汽車機(jī)械基礎(chǔ)-Toyota

汽車機(jī)械基礎(chǔ)

四川教育學(xué)院汽車應(yīng)用技術(shù)學(xué)院何強(qiáng)第七節(jié)汽油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)一、概述1.什么是燃油噴射燃油噴射是汽油發(fā)動機(jī)上除化油器以外的另一種混合氣形成方式。將汽油以一定的壓力通過噴油器噴射到進(jìn)氣管或氣缸內(nèi)，使汽油霧化的方式。2.什么是電控汽油噴射系統(tǒng)電控汽油噴射系統(tǒng)（ElectronicFuelInjectionSystem）簡稱為EFI電控汽油噴射系統(tǒng)利用各種傳感器檢測發(fā)動機(jī)的各種狀態(tài)，經(jīng)微處理器的判斷、計算，使發(fā)動機(jī)在不同工況下均能獲得合適空燃比的混合氣。3.為什么要采用電噴系統(tǒng)影響汽油發(fā)動機(jī)排放的最主要因素是混合氣的空燃比，理論上一公斤燃料完全燃燒時需要14.7公斤的空氣?？杖急刃∮?4.7時供給濃混合氣，此時發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率大，但燃燒不完全，生成的CO、HC多；當(dāng)混合氣略大于14.7時，燃燒效率最高，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多；供給稀混合氣時，燃燒速度變慢，燃燒不穩(wěn)定，使得HC增多。在電控汽油噴射系統(tǒng)中采用閉環(huán)控制的方式，將空燃比控制在14.7附近，并在排氣系統(tǒng)中消聲器前安裝一個三元催化轉(zhuǎn)化器，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行后處理，是當(dāng)前減少汽車排氣污染物的最有效方法。4.汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)展①20世紀(jì)初，德國懷特兄弟首先在飛機(jī)發(fā)動機(jī)上使用汽油噴射“方式”——②1934年，德國軍用飛機(jī)上開始使用汽油噴射系統(tǒng)——③二戰(zhàn)后期，美國開始使用汽油噴射系統(tǒng)——④二戰(zhàn)后，汽油噴射系統(tǒng)軍轉(zhuǎn)民，使用在汽車上——⑤1954年，德國奔馳300SL采用K型汽油噴射系統(tǒng)——⑥60年代末，出現(xiàn)KE型汽油噴射系統(tǒng)——⑦現(xiàn)代的EFI型汽油噴射系統(tǒng)5.現(xiàn)代轎車發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)見書142頁（不僅僅只有11項）6.發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的組成1）傳感器2）ECU電子控制單元3）執(zhí)行器7.EFI系統(tǒng)的優(yōu)點1）提高發(fā)動機(jī)功率2）汽車加速、減速反應(yīng)靈敏度高3）能對混合氣濃度適時自動修正4）有效降低排放污染，節(jié)約燃油5）改善了發(fā)動機(jī)低溫起動性6）具有減速斷油功能7）控制爆燃8.汽油噴射系統(tǒng)的類型1）按噴油器安裝部位分類：單點噴射、多點噴射2）按燃油噴射位置分：缸內(nèi)噴射、缸外噴射3按噴射方式可分為：連續(xù)噴射、間歇噴射4）按噴射順序可分為：同時噴射、分組噴射、次序噴射5）按噴射裝置的控制方式分類：機(jī)械控制式、機(jī)電混合控制式、電子控制式6）按空氣量的檢測方式分類：歧管壓力計量式(D型)、空氣流量計量式(L型)7）按有無反饋信號分類：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)9.EFI系統(tǒng)的組成1）進(jìn)氣系統(tǒng)2）燃油系統(tǒng)3）電子控制系統(tǒng)二、進(jìn)氣系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)供氣系統(tǒng)主要作用是測量和控制吸入發(fā)動機(jī)的空氣量。包含空氣濾清器、（空氣流量計（L））、節(jié)氣門體、（進(jìn)氣溫度傳感器）、（進(jìn)氣壓力傳感器（D））、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管和怠速空氣控制閥等。1.進(jìn)氣歧管壓力傳感器作用：測量進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞斔偷紼CU，發(fā)動機(jī)ECU據(jù)此和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號確定實際進(jìn)氣量（間接法）種類：按信號產(chǎn)生的原理可分為半導(dǎo)體壓敏電阻式、電容式、三線高靈敏度可變電阻式、膜盒傳動可變電感式2.空氣流量傳感器種類：翼片（葉片）式、卡門旋渦式、熱線式、熱膜式前兩種屬于體積流量型（要考慮空氣密度，需加上溫度傳感器），后兩種屬于質(zhì)量流量型1）翼片（葉片）式2）熱線式3）熱膜式4）卡門旋渦式3.節(jié)氣門體三、供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)包含油箱、電動汽油泵、汽油濾清器、燃油壓力脈動減振器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、噴油器、冷起動噴油器及油管。1.電動燃油泵電動汽油泵的安裝位置主要有兩種，即安裝在供油管路中和安裝在汽油箱內(nèi)。但后者應(yīng)用非常廣泛，電動汽油泵通常用固定在油箱上的油泵支架垂直地懸掛在油箱內(nèi)。其種類較多，有渦輪式電動汽油泵、滾柱式電動汽油泵、齒輪式電動汽油泵。1）渦輪式電動汽油泵由泵體、永磁式直流電動機(jī)和殼體三部分組成。另外還裝有安全閥和單向閥。2）滾柱式電動汽油泵由殼體、圓柱形滾柱和轉(zhuǎn)子等組成。五個滾柱在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可徑向滑動，轉(zhuǎn)子與殼體存在一定的偏心2.燃油壓力脈動減振器3.燃油壓力調(diào)節(jié)器油壓力調(diào)節(jié)器的功能是調(diào)節(jié)噴油壓力。噴油器噴出的油量是用改變噴油信號持續(xù)時間來進(jìn)行控制的。由于進(jìn)氣歧管內(nèi)真空度是隨發(fā)動機(jī)工況而變化的，即使噴油信號的持續(xù)時間和噴油壓力保持不變，工況變化時噴油量也會發(fā)生少量的變化，為了得到精確的噴油量，必須使油壓A和進(jìn)氣歧管真空度B的總和保持不變。4.噴油器多點噴油系統(tǒng)中噴油器通過絕緣墊圈安裝在進(jìn)氣歧管或進(jìn)氣道附近的缸蓋上，并用輸油管將其固定。多點噴油系統(tǒng)每缸有一個噴油器。英文稱為multipointinjection.簡稱為MPI。

噴油器是電磁式的。當(dāng)噴油器不工作時，針閥在回位彈簧作用下將噴油孔封住。當(dāng)ECU的噴油控制信號將噴油器的電磁線圈與電源回路接通時，針閥才在電磁力的吸引下克服彈簧壓力、摩擦力和自身重量，從靜止位置往上升起，燃油噴出。5.冷起動噴油器四、電控系統(tǒng)作用：ECU根據(jù)各個傳感器送來的信號，控制燃油噴射和點火時刻。組成：電控系統(tǒng)由傳感器、電控單元ECU、執(zhí)行器三部分組成。還包含系統(tǒng)電源和連接導(dǎo)線。1.系統(tǒng)電源系統(tǒng)電源由繼電器、蓄電池、點火開關(guān)等組成。2.傳感器傳感器包含：節(jié)氣門位置傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、空氣流量傳感器、冷卻水溫度傳感器、曲軸位置傳感器、爆燃傳感器、氧傳感器、車速傳感器。1）節(jié)氣門位置傳感器包含線性式節(jié)氣門位置傳感器、開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器線性式節(jié)氣門位置傳感器開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器2）氧傳感器在三元催化轉(zhuǎn)化器的上游安裝一個氧傳感器，用來檢測混合氣的空燃比是濃還是稀，向ECU發(fā)出反饋信號，調(diào)節(jié)噴油量，將混合氣空燃比控制在理論值附近，使三元催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換效率最高。這種控制方式稱為閉環(huán)控制方式。只有采用EFI閉環(huán)控制系統(tǒng)，才能將空燃比控制在理論值附近，使三元催化轉(zhuǎn)化器的凈化效率最高。而化油器式發(fā)動機(jī)是無法實現(xiàn)此要求的。最常用的氧傳感器是氧化鋯（鈦）式氧傳感器。氧化鋯傳感器內(nèi)側(cè)通大氣，外側(cè)裸露在排氣中。如果陶瓷體內(nèi)側(cè)大氣中含氧量與陶瓷體外側(cè)的含氧量不同時，在氧化鋯內(nèi)、外兩側(cè)極間就產(chǎn)生一個電壓。當(dāng)混合氣稀時，氧化鋯產(chǎn)生的電壓低（接近于0V）。當(dāng)混合氣濃時，氧化鋯元件產(chǎn)生的電壓高（約1V）。在化學(xué)計量比附近，電壓有突變，氧傳感器起到一個濃、稀開關(guān)的作用。注意，在起動、加速、大負(fù)荷等需要較濃混合氣的工況，仍需采用開環(huán)控制。3）進(jìn)氣溫度傳感器進(jìn)氣溫度傳感器用來檢測進(jìn)氣管空氣溫度，常用熱敏電阻式。4）冷卻水溫度傳感器5）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器轉(zhuǎn)速傳感器：用來測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，以確定基本噴油量和基本點火提前角。曲軸位置傳感器用來確定相對于每缸壓縮上止點的噴油定時和點火定時，在順序噴射發(fā)動機(jī)上還需要有判缸信號。二者一般做為一體。安裝位置可在曲軸前端、飛輪上、凸輪軸前端、分電器內(nèi)。分類：電磁、霍爾、光電感應(yīng)式6）爆燃傳感器爆震傳感器安裝在發(fā)動機(jī)缸體上，對四缸直列式發(fā)動機(jī)，它裝在2缸和3缸之間；對V型發(fā)動機(jī)，每側(cè)至少有一個爆震傳感器。目前應(yīng)用最多的是寬頻帶共振型壓電式傳感器。

通過檢測缸體表面的震動信號，以判斷發(fā)動機(jī)是否產(chǎn)生爆震。在發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)已確定的情況下，采用推遲點火提前角是消除爆震既有效又簡單的措施之一。裝有爆震傳感器的發(fā)動機(jī)能檢測爆震界限，通過電子控制單元將點火時刻調(diào)到接近爆震極限的位置，從而改善了發(fā)動機(jī)的性能。當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)爆震時，ECU根據(jù)爆震程度，推遲點火時刻，爆震程度大的，不僅推遲的角度大，而且是先快后慢，直到爆震消失為止。為了保證良好的發(fā)動機(jī)性能，爆震消失后，又將點火提前角逐步加大，增加的速率也分為快、慢兩種。當(dāng)發(fā)動機(jī)再次出現(xiàn)爆震時，點火提前角再次推遲。通常點火提前角推遲的速率要大于點火提前角增加的速率。7）車速傳感器車速傳感器用來檢測汽車行駛速度。類型：舌簧式、光電耦合式安裝位置：組合儀表內(nèi)舌簧式光電耦合式3.電子控制單元ECUECU即:ElectronicControlUnitECU的功用是采集和處理各種傳感器的輸入信號，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作的要求（噴油脈寬、點火提前角等），進(jìn)行控制決策的運算，并輸出相應(yīng)的控制信號。當(dāng)前電控發(fā)動機(jī)中除了控制噴油外，還控制點火、EGR、怠速和增壓發(fā)動機(jī)的廢氣閥等，由于共用一個ECU對發(fā)動機(jī)進(jìn)行綜合控制，所以也被稱為發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。

1）控制噴油2）控制點火為了使發(fā)動機(jī)發(fā)出最大功率，應(yīng)使最高燃燒壓力出現(xiàn)在上止點后10°～15°左右，點火時刻用點火提前角來表示。它是指火花塞電極間跳火開始到活塞運行至上止點時這段時間內(nèi)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。點火過遲：使發(fā)動機(jī)功率下降，油耗增加。

點火過早：使功率下降，還容易產(chǎn)生爆震。發(fā)動機(jī)的最佳點火提前角，不僅要使發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性最佳，還應(yīng)使有害排放物最少。最佳點火提前角的控制策略

起動期間:固定值

起動后：基本點火提前角的控制：由轉(zhuǎn)速和負(fù)荷確定。點火提前角的修正：部分負(fù)荷工況根據(jù)冷卻水溫、進(jìn)氣溫度和節(jié)氣門位置等信號進(jìn)行修正。滿負(fù)荷工況要特別小心控制點火提前角，以免產(chǎn)生爆震。最大和最小提前角的控制：微處理器計算的點火提前角必須控制在一定范圍內(nèi)，否則發(fā)動機(jī)很難正常運轉(zhuǎn)。3）廢氣再循環(huán)通常用EGR率表示EGR的控制量。它用進(jìn)入氣缸的混合氣中廢氣的比例表示。EGR率與發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能有關(guān)。EGR率增加過大時，使燃燒速度太慢，燃燒變得不穩(wěn)定，失火率增加，使HC也會增加；EGR率過小，NOx排放達(dá)不到法規(guī)要求，易產(chǎn)生爆震，發(fā)動機(jī)過熱等現(xiàn)象。因此EGR率必須根據(jù)發(fā)動機(jī)工況要求進(jìn)行控制。EGR控制系統(tǒng)中，EGR閥是關(guān)鍵部件。不同的EGR率是通過EGR閥的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。電控發(fā)動機(jī)中廣泛采用電子控制EGR閥方法。直線型EGR閥是由ECU控制針閥位置，調(diào)節(jié)從排氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管孔口的大小，精確地控制EGR率。EGR工作期間通過監(jiān)測針閥位置反饋信號控制針閥位置。并根據(jù)冷卻水溫度、節(jié)氣門位置和進(jìn)氣流量控制EGR針閥的位置。試驗結(jié)果說明：當(dāng)EGR率小于10%時，燃油消耗量基本上不增加，當(dāng)EGR率大于20%時，發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定，工作粗暴，HC排放物將增加10%。因此通常將EGR率控制在10%～20%范圍內(nèi)較合適。隨著負(fù)荷增加EGR率允許值也增加：怠速和低負(fù)荷時，NOx排放濃度低，為了保證穩(wěn)定燃燒，不進(jìn)行EGR。只有熱態(tài)下進(jìn)行EGR。發(fā)動機(jī)溫度低時，NOx排放濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機(jī)時不進(jìn)EGR。大負(fù)荷、高速時，為了保證發(fā)動機(jī)有較好的動力性，此時混合氣較濃，NOx排放生成物較少，可不進(jìn)行EGR或減少EGR率廢氣再循環(huán)量對NOx排放和油耗的影響還受到空燃比、點火提前角等因素的影響。因此在EGR率進(jìn)行控制時，同時對點火等進(jìn)行綜合控制，就能得