汽油直接喷射技术

汽油直接喷射技术第1页，共92页，2023年，2月20日，星期二

§4.7.1概述

0、化油器的缺点

1、不满足多工况要求2、各缸混合气浓度不均3、冷启动困难(雾化困难）4、排放超标第2页，共92页，2023年，2月20日，星期二

§4.7.1概述

一、汽油喷射的基本概念

汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到气缸或进气歧管中，与进入的空气混合而形成可燃混合气。

二、汽油喷射系统发展概况

汽油喷射技术始于20世纪30年代，最初用于飞机上，50年代开始用于汽车上；目前，大部分轿车均装配了汽油喷射系统。

第3页，共92页，2023年，2月20日，星期二第4页混合气浓度的影响理论空燃比：14.7◎过浓：排放和燃烧都差；◎偏浓：HC、CO高，功率大；◎理论值：兼顾动力性、经济性和排放◎偏稀：经济性好，动力性稍差；◎过稀：燃烧不稳定；动力性变差第4页，共92页，2023年，2月20日，星期二第5页◎保持在理论空燃比附近燃烧；◎多点喷射，各缸工作均匀性较好；◎具有较好的加速性能；◎充气效率较高；◎良好的启动性能和减速减油或断油功能；减少排放◎可采用较高压缩比◎可采用较稀的混合气三、汽油喷射优点第5页，共92页，2023年，2月20日，星期二电控汽油喷射系统类型

汽油喷射汽油节气门体 空气

喷油器节气门发动机进气道 空气汽油节气门喷油器发动机发动机节气门 喷 油 器汽油缸内直喷 空气第6页，共92页，2023年，2月20日，星期二气门喷油器输油管进气道四、电控燃油喷射系统的分类1.按喷射器安装位置分每一个气缸有一个喷油器。（1）多点喷射MPI第7页，共92页，2023年，2月20日，星期二气道喷射第8页，共92页，2023年，2月20日，星期二Fiat－GM气道喷射第9页，共92页，2023年，2月20日，星期二多点喷射第10页，共92页，2023年，2月20日，星期二调压器喷油器节气门体位置传感器节气门（2）单点喷射SPI几个缸共用一个喷油器，又称节气门体喷射TBI。第11页，共92页，2023年，2月20日，星期二油压调节器喷油器进气温度传感器节气门体上部绝热盘节气门体第12页，共92页，2023年，2月20日，星期二节气门喷油器油压调节器进气温度 传感器 节气门位 置传感器节气门执行器Bosch：Mono-Jetronic第13页，共92页，2023年，2月20日，星期二VWPoloMK45door 2001缸内直喷（3）气缸内喷射将燃料直接喷入气缸内，需较高的喷射压力。第14页，共92页，2023年，2月20日，星期二4.按多点喷射的喷油间隔来分（1）同时喷射（2）分组喷射（3）顺序喷射3.按进气量检测方法来分（1）间接测量（2）直接测量（2）闭环控制传感器电子控制单元执行器发动机开环控制氧传感器闭环控制2.按控制方式来分（1）开环控制第15页，共92页，2023年，2月20日，星期二喷油器油管油轨油压调节器油箱

燃油滤清器燃油泵标准型供油系统

油压调节器装在 油轨上 油轨中的燃油连 续流动，多余的 燃油经回油管流 回油箱。由于油 轨中的燃油温度 较高，这使油箱 中的汽油温度升 高，不利于蒸发 污染控制。 回油管很长§4.7.2电控汽油喷射系统的组成第16页，共92页，2023年，2月20日，星期二喷油器油箱

油压调节器

燃油 滤清器燃油泵无回油管供油系统

油压调节器装在油箱内或其附近流经油轨的汽油都是要喷入发动机的，回流的汽油温度低（未经发动机仓气缸盖附近加热），有利于蒸发污染控制。无回油管或很短§4.7.2电控汽油喷射系统的组成第17页，共92页，2023年，2月20日，星期二

限压阀及 压力传感器油箱 电动燃油泵 （带燃油滤清器）喷油器时钟模块按需供油系统系统提供发动机需要的油量和油压取消了压力调节器，ECU闭环控制输出油压；改变油泵电机的驱动电压，从而控制油量油轨§4.7.2电控汽油喷射系统的组成第18页，共92页，2023年，2月20日，星期二ECU§4.7.2电控汽油喷射系统的组成第19页，共92页，2023年，2月20日，星期二

汽油机的控制系统由燃油系统、空气系统、点火系统、和控制系统等部分组成，通过传感器检测发动机的各个信息，结果ECU处理后，利用执行器精确控制发动机的转速和转矩，并保证发动机具有良好的经济性和排放性能。§4.7.2电控汽油喷射系统的组成线束点火模块分电器氧传感器火花塞电磁阀怠速执行器喷油器油箱空气滤清器燃油滤清器输油泵ECU调压器流量计碳罐第20页，共92页，2023年，2月20日，星期二系统的结构示意图氧传感器火花塞电磁阀怠速执行器喷油器油箱燃油滤清器输油泵ECU调压器流量计水温节气门曲轴箱第21页，共92页，2023年，2月20日，星期二一、基本组成：1、燃油供给系统功用：向气缸内供给供给燃烧时所需一定量的燃油.

组成：

第22页，共92页，2023年，2月20日，星期二燃油压力调节器

由于喷油器的喷油量一个方面与喷油器的通电时间有关，另一个方面还与喷孔处的压差和燃油温度有关，因此采用调压器来保证喷油器在恒定压差下工作。 燃油调压器的作用是当进气岐管变化时，可以自动调整模片的位置，保证燃油轨道中的压力与进气岐管的压差在理想值附近。第23页，共92页，2023年，2月20日，星期二

弹簧 阀座 膜片回油阀油腔

功用使燃油系统压力与进气管压力之差保持恒定，从而使喷油量唯一地决定于喷油持续时间（喷油脉宽）。结构膜片、弹簧、回油阀气腔：通进气管油腔：进油、回油接进气管气腔油压调节器第24页，共92页，2023年，2月20日，星期二上盖弹簧阀座膜片

壳体 下盖回油管嘴回油进油接进气歧管 小弹簧 阀球 密封圈工作原理进气管压力减小时，膜片向上弯曲，回油阀开启，回油，燃油系统压力下降。但两腔压差不变。进气管压力增大时，膜片向上弯曲，回油阀关闭，燃油系统压力增大，使两腔压差不变。调节弹簧预紧力可改变压差。油压调节器第25页，共92页，2023年，2月20日，星期二Delphi油压调节器上海联合电子第26页，共92页，2023年，2月20日，星期二燃油压力调节器由内部的调节弹簧和外部的进气歧管真空度的相互作用控制.它始终保持油轨内的油压与进气歧管内的压差为300kPa.第27页，共92页，2023年，2月20日，星期二油轨是由燃油导油管,稳压仓,喷油嘴,压力调节器和一些固定部件所组成,它安装在进气管上.油轨提供了高压燃油的调压容积和流向各喷嘴的管路,以及固定喷嘴的支撑.第28页，共92页，2023年，2月20日，星期二2、空气供给系统

功用：为发动机可燃混合气的形成提供必要的空气，并测量和控制空气量。组成：节气门体空气滤清器空气流量计怠速控制阀电子控制单元空气阀第29页，共92页，2023年，2月20日，星期二3、电子控制系统

电控单元：接受来自各个传感器传来的信号，并完成对这些信息的处理和发出指令控制执行器的动作组成：各种传感器：把各种反映发动机工况和汽车运行状况的参数（非电量参数）转变为电信号（电压或电流）提供给电控单元，使电控单元正确地控制发动机运转或汽车运行。

执行器：用来完成电控单元发出的各种指令，是电控单元指令的执行者。第30页，共92页，2023年，2月20日，星期二§4.7.3电控汽油喷射系统主要元件结构及工作原理一、电控单元（ECU）

ECUCPU：中央处理器ROM：只读存储器PRAM：可编程的只读存储器RAM：运行数据存储器I/O：输入/输出接口第31页，共92页，2023年，2月20日，星期二ECU第32页，共92页，2023年，2月20日，星期二蓄电池水温传感器节气门位置传感器起动信号空气流量计(或进气压力传感器)转速传感器车速传感器氧传感器稳压电源输入接口A/D转换器喷油控制点火控制怠速控制EGR控制蒸发排放控制故障诊断CPU存储器输出接口传感器ECU执行器二、传感器

第33页，共92页，2023年，2月20日，星期二1.空气流量传感器(L型用,直接测量方式)作用：将空气流量转换成电信号送给电控单元，该信号作为决定喷油量的基本信号之一。（1）叶板式空气流量计补偿挡板缓冲室弹簧测量板温度传感器旁通气道封口调节螺钉电位计

测量板打开的角度随进气量大小而变化第34页，共92页，2023年，2月20日，星期二（2）热线式空气流量传感器原理：把通电加热的铂丝置于空气流中，使铂丝温度和吸入空气温度差保持一定。铂丝成为惠斯顿电桥中的一个臂。控制电路热膜温度传感器防护网A：集成电路；RH：热线电阻RK：温度补偿电阻RA：精密电阻RB：电桥电阻第35页，共92页，2023年，2月20日，星期二（3）卡门涡流式空气流量传感器

在气流中央放置一个锥体状涡流发生器。当空气流过时，在涡流发生器下游将产生有规律交错的旋涡，当流经空气通道的空气流速变化时，将影响卡门涡流旋涡的频率。节气门取样管整流器涡流发生体超声波发射器空气流第36页，共92页，2023年，2月20日，星期二第37页空气系统图第37页，共92页，2023年，2月20日，星期二空气量的测量方式

叶板式空气流量计卡门涡式流量传感器采用速度密度法——压力＋温度＋转速(间接测量方式)热线式其中热线式精度、响应最好；价格较高。第38页，共92页，2023年，2月20日，星期二空燃比控制方法第39页，共92页，2023年，2月20日，星期二2.进气管绝对压力传感器(D型间接测量空气流量的方式)半导体压敏电阻式：由硅片、集成电路和真空室组成。原理：压力变化，硅片变形，应变电阻阻值变化，电桥输出电压变化。线性输出节气门位置传感器：

利用滑动阻值的变化，测得与节气门开度相对应的输出电压。3.节气门位置传感器第40页，共92页，2023年，2月20日，星期二节流阀体安装在进气歧管的前面，主要功能是控制发动机工作时的进气量，它是电控系统与驾驶员最基本的对话渠道。节流阀体由阀体,阀门,油门拉杆机构,节气门位置传感器,怠速控制阀等构成。第41页，共92页，2023年，2月20日，星期二4.转速和曲轴位置传感器（1）磁电式传感器磁电式传感器触发轮气缸识别槽输出信号

当转子旋转时，线圈中磁通量发生变化，线圈产生感应电动势。磁电式转速传感器的转子信号盘通常安装在曲轴或凸轮轴上，也可安装在分电器内。第42页，共92页，2023年，2月20日，星期二曲轴转角传感器为磁电式.系统使用它决定曲轴旋转的位置和转速.曲轴转角传感器安装于变速箱离合器壳上.它与飞轮上的齿圈共同工作第43页，共92页，2023年，2月20日，星期二（2）霍尔效应式传感器永久磁铁霍尔元件触发轮

当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间时，磁场被叶片旁路，不产生霍尔电压；当缺口部分进入磁铁与霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，传感器输出电压信号。第44页，共92页，2023年，2月20日，星期二

信号盘随分电器轴转动，产生透光和遮光交替变化。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被挡住时，光敏二极管电压为0。（3）光电式传感器发光管分火头密封盖信号盘电路光敏二极管输出信号光敏二极管发光二极管遮光盘第45页，共92页，2023年，2月20日，星期二5.温度传感器（水温传感器、空气传感器）6.氧传感器热敏电阻电插头

在采用三元催化转换器的发动机上，氧传感器安装在排气管内，检测排气中氧的含量。第46页，共92页，2023年，2月20日，星期二 氧传感器将废气中氧含量的信号输送到电脑，以便于电脑控制下一个工作循环的油气配比。第47页，共92页，2023年，2月20日，星期二实物图第48页，共92页，2023年，2月20日，星期二7.爆震传感器8.车速传感器用于发动机怠速及汽车加速、减速时空燃比的控制。9.起动及空挡开关信号用来判断发动机是否处于起动状态。安装在发动机缸体上，检测发动机的爆震状况。第49页，共92页，2023年，2月20日，星期二三、电动燃油泵滚柱式电动燃油泵电刷电枢磁极滚柱泵泵壳单向阀卸压阀滤网泵盖组成：油泵电机、滚柱泵、单向阀、卸压阀、外壳、泵盖及滤网等。作用：供给各喷油器及冷起动喷油器所需要的燃油。第50页，共92页，2023年，2月20日，星期二第51页燃油输油泵的结构第51页，共92页，2023年，2月20日，星期二电动汽油泵 电动汽油泵燃油泵

安装位置

入口处应为正压，以免吸

入气泡。故安装位置：在 油箱内，入口在下方；或 在油箱外低于油箱处。要求

供油量60~250L/h 0.3~0.65MPa

蓄电池电压降至额定值的

50~60%时，油压仍能建 立起来第52页，共92页，2023年，2月20日，星期二燃油泵滚柱式转子偏心；滚柱装在转子凹槽内；转子旋转时，滚柱压在泵体内表面。进油口处工作容积增大——低压吸油腔；出油口处工作容积减小——高压压油腔。第53页，共92页，2023年，2月20日，星期二

滚柱泵限压阀电动机单向止回阀限压阀：油压超过0.45MPa时开启，汽油回到进油口，仿止油压过高。单向止回阀：停机时关闭，防止管路中汽油回流，维持一定油压。第54页，共92页，2023年，2月20日，星期二泵体叶片气道喷射燃油系统－汽油泵

叶片式

叶轮及叶片旋转，使汽 油产生离心力，出油口 处压力升高，进油口处 产生真空。与滚柱式油泵相比：运转噪声小、油压脉动小、磨损小。

叶轮第55页，共92页，2023年，2月20日，星期二Delphi油箱内组件（油泵、支架及油位传感器、储油罐和油压调节器）第56页，共92页，2023年，2月20日，星期二喷油器的结构线圈接口喷油器针阀回位弹簧电磁线圈燃油入口第57页，共92页，2023年，2月20日，星期二

冷起动时，额外加大喷油量，使混合气瞬时加浓，便于着火起动。电插头电磁线圈阀门弹簧阀门喷嘴结构：第58页，共92页，2023年，2月20日，星期二七、电控喷射工作演示第59页，共92页，2023年，2月20日，星期二§4.7.4电控汽油喷射系统的控制一、喷油时刻的控制1、同时喷射：所有喷油器并联，同时喷油。两次喷完一个循环的供油量。进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605407200喷油喷油第60页，共92页，2023年，2月20日，星期二进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605400喷油喷油2、分组喷射

第61页，共92页，2023年，2月20日，星期二进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605400喷油喷油3、顺序喷射

第62页，共92页，2023年，2月20日，星期二二、喷油持续时间的控制

控制喷油器的喷射持续时间实际上是控制喷油量，即喷油脉宽。（1）对于质量流量式的电控燃油喷射系统基本喷射时间=K进气流量/发动机转速K为修正系数。（2）采用热式空气流量传感器：

输出反映就是质量流量，直接用上式求得基本燃油喷射时间。（3）采用叶片式和卡门涡流式空气流量传感器：测得是进气的体积流量，需要进行密度修正。1）基本喷油量第63页，共92页，2023年，2月20日，星期二（4）对于速度密度方式的电子控制燃油喷射系统：

采用三维图形将数据按一定形式存储在电子控制单元中，根据发动机转速和进气管绝对压力确定吸入的空气质量，确定基本燃油喷射时间。高低长短高低进气管压力发动机转速基本喷油持续时间第64页，共92页，2023年，2月20日，星期二

§4.7.5电子控制汽油喷射系统举例

一、上海桑塔纳2000轿车发动机电子控制汽油喷射系统

油箱汽油泵滤清器压力调节器电控单元冷起动阀节气门开关怠速调整螺钉节气门空气流量传感器辅助空气阀油压调节器喷油器燃油分配器空气温度传感器氧传感器曲轴转角传感器转速传感器第65页，共92页，2023年，2月20日，星期二二、上海-通用别克轿车电子控制汽油喷射系统

第66页，共92页，2023年，2月20日，星期二第67页，共92页，2023年，2月20日，星期二◎缸内直接喷射是进一步提高汽油机的经济性的主要方向，也是汽油机技术向柴油机技术靠拢的一个步骤；◎稀薄燃烧的技术和缸内直接喷射配合工作，可以大幅度降低汽油机的排放、改善其经济性。但是燃烧的稳定性等问题需要达到保证。汽油机缸内直喷(FuelStratifiedInjection,FSI)燃油分层喷射，是基于GDI(缸内直喷式发动机)的一种技术第68页，共92页，2023年，2月20日，星期二◎缸内直接喷射，对缸内的油气混合过程提出了更高的要求，如同柴油机的雾化过程一样，需要仔细匹配发动机的燃烧室和进气道的几何参数，以及喷嘴和火花塞的位置。汽油机缸内直喷(FuelStratifiedInjection,FSI)第69页，共92页，2023年，2月20日，星期二汽油机缸内直喷(FuelStratifiedInjection,FSI)第70页，共92页，2023年，2月20日，星期二汽油机缸内直喷(FuelStratifiedInjection,FSI)第71页，共92页，2023年，2月20日，星期二缸内直喷燃油系统－组成（1）喷油器将汽油直接喷入缸内低压油路0.3~0.5MPa高压油路5~12MPa（喷油器喷射压力），由发动机ECU根据工况设定第72页，共92页，2023年，2月20日，星期二缸内直喷燃油系统－组成（2）

低压部分与气道喷射者基本相同，多出高压部分。高压泵油箱（包括箱内组件）高压油轨高压传感器 喷油器油压控制阀连续供油凸轮轴驱动高压泵多余的汽油经油压控制阀回到低压油路。ECU根据发动机工况控制油压控制阀，从而调整油压第73页，共92页，2023年，2月20日，星期二第74页，共92页，2023年，2月20日，星期二第75页汽油机缸内直喷——ECU第75页，共92页，2023年，2月20日，星期二汽油机缸内直喷——喷油泵第76页，共92页，2023年，2月20日，星期二汽油机缸内直喷——油轨第77页，共92页，2023年，2月20日，星期二缸内直喷燃油系统－组成（3）高压传感器高压油轨限压阀高压泵 喷油器油箱（包括箱内组件）按需供油凸轮轴驱动高压泵由ECU根据发动机工况控制高压泵输出的油压和油量（按需供油）第78页，共92页，2023年，2月20日，星期二缸内直喷燃油系统－高压泵三柱塞式HDP1（BOSCH）三个泵油装置，120°均布，油压波动小。凸轮环驱动柱塞在柱塞套内往复运动，柱塞中空，顶部有进油阀（单向阀）；每对柱塞、柱塞套与泵体形成一个供油压力室；供油室内的汽油由柱塞顶部进油阀进入，高压油从供油室上部的出油阀（也是单向阀）流出；柱塞下行时，供油室容积增大，汽油经进油阀被吸入供油室；柱塞上行，供油室容积减小，油压增大，油压超过油轨压力时，出油阀打开出油。供油压力与转速成正比。压力由发动机ECU通过油轨上的油压控制阀调整。第79页，共92页，2023年，2月20日，星期二偏心轮

柱塞 柱塞套凸轮从动件偏心轮驱动轴密封装置

球封出油阀进油阀 柱塞套 柱塞

凸轮从动件凸轮环三柱塞式HDP1泵第80页，共92页，2023年，2月20日，星期二缸内直喷燃油系统－高压泵单柱塞式HDP2用于按需供油系统装有发