内燃机电子控制
内燃机电控技术的发展
历程
本课程的结构
内燃机电控的发展历史
汽油机电控的发展历史
内燃机电控起源于汽油机
飞机用汽油机的燃油喷射（1930s）
1950s在赛车上应用
Goliath, Gutbrod, Benz（Bosch生产）在1950s
用于轿车
Bendix公司1957年首次开发电控喷油系统，用
于Chrysler汽车
汽油机电控发展历史
汽油机电控历史
1957-1960，美国公布了污染调查报告，1960年，
加州公布排放法规，1965年实施。
1967年，Bosch发表D-Jetronic系统
1972年，Bosch发表K-Jetronic, L-Jetronic系统
70年代以后，发达国家陆续推出日益严格的排放
法规。
1976年，GM首次将微机用于点火控制。
以Bosch公司为例
汽油喷射系统：
D-Jetronic/1967~1979
K-Jetronic/1973~1995
L-Jetronic/1973~1986
LH-Jetronic/1981~1998
KE-Jetronic/1982~1996
Mono-Jetronic/1987~1997
以Bosch公司为例
汽油喷射及点火系统：
M-Motronic/1979~
KE-Motronic/1987~1996
Mono-Motronic/1989~
BOSCH电控系统汽油喷射系统
单点喷射
／Mono-Jetronic
+电子点火
＝Mono-Motronica
多点喷射
机械控制 电子控制
K-Jetronic
D-Jetronic
(进气压力测量
／数字控制)
Digi-Jetronic
(数字控制)
KE-Jetronic
+电子点火
＝KE-Motronic
+电子点火
＝M-Motronic
L-Jetronic
(模拟电路)
LH-Jetronic
(热线法空气测量)
+电子点火
＝Digifant
汽油机供油系统
化油器和汽油喷射系统有共同的设计目标：
在任何工况都应 向发功机提供最佳的空气—
燃油混合气。汽油喷射系统尤其是 电子控制
的喷射系统，在精确控制混合气浓度上更胜
一筹，因此 可获得更好的燃油经济性、舒适
性、操纵性和动力件。越来越严格的排放控
制法规使得化油器面临被淘汰而燃油喷射则
越来越 普及。
汽油机供油系统
目前应用的混合气形成系统几乎全部都是在
燃烧室外形成 混合气，但缸内混合气形成的
概念，即燃油直接喷入燃烧室(GDI)，在降低
燃油消耗上的具有优越性能，现在正变成不
可忽视的发展趋势。
电控混合气形成系统
缸外混合气形成：
多点喷射系统(MPI)
机械喷射系统：K-Jetronic
机械-电子燃油喷射系统：KE-Jetronic
电子喷射系统：L-Jetronic, LH-Jetronic
单点喷射系统(TBI)：Mono-Jetronic
缸内混合气形成：
缸内直喷(DI)：MED-Motronic
分层燃烧
匀质燃烧
多点喷射
节流阀体喷射
缸内直喷
汽油机电控分类
按控制方式划分
按喷射方式划分
按控制方式分类
控制方式的种类是按空气量的检测方
式划分
直接检测方式：
质量流量方式
间接检测方式：空气流量与被测量函数
关系比较复杂
速度-密度方式
节气门-速度方式
汽油机电控发展历史
三种控制方式的特点：
质量流量方式：通过空气流量计直接测量进气空
气流量
速度-密度方式：通过转速和进气管压力推算空
气量，发动机转速变化范围为10倍，油量调节范
围为80倍，因此有较好的调节精度
节气门-速度方式：直接检测节气门开启动作，
过渡响应好。
汽油机电控发展历史
按喷射方式分类：
按喷射位置分
按喷射时间分
汽油机电控发展历史
按喷射位置分类
缸内喷射
进气道喷射
多点喷射（MPI）
单点喷射（SPI）
汽油机电控发展历史
按喷射时间分类
连续喷射
间歇喷射
与转速同步喷射
独立喷射（可用于缸内喷射和进气管喷射）
每转同时喷射
分组喷射
分2组喷射
分3组喷射
非同步喷射——频率同步喷射
汽油机电控发展历史
汽油喷射与化油器比较的优点：
可以设计出提高发动机功率的进气系统
各缸汽油分配均匀性好
不易发生结冰现象
不易产生汽阻现象
加减速时的过渡响应特性好
启动、暖机性能好
可以相对进气温度和大气压力的变化修正空燃比
汽油机电控发展历史
汽油机电控的里程碑和关键环节
机械喷射
Bendix公司的电控喷射
大功率晶体管的应用
Bosch公司的开发研制
GM公司应用微机技术的ECU
汽油机电控发展历史
汽油机控制实现微机化的优点
实现复杂的控制和自由的特性，提高整机性能
共用同一运转参数，集中控制燃油、点火系统
通过控制特性的数字化，提高稳定性
实现各种不同发动机硬件的通用化
汽油机电控发展历史
电控的数字化时代特点：
各子系统实现集中控制，改善了发动机性能
在反馈控制基础上，增加了学习控制
速度-密度方式的控制方法开发广泛化
出现了采用独立喷射方式的稀燃系统
柴油机电控发展历史
柴油机电控喷油技术发展的巨大推动力来自
各国日益严格的排放法规。
美国国会通过的“大气污染防治法”，要求将重
型卡车柴油机的排放污染降低90%。
90年代初，在欧洲出现了“3L轿车”热，即平均
车速为90Km/h时，轿车的100Km体积油耗仅为
3L。
美国西南研究所与美、日、欧等国12家主要汽车
发动机厂和五家国际上主要的燃料喷射装置生产
厂正在研制低排放柴油机，并提出了一个清洁发
动机的排放目标：NOx , 2g/马力; HC,
力; PM，
柴油机电控发展历史
柴油机电控技术在世界发达国家，如美国、
德国、日本、英国等近15年发展十分迅速，
现在已有较成熟的产品推向市场。
德国BOSCH公司的电控分配泵和电控直列泵到
1993年上半年在市场上已超过25 万台。
美国底特律柴油机公司DDEC电控泵喷嘴系统，
从1985年投产到1993年已有10 万多台投放市场
日本ZEXEL公司可变预行程的TICS系统直列泵，
1992年产量达2万台，其中大部分是电控的。
美国STANADYE公司的DS电控分配泵1995年产
量达到15万台，1996年可达到24 万台。
柴油机电控发展历史
柴油机电控燃油系统的发展已历经三代：
位置控制系统
时间控制系统
时间加共轨式
它们重点在柴油喷射电控执行器上进行区分。
按照系统产生高压燃油的机构来看，柴油喷
射系统又可分为直列式、分配泵式、泵喷嘴
式、单缸泵式、共轨式电控喷射系统。
柴油机电控发展历史
柴油机电控燃油喷射系统主要由传感器、控
制器和执行器组成
柴油机电控发展历史
位置式电控燃油喷射系统
不仅保留了传统的喷油泵—高压油管—喷油嘴
系统，而且还保留了喷油泵中齿条齿圈、滑套、
柱塞上控油螺旋槽等控制油量的机械传动机构，
只是对齿条或滑套的运动位置由原来的机械调
速器控制改为电子控制。
这种系统具有改动小，继承性好等优点，但是
其精度低、控制自由度小。
柴油机电控发展历史
位置控制式电控燃油喷射系统的技术特征
控制器通过执行机构的连续式位置伺服控制，对
喷射过程实现间接调节，故相对其它电控系统，
响应较慢、控制频率低和控制精度低。
不能改变传统喷射系统固有的特性，电控可变预
行程直列泵虽可对喷油速率起到一定的调节作用，
但却使直列泵机构复杂性加大。
柴油机的结构几乎无须改动，故生产继承性好。
位置控制式电喷系统的技术关键是：油量和
定时机构的位置伺服控制技术。
柴油机电控发展历史
时间式电控燃油喷射系统
将原来的机械式喷油器改为高速强力电磁阀喷油
器，以脉动信号来控制电磁阀的吸合与放开，以
控制喷油器的开启与关闭。
泵油机构和控制机构完全分开，燃油的计量是由
喷油器的开启时间长短和喷油压力的大小来确定
的。
喷油正时由电磁阀的开启时刻控制，从而实现喷
油量、喷油正时的柔性控制和一体控制，且极为
灵活。
柴油机电控发展历史
时间式电控燃油喷射系统的技术特征
脉动式高压燃油与开关式电磁阀直接接口。
适合于高压喷射。与位置式电控燃油喷射系统相
比，具有响应速度快、精度高的特点。
由于系统仍采用原来的喷油泵—高压油管—喷油
嘴结构，系统喷油压力仍与工况有关。电磁阀的
开闭受其响应速度影响，难以精确控制。
时间式电控燃油喷射系统的技术关键是：加
快高速强力电磁阀的响应速度。
柴油机电控发展历史
共轨+时间式电控燃油喷射系统
具有公共控制油道（共轨管），高压油泵并不直
接控制喷油器，而是共轨中供油以保持所须的压
力。通过连续调节共轨压力来控制喷射压力，采
用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射
过程。在共轨系统中，压力形成和油量输送基本
上与喷油过程无关。
高压共轨系统：其典型代表为日本电装公司
的ECD—U2系统；
中压共轨系统：其典型代表为美国BKM公司
的Servojet系统和Caterpillar公司的HEUI系统。
柴油机电控发展历史
共轨+时间式电控燃油喷射系统的技术特征
共轨油压柔性可调，摆脱了凸轮的束缚，使供油
压力不受工况的影响而能单独控制，对不同负荷
与转速可确定最佳喷射压力。
共轨中高压燃油的持续恒压反馈控制比较复杂。
共轨+时间式电控燃油喷射系统的技术关键是：
高压油控制技术、高速电磁阀技术和组合喷
油器技术
位置控制式电控柴油机
直
列
泵
日本 Zexel COPEC
高速电磁阀控制喷油时刻，
可变 电感位移传感器
控制喷油器
1983年用于车辆发
动机
德国 Bosch EDR
高速电磁阀控制齿条位置，
可调 凸轮相位
1985年，用于苯茨
OM422LA
美国 Caterpillar
PEEC-
ECD
-P3
无刷力矩电机控制齿条位
置， 线性电位器控制
喷油时间
1985年，用于本田
公司3406B
日本 丰田 ECD-P
高速电磁阀控制齿条位置，
可调
凸轮相位
1987年用于三菱
6D22T等
日本 Zexel TICS
高速电磁阀控制柱塞和齿
条位置，可变预行程，
可调凸轮速率
1987年投产， 1992
年2万台
德国 Bosch TICS
高速电磁阀控制柱塞和齿
条位置，可变预行程
1989年投产， 1993
年25万台
位置控制式电控柴油机
分
配
泵
日本 电装 ECD-V1
线性电磁阀控制滑套位置，
电磁阀控制喷油时刻
1982年，用于丰田
2L-TE型
美国 Stanadyne DCF,DS
1985年V6、V8上
实验
日本 Zexel COVEC 用于五十铃4FB1
英国 Lucas EPIC
1993年，用于苯茨
4气门柴油机
德国 Bosch
EDC-
COV
EC
旋转电磁阀控制滑套位置，
电磁阀控制喷油时刻
1993年用于苯茨
E290，4气门柴
油机
时间控制式电控柴油机
泵
喷
嘴
美国 底特律 DDEC
在机械泵喷嘴道中设高速
电磁阀，电磁阀关-始
喷，开-停喷
1985年投产， 1993
年10万台，15t
卡车
德国 Bosch DDEC
英国 Lucas EUI
日本
先进燃烧
研究所
日本 东京工大
时间控制式电控柴油机
分
配
泵
日
本
Zexe
l
EC
D
-
V
3
用溢油控制
阀调整流
量
1987年用
于丰
田3缸
直喷
机
美
国
Stan
a
d
y
n
e
DS,
R
S
用高速电磁
阀控制喷
油时刻和
流量
1994年用
于
GM6
。5L
柴油
机
时间控制式电控柴油机
中
压
共
轨
柴
油
液
压
美国 BKM Servojet
轴向柱塞泵，电子调压器，
高速电磁阀，蓄压增
压式，2~10MPa
1995年曾在贵柴
6135柴油机上
作过实验
日本 丰田 用螺线管驱动增压活塞 1996年实验
机
油
液
压
美国 Caterpillar HEUI
斜盘柱塞泵，电子调压器，
高速电磁阀，机油增
压式，4~23Mpa
1994年Perkins300
系列，五十铃
及本田卡车
美国 Commins HPI
1994年用于GM6。
5L柴油机
日本 小松
KOMPI
CS
1982年实验
时间控制式电控柴油机
高
压
共
轨
日
本
电装
EC
D
-
U
2
高压柱塞泵，
高速电磁
阀，预喷
射
1992年实
验
德
国
Bosc
h
电磁阀通电-
始喷，断
电-停喷
1998年苯
茨柴
油轿
车10
万台
英
国
Luca
s
菲亚特轿
车，
MTU
4000
系列
谢谢各位！
