

到目前为止，欧美日等主要汽车生产大国的轿车燃油供给系统，95%以上安装了燃油喷射装置。

从99年1月1日起，只有采用电子控制汽油喷射装置的轿车才能准予在北京市场上销售。

（99.1.15）

2.汽油喷射发动机

（2）

电子控制汽油喷射装置，由喷油器、传感器和电子控制单元（ECU）三大部分组成，其基本特点就是混合气的配制由ECU来控制。

在《汽油喷射发动机》一文中有一幅示意图，ECU起到“中枢神经”的作用，它存储了发动机各种运行工况下的最佳喷油持续时间，根据各个传感器的输入信号计算出实际最佳喷油持续时间，指令喷射器将一定量的燃油喷入进气歧管。

而传感器象人的五官，专门感受温度，混合气浓度，空气流量或压力，曲轴转速等数值并传送给ECU，起非常重要的作用。

根据空气感应方法，又将电子控制汽油喷射装置分为两种，一种是流量感应式电子控制汽油喷射装置（L型），通过感应进气管中空气的流量来控制喷油量；

另一种是压力感应式电子控制汽油喷射装置（D型），通过感应进气管中空气压力的高低来控制喷油量。

由于L型使用比较广泛，本文以介绍L型为主。

整个L型电子控制汽油喷射装置有3个部分组成：

供油部分、供气部分和控制部分。

供油部分由油箱、汽油泵、汽油滤清器、压力调节器和喷油器组成，汽油泵将汽油从油箱抽出经汽油滤清器过滤杂质，经压力调节器加压使汽油压力高于进气歧管的负压力，再经输油管送至各缸的喷射器。

喷射器相当于一个开关，控制开关的部件就是ECU。

供气部分由空气滤清器、空气流量计、节气门装置等组成，当空气经过空气滤清器滤去尘埃杂质后，流经空气流量计计量，再沿着节气门通道直入进气歧管，通过进气门分别供给各个气缸。

驾车者通过油门踏板操纵节气门开度，决定进气歧管的空气流量，空气流量计叶板在气流冲击下会有一个转角，使流量计内的电阻器数值发生变化。

因此，不同的空气流量就会有不同的叶板转角，对应不同的电压信号，反馈至ECU就有不同的喷油量。

控制部分由ECU、传感器和继电器组成，分布在发动机各部位上的传感器将采集到的信号反馈到ECU，经过ECU计算确定喷射器的喷油量和时间，确保最佳的空燃比。

其中主要传感器有节气门位置传感器、空气温度传感器、水温传感器、转速传感器、霍尔传感器、爆燃传感器、氧传感器等。

节气门位置传感器安装在节气门体上专门测量节气门的开度，进而反映发动机不同的工况；

空气温度传感器安装在节气门之后的进气歧管上，用以检测进气温度，ECU根据其信号修正喷油量使得发动机自动适应外部环境的变化；

水温传感器监测发动机冷却水温度，ECU根据其信号修正喷油量，喷油量与温度是反比关系，水温越高喷油量会越少；

转速传感器安装在气缸体上监测曲轴的转速，形成脉冲信号传送至ECU；

霍尔传感器安装在凸轮轴位置上，用以检测曲轴转角，为ECU控制点火时刻提供信号；

爆燃传感器安装在缸体上，当发生爆燃产生振动时，压力波通过缸体传到传感器，使传感器的压电陶瓷发生电压信号变化传至ECU，ECU就会根据信号将点火提前角推迟使爆燃消失；

氧传感器安装在排气管上，它的一面与大气接触，另一面与排气管废气接触，实际上是利用废气及大气中氧浓度之间的差值产生电动势，将信号反馈给ECU，只要空燃比偏离了理论空燃比就会发信号，ECU根据信号发出新的喷油指令，使混合气的空燃比处于理想状态。

总之，这些传感器在岗位上各负其责，在汽车运行中不断将信号传送至ECU，而ECU就根据存储的数据与信号不断对比不断修正喷射器油量，从而达到最佳混合气的空燃比。

另外，电子控制汽油喷射装置还有怠速装置、废气再循环控制装置等。

其中怠速是保障汽车运行经济性和稳定性的重要因素，为了保证怠速作用，设计师在节气门附近开了一个旁通道，通过装在节气门旁通地方的怠速控制阀来改变节气门旁通道的空气流量来控制怠速。

这有点象学校大门（节气门）旁边的小门（旁通道），在少人的情况下使用。

怠速控制阀的阀门控制旁通道的关闭，而阀门是由微型电机或磁力线圈控制，它们与怠速控制阀做成一体。

ECU根据传感器的信号与存储数据对比随时做出不同的指令送至怠速控制阀，当发动机怠速运转时，节气门关闭，空气经旁通道进入进气歧管，ECU通过电信号经继电器给怠速控制阀，使阀门随时调节旁通道流量来自动控制怠速。

车汇通

2001年11月1日

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汽油喷射发动机汽车上的电子控制单元ECU

汽车上的电子控制单元ECU

现代轿车发动机大都用电子燃油喷射系统，其中有一个形似方盒子的控制元件叫“ECU”，ECU的称谓较多，有人称它为电脑，有人称它为微机，还有人称它为微处理器，那么，它实际上是个什么东西呢？

简单地说，ECU由微机和外围电路组成。

而微机就是在一块芯片上集成了微处理器（CPU），存储器和输入／输出接口的单元。

ECU的主要部分是微机，而核心件是CPU。

ECU将输入信号转化为数字形式，根据存储的参考数据进行对比加工，计算出输出值，输出信号再经功率放大去控制若干个调节伺服元件，例如继电器和开关等。

因此，ECU实际上是一个“电子控制单元”（ElectronicControlUnit），它是由输入电路、微机和输出电路等三部分组成。

输入电路接受传感器和其它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成一定伏特的输入电平。

从传感器送到ECU输入电路的信号既有模拟信号也有数字信号，输入电路中的模／数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，然后传递给微机。

微机将上述已经预处理过的信号进行运算处理，并将处理数据送至输出电路。

输出电路将数字信息的功率放大，有些还要还原为模拟信号，使其驱动被控的调节伺服元件工作。

目前在一些中高级轿车上，不但发动机上应用ECU，在其它许多地方都可发现ECU的踪影。

例如防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等都配置有各自的ECU。

随着轿车电子化自动化的提高，ECU将会日益增多，线路会日益复杂。

为了简化电路和降低成本，汽车上多个ECU之间的信息传递就要采用一种称为多路复用通信网络技术，将整车的ECU形成一个网络系统，也就是CAN数据总线（参阅本栏目「汽车上的数据总线」一文）。

2001.3.10

汽车上的数据总线

20世纪90年代以来，汽车上由电子控制单元指挥的部件数量越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等。

随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量越来越多。

因此，一种新的概念——车上控制器局域网络CAN（ControllerAreaNetwrk）的概念也就应运而生了。

为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车中协调工作，必须制定标准。

按照ISO有关标准，CAN的拓朴结构为总线式，因此也称为CAN总线。

那么，什么是数据总线呢？

打个比方，一个农场要把自己的蔬菜产品运送到县城批发市场，又要把牛奶送到县城乳品加工厂，还要把甘蔗送到县城制糖厂。

农场主可以为每一种产品专门修一条公路，一共需要修三条路。

不过他肯定不会这样做，他只需要修一条通往县城的路，到达县城后才转向不同的目的地。

这样，一条路就搭载了各种不同的产品。

同样的道理，数据总线搭载了不同的信息，这些信息由不同的部件发出，到达另一些不同的部件。

正如公路运输需要交通规则来维持正常的运作，数据总线也需要规范信息的流动。

一种基本的规则是分时。

在这种规则下，数据总线在每一时刻只能被两个部件占用，在两个部件之间传送信息。

由于电信息传播的速度极快，数据总线完全可以满足许多部件进行分时信息传递的需要。

在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺汽车都将CAN作为控制器联网的手段。

由于我国中高级轿车主要以欧洲车型为主，因此欧洲车应用最广泛的CAN技术，也将是国产轿车引进的技术项目。

目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500kb/s，另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。

驱动系统CAN主要连接对象是发动机控制器（ECU）、ASR及ABS控制器、安全气囊控制器、组合仪表等等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。

车身系统CAN主要连接对象是四门以上的集控锁、电动车窗、后视镜和厢内照明灯等。

在信息社会中，有些先进的轿车除了上述两条总线，还会有第三条CAN总线，它主要负责卫星导航及智能通讯系统。

目前，驱动系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间没有关系。

工程师将逐步克服技术障碍，设置“网关”，在各个CAN之间搭桥实现资源共享，将各个数据总线的信息反馈到仪表板总成上的显示屏上。

驾车者只要看看仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常工作了。

一些汽车专家认为，就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。

（2000.7.27）

3.缸内喷注式汽油发动机

这是近几年脱颖而出的新型发动机，它的问世并引起行内人士的高度重视。

原理缸内喷注式汽油发动机与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功；

而缸内喷注式汽油发动机顾名思义是在气缸内喷注汽油，它将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃作功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。

优点缸内喷注式汽油发动机的优点是油耗量低，升功率大。

混合比达到40:

1（一般汽油发动机的混合比是15:

1），也就是人们所说的“稀燃”。

机内的活塞顶部一半是球形，另一半是壁面，空气从气门冲进来后在活塞的压缩下形成一股涡流运动，当压缩行程行将结束时，在燃烧室顶部的喷油嘴开始喷油，汽油与空气在涡流运动的作用下形成混合气，这种急速旋转的混合气是分层次的，越接近火花塞越浓，易于点火作功。

由于缸内喷注压缩比达到12，与同体积的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10％。

历史缸内喷注式汽油发动机是由日本三菱汽车公司创制的，这种称为1.8升顶置双凸轮轴16气门4G93型发动机安装在三菱HSR-V型概念车上，并在96年6月北京国际车展上广泛做了宣传，但当时许多人认为这种发动机只是一种“概念”而已，没有引起足够的重视，但随着这几年美日欧等国大汽车厂商丰田、本田、奔驰、通用等对这种汽油发动机都产生了兴趣，纷纷修改了原来的方案研究起缸内喷注式汽油发动机，认为这种发动机很可能会成为下世纪初汽油发动机的主要机型，人们又重视起来缸内喷注汽油发动机的发展状况了。

（98.12.11）

4.稀燃发动机技术的发展

在“缸内喷注式汽油发动机”一文中，提到了“稀燃”技术。

什么叫稀燃？

顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：

25以上。

其实，在20多年前就已经有人在研究稀燃技术。

面对21世纪70年代初欧美国家的排放规定以及石油危机引起的降低油耗的需求，人们探索了由稀混合气运行，用氧化催化剂净化排气的方法，采用了一种带副燃烧室的发动机。

这种由丰田及本田公司发明的燃烧方式由于从副燃烧室喷出火焰会造成热能损失，稀混合气发动机改进对油耗的效果不明显。

从那以后，随着进气口的改进，气缸内旋涡生成技术的进步，由通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后搞成的开口式燃烧室可以形成比带副燃烧室还好的稀薄混合气燃烧，并且随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混合气传感器技术的开发，精密控制空燃比已成为可能。

80年代中期，丰田正式使稀混合气发动机（T－LCS）产品化，三菱、本田也相继将其产品实行产品化。

进入90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃技术又进了一步。

目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，其共同点都是利用缸内涡流运动，使聚集在火花塞附近的混合气最浓，先被点燃后迅速向外层推进燃烧，并有较高的压缩比。

比较著名的三菱缸内喷注汽油机（GDI），可令混合比达到40:

1。

它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。

这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。

在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。

这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。

这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。

大众的直喷汽油发动机（FSI），则是采用了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。

它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。

本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。

这款取名为VTEC－i2.0升发动机将比一般本田发动机省油20%，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃引爆，从而起到稀薄燃烧作用。

综上所述，汽车汽油发动机实现稀燃的关键技术归纳起来有以下三个主要方面：

一、提高压缩比

采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；

将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；

提高压缩比至13：

1左右，促使燃烧速度加快。

二、分层燃烧

如果稀燃技术的混合比达到25：

1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。

通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：

1左右，外层逐渐稀薄。

浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。

为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。

三、高能点火

高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。

有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。

以上三点只是对整体汽油发动机稀燃技术而言，具体到某种机型会有所偏重。

因为各种汽油发动机稀燃方式的技术措施不完全一样，甚至同一部发动机在不同的工况下稀燃方式也会不完全一样。

有些着重缸内气流运动及燃油分布的配合，重点在分层燃烧。

有些着重加大点火能量、增快火焰传播速度和缩短火焰传播距离，重点在高能点火。

2001年9月15日

5.剖析三菱GDI

随着近年燃油价格不断往上窜，汽车运行的最佳经济性也成为各大车厂不断寻求的目标。

汽油直喷式是实现这一目标的途径之一，汽油机实现直喷式巳经成为一种新世纪的潮流。

汽油直喷式也称为缸内喷注，本栏目“稀燃发动机技术的发展”一文巳有介绍，本文以比较典型的三菱直喷式汽油机（简称：

GDI）的工作情况为例，再做一次比较全面的介绍。

在这之前，首先介绍化油器、电控喷射与直喷式等三种汽油机的不同供油方式。

化油器发动机是在进气管道的化油器位置上吸出汽油，与空气混合，雾化形成混合气，经气门进入气缸（左图）；

电控汽油喷射发动机是在进气歧管，气门之前的位置上喷射汽油，再经气门进入气缸（中图）；

直喷式汽油发动机则是直接在气缸里面喷射汽油（右图）。

从而可知，世界上三种形式的汽油发动机的重大区别在于汽油出口的位置，位置不同，技术也不同。

缸内喷注的关键在于产生与传统发动机不同的缸内气流运动状态，通过技术手段使喷射入气缸的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流。

因此GDI采用了立式吸气口、弯曲顶面活塞、高压旋转喷射器等三种技术手段。

立式吸气口代替传统的横向吸气口，通过来自上方的强大下降气流，形成与以往发动机相反的缸内空气流动－纵向涡流转流。

弯曲顶面活塞利用活塞顶的凸起形状，增强了这个纵向涡流转流，再通过高压旋转喷射器喷射出雾状汽油，在压缩冲程后期的点火前夕，被气体的纵涡流融合成球状雾化体，形成一种以火花塞为中心，由浓到稀的层状混合气状态。

这样，从总体上看，虽然混合比达到40：

1，但聚集在火花塞周围的混合气却很浓厚，很容易点火燃烧。

在这里要特别介绍一下活塞顶的形状对缸内气流的作用。

活塞在上止点位置时，活塞头顶面与气缸盖之间的间隙叫做燃烧室，燃烧室的容积是决定发动机性能的重要因素。

GDI活塞顶面的凸起部分象屋顶，又称“弯曲顶面活塞”（见图），它缩小了燃烧室的容积，有助于形成强势涡流。

缩小燃烧室容积必然提高了压缩比，因此GDI的压缩比达到12：

1，比以往发动机高出1/3左右。

压缩比提高了，缸内温度必然也随之提高，有助于稀燃。

压缩比高，输出功率增大，这样也就弥补了稀燃带来的功率损失。

压缩比提高也就是说缸内压力提高了，于之配合的是高压燃料泵，用高压方式将汽油送进燃烧室内。

但是，汽油的性质决定压缩比只能局限于一定的限度内，否则就会出现爆燃，为了避免这一现象，GDI分两步喷射的过程，第一步在进气冲程中喷射汽油以降低气体温度，适应高压缩比；

第二步在压缩冲程后期喷射汽油，形成上面阐述过的层状混合气形态。

这是一环扣一环的技术，相辅相成，缺一不可。

稀燃技术有省油的优点，但因为高压高温环境也会产生NOx（氮氧化物）排放过高的现象。

GDI采用了EGR技术解决这个问题。

所谓EGR是指排气再循环技术，将排出气缸已经燃烧过的部分气体利用气门重叠时间再回到气缸中，降低燃烧的最高温度从而降低NOx的排放量。

据介绍GDI的NOx下降了90%，是否如此，只有环保部门的测量才能知晓了。

据三菱介绍，GDI与以往的发动机相比，扭矩提高了10%；

加速性能提高5%；

空载时燃料下降40%；

汽车以时速40公里/小时行驶时燃料下降25%；

由于GDI在中低速段比较节油，因此在市区行驶，其节油的效率十分明显。

作者：

曾生

2000.10.5

6.多气门发动机

1886年1月29日，德国人卡尔·

本茨将自己研制的四冲单缸燃油发动机装上了一辆三轮的车子并获得专利权，世界从这一天开始才真正有了汽车。

可以说，是发动机创造了汽车。

发动机的基本构造（如图）是由气缸1、活塞2、连杆3、曲轴4等主要机件组成，每一个气缸至少有两个气门，一个进气门（蓝色）和一个排气门（橙色）。

气门装置是发动机配气机构的一个组成部分，在发动机工作起非常重要的作用。

燃油发动机的工作运转由进气，压缩，作功和排气四个工作过程组成。

要使发动机连续运转就必须使这四个工作过程周而复始，顺序定时地循环工作。

其中的两个工作过程，进气和排气过程，需要依靠发动机的配气机构准确地按照各气缸的工作顺序输送可燃混合气（汽油发动机）或新鲜空气（柴油发动机），以及排出燃烧后的废气。

另外的两个工作过程，压缩和作功过程，则必须隔绝气缸燃烧室与外界进排气通道，不让气体外泄以保证发动机正常地工作。

负责上述工作的机件就是配气机构中的气门。

它好比人的呼吸器官，吸进呼出，缺它不可。

随着技术的发展，汽车发动机的转速已经越来越高，现代轿车发动机的转速一般可达每分钟5500转以上，完成四个工作过程只需0.005秒时间，传统的两气门已经不能胜任在这么短促的时间内完成换气工作，限制了发动机性能的提高。

解决这个问题的方法只能是扩大气体出入的空间。

换句话就是用空间换取时间。

多气门技术是解决问题的最好方法，直至80年代推广多气门技术才使发动机的整体质量有了一次质的飞跃。

多气门发动机是指每一个气缸的气门数目超过两个，即两个进气门和一个排气门的三气门式；

两个进气门和两个排气门的四气门式；

三个进气门和两个排气门的五气门式。

目前轿车上的多气门发动机多是四气门式的。

四缸发动机有16个气门，6气缸发动机有24个气门，8气缸发动机就有32个气门。

例如日本凌志LS400型轿车的发动机就是8缸32个气门。

增加了气门数目就要增加相应的配气机构装置，构造比较复杂，一般由两支顶置式凸轮轴来控制排列在气缸燃烧室中心线两侧的气门。

气门布置在气缸燃烧室中心两侧倾斜的位置上，是为了尽量扩大气门头的直径，加大气流通过面积，改善换气性能，形成一个火花塞位于中央的紧凑型燃烧室，有利于混合气的迅速燃烧。

有人提出疑问，既然气门多好，为什么见不到一缸6气门以上的发动机？

热力学有一个叫“帘区”的概念，指气门的园周乘以气门的升程，即气门开启的空间。

“帘区”越大说明气门开启的空间越大，进气量也就越大。

以奥迪100型轿车的发动机为例，它的四气门“帘区”值比两气门的“帘区”值，在进气状态时要大一半，在排气状态时要大百分之七十。

当然，每一个事物都有它的一定适用范围，并不是说气门越多“帘区”值就越大，据专家计算当每个气缸的气门增加到六个时，“帘区”值反而会下降了，而且气门越多机构越复杂，成本就越大。

因此，目前轿车的多气门燃油发动机的每个气缸的气门数目都是三至五个，其中又以四个气门最为普遍。

以汽油发动机为例，多气门发动机与传统的两气门发动机比较，前者能吸进更多的空气来