汽车发动机电控燃油喷射系统培训课件（可编辑）

汽车发动机电控燃油喷射系统培训课件电控燃油喷射系统汽油机电控燃油喷射系统柴油机电控燃油喷射系统汽油机电控燃油喷射系统汽油喷射系统的发展电控燃油喷射系统的组成电控汽油喷射系统的优点电控燃油喷射系统的分类电控燃油喷射系统的功能汽油机的发展趋势汽油喷射系统的发展20世纪30年代由于军用飞机上，1954年德国奔驰公司在奔驰300SL上装了机械式汽油喷射系统（K型）；20世纪60年代在K型的基础上发展了机电组合式汽油喷射系统（KE型）；20世纪60年代后期，随着电子技术的发展，德国BOSCH公司研制出电控燃油喷射系统（EFI）。电控燃油喷射系统的组成空气供给系统燃油供给系统电子控制系统空气供给系统功用为发动机提供清洁的空气并控制发动机正常工作时的供气量。燃油供给系功用供给喷油器一定压力的燃油，喷油器则根据电脑指令喷油。电子控制系统ECU根据空气流量计信号和发动机转速信号确定基本喷油时间，在根据其他传感器对喷油时间进行修正，并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令，使喷油器喷油或断油。喷油量的控制即对喷油器持续喷油时间的控制。电控汽油喷射发动机的优点能实现空燃比的高精度控制,为发动机在各种工况下提供最合适的混合气浓度。充气效率高。瞬时响应快。起动容易，暧机性能好。节油效果明显。排放净化效果明显,降低了HC、CO和NOX三种有害气体的排放。减速断油功能好，亦能降低排放，节省燃油。安装方便。一般而言，与传统的化油器发动机相比，装用电控燃油喷射系统的发动机功率提高5一10。燃料消耗降低5一15，废气排放量减少20；由于扭矩特性的明显改善，瞬时响应快，汽车的加速性能大大提高，怠速平稳,冷车起动更容易，暖机更迅速。电控燃油喷射系统的分类按喷射系统执行机构的不同分多点喷射MPI单点喷射SPI按喷射控制方式不同分间歇喷射连续喷射按喷射位置的不同分进气道喷射式缸内喷射式按空气流量测量方式分速度密度控制质量流量控制节流速度控制多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只喷油器，由电控单元ECU控制顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射。控制更为精确，使发动机无论处于何种状态，其过渡过程的响应及燃油经济性都是最佳的。单点喷射由12个安装在节气门段的喷油器，将燃油喷入进气气流，形成混合气进入进气歧管，再分配到各个气缸中。单点喷射系统结构简单，故障源少，可采用较低的喷油压力只有01MPA，成本低。间歇喷射对每一个气缸的喷射都有一限制的喷射持续期，喷射是在进气过程中的某段时间内进行的，喷射持续时间相应就是所控制的喷油量。对于所有的缸内直接喷射系统和多数进气道喷射系统都采用了间歇喷射的方式。间歇喷射由可细分为同时喷射、顺序喷射和分组喷射。连续喷射式燃料喷射的时间占有全工作循环的时间，连续喷射都是喷在进气道内，而且大部分的燃料是在进气门关闭后喷射的，因此大部分燃料是在进气道内蒸发的。进气道喷射式在进气歧管内喷射或进气门前喷射。在该方式中，喷油器被安装于进气歧管内或进气门附近，故汽油在进气过程中被喷射后与空气混合形成可燃混合气再进入气缸内。采用低压喷射。缸内喷射式它是将喷油器安装于缸盖上直接向缸内喷油，需要较高的喷油压力3到12MPA。相比而言，由于缸外喷射方式汽油的喷油压力不高，且结构简单，成本较低，故目前应用较为广泛。速度密度控制法D型EFI通过检测进气歧管的压力真空度和发动机转速，推算发动机吸入的空气量，并计算燃油流量的速度密度控制方式。“D”是德文“压力”一词的第一个字母。D型EFI是最早的、典型的多点压力感应式喷射系统。美国通用、福特、克莱斯勒,日本的丰田、本田铃木和大发等公司都有类似产品。由于空气在进气管内的压力波动，该方法的测量精度稍差。质量流量控制法L型EFI用空气流量计直接测量发动机吸入的空气量。“L”是德文“空气”一词的第一个字母。其测量的准确程度高于D型，故可更精确地控制空燃比。L型EFI系统常用的空气流量计有叶片式、热式和卡门涡旋式三种类型节流速度方式利用节流阀开度和发动机转速，推算每一循环吸入发动机的空气量，根据推算的空气量，计算汽油喷射量。由于是直接测量节流阀开度的角位移，所以过渡响应性能好。在竞赛汽车中得到应用，有些MONO系统也采用该方式。但是，由于吸入的空气量与节流阀开度和发动机转速是复杂的函数关系，所以不容易测量吸入的空气量。喷射正时控制喷油量的控制燃油停供控制燃油泵控制喷射正时控制在采用间歇喷射方式的电控燃油喷射系统中，电脑必须控制喷油器喷油的开始时刻，这就是喷油正时控制。其控制目标一般是在进气行程开始前，喷油结束。分类同步喷油正时控制（同时喷射、顺序喷射和分组喷射）异步喷油正时控制喷油量的控制目的使发动机在各种运行工况下，都能获得最佳的喷油量，以提高发动机的经济性和降低排放污染。分类起动时的同步喷油量控制起动后的同步喷油量控制异步喷油量控制燃油停供控制减速断油控制当汽车减速时，ECU将会切断燃油喷射控制电路，停止喷油，以降低碳氢化合物及一氧化碳的排放量。限速断油控制加速时，发动机超过安全转速或汽车车速超过设定的最高车速时，ECU将切断燃油喷射控制电路，停止喷油，防止超速。燃油泵控制当点火开关打开或发动机熄灭后，电控燃油喷射系统中的燃油泵一般预先或延迟工作23S，以保证燃油系统必须的油压。在发动机起动过程和运转过程中，燃油泵应保持正常工作。打开点火开关但不起动发动机，或关闭点火开关后，应适时切断燃油泵控制电路，使燃油泵停止工作。汽油机的发展趋势汽油机未来的发展趋势可以概括为高功率、大转矩、低油耗、低排放。而现在，缸内直接喷射GDI技术和均质混合气压燃HCCI技术基本上代表着未来汽油机的发展方向。缸内直接喷射GDI缸内直接喷射技术GDI顾名思义就是在气缸内喷射汽油，它将喷油嘴安装在汽缸盖上，把汽油直接喷注到燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气，电火花点燃混合气做功。优点可以实现分层稀燃，使压缩比提高至1214。部分负荷时采用像柴油机那样的均质调节,可大幅度提高指示效率，达到节能1520的目标。循环热量的利用更加合理，热损失小，故热效率较高。进气充量温度较低，所以具有较高的充气效率和抗爆震特性。汽油直接喷入缸内，即使在低温下也具有良好的加速响应性和优异的瞬态驱动特性。目前，日本的三菱公司与丰田公司利用该技术已经成功推出了批量生产的新机型。不足之处GDI汽油机的成功开发，极大地提高了汽油机的燃油经济性，但在中小负荷下的未燃HC排放较多。未燃HC排放较多的原因采用混合气分层时容易引起火焰从浓区向稀区的熄灭，稀燃造成缸内温度偏低，不利于未燃HC随后的继续氧化；远距离方式组织的燃烧系统因喷雾碰壁较多，而活塞顶和缸壁的温度又低,从而形成较多的HC；其他设计不当引起的混合气混合不充分和火焰延迟,也会造成火焰传播速度降低，从而使HC排放升高。为了解决GDI汽油机存在的排放问题，可作进一步的深入研究，开发出一些切实可行的新技术采用二次燃烧和反应式排气管来降低HC排放；采用废气再循环EGR可有效降低缸内最高燃烧温度及氧气的相对浓度，从而降低NOX的排放；开发各种稀燃催化器来降低汽油机的HC排放。均质混合气压燃HCCIHCCI发动机的点火过程与柴油机相类似，即通过活塞压缩混合气使之温度升高至一定程度时自行燃烧。试验证明，无论燃用汽油还是柴油，HCCI发动机在节能与排放方面都具有卓越的优点热效率高，燃油经济性好。NOX浓度低，无微粒排放。燃烧、喷油系统设计简单。发展史2005年,美国一个研究机构在一台轻型卡车上安装小排量的均质压燃汽油机,该机几乎跑完美国EPA规定的测试行程。在2007年,通用和戴姆勒分别展示均质压燃汽油机汽车样车,并进行道路试验。2008年大众也宣布开发均质压燃汽油机汽车样车。不足之处着火定时的控制、燃烧速率的控制、发动机的冷启动，需要研究开发一种有效的控制系统或控制策略，解决HC和CO的排放问题，特别是在低负荷下的排放问题；需开发一种快速响应控制系统，使发电机快速转化工况时保持着火定时的稳定；需开发一种新的燃料和空气的闭环控制系统，以保证在全工况范围内实现燃烧的优化；研究和开发新的适当的燃料系统是解决适当着火定时、平稳放热速率和降低HC/CO排放的关键多缸机各缸一致性控制问题。这些问题有待今后进一步的研究。柴油机电控燃油喷射系统柴油机的现状柴油机发展趋势柴油机经历的技术阶段柴油机电控喷射系统组成电控喷射系统的功能柴油机电控喷射系统分类电控喷射系统的成熟产品柴油机的现状柴油机的结构从自然吸气到涡轮增压,再到涡轮增压加中冷，到EGR；控制策略上,从机械控制过渡到电子控制；燃烧过程也从两气门到多气门，并提高燃油喷射压力。在技术路线方面,目前国内采用高压共轨、单体泵、泵喷嘴和电控直列泵加EGR四种路线，从国外发展来看，共轨和单体泵是比较成熟的技术。柴油机发展趋势理想喷射特性预喷射、初始喷射速率低，主喷速率高，后喷停止速度快缸内高压喷射轿车2000BAR，卡车2600BAR以上增压中冷，废气再循环EGR提高升功率、经济性和降低排放排气后处理微粒捕捉器，氧化催化器，NOX催化器解决方案电子控制电子控制燃油喷射电子控制可变截面涡轮电子控制废气再循环电动进排气门电子控制单元实现理想的喷油速率是解决柴油机排放的基础，配合空气系统和电子控制，是柴油机发展的根本途径。柴油机发展过程中，经历了3个技术阶段机械泵燃油喷射技术增压技术电子控制技术3个阶段中，以电子控制技术的发展影响最大，意义最深远。现代柴油机电控系统中，燃油喷射仍然是其控制的核心。电子控制的采用提高了控制精度。实现了柴油机喷油量和喷油正时随转速及负荷的变化而发生模式较为复杂的变化，对柴油机动力性、经济性、可靠性及排放性能种种严格要求逐步得以满足。柴油机电控喷射系统组成传感器采集发动机运行工况信号电控单元进行信号处理,产生控制信号执行器精确控制喷油柴油机电控喷射系统控制方法目前，各种柴油机把发动机转速和油门踏板位置信号作为反映发动机实际工况点的基本信号，通过发动机和整车试验得出的MAP图来选择喷油量和喷油正时等控制量的目标值，并对执行器进行反馈控制。电控喷射系统的功能对循环喷油量进行精确控制，并保证各缸循环喷油量的均匀性；对喷油正时进行精确控制；对喷油规律进行精确控制，以获得理想的放热率；对喷油压力进行精确控制，以得到足够高的燃油流出初速度，使燃油粒子细化以提高雾化品质并加快燃烧速度。柴油机电控喷射系统分类按控制部件电控喷油泵电控喷油器按喷油量的控制方式位置控制式时间控制式压力时间式（共轨式）位置控制系统（第一代电喷系统）按执行机构的位移量计算喷油量，是电控柴油机开发的早期产品。结构特点保留了传统的泵管嘴系统及原泵中的齿条、柱塞套和柱塞上的斜槽等控制油量的机械构件。控制特点喷油量控制用电控调速器代替传统的机械式调速器，即用发动机转速和油门踏板角度传感器来代替原有的转速和负荷传感机构如机械式离心飞块，用电控元件代替机械式气膜式或液压式调速机构，对齿条和滑套的运动位置予以控制，从而对油量进行调节。喷油正时控制用各种形式的电控液压提前器来代替传统的机械或液压式提前器油量控制特点调速器被取消；对油量控制套筒实施位置饲服控制；喷射量的间接控制定时控制特点电磁阀控制定时活塞两端的压力，实现对定时的间接控制缺点采用模拟量进行控制，频率响应慢，控制自由度小,控制精度较差,喷油压力无法独立控制。优点由于这种系统只要用电控泵及其控制部件代替原有的机械式泵就可转为电喷系统，生产继承性好。位置控制系统分类分配泵位置控制系统直列泵位置控制系统图示为日本电装公司ECDV1电控喷油系统，属于分配泵位置控制系统，该系统采用线性电磁铁，通过杠杆来控制滑套位置，从而实现油量控制。系统中装置有传感器来反馈滑套位置。该系统用在丰田公司ALTE型四缸非直喷式柴油机上,已商品化多年时间式控制系统第二代电喷系统）取消了传统喷油泵中的喷油机构，用高速电磁阀直接控制高压燃油的通断，喷油量由高速电磁阀的开启或关闭持续时间决定。优点采用数字量控制，机械结构简单，喷射压力提高，喷油量控制和喷油正时控制合二为一，控制的自由度更大。缺点仍采用脉冲高压供油原理，喷油压力无法控制，系统所用的高速电磁阀要有良好的响应和可靠性，制造有相当的难度。时间式控制系统分类分配泵时间控制系统电控泵一喷嘴系统单体泵和直列泵时间控制系统SERVOJET系统是一种共轨蓄压式电控喷射系统，轴向柱塞泵把燃油送到共轨中，由共轨分别通向各缸喷油器，喷油器上的电磁阀控制喷油正时和喷油量。第二代电控系统的缺点仍然依赖于传统的脉动高压系统，使得高压喷射的区间受到凸轮型线的限制，无法实现大范围的喷射定时控制；喷射压力的大小只和凸轮型线以及发动机转速等结构参数有关，不能根据发动机的工况灵活调节；无法实现灵活的预喷射和多次喷射。第二代电喷系统与第一代电喷系统的差别采用电磁阀实现对喷射过程的直接数字控制，不但可以控制喷油量，而且可以控制喷射定时，实现高频和更加灵活的控制功能；而且可以实现分缸独立控制。共轨式控制系统（第三代电喷系统）改变了传统喷油系统的组成和结构，不再采用柱塞泵脉动供油原理，而是在油泵和喷嘴之间增加共轨机构，通过共轨直接或者间接形成恒定的高压，并通过电磁一液力控制式喷油器上的高速电磁阀完成喷油控制。喷油量的大小由喷油时间和共轨压力共同决定。共轨式电控喷油系统能对喷油压力和喷油率独立精确地控制，并在降低噪声和降低柴油机制造成本方面具有明显的优势。共轨控制系统的类型中压共轨HEUI系统高压共轨线圈电磁阀喷油器和压电晶体喷油器共轨系统的控制特点工作时，燃油通过高压泵增压输送到共轨中，共轨起到了贮压和阻尼压力脉冲的作用。该系统在共轨上安装压力传感器，利用压力信号调节安装在油泵进油通路上的电磁计量阀，使共轨中的压力保持恒定。确定喷油正时和喷油量，产生电流脉冲顺序触发喷油器电磁阀。HEUI的控制特点机油压力和增压活塞配合完成喷射压