第一节
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发动机电控系统的类型有多种分类方法,可根据喷射方式、喷射位置、测量空气量方式、喷油器数量、有无反馈信号等进行分类。
在多点电控燃油喷射系统中,按各缸喷油器的喷射顺序可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射。
如图2-1所示,同时喷射是将各缸的喷油器并联,在发动机运转期间,所有喷油器由电控单元的同一个喷油指令控制,同时喷油、同时断油。采用此种喷射方式,对各缸而言,喷油时刻不可能都是最佳的,其性能较差,一般用在部分缸数较少的汽油发动机上。
图2-1 同时喷射
小提示
◆采用同时喷射方式的电控燃油喷射系统,一般都是曲轴每转一圈各缸同时喷油1次。
◆对每个气缸来说,每一次燃烧所需的供油量需要喷射2次,即曲轴每转一圈喷射1/2的油量。
如图2-2所示,分组喷射是指将各缸的喷油器分成几组,它是同时喷射的变形方案,电控单元向某组的喷油器发出喷油或断油指令时,同一组的喷油器同时喷油或断油。
图2-2 分组喷射
如图2-3所示,顺序喷射是指各喷油器由电控单元分别控制,按发动机各缸的工作顺序喷油。多缸发动机电控燃油喷射系统采用分组喷射或顺序喷射方式较多。
图2-3 顺序喷射
按喷射位置不同,电控燃油喷射系统可分为进气管喷射和缸内直接喷射两种类型。
如图2-4所示,进气管喷射是将汽油喷在进气门前,喷射压力较低,一般不超过1MPa,目前大部分汽油喷射发动机主要采用这种喷射方式,喷油器喷油时可以连续喷射,也可断续喷射。
图2-4 进气管喷射
在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后,油气混合技术终于进入了直喷时代,包括大众、通用等越来越多的车型发动机开始采用缸内直接喷射技术。
FSI是“Fuel Stratified Injection”的缩写,意为燃油分层喷射,也称汽油缸内直喷,是大众公司将其首创的柴油机缸内直接喷射技术移植到汽油发动机领域的一项革命性的创新技术。通俗地说就是将汽油和空气单独注入燃烧室,空燃比的控制更加精确,从而使燃烧更彻底,以此达到更加节油、更加环保的目的。
FSI汽油直喷技术代表着汽油发动机的最新发展方向。通常的发动机采用的是将汽油和空气在进气歧管中混合后喷入燃烧室的,而汽油直喷技术则是将汽油直接注入燃烧室(图2-5),通过均匀燃烧和分层燃烧,降低了燃油消耗,动力也有很大提升。
图2-5 缸内直接喷射
1—喷油器;2—进气门;3—火花塞;4—排气门
小提示
◆缸内喷射要求喷射压力较高,一般约在活塞到达上止点后30°开始喷油,一直延续到压缩过程。
几年来的应用证明,在同等排量下,FSI比传统的MFI(多点燃油进气管喷射)动力性显著提高,输出更高的功率和转矩,燃油消耗可降低15%,从而实现了发动机动力性和燃油经济性的完美结合,是当今汽车工业发动机技术中最成熟、最先进的燃油直喷技术,引领并延伸了汽油发动机的发展趋势。
按测量空气量方式不同分为D型电控燃油喷射系统和L型电控燃油喷射系统。
D是德语Druck(压力)的第一个字母。D型电控燃油喷射系统利用绝对压力传感器检测进气管内的绝对压力,电控单元根据进气管内的绝对压力和发动机转速计算出发动机的进气量,再根据进气量和发动机转速确定基本喷油量。D型喷射系统的基本工作原理如图2-6所示。
图2-6 D型电控燃油喷射系统的工作原理
D型发动机电控系统的组成如图2-7所示,D型发动机电控系统零部件在车上的布置如图2-8所示(桑塔纳2000GLi轿车D型Motronic1.5.4电子控制多点汽油顺序喷射系统)。
图2-7 D型发动机电控系统的组成
1—进气压力与进气温度传感器;2—凸轮轴位置传感器;3—氧传感器;4—爆燃传感器;5—冷却液温度传感器;6—节气门位置传感器(在节气门控制单元内);7—曲轴位置传感器;8—附加信号;9—自诊断接口;10—点火线圈;11—喷油器;12—油泵继电器;13—活性炭罐电磁阀;14—怠速控制阀(在节气门控制单元内);15—附加信号;16—电控单元
图2-8 D型发动机电控系统布置
l—活性炭罐(位于右前翼子板内侧);2—活性炭罐电磁阀(位于空气滤清器旁);3—进气歧管;4—节气门位置传感器;5—燃油分配管;6—喷油器;7—电控单元(ECU,位于驾驶员侧仪表板下);8—爆燃传感器;9—4针插头连接器(用于氧传感器);10—分电器;11—怠速控制阀;12—进气压力与进气温度传感器;13—空气滤清器
L是德语Luft(空气)的第一个字母。L型电控燃油喷射系统利用空气流量计直接测量发动机的进气量,电控单元不必进行推算,即可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量。
小提示
◆由于消除了推算进气量的误差影响,其测量的准确程度高于D型,故对混合气浓度的控制更精确。
L型电控燃油喷射系统的基本工作原理如图2-9所示。
图2-9 L型电控燃油喷射系统的工作原理
L型发动机电控系统的组成如图2-10所示,L型发动机电控系统零部件在车上的布置如图2-11所示(桑塔纳2000GSi轿车L型Motronic3.8.2电子控制多点汽油顺序喷射系统)。
图2-10 L型发动机电控系统的组成
图2-11 L型发动机电控系统布置
l—凸轮轴位置(霍尔)传感器(G40);2—喷油器(N30~N33);3—活性炭罐;4—热膜式空气流量计(G70);5—活性炭罐电磁阀(N80);6—ECU(J220);7—氧传感器(G39);8—冷却液温传感器(G62);9—发动机转速传感器插接器(灰色);10—l号爆燃传感器插接器(白色);11—氧传感器插接器(黑色);12—2号爆燃传感器插接器(黑色);13—节气门控制组件(J338);14—2号爆燃传感器(G66);15—发动机转速传感器(G28);16—进气温度传感器(G72);17—点火线圈(N152);18—1号爆燃传感器(G61)
按喷油器数量不同,分为单点喷射(SPI)系统和多点喷射(MPI)系统。
如图2-12所示,单点喷射系统是在节气门上方装一个中央喷射装置,用l~2只喷油器集中喷射。当汽油喷入进气流中后,形成的可燃混合气由进气歧管分配到各气缸中。单点喷射又称节气门体喷射(TBI)或中央喷射(CFI)。
图2-12 单点喷射系统
单点电控燃油喷射系统是在每个气缸的进气行程开始时喷油,采用的是顺序喷射方式,又称独立喷射方式。独立喷射可使燃油在进气管中滞留的时间最短,各缸得到燃油量尽可能一致。单点喷射系统的空气量可采用空气流量传感器直接计量,也可采用进气歧管绝对压力传感器间接测量。
单点喷射系统的应用时间比较晚,其性能介于多点喷射系统与化油器式供给系统之间。虽然单点喷射系统的性能比多点喷射系统差一些,但由于其结构简单,故障率低,维修调整方便,且对发动机本身的改动较小,特别是大量生产后,其成本较低,仅略高于传统化油器的成本,所以在20世纪80~90年代,曾广泛应用于普通轿车和货车上。但随着发动机电控系统技术的不断发展,加之发动机尾气排放限制越来越严格,单点喷射系统逐渐被淘汰。
如图2-13所示,多点喷射系统是在每缸进气门处装有1只喷油器,由电控单元(ECU)控制喷油,因此多点喷射又称多气门喷射。多点喷射系统的燃油分配均匀性好,进气管可按最大进气量来设计,而且无论发动机处于冷态还是热态,其过渡的响应及燃油经济性都是最佳的。由于多点喷射系统成本大幅度下降,使用可靠性和可维修性都达到了相当高的水平,因此目前多点喷射系统得到了广泛采用。
图2-13 多点喷射系统
电控燃油喷射系统按有无反馈信号可分为开环控制系统和闭环控制系统。
小提示
◆开环控制系统(无氧传感器)是将通过试验确定的发动机各工况的最佳供油参数预先存入电控单元,在发动机工作时,电控单元根据系统中各传感器的输入信号,判断自身所处的运行工况,并计算出最佳喷油量,通过对喷油器喷射时间的控制,来控制混合气的浓度,使发动机优化运行。
◆闭环控制系统(有氧传感器)中发动机排气管上加装了氧传感器,根据排气中含氧量的变化,判断实际进入气缸的混合气空燃比,再通过电控单元与设定的目标空燃比进行比较,并根据误差修正喷油器喷油量,使空燃比保持在设定的目标值附近。目前发动机电控燃油喷射系统普遍采用开环和闭环相结合的控制方案。