內燃機電子控制系統上海交通大學內燃機研究所周校平機械增壓概述汽車電子化被認為是汽車技術發展進程中的一次革命，汽車電子化的程度被看作是衡量現代汽車水平的重要標志，是用來開發新車型，改進汽車性能最重要的技術措施。增加汽車電子設備的數量、促進汽車電子化是奪取未來汽車市場的重要的有效手段。衡量汽車發展的重要標志－現代汽車電子技術據統計，從1989年至2000年，平均每輛車上電子裝置在整個汽車制造成本中所占的比例由16%增至23%以上。一些豪華轎車上，使用單片微型計算機的數量已經達到48個，電子產品占到整車成本的50%以上，目前電子技術的應用幾乎已經深入到汽車所有的系統。

按照對汽車行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車電子產品歸納為兩類：一類是汽車電子控制裝置，汽車電子控制裝置要和車上機械系統進行配合使用，即所謂“機電結合”的汽車電子裝置；它們包括發動機、底盤、車身電子控制。例如電子燃油噴射系統、制動防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動變速器、電子動力轉向等，另一類是車載汽車電子裝置，車載汽車電子裝置是在汽車環境下能夠獨立使用的電子裝置，它和汽車本身的性能并無直接關系。它們包括汽車信息系統(行車電腦)、導航系統、汽車音響及電視娛樂系統、車載通信系統、上網設備等。目前電子技術發展的方向向集中綜合控制發展將發動機管理系統和自動變速器控制系統，集成為動力傳動系統的綜合控制(PCM)；將制動防抱死控制系統(ABS)、牽引力控制系統(TCS)和驅動防滑控制系統(ASR)綜合在一起進行制動控制；通過中央底盤控制器，將制動、懸架、轉向、動力傳動等控制系統通過總線進行連接。控制器通過復雜的控制運算，對各子系統進行協調，將車輛行駛性能控制到最佳水平，形成一體化底盤控制系統(UCC)。

由于汽車上的電子電器裝置數量的急劇增多，為了減少連接導線的數量和重量，網絡、總線技術在此期間有了很大的發展。通訊線將各種汽車電子裝置連接成為一個網絡，通過數據總線發送和接收信息。電子裝置除了獨立完成各自的控制功能外，還可以為其它控制裝置提供數據服務。由于使用了網絡化的設計，簡化了布線，減少了電氣節點的數量和導線的用量，使裝配工作更為簡化，同時也增加了信息傳送的可靠性。通過數據總線可以訪問任何一個電子控制裝置，讀取故障碼對其進行故障診斷，使整車維修工作變得更為簡單。汽車電子技術的應用將使汽車發生以下主要變化汽車的機械結構還將發生重大的變化，汽車的各種操縱系統向電子化和電動化發展，實現“線操控”。用導線代替原來的機械傳動機構，例如“導線制動”、“導線轉向”、“電子油門”等。汽車12伏供電系統向42伏轉化。隨著汽車電子裝置越來越多，消耗的電能正在大幅度地增加。現有的12伏動力電源，已滿足不了汽車上所有電氣系統的需要。今后將采用集成起動機-發電機42伏供電系統，發電機最大輸出功率將會由目前的1千瓦提高到8千瓦左右，發電效率將會達到80%以上。42伏汽車電氣系統新標準的實施，將會使汽車電器零部件的設計和結構發生重大的變革，機械式的繼電器、熔絲式保護電路將被淘汰。

汽車電子技術的應用將使汽車更加智能化。智能汽車裝備有多種傳感器，能夠充分感知駕車者和乘客的狀況，交通設施和周邊環境的信息，判斷乘員是否處于最佳狀態，車輛和人是否會發生危險，并及時采取對應措施。今天，社會進入了信息網絡時代，人們希望汽車不僅僅是一種代步工具，更希望在汽車是生活及工作范圍的一種延伸，在汽車上就像呆在自己的辦公室和家里一樣，可以收聽廣播，打電話，上互聯網，處理工作。隨著數字技術的進步，汽車也將步入多媒體時代。利用windows操作系統開發的車載計算機多媒體系統，具有信息處理、通訊、導航、防盜、語言識別、圖像顯示和娛樂等功能。汽車裝置自動導航和輔助駕駛系統，駕駛員可把行車的目的地輸入到汽車電腦中，汽車就會沿著最佳行車路線行駛到達目的地。人們可以通過語言識別系統操縱著車內的各種設施，一邊駕駛著汽車，一邊欣賞著音樂電視，還可上網預定飯桌、機票等。2005年中國汽車電子品牌市場結構

可以說汽車電子行業已經成為汽車全行業中最具發展潛力、最具附加值的組成部分。但是中國的汽車電子工業的發展卻落后于中國汽車工業的發展速度。計世資訊（CCW

Research）的調研分析表明，2005年中國汽車電子企業或涉及汽車電子生產的企業有1000多家，但絕大部分企業規模都太小，中國汽車電子市場仍主要由全球主力汽車電子廠商所掌控，多家廠商分踞市場，競爭激烈，排名前十位的汽車電子廠商依次是博世、德爾福、偉世通、德國大陸、現代莫比斯、深圳航盛、摩托羅拉、電裝、西門子VDO、法雷奧。2005年這十家廠商占據了中國汽車電子70.5％的市場份額，其中博世市場占有率為18.5%，排名第一，博世以領先于第二名德爾福7.5個百分點的絕對優勢。

參考文獻汽車構造2000年人民郵電出版社車排放污染物控制實用技術1999年人民交通出版社現代汽車電子－南京交通技師學院控制技術1998年科學技術文獻出版社AUTOMOBILEELECTRONIC1995ERICCHOWANITZSAEINTERNATIONALAUTOMOBILEELECTRICAL&ELECTRONICSYSTEMS1995TOMDENTONSAEINTERNATIONAL先進高壓共軌技術RobertBoschGmbH

汽車柴油機動力系統AutomotivePowertrainDieselSystems.SiemensHEUI電控系統，CaterpillarECD-U2電子控制系統，DensoTDI發動機性能，Valkswagen

國家標準《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）》(GB17691－2005)《車用壓燃式發動機和壓燃式發動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法（GB3847－

2005）》自2005年7月1日起實施。《點燃式發動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）（GB18285－

2005）》自2005年7月1日起實施。《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》（GB1495－

2002）

《乘用車燃料消耗量限值》（GB19578－

2004）一.汽油機的電子控制系統1.為何要淘汰化油器式汽油機2.了解電控汽油噴射系統的組成和工作原理。3.了解電控汽油噴射系統的控制功能。4.了解電控汽油機的發展趨勢

二.柴油機的電子控制系統1.了解柴油機電子控制燃油噴射系統的發展過程及發展趨勢。2.掌握柴油機的三代電控燃油噴射系統的劃分方法，及其在噴油量控制、噴射壓力控制、噴射定時控制、噴油速率控制等方面的區別。3.了解第一代位置控制式和第二代時間控制式的電控燃油噴射系統中的各種不同類型4.掌握柴油機電控系統是如何實現噴油過程和進氣過程的綜合管理的。5.了解柴油機排氣后處理各種措施及相應裝置的基本工作原理。

一.汽油機的電子控制系統前言影響汽油發動機排放的最主要因素是混合氣的空燃比，理論上一公斤燃料完全燃燒時需要14.7公斤的空氣。這種空氣和燃料的比例稱為化學當量比。空燃比小于化學當量比時供給濃混合氣，此時發動機發出的功率大，但燃燒不完全，生成的CO、HC多。當混合氣略大于化學當量比時，燃燒效率最高，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多。

供給稀混合氣時，燃燒速度變慢，燃燒不穩定，使得HC增多。在電控汽油噴射系統中采用閉環控制的方式，將空燃比控制在化學當量比附近，并在排氣系統中消聲器前安裝一個三元催化轉化器，對發動機進行后處理，是當前減少汽車排氣污染物的最有效方法。在化學當量比附近，轉化器的凈化效率最高。化油器的功能和缺點燃油霧化程度受空氣密度影響式中：dmax-油滴的最大半徑；a－汽油空氣界面的表面張力系數（N/m）；wo－油滴對于空氣流的相對速度（m/s）；－空氣密度（kg/m3）。空燃比受空氣密度的影響多缸機混合氣分配不均勻負荷變動造成附加的燃油消耗和排放惡化充氣效率較低化油器結冰化油器浮子室工作受發動機姿勢的影響發動機倒拖影響排放和油耗沒有喉口，流阻小，充量系數高不需對進氣管加熱充量系數高混合氣的各缸分配均勻性好在任何情況下都能獲得精確的空燃比汽車的加速性能好汽油噴射有壓力，不會出現氣阻現象適應環境能力強（寒暑，高原，顛簸路面）可減小和避免不規則的燃燒現象經濟性，排污性有很大改良能降低發動機的總高度有利于可變機構的推廣應用，有利于維護保養，可靠性好充氣效率高良好的起動性能和減速減油或斷油概述電控汽油噴射系統（ElectronicFuelInjectionSystem）簡稱為EFI。它利用各種傳感器檢測發動機的各種狀態，經微處理器的判斷、計算，使發動機在不同工況下均能獲得合適空燃比的混合氣。電控汽油噴射系統的發展史電控汽油噴射系統主要由下列五部分組成：

進氣系統供油系統控制系統點火系統后處理系統

工作原理進氣系統降噪部件降噪部件水分離裝置熱空氣調節發動機飾蓋油分離器旁通閥加熱管發動機環境防雪閥系統(AASS)新鮮空氣進氣管干凈空氣進氣管進氣歧管空氣濾清器曲軸箱通風系統空氣質量流量計增壓發動機渦輪增壓器中冷器新鮮空氣進氣管降噪設計降噪部件發動機二次空氣系統進氣系統結構示意圖網格彈簧閥門補充進氣前端進氣3.防雪閥系統避免雪侵入空氣濾清器濾芯，引起發動機熄火。4.功率損耗優化生產流動模擬包裝熱力學成本噪聲過濾開發標準模擬計算結構

-靜態計算

-動態計算一維流動計算

-脈動計算-管口噪聲

-發動機性能計算三維流動計算-壓降計算

-氣體混合計

-渦流計算噪聲

-管口噪聲分析怠速時節氣門全關，由怠速執行器根據冷卻水溫、空調和動力轉向等工況調節進氣量供油系統主要由油壓調節器、噴油器和噴油泵組成。

各類汽油規范的部分質量指標供油系統燃油泵燃油泵裝在油箱內，渦輪泵由電機驅動。當泵內油壓超過一定值時，燃油頂開單向閥向油路供油。當油路堵塞時，卸壓閥開啟，泄出的燃油返回油箱。

噴油器是電磁式的。當噴油器不工作時，針閥在回位彈簧作用下將噴油孔封住。當ECU的噴油控制信號將噴油器的電磁線圈與電源回路接通時，針閥才在電磁力的吸引下克服彈簧壓力、摩擦力和自身重量，從靜止位置往上升起，燃油噴出。

多點噴油系統中噴油器通過絕緣墊圈安裝在進氣歧管或進氣道附近的缸蓋上，并用輸油管將其固定。多點噴油系統每缸有一個噴油器。英文稱為multipointinjection.簡稱為MPI。單點噴油系統的噴油器安裝在節氣門體上，各缸共用一個噴油器。英文為singlepointinjection.簡稱為SPI。油壓力調節器油壓力調節器的功能是調節噴油壓力。噴油器噴出的油量是用改變噴油信號持續時間來進行控制的。由于進氣歧管內真空度是隨發動機工況而變化的，即使噴油信號的持續時間和噴油壓力保持不變，工況變化時噴油量也會發生少量的變化，為了得到精確的噴油量，必須使油壓A和進氣歧管真空度B的總和保持不變。

控制系統由傳感器、執行器和電子控制單元三部分組成。

傳感器傳感器是感知信息的部件，負責向ECU提供發動機和汽車運行狀況。

電子控制系統ECU的功用是采集和處理各種傳感器的輸入信號，根據發動機工作的要求（噴油脈寬、點火提前角等），進行控制決策的運算，并輸出相應的控制信號。當前電控發動機中除了控制噴油外，還控制點火、EGR、怠速和增壓發動機的廢氣閥等，由于共用一個ECU對發動機進行綜合控制，所以也被稱為發動機管理系統。中間的金屬方盒為電子控制單元，箭頭指向電子控制單元的部件為傳感器，箭頭從電子控制單元出去的部件為執行器。在電控發動機中最主要的輸入接口是傳感器接口（例如轉速、負荷、溫度、壓力等）。最主要的輸出接口是控制接口，它控制外部執行機構的動作（例如：噴油器、點火模塊、噴油泵、怠速執行器等）。

執行器點火控制系統點火控制系統由傳感器、電子控制單元和執行器組成。

執行器執行器為點火模塊和點火線圈。最常見的為無分電器點火系統，它是兩個氣缸共用一個點火線圈。目前也有采用每個氣缸一個點火線圈的。

為了滿足發動機各種工況的要求，混合氣的空燃比不能都采用閉環控制，而是采用閉環和開環相結合的策略。

主要分為三種控制方式：冷起動和冷卻水溫度低時通常采用開環控制方式。

由于起動轉速低、冷卻水溫度低、燃油揮發性差，需對燃油進行一定的補償。混合氣空燃比與冷卻水溫度有關，隨著溫度增加，空燃比逐漸變大。部分負荷和怠速運行時此時可分為兩種情況：

若為了獲得最佳經濟性，可采用開環控制方式，將空燃比控制在化學計量比狀態下工作。

為了獲得低的排放，并有較好的燃油經濟性，必須采用電控汽油噴射系統加三元催化轉化器，進行空燃比閉環控制。其主要的化學反應如下：1．CO和HC的氧化反應

2.NO的還原反應3．其它反應上面最后一個反應生成氨是不希望的，可以通過合理選擇催化劑材料加以避免。三效催化轉換器同時降低三種排氣污染物的效果只有在汽油機在過量空氣系數λ為1時才能實現。因為，NOx在催化器中的還原需要H2、CO和HC等作為還原劑。空氣過量時，這些還原劑首先和氧反應，所以NOx的還原反應就不能進行。空氣不足時，CO和HC則不能被完全氧化。過量空氣系數對三效催化轉化器中三種主要污染物CO、HC和NOx的轉化效率的影響見圖所示。

空燃比控制策略圖中虛線部分為未加三元催化轉化器時，CO、HC和NOx排放濃度與空燃比的關系。實線部分采用三元催化轉化器后CO、HC和NOx與空燃比的關系。從圖中可看出采用三元催化轉化器時只有當空燃比在化學計量比附近很窄范圍內HC、CO和NOx排出濃度均較小。裝有電控汽油噴射發動機采用閉環控制方式，才能使混合氣空燃比嚴格控制在化學計量比附近很窄的范圍內，使三元催化轉化器凈化效率最高。節氣門全開（WOT）時：為了獲得最大的發動機功率和防止發動機過熱，采用開環控制，將混合氣空燃比控制在12.5～13.5范圍內。此時發動機內混合氣燃燒速度最快，燃燒壓力最高，因而輸出功率也就越大。點火提前角控制為了使發動機發出最大功率，應使最高燃燒壓力出現在上止點后10°～15°左右，點火時刻用點火提前角來表示。它是指火花塞電極間跳火開始到活塞運行至上止點時這段時間內曲軸所轉過的角度。點火過遲：使發動機功率下降，油耗增加。點火過早：使功率下降，還容易產生爆震。發動機的最佳點火提前角，不僅要使發動機的動力性、經濟性最佳，還應使有害排放物最少。最佳點火提前角的控制策略起動期間：固定值起動后基本點火提前角的控制：由轉速和負荷確定點火提前角的修正：部分負荷工況根據冷卻水溫、進氣溫度和節氣門位置等信號進行修正。滿負荷工況要特別小心控制點火提前角，以免產生爆震。最大和最小提前角的控制：微處理器計算的點火提前角必須控制在一定范圍內，否則發動機很難正常運轉。閉合角控制閉合角是沿用了傳統點火系的概念。在電子控制的點火系統中是指初級電路接通的時間。點火線圈的次級電壓是和初級電路斷開時的初級電流成正比。通電時間短時，初級電流小，會使感應的次級電壓偏低，容易造成失火。初級電流大，對點火有利；但通電時間過長，會使點火線圈發熱，甚至燒壞，還會使能耗增大。因此要控制一個最佳通電時間。蓄電池電壓下降時，在相同的通電時間里初級電流能達到的值會變小。因此要對通電時間修正。爆震控制汽車發動機利用電火花將混合氣點燃，并以火焰傳播方式使混合氣燃燒。如果在傳播過程中，火焰還未到達時，局部地區混合氣自行著火燃燒，使氣流運動速度加快，缸內壓力、溫度迅速增加，造成瞬時爆燃，這種現象稱為爆震。

爆震傳感器爆震會使氣體強烈振動，產生噪音；也會使火花塞、燃燒室、活塞等機件過熱，嚴重情況會使發動機損壞。在發動機結構參數已確定的情況下，采用推遲點火提前角是消除爆震既有效又簡單的措施之一。裝有爆震傳感器的發動機能檢測爆震界限，通過電子控制單元將點火時刻調到接近爆震極限的位置，從而改善了發動機的性能。當發動機出現爆震時，ECU根據爆震程度，推遲點火時刻，爆震程度大的，不僅推遲的角度大，而且是先快后慢，直到爆震消失為止。為了保證良好的發動機性能，爆震消失后，又將點火提前角逐步加大，增加的速率也分為快、慢兩種。當發動機再次出現爆震時，點火提前角再次推遲。通常點火提前角推遲的速率要大于點火提前角增加的速率。

排氣再循環控制通常用EGR率表示EGR的控制量。它用進入氣缸的混合氣中廢氣的比例表示。EGR率與發動機動力性、經濟性和排放性能有關。EGR率增加過大時，使燃燒速度太慢，燃燒變得不穩定，失火率增加，使HC也會增加；EGR率過小，NOx排放達不到法規要求，易產生爆震，發動機過熱等現象。因此EGR率必須根據發動機工況要求進行控制。

EGR閥與控制控制EGR控制系統中，EGR閥是關鍵部件。不同的EGR率是通過EGR閥的調節來實現的。電控發動機中廣泛采用電子控制EGR閥方法。直線型EGR閥是由ECU控制針閥位置，調節從排氣進入進氣歧管孔口的大小，精確地控制EGR率。EGR工作期間通過監測針閥位置反饋信號控制針閥位置。并根據冷卻水溫度、節氣門位置和進氣流量控制EGR針閥的位置。EGR的控制策略：增加EGR率可以使NOx排出物降低，但同時會HC排出物和燃油消耗增加。因此在各種工況采用的EGR率必須是對動力性、經濟性和排放性能的綜合考慮。試驗結果說明：當EGR率小于10%時，燃油消耗量基本上不增加，當EGR率大于20%時，發動機燃燒不穩定，工作粗暴，HC排放物將增加10%。因此通常將EGR率控制在10%～20%范圍內較合適。隨著負荷增加EGR率允許值也增加（陰影部分）怠速和低負荷時，NOx排放濃度低，為了保證穩定燃燒，不進行EGR。只有熱態下進行EGR。發動機溫度低時，NOx排放濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機時不進行EGR。大負荷、高速時，為了保證發動機有較好的動力性，此時混合氣較濃，NOx排放生成物較少，可不進行EGR或減少EGR率。廢氣再循環量對NOx排放和油耗的影響還受到空燃比、點火提前角等因素的影響。因此在EGR率進行控制時，同時對點火等進行綜合控制，就能得到較好的發動機性能。燃油蒸發為了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，電控發動機普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在發動機不運轉時被碳罐中的活性碳所吸附，當發動機運轉時，依靠進氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發動機中。電子控制單元根據發動機的工況通過電磁閥控制真空度的通或斷達到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可減少大氣中的碳氫化合物和節約燃料。

缸內直噴采用電控缸內直接噴射方法，在火花塞附近供給濃混合氣，以利著火；在其它區域供給稀混合氣，進行分段噴油。達到分層燃燒的目的。據報導空燃比為30時，仍可燃燒。此種方法可節約燃料三分之一以上。為了減少稀燃時的NOx,在排氣系統中安裝了兩只溫度傳感器、兩只氧傳感器和兩級催化轉化器。

缸內直噴式汽油機(GasolineDirect-Injection)汽油缸內直噴GDI（GasolineDirectInjection）、柴油高壓共軌（CR）、渦輪增壓中冷（TCI）、可變配氣相位（VVT）是現代提高乘用車發動機性能的四大先進技術。汽油缸內直噴（GDI）：這一技術的最大特點是將通過高壓油泵提高壓力后的汽油，通過高壓油軌和噴油器，將其直接噴入缸內，從而使缸內的汽油得到充分霧化，并和空氣盡可能按照最優化的模式進行混合，提高了燃燒過程的可控性，并大大優化了整個燃燒和做功過程。它具有使發動機得到更高的充氣效率、更精確的瞬態和過渡工況的供油控制、大大增強發動機的抗爆性和充分提高燃燒熱效率等優點，使發動機在獲得更高的動力性的同時擁有更好的燃油經濟性。GDI技術一般可使發動機的功率達到同排量非直噴發動機的1.5～1.7倍，燃油效率提高20％以上。

柴油高壓共軌（CR）：該技術將由高壓油泵產生的1600大氣壓的柴油經油軌和噴油器，在數毫秒的時間內最多可分5次直接噴入缸內燃燒室，使高度霧化的柴油和空氣混合并燃燒。精確控制的多次噴射達到了優化燃燒過程，可以增加功率、降低油耗、降低振動噪音、減少NOx及HC排放并消除黑煙，使柴油機在進一步提高并保證原有的高燃油經濟性和大扭矩的優點的同時，實現了與汽油機相當的低噪音、低排放和大功率。渦輪增壓中冷（TCI）：渦輪增壓中冷技術利用發動機排出的廢氣推動渦輪，并通過渦輪帶動壓氣機，增加發動機的進氣壓力、提高進氣密度，這樣通過增加單位體積里參加做功的氣體的質量，提高單位做功體積的功率密度，從而提高發動機的功率和扭矩。同時，增壓后提高了缸內混合氣燃燒的速率和燃燒充分性，不但大大提高了燃油經濟性，還減少CO和HC等有害氣體的排放。中冷是協助將增壓后比較高的進氣溫度降下來，從而更好地保證進氣密度，提高進氣效率，保證發動機的增壓效果。一臺發動機應用渦輪增壓中冷技術后，其功率和扭矩可增加４０％以上，燃油消耗可以降低10%-15%左右。可變配氣相位（VVT）：可變配氣相位（VVT）技術指的是發動機的配氣相位可以根據性能需要適時的改變，即根據燃油經濟性、動力性和排放控制的要求對不同的工況采用不同的氣門正時相位，以達到進氣系統的最優化，對降低發動機油耗、提高低速扭矩、改善功率特性有顯著效果。此外，VVT技術在提高發動機性能的同時可以降低污染排放，從而取代或減少在排放控制零部件上的投入，甚至可以免去安裝EGR、二次空氣等裝置就可以達到苛刻的排放法規的要求。發動機采用該技術可以達到增加功率、減少油耗，改善排放的目的。GasolineDirect-Injection發動機

化油器（carburetor）發動機是在進氣管道的化油器位置上吸出汽油，與空氣混合，霧化形成混合氣，經氣門進入氣缸。電控汽油噴射發動機一般是在進氣歧管，氣門之前的位置上噴射汽油PFI（portfuelinjection）發動機，再經氣門進入氣缸。因此，進氣口處的油膜如同電容，具有積分作用，發動機瞬時供油量不能通過噴油器實現精確控制。由于部分蒸發現象導致油量控制延遲和計量偏差，冷起動時由于燃油蒸發困難，使得實際供油量遠大于需求的供油量，這樣單質冷起動時發動機4個～10個循環的不穩定燃燒，顯著增大發動機CO、HC。直噴式汽油(GasolineDirect-Injection)發動機，將噴油嘴安裝在燃燒室內，將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內，空氣則通過進氣門進入燃燒室與汽油混合成混合氣被點燃作功，這種形式與直噴式柴油機相似，因此有人認為缸內噴注式汽油發動機是將柴油機的形式移植到汽油機上的一種創舉。

缸內噴注的關鍵在于產生與傳統發動機不同的缸內氣流運動狀態，通過技術手段使噴射入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉渦流。因此GDI采用了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉噴射器等三種技術手段。立式吸氣口代替傳統的橫向吸氣口，通過來自上方的強大下降氣流，形成與以往發動機相反的缸內空氣流動－縱向渦流轉流。彎曲頂面活塞利用活塞頂的凸起形狀，增強了這個縱向渦流轉流，再通過高壓旋轉噴射器噴射出霧狀汽油，在壓縮沖程后期的點火前夕，被氣體的縱渦流融合成球狀霧化體，形成一種以火花塞為中心，由濃到稀的層狀混合氣狀態。這樣，從總體上看，雖然混合比達到40：1，但聚集在火花塞周圍的混合氣卻很濃厚，很容易點火燃燒。活塞頂的形狀對缸內氣流的作用。活塞在上止點位置時，活塞頭頂面與氣缸蓋之間的間隙叫做燃燒室，燃燒室的容積是決定發動機性能的重要因素。GDI活塞頂面的凸起部分象屋頂，又稱“彎曲頂面活塞”，它縮小了燃燒室的容積，有助于形成強勢渦流。縮小燃燒室容積必然提高了壓縮比，因此GDI的壓縮比達到12：1，比以往發動機高出1/3左右。壓縮比提高了，缸內溫度必然也隨之提高，有助于稀燃。壓縮比高，輸出功率增大，這樣也就彌補了稀燃帶來的功率損失。壓縮比提高也就是說缸內壓力提高了，與之配合的是高壓燃料泵，用高壓方式將汽油送進燃燒室內。但是，汽油的性質決定壓縮比只能局限于一定的限度內，否則就會出現爆燃，為了避免這一現象，GDI分兩步噴射的過程。第一步在進氣沖程中噴射汽油以降低氣體溫度，適應高壓縮比；第二步在壓縮沖程后期噴射汽油，形成上面闡述過的層狀混合氣形態。這是一環扣一環的技術，相輔相成，缺一不可。稀燃技術有省油的優點，但因為高壓高溫環境也會產生NOx（氮氧化物）排放過高的現象。GDI采用了EGR技術解決這個問題。所謂EGR是指排氣再循環技術，將排出氣缸已經燃燒過的部分氣體利用氣門重疊時間再回到氣缸中，降低燃燒的最高溫度從而降低NOx的排放量，GDI的NOx可下降了90%。缸內噴注式汽油發動機的優點是油耗量低，升功率大。混合比達到40:1（一般汽油發動機的混合比是15:1），也就是人們所說的“稀燃”。機內的活塞頂部一半是球形，另一半是壁面，空氣從氣門沖進來后在活塞的壓縮下形成一股渦流運動，當壓縮行程行將結束時，在燃燒室頂部的噴油嘴開始噴油，汽油與空氣在渦流運動的作用下形成混合氣，這種急速旋轉的混合氣是分層次的，越接近火花塞越濃，易于點火作功。由于缸內噴注壓縮比達到12，與同體積的一般發動機相比功率與扭矩都提高了10％。

這種缸內噴注式汽油發動機是由日本三菱汽車公司創制的，這種稱為1.8升頂置雙凸輪軸16氣門4G93型發動機最早安裝在三菱HSR-V型概念車上，并在96年6月北京國際車展上廣泛做了宣傳，但當時許多人認為這種發動機只是一種“概念”而已，沒有引起足夠的重視。但隨著這幾年美日歐等國大汽車廠商豐田、本田、奔馳、通用等對這種汽油發動機都產生了興趣，紛紛修改了原來的方案研究起缸內噴注式汽油發動機，認為這種發動機很可能會成為下世紀初汽油發動機的主要機型，人們又重視起來缸內噴注汽油發動機的發展狀況了。而現在三菱的GDI發動機已經得到了長足的發展，無論是先進性還是實用性都滿足市場的需要，三菱還將在2007年推出新一代的GDI發動機。

與傳統進氣道燃油噴射PFI（PORTFUELINJECTION）相比，汽油機GDI技術優點主要為：

1.可以實現分層稀燃，使壓縮比提高至12～14。2.部分負荷時采用像柴油機那樣的質調節(無節氣門的節流損失)，可大幅度提高指示效率，達到節能15%～20%的目標，即達到直噴式柴油機的燃油經濟性水平。3.循環熱量的利用更合理(因混合氣同時被燃燒室壁和活塞加熱，使這一部分循環熱量被利用而不是傳給冷卻水)，熱損失小，故熱效率較高。4.因進氣充量溫度較低，所以具有較高的充氣效率和抗爆震特性。5.因汽油直接噴入缸內，即使在低溫下也具有良好的加速響應性和優異的瞬態驅動特性。GDI燃燒本身仍有很多不足之處需要改進：

1.GDI發動機的噴油器放在氣缸內，由于噴油壓力低，噴孔沒有自潔作用，因此很容易結垢，從而使噴霧特性變壞，噴油量減少，使發動機的燃燒惡化，影響發動機的功率輸出和排放。2.GDI的火焰在快速傳播的同時，會出現部分火焰熄滅的現象，這就會使HC的排放增加，另外，缸內壁面的燃油附著、著火延遲等情況也會使HC的排放增加。3.由于氣缸內混合氣的濃度和溫度分布不均勻，NOx在高溫區生成較多，而高空燃比造成的氧含量過高，又使對NOx的處理難度增加。4.傳統的三元轉換器只能在空燃比為14.7附近內的小范圍內工作，顯然已不適合稀薄燃燒。5.發動機不同負荷的噴油時刻相差較大，發動機各種負荷的平滑過渡也有待進一步解決，成品發動機的成本較高，目前也很難大量占有市場。

為了解決GDI汽油機存在的這些問題，必須作進一步的深入研究，開發出一些切實可行的新技術：1.二次混合技術目的是減少積炭的生成，提高GDI汽油機的機械抗爆性，進一步增大壓縮比，提高發動機的機械效率。二次混合技術是指在進氣行程中先噴入所需燃料的1/4，形成極稀的均質混合氣。在壓縮行程后期再次噴射，噴入剩余燃料，形成分層混合氣。故在火花塞點火前，缸內混合氣形成超稀均質混合氣和較濃的分層混合氣。火花塞點火時，首先在濃混合氣處形成較強的火焰，迅速向稀混合氣空間傳播，因火焰較強，可點燃稀混合氣。稀混合氣的燃燒又會反射，促進濃混合氣再次燃燒，使燃料充分燃燒，減少了積炭的產生。

2.二次燃燒和反應式排氣管目的是降低HC排放。二次燃燒是指在進行正常分層燃燒的怠速運轉時，除了在壓縮行程后期噴油外，在膨脹行程后期再次噴入少量燃油，在缸內高溫、高壓氣體的作用下點火燃燒并使排氣溫度提高。通常起動后的怠速狀態下的排氣溫度為200℃左右，使用二次燃燒可使排氣溫度上升到800℃。這樣可大大加快催化劑開始工作的時間。反應式排氣管可使發動機的排氣在排氣管中滯留，激活與空氣的反應，并使膨脹行程后期的二次燃燒反應在排氣管中繼續進行，從而加速激活催化劑，使HC排放降低。3.廢氣再循環(EGR)EGR是降低NOx排放的一種有效方法。EGR可有效降低缸內最高燃燒溫度及氧氣的相對濃度，從而降低NOx排放。在GDI汽油機中，因稀燃使缸內富余氧氣較多，可使用較高的EGR比率而不會使燃燒惡化。如果將再循環廢氣與可燃混合氣進行分層，減少廢氣與可燃混合氣的摻混，保證點火時刻火花塞附近有適于著火的混合氣，避免廢氣靠近火花塞，能大大提高EGR比率，從而大大降低NOx排放。采用電控EGR可以精確控制EGR比率，較好地解決發動機的動力性和經濟性與NOx排放之間的協調問題。4.稀燃催化器稀燃催化器的開發將直接影響到GDI汽油機排放問題的解決。目前正在開發的各種適用于稀燃的催化器有稀燃選擇還原型NOx催化器、吸藏還原型NOx催化器、未燃HC氧化催化器等。但這些催化器都不同程度地存在轉化效率低、工作溫度范圍窄、性能不如傳統的三元催化器等問題，還需進一步的研究。直噴技術產生了2個新的概念：均勻燃燒和分層燃燒均勻燃燒：在全負荷時，燃油噴射與進氣同步，燃油得到完全霧化，使混合汽均勻地充滿燃燒室，自然會得到充分的燃燒，使發動機動力得到淋漓盡致的發揮。在均勻燃燒時有著和傳統噴射發動機相同的空氣與燃油混合比，即空燃比是14.7∶1，此時的lambda值是1。而燃油的蒸發又使混合汽降溫，去除了爆震的產生。也就是說在均勻燃燒情況下，在獲得高動力輸出和扭矩值的同時付出了較低的燃油消耗。分層燃燒：它出色的經濟性主要表現在部分負荷時的分層燃燒，可燃混合物只分布在火花塞周圍，換句話說，空燃比是14.7∶1的混合氣集中在火花塞周圍，在燃燒室的其他部分則是純凈的空氣。混合氣層的大小范圍精確地反映了瞬時發動機動力的需求。在分層燃燒時，直到壓縮行程時才噴射燃油，油霧直接進入燃燒室中的空氣，而噴油就發生在點火前瞬間。分層燃燒時lambda值達到4，可見發動機在中、低速時燃油是多么節省。另一個優點是，在燃燒時空氣層隔絕了熱，減少了熱量向汽缸壁的傳遞，從而減少了熱量損失提升了發動機熱效率。FSI（Fuel

Straight

Injection）燃油分層噴射發動機，有2個觸酶轉化器，在排氣歧管后面是三元催化轉換器，再后面是NOx儲存型轉化器。排放達到了歐Ⅳ。如果說三菱的GDI噴油很直接，FSI噴油是間接式的。大眾的FSI把噴油嘴安放在進氣門附近上，同樣是兩次噴油，但噴油方向是對準活塞，而且在活塞上有個U型槽，燃油噴射出來后，會隨著凹槽轉變方向，目的地也是火花塞附近。因此也實現了在火花塞附近形成較濃的混合氣，達到燃油分層的目的。大眾的目的似乎很單純，就是想要節油，活塞上的U型槽，有助于產生更多的缸內渦流，使混合更充分。但如果轉速過高，這種渦流反而會影響進排氣效率，降低燃燒效率，所以這就如同柴油機，不能將轉速做得過高。FSI發動機可以根據發動機負荷工況，自動選擇兩種運行模式。在低負荷時采用分層噴射模式實現分層稀薄燃燒，在高負荷時使用均勻噴射模式實現勻質燃燒。在低負荷時（分層稀薄燃燒），油門為半開狀態，燃油系統在發動機壓縮沖程噴注燃油（被稱為顛覆教科書的FSI技術的創新之處），特別的活塞頂設計使吸入的空氣和噴入的燃油形成滾流，僅在火花塞周圍形成達到理論空燃比的足以燃燒的空燃混合氣，來引燃整個燃燒室內的混合氣；而在燃燒室的其他地方則為富含空氣的高空燃比混合氣，所以形成稀薄燃燒。

在高負荷時（勻質燃燒），根據吸入空氣量精確控制地燃油的噴注量，燃油與空氣同步注入汽缸并充分霧化混合（進氣沖程），使符合理論空燃比的混合氣均勻地充滿燃燒室，即，形成勻質燃燒，充分的燃燒使發動機動力得到淋漓盡致的發揮。而燃油的蒸發又使混合氣降溫去除了爆震的產生。也就是說在均勻燃燒情況下，在獲得高動力輸出和扭矩的同時付出了較低的燃油消耗。進入我國市場的FSI發動機，只有是勻質燃燒，而無分層稀薄燃燒功能。對比國內外的標準后我們會發現，現在無鉛汽油的國家標準中，硫含量不得大于0.08%，烯烴含量不得大于35%，而國際上，無鉛汽油的這兩項標準，分別是不得大于0.02%和20%。有研究機構曾對國產90號以上無鉛車用汽油進行普查后發現，汽油質量的主要問題是烯烴含量高（前面說的造成積碳的罪魁禍首）。目前我國的汽車故障中有6%是油品問題直接引起的，有50%是間接由燃油質量引起的。汽油直噴發動機最精密的部分就應該是噴油嘴了。噴油嘴是一個高精密度的零件，噴油量的多少就取決于其環形間隙開合的大小。為了保證精確的噴油量，環形間隙很小，誤差極少。由于精度高間隙小，對粘附在間隙內的雜質的敏感性就高了，有一點雜質都會造成阻塞，導致供油不足。而積碳就是造成阻塞的主要的雜質。有資料表明，環形間隙內6/1000毫米厚的積碳就會使噴油嘴油量下降26%。它還會改變燃油噴射方向，導致混合氣不均勻，使汽車動力性能下降。很多人都認為積碳是由于使用燃油標號低造成的，多花點錢加注高標號汽油就可以緩解，可惜真正造成積碳的罪魁禍首是汽油中的烯烴。任何汽油都含有烯烴，但如果汽油含有大量烯烴就會在常溫液態條件下與空氣中的氧發生自氧化反應，生成低聚粘稠物，即膠質，膠質分子容易吸附在金屬表面形成沉淀。噴油嘴停止工作后，膠質被烤熔凝結在環形間隙上，日積月累后形成積碳。

很不幸的是這個問題已經在FSI發動機適應性實驗中被驗證了，有資料稱，一汽大眾對裝備FSI發動機的奧迪轎車進行了全路況測試，其中包括新疆的含氧量稀少的地區，但效果不能令人滿意。最主要的原因就是因為國內燃油含有雜質較多，在長時間行駛后，容易在噴油嘴上形成膠質，堵塞噴油嘴。這僅僅是試車實驗，如果是長期使用，大面積積碳的危害就會暴露出來。

2002年的那場武漢砸奔馳的鬧劇原因是：低標號劣質燃油可以在一年之內讓奔馳的2.3L多點順序噴射發動機出現動力不足。2005年震驚全國的哈爾濱劣質汽油事件中，嚴重膠質超標的劣質汽油在一個星期之內嚴重損壞上千臺汽車發動機，不少車輛發動機氣門被黑色膠質糊住，導致發動機無法正常工作。2005年國家質檢總局公布的車用無鉛汽油全國質量抽查結果，抽查的93號車用無鉛汽油抽樣合格率僅為80.6%。抽查結果表明，以中石油、中石化為代表的國有控股加油站的產品質量較好，抽樣合格率達93.9%。集體和私營加油站的汽油產品抽樣合格率僅為44.4%。

減少排放物的新手段試驗結果表明：CO、HC和NOx三種排放物在第一個十五工況循環中將占總排放量的70～80%，因此今后解決排放的重點在：降低HC排放；改善怠速和暖機期間的排放；盡可能地縮短催化器的加熱時間，在催化器達到起燃溫度之前，最大程度地降低發動機排出的廢氣。加州Tier01990

美國Tier01990

歐洲StepI1992三元催化器

加州Tier11992

美國Tier11993

歐洲StepII1996改進的三元催化器預熱時就加熱催化器（推遲點火提前角），

排氣再循環

LEV1994ULEV1994

歐洲StepIII2000

歐洲StepIV2005進一步改進三元催化器，使催化器緊接排氣總管、濃混合氣加熱和引入二次空氣。催化器快速加熱，加強氧傳感器閉環控制，包括使用兩個氧傳感器、瞬態燃油控制和廢氣再循環。法規關鍵方法的典型應用關鍵附加方法的典型應用中小型機動車用4－6缸發動機帶有在集成診斷系統OBDII的發動機管理系統

采用集成診斷系統此系統的要求：系統監測：監測所有與排放相關的部件和系統；部件保護：防止關鍵部件的損壞(如三元催化器)；應急反應：設置故障時傳感器的代用值或“跛行回家”方式信息存儲：存儲故障發生時的有關信息超標顯示；當廢氣排放超過限定標準時給出顯示；信息讀取：在維修時利用檢測設備讀取故障；重點要求為：催化器監測氧傳感器監測失火監測燃油系統監測二次空氣系統監測廢氣再循環系統監測燃油蒸汽系統監測其他系統監測檢測裝置標準化發動機相關信息的存儲“多功能指示燈”顯示標準化故障代碼的預定義電控系統抗干擾保護

由于車內電控發動機系統、底盤電子控制系統、車身電子控制系統和音響、娛樂等廣泛應用。車內開始采用CAN總線。

配氣機構精確地控制發動機的工作正時和性能輸出。雙變位或連續可變相位凸輪軸調整裝置精確地控制著凸輪的定時或用電磁閥直接驅動氣門的方法，可優化發動機的廢氣排放、性能和燃油經濟性。

思考題電控汽油噴射系統有幾部分組成？什么是SPI和MPI？試對他們進行比較？簡述噴油泵結構及其功用。簡述噴油器的工作原理。油壓調節器的作用是什么？

ECU有幾部分組成？負荷傳感器有幾種型式？起什么作用？轉速傳感器有幾種型式？說明其工作原理。氧傳感器的作用是什么？說明其工作原理。

思考題電控汽油噴射系統中怠速是怎樣控制的？發動機在各種工況下，空燃比是怎樣控制的？點火控制主要包括哪些內容？爆震控制的基本原理是什么？為什么要采用排氣再循環控制？控制策略是什么？當前采用什么措施控制燃油蒸汽的逸出？當前電控汽油機的發展趨勢是什么？簡述缸內直噴汽油機的工作原理。二.柴油機電控系統前言近年來，柴油機的關鍵技術都有很多突破性的發展。燃油噴射系統是影響燃燒過程的重要因素，高壓直噴系統和共軌系統都使柴油機的燃油經濟性和排放性能有很大改善。排氣再循環和催化器改善了柴油機的各項排放。發動機管理系統對噴油和進氣過程進行綜合控制，保證發動機能夠在保持良好的動力性基礎上，燃油經濟性和排放性能都能達到最優，同時降低振動和噪聲。柴油機燃油系統的基本功能：通過加載機構使燃油變成高壓（P）；調節每次噴油的噴油量（Q）；調節每次噴油的噴油時間（T）；將燃油分配到各個氣缸中（D）；將燃油噴入燃燒室，并使燃油霧化（I）。a)小壓力室b)無壓力室不同噴油嘴壓力室結構的示意圖雙彈簧噴油器的主要優點：低速和中速時發動機穩定性提高；可以有效地抑制發動機產生游車和抖動；降低怠速時的噪聲；隨著發動機穩定性提高，可以將發動機地怠速轉速設定得更低一些；燃油噴射更趨穩定，調速器特性更加容易與發動機相匹配；能有效降低NOx和PM排放物。當柴油發動機調速系統的動力性能達不到所要求的指標時，經常會出現“游車”現象。所謂游車,就是指柴油機轉速忽高忽低，有較大的波動，不能穩定在指定轉速下，并發出“呼嚕呼嚕”的有節奏的響聲,游車會影響柴油機的使用壽命，嚴重時還會使柴油機無法工作。造成“游車”的原因很多，有工藝性“游車”；高速“游車”以及低負荷“游車”。燃油濾清器臟堵、燃油管路堵塞、燃油系統中有空氣，噴油器故障、柴油中有水、柴油質量低劣等均可造成柴油機“游車”。

根據現代的觀點，柴油機對燃油系統的基本要求：自由控制噴射壓力；自由控制噴油時間；自由控制噴油率；精確控制每循環噴油量。柴油機電控技術的發展約比汽油機滯后10年，滯后的原因除了汽油機是轎車的主要動力，對電控需求最為迫切之外，柴油機電控燃油噴射技術的難度較大也是重要因素。就電控燃油噴射而言，汽油機主要是進氣門口噴射，對噴射正時沒有嚴格要求；柴油機則是高壓缸內噴射，而且要求在毫秒級的時間內完成噴油正時、噴油速率及噴油壓力的精確控制，難度是顯而易見的。與汽油機的電磁噴油器相比，承受壓力高了300～500倍，啟閉速度要快10～20倍。柴油發動機電控技術有兩個明顯的特點：一個特點是其關鍵技術和技術難點就在柴油噴射電控執行器上；另一個特點是柴油電控噴射系統的多樣化。柴油發動機在機械控制時代，就已經有直列泵、分配泵、泵噴油器、單體泵等結構完全不同的系統，每個系統各有其特點和適用范圍，每種系統中又有多種不同結構。實施電控技術的執行機構比較復雜，因此形成了柴油噴射系統的多樣化。電控燃油噴射系統燃油噴射系統是影響缸內燃燒過程的關鍵因素，對柴油機的動力性、經濟性和排放性能都有重要影響。要改善柴油機缸內燃燒，燃油噴射系統一方面要有理想的噴射速率特性，另一方面要提高噴射壓力。傳統的噴射系統由于結構和原理等限制，不能同時達到這兩個要求，因此，柴油機電控噴射系統逐漸發展起來。在傳統的噴射系統基礎上首先發展起來的電控噴射系統是位置控制系統，稱之為第一代電控噴射系統，而基于電磁閥的時間控制系統則稱為第二代電控噴射系統。第三代電控系統——高壓共軌系統被世界內燃機行業公認為20世紀三大突破之一，將成為21世紀柴油機燃油系統的主流。第一代位置控制系統位置控制系統不僅保留了傳統的泵－管－嘴系統，還保留了原噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽等控制油量的機械傳動機構，只是對齒條或者滑套的運動位置予以電子控制。日本Denso公司的ECD－V1，德國Bosch公司的EDC和日本Zexel公司的COVEC等都屬于位置控制的電控分配泵系統。日本Zexel公司的COPEC，德國Bosch公司的EDR系統和美國Caterpillar公司的PEEC系統等都屬于位置控制的電控直列泵系統。第二代時間控制系統時間控制系統是用高速強力電磁閥直接控制高壓燃油，一般情況下，電磁閥關閉，開始噴油；電磁閥打開，噴油結束。噴油始點取決于電磁閥關閉時刻，噴油量取決于電磁閥關閉的持續時間。傳統噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上的斜槽和提前期等全部取消，對噴射定時和噴射油量控制的自由度更大。

日本Zexel公司的Model-1電控分配泵，美國Detroit公司的DDEC電控泵噴嘴、德國Bosch公司的EUP13電控單體泵都屬于時間控制系統。屬于第二代電控噴射系統。第三代共軌式電控噴射系統共軌式電控噴射系統改變了傳統的柱塞泵脈動供油的原理，通過油錘響應、液力增壓、共軌蓄壓或者高壓共軌等形式形成高壓。采用壓力時間式燃油計量原理，用電磁閥控制噴射過程，可以實現對噴射油量和噴射定時的靈活控制。高壓共軌系統被世界內燃機行業公認為20世紀三大突破之一，將成為21世紀柴油機燃油系統的主流。德國Bosch公司、日本Denso公司和英國Lucas公司都研制出了電控高壓共軌系統，并開始小批量向市場供貨。德國戴姆勒·奔馳公司利用Bosch公司的技術首先在世界范圍內推出了采用新型高壓共軌燃油噴射系統的4氣門直噴式柴油機，并用于A、C級轎車上。日本Hino公司利用Denso公司的技術在新型K13C型柴油發動機和J系列柴油發動機上均采用了高壓共軌系統，日本Mitsubishi公司也利用Denso公司的技術在重型柴油發動機上應用了高壓共軌系統。電磁閥式噴油器第三代共軌電控噴射系統高壓共軌系統利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，并消除燃油中的壓力波動，然后再輸送給每個噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實現噴射的開始和終止。其主要特點可以概括如下：共軌腔內的高壓直接用于噴射，可以省去噴油器內的增壓機構；而且共軌腔內是持續高壓，高壓油泵所需的驅動力矩比傳統油泵小得多；通過高壓油泵上的壓力調節電磁閥，可以根據發動機負荷狀況以及經濟性和排放性的要求對共軌腔內的油壓進行靈活調節，尤其優化了發動機的低速性能。通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時，噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調節不同工況下預噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。

高壓共軌系統由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類傳感器和執行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進油口，由發動機驅動的高壓油泵將燃油增壓后送入共軌腔內，再由電磁閥控制各缸噴油器在相應時刻噴油。預噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內發生預混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內壓力升高率和峰值壓力都會下降，發動機工作比較緩和，同時缸內溫度降低使得NOX排放減小。預噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統的冷起動性能。主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內噴入氣缸內的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期，使燃燒在發動機更有效的曲軸轉角范圍內完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳氫排放。目前，開發出的新一代壓電直列式噴油器將代替電磁閥式噴油器。用于噴油器的壓電晶體的結構采用-多層技術多層壓電晶體執行器由20～200陶瓷層燒結而成，層與層之間有電極，形成壓電晶體堆，生產技術與電容器相似。利用逆壓電效應，在電場驅動下將電能轉換為機械力或機械運動。壓電直列式噴油器省去了回油管，在結構上更簡單。噴射壓力可從20～200MPa彈性調節，能精確控制小行程的噴油量，最小噴射量可控制在0.5mm3。它直接將電能轉換為線形運動（機械能）。壓電晶體作用升程為其厚度的1/1000，動態響應快，全行程動作時間≈30，并允許針閥在低壓時緩慢開啟，針閥開關迅速，重復性好。具有結構簡單，位移精度高，響應快等特點。多層壓電驅動器驅動電壓低（可以在5V下驅動），可應用于強磁場和真空環境，極低功耗、無磨損、可用于低溫環境、無電磁噪聲、響應快（微秒級）、大驅動力（可以達到50000N）、耐久性高（大于109循環）。共軌系統第3代——壓電式(piezo)共軌系統，壓電執行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的噴射控制。沒有了回油管，在結構上更簡單。壓力從200～2000bar彈性調節。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOx的排放。柴油共軌系統已開發了3代。第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導致能量的浪費和很高的燃油溫度。第二代可根據發動機需求而改變噴油壓力，并具有預噴射和后噴射功能。第三代共軌系統為壓電式共軌系統。