1、汽車電控技術(shù)，第二章發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)，2.1電控汽油噴射系統(tǒng)概述，2.1.1電控汽油噴射系統(tǒng)概述，1 .電控汽油噴射系統(tǒng)發(fā)展過程，電控燃油噴射技術(shù)最早應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，直到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束1952年，第二次世界大戰(zhàn)的德軍飛機(jī)使用的機(jī)械式汽油噴射技術(shù)被應(yīng)用于轎車，德國的Daimler-Benz)300L型賽車搭載了德國博世公司制造的第一臺(tái)機(jī)械式汽油噴射裝置。 1953年，美國奔迪克(Bendix )公司著手開發(fā)電子控制汽油噴射(Electric Fuel Injection，EFI )裝置，1957年，該公司的電子控制汽油噴射系統(tǒng)誕生，并首次搭載于克萊斯勒(Chrysler ) 車用汽油噴射裝置

2、多采用機(jī)械式噴射泵，其結(jié)構(gòu)和原理與柴油機(jī)噴射泵很相似，控制功能由機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，多用于豪華轎車和賽車。 20世紀(jì)60年代以后，受電子技術(shù)的飛速發(fā)展和排放限制的影響，電控汽油噴射(EFI )技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。 汽油噴射系統(tǒng)比汽化器修正量更準(zhǔn)確，霧化燃料更精細(xì)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作更敏感，因此在經(jīng)濟(jì)性、排放性、動(dòng)力性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。 正在關(guān)注汽油噴射系統(tǒng)。 1967年，德國博世公司在K-Jetronic機(jī)械式汽油噴射系統(tǒng)的開發(fā)上取得成功，在追加了電子控制系統(tǒng)的KE-Jetronic機(jī)械結(jié)合式汽油噴射系統(tǒng)的開發(fā)上取得成功，進(jìn)一步發(fā)展了這一技術(shù)。 1967年，德國博世公司首次開發(fā)了D-Jet

3、ronic全電子汽油噴射系統(tǒng)應(yīng)用于汽車，20世紀(jì)70年代首次批量生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)首先達(dá)到了美國加利福尼亞州尾氣排放法規(guī)的要求，開啟了汽油噴射系統(tǒng)電子控制的新時(shí)代。 d型噴射系統(tǒng)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)箱急劇變化的情況下，忽略控制效果。 1973年，基于d型汽油噴射系統(tǒng)，博世公司開發(fā)了質(zhì)量流量控制的L-Jetronic型電控汽油噴射系統(tǒng)。 后來，l型電控汽油噴射系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展為LH-Jetronic系統(tǒng)，后者精確測(cè)量進(jìn)氣質(zhì)量，補(bǔ)償大氣壓，同時(shí)降低、影響溫度變化的影響，并且進(jìn)一步減小進(jìn)氣阻力，使響應(yīng)速度更快，性能更優(yōu)異。 大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，為協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)各方面矛盾，實(shí)現(xiàn)綜合控制油耗、排放與動(dòng)力性等

4、性能的綜合控制系統(tǒng)的誕生提供了條件。 1979年，德國博世公司開始生產(chǎn)集電子點(diǎn)火和電控汽油噴射為一體的Motronic數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制系統(tǒng)，可以綜合控制空燃比、點(diǎn)火正時(shí)、怠速轉(zhuǎn)速和廢氣再循環(huán)等方面。 為了降低汽油噴射系統(tǒng)的價(jià)格，進(jìn)一步推進(jìn)電控汽油噴射系統(tǒng)，1980年，美國通用電子(GM )公司首先開發(fā)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單廉價(jià)的節(jié)流閥體噴射(TBI )系統(tǒng)，開發(fā)了數(shù)字式計(jì)算機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的新TBI系統(tǒng)為低壓燃油噴射系統(tǒng)，控制準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一種經(jīng)濟(jì)高效的加油裝置。 隨著排放規(guī)制的完善，這種物美價(jià)廉的系統(tǒng)有完全取代傳統(tǒng)汽化器的傾向。 1983年，德國博世公司也發(fā)布了獨(dú)特的單點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)Mono-Jetr

5、onic系統(tǒng)。 由于電控汽油噴射技術(shù)日益完善、性能優(yōu)越，電控汽油噴射裝置自20世紀(jì)70年代末以來發(fā)展迅速。 不僅是轎車，越來越多的其他類型的車輛也采用了電控汽油噴射技術(shù)，充分證明了其強(qiáng)大的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。 2、電控汽油噴射系統(tǒng)的分類、電噴系統(tǒng)的發(fā)展迄今為止有多種類型。 根據(jù)其構(gòu)造特征可分為以下類型。1 )按照系統(tǒng)控制模式，在發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制系統(tǒng)中，按照系統(tǒng)控制模式，可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。 (1)開環(huán)控制是將與通過試驗(yàn)確定的發(fā)動(dòng)機(jī)的各運(yùn)轉(zhuǎn)情況對(duì)應(yīng)的最佳供油量的數(shù)據(jù)預(yù)先保存在計(jì)算機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，主要基于各傳感器的輸入信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，找到最佳供油量并進(jìn)行控制用功率放大器

6、放大控制信號(hào)后，啟動(dòng)電磁噴射器，控制混合氣體的空燃比，使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 開環(huán)控制系統(tǒng)不具有氧傳感器等反饋傳感器，僅根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況殘奧節(jié)表的變化進(jìn)行控制，并且，按事故在計(jì)算機(jī)ROM中設(shè)定的測(cè)試數(shù)據(jù)流進(jìn)行動(dòng)作。 其優(yōu)點(diǎn)很簡(jiǎn)單，其精度直接取決于所設(shè)定的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的精度和電磁噴射器調(diào)整標(biāo)定的精度。 但是，當(dāng)噴射器及傳感器系統(tǒng)的電子產(chǎn)品的性能變化時(shí)，混合氣體被正確地保持在規(guī)定的空燃比值。 因此，對(duì)引擎及控制系統(tǒng)的各構(gòu)成部分的精度要求高，系統(tǒng)自身的抗噪聲性差，而且如果使用狀況超過預(yù)定范圍，則不能實(shí)現(xiàn)最佳的控制。 其動(dòng)作如圖2.1所示。 (2)閉環(huán)控制、閉環(huán)控制系統(tǒng)也稱為反饋控制系統(tǒng)，其特征在于

7、加入反饋傳感器，輸出反饋信號(hào)，向控制器進(jìn)行反饋，隨時(shí)修正控制信號(hào)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)在排氣管上安裝氧傳感器，根據(jù)排氣管中的氧含量變化測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的混合氣的空燃比值，將其與輸入計(jì)算機(jī)中設(shè)定的目標(biāo)空燃比值進(jìn)行比較，用功率放大器放大偏差信號(hào)后驅(qū)動(dòng)電磁噴射器，將空燃比保持在設(shè)定的目標(biāo)值附近因此，閉環(huán)控制可以實(shí)現(xiàn)高的空燃比控制精度，消除產(chǎn)品差異、磨損等引起的性能，改變對(duì)空燃比的影響，工作穩(wěn)定性好，抗噪性強(qiáng)。 閉環(huán)控制的原理如圖2.2所示。 圖2.3所示，通過采用閉環(huán)控制的燃料噴射系統(tǒng)，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在理論空燃比(14.7 )附近的狹窄范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以達(dá)到基于三元催化劑轉(zhuǎn)換裝置的廢氣凈化處理的最佳效果。

8、 但是，發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊運(yùn)轉(zhuǎn)狀況(例如，起動(dòng)、暖機(jī)、加速、怠速、全負(fù)荷等)需要向控制系統(tǒng)供給濃混合氣以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的各種性能，因此在現(xiàn)代的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中，通常是開環(huán)和閉環(huán)2 )按噴油方式分類，在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中，按噴油方式分類，可分為機(jī)械式、機(jī)電混合式和電子控制式3種燃料噴射系統(tǒng)。 (1)機(jī)械式燃料噴射系統(tǒng)(k系統(tǒng))在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用時(shí)間長，在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用少。 德國博世公司的K-Jectronic系統(tǒng)是機(jī)械式汽油噴射系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱k系統(tǒng)。 該系統(tǒng)采用連續(xù)噴射方式，可分為單點(diǎn)或多點(diǎn)噴射，其噴射量由空氣修正量板直接控制，由汽油流量調(diào)節(jié)柱塞控制，采用機(jī)械式修正量方式，由此而得名。 在該系

9、統(tǒng)中設(shè)有冷啟動(dòng)噴射器、暖車調(diào)節(jié)器、空氣閥及全負(fù)荷加濃器等裝置，根據(jù)狀況修正基本噴射量。 (2)機(jī)電混合式燃料噴射系統(tǒng)(KE系統(tǒng))、德國博世公司的KE-Jectronic系統(tǒng)就是這種類型，簡(jiǎn)稱為KE系統(tǒng)，是根據(jù)k式進(jìn)行改良的產(chǎn)品。 特征是增加了電子控制單元(Electric Control Unit，ECU )。 ECU根據(jù)來自水溫、節(jié)氣門位置等傳感器的輸入信號(hào)，控制電液式差壓、調(diào)節(jié)器的動(dòng)作，可以補(bǔ)償不同情況下的空燃比。 (3)電子控制燃料噴射系統(tǒng)(e系統(tǒng))、燃料的修正量通過電子控制單元和電磁噴射器實(shí)現(xiàn)。電子控制單元通過各種傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)殘奧表(包括發(fā)動(dòng)機(jī)的吸入空氣量、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度、排

10、氣中的氧含量等)的變化，ECU根據(jù)輸入信號(hào)和數(shù)學(xué)模型決定必要的燃料噴射量， 通過控制噴射器的開閥時(shí)間來控制向汽缸內(nèi)噴射的循環(huán)噴射量的電子控制式燃料噴射系統(tǒng)，能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)的各種狀況下正確地修正測(cè)量必要的燃料噴射量，穩(wěn)定性高，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳設(shè)定修正和最佳控制。 因此，它被廣泛應(yīng)用于汽油噴射系統(tǒng)。 3 )按噴射器數(shù)量分類，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射控制系統(tǒng)中，按噴射器數(shù)量分類，可分為單點(diǎn)噴射(Single-Point Injection，SPI )和多點(diǎn)噴射(Multi-Point Injection，多點(diǎn)噴射) (1)單點(diǎn)噴射(SPI )、單點(diǎn)噴射系統(tǒng)將噴射器安裝在具有氣化器的節(jié)氣門段上，其外形也像氣

11、化器一樣，通常用一個(gè)噴射器將燃料噴射到氣流中，形成混合氣體進(jìn)入進(jìn)氣歧管，分配到各氣缸中。 有些增壓和v型發(fā)動(dòng)機(jī)使用兩個(gè)噴射器。 因此，單點(diǎn)噴射也稱為中央燃料噴射(CFI )，將油化器替換為節(jié)流閥體噴射裝置(TBI )。 單點(diǎn)噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障源少，可采用低噴射壓力(僅0.1MPa )，原始使用，對(duì)油器的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行少量改變，可形成單點(diǎn)噴射系統(tǒng)。 另外，大量生產(chǎn)后，其成本也大幅度降低，只比油化器的成本高，但其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于油化器。 因此，廣泛應(yīng)用于1990年代的小容量普通車。 預(yù)計(jì)隨著燃料限制的嚴(yán)格，其地位也會(huì)提高。 與傳統(tǒng)的汽化器式發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，單點(diǎn)噴射系統(tǒng)的相鄰汽缸進(jìn)氣沖程重疊，混合氣的分配不

12、均勻，其控制精度和性能比多點(diǎn)噴射差。 由于單點(diǎn)噴射在氣流的前段(節(jié)氣門段)將燃料吹到氣流上，所以也屬于前段噴射。 (2)多點(diǎn)噴射(MPI )、多點(diǎn)噴射系統(tǒng)在各氣缸的進(jìn)氣口安裝噴射器，根據(jù)電子控制單元(ECU )的控制依次進(jìn)行分缸單獨(dú)噴射或分組噴射，向各氣缸的進(jìn)氣門前方直接噴射汽油，與空氣一起進(jìn)入氣缸形成混合氣。 多點(diǎn)噴射也稱為多端口噴射(MPI )或順序燃料噴射(SFI )或單獨(dú)燃料噴射(IFI )。 多點(diǎn)燃料噴射避免了進(jìn)氣重疊，改善了燃料分配的均勻性，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。 同時(shí)，由于其控制更加準(zhǔn)確，無論發(fā)動(dòng)機(jī)處于何種狀態(tài)，其過渡過程的響應(yīng)和燃油效率都是最佳的。 但是，多點(diǎn)噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

13、，成本高，故障源也多。 從發(fā)展趨勢(shì)來看，由于電子技術(shù)越來越成熟、法規(guī)越來越嚴(yán)格，多點(diǎn)噴射系統(tǒng)因其性能優(yōu)越而占主導(dǎo)地位。 現(xiàn)在，多點(diǎn)噴射系統(tǒng)不僅是高級(jí)車和賽車，一部分普通車輛也開始采用。 由于多點(diǎn)噴射系統(tǒng)直接向進(jìn)氣門前方噴射，所以多點(diǎn)噴射在氣流的后段向氣流噴射燃料，屬于后段噴射。 4 )按噴射器的噴射方式分類，在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中，按噴射器的噴射方式可分為連續(xù)噴射和間歇噴射2種形式。 (1)連續(xù)噴射、噴射器穩(wěn)定地連續(xù)噴射，其流量與進(jìn)入氣缸的空氣量成比例，因此也稱為穩(wěn)定噴射。 在連續(xù)噴射系統(tǒng)中，汽油被連續(xù)地噴射到進(jìn)氣歧管內(nèi)，在進(jìn)氣管內(nèi)蒸發(fā)后形成可燃混合氣，并被吸入到汽缸內(nèi)。 由于連續(xù)噴射系統(tǒng)不需

14、要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的工作正時(shí)，因此控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 德國博世公司的k系統(tǒng)和KE系統(tǒng)都采用了連續(xù)噴射方式。 (2)間歇噴射也稱為脈沖噴射或同步噴射。其特征是噴射頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步，噴射量僅依賴于噴射器的開閥時(shí)間(噴射脈沖寬度)。 因此，ECU根據(jù)由各種傳感器得到的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)殘奧表動(dòng)態(tài)變化的狀況，正確地校正預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的噴射量，控制噴射脈沖寬度，從而能夠控制發(fā)動(dòng)機(jī)的各種情況下的可燃混合氣的空燃比。 由于間歇噴射方式的控制精度高，被現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)廣泛采用。 如圖2.5所示，間歇噴射可以細(xì)分為同時(shí)噴射、組噴射、依次噴射三種形式。 同時(shí)噴射是指在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，各氣缸噴射器同時(shí)on，同時(shí)off。

15、 通常，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作周期分兩次噴射一次燃燒所需的汽油量。 在只能用于進(jìn)氣管噴射的同時(shí)，不需要判定氣缸信號(hào)，而且噴射器驅(qū)動(dòng)電路的通用性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 因此，現(xiàn)在這種噴射方式占主導(dǎo)地位。 組噴射是將噴射器按照發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)工作周期分成多個(gè)組交替噴射。 在僅進(jìn)氣管噴射的組噴射中，過渡空燃比的控制性能處于順序噴射和同時(shí)噴射之間，噴射正時(shí)與順序噴射方式相同，需要判定氣缸信號(hào)，但噴射器驅(qū)動(dòng)電路只要等于組數(shù)即可。 順序噴射是指噴射器按照發(fā)動(dòng)機(jī)的各汽缸的工作順序進(jìn)行順序噴射。 順序噴射是缸內(nèi)噴射和進(jìn)氣管噴射都可以采用的噴射方式。 與此相對(duì)，順次噴射方式在最佳噴射的情況下，能夠?qū)Ω髌锥〞r(shí)噴射必要的噴射量，因

16、此在改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率方面是有利的。 但是，在要求能夠識(shí)別噴射的汽缸的系統(tǒng)的同時(shí)，也要求與噴射的汽缸的數(shù)量相同的噴射器驅(qū)動(dòng)電路，其電路復(fù)雜，多采用于高檔車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。 5 )按噴射器的噴射部位分類，在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中，按噴射器的噴射部位分類，可分為缸內(nèi)噴射和缸外噴射兩種形式。 (1)由于是將噴射器安裝在氣缸蓋上直接向氣缸內(nèi)噴射的缸內(nèi)噴射，因此需要較高的噴射壓力(12MPa )。 由于噴射壓力高，對(duì)供油系統(tǒng)的要求高，相應(yīng)地成本也高。 同時(shí)，由于要求噴出的汽油分布在整個(gè)燃燒室，所以缸內(nèi)的噴射器的配置和氣流組織方向復(fù)雜，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定修正時(shí)需要留下噴射器的安裝位置，限制發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)定

17、修正，在以往的機(jī)械式汽油噴射系統(tǒng)中，這種類型的例子(2)指進(jìn)氣歧管內(nèi)噴射或進(jìn)氣門前噴射的缸外噴射。 在這種方式中，由于噴射器安裝在進(jìn)氣歧管內(nèi)或者進(jìn)氣、閥附近，所以汽油被噴射到進(jìn)氣中后，與空氣混合而形成可燃混合氣體并進(jìn)入氣缸內(nèi)。 理論上，噴射正時(shí)優(yōu)選設(shè)定修正為各汽缸的排氣行程上止點(diǎn)的70左右。 噴射方式可以是連續(xù)噴射也可以是間歇噴射。 相比之下，缸外噴射方式的汽油噴射壓力(0.10.5 MPa )不高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，因此目前得到廣泛應(yīng)用。 按空氣量的檢測(cè)方式分類，在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中，根據(jù)空氣進(jìn)氣量的檢測(cè)方式，分為直接檢測(cè)方式和間接檢測(cè)方式兩種。 直接檢測(cè)方式被稱為質(zhì)量-流量(Mass-Flow )方式(k型、KE型、l型、LH型等)，間接檢測(cè)方式被分為速度-密度(Speed-Density )方式(d等)，d型EFI系統(tǒng)被稱為進(jìn)氣歧管的壓力(真空度) d是德語“壓力”一詞的第一個(gè)字母。 d型EFI系統(tǒng)是最早的典型多點(diǎn)壓力感應(yīng)式噴射系統(tǒng)。 美國通用、福特、克萊斯勒、日本豐田、本田、鈴木、大發(fā)等主要汽車公司都有類似的產(chǎn)品。 由于進(jìn)氣管內(nèi)空氣的壓力變動(dòng)，該方法的測(cè)量精度稍差。l型EFI系統(tǒng)利用空氣流量修正直接測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的