電控汽油噴射技術(shù)及對降低廢氣排放量的用

1、電控汽油噴射技術(shù)及對降低廢氣排放量的作用摘要：本文針對傳統(tǒng)化油器式汽油機(jī)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代人對車輛的經(jīng)濟(jì)性、動力性和排放性等 方面的高追求的問題，分析了電控汽油噴射的工作原理和應(yīng)用前景，結(jié)合廢氣生成機(jī)理以及電控 噴射技術(shù)的優(yōu)越性，闡明了應(yīng)用電控汽油噴射技術(shù)對降低汽油機(jī)廢氣排放量的作用。關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)電控噴射應(yīng)用前景廢氣排放Electronically controlled fuel injection technologyand reduce the role of emissionsYulixin(Faculty of Automobile Engineering ,Liaoning Techn

2、ical University, Fu Xin)Abstract: In this paper, the traditional-type gasoline engine carburetor far can not meet the modern economy of vehicles, power and emissions, such as the high regard the pursuit of the issue，and analysis of the Electronic Control Fuel Injection working principle and applicat

3、ion of light emission to generate Electronic Fuel Injection mechanism, as well as technical superiority， clarify the application of electronically controlled fuel injection gasoline engine technology to reduce the role of emissions.Keyword： engine Electronic Fuel Injection Application prospects exha

4、ust gas emission1.緒論當(dāng)今時(shí)代，汽車工業(yè)已成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車技術(shù)己成為一個(gè)國家工業(yè) 技術(shù)水平的標(biāo)志，在我國尤為明顯。汽車的電子化程度也已被看作衡量一個(gè)國家汽車工業(yè)水平的重要標(biāo)志。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車在給人類帶來文明進(jìn)步的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染， 當(dāng)前汽車排放污染物已成為大氣環(huán)境污染的主要來源。而傳統(tǒng)的化油器式汽油機(jī)的供給系統(tǒng)是通 過主供油裝置及一些輔助供油裝置來實(shí)現(xiàn)控制，其缺點(diǎn)是對發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的適應(yīng)性、響應(yīng)速度 和控制的精確性方面難以滿足要求，尤其在加速、冷起動等過渡工況下，難以在滿足現(xiàn)代人對車 輛的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的高追求，同時(shí)傳統(tǒng)的

5、化油器也難以滿足日趨嚴(yán)格的汽車排放法規(guī) 的要求，取而代之的是電控汽油噴射發(fā)動機(jī)。實(shí)踐證明【1】【2】，電控燃油噴射空燃比閉環(huán)控制 加三元催化轉(zhuǎn)化器尾氣后處理技術(shù)，可使汽油發(fā)動機(jī)排氣中三種有害氣體CO、HC、NO、的 排放量降低95%以上，目前是降低汽油發(fā)動機(jī)排放污染最有效的措施。同時(shí)電控燃油噴射技術(shù)還 可以有效地降低發(fā)動機(jī)的燃油消耗，改善汽車的動力性能。與此同時(shí)，電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為 汽車電子技術(shù)的發(fā)展提供了可能。近年來隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)在現(xiàn)代 汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，汽車電子化程度越來越高，它己成為衡量汽車現(xiàn)代化質(zhì)量水平與檔次 的最重要指標(biāo)。發(fā)展汽車電子產(chǎn)業(yè)對節(jié)約能

6、源，改善環(huán)境，提高汽車安全性，增強(qiáng)國防力量也具有重要意 義。目前我國汽車電子的專業(yè)研究人員很少，對引進(jìn)國外技術(shù)的消化理解不夠，僅停留在應(yīng)用水 平上，這將大大限制我們民族工業(yè)的發(fā)展。汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，各種國內(nèi)名牌 轎車的成功體現(xiàn)了引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)為汽車工業(yè)的發(fā)展注入的生機(jī)和活力，使我們可以在消化吸 收先進(jìn)科技成果的同時(shí)，發(fā)展我們自己的科技力量，以盡早趕超世界先進(jìn)水平，這是汽車工業(yè)能 夠騰飛的必由之路。電控汽油噴射系統(tǒng)2.1電控汽油噴射系統(tǒng)的組成及功能電控燃油噴射系統(tǒng)（簡稱PEI系統(tǒng)），是以電子控制（ECU ）裝置為核心，利用安裝在發(fā)動 機(jī)不同位置上的傳感器，測得發(fā)動機(jī)的各種工作參

7、數(shù)，按照控制程序，通過控制電動噴油器， 精確控制噴油量，使發(fā)動機(jī)在各種工況下都能獲得最佳濃度的混合氣。電控汽油噴射系統(tǒng)一般由三個(gè)子系統(tǒng)組成:空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。2.1.1空氣供給系統(tǒng)空氣供給系統(tǒng)是從大氣開始，中間經(jīng)過空氣濾清器、空氣量計(jì)量裝置、節(jié)氣門、進(jìn)氣管等 部件，最后到達(dá)氣缸內(nèi)的燃燒室。如2-1-1圖所示，其主要功能是控制和測量發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)吸 入汽缸的空氣量。圖2-1-1空氣供給系統(tǒng)的組成2.1.2燃油供給系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)是從油箱開始，中間經(jīng)過燃油泵、汽油濾清器、壓力調(diào)節(jié)等部件最后到達(dá)噴 油器。如圖2-1-2所示，其主要功能是將汽油加壓、計(jì)量和霧化后供給發(fā)動機(jī)，形成符

8、合空燃 比要求的可燃混合氣。圖2-1-2燃油供給系統(tǒng)的組成2.1.3電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)是電控汽油噴射系統(tǒng)的核心，它的主要作用是在發(fā)動機(jī)不同工況下，根據(jù) 各種傳感器傳送的信號，決定噴油量、噴油時(shí)刻、噴油持續(xù)時(shí)間等，以獲得最佳空燃比;決定最 佳點(diǎn)火時(shí)刻;對怠速進(jìn)行控制;它還可以檢測電控系統(tǒng)產(chǎn)生的故障，并將檢測到的故障以代碼的形 式存儲到ECU中，供檢修時(shí)調(diào)用。電子控制系統(tǒng)由電控單元(ECU )、傳感器和執(zhí)行器組成。電控單元(ECU )接收各傳感器 傳輸?shù)男盘枺?jīng)過分析和處理，向各個(gè)執(zhí)行器發(fā)出動作指令，指示執(zhí)行器完成各種功能，從而 實(shí)現(xiàn)對空燃比、點(diǎn)火正時(shí)以及怠速等的控制。傳感器的作用是檢測反映

9、發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的各種 參數(shù)，并把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換成電控單元所能接受的電信號傳輸給電控單元，為電控單元提供所需 的信息。主要的傳感器有:空氣流量傳感器、冷卻液溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸位置傳感器、 氧傳感器以及爆震傳感器等。執(zhí)行器是根據(jù)電控單元的指令完成一定動作的裝置。主要的執(zhí)行 器有:汽油泵、噴油器、怠速閥、EGR閥以及點(diǎn)火器等。電子控制系統(tǒng)工作流程【3】如圖2-1-3圖2-1-3 電子控制系統(tǒng)工作流程圖2.2電控汽油噴射系統(tǒng)的工作原理在電控汽油噴射系統(tǒng)中，由位于燃油箱內(nèi)的電動燃油泵供應(yīng)低壓燃油，燃油壓力調(diào)節(jié)器使 電磁噴油器的進(jìn)油壓力和進(jìn)氣管空氣壓力之間保持恒定的壓力差，因此電磁噴油器的噴油量與

10、 針閥的開啟時(shí)間成正比。各種傳感器將監(jiān)測到的發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)（空氣流量、轉(zhuǎn)速、壓力、 溫度、排氣中的氧含量等）輸入電控單元（ECU ），由此計(jì)算出所需的燃油量，然后輸出相應(yīng)寬 度的電脈沖信號,控制電磁噴油器的開啟時(shí)間，從而控制噴油量與負(fù)荷之間的最佳的匹配，實(shí)現(xiàn) 最佳空燃比控制，使發(fā)動機(jī)優(yōu)化運(yùn)行，達(dá)到節(jié)油和凈化排氣的目的【4】。2.3電控汽油噴射系統(tǒng)的分類2.3.1按噴油器數(shù)量和位置1）進(jìn)氣管單點(diǎn)噴射（SPI ）在進(jìn)氣管的節(jié)氣門上方安裝一個(gè)噴油器空氣和噴出燃油在進(jìn)氣管形成混合氣，在進(jìn)氣行程 時(shí)被吸入各汽缸中，多用于普通轎車和載貨汽車。2）進(jìn)氣管多點(diǎn)噴射（MPI）在每個(gè)氣缸的門前各安裝一個(gè)噴油器

11、，空氣和噴出燃油在進(jìn)氣門處形成燃油混合氣，在進(jìn) 氣行程時(shí)被吸入汽缸中。MPI和SPI相比，避免了進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)和濕壁效應(yīng)對各缸混合氣均勻 性的影響，同時(shí)進(jìn)氣管中僅有空氣，發(fā)動機(jī)可按最大充氣量設(shè)計(jì)，但成本高、維修復(fù)雜，多用于 中高檔轎車3）缸內(nèi)直接噴射（DI）噴油器安裝在每個(gè)汽缸的燃燒室上方，在壓縮行程時(shí)直接將燃油噴射在汽缸內(nèi)，混合燃燒 更充分，效率更高，但需要將噴射壓力從250 KPa提高到45MPa，同時(shí)必須使用低硫汽油，因 而只有在少數(shù)的豪華轎車上使用。2.3.2按噴射方式1）間歇噴射（脈沖噴射）間歇噴射是每缸每次噴射都有一個(gè)限定的持續(xù)時(shí)間，其中同期噴射噴油頻率與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 同步，非同期噴射

12、噴油頻率與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不同步。且噴油量只取決于噴油器的開啟時(shí)間（噴油 脈沖寬度）。所以ECU可以根據(jù)各種傳感器所獲得的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)動態(tài)變換的情況，精確計(jì) 量發(fā)動機(jī)所需噴油量，再通過控制噴油脈沖寬度來控制發(fā)動機(jī)各種工況下的可燃混合氣的空燃 比。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【4】。2）連續(xù)噴射（穩(wěn)定噴射）連續(xù)噴射是在發(fā)動機(jī)整個(gè)工作過程中連續(xù)噴射燃油，大部分燃油是在進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)噴射 的，因此大部分燃油式在進(jìn)氣道內(nèi)蒸發(fā)的，多用于機(jī)械式或機(jī)電組合式燃油噴射系統(tǒng)中。2.3.3 按 ECU 控制方式1）質(zhì)量流量式噴油量的多少取決于測量得到的空氣進(jìn)入量。此控制方式中有一測空氣質(zhì)量的

13、傳感器計(jì)量 進(jìn)入空氣量。2）速度密度式噴油量多少取決于空氣的密度及轉(zhuǎn)速兩個(gè)量?？諝饷芏炔荒苤苯訙y量得到，一般用節(jié)氣門 開度及轉(zhuǎn)速或用進(jìn)氣壓力來表示。廢氣生成機(jī)理廢氣排放污染占汽油機(jī)總污染量的65% 85%以上，其中有害氣體成分為NO、CO、有機(jī)化合物（主要是未燃和部分燃燒的HC ）、SO2、鉛化合物和炭煙等，這些有害氣體的排放量 與發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)密切相關(guān)。HC的生成機(jī)理HC是指尾氣中所包含的碳?xì)淙剂系奈赐耆紵煞?。汽油由多種成分HC所組成，如果完 全燃燒將生成CO2和H2O。但是汽油的燃燒很復(fù)雜，任何發(fā)動機(jī)都可能發(fā)生不完全燃燒，在 排氣中都會有少量HC存在，它的產(chǎn)生主要有以下途徑：（1）在

14、壓縮和燃燒過程中，由于氣缸內(nèi)壓力升高，把一部分未燃混合氣壓入與燃燒室相通的 狹縫，由于燃燒時(shí)火焰不能進(jìn)入狹縫，因此不能完全燃燒。在膨脹和排氣行程中，在氣缸壓力 降低后，以未燃HC的形式與廢氣混合，排出氣缸外，這是HC的主要來源。（2）汽缸壁的冷激效應(yīng) 在火焰逼近氣缸壁時(shí)，離氣缸壁薄層內(nèi)的可燃混合氣，由于火焰的 淬滅現(xiàn)象，這一薄層內(nèi)的可燃混合氣以未燃HC進(jìn)入排氣。研究發(fā)現(xiàn)，氣缸壁的淬冷效應(yīng)與氣 缸壁的清潔程度有關(guān)。對于清潔的氣缸壁，由于氣缸內(nèi)強(qiáng)烈的氣流運(yùn)動，這一薄層內(nèi)的未燃HC 在火焰未淬滅前早已進(jìn)入氣缸燃燒掉。對于使用較久的發(fā)動機(jī)，氣缸壁上有一層多孔性的沉積 物，積存在它里面的混合氣得不到充分

15、燃燒，會顯著增加HC排放。（3）存在于氣缸壁，活塞頂以及氣缸蓋底面上的潤滑油膜，有可能在燃燒前后吸收或放出燃 料中的碳?xì)涑煞?。?）發(fā)動機(jī)瞬態(tài)工況運(yùn)行時(shí)，點(diǎn)火正時(shí)，空燃比以及廢氣再循環(huán)值，均不處于最佳狀態(tài)，有 可能引起燃燒過程的不完善，使HC排放增加。排氣中HC的濃度，隨著發(fā)動機(jī)燃燒室的型式、 工況、混合氣空燃比、燃燒條件及燃料性質(zhì)的改變而變化。co的生成機(jī)理CO的生成率主要受空燃比的影響，CO是在火焰前鋒后面高溫局部缺氧的條件下生成的， 此時(shí)燃燒反應(yīng)不可能完全生成CO :，有一部分生成CO。理論上當(dāng)空燃比二1以上時(shí)，排氣中 不存在CO，而只有過剩O2。實(shí)際上由于混合、分配不均勻，在排氣中還含

16、有少量CO。即使混合氣混合的很均勻，由于燃燒后的溫度很高，已經(jīng)生成的C氣也會由于一小部分被分解而生 成CO和O，H O也會部分被分解成O和H :，生成的H，也會使CO還原成CO，所以， 即使是在稀混合氣條件下，由于高溫離解，也會產(chǎn)生一部分co。2no的生成機(jī)理NO是NO、NO?等氧化物的混合物，主要成分是NO。它是在己燃高溫氣體中，通過N和 O原子或分子之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，但它們達(dá)不到化學(xué)平衡，燃?xì)鉁囟扔?，生成的NO愈 多，進(jìn)入膨脹行程后，燃?xì)鉁囟妊杆傧陆?，在某一溫度，NO在化學(xué)反應(yīng)上“凍結(jié)”，使得NO 排出機(jī)外的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)反應(yīng)平衡值。其中NO的平衡濃度與氣體的溫度，氣體中氧氣的 濃

17、度有關(guān)【5】。5.電控燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)電控汽油噴射可直接或間接地測量發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，進(jìn)而精確計(jì)算出發(fā)動機(jī)燃燒所需的供 油量，并同時(shí)根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷、溫度等參數(shù)進(jìn)行適時(shí)修正，以此精確控制發(fā)動機(jī)各種工況下的空 燃比，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的最優(yōu)控制，有效提高其動力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化程度。由于汽油噴射系統(tǒng)的進(jìn)氣管無需喉管進(jìn)行節(jié)流，故可大大減少進(jìn)氣歧管的流通阻力，所以 提高了發(fā)動機(jī)的充氣系數(shù)，另外，由于電控汽油噴射可以采用較大氣門重疊角，有利于廢氣排出， 同樣提高發(fā)動機(jī)的充氣效率，以此提高發(fā)動機(jī)的動力性。采用電控汽油噴射后，對于進(jìn)氣管無須形成高速氣流，故進(jìn)氣歧管可按流體力學(xué)最佳理論 進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而具有較大的設(shè)計(jì)

18、自由度，有利于改善發(fā)動機(jī)的充氣效率，特別是采用進(jìn)氣諧振控 制系統(tǒng)后，可根據(jù)發(fā)動機(jī)速度來選擇進(jìn)氣管的有效長度，利用進(jìn)氣諧振增壓效率，進(jìn)一步提高發(fā) 動機(jī)的充氣效率，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)的動力性。電控汽油噴射可使發(fā)動機(jī)的各個(gè)汽缸獲得均勻的混合氣，以此提高發(fā)動機(jī)的燃燒質(zhì)量和穩(wěn) 定性，減少廢氣中的CO和HC的含量，有效提高發(fā)動機(jī)排氣凈化的程度。由于采用電控汽油噴射可提高燃油的霧化質(zhì)量，故無須采用進(jìn)氣管預(yù)熱方法來促進(jìn)燃油的蒸 發(fā)，有利于進(jìn)氣管的設(shè)計(jì)和布置。由于氣缸內(nèi)吸入較冷的混合氣，因此可提高發(fā)動機(jī)的充氣效率。 同時(shí)，也有利于提高發(fā)動機(jī)的抗爆性，使發(fā)動機(jī)也可采用較大點(diǎn)火提前角和較高的壓縮比，以提 高發(fā)動機(jī)的動力性。采用電控汽油噴射后，發(fā)動機(jī)可以在比較稀的混合氣條件下運(yùn)行，不僅能減少廢氣中有害排 放物的排放濃度，還有利于節(jié)省能源。此外，利用發(fā)動機(jī)斷油技術(shù)，可以消除發(fā)動機(jī)急減速時(shí)所 產(chǎn)生的污染，有利于提高發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。由于電控汽油噴射采用了電子控制方式，其動態(tài)響應(yīng)較好。在汽