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汽車機(jī)械基礎(chǔ)
四川教育學(xué)院汽車應(yīng)用技術(shù)學(xué)院何強(qiáng)第七節(jié)汽油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)一、概述1.什么是燃油噴射燃油噴射是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上除化油器以外的另一種混合氣形成方式。將汽油以一定的壓力通過(guò)噴油器噴射到進(jìn)氣管或氣缸內(nèi),使汽油霧化的方式。2.什么是電控汽油噴射系統(tǒng)電控汽油噴射系統(tǒng)(ElectronicFuelInjectionSystem)簡(jiǎn)稱為EFI電控汽油噴射系統(tǒng)利用各種傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種狀態(tài),經(jīng)微處理器的判斷、計(jì)算,使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下均能獲得合適空燃比的混合氣。3.為什么要采用電噴系統(tǒng)影響汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)需要14.7公斤的空氣。空燃比小于14.7時(shí)供給濃混合氣,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率大,但燃燒不完全,生成的CO、HC多;當(dāng)混合氣略大于14.7時(shí),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(shí),燃燒速度變慢,燃燒不穩(wěn)定,使得HC增多。在電控汽油噴射系統(tǒng)中采用閉環(huán)控制的方式,將空燃比控制在14.7附近,并在排氣系統(tǒng)中消聲器前安裝一個(gè)三元催化轉(zhuǎn)化器,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行后處理,是當(dāng)前減少汽車排氣污染物的最有效方法。4.汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)展①20世紀(jì)初,德國(guó)懷特兄弟首先在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上使用汽油噴射“方式”——②1934年,德國(guó)軍用飛機(jī)上開始使用汽油噴射系統(tǒng)——③二戰(zhàn)后期,美國(guó)開始使用汽油噴射系統(tǒng)——④二戰(zhàn)后,汽油噴射系統(tǒng)軍轉(zhuǎn)民,使用在汽車上——⑤1954年,德國(guó)奔馳300SL采用K型汽油噴射系統(tǒng)——⑥60年代末,出現(xiàn)KE型汽油噴射系統(tǒng)——⑦現(xiàn)代的EFI型汽油噴射系統(tǒng)5.現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)見書142頁(yè)(不僅僅只有11項(xiàng))6.發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的組成1)傳感器2)ECU電子控制單元3)執(zhí)行器7.EFI系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率2)汽車加速、減速反應(yīng)靈敏度高3)能對(duì)混合氣濃度適時(shí)自動(dòng)修正4)有效降低排放污染,節(jié)約燃油5)改善了發(fā)動(dòng)機(jī)低溫起動(dòng)性6)具有減速斷油功能7)控制爆燃8.汽油噴射系統(tǒng)的類型1)按噴油器安裝部位分類:?jiǎn)吸c(diǎn)噴射、多點(diǎn)噴射2)按燃油噴射位置分:缸內(nèi)噴射、缸外噴射3按噴射方式可分為:連續(xù)噴射、間歇噴射4)按噴射順序可分為:同時(shí)噴射、分組噴射、次序噴射5)按噴射裝置的控制方式分類:機(jī)械控制式、機(jī)電混合控制式、電子控制式6)按空氣量的檢測(cè)方式分類:歧管壓力計(jì)量式(D型)、空氣流量計(jì)量式(L型)7)按有無(wú)反饋信號(hào)分類:開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)9.EFI系統(tǒng)的組成1)進(jìn)氣系統(tǒng)2)燃油系統(tǒng)3)電子控制系統(tǒng)二、進(jìn)氣系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)供氣系統(tǒng)主要作用是測(cè)量和控制吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量。包含空氣濾清器、(空氣流量計(jì)(L))、節(jié)氣門體、(進(jìn)氣溫度傳感器)、(進(jìn)氣壓力傳感器(D))、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管和怠速空氣控制閥等。1.進(jìn)氣歧管壓力傳感器作用:測(cè)量進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力,將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸送到ECU,發(fā)動(dòng)機(jī)ECU據(jù)此和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)確定實(shí)際進(jìn)氣量(間接法)種類:按信號(hào)產(chǎn)生的原理可分為半導(dǎo)體壓敏電阻式、電容式、三線高靈敏度可變電阻式、膜盒傳動(dòng)可變電感式2.空氣流量傳感器種類:翼片(葉片)式、卡門旋渦式、熱線式、熱膜式前兩種屬于體積流量型(要考慮空氣密度,需加上溫度傳感器),后兩種屬于質(zhì)量流量型1)翼片(葉片)式2)熱線式3)熱膜式4)卡門旋渦式3.節(jié)氣門體三、供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)包含油箱、電動(dòng)汽油泵、汽油濾清器、燃油壓力脈動(dòng)減振器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、噴油器、冷起動(dòng)噴油器及油管。1.電動(dòng)燃油泵電動(dòng)汽油泵的安裝位置主要有兩種,即安裝在供油管路中和安裝在汽油箱內(nèi)。但后者應(yīng)用非常廣泛,電動(dòng)汽油泵通常用固定在油箱上的油泵支架垂直地懸掛在油箱內(nèi)。其種類較多,有渦輪式電動(dòng)汽油泵、滾柱式電動(dòng)汽油泵、齒輪式電動(dòng)汽油泵。1)渦輪式電動(dòng)汽油泵由泵體、永磁式直流電動(dòng)機(jī)和殼體三部分組成。另外還裝有安全閥和單向閥。2)滾柱式電動(dòng)汽油泵由殼體、圓柱形滾柱和轉(zhuǎn)子等組成。五個(gè)滾柱在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可徑向滑動(dòng),轉(zhuǎn)子與殼體存在一定的偏心2.燃油壓力脈動(dòng)減振器3.燃油壓力調(diào)節(jié)器油壓力調(diào)節(jié)器的功能是調(diào)節(jié)噴油壓力。噴油器噴出的油量是用改變噴油信號(hào)持續(xù)時(shí)間來(lái)進(jìn)行控制的。由于進(jìn)氣歧管內(nèi)真空度是隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況而變化的,即使噴油信號(hào)的持續(xù)時(shí)間和噴油壓力保持不變,工況變化時(shí)噴油量也會(huì)發(fā)生少量的變化,為了得到精確的噴油量,必須使油壓A和進(jìn)氣歧管真空度B的總和保持不變。4.噴油器多點(diǎn)噴油系統(tǒng)中噴油器通過(guò)絕緣墊圈安裝在進(jìn)氣歧管或進(jìn)氣道附近的缸蓋上,并用輸油管將其固定。多點(diǎn)噴油系統(tǒng)每缸有一個(gè)噴油器。英文稱為multipointinjection.簡(jiǎn)稱為MPI。
噴油器是電磁式的。當(dāng)噴油器不工作時(shí),針閥在回位彈簧作用下將噴油孔封住。當(dāng)ECU的噴油控制信號(hào)將噴油器的電磁線圈與電源回路接通時(shí),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。5.冷起動(dòng)噴油器四、電控系統(tǒng)作用:ECU根據(jù)各個(gè)傳感器送來(lái)的信號(hào),控制燃油噴射和點(diǎn)火時(shí)刻。組成:電控系統(tǒng)由傳感器、電控單元ECU、執(zhí)行器三部分組成。還包含系統(tǒng)電源和連接導(dǎo)線。1.系統(tǒng)電源系統(tǒng)電源由繼電器、蓄電池、點(diǎn)火開關(guān)等組成。2.傳感器傳感器包含:節(jié)氣門位置傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、空氣流量傳感器、冷卻水溫度傳感器、曲軸位置傳感器、爆燃傳感器、氧傳感器、車速傳感器。1)節(jié)氣門位置傳感器包含線性式節(jié)氣門位置傳感器、開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器線性式節(jié)氣門位置傳感器開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器2)氧傳感器在三元催化轉(zhuǎn)化器的上游安裝一個(gè)氧傳感器,用來(lái)檢測(cè)混合氣的空燃比是濃還是稀,向ECU發(fā)出反饋信號(hào),調(diào)節(jié)噴油量,將混合氣空燃比控制在理論值附近,使三元催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換效率最高。這種控制方式稱為閉環(huán)控制方式。只有采用EFI閉環(huán)控制系統(tǒng),才能將空燃比控制在理論值附近,使三元催化轉(zhuǎn)化器的凈化效率最高。而化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)此要求的。最常用的氧傳感器是氧化鋯(鈦)式氧傳感器。氧化鋯傳感器內(nèi)側(cè)通大氣,外側(cè)裸露在排氣中。如果陶瓷體內(nèi)側(cè)大氣中含氧量與陶瓷體外側(cè)的含氧量不同時(shí),在氧化鋯內(nèi)、外兩側(cè)極間就產(chǎn)生一個(gè)電壓。當(dāng)混合氣稀時(shí),氧化鋯產(chǎn)生的電壓低(接近于0V)。當(dāng)混合氣濃時(shí),氧化鋯元件產(chǎn)生的電壓高(約1V)。在化學(xué)計(jì)量比附近,電壓有突變,氧傳感器起到一個(gè)濃、稀開關(guān)的作用。注意,在起動(dòng)、加速、大負(fù)荷等需要較濃混合氣的工況,仍需采用開環(huán)控制。3)進(jìn)氣溫度傳感器進(jìn)氣溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)進(jìn)氣管空氣溫度,常用熱敏電阻式。4)冷卻水溫度傳感器5)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器轉(zhuǎn)速傳感器:用來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,以確定基本噴油量和基本點(diǎn)火提前角。曲軸位置傳感器用來(lái)確定相對(duì)于每缸壓縮上止點(diǎn)的噴油定時(shí)和點(diǎn)火定時(shí),在順序噴射發(fā)動(dòng)機(jī)上還需要有判缸信號(hào)。二者一般做為一體。安裝位置可在曲軸前端、飛輪上、凸輪軸前端、分電器內(nèi)。分類:電磁、霍爾、光電感應(yīng)式6)爆燃傳感器爆震傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上,對(duì)四缸直列式發(fā)動(dòng)機(jī),它裝在2缸和3缸之間;對(duì)V型發(fā)動(dòng)機(jī),每側(cè)至少有一個(gè)爆震傳感器。目前應(yīng)用最多的是寬頻帶共振型壓電式傳感器。
通過(guò)檢測(cè)缸體表面的震動(dòng)信號(hào),以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否產(chǎn)生爆震。在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)已確定的情況下,采用推遲點(diǎn)火提前角是消除爆震既有效又簡(jiǎn)單的措施之一。裝有爆震傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)能檢測(cè)爆震界限,通過(guò)電子控制單元將點(diǎn)火時(shí)刻調(diào)到接近爆震極限的位置,從而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆震時(shí),ECU根據(jù)爆震程度,推遲點(diǎn)火時(shí)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(fā)動(dòng)機(jī)性能,爆震消失后,又將點(diǎn)火提前角逐步加大,增加的速率也分為快、慢兩種。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)再次出現(xiàn)爆震時(shí),點(diǎn)火提前角再次推遲。通常點(diǎn)火提前角推遲的速率要大于點(diǎn)火提前角增加的速率。7)車速傳感器車速傳感器用來(lái)檢測(cè)汽車行駛速度。類型:舌簧式、光電耦合式安裝位置:組合儀表內(nèi)舌簧式光電耦合式3.電子控制單元ECUECU即:ElectronicControlUnitECU的功用是采集和處理各種傳感器的輸入信號(hào),根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的要求(噴油脈寬、點(diǎn)火提前角等),進(jìn)行控制決策的運(yùn)算,并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。當(dāng)前電控發(fā)動(dòng)機(jī)中除了控制噴油外,還控制點(diǎn)火、EGR、怠速和增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣閥等,由于共用一個(gè)ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合控制,所以也被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。
1)控制噴油2)控制點(diǎn)火為了使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大功率,應(yīng)使最高燃燒壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后10°~15°左右,點(diǎn)火時(shí)刻用點(diǎn)火提前角來(lái)表示。它是指火花塞電極間跳火開始到活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)時(shí)這段時(shí)間內(nèi)曲軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。點(diǎn)火過(guò)遲:使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降,油耗增加。
點(diǎn)火過(guò)早:使功率下降,還容易產(chǎn)生爆震。發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火提前角,不僅要使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性最佳,還應(yīng)使有害排放物最少。最佳點(diǎn)火提前角的控制策略
起動(dòng)期間:固定值
起動(dòng)后:基本點(diǎn)火提前角的控制:由轉(zhuǎn)速和負(fù)荷確定。點(diǎn)火提前角的修正:部分負(fù)荷工況根據(jù)冷卻水溫、進(jìn)氣溫度和節(jié)氣門位置等信號(hào)進(jìn)行修正。滿負(fù)荷工況要特別小心控制點(diǎn)火提前角,以免產(chǎn)生爆震。最大和最小提前角的控制:微處理器計(jì)算的點(diǎn)火提前角必須控制在一定范圍內(nèi),否則發(fā)動(dòng)機(jī)很難正常運(yùn)轉(zhuǎn)。3)廢氣再循環(huán)通常用EGR率表示EGR的控制量。它用進(jìn)入氣缸的混合氣中廢氣的比例表示。EGR率與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能有關(guān)。EGR率增加過(guò)大時(shí),使燃燒速度太慢,燃燒變得不穩(wěn)定,失火率增加,使HC也會(huì)增加;EGR率過(guò)小,NOx排放達(dá)不到法規(guī)要求,易產(chǎn)生爆震,發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱等現(xiàn)象。因此EGR率必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況要求進(jìn)行控制。EGR控制系統(tǒng)中,EGR閥是關(guān)鍵部件。不同的EGR率是通過(guò)EGR閥的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電控發(fā)動(dòng)機(jī)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(diào)節(jié)從排氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管孔口的大小,精確地控制EGR率。EGR工作期間通過(guò)監(jiān)測(cè)針閥位置反饋信號(hào)控制針閥位置。并根據(jù)冷卻水溫度、節(jié)氣門位置和進(jìn)氣流量控制EGR針閥的位置。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明:當(dāng)EGR率小于10%時(shí),燃油消耗量基本上不增加,當(dāng)EGR率大于20%時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)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(nèi)較合適。隨著負(fù)荷增加EGR率允許值也增加:怠速和低負(fù)荷時(shí),NOx排放濃度低,為了保證穩(wěn)定燃燒,不進(jìn)行EGR。只有熱態(tài)下進(jìn)行EGR。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低時(shí),NOx排放濃度也較低,為了保證正常燃燒,冷機(jī)時(shí)不進(jìn)EGR。大負(fù)荷、高速時(shí),為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)有較好的動(dòng)力性,此時(shí)混合氣較濃,NOx排放生成物較少,可不進(jìn)行EGR或減少EGR率廢氣再循環(huán)量對(duì)NOx排放和油耗的影響還受到空燃比、點(diǎn)火提前角等因素的影響。因此在EGR率進(jìn)行控制時(shí),同時(shí)對(duì)點(diǎn)火等進(jìn)行綜合控制,就能得到較好的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。4)活性碳罐蒸發(fā)污染控制裝置為了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽,電控發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用了碳罐,油箱中的燃油蒸汽在發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被碳罐中的活性碳所吸附,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),依靠進(jìn)氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動(dòng)機(jī)中。電子控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況通過(guò)電磁閥控制真空度的通或斷達(dá)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?xì)浠衔锖凸?jié)約燃料。4.執(zhí)行器執(zhí)行器主要有:噴油器、冷起動(dòng)噴油器、點(diǎn)火控制器、怠速控制閥(步進(jìn)電機(jī))、活性碳罐電磁閥、汽油泵繼電器、EGR閥(廢氣再循環(huán)控制閥)。9、春去春又回,新桃換舊符。在那桃花盛開的地方,在這醉人芬芳的季節(jié),愿你生活像春天一樣陽(yáng)光,心情像桃花一樣美麗,日子像桃子一樣甜蜜。3月-253月-25Wednesday,March26,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。15:57:4315:57:4315:573/26/20253:57:43PM11、夫?qū)W須志也,才須學(xué)也,非學(xué)無(wú)以廣才,非志無(wú)以成學(xué)。3月-2515:57:4315:57Mar-2526-Mar-2512、越是無(wú)能的人,越喜歡挑剔別人的錯(cuò)兒。15:57:4315:57:4315:57Wednesday,March26
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