《汽油喷射系统》doc版.doc

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汽油喷射系统的发展及应用自从1967年博世公司研制开发成功了K型机械式汽油喷射系统以来，汽油喷射系统经历了K型系统，KE型系统（机械与电子混合控制），EFI（电控燃油喷射系统）的发展过程。目前除少数汽车仍在采用K或KE系统外，大多数都采用了EFI电控燃油喷射系统。SPI单点燃油喷射系统因其结构较简单，只用一个喷油器，发动机结构在化油器式的基础上变动较少，成本较低，故国内外现在已经迅速推广应用在低排量的普通轿车甚至载货汽车上。大排量的轿车大多采用MPI多点喷射。目前代表国际中级轿车顶尖水平的第5代车型，如奥迪A6和帕萨特（PASSAT）B5等都是采用了多点电控喷射。而且它们还采用了德国大众集团独有的领先于世界的三大技术，即5气门技术、可变配气相位技术和可变进气管技术。以前汽车都是采用每气缸1进气门1出气门德2气门发动机，现代轿车上多数采用了2进2出的4气门发动机，而5气门发动机技术是采用3进2出的方法，在每个燃气室有5个气门，使燃气混合更快更均匀，排气也更迅速更彻底，燃烧室的空间可以得到更充分的利用。因此，发动机的动力性将得到提高，废气排放将大大减少。可变凸轮轴通过改变进排气门的开启和关闭时间（可变配气相位），使发动机在高转速工况下获得尽可能高的功率，在低转速的情况下极大的降低了燃烧不平稳性，提高转矩。采用可变通的通道进气管，即随发动机的转速和负荷改变进气路径长短，高转速时，通道变短，减少流动损失，提高高速功率。低转速时，进气通道变长，提高进气流速，增加转矩。日本日立（HITACHI）公司近年来开发了一种MSI（Multi Stream Injection）系统，即所谓单点多方向喷射系统。它采用一个喷油器同时向各缸的进气歧管喷射，因此性能要比SPI强，成本比MPI要低。且发动机的质量轻，它的质量约为2公斤，比SPI的3.4公斤及MPI的5公斤都要小的多。虽然排放性能比MPI差，但还是可以达到欧洲三号标准。目前正将该系统推广应用在小排量的3缸普及型轿车和微型车上。近年来，高档豪华轿车有采用DI（Direct Injection）系统，即采用直喷系统的趋势。该系统最早由日本三菱公司研制开发，它是将喷油器安装在每个气缸的燃油室上方，燃油直接喷入气缸内进行混合燃烧，一般喷射系统的喷射压力为250千帕，而DI系统的喷射压力将达到5兆帕以上。由于压力增大，因而燃烧更充分，效率更高，可以节约燃料20%以上，并能满足2005年开始实施的欧洲4号排放规定。但是由于它必须使用低硫汽油，其目前的应用还受到一定限制，汽油直喷式发动机的开发成功为制造出更节能、更干净的汽车提供了良好的开端。缸内直喷特别是四冲程汽油机缸内直喷是当前轿车汽油喷射中的前沿技术，电控燃油直喷式发动机将成为21世纪汽车的主流。二、 汽油喷射系统的优缺点汽油喷射系统的实质就是一种新型的汽油供油系统。化油器利用空气流动时在节气们上方的喉管处产生负压，将浮子室的汽油连续吸出，经过雾化后输送给发动机。汽油喷射系统则是通过采用大量的传感器感受各种工况，根据直接或间接检测的进气信号，经过计算机判断和分析，计算出燃烧时所需的汽油量，然后将加有一定压力的汽油经喷油器喷出，以供发动机使用。电控发动机系统取消了化油器供油系中的喉管，喷油位置在节气门下方，直接在进气门负极或缸内，有计算机控制喷油器精确供油。与化油器式发动机相比，汽油喷射系统具有以下优点：1、 提高了发动机的充气系数，从而增加了发动机的输出功率和扭矩。这是因为汽油喷射系统没有化油器的喉管，减少类进气压力的损失；汽油喷射是在进气歧管附近，只有空气通过歧管，这样可以增加进气歧管的直径，增加进气歧管的惯性作用，提高充气效率。2、 能根据发动机负荷的变化，精确控制混合气的空燃比，适应发动机的各种工况，使汽油燃烧充分，降低油耗，减少排气污染，而且响应速度快。3、 可均匀分配各缸燃油，减少了爆震现象，提高了发动机工作的稳定性。同时，也降低了废气排放和嘈声污染。4、 提高了汽车驾驶性能。在寒冷的季节里，化油器主喷油管的附近容易结冰，会造成发动机输出功率不足，而汽油喷射供油不经过节气门和进气歧管，所以没有结冰现象，从而提高了冷起动性能；另外，汽油喷射是高压供油，喷出的汽油雾滴比较小，汽油不经过进气歧管，所以，当突然加速时，雾滴较小的汽油能与空气同时进入燃烧室混合，因而比化油器供油的响应速度快，加速性能好。与传统的机化油器相比，电控汽油系统可以使汽车燃油消耗率降低5%到15%，废气排放量减少20%左右，发动机功率提高5%到10%。电控汽油喷射系统无论从燃油经济性、发动机动力性，还是从排气和嘈声污染等方面，都具有化油器式发动机无法比拟的优越性。电控汽油系统价的缺点在于价格偏高、维修要求高。 图2-1 进气系统的工作流程图三、电控汽油喷射系统的组成组成：按其部件功用来看，主要有进气系统（气路）、燃油控制系统（油路）和电子控制系统（电路）三部分。1、进气系统作用：为发动机提供必要的空气。组成：一般由空气滤清器、节气门体、节气门、空气阀、进气总管、进气歧管等部分组成。另外，为了随时调节进气量，进气系统中还设置了进气量的检测装置。 （L型） （D型）L型和D型EFI系统框图如图所示：在L型EFI系统中，采用装在空气滤清器后的空气流量计（空气流量传感器）直接测量发动机发动机吸入的进气量 。其测量的准确度高于D型EFI系统，可以精确的控制空燃比。“L”是德文“空气”的第一个字母。D型EFI系统是根据进气歧管压力传感器进行检测。由于进气管内的空气压力在波动，所以控制的测量精度稍微差些。“D”是德文“压力”的第一个字母。空气阀只是在发动机温度低时用来调节进气量，控制发动机的怠速转速。节气门总成包括控制进气量的节气门通道和怠速运行的空气旁通道。节气门位置传感器与节气门轴相连接，用来检测节气门的开度。2、燃油供给系统汽油泵气缸汽油滤清器油箱压力调节器汽油 喷 油 器冷起动喷油器燃油供给系统工作流程图作用：向气缸提供燃烧所需要的燃油。 组成：如图所示，燃油供给系统通常由电动汽油泵、汽油滤清器、压力调节器、脉动阻尼器、喷油器和冷起动喷油器组成。工作原理：如图所示，在电控汽油喷射系统中，汽油由电动汽油泵从油箱中泵出，经汽油滤清器等输送到电磁喷油器和冷起动喷油器调节器与喷油器并联，保证供给电磁喷油器内的汽油压力与喷射环境的压力之差（喷油压差）保持不变。燃油泵按其安装位置可以分为外装泵和内装泵两种。外装泵将泵装载油箱之外的输油管路中，内装泵则是将泵安装在燃油箱内。与外装泵相比，内装泵不易产生气阻和燃油泄露，而且嘈声小。目前多数EFI采用内装泵。脉动阻尼器可以消除喷油时油压产生的微小波动，进一步稳定油压。电磁喷油器按照发动机控制的喷油脉冲信号把汽油喷入进气道。当冷却水温度低时，冷起动喷油器将汽油喷入进气总管，以改善发动机低温时的起动性能。3、电子控制系统功用：根据各种传感器的信号，由计算机进行综合分析和处理，通过执行装置控制喷油量等，使发动机具有最佳性能。组成：如图所示，从控制原理来看，电控汽油喷射系统由传感器、ECU和执行器三大部分组成。传感器是感知信息的部件，功能是向ECU提供汽车的运行状况和发动机工况。ECU接收来自传感器的信息，经信息处理后发出相应地控制指令给执行器。执行器即执行元件，其功用是执行ECU的专项指令，从而完成控制目的。ECU根据空气流量计（L）型和进气歧管压力传感器（D）型和转速传感器的信号确定空气流量，在根据传感比要求即进气量信号就可以确定每一个循环的基本供油量，然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正，最后确定某一工况下的最佳喷油量。怠速控制电子点火电磁喷油器ECU基本测量用传感器用于检测发动机转速（NE ）用于检测空气量其他控制废气再循环其它传感器节气门位置传感器（TPS）爆震传感器（KNK）修正用传感器氧传感器（O2S）水温传感器（THW）曲轴角度传感器（G） 电子控制系统图三、 电控汽车喷射系统的分类1、 汽油的喷射方式分类 按汽油的喷射方式来分，电控汽油喷射系统 可以分为缸内喷射、进气管喷射两大类（1）缸内喷射 该喷射方式是将喷油器安装在缸盖上直接向缸内喷油。因此，要求喷油器阀体能承受燃气产生的高温高压。另外发动机设计时需保留喷油器发生的安全位置。缸内喷射是近几年来燃油喷射技术的发展趋势之一。（2）进气管喷射 该喷射方式是目前普遍采用的喷射方式。根据喷油器和安装位置的不同又可分为两种：1）单点喷射方式：单点喷射系统（SPI）是把喷油器安装在化油器所在的节气门段，它的外形也有一点象化油器，通常用一个喷油器将燃油喷入进气流，形成混合气进入进气歧管，在分配到各缸中。因此，单点喷射又可以 理解为把化油器换成节流阀体喷射装置（TBI），也称为中央燃油喷射（CFI）。单点喷射系统由于在气流的前段（节气门段）酒浆燃油喷入气流，因此属于前段喷射。2） 多点喷射方式： 多点喷射系统是在每缸进气口处装有一个喷油器，由电控单元（ECU）控制进行 分缸单独喷射或分组喷射，汽油直接喷射到各缸的进气门前方，再与空气一起进入气缸形成混合气。多点喷射又称为多气门喷射（MPI）或顺序燃油喷射（SFI），或单独燃油喷射（IFI）。由于多点喷射系统是直接向进气门前方喷射，因此，多点喷射属于在气流的后段将燃油喷入气流，属于后段喷射。多点喷射是目前最普遍的喷射系统。2、 空气量的检测方式分类：按空气量的检测方式来分，电控汽油喷射系统 可以分为直接式检测方式、间接式检测方式两大类 （1）直接式检测方式 该方式是由空气流量计（MAF）直接测量进入进气歧管的空气量，这种方式称为质量流量控制型，K型和L型汽油喷射系统均属于这种类型。 （2）间接式检测方式 该方式不是直接检测空气量，而是根据发动机转速和其他参数，推算出吸入的空气量，现在采用的有两种方式：一种是根据测量进气管压力和发动机转速，推算出吸入的的空气量，并计算出燃油流量的速度密度，这种方式也称为速度密度控制型。例如D型控制系统。这种控制方式由于受到进气管空气压力波动的影响。进气量的测量精度并不高，但是其进气阻力小，充气效率高。另一种是根据测量节气门开度和发动机转速，推算吸入的空气量，并计算出燃料量的节流速度，这种方式也称为节流速度控制型，由于这种控制方式换算比较复杂，只在赛车中才有使用的例子。3、按有无反馈分类：按按有无反馈来分，电控汽油喷射系统 可以分为开环控制、闭环控制两大类1）开环控制 开环控制系统只给主系统发出指令，不能检查或控制主系统的实际输出情况。它是把根据实验决定的发动机各种工况的最佳供油参数输入微机，发动机运转时微机根据各传感器的输入信号，确定喷油量，从而决定空燃比，使发动机良好运行。这种控制系统是单向的。这样，一个磨损的喷油器的实际喷油量就有可能比微机所控制喷出的喷油量要多，而微机却以为喷油量是理想的，这就使得该系统的各部件的精度要求较高，只有这样才能与输入微机的基准数据保持一致。2）闭环控制 闭环控制是通过对输入信号的检测并利用反馈信号，对输入进行调整，使输出满足要求。如在排气管上加装氧传感器，根据排气中的含氧量来测定发动机燃烧室的工况，并把信号反馈到微机与原来给定的信号进行比较，将燃油量与空燃比进行修正。因此，闭环控制可达到较高的控制精度，可消除产品差异和磨损等形成的性能变化。3、结构分类 按喷射系统的结构分为机械控制式和电子控制式两种。具体分类我们可以看书上表2-1。第二节 汽油喷射系统结构与工作原理电控汽油喷射系统工作原理：电控燃油喷射系统采用各种传感器，它们将发动机的负荷、转速、加速、减速、吸入空气流量和温度、冷却水温度等变化情况转换成电信号，然后把这些电信号输入到计算机控制系统（电子控制器ECU），ECU根据这些信号与存储的信号进行精确计算后，输出一个控制信号去控制喷油阀的开启时间和持续时间，从而供给发动机气缸最佳油量。下面将介绍两种典型电控汽油喷射系统。一、 D型电控汽油喷射系统工作原理：D型系统通过检测进气歧管的真空度和发动机转速来确定发动机的进气量，由ECU根据进气管确定喷油量。1、燃油系统组成：如图，主要由油箱、电动汽油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、冷起动喷油器和喷油器等。工作原理：电动汽油泵按80120L/H的泵油量供油。燃油压力调节器使管道内油压维持在200Kpa，为喷油器提供稳定的喷油压力。喷油器在距发动机进气门1015cm处喷射到进气歧管。燃油被电动燃油泵从油箱中泵出后送往滤清器，清洁的燃油一部分经压力调节器调压后送往喷油器和冷起动阀，多余的燃油则由压力调节器返回油箱。喷油器喷油时，油路中油压会有微小变化，因此需要有脉动阻尼器调整，以减少油压变化。脉动阻尼器可安装在回油道或者是电动汽油泵上。1、 空气供给空气先流经空气滤清器，被空气温度传感器测量温度后流经节流阀体，（当怠速时，空气由节流阀上的旁通气道流经进气歧管；当冷起动时，一部分进气由旁通空气阀为发动机提供额外的进气），流经节流阀后的进气被进气歧管压力传感器测压后流入进气歧管。2、 电控系统1） ECU根据传感器信号进行处理，形成一个脉冲信号去操纵喷油器的开启。ECU通过时间继电器控制电磁喷油器的喷油时间，从而控制喷油量。此外，还有点火提前控制、怠速控制等。2） 怠速工况修正怠速时通过附加的空气阀增加混合气数量。空气阀工作与进气截面积有关，如当冷却水温达到60度以上时，阀门完全关闭。3） 加速工况修正压力变化的信息若不能立刻传给ECU，将导致加速供油滞后，造成加速不良。在节气门连接继电器触点处输出脉冲信号，可使ECU及时发出指令增加供油。当节气门关闭但曲轴高速旋转时，继电器产生终止供油以减少油耗的信号（如下坡和制动时）4） 温度修正在进气歧管或空气滤清器装有进气温度传感器，以此得到修正空气密度随温度的变化。一般空气温度没降低10度，则增加供油1%3%。5） 汽油泵控制如图2-40所示，发动机起动时，点火开关与ST接通，线圈L2通电，继电器触点闭合，汽油泵通电工作。发动机转动，其转速信号Ne输入ECU，VT导通，线圈L1通电。只要发动机运转，继电器触点就闭合。二、 L型系统L型系统是采用空气流量计直接测量发动机进气量，因此控制精度要比D型系统更高。L型系统控制方法又称为质量流量控制法，大部分结构与D型系统相似。1、 空气系统L型和D型的空气系统相比，用叶片式空气流量计取代了进气压力传感器。怠速由怠速调整螺钉改变空气旁通道面积来调整。2、 燃油系统油路构成与D型系统相似，只是燃油压力调节器采用了相对压力控制，即将压力控制在比进气歧管压力高196294Kpa之间的某个值，这样使喷射更精确。3、 电控系统L型系统的进气量信号中所包含的实际参数信息比D型系统的进气压力多，无须通过曲轴转速校正进气量，因而减少了校正参数。汽油泵开关控制如图2-39 所示。安装叶片式空气流量计的L型系统汽油泵开关由空气流量计控制。起动时，点火开关与ST接通，线圈L2通电，继电器触点闭合，汽油泵通电工作，发动机转动，空气流量计工作，使汽油泵开关打开，线圈L1通电。发动机运转时，继电器总是闭合的。小结以上对D型燃油喷射装置与L型燃油喷射装置控制电路的总图、各主要传感器的连接电路、电子控制器（ECU）的控制作用作了说明。下面以表格的方式列出了D型燃油喷射与L型燃油喷射的对比。D型燃油喷射与L型燃油喷射的比较控制方式D型燃油喷射L型燃油喷射检测空气量压力传感器（测定进气歧管的负压）空气流量计（直接检测空气量，提高精度）检测转速触点（与分电器同轴）点火信号（点火线圈初级一侧，从机械式到电信号）喷油方式分组喷射（4缸机每2缸为一组）所有气缸同时喷射（提高可靠性）空燃比调整靠控制组件调整CO不需要（维修性好）燃油压力在大气压下固定为196千帕燃油压力与进气歧管的压力差为固定值250千帕（精度提高了）燃油压力调整靠压力调节器调整不需要辅助空气阀控制石蜡型（检测水温）双金属片型（检测周围温度）或石蜡型检测加速加速传感器仅节气门全开时加速（满负荷触点，改善维修性）控制组件用晶体管及二极管等使用IC（提高可靠性）EGR的影响影响进气的检测（进气管内负压变化）无催化剂转换器的影响影响进气的检测（因排气压力的变化而影响