发动机电控燃油喷射技术大学大学学位论文大学学位论文.docx

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发动机电控燃油喷射技术大学大学学位论文大学学位论文

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摘要

发动机电控燃油喷射技术是汽车技术中的基础技术之一。

本文研究它的意义在于其一它是汽车技术中基本的、贴切实际的研究；其二伴随着排放法规的完善，这种物美价廉的系统也很大程度上有着环保的重要意义。

本文从发动机从发动机基础知识入手，以我们常见的、应用较广泛的电控燃油喷射系统为例，较系统地介绍了电控燃油喷射技术的发展历程、喷射系统的类型、结构组成、工作原理，方便人们了解汽车发动机燃油喷射技术的基础知识。

另外，本文还以现行的发动机燃油喷射技术为基础，结合着现代环保理念和排放法规的要求，对未来几年发动机电控燃油喷射技术发展趋势进行了一定的展望。

关键词：

电控燃油喷射技术，类型，结构，工作原理，发展趋势

Abstract

Theengineelectric-fuelinjectiontechnologyisonebasictechnologyofautomobiletechnologies.Oneofsignificancesofthestudyingisthatthebasicandrealisticstudyof

automobiletechnology.Theotheristhatalongwithlawsofexhaustingcompelet,there

isthesignificanceofenviromentprotectingatthehighqualityandinexpensivesystem.

Thepaperisatbeginningofthebasickownladge,ittakesthecommon,broad-applyingelectric-fuelinjectionforinstance.Systematicallyintroducesthedevelopement,types,struc-

-ture,andworkprinciplesofelectric-fuelinjection.Itisconvenientforpeopletounderstand

thebasicknowladgeofsystem.

What'smore,thepapertakesthecontemporaryenginefuleinjecctiontechnologyforthebasement,connectingwiththemodernenvironmentprotectingideaandexhaustinglaws,hasstudiedthethedevelopementtrendofenginefuelinjectiontechnologynextyearinfuture.

Keywords:

electricfuelinjectionsystem,types,structure,workingprinciples,developementtrend.

目录

第1章引言............................................................6

1.1选题的背景与意义.................................................6

1.2本文研究内容.....................................................6

第2章发动机电控汽油喷射系统介绍与技术浅谈............................7

2.1电控汽油喷射系统的发展概况........................................7

2.2电控汽油喷射系统基本介绍.........................................8

2.2.1电控汽油喷射系统工作原理.....................................8

2.2.2电控汽油喷射系统的基本组成及分类.............................8

2.3结合发动机试验对电控汽油喷射系统的一些研究......................14

第3章电控柴油喷射系统介绍与技术浅谈..................................19

3.1电控柴油电控系统基本介绍.........................................19

3.1.1柴油机电控系统发展现状浅谈......................................19

3.1.2电控和柴油机的结构（共轨式）....................................19

3.1.3高压共轨燃油喷射系统原理........................................20

第4章未来几年发动机电控燃油喷射技术发展趋势.........................21

4.1电控汽油喷射技术发展趋势........................................21

4.2电控柴油喷射技术发展趋势.......................................22

第5章结论............................................................23

参考文献...............................................................24

致谢..................................................................25

第一章引言

1.1选题的背景与意义

目前能源危机和生态环境污染问题是全世界人们关注的焦点。

随着汽车的保有量迅速增加，汽车排放的有害气体和微粒已超过工业污染物的排放量，人们对这两个问题越来越重视，各国都相继制定了越来越严格的汽车排放规定。

1973年的石油危机，使人们更深刻认识到了自然资源的有限性和合理利用的必要性。

同时，随着社会的发展，人们对汽车的经济性和舒适性要求也越来越高。

迫于各方面的压力人们开始寻找新的途径来解决排放和油耗问题。

其中排气净化和节能是决定汽车能否继续生存发展的两大课题。

这样内燃机的电子控制喷油技术就蓬勃发展起来。

车用汽油机的电控技术始于６０年代中期，由于采用这项新技术能有效改善发动机的动力性、经济性及排放指标，是迄今为止实现高效率、低污染燃烧的最有效、最简捷的途径，因而在排放法规较为严格的工业发达国家迅速得到普及和发展。

近年来国内汽车的保有量有了大幅度增长。

电子控制燃油喷射系统（EFI）——简称汽油喷射。

它是汽车汽油发动机取消化油器而采用的一种先进的喷油装置。

使用EFI，汽车发动机燃烧将更充分，从而提高功率，降低油耗，实现低公害排放的目的。

如今柴油机发展越来越完善,以它的高效、功率范围宽广,已广泛应用于工业、农业、军用和民用等领域。

在今后相当长的时间内,柴油机还将占有极重要的地位。

随着柴油机数量的不断增多,也引起了人们对柴油机燃油经济性和排放性能的关注，特别是当今排放性能已经被提到首要位。

柴油机电控技术还面临着许多课题需要解决，特别是当采用高压电控喷油时，柴油机电控系统的成本几乎占发动机成本的一半。

1.2本文研究的内容

本文分为汽油机电控喷油技术和柴油机电控喷油技术，主要讲述了汽油机部分。

汽油机电控喷油技术部分主要讲述了其发展概况，组成及工作原理，结合发动机试验对电控汽油喷射系统的一些研究。

本章着重讲述了结合发动机试验对电控汽油喷射系统一些研究。

同时，本文还讲述了柴油机组成工作原理。

最后，本文还展望了未来几年发动机电控燃油喷射技术发展趋势。

第二章发动机电控汽油喷射系统介绍与技术浅谈

2.1电控汽油喷射系统的发展概况[1]

1934年德国研制成功第一架装用汽油喷射发动机的军用战斗机。

第二世界大战后期，美国开始采用机械式喷射泵向气缸内直接喷射汽油的供油方式。

1952年，曾用于二战德军飞机的机械式汽油喷射技术被应用于轿车，德国戴姆乐-奔驰（Daimler-Benz）300L型赛车装用了德国博世（Bosch）公司生产的第一台机械式汽油喷射装置。

它采用气动式混合气调节器控制空燃比，向气缸直接喷射。

1957年，美国本迪克斯（Bendix）公司的电子控制汽油喷射系统问世，并首次装于克莱斯勒（Chrysler）豪华型轿车和赛车上。

由于汽油喷射系统比起化油器来，计量更精确、雾化燃油更精细、控制发动机工作更为灵敏，因此，在经济性、排放性、动力性上表现出明显的优势。

人们的注意力越来越集中在汽油喷射系统上。

1967年，德国博世公司研制成功K-Jetronic机械式汽油喷射系统，并进而成功开发增加了电子控制系统的KE-Jetronic机电结合式汽油喷射系统，使该技术得到了进一步的发展。

1967年，德国博世公司率先开发出一套D-Jetronic全电子汽油喷射系统并应用于汽车上，于20世纪70年代首次批量生产，在当时率先达到了美国加利福尼亚州废气排放法规的要求，开创了汽油喷射系统的电子控制的新时代。

D型喷射系统在汽车发动机工况发生急剧变化时，控制效果并不理想。

1973年，在D型汽油喷射系统的基础上，博世公司开发了质量流量控制的L-Jetronic型电控汽油喷射系统。

之后，L型电控汽油喷射系统又进一步发展成为LH-Jetronic系统，后者既可精确测量进气质量，补偿大气压力，又可降低温度变化的影响，而且进气阻力进一步减小，使响应速度更快，性能更加卓越。

1979年，德国博世公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的Motronic数字式发动机综合控制系统，它能对空燃比、点火时刻、怠速转速和废气再循环等方面进行综合控制。

为了降低汽油喷射系统的价格，从而进一步推广电控汽油喷射系统，1980年，美国通用（GM）公司首先研制成功一种结构简单价格低廉的节流阀体喷射（TBI）系统，它开创了数字式计算机发动机控制的新时代。

TBI系统是一种低压燃油喷射系统，它控制精确，结构简单，是一种成本效益较好的供油装置。

随着排放法规的不断完善，使这种物美价廉的系统大有完全取代传统式化油器的趋势。

1983年，德国博世公司也推出了自己的单点汽油喷射系统,即Mono-Jetronic系统。

2.2电控汽油喷射系统基本介绍

2.2.1电控汽油喷射系统工作原理[2]

电控燃油喷射系统采用各种传感器。

它们将发动机的负荷、转速、加速、减速、吸人空气流量和温度、冷却水的温度等变化情况转换成电信号．然后把这些电信号输入到计算机控制系统（电子控制器）里．电子控制器（ECU）根据这些信号与储存的信号进行精确计算后，输出一个控制信号去控制喷油器闲的开启时间和持续时间，从而供给发动机气缸最佳油量。

见图2.1

图2.1电控汽油喷射系统的原理框图

2.2.2电控汽油喷射系统的基本组成及分类

电控燃油喷射系统EFI主要由燃油供给系统（气路）、空气供给系统（气路）、电子控制系统（电路）三大部分组成。

各部分的组成及功能简介如下

电控燃油喷射系统主要由燃油供给系统（油路）、空气供给系统（气路）和控制系统（电路，包括各种传感器、电子控制器和执行器）三大部分组成。

各部分的组成及功能简介如下：

燃油供给系统（油路）燃油供给系统的作用是：

向气缸内供给燃烧所需要的汽油。

燃油供给系统包括燃油箱、燃油泵、燃油缓冲器、燃油压力调节器、燃油滤清器、喷油器、节温定时开关和冷起动阀（冷起动喷油器）等部件。

油箱（汽油箱）汽油箱用以贮存汽油。

普通汽车只有一个汽油箱，越野车则常有两个油箱，以适应特殊要求。

一般汽车油箱的续航里程为200-600km。

汽油箱常用薄钢板或工程塑料制成，为防止油液面由于行车振荡而外溢，在油箱内部装有隔板。

油箱上表面装有液面传感器，有辅助油箱，内有粗滤器。

为了便于排除箱内的杂质，在底部装有放油螺塞。

油箱加油口用带阀门的油箱盖封闭。

油箱盖用以防止汽油的溅出及减少汽油挥发，它由空气阀和蒸汽阀组成。

空气阀用较弱的空气阀弹簧压住，当油箱内油面下降，压力低于某一数值时，空气阀打开，使空气进入汽油箱，确保汽油箱内不致产生真空，避免受到内外空气压力差的作用而损坏。

蒸汽阀用较硬的弹簧压住，仅在汽油箱内因温度过高、压力超过规定值时才开启，因而有利于减少油箱内汽油蒸汽挥发。

电控燃油供给系统：

燃油泵其作用是将燃油从燃油箱中泵人燃油管路，并使燃油保持一定的压力（一般为0.2MPa－0．3MPa），经过燃油滤清器输送到喷油器和冷起动阀。

燃油泵按其安装位置分为外装泵和内装泵2种。

外装泵即将泵装在油箱之外的输油管路中，内装泵则是将泵安装在燃油箱内。

与外装泵比较，内装泵不易产生气阻和燃油泄漏，且噪声小，外装泵已逐步被前者取代。

目前大多数EFI采用内装泵。

电动燃油泵主要由油泵体、永磁电动机和外壳等部分组成。

根据泵体结构不同可以分为滚柱泵、齿轮泵和涡轮泵等。

电控燃油供给系统：

燃油脉动阻尼器作用是使燃油泵泵出的油压变得平稳．减少油压波动，降低噪声。

它主要由膜片、弹簧和壳体等组成

电控燃油供给系统：

燃油压力调节器

油路中安装有燃油压力调节器，它使燃油压力相对于大气压力或进气管负压保持一定，即保持喷油压力与喷油环境压力的差值一定。

此压力差一般维持在250kPa，当供油压力超过规定值时，燃油压力调节器内的减压阀打开，汽油便经回油管流回油箱，使输油管油压保持恒定。

电控燃油供给系统：

燃油滤清器

装于燃油缓冲器与喷油器之间的油路中．其作用是滤除燃油中的水份和杂质等污物，以防堵塞喷油器针阀。

电控燃油供给系统：

喷油器

喷油器安装在节气门体空气人口处（SPI系统）或进气歧管靠近各缸进气附近（MPI系统），受电子控制器喷油信号的控制。

喷油器的喷油原理是：

由电子控制器送来喷油电流信号，电流流经电磁线圈产生电磁吸力，该吸阀打开．燃油由喷油器喷出。

影响喷油量的因素主要有喷油孔尺寸、喷油压力、喷油持续时间和喷油器动态响应特性等。

对于一定形式的喷油器，其喷油孔尺寸和喷油器动态响应特性是确定的，喷油压力由燃油压力调节器调节为恒定值。

因此，喷油量取决于喷油持续时间。

喷油器分类方法很多，按喷油器结构形式可分为轴针式、球阀式和片阀式三种。

电控燃油供给系统：

节温定时开关和冷启动阀

节温定时开关的作用是监测冷却水的温度，当发动机起动．冷却水温度低于4℃时，开关的触点闭台，使冷起动阀喷油。

冷起动阀的作用是在冷起动发动机时向进气歧管喷射额外的燃油，以改善低温起动性能。

有不少汽车已经取消了节温定时开关。

冷起动喷油器的工作完全由ECU控制，控制精度更高。

空气供给系统

空气供给系统的作用是：

测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量。

空气供给系统包括：

空气滤清器、空气流量计、节气门室、进气歧管、空气量调整器等。

空气由空气滤清器吸人，经空气流量计（其作用是测量进人空气量的多少）、节气门室、进气歧管而后进人各气缸。

空气供给系统：

空气流量计

用于L型EFI系统。

安装在空气滤清器和节气门之间，用来测量进人气缸内空气量的多少，然后将进气量信号送人电子控制器ECU，从而由ECU计算出喷油量，控制喷油器向节气门宣喷人与进气量成最佳空燃比的汽油。

空气供给系统：

节气门室

气门室的作用是控制进人气缸的空气量，从而控制发动机的转速。

它主要由节气门、怠速调整螺钉、怠速空气孔道和节气门开关等组成。

当发动机在怠速时（节气门全关），空气流经旁通孔道（怠速空气孔道），此时只要调整怠速调整螺钉就可以调整发动机在怠速时的转速。

空气供给系统：

空气量调整器

它安装在节气门上方。

其作用是在低温下起动发动机时，它通过另一通道．使进人气缸的空气增多，从而使喷油量也增加。

便在低温下顺利起动发动机。

当发动机温度升高达60～70qc时，它将自动关闭。

电子控制系统

控制系统的作用是：

根据发动机运转状况和汽车运行状况确定汽油的最佳喷射量。

控制系统主要由各种传感器、电子控制器（计算机控制装置）和执行器组成。

电子控制器根据接收到的各种传感器采集的反映发动机实时工况的信号，经过计算机计算出喷油器针阀的开启时间和持续时间，井指令喷油器工作，以确保供给发动机最佳可燃混合气。

电子控制系统：

传感器[3]

传感器用来监测发动机的实际工况，感知各种物理信号并将其转换为电信号传递给ECU。

主要采用的传感器的种类及功能见表1。

表2.1传感器的种类及功能

传感器

安装位置

功能

结构形式

温度传感器

冷却水温度

发动机出水口附近

感知发动机冷水的温度，并将其转换成电信号输入ECU

绕线电阻式；热敏电阻式热电偶式

进气温度

空气流量计

感知进气温度的变化，并将其转换成电信号输入ECU

叶片式；电热丝式；卡门旋涡式

流量传感器

空气流量

空气流量计的主空气通道中

感知进入气缸内空气的多少，并将进入节气门的进气量变成电信号输入ECU（用于L型）

水门式；循环球

燃油流量

主油道中

用于计算油耗

水门式；循环球式

进气压力传感器

通过软管与进气歧管相通

测量进气真空度（用于D型

线性可调变压器；电容式；半导体压敏电阻式；表面弹性波式

节气门位置传感

节气门总体壳体内

将节气门打开的角度转换成对应的电压信号输入ECU

线性输出型；开关量输出型

曲轴位置传感器

曲轴箱内左侧

检测一缸上止点位置信号脉冲并输入ECU

磁感应式；霍尔效应式；光电式

发动机转速传感器

发动机起动飞轮齿环上

测量发动机转速并将其脉冲信号输入ECU

磁感应式；霍尔效应式；光电式

传感器（λ传感器）

排气管上

控制空燃比

氧化皓氧化传感器

爆震传感器

缸体的的进气管下部

检测缸体的震动，判断爆燃的发生，输入爆燃脉冲信号给ECU，用以推迟点火时刻

热敏伸缩式；压电式

电子控制系统：

电子控制装置

它是燃油喷射系统的控制核心．实际上是一个微型计算机。

为了提高其稳定性和降低成本．内部采用集成电路。

为了生产和检修方便对外采用多脚的插头插座式结构。

ECU的存储器中存放了发动机各种工况的最佳喷油持续时间，在接收了各种传感器传来的信号后，确定满足发动机运转状态的燃油喷射量．并根据计算结果控制喷油器的喷射时间。

ECU还可以对多种信号进行处理，实现EFI以外其它诸多方面的控制。

例如，点火控制、患速控制、排气再循环控制、防抱死控制等。

ECU的主要控制功能有：

燃油喷射控制、空燃比控制、垒电子点火提前角控制、怠速稳定控制和自诊断安全功能等。

ECU的发展总趋势是从单系统单机控制向多系统集中控制过渡。

今后汽车电控系统将采用计算机网络技术，把发动机电控系统、车身电控系统、底盘电控系统及信息与通信系统等各系统的ECU相连接．形成机内分布式机算机网络，实现汽车电子综合控制。

电子控制系统：

执行器

执行器是受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。

执行器一般多是电磁阀类，它由ECU控制其电磁线圈搭铁回路的通断。

在发动机控制系统中．执行器主要有下列各种形式：

电磁式喷油器；怠速控制阀、怠速电动机；EGR阀（排气再循环阀）；进气控制阀；二次空气喷射阀；活性炭罐排泄电磁阀；车速控制电磁阀；自动变速器档位电磁阀；增压器释压电磁阀。

随着控制功能的增加。

执行器也将相应增加。

2.3结合发动机试验对电控汽油喷射系统的一些研究

——缸内低压直喷汽油机喷油器设计研究

缸内直喷汽油机可有效提高发动机的经济性和降低有害气体排放,但其对喷油器要求极高,要求喷油系统能提供索特平均直径（SMD）小于25m的高度雾化燃油。

为达到这个指标,燃油系统的工作压力至少应为4MPa,对迟喷和混合气分层模式来说,压力还要高至5-13MPa。

这种喷油器喷射压力高、噪声大、润滑困难,这是实现缸内直喷技术的难点之一。

基于此,该实验对应用于低压喷射条件的喷油器参数进行设计分析。

1.实验样机主要参数

该试验的喷油器主要应用于某162FM摩托车发动机上。

该发动机的主要参数见表2.2

表2.2162FM发动机的主要参数

项目

参数

项目

参数

型式

单缸,风冷,四冲程

最低燃油消耗/[g·kWh）-1]

≤35.4

缸径·行程/mm

62*49.5

排气污染物CO/%

≤4.5

总排量/mL

149.4

极限值（怠速法）HC/ppm

≤1200.0

压缩比

9.0:

1.0

点火方式

电容器和可控硅二极管电路

标定功率[（9000+450/min]/kW

8.5

火花塞型号

D7/D8TC

最低空载稳定转速（怠速）/（r·min-1）

1420

点火提前角（1500r/min）/（o）

15

2.喷油器参数设计[4]

目前,缸内直喷汽油机主要采用内开式旋流喷油器和多孔喷油器。

据研究,这两种喷油器喷出的燃油在喷油后3ms内均能完全汽化,在10MPa燃油压力下两者的油滴直径大致相同,都能满足缸内直喷发动机的要求。

由于多孔喷油器结构更简单,而且喷油过程中有较强的气流卷入,能在各种燃油压力下使发动机的平均有效压力波动较小和碳烟排放较低,因此,选用多孔喷油器。

喷油器参数设计:

喷油器循环喷油量计算发动机每循环喷油量可按下式计算:

mm3/循环（式2.1）（2.1）式中:

ge为比油耗[g/（kWh）];Pe为发动机输出功率（kW）;n为发动机转速（r/min）;为燃油密度（g/cm3）;Z为冲程系数,四冲程Z=0.5;i为缸数。

将表2.2中参数值代入式

（1）,计算出该发动机额定工况下的循环喷油量Q=15.74mm3/循环。

喷油参数设计:

喷孔总面积计算

喷油器喷孔总面积fe主要由每循环喷油量、喷油持续时间及喷油压力与缸内背压的压力差决定,可按下式计算：

（式2.2）

（2.2式）中:

Q为最大循环喷油量（mm3/循环）;为喷孔的流量系数;Pi为平均喷油压力（MPa）