任务一 燃油喷射系统的发展与应用

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一、化油器存在的问题

空燃比控制精度较低,各缸混合气浓度不均匀,影响了发动机的动力性能、经济性能和排放性能。

二、电控汽油喷射系统的产生

电子燃油喷射(Electronic Fuel Injection)简称EFI,主要应用在汽油发动机上,通常称为电控汽油喷射系统。汽车的发明给人类带来极大的利益,汽车工业逐渐成为工业发展的重要标志。但是,汽车也带来一系列的问题,主要表现在环境污染和能源消耗两方面。在一些发达的国家,随着汽车数量的增多,大气污染日益严重。

1943年,美国加利福尼亚州的洛杉矶发生的“光化学烟雾”事件,被认为是汽车废气排放污染问题的首次出现。

1960年,美国加州颁布了第一个汽车废气排放法规。随后,美国联邦政府和其他主要的工业国家也制定了严格的排放法规以限制汽车排气中CO、HC和NOx等有害物质的排放量,并且排放标准日趋严格。

1973年,由于战争等原因,中东地区的石油危机造成世界范围内的石油短缺,石油价格上涨几倍。因石油危机造成的能源危机,世界各国不得不制定燃油经济法规,对汽车的燃油经济性提出严格的要求。为了同时解决汽车发动机的排气净化和经济性两大难题,满足趋于苛刻的法规,传统的机械式化油器和点火方式已经难以胜任。随着电子技术的发展,汽车发动机的控制系统也采用了电子计算机技术,先进的电子技术配合汽车工程师已研究多年的燃油喷射技术,汽车发动机的电控汽油喷射系统得到飞速的发展,加装电控汽油喷射系统的车辆越来越多,并且正在逐渐取代传统的化油器和传统的点火系统。

三、燃油喷射系统的发展

发动机燃油喷射系统经历了机械控制式、机电结合式和电子控制式燃油喷射系统这三个阶段。

1.机械控制式燃油喷射系统

机械控制式燃油喷射系统是指利用机械机构实现燃油连续喷射的系统,如图1-1所示。早期奔驰(Benz)、奥迪(Audi)轿车采用的K-Jetronic系统即为机械控制式燃油喷射系统,K-Jetronic系统是德国博世(Bosch)公司1967年研制成功的燃油喷射系统。

图1-1 机械连续式喷射系统

2.机电结合式燃油喷射系统

机电结合式燃油喷射系统是指由机械机构与电子控制系统结合实现的燃油喷射系统,如图1-2所示。主要是指1993年以前奥迪和奔驰轿车装备的在K-Jetronic机械控制系统基础上改进而成的KE-Jetronic系统。

KE-Jetronic系统仍为连续喷射系统,与K-Jetronic系统的主要区别在于增加了压差调节器、油压调节器、电子控制器、冷却液温度(水温)传感器等。

3.电子控制式燃油喷射系统

电子控制式燃油喷射系统EFI(Eletronic Control Fuel Injection System)是指由电控单元ECU直接控制燃油喷射的系统,如图1-3所示。桑塔纳2000GLi、2000GSi、捷达AT、GTX型轿车、切诺基吉普车燃油喷射系统均为电子控制燃油喷射系统。

图1-2 KE-Jetronic型机电式燃油喷射

图1-3 电子控制式燃油喷射系统

供油系统供给一定压力的燃油(电控EFI一般高于进气歧管压力300kPa左右)。燃油由喷油器喷出,持续时间一般为2~10ms。喷油持续时间越长,喷油量就越大。燃油喷入节气门附近的进气歧管内或直接喷入发动机汽缸内与空气混合,喷油器受电控单元(ECU)控制,ECU通过控制每次喷油持续时间的长短来控制喷油量。

空气流量计检测进气量并转变为电信号输入电控单元ECU;曲轴转角传感器检测曲轴转角并转变为电信号输入电控单元用以计算发动机转速。电控单元根据进气量信号和转速信号计算出基本喷油量,再根据冷却液温度传感器和其他传感器检测的信号对基本喷油量进行修正,并确定实际喷油量。除此之外,电控单元还要根据节气门位置传感器(节气门开关)输入的节气门位置信号,在发动机不同工况下按不同的模式来控制喷油量。在节气门关闭、发动机处于怠速工况时,电控单元将增加喷油持续时间,提供较浓的混合气,保证发动机怠速稳定;在节气门中小开度、发动机处于部分负荷工况时,电控单元将控制提供较稀的经济混合气,以便节约燃油;在节气门接近全开或全闭、发动机处于大负荷或满负荷工况时,电控单元将控制提供较浓的功率空燃比混合气,保证发动机发出最大功率。

电子控制系统采用的控制方式有开环控制、闭环控制、自适应控制、学习控制和模糊控制等。