电子燃油喷射系统简介

尐豬爺 · 发表于 2009-1-15 19:44

电子燃油喷射系统简介

   众所周知，汽油在进入发动机的气缸前，需要喷散成雾状和蒸发，并按一定的比例与空气混合，形成可燃混合气，这种可燃混台气中的燃油含量的多少称为可燃混合气的浓度。

   可燃混合气的浓度应能使混台气任气缸中及时而完全地燃烧。因为燃烧得完全，燃烧的放热量就多，这不仅能使发动机发出更大的功率，而且可使排出废气中的有害物质得到控制；燃烧得及时，可使比油耗下降，热效率提高。因此燃烧的质量即燃烧是否完全和及时，关系到co、hc在汽车排放中的含量以及燃料燃烧放热量的利用程度。

   其次，由于燃烧放热量主要受限于气缸的充气且，充气虽越大，发动机的功率和扭矩也越大。电子汽油喷射系统就是这样一种能够提高汽油雾化质量、改进燃烧、控制排污和改善汽油发动机性能的汽车电子产品。

   与传统的化油器供给系统相比，电子汽油喷射系统是以燃油喷射装置取代化油器，通过微电子技术对系统实行多参数控制，可使发动机的功率提高10％，在耗油量相同的情况下，扭矩可增大20％；从o－100km／h加速度时间减少7％；油耗降低10％；房气排污量可降低34％一50％，系统采用闭环控制并加装三元催化器，排放量可下降73％。电子燃油喷射系统有两种类型；单点汽油喷射系统spl(singie point injection)和多点汽油喷射系统mpl(muiti。point injection)。

mpi的结构特点

   mpi系统由燃料供给系统(电动汽油泵、燃油滤清器、分配管、压力调节器、喷油器和冷起动阀等)、空气供给系统(空气滤清器、空气流量计、进气系统等)以及电子控制系统(电子控制单元ecu、传感器)等组成。图1—3为德国博世(bosch)公司研制生产的mpi系统。

   工作原理由空气流量计检测发动机的进气量，由发动机转速及曲轴位置传感器提供发动机转速信号和曲轴转角信号，电子控制单元根据发动机运行工况，从存储单元的数据中查出相对应工况下的最佳空燃化，依据进气量利转速及曲轴转角信号计算出每循环的供油量，实现对喷油器的喷油量的控制，同时通过节气门位置、冷却水温、空气温度和氧含量等传感器检测到的反映发动机运行工况的表征信号，对喷油量、喷油时间进行修正，从而使发动机始终具有一个最佳的空燃比。

实现发动机性能的优化平衡

   在以往的汽油发动机中，可燃混合气是由化油器提供的，即汽油由化油器喷管喷出即被流经喉管的高速的空气流冲散，成为雾状颗粒，与空气混合，经过气管被分配到各个气缸。在这里，空气流量取决于喉管的形状和尺寸；汽油流量，对于一定结构参数的化油器，则取决于喉管的真空度。

   由于汽油发动机的工作特点是工况变化范围大：负荷从o一100％，转速从最低稳定转速到最高转速，而且有时工况变化很迅速。而各种工况对混合气的浓度要求不同。为了保证可燃混合气的浓度符合预定数值，就需要精确地控制空气流量和汽油流量。传统的化油器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，与电子燃油喷射系统相比，不仅结构复杂，而且对发动机运行状态的适应性、响应速度和控制的精确性均显不足，尤其在特殊工况(加速、冷起动)，难于在满足车辆的动力性能的同时，兼顾经济性和排放控制。

   而mpl系统可以根据发动机的进气量大小和运行工况，对混合气浓度进行自动控制。通过提供发动机各种工况下实际需要的最佳空燃比，使汽车的动力性能增强，油耗和排放物获得良好的控制。

技术特点：充气系数nv

   nv值越大，显示每循环实际克气虽越多，发动机功率和扭矩则随每循环可燃烧的燃料的增多而提高。由于nv值正比于进气终了的压力，因此利用进气管内气流的波动特性，形成进气增压效果，是提高nv值的有效途径。由于电子燃油喷射系统用直接喷油取代了化油器，进气系统的设计无需考虑预热装置和喉管阻力等因素，从而为达成这一途径，优化进气管结构提供了设计空间。

   目前在实际应用中，有按特定转速区域，利用进气时的惯性效应和脉动效应设计的具有特定长度的进气管，也有管内设置进气增压阀的可变长度进气管。实践证明，这些结构极大地改善了充气性能，提高了发动机的动力性，降低了油耗。

雾化质量高并实现了可燃混合气的均等分配

   可燃混合气及时并燃烧完全的条件是：汽油与空气以一定的重量比例混合；汽油在空气中彻底雾化并与空气均匀混合，以便在点火之前各缸的混合气成分接近相等并接近完全汽化。在这一方面，化油器是利用吸入的气流的动能实现汽油的雾化，采用化油器的直列多缸发动机通常是两缸或部分气缸共用一个进气道。

   与化油器不同，为了加快蒸发速度，mpl系统的喷油器以200一300kpa的压力，将汽油从喷孔喷出，在空气阻力和高速流动的扰动下，汽油被击碎成雾状，从而大大增加了与空气的接触面积，提高了雾化的细度和均匀度，这对改善发动机的冷起动性能，尤为重要。

   其次，采用mpl系统后，每个气缸相对于一个单独的进气管，每个气缸盖安装一个电磁喷油器’直接将燃油到进气适内进气门上方，与流经进气歧管的空气流混合，当进气门打开时，被吸入气缸。这种与系统相匹配的进气管的布置型式，充分实现了新鲜充气量数虽和成份在各气缸的均匀分配。与化油器式进气系统相比，不仅构简化，而且从根本上解决了相邻气缸进气重叠发生干涉引起的配气不均匀，使功率下降，燃油增加的问题。

精确的空燃比和优良的动态控制

可燃混台气的浓度用空燃比表示：

燃料流量率空燃比ap＝燃料流量率/空气流量率.

   从汽油机的燃烧过程可知，燃料放热量的利用程度或指示热效率，取决于混合气的浓度(空燃比)，从而对发动机的性能指标、油耗和废气排放产生影响。

   mpi系统可根据车辆各种工况下实际需要的空燃比，通过空气流量计检测进气量大小后，结台发动机转速，算出每循环的供油且，将此值换算咸喷油器持续开启喷油的时间，再将这一时间值转换成脉冲信号的宽度，调节燃油基本喷射量的喷油脉冲宽度，再经脉宽扩展(辅助加浓)，提高了混合气形成和供给全过程的自动化和控制精度，从而改善了燃料燃烧过程的质量。其中，喷油开启时刻由曲轴位置传感器提供曲轴转角信号，在相对曲轴转角的固定转角处开启进行喷油。喷油虽由同步喷射持续时间与异步喷射持续时间来实现。

   冷起动—汽车冷起动时，由于发动机的转速和燃烧室壁面温度低，空气流速慢，导致汽油蒸发和汽化条件好，这时的汽油大部分呈较大的油粒状态，进入气缸被汽化的汽油只有1／5—1／10。当发动机处于这一工况时，mpl系统通过电子控制单元检测到发动机启动信号后，以同步喷射作为主喷油虽，同时经点火开关启动治启动喷油嘴，进行异步喷射使供油加浓，喷油嘴可提供最佳雾状汽油，以补偿冷起动工况对混合气的额外需求。由于燃料蒸发且增多，在火花塞附近提供了足够的新鲜混合气，使得实际混合比接近最佳，保证了点火起动。

   暖机——发动机起动后，发动机随着转速的提升温度也在逐步上升。由于发动机温度仍然较低，殆留在气缸内的废气相对在增多，混合气受到稀释，对燃烧不利。为保持发动机稳定的运行，mpl系统内的电子控制单元根据发动机冷却水温度信号、转速和节气门开度信号的变化，增减喷油量通过对各缸喷油脉宽实施扩展，进行暖机加浓，喷油脉宽的扩展随冷却水温的升高趋小，直至冷却水温达到规定值方停止加浓。

   加速——车辆加速时，节气门突然加大。这时，由于液体燃料的惯性远大于空气的惯性，故其流量的增长空气流量的增长要慢得多，因而瞬时加速会使混合气变得过稀，致使烧热值过低，燃烧放热量少，不利于火焰传播。化油器系统处于这一工况时，由于进入喉管的汽油与空气的比重相差很大，又由于进气管压力骤升，冷空气来不及预热，致使部分油滴附着于进气管壁，令实际参与燃烧的温合气分与化油器供给的燃油空气比例发生变化，因而化油器系统往往会出现混合气暂时过稀现象，显得加速响应滞后。mpi系统采用进气门附近直接喷油，无需对进气管预热，同时电子控制单元根据空气流量计计算出的每一循环所需要的空气量，按每一循环的实际喷油虽，发出加浓指令，使混合气浓度及时随节气门开度的变化而变化。

   除此之外，当发动机在高转速下突然关闭节气门，即处于强制怠速工况b4，系统会自动切断燃油供应，喷停止，这不仅使排气中的有害物含量减少，而且降低了燃油消耗。

   目前，电子汽油喷射系统的装车率，在汽车方面，美国为100％，德国96％，日本80％；摩托车方面，则以德国bmw最为广泛使用。作为今后的发展趋势，多点汽油喷射系统(mpi)将取代单点汽油喷射系统(spt)；系统的结构将由开环控制向闭环控制发展；电子控制芯片处理能力将由16位32位发展。