电控汽车对A/F控制的意义及方法

       汽车与电子计算机的结合是现今汽车的发展方向，电子计算机不仅用于汽车设计、制造、试验和管理，而且在汽车中电控的用日益增多。为了降低汽油机的排放，并适当地改善燃油经济性与动力性，采用了电控空燃比、点火时刻、怠速与排放等系统。并不断扩展到汽车电控自动变速、刹车防抱、平衡悬挂、导航、撞车防护与信息显示等系统，进一步改善了汽车行驶的安全性、舒适性与可靠性，以及驾驶的方便性。

      电喷发动机的优点是相对于化油器发动机而言的。与装置化油器式汽油机的汽车相比，装置电喷发动机的汽车在驾驶性能、燃油经济性和降低排放污染方面有着优异的性能。

一、优良的驾驶性能：

（1）冷起动性能

      化油器式发动机靠关闭阻风门来加浓冷起动时的混合气，电喷发动机靠冷起动阀额外喷油来加浓混合气，电喷发动机因其空气／燃料比控制较为准确而起动性较好。这种优点同样体现在暖机的过程中。

（2）加速性能

      化油器式发动机靠加速泵提供额外的燃油来补偿节气门突然开大时的瞬时混合气变稀趋势,EFI发动机则根据进气量及转速的变化来控制加浓。由于EFI采用电控，所以其反应迅速，无滞后，加速性能优于化油器式发动机。

（3）大功率输出工况

      化油器式发动机在大功率输出工况下依靠机械省油器和真空省油器参与工作来提供功率混合气，而EFI发动机则是靠节气门位置传感器和空气流量传感器来感知大功率输出的信号，尔后由微处理机精确地计算出功率混合气的最佳空气／燃料比并由喷油器准确提供的，因为各种工况下最佳的供油量，是经过理论计算及大量试验反复验证后得出的，所以EFI能保证各种工况下获得良好的动力性。

二、良好的燃油经济性能：

      电喷发动机有良好的燃油经济性，有些对比资料表明，电喷发动机比化油器式发动机可节油5％～15％，当然应该看到这种效果中还包含有点火控制等其他技术的影响。

三、优秀的环保性能：

      电喷发动机的最大优点在于相对最低的排放污染。发动机的排放污染与进入气缸内燃烧的混合气浓度有直接的关系。混合气的浓度用空气／燃料的质量比值A／F（简称空／燃比）来描述。A／F值越大，表示混合气越稀；A／F值越小，表示混合气越浓。从理论上推导出，汽油完全燃烧时的A／F值为14.8，所以将14.8称为理论空／燃比，将A／F=14.8的混合气称为标准混合气。汽车排放污染是指排放尾气中含有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）及氮氧化合物（NOx）。一氧化碳和碳氢化合物的生成主要是由于燃烧不完全（缺氧）引起的，而氮氧化合物则是由于燃烧温度很高时空气中的氮与氧起反应生成的。三种有害成分的生成与发动机工作时的空／燃比有根大的关系，图1指出了这种变化的规律。要完全消除这三种有害成分是不可能的，采用折衷的方案将空／燃比控制在理论空／燃比附近仍不失为一种兼顾三者的解决方法。

      以上分析表明：只要精确地、动态地控制好空／燃比就能获得最好的动力性、燃油经挤性及降低排放污染，但要做到这一点并不容易。汽车在运行中发动机的状况（负荷、转速、水温等）、驾驶员的意愿（油门大小）都在变化。要根据瞬间的状况，立刻决定供油量并付诸实施。对此要求，一般化油器显得力不从心。首先，它获取的发动机状态的信息量不够多，其次，它调节供油量的手段也不够精细。尽管电控化油器（有些还有混合比反馈控制功能）各方面的功能已大大提高了，但它毕竟是在基本型基础上的改进，原先的一些制约因素（充气效率、混合气分配的均匀性等）依然存在，所以进一步提高性能十分困难。可以预计，随着排污法规的实施和强化，随着电子技术的发展，电喷技术的优势将更趋明显。

       电子计算机对汽车控制的内容中空／燃比是最重要的控制目标。而诸如喷射方式的控制等等仅是实现该目标的不同控制手段。

电喷系统有两种空／燃比控制方法，即开环控制与闭环控制：

开环控制:     采用开环控制，必须先建立一个模型。根据大量的试验结果并用数学方法进行优化后，可得出各种工况下（各种不同传感器输出的集合）对应的最佳空／燃比。这种对应的关系可作为一张多维的表格，存放在ECU的只读存储器中开环控制就是实时检测各个传感器的输出信号，用“查表”法查出对应于该工况的空／燃比的值，再根据检测到的当前的空气流量即可算出对应的喷油量（即喷油脉冲的宽度）。可以想象：模型建得愈合理，愈接近实际情况，控制效果就愈好。但是，按预定的规律采取措施后空／燃比是否达到了预期的目标呢？由于开环控制系统不设氧传感器，所以既无从检验是否达到目标，更谈不上反馈修正，它只能依赖于模型的正确性和执行的可靠性“认为”达到了目标。理论模型毕竟是有局限性的，执行过程也存在控制精度的问题，所以，开环控制不能纠正自身的误差。

闭环控制:      闭环控制必须使用氧传感器。微处理器根据开环控制的模型控制喷油器喷油，同时检测发动机排出气体中的氧含量以判断实际的空／燃比是否偏离了最佳值，进而采取补偿措施来修正喷油量。氧传感器的输出经ECU内的电压比较器比较后得到的是一个二值的开关量，即表示混合气过浓或过稀（均是针对标准混合气而言）。ECU采取的修正措施就是：若过浓就减小喷油时间；若过稀就延长喷油时间。这种检测、修正的过程，1秒多的时间就可进行1次，通过不断检测，不断修正，动态地保持理论空／燃比。

       大多数闭环控制的发动机都要通过采集许多方面的物理量来对喷射量进行修正。其中包括人为的控制信号，例如起动开关、节气门开关等。这些物理量对发动机反映人的控制意图。此外还有对吸入空气状况监测的物理量，如空气流量计、进气温度传感器。这些传感器测定的物理量对空／燃比的准确性起着至关重要的作用。另外一些反映发动机工作情况的信号，直接影响着空／燃比，如发动机转速、车速、冷却水温等。

      比较上述两种控制方法后可以看出，闭环控制固然有它的优越之处，但也有局限性。首先，它的控制目标只能在理论空／燃比附近，遇到有些工况，如冷起动、全负荷需要较浓混合气时则无能为力。（所以，闭环控制的应用是有条件的，而开环控制是基本的，带闭环控制功能的电喷系统在遇到需要提供偏离理论空／燃比的混合气时都会自动转入开环控制。另外，闭环控制系统十分依赖氧传感器，氧传感器的故障会引起电喷发动机性能下降。