目前，中低档汽油机上多使用缸外预混式电控燃油供给系统（见图10-1和图10-2）。这种供油系统将燃料喷射至进气歧管中，不需要高压喷油器，其价格便宜，应用较为广泛。其主要部件包括ECU、各种传感器、喷油器、怠速阀以及燃油泵、油压调节器等部件。

整个燃油供给系统的控制核心是ECU，它可以根据各传感器传输的信号判断发动机工作状况，做出决定并将工作信号传递给其直辖的执行机构——喷油器、怠速阀、油泵等。

1.燃油泵

缸外预混式电控系统一般使用电磁式燃油泵，由蓄电池供给12V直流电驱动。它可以将油箱内的燃料泵至油轨中，并利用油压调节器稳定油轨中的燃油压力，一般为0.3MPa左右，油轨中的燃油直接连接至喷油器的进油口，稳定油轨中的油压，可以使ECU仅需调整喷油时间即可控制喷油量，使控制策略大大简化。这里需要注意的是，油轨里所要求的0.3MPa的油压不是相对于大气压力，而是相对于进气歧管的空气压力，这样使喷油量的控制更为精确。打开点火开关后，应该发现油泵会运转2～3s后自动停止，这是因为油泵的起动也受ECU控制，ECU如果检测到发动机没有旋转，则会使油泵停止泵油，这样可以使延长油泵的使用寿命。

图10-1 电控燃油供给系统结构

图10-2 典型缸外预混式电控燃油供给系统

2.油压调节器

油压调节器是一个可控泄压阀，直接或者用管路与油轨相连，其内部含有一个弹簧张紧的密封膜片，当油轨内的油压高于规定值后，油压会将膜片推开，调节器将油轨中多余的燃油回至油箱，降低油压；若油压过低，则膜片在弹簧的力量下移动并将泄压口封死，停止回油；如此反复工作，以保证油压稳定。目前，还有些发动机将燃油泵与油压调节器集成为一体，只需一根出油管向外供油，外观上看不到回油管，这种燃油泵也被称为无回油式燃油泵。

3.喷油器

缸外预混式燃油供给系统对喷油器要求没有缸内直喷式供油系统高，只要能保证在0.3～0.4MPa的油压下在接到ECU信号后能迅速完成开启、闭合动作，并且能保证其可靠性、密封性优良就可以了；因此一般使用的是电磁喷油器，其原理与电磁阀相似，控制信号会导通磁化线圈，将衔铁吸起，使针阀打开，有压力的燃油即自动喷射入进气管中；一般使用的控制方法是采用电压负控法，即ECU通过电压信号控制喷油器搭铁端导通的方法来控制喷油器的开启。如果是单点喷射系统（SPI），则只需一个喷油器喷油，其安装在节气门体上方，喷油后被产生的混合气被打开进气门的气缸自然吸入，但是这种方法容易使部分混合气进入其他缸所对应的歧管内，尤其是歧管相对进气管分布不均匀的发动机。因此，目前比较流行的是多点喷射系统（MPI），即每个缸对应一个喷油器，安装在进气歧管上方，喷射的燃料在歧管内与空气形成混合气，被吸入至气缸，这样的话可以使进入各缸的混合气相对比较均匀，从而保证各缸能均匀工作。

4.怠速阀

接下来介绍下一个重要的执行机构——怠速阀。怠速阀安装在节气门附近，通过控制旁通空气道的大小来调整发动机怠速时的空气流量，当发动机磨损后发生摩擦力矩变化或者其他因素导致发动机怠速转速发生变化时，ECU可根据转速信号控制怠速阀的开度，稳定怠速转速。另外，由于车辆的零部件和使用环境（如高原地带）的差异，导致每台车辆怠速情况也不尽相同，由电脑控制怠速阀开度可以精确稳定怠速转速，不用像以前化油器式发动机需要逐个调整怠速螺钉，简化了操作。

目前，常见的怠速阀主要包括旋转滑阀式怠速阀、步进电动机式怠速阀以及电磁式怠速阀三种。怠速阀一般与机械拉线式节气门配套使用，而较高端的电子节气门由于已集成有控制怠速空气流量的功能，因此一般安装有电子节气门的发动机都取消了怠速阀。

5.传感器

电控汽油喷射系统涉及很多传感器，有一些是与其他系统共用的，比如对喷油时刻进行正时的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器是与点火系统共用的。下面对缸外预混式汽油喷射系统比较重要的传感器进行简单介绍。

（1）节气门位置传感器

节气门位置传感器安装在节气门体内，其提供的信号可以反映节气门开度的大小，即向ECU提供发动机负荷的情况。部分发动机具备两个节气门位置传感器（尤其是带有电子节气门的发动机），这样可以使两个传感器的信号相互检测，当其中一个传感器发生故障时能立即识别，提高系统的可靠性。节气门位置传感器多采用可变电阻或者霍尔效应元件制成。

（2）进气流量传感器

在介绍进气流量传感器前，我们需要介绍一下汽油机混合气浓度的知识。汽油机与柴油机在混合气浓度上有很大不同，汽油机对混合气的要求是均质的（即混合充分）、比例基本恒定的混合气，一般都要求混合气的配比浓度接近于理论混合气。所谓理论混合气，是指其中含有的空气量恰好是燃料完全燃烧所需的空气量。一般来说，1kg汽油完全燃烧需要的空气量是14.7kg，因此理论混合气中的空气与汽油的比例应该为14.7∶1。

我们称燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量与完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量之比为过量空气系数，用希腊字母λ表示。于是理论混合气的λ值就为1。若λ＜1，我们称混合气偏浓；若λ＞1，则称混合气偏稀。

λ=0.85～0.95的混合气被称为动力性混合气，此时发动机有最优的功率输出；λ=1.05～1.15的混合气被称为经济性混合气，此时发动机有最优的燃油经济性。发动机若想兼顾经济性与动力性，则其混合气的过量空气系数应该是随着工况的变化而变化的，即在低负荷时采用经济性混合气，而在高负荷，需要提高功率输出时，则将混合气加浓至动力性混合气，如图10-3所示。

图10-3 发动机混合气浓度随负荷变化

随着排放法规的日趋严格，汽油机为了降低排放，在排气系统安装了三元催化转化器，对发动机的排放物进行后处理，这是当前减少汽车排气污染物的最有效方法，但是只有当发动机的混合气浓度接近理论混合气时，即λ≈1时，催化转化器的净化效率最高，一旦混合气浓度偏离了这个范围，则三元催化转化器净化能力便急剧下降。所以，目前汽油机不得不牺牲一部分动力性和经济性为代价来降低发动机的排放，将混合气的过量空气系数控制在（1±0.03）的范围内。

若要实时控制λ值在（1±0.03）的范围内的话，发动机ECU需要知道此时的进气流量。因此，在进气管设置一个测量进气流量的传感器就是必不可少的了。目前常用的进气流量测试方法有两种，一种是利用空气质量流量计直接测量空气流量，称为L系统，所使用的空气流量计有叶板式、热线式以及热膜式空气流量计三种。另外一种测量方法是在进气管上安装进气压力传感器（有的还集成进气温度传感器，但以进气压力传感器的信号为主，温度传感器信号对进气流量判断起辅助作用），根据测量的进气压力（及温度），计算出进气的速度和密度值，从而间接得知进气流量，这种方法也被称为D系统。

（3）冷却液温度传感器(www.daowen.com)

冷却液温度传感器与进气温度传感器性质一样，都是测量温度的传感器，一般多采用性价比较高的热敏电阻式温度传感器。冷却液温度传感器多安装在节温器体上，冷却液的温度的变化会导致传感器内部电阻发生变化，根据这一特性，ECU可以获知冷却液温度情况，并对喷油控制做出一定的调整。

（4）氧传感器

氧传感器是电喷发动机中非常重要的传感器，它安装在排气管上，可以通过测量排气中的氧含量计算进气混合气的浓度，从而修正供油系统的喷油量，这一过程被称为负反馈，因此有氧传感器参与的喷油量调整系统也被称为负反馈系统。

目前，常见的氧传感器根据制作材料的不同，主要有氧化锆和氧化钛两种。一般普通的缸外预混汽油机使用的是窄域氧传感器，也叫跃变式氧传感器。这种氧传感器的输出信号在λ=1附近会发生突变，也就是说它输出的信号只能判断混合气是浓还是稀，但到底是浓多少、稀多少、λ值具体是多少，它都无法准确反映（图10-4）。

一般发动机排气管上安装的氧传感器有两个，而且这两个氧传感器必须结构、参数一样。在三元催化转化器之前的氧传感器叫前氧传感器，它的作用主要是测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩，以确定汽油与空气是否完全燃烧，发动机ECU根据这一信息对喷油量进行调整，最终实现以过量空气系数达到1为目标的闭环控制，以确保三元催化转化器对排气中的HC、CO和NOx三种污染物都有最大的转化效率，最大程度地转化和净化。安装在三元催化转化器后面的氧传感器称为后氧传感器，它的作用与前氧传感器完全不同。后氧传感器的信号是用来跟前氧传感器的信号进行对比，如果前后氧传感器的信号差别很大，说明三元催化转化器工作正常；如果前后氧传感器的信号基本一致，则判定三元催化转化器可能失效。

图10-4 氧传感器信号随混合气浓度变化

6.控制策略

燃油供给系统中主要的传感器和执行器已经介绍完毕，接下来我们来了解一下燃油供给系统主要的控制策略，即ECU是怎样根据传感器的信号控制喷油器进行燃料供给工作的。ECU对喷油器的控制主要是控制喷油器什么时候开启以及开启的持续时间，我们称之为喷油脉宽；由于油压在油轨中相对稳定，精确控制喷油脉宽就相当于精确控制喷油量。根据在上一节我们介绍的混合气浓度的知识可知，发动机最理想混合气的浓度并不是一成不变的，从图10-3可以看出，混合气的浓度随负荷变化在不断变化。现在的电控供油系统有一套独特的方法来形成最为理想的混合气，接下来我们对现在常见的电控供油系统对混合气浓度调整的方法进行介绍。

大部分发动机在起动时是根据存储器中存储的冷起动喷油脉宽进行喷油控制，然后进行进气温度和蓄电池电压的修正，喷油脉宽随冷却液温度升高逐渐减小；起动后，基本喷油脉冲宽度由空气流量计信号或者进气歧管绝对压力传感器信号、节气门开度信号以及转速信号进行确定，然后根据各传感器信号再对基本喷油脉宽进行修正。喷油修正主要有以下几项。

（1）起动加浓

为了改善起动性能，需要根据冷却液温度对喷油量进行修正，低温时（低于10℃），喷油量增加。

（2）暖机加浓

发动机起动后，在一段时间内，需要额外增加一定的喷油量，使发动机保持稳定运转。喷油量的初始修正值根据冷却液温度确定，然后以一定的速率下降，逐步达到正常值。此过程在起动后很短时间内完成，一般不超过20s。

（3）进气温度修正

基本喷油时间是以标准大气状态（温度293K，压力101kPa）为基准进行计算的，温度每上升或下降10℃，修正系数减少或增加0.01～0.03，对喷油脉宽的最大修正量约为±10%。

（4）冷却液温度修正

冷却液温度对发动机的喷油量影响比进气温度的影响大，其最大修正系数为±30%。冷却液温度高，修正系数小；反之，修正系数大。冷却液温度达到60℃时，就停止加浓。

（5）大负荷加浓

当发动机在大负荷工况下运行时，为了保证发动机处于最佳工作状态，降低发动机排气温度，根据发动机负荷状况增加喷油量，增加量约为正常喷油量的10%～30%。

（6）λ反馈修正

进行闭环控制工况下，λ修正系数在（1±0.3）间波动，一般发动机对基本喷油脉宽的修正范围是±30%，如果超出修正范围，λ值还是过高或过低，则判断相关器件故障。

（7）电压修正

ECU以12V电压为基准，当电源电压低于12V时，使喷油脉宽增加；反之，使喷油脉宽减小。修正通电时间一般为0.15ms/V左右，即电压每升高或者降低1V，喷油脉宽缩短或延长0.15ms。

（8）减速断油

发动机正常运转过程中，驾驶人松开加速踏板，车辆进入滑行并反拖发动机，此时汽车不需要发动机提供动力。而由于节气门完全关闭后，进气量很小，发动机会因燃烧不良而造成有害排放物增加。因此，系统在此时将切断供油，这样可以大大降低发动机有害排放物的生成，同时也能改善燃油经济性。一般是当发动机转速降到1200～1500r/min时，喷油会恢复正常。