模块一--电控燃油喷射系统的结构原理

模块一电控燃油喷射系统的结构原理学习目标课题1.1概述课题1.2电控燃油喷射系统的组成课题1.3电控燃油喷射系统主要部件的结构原理课题1.4电控燃油喷射系统的控制原理总结术语须知学习目标解释发动机对可燃混合气的要求。介绍燃油喷射系统的优点。介绍电控燃油喷射系统的组成。介绍电控燃油喷射系统各部分组成的功能。描述电控燃油喷射系统常用传感器的类型、结构和工作原理。描述喷油器的结构原理。掌握电动汽油泵的结构原理。描述喷油器的控制原理。返回下一页学习目标描述喷油正时的控制原理。描述发动机启动时和启动后的喷油量控制原理。结合实际对燃油喷射系统进行分类。比较电控燃油喷射系统常用传感器。正确区分不同类型的喷油器。正确区分电动汽油泵的控制方式。返回上一页课题1.1概述为使发动机能够正常运转，必须为其提供连续的可燃混合气。通过直接或间接测量进入发动机的空气量，并按规定的空燃比计量燃油的供给量，这一过程称为燃油配制。汽油机的燃油配制类型，可根据汽油的供给方式分为化油器式和燃油喷射式两种。这两种装置均是依据节气门开度和发动机转速计量进气量，然后根据进气量供给适当空燃比(A/F)的混合气进入汽缸。下一页返回课题1.1概述燃油配制方式见图1-1，化油器式发动机利用空气流经节气门上方喉管处产生的真空度，将燃油从浮子室中连续吸出且进行混合后，再被吸入汽缸内燃烧做功，使发动机运转；燃油喷射式发动机则根据直接或间接测量的空气进气量，确定燃烧所需的汽油量。并通过控制喷油器喷油时间精确配制，使一定量的汽油以一定压力通过喷油器喷射到发动机的进气道或汽缸内与相应空气形成可燃混合气。电子燃油喷射(ElectronicFuelInjection，EFI)系统采用多种传感器检测发动机工作状态，经过ECU计算处理，使发动机在各种工况下均能获得最佳的空燃比，可有效地提高和改善发动机的动力性、经济性，达到排气净化的目的。上一页下一页返回课题1.1概述相关知识1空燃比对发动机牲能的影响可燃混合气的成分对发动机动力性、经济性及排放性均有较大的影响。下面分析空燃比与发动机性能的关系。将进入发动机的空气质量与燃油质量之比称为空燃比，用A/F表示。燃油供给装置向进气管提供一定比例的燃油，且与进气管内的空气混合后形成可燃混合气，使其在汽缸内燃烧。1kg汽油完全燃烧所需要的空气量约为14.7kg，因此，当A/F为14.7时，称为理论空燃比。但在发动机实际工作过程中，燃烧1kg燃油所消耗的空气不一定为理论所需求的空气量，它与发动机的结构与使用工况密切相关，所供的实际空气量可能大于或小于理论空气量。上一页下一页返回课题1.1概述此外，通常把实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数A，当λ=1时，即为理论混合气；λ1时，称为稀混合气；λ1时，称为浓混合气。A/F对发动机性能的影响见图1-2。当A/F=12.5时，由于其燃烧速度最快，发动机所产生的转矩最大，故发动机的动力性最好，所以又称为功率空燃比。当A/F=16时，由于混合气较稀，有利于汽油完全燃烧，故可降低发动机的油耗。因为此时发动机的经济性最好，故又称其为经济空燃比。发动机的性能与A/F有着密切的关系，但影响的程度和变化规律各不相同。因此，如何精确控制A/F，是提高发动机性能的重要途径。上一页下一页返回课题1.1概述相关链接——发动机各种工况对可燃混合气的要求发动机在实际运行过程中，其工况在工作范围内不断变化，且在工况变化时，发动机对可燃混合气A/F的要求也不同。1.稳定工况发动机的稳定工况是指发动机已经完全预热，进入正常运转，且在一定时间内转速和负荷没有突变。稳定工况可分为怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷等。上一页下一页返回课题1.1概述(1)怠速和小负荷工况。怠速工况是指发动机对外无功率输出，且以最低稳定转速运转的情况。此时，混合气燃烧后所做的功，只用于克服发动机内部的阻力，并使发动机保持最低转速稳定运转。汽油机怠速转速一般为800±100r/min。在怠速工况下，节气门处于关闭状态。此时，吸入汽缸内的可燃混合气不仅数量极少，而且汽油雾化蒸发也不良，进气管中的真空度很高，当进气门开启时，汽缸内压力仍高于进气管压力，结果使得汽缸内的混合气废气率较大。此时，为保证混合气能正常燃烧，就必须提高其浓度，见图1-3中的A点。随着负荷的增加和节气门稍微开大而转入小负荷工况时，吸入混合气的品质逐渐改善。上一页下一页返回课题1.1概述所以，在小负荷工况时，发动机对混合气成分的要求如图1-3中的AB段。即发动机在小负荷运行时，供给混合气也应加浓，但加浓的程度随负荷的增加而减小。(2)中等负荷工况。汽车发动机的大部分工作时间都处于中等负荷状态。此时，节气门已有足够大的开度，上述影响因素已不复存在。因此，可供给发动机较稀的混合气，以获得最佳的燃油经济性。该工况相当于图1-3中的BC段，A/F≈16~17。上一页下一页返回课题1.1概述(3)大负荷和全负荷工况。在大负荷时，节气门开度已超过75%，此时应随着节气门开度的开大而逐渐地加浓混合气以满足发动机功率的要求，如图1-3中的CD段。但实际上，在节气门尚未全开之前，如果需要获得更大的转矩，只要把节气门进一步开大就能实现，没有必要使用功率空燃比来提高功率，而应当继续使用经济混合气来达到省油的目的因此，在节气门全开之前所有的部分负荷工况都应按经济混合气配制，只是在全负荷工况时，节气门已经全开，此时为了获得该工况下的最大功率必须供给功率混合气，如图1-3中的D点。在从大负荷过渡到全负荷工况的过程中，混合气的加浓应逐渐变化。上一页下一页返回课题1.1概述2.过渡工况汽车运行过程中的过渡工况分冷启动、暖机、加速和减速等。(1)冷启动。冷机启动时，发动机要求供给很浓的混合气，以保证混合气中有足够的汽油蒸气，使发动机能够顺利启动。但在冷启动时燃料和空气的温度很低，汽油蒸发率很小，为了保证冷启动顺利，要求提供极浓的混合气。(2)暖机。发动机冷机启动后，各汽缸开始依次点火而做功，发动机温度逐渐上升，即暖机。发动机在暖机过程中，由于温度较低燃油雾化较差，因此，也需要A/F较小的浓混合气，而且随着发动机温度升高而A/F逐渐增大，直至达到正常工作温度时为止，发动机进入怠速工况。上一页下一页返回课题1.1概述(3)加速和减速。发动机的加速是指发动机的转速突然迅速增加的过程。此时，驾驶员猛踩加速踏板，节气门开度突然加大，进气管压力随之增加。由于汽油的流动惯性和进气管压力增大后汽油蒸发量的减少，大量的汽油颗粒被沉积在进气管壁面上，形成较厚油膜。而进入汽缸内的实际混合气则瞬时被稀释，严重时会出现过稀，使发动转速下降。为了避免这一现象发生，在发动机加速时，应向进气管喷入一些附加汽油以弥补加速时的暂时稀释，从而获得良好的加速性能。上一页下一页返回课题1.1概述当汽车减速时，驾驶员迅速松开加速踏板，节气门突然关闭，此时由于惯性作用发动机仍保持很高的转速。因此，进气管真空度急剧增高，促使附着在进气管壁面上的汽油蒸发汽化，并在空气量不足的情况下进入汽缸内，造成混合气过浓，严重时甚至熄灭。因此，发动机减速时应供给较稀的混合气，以免上述现象发生。电控燃油喷射系统的控制目标是精确控制A/F，以满足发动机在各种工况和条件下所需最佳空燃比的要求。这正是化油器式燃油供给系统无法做到的。上一页下一页返回课题1.1概述相关知识2电控燃油喷射系统的分类1.按控制方式分类按控制方式不同，发动机燃油喷射系统可分为机械控制式、机电结合式和电子控制式燃油喷射系统(简称电控燃油喷射系统)。(1)机械控制式燃油喷射系统。指利用机械机构实现燃油连续喷射的机械控制系统，为缸内喷射系统，即系统将燃油直接喷射到汽缸内部，A/F采用了气动式混合气调节器进行调节。1967年，德国博世公司研制成功了与柴油发动机喷油系统结构原理截然不同的K-Jetronic型(简称K型)机械控制式燃油喷射系统，见图1-4，并装备奔驰和奥迪等轿车使用。K型机械控制式燃油喷射系统开辟了现代汽车燃油喷射技术的先河，将汽车发动机燃油喷射技术提高到一个新水平。上一页下一页返回课题1.1概述(2)机电结合式燃油喷射系统。指由机械机构与电子控制装置结合实现燃油喷射的系统。1982年，德国博世公司在K型机械控制式燃油喷射系统的基础上，增设了一个油压调节器、部分传感器和电子控制器，改进研制成功了KE-Jetronic型(简称KE型)机电结合式燃油连续喷射系统，见图1-5。1993年以前出厂的奔驰、奥迪轿车大多采用KE型系统KE型燃油喷射系统供油压力为610~650kPa，喷油器开始喷油压力为430~460kPa。(3)电控燃油喷射系统。指由ECU直接控制燃油喷射的系统，见图1-6。目前，帕萨特，马自达M6，桑塔纳GLi，2000GLi，2000GSi，捷达AT，GTX，夏利2000型轿车以及切诺基吉普车等国产汽车均采用电控燃油喷射系统。上一页下一页返回课题1.1概述供油系统供给一定压力的燃油(一般高于进气歧管压力300kPa左右)，燃油由喷油器喷入进气门附近(多点喷射)或节气门附近(单点喷射)的进气歧管内或直接喷入发动机汽缸内与空气混合，喷油器受ECU控制，ECU通过控制每次喷油持续时间控制喷油量，喷油持续时间一般为2~12ms。喷油持续时间，决定喷油量的多少。根据控制方式不同，电控燃油喷射系统可分为开环控制系统、闭环控制系统、自适应控制系统、学习控制系统和模糊控制系统等。上一页下一页返回课题1.1概述2.按空气量的检测方式分类根据空气进气量的检测方式不同，发动机燃油喷射系统可分直接检测方式和间接检测方式两种。直接检测方式称为质量一流量(MassFlow)方式；间接检测方式又可分为速度一密度(SpeedDensity)方式和节气门一速度(ThrottleSpeed)方式。上一页下一页返回课题1.1概述速度一密度方式根据进气管绝对压力和发动机转速计量发动机每循环的进气量，而节气门一速度方式则根据节气门开度和发动机转速计量发动机每循环的进气量，从而计算所需的喷油量。三种A/F控制系统见图1-7。目前，在汽油发动机上通常采用质量一流量方式和速度一密度方式来测量进气量。由于质量一流量控制方式(L型)是通过翼片式空气流量传感器(AirFlowSensor，AFS)直接测量发动机的进气量，再根据进气量和转速来确定发动机每工作循环的供油量，因此，比用进气管绝对压力间接测量发动机进气量的方法精度高、稳定性好。上一页下一页返回课题1.1概述3.按喷油器喷油部位分类根据喷油器喷油的部位不同，发动机燃油喷射系统可分为缸内喷射系统和进气管喷射系统。其中，进气管喷射系统又可分为单点喷射系统和多点喷射系统，而多点喷射系统又可分为D型、L型、LH型和M型燃油喷射系统。其中，D型为压力检测型燃油喷射系统，L型、LH型和M型均为空气流量检测型燃油喷射系统。上一页下一页返回课题1.1概述(1)缸内喷射系统。喷油器将燃油直接喷射到汽缸内部，又称为缸内直接喷射系统，见图1-8(a)。缸内喷射系统均为多点喷射系统，喷油器安装在汽缸盖上，并以较高的燃油压力(3~4MPa)将燃油直接喷入汽缸。由于汽油钻度低而喷射压力较高，且缸内工作条件恶劣(温度高、压力高)，因此，对喷油器的技术条件和加工精度要求较高。上一页下一页返回课题1.1概述(2)进气管喷射系统。喷油器将燃油喷射在节气门或进气门附近进气管内，又称为缸外喷射系统，见图1-8(b)。目前，汽车燃油喷射系统大都采用进气管喷射系统。与缸内喷射相比，进气管喷射系统对发动机机体的设计改动量较小，喷油器不受燃烧高温、高压的直接影响，设计喷油器时受到的制约较少，且喷油器工作条件大大改善。国产桑塔纳GLi，2000GLi，2000GSi，捷达AT，GTX，奥迪Audi100，Audi200，红旗CA7180E，CA7200E，CA7220E，夏利TJ7130E，2000型轿车以及切诺基