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汽车发动机构造知识-第四章 汽油机供给系2

第四章 汽油机供给系

 

第五节汽油直接喷射系统

化油器式供给系统由于结构简单,使用方便,成本较低,曾经在汽车上得到广泛应用。但化油器式发动机存在的主要缺点是充气及混合气分配不够理想。对发动机动力性经济性的提高和排放性的改善有一定的不利影响,为了克服这些缺点,发展起来的汽油直接喷射式发动机,其特点是进入气缸的是空气,在进气行程上止点后30° ~50° 开始把汽油直接喷入气缸内,一直延续到压缩过程接近终了时为止。

近二十年来,汽车发动机的明显趋势是使用直接向进气管内喷射汽油的混合气形成系统,已成功地取代了化油器式供给系统,而且愈来愈多地用于轿车与轻型式发动机上。

汽油直接喷射与化油器式相比有以下优点:

1、提高了充气效率,发动机功率增加;

进气道中没有喉管,进气阻力小;进气岐管截面积增加,进气压力损失小。

2、 燃油消耗率降低,经济性提高;

因为喷油量是根据进气量的多少进行控制,并且各缸分配均匀。

3、 混合气分配均匀性好;

可以比较精确地控制各缸混合气浓度与工况匹配。

4、 排气污染程度降低;

因为喷油量和进气量都是按照最佳空燃比进行精确配比,燃料燃烧完全,加上三元催化净化装置的作用,能使废气中的CO,HC,NOx含量降低。

5、 发动机冷起动性能改善;

汽油雾化良好,再加上冷起动加浓装置的作用。

6、 加速性能得到改善。

采用喷油器直接向进气门处喷油,供油及时,减少了供油滞后时间。

一、汽油直接喷射系统的分类

1、 按照喷射位置分

气缸内喷射:——发展趋势

进气管内喷射:单点喷射(SPI) 一个喷油器

多点喷射(MPI) 每个气缸一个喷油器

2、 按照喷射控制装置的形式分

机械式(K型) 机械传动与液力传动实现的

机—电式:(K—E型) +电控单元

电控式: 燃料的计量是通过ECU和电磁喷油器实现的

3、 按照喷射方式分

间歇式喷射:每一缸的喷射都有一限定的喷射持续时间,用喷射连续时间来控制喷油量,电控式都采用这种喷射。

连续喷射:燃料喷射时间占有整个循环的时间。

4、 按照空气流量测量方法分

空气流量型:按空气质量流量控制的汽油喷射系统(K,KE,L,LH)

进气压力感应型:按进气管压力控制喷油量(D型)

5 、按照控制系统有无反馈分

开环系统:无氧传感器,不带反馈控制装置

闭环系统:带反馈控制装置,氧传感器,三元催化装置。排气管中加装氧传感器,根据排气中的含氧量来测定发动机燃烧室工况,将反馈信号与原给定的信号相比,修正喷油量,控制精度高。

二、电控喷射系统的组成和原理

电控汽油喷射系统由空气供给系统、燃油供给系统、控制系统和点火系统四部分组成。

1、 空气供给系统

进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。空气经空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气管进入气缸。

怠速时节气门全关, 由怠速执行器根据冷却水温、空调和动力转向等工况调节进气量。

2、 燃油供给系统

供油系统主要由油压调节器、喷油器和燃油泵组成。

燃油泵装在油箱内,涡轮泵由电机驱动。当泵内油压超过一定值时,燃油顶开单向阀向油 路供油。当油路堵塞时,卸压阀开启,泄出的燃油返回油箱。

喷油器是电磁式的。当喷油器不工作时,针阀在回位弹簧作用下将喷油孔封住。当ECU的喷油控制信号将喷油器的电磁线圈与电源回路接通时,针阀才在电磁力的吸引下克服弹簧压力、摩擦力和自身重量,从静止位置往上升起,燃油喷出。

 

多点喷油系统中喷油器通过绝缘垫圈安装 在进气歧管或进气道附近的缸盖上,并用输油管将其固定。多点喷油系统每缸有一个喷油器。英文称为 multi point injection .简称 为MPI。

 

单点喷油系统的喷油器安装在节气门体上,各缸共用一个喷油器。英文为single point injection. 简称为SPI。

 

油压力调节器的功能是调节喷油压力。喷油器喷出的油量是用改变喷油信号持续时间来进行控制的。由于进气歧管内真空度是随发动机工况而变化的,即使喷油信号的持续时间和喷油压力保持不变,工况变化时喷油量也会发生少量的变化,为了得到精确的喷油量,必须使油压A和进气歧管真空度B的总和保持不变。

 

3、 控制系统

控制系统由传感器、执行器和电子控制单元三部分组成。

(1)传感器

感知信息的部件,负责向ECU提供发动机和汽车运行状况。

a. 氧传感器

在三元催化转化器的上游安装一个氧传感器,用来检测混合气的空燃比比化学计量比浓还是稀,向ECU发出反馈信号,调节喷油量,将混合气空燃比控制在化学计量比附近使三元催化转化器转换效率最高。这种控制方式称为闭环控制方式。最常用的氧传感器是氧化锆式氧传感器。氧化锆传感器内侧通大气,外侧裸露在排气中。如果陶瓷体内侧大气中含氧量与陶瓷体外侧的含氧量不同时,在氧化锆内、外两侧极间就产生一个电压。当混合气稀时,氧化锆产生的电压低(接近于0V)。当混合气浓时,氧化锆元 件产生的电压高(约1V)。在化学计量比附近,电压有突变,氧传感器起到一个浓、稀开关的作用。

 

只有采用EFI闭环控制系统,才能将空燃比控制在化学计量比附近,使三元催化转化器的净化效率最高。而化油器式发动机是无法实现此要求的。

闭环控制系统的作用:

使每辆汽车在满足汽车性能要求的条件下,减少有害排放物。

可减少各新车之间由于制造装配等因素造成有害排放物的差异。

减少由于车辆老化使发动机有害排放物恶化。

 

b. 温度传感器

温度传感器都采用半导体热敏元件。

水温传感器通常安装在发动机出水口处。敏感元件由铜套封住。水温低时,热敏电阻值大,ECU检测到的电压高。ECU增加喷油量,改善冷机的驱动性能。反之,减少喷油量。

 

进气温度传感器热敏电阻裸露在大气中,用以检测发动机的进气温度,进气温度传感器安装在空气滤清器的壳体内,也可安装在空气流量计的空气流量测量部位。由于进气密度随温度改变而变化,因此ECU必须根据进气温度信号对喷油量进行修正,以获得最佳的空燃比。

 

c. 转速传感器

转速传感器用来测量发动机转速,以确定基本喷油量和基本点火提前角。 曲轴位置传感器用来确定相对于每缸压缩上止点的喷油定时和点火定时,在顺序喷射发动机上还需要有判缸信号。

霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器。它是一种利用霍尔效应的信号发生器检测信号。

磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器。它是通过磁力线的变化来检测发动机的转速,并通过信号盘上的缺口获得上止点信号。

 

 

d. 节气门位置传感器

它通过一个电位计检测节气门位置,在Mono-jetronic 燃油喷射系统中,起到一个负荷传感器的作用。在其它喷油系统中,它用来检测发 动机的节气门的开度和加速、减速信号。

 

e. 负荷传感器

空气流量传感器 用来将吸入的空气量转换成电信号送给ECU,作为决定喷油量的基本信号之一。

进气歧管绝对压力传感器 它依据发动机负荷状况,测出进气歧管中绝对压力的变化,并将其转换成电压信号,与转速信号一起送到ECU,作为确定基本喷油量的依据。

 

f. 爆震传感器 安装在发动机缸体上,对四缸直列式发动机,它装在2缸和3缸之间;对V型发动机,每侧至少有一个爆震传感器。目前应用最多的是宽频带共振 型压电式传感器。 通过检测缸体表面的震动信号,以判断发动机是否产生爆震。

 

(2)、电子控制单元

ECU的功用是采集和处理各种传感器的输入信号,根据发动机工作的要求(喷油脉宽、点火提前角等),进行控制决策的运算,并输出相应的控制信号。当前电控发动机中除了控制喷油外,还控制点火、EGR、怠速和增压发动机的废气阀等,由于共用一个ECU对发动机进行综合控制,所以也被称为发动机管理系统。

中间的金属方盒为电子控制单元,箭头指向电子控制单元的部件为传感器,箭头从电子控制单元出去的部件为执行器。

 

 

在电控发动机中最主要的输入接口是传感器接口(例如转速、负荷、温度、 压力等)。最主要的输出接口是控制接口,它控制外部执行机构的动作(例如:喷油器、点火模块、喷油泵、怠速执行器等)。

电子控制单元通过进气歧管绝对压力传感器或空气流量计的信号计算进气量,并根据进气量和发动机的转速获得基本喷油持续时间和基本点火提前角,然后通过冷动水温度、进气温度、节气门开启角度、电瓶电压等各种工作参数进行修正,得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油持续时间或最佳点火提前角。

 

(3)执行器

 

关于碳罐

为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽,电控发动机普遍采用了碳罐,油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附,当发动机运转时,依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的碳氢化合物和节约燃料。

来源:湖北江南江南专用特种汽车有限公司      时间:2009-3-14 20:35:27
 
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