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汽车燃油喷射工作原理
admin / 2017-06-20 14:16

燃油喷射系统是指在一定的压力下,利用喷油器将一定数量的燃料直接喷入气缸或进气道内的燃油供给装置。根据喷射燃料种类的不同,可以分为汽油喷射系统、柴油喷射系统、气体燃料喷射系统等。而根据其控制方式的不同,可分为机械控制式、电子控制式以及机电混合控制式。

汽油喷射系统
分类
车用汽油喷射系统有多种类型,可按不同方法进行分类:
1、按喷射部位的不同可分为缸内喷射和缸外喷射两种。缸内喷射是通过安装在气缸盖上的喷油器,将汽油直接喷入气缸内。这种喷射系统需要较高的喷射压力,月3-5MPa。因而喷油器的结构和布置都比较复杂。缸外喷射系统是将喷油器安装在进气管或进气歧管上,以0.20-0.35MPa的喷射压力将汽油喷入进气管或进气道内。前者称进气管喷射(单点电喷),后者称进气道喷射(多点喷射)。目前汽油机电控系统广泛采用的是进气道喷射。
2、按喷射的连续性将汽油喷射系统分为连续喷射式和间歇喷射式。连续喷射是指在发动机工作期间,喷油器连续不断地向进气道内喷射,且大部分汽油是在进气门关闭时喷射的。这种喷射方式大多用于机械控制式或机电混合控制式汽油喷射系统。间歇式喷射是指在发动机工作期间,汽油被间歇地喷入进气道内。电控汽油喷射系统都采用间歇喷射方式。
控制原理
发动机在不同工况下运转,对混合气浓度的要求也不同。特别是在一些特殊工况下(如起动、急加速、急减速等),对混合气浓度有特殊的要求。ECU要根据有关传感器测得的运转工况,按不同的方式控制喷油量。喷油量的控制方式可分为起动控制、运转控制、断油控制和反馈控制。
1、起动喷油控制
起动时,发动机由起动马达带动运转。由于转速很低,转速的波动也很大,因此这时空气流量传感器所测得的进气量信号有很大的误差。基于这个原因,在发动机起动时,ECU不以空气流量传感器的信号作为喷油量的计算依据,而是按预先给定的起动程序来进行喷油控制。ECU根据起动开关及转速传感器的信号,判定发动机是否处于起动状态,以决定是否按起动程序控制喷油。当起动开关接通,且发动机转速低于300转/分时,ECU判定发动机处于起动状态,从而按起动程序控制喷油。
在起动喷油控制程序中,ECU按发动机水温、进气温度、起动转速计算出一个固定的喷油量。这一喷油量能使发动机获得顺利起动所需的浓混合气。冷车起动时,发动机温度很低,喷入进气道的燃油不易蒸发。为了能产生足够的燃油蒸气,形成足够浓度的可燃混合气,保证发动机在低温下也能正常起动,必须进一步增大喷油量。由ECU控制,通过增加各缸喷油器的喷油持续时间或喷油次数来增加喷油量。所增加的喷油量及加浓持续时间完全由ECU根据进气温度传感器和发动机水温传感器测得的温度高低来决定。发动机水温或进气温度愈低,喷油量就愈大,加浓的持续时间也就愈长。这种冷起动控制方式不设冷起动喷油器和冷起动温度开关。
2、运转控制
在发动机运转中,ECU主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量。此外,ECU还要参考节气门开度、发动机水温、进气温度、海拔高度及怠速工况、加速工况、全负荷工况等运转参数来修正喷油量,以提高控制精度。
由于ECU要考虑的运转参数很多,为了简化ECU的计算程序,通常将喷油量分成基本喷油量、修正量、增量三个部分,并分别计算出结果。然后再将三个部分叠加在一起,作为总喷油量来控制喷油器喷油。
基本喷油量:基本喷油量是根据发动机每个工作循环的进气量,按理论混合比(空燃比14.7)计算出的喷油量。
修正量:修正量是根据进气温度、大气压力等实际运转情况,对基本喷油量进行适当修正,使发动机在不同运转条件下都能获得最佳浓度的混合气。修正量的内容为:进气温度修正、大气压力修正和蓄电池电压修正(电压变化时,自动对喷油脉冲宽度加以修正)。
3、反馈控制
汽油喷射系统进行反馈控制的传感器是热氧传感器,使用热氧传感器的发动机必须使用无铅汽油。反馈控制(闭环控制)是在排气管上加装热氧传感器,根据排气中氧含量的变化,测定出进入发动机燃烧室混合气的空燃比值,把它输入ECU与设定的目标空燃比值进行比较,将误差信号经放大器控制电磁喷油器喷油量,使空燃比保持在设定目标值附近。因此,闭环控制可达到较高的空燃比控制精度,并可消除因产品差异和磨损等引起的性能变化,工作稳定性好,抗干扰能力强。但是,为了使三元催化装置对排气净化处理达到最佳效果,闭环控制的汽油喷射系统只能运行在理论空燃比14.7附近很窄的范围内。因此对特殊的运行工况,如启动、暖机、怠速、加速、满负荷等需加浓混合气的工况,仍需采用开环控制,使电磁喷油器按预先设定的加浓混合气配比工作,充分发挥发动机的动力性能,所以采用开环和闭环相结合的控制方式。[1] 
柴油机喷射系统
分类
自1897年由德国狄塞尔发明第一台柴油机以来,柴油机燃烧系统发生了很大的变化。燃料供给系统从传统的机械式泵-管-喷嘴型的位置式控制方式,经历电子控制方式,已经发展为泵-管-喷嘴型或泵喷嘴的时间压力控制方法。最高喷射压力从传统的20-24MPa提高到200MPa以上。根据结构特点来分类,可分为泵-管-嘴系统(包括合成泵系统、分配泵系统和单体泵系统)、泵-喷嘴系统以及共轨式系统。
典型系统
1、机械式直列柱塞泵
直列柱塞泵一般由柴油机曲轴的定时齿轮驱动。固定在喷油泵体上的活塞式输油泵由喷油泵的凸轮轴驱动。当柴油机工作时,输油泵从柴油箱吸出柴油,经油水分离器去除柴油中水分后,再经柴油滤清器滤除柴油中的杂质,然后送到喷油泵。在喷油泵内柴油经过增压和计量后,经高压油管供入喷油器,通过喷油器将柴油按一定压力喷入到燃烧室。
2、泵喷嘴
电控泵喷嘴喷射系统是一种将柱塞偶件和喷油器偶件组合安装在一个壳体内的柴油机燃料喷射系统,主要由泵喷嘴体、控制阀以及电磁阀等组成。相当于在机械式泵-管-嘴系统中取消了高压油管,需要在气缸盖上设置专用凸轮轴以直接驱动挺柱控制柱塞泵的泵油过程。由于无高压油管,所以柱塞泵压油时所产生的高压燃油直接进入喷油器的承压环槽内。喷油正时和喷油量是通过高频电磁阀控制泵喷嘴进油阀的开启时刻和开启持续时间来控制。
3、高压共轨
共轨柴油喷射系统(Common Rail System,缩写CRS)是未来追求的高压喷油系统,燃油压力的产生和喷射是分开的。喷入各个气缸的燃油来自共用的、一直保持高压的蓄压器。蓄压器的燃油压力由高压径向柱塞泵产生,并可随发动机工况而变。每个气缸盖上装有一个由电磁阀控制的喷油器。喷油量由喷油器出口断面、电磁阀开启持续时间和蓄压器中燃油压力确定。蓄压式喷油系统的压力可高达180MPa。未来系统的燃油压力目标会高于200MPa。喷油开始以及预喷射、后喷射则通过快速电磁阀或可实现控制时间小于100μs的特别短的压电元件控制。喷油量可小于1ml。

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