电控汽油喷射技术及对降低废气排放量的用

1、电控汽油喷射技术及对降低废气排放量的作用摘要：本文针对传统化油器式汽油机远不能满足现代人对车辆的经济性、动力性和排放性等 方面的高追求的问题，分析了电控汽油喷射的工作原理和应用前景，结合废气生成机理以及电控 喷射技术的优越性，阐明了应用电控汽油喷射技术对降低汽油机废气排放量的作用。关键词：发动机电控喷射应用前景废气排放Electronically controlled fuel injection technologyand reduce the role of emissionsYulixin(Faculty of Automobile Engineering ,Liaoning Techn

2、ical University, Fu Xin)Abstract: In this paper, the traditional-type gasoline engine carburetor far can not meet the modern economy of vehicles, power and emissions, such as the high regard the pursuit of the issue，and analysis of the Electronic Control Fuel Injection working principle and applicat

3、ion of light emission to generate Electronic Fuel Injection mechanism, as well as technical superiority， clarify the application of electronically controlled fuel injection gasoline engine technology to reduce the role of emissions.Keyword： engine Electronic Fuel Injection Application prospects exha

4、ust gas emission1.绪论当今时代，汽车工业已成为一个国家工业发展的支柱产业，汽车技术己成为一个国家工业 技术水平的标志，在我国尤为明显。汽车的电子化程度也已被看作衡量一个国家汽车工业水平的重要标志。随着汽车工业的飞速发展，汽车在给人类带来文明进步的同时，也带来了严重的环境污染， 当前汽车排放污染物已成为大气环境污染的主要来源。而传统的化油器式汽油机的供给系统是通 过主供油装置及一些辅助供油装置来实现控制，其缺点是对发动机运行状态的适应性、响应速度 和控制的精确性方面难以满足要求，尤其在加速、冷起动等过渡工况下，难以在满足现代人对车 辆的动力性、经济性和排放性的高追求，同时传统的

5、化油器也难以满足日趋严格的汽车排放法规 的要求，取而代之的是电控汽油喷射发动机。实践证明【1】【2】，电控燃油喷射空燃比闭环控制 加三元催化转化器尾气后处理技术，可使汽油发动机排气中三种有害气体CO、HC、NO、的 排放量降低95%以上，目前是降低汽油发动机排放污染最有效的措施。同时电控燃油喷射技术还 可以有效地降低发动机的燃油消耗，改善汽车的动力性能。与此同时，电子技术的迅速发展，为 汽车电子技术的发展提供了可能。近年来随着汽车工业与电子工业的不断发展，电子技术在现代 汽车上的应用越来越广泛，汽车电子化程度越来越高，它己成为衡量汽车现代化质量水平与档次 的最重要指标。发展汽车电子产业对节约能

6、源，改善环境，提高汽车安全性，增强国防力量也具有重要意 义。目前我国汽车电子的专业研究人员很少，对引进国外技术的消化理解不够，仅停留在应用水 平上，这将大大限制我们民族工业的发展。汽车工业是国民经济发展的支柱产业，各种国内名牌 轿车的成功体现了引进国外先进技术为汽车工业的发展注入的生机和活力，使我们可以在消化吸 收先进科技成果的同时，发展我们自己的科技力量，以尽早赶超世界先进水平，这是汽车工业能 够腾飞的必由之路。电控汽油喷射系统2.1电控汽油喷射系统的组成及功能电控燃油喷射系统（简称PEI系统），是以电子控制（ECU ）装置为核心，利用安装在发动 机不同位置上的传感器，测得发动机的各种工作参

7、数，按照控制程序，通过控制电动喷油器， 精确控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气。电控汽油喷射系统一般由三个子系统组成:空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统。2.1.1空气供给系统空气供给系统是从大气开始，中间经过空气滤清器、空气量计量装置、节气门、进气管等 部件，最后到达气缸内的燃烧室。如2-1-1图所示，其主要功能是控制和测量发动机运行时吸 入汽缸的空气量。图2-1-1空气供给系统的组成2.1.2燃油供给系统燃油供给系统是从油箱开始，中间经过燃油泵、汽油滤清器、压力调节等部件最后到达喷 油器。如图2-1-2所示，其主要功能是将汽油加压、计量和雾化后供给发动机，形成符

8、合空燃 比要求的可燃混合气。图2-1-2燃油供给系统的组成2.1.3电子控制系统电子控制系统是电控汽油喷射系统的核心，它的主要作用是在发动机不同工况下，根据 各种传感器传送的信号，决定喷油量、喷油时刻、喷油持续时间等，以获得最佳空燃比;决定最 佳点火时刻;对怠速进行控制;它还可以检测电控系统产生的故障，并将检测到的故障以代码的形 式存储到ECU中，供检修时调用。电子控制系统由电控单元(ECU )、传感器和执行器组成。电控单元(ECU )接收各传感器 传输的信号，经过分析和处理，向各个执行器发出动作指令，指示执行器完成各种功能，从而 实现对空燃比、点火正时以及怠速等的控制。传感器的作用是检测反映

9、发动机工作状态的各种 参数，并把这些参数转换成电控单元所能接受的电信号传输给电控单元，为电控单元提供所需 的信息。主要的传感器有:空气流量传感器、冷却液温度传感器、转速传感器、曲轴位置传感器、 氧传感器以及爆震传感器等。执行器是根据电控单元的指令完成一定动作的装置。主要的执行 器有:汽油泵、喷油器、怠速阀、EGR阀以及点火器等。电子控制系统工作流程【3】如图2-1-3图2-1-3 电子控制系统工作流程图2.2电控汽油喷射系统的工作原理在电控汽油喷射系统中，由位于燃油箱内的电动燃油泵供应低压燃油，燃油压力调节器使 电磁喷油器的进油压力和进气管空气压力之间保持恒定的压力差，因此电磁喷油器的喷油量与

10、 针阀的开启时间成正比。各种传感器将监测到的发动机运行状态参数（空气流量、转速、压力、 温度、排气中的氧含量等）输入电控单元（ECU ），由此计算出所需的燃油量，然后输出相应宽 度的电脉冲信号,控制电磁喷油器的开启时间，从而控制喷油量与负荷之间的最佳的匹配，实现 最佳空燃比控制，使发动机优化运行，达到节油和净化排气的目的【4】。2.3电控汽油喷射系统的分类2.3.1按喷油器数量和位置1）进气管单点喷射（SPI ）在进气管的节气门上方安装一个喷油器空气和喷出燃油在进气管形成混合气，在进气行程 时被吸入各汽缸中，多用于普通轿车和载货汽车。2）进气管多点喷射（MPI）在每个气缸的门前各安装一个喷油器

11、，空气和喷出燃油在进气门处形成燃油混合气，在进 气行程时被吸入汽缸中。MPI和SPI相比，避免了进气歧管结构和湿壁效应对各缸混合气均匀 性的影响，同时进气管中仅有空气，发动机可按最大充气量设计，但成本高、维修复杂，多用于 中高档轿车3）缸内直接喷射（DI）喷油器安装在每个汽缸的燃烧室上方，在压缩行程时直接将燃油喷射在汽缸内，混合燃烧 更充分，效率更高，但需要将喷射压力从250 KPa提高到45MPa，同时必须使用低硫汽油，因 而只有在少数的豪华轿车上使用。2.3.2按喷射方式1）间歇喷射（脉冲喷射）间歇喷射是每缸每次喷射都有一个限定的持续时间，其中同期喷射喷油频率与发动机转速 同步，非同期喷射

12、喷油频率与发动机转速不同步。且喷油量只取决于喷油器的开启时间（喷油 脉冲宽度）。所以ECU可以根据各种传感器所获得的发动机运行参数动态变换的情况，精确计 量发动机所需喷油量，再通过控制喷油脉冲宽度来控制发动机各种工况下的可燃混合气的空燃 比。按喷油时序又可细分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种形式【4】。2）连续喷射（稳定喷射）连续喷射是在发动机整个工作过程中连续喷射燃油，大部分燃油是在进气门关闭时喷射 的，因此大部分燃油式在进气道内蒸发的，多用于机械式或机电组合式燃油喷射系统中。2.3.3 按 ECU 控制方式1）质量流量式喷油量的多少取决于测量得到的空气进入量。此控制方式中有一测空气质量的

13、传感器计量 进入空气量。2）速度密度式喷油量多少取决于空气的密度及转速两个量。空气密度不能直接测量得到，一般用节气门 开度及转速或用进气压力来表示。废气生成机理废气排放污染占汽油机总污染量的65% 85%以上，其中有害气体成分为NO、CO、有机化合物（主要是未燃和部分燃烧的HC ）、SO2、铅化合物和炭烟等，这些有害气体的排放量 与发动机的工作状态密切相关。HC的生成机理HC是指尾气中所包含的碳氢燃料的未完全燃烧成分。汽油由多种成分HC所组成，如果完 全燃烧将生成CO2和H2O。但是汽油的燃烧很复杂，任何发动机都可能发生不完全燃烧，在 排气中都会有少量HC存在，它的产生主要有以下途径：（1）在

14、压缩和燃烧过程中，由于气缸内压力升高，把一部分未燃混合气压入与燃烧室相通的 狭缝，由于燃烧时火焰不能进入狭缝，因此不能完全燃烧。在膨胀和排气行程中，在气缸压力 降低后，以未燃HC的形式与废气混合，排出气缸外，这是HC的主要来源。（2）汽缸壁的冷激效应 在火焰逼近气缸壁时，离气缸壁薄层内的可燃混合气，由于火焰的 淬灭现象，这一薄层内的可燃混合气以未燃HC进入排气。研究发现，气缸壁的淬冷效应与气 缸壁的清洁程度有关。对于清洁的气缸壁，由于气缸内强烈的气流运动，这一薄层内的未燃HC 在火焰未淬灭前早已进入气缸燃烧掉。对于使用较久的发动机，气缸壁上有一层多孔性的沉积 物，积存在它里面的混合气得不到充分

15、燃烧，会显著增加HC排放。（3）存在于气缸壁，活塞顶以及气缸盖底面上的润滑油膜，有可能在燃烧前后吸收或放出燃 料中的碳氢成分。（4）发动机瞬态工况运行时，点火正时，空燃比以及废气再循环值，均不处于最佳状态，有 可能引起燃烧过程的不完善，使HC排放增加。排气中HC的浓度，随着发动机燃烧室的型式、 工况、混合气空燃比、燃烧条件及燃料性质的改变而变化。co的生成机理CO的生成率主要受空燃比的影响，CO是在火焰前锋后面高温局部缺氧的条件下生成的， 此时燃烧反应不可能完全生成CO :，有一部分生成CO。理论上当空燃比二1以上时，排气中 不存在CO，而只有过剩O2。实际上由于混合、分配不均匀，在排气中还含

16、有少量CO。即使混合气混合的很均匀，由于燃烧后的温度很高，已经生成的C气也会由于一小部分被分解而生 成CO和O，H O也会部分被分解成O和H :，生成的H，也会使CO还原成CO，所以， 即使是在稀混合气条件下，由于高温离解，也会产生一部分co。2no的生成机理NO是NO、NO?等氧化物的混合物，主要成分是NO。它是在己燃高温气体中，通过N和 O原子或分子之间的化学反应产生的，但它们达不到化学平衡，燃气温度愈高，生成的NO愈 多，进入膨胀行程后，燃气温度迅速下降，在某一温度，NO在化学反应上“冻结”，使得NO 排出机外的浓度远远高于化学反应平衡值。其中NO的平衡浓度与气体的温度，气体中氧气的 浓

17、度有关【5】。5.电控燃油喷射系统的优点电控汽油喷射可直接或间接地测量发动机的进气量，进而精确计算出发动机燃烧所需的供 油量，并同时根据发动机负荷、温度等参数进行适时修正，以此精确控制发动机各种工况下的空 燃比，实现发动机的最优控制，有效提高其动力性、经济性和排气净化程度。由于汽油喷射系统的进气管无需喉管进行节流，故可大大减少进气歧管的流通阻力，所以 提高了发动机的充气系数，另外，由于电控汽油喷射可以采用较大气门重叠角，有利于废气排出， 同样提高发动机的充气效率，以此提高发动机的动力性。采用电控汽油喷射后，对于进气管无须形成高速气流，故进气歧管可按流体力学最佳理论 进行设计，从而具有较大的设计

18、自由度，有利于改善发动机的充气效率，特别是采用进气谐振控 制系统后，可根据发动机速度来选择进气管的有效长度，利用进气谐振增压效率，进一步提高发 动机的充气效率，进而提高发动机的动力性。电控汽油喷射可使发动机的各个汽缸获得均匀的混合气，以此提高发动机的燃烧质量和稳 定性，减少废气中的CO和HC的含量，有效提高发动机排气净化的程度。由于采用电控汽油喷射可提高燃油的雾化质量，故无须采用进气管预热方法来促进燃油的蒸 发，有利于进气管的设计和布置。由于气缸内吸入较冷的混合气，因此可提高发动机的充气效率。 同时，也有利于提高发动机的抗爆性，使发动机也可采用较大点火提前角和较高的压缩比，以提 高发动机的动力性。采用电控汽油喷射后，发动机可以在比较稀的混合气条件下运行，不仅能减少废气中有害排 放物的排放浓度，还有利于节省能源。此外，利用发动机断油技术，可以消除发动机急减速时所 产生的污染，有利于提高发动机燃油经济性。由于电控汽油喷射采用了电子控制方式，其动态响应较好。在汽