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1、課 題 項(xiàng)目四十七 燃油噴射系統(tǒng) 2課時(shí)教學(xué)內(nèi)容 燃油噴射系統(tǒng)的分類、組成、連接關(guān)系教學(xué)目的 理解汽油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的分類、組成和連接關(guān)系。重點(diǎn)難點(diǎn) 分類、組成教學(xué)方法 講授 多媒體 講授新課一、電控汽油噴射系統(tǒng)的基本組成汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)通常由空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)四部分組成。電子控制系統(tǒng)是核心。電子控制系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器三大部分組成。傳感器可將發(fā)動(dòng)機(jī)各種狀態(tài)的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量送給ECU,ECU綜合處理這些電量信號后,送出控制數(shù)據(jù),執(zhí)行器將ECU送出的控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理或機(jī)械動(dòng)作,以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的工
2、作狀態(tài)。二、電控汽油噴射系統(tǒng)的分類1.按空氣量的檢測方式分類按空氣量的檢測方式可分為直接與間接兩大類。直接檢測方式稱之為質(zhì)量流量計(jì)檢測方式。間接檢測方式又分為兩種:一種是利用進(jìn)氣管壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,測定吸入空氣量,計(jì)算燃油量的方式,稱之為速度密度方式;另一種是以節(jié)氣門開度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測定吸入空氣量,并計(jì)算燃油量,稱之為節(jié)流速度方式。1)質(zhì)量流量計(jì)方式質(zhì)量流量計(jì)方式是利用空氣流量計(jì)直接計(jì)量吸入的空氣流量。目前,占有主流地位的非連續(xù)噴射方式所必需的信號時(shí)每一工作循環(huán)的吸入空氣量,也就是每一計(jì)量單位時(shí)間吸入空氣量與循環(huán)周期數(shù)之比。一般而言,使用空氣流量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比作為使用值,以這一數(shù)值為基礎(chǔ)計(jì)算
3、燃油噴射量。2)速度密度方式速度密度方式是利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與進(jìn)氣管壓力測定每一循環(huán)中吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量,再以這一空氣量為基礎(chǔ),測定燃油噴射量。如果以燃油調(diào)節(jié)量來講,因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的燃油量的變化范圍約80倍,裝束變化范圍約10倍,所以燃油調(diào)節(jié)范圍約8倍,因此具有燃油調(diào)節(jié)量精度高這一優(yōu)點(diǎn)。但是,其缺點(diǎn)是進(jìn)氣管壓力與吸入空氣量并不是檢點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系,需要修正檢測過度狀態(tài)的吸入空氣流量。其次,作為降低排放的廢氣再循環(huán)(EGR)時(shí),由于進(jìn)氣管壓力的變化,也不易測定吸入空氣量。3)節(jié)流速度方式節(jié)流速度方式是按照節(jié)氣門開度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測定每一循環(huán)吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量,以這一空氣量為基礎(chǔ),測定燃油噴射量。由于直接檢測節(jié)
4、氣門的開度,因此過度響應(yīng)性能良好,廣泛應(yīng)用于賽車上。2.按燃油噴射位置分類按燃油噴射位置不同,燃油噴射系統(tǒng)可分為缸外噴射和缸內(nèi)噴射。(1)缸外噴射是指進(jìn)氣歧管內(nèi)噴射或進(jìn)氣門前噴射。該方式中噴油器被安裝于進(jìn)氣歧管內(nèi)或進(jìn)氣門附近,故燃油在進(jìn)氣過程中被噴射后于空氣混合形成可燃混合氣再進(jìn)入氣缸內(nèi)。理論上,噴射時(shí)刻設(shè)計(jì)在各缸排氣行程上止點(diǎn)前70°左右為佳。噴射方式可以是連續(xù)噴射或間歇噴射。由于缸外噴射方式汽油的噴油壓力不高(0.1MPao.5Mpa),且結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,應(yīng)用較為廣泛。(2)缸內(nèi)噴射是指噴油器將燃油直接噴射到汽缸燃燒室內(nèi),因此需要較高的噴油壓力(3.0MPa4.0MPa)。由
5、于噴油壓力較高,可實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒,有利于提高經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo),但對供油系統(tǒng)的要求較高,成本也相應(yīng)較高。3.按燃油噴射方式分類根據(jù)燃油噴射方式不同,燃油噴射系統(tǒng)可分為連續(xù)噴射和間歇噴射。1)連續(xù)噴射連續(xù)噴射又稱為穩(wěn)定噴射,在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作過程中連續(xù)噴射燃油。連續(xù)噴射都是噴到進(jìn)氣道內(nèi),而且大部分的燃油是在進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)噴射的,因此大部分的燃油是在進(jìn)氣道內(nèi)蒸發(fā)的,由于連續(xù)噴射系統(tǒng)無需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和噴射時(shí)機(jī),故控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單,多應(yīng)用于機(jī)械式或機(jī)電結(jié)合式燃油噴射系統(tǒng)中。2)間歇噴射又可稱為脈沖噴射或同步噴射,噴射是以脈動(dòng)的方式在某一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的,因此噴射都有一定能夠的噴油持續(xù)期。其特點(diǎn)是噴油
6、頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步,且噴油量只取決于噴油器的開啟時(shí)間(噴油脈沖寬度)。故ECU可根據(jù)各種傳感器所獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)動(dòng)態(tài)變化的情況,精確計(jì)量發(fā)動(dòng)機(jī)所需噴油量,再通過控制噴油脈寬來控制發(fā)動(dòng)機(jī)各種工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較高,故被現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)廣泛采用。間歇噴射按噴油時(shí)序又可細(xì)分為同時(shí)噴射、分組噴射和順序噴射三種形式。同時(shí)噴射是指發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行期間,各缸噴油器同時(shí)開啟且同時(shí)關(guān)閉,又計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一噴油指令控制多余噴油器同時(shí)動(dòng)作;分組噴射是將噴油器按發(fā)動(dòng)機(jī)每工作循環(huán)分成若干組交替進(jìn)行噴射;順序噴射則是指噴油器按發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序依次進(jìn)行噴射,它具有噴油正時(shí),又計(jì)算機(jī)根
7、據(jù)曲軸位置傳感器提供的信號,判斷各缸的進(jìn)氣行程適時(shí)發(fā)出各缸的噴油脈沖信號,以實(shí)現(xiàn)順序噴射的功能。相比而言,由于順序方式可在最佳噴油時(shí)刻向各缸噴射所需的噴油量,故有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。但要求系統(tǒng)能對待噴油的汽缸進(jìn)行識別,同時(shí)要求噴油器驅(qū)動(dòng)回路與汽缸的數(shù)目相同,故電路較為復(fù)雜。4.按噴油器的數(shù)目分類在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中,按噴油器數(shù)目進(jìn)行分類,可分為單點(diǎn)噴射(Single Point Injection, SPI)和多點(diǎn)噴射(MultiPoint Injection, MPI)兩種形式。1)單點(diǎn)噴射單點(diǎn)噴射是在進(jìn)氣管的節(jié)氣門體上或穩(wěn)壓箱內(nèi)安裝一個(gè)中央噴射裝置,用一只或兩只噴油器集中向進(jìn)氣歧
8、管噴射,形成可燃混合氣,在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣行程時(shí)被吸入氣缸內(nèi),故這種噴射系統(tǒng)可稱為節(jié)氣門體噴射系統(tǒng)或中央噴射系統(tǒng)。單點(diǎn)噴射系統(tǒng)可采用更低的噴油壓力(0.1MPa),雖然其性能遜于多點(diǎn)噴射系統(tǒng),但結(jié)構(gòu)簡單、成本低、故障率低、工作可靠,對發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)少,且維修方便,故在20世紀(jì)90年代的小排量普通轎車上曾得到廣泛應(yīng)用,目前已趨于淘汰。2)多點(diǎn)噴射多點(diǎn)噴射系統(tǒng)是在每個(gè)汽缸進(jìn)氣門附近安裝一個(gè)噴油器,所以各缸之間的空燃比混合較均勻,而且在設(shè)計(jì)進(jìn)氣管時(shí)可以充分利用空氣慣性的增壓效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)高功率化設(shè)計(jì)。5.按噴射裝置的控制方式分類按噴射裝置的控制方式不同,燃油噴射系統(tǒng)可分為機(jī)械式、機(jī)電混合式和電子控制式三種。1)機(jī)
9、械式燃油噴射系統(tǒng)機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)早在20世紀(jì)五六十年代就運(yùn)用于汽車上,采用連續(xù)噴射方式。Bosch公司的K-Jetronic系統(tǒng)屬于此類型,可簡稱K系統(tǒng)。其噴油量是通過空氣計(jì)量板直接控制汽油流量調(diào)節(jié)柱塞來控制的,該系統(tǒng)中設(shè)有冷啟動(dòng)噴油器、暖車調(diào)節(jié)器、空氣閥及全負(fù)荷加濃器等裝置,以便根據(jù)不同工況對基本噴油量進(jìn)行修正。2)機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng)機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng),Bosch公司的KE-Jetronic系統(tǒng)即屬于此類型,可簡稱KE系統(tǒng),是在K系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改進(jìn)后的產(chǎn)品。其特點(diǎn)是增加了一個(gè)ECU。ECU可根據(jù)水溫、節(jié)氣門位置傳感器的輸入信號來控制電液式壓差調(diào)節(jié)器的動(dòng)作,以此實(shí)現(xiàn)對不同工況下的空燃比
10、進(jìn)行修正的目的。3)電子控制式燃油噴射系統(tǒng)電子控制式燃油噴射系統(tǒng)(Electronic Fuel Injection, EFI)。在20世紀(jì)六七十年代大多只汽油噴射,80年代開始與點(diǎn)火控制一起構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)。電子控制單元通過各種傳感器來檢測發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的變化,再由ECU根據(jù)輸入信號和數(shù)學(xué)模型來確定所需的燃油噴射量,并通過控制噴油器的開啟時(shí)間來控制噴入氣缸內(nèi)的每循環(huán)噴油量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對氣缸內(nèi)可燃混合氣的空燃比進(jìn)行精確配制的目的。最佳點(diǎn)火時(shí)刻也用同樣的方法計(jì)算,修正后送給點(diǎn)火電子組件,控制點(diǎn)火時(shí)刻。此外根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求,計(jì)算機(jī)還可控制怠速(ISC)和廢氣再循環(huán)(EGR)等其他系統(tǒng)。由于電子
11、控制式燃油噴射系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下均能精確計(jì)量所需的燃油噴射量,且使用精度高,穩(wěn)定性好,能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化控制。因此,在汽車 燃油噴射系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。6.按電子控制系統(tǒng)的控制模式分類在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中,按電子控制系統(tǒng)的控制模式進(jìn)行分類,可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種類型。1)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制,是把根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的發(fā)動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行工況所對應(yīng)的最佳供油量的數(shù)據(jù)事先存入計(jì)算機(jī)中,發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中,主要根據(jù)各個(gè)傳感器的輸入信號,判斷發(fā)動(dòng)機(jī)所處的運(yùn)行工況,再找出最佳供油量,并發(fā)出控制信號。控制信號經(jīng)功率放大器放大后,再驅(qū)動(dòng)電磁噴油器動(dòng)作,以此精確地控制混合氣的空燃比,使發(fā)動(dòng)機(jī)最佳運(yùn)行,因此開環(huán)控制系統(tǒng)只受發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況參數(shù)變化的控制,按事先設(shè)定在計(jì)算機(jī)ROM中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)流工作。其優(yōu)點(diǎn)是簡單易行,缺點(diǎn)是其精度直接依賴于所設(shè)定的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的精度和電磁噴油器調(diào)整標(biāo)定的精度。但當(dāng)噴油器及傳感器系統(tǒng)電子產(chǎn)品性能變化時(shí),混合氣就不能正確地保持在原預(yù)定的空燃比數(shù)值上。因此,它對發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的精度要求高,系統(tǒng)本身抗干擾能力較差,而且當(dāng)使用工況超出預(yù)定范圍時(shí),就不能實(shí)現(xiàn)最佳控制。2)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)在排氣管上加裝了氧傳感器,可根
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