汽油喷射系统概述

汽油喷射系统概述

    目前，在许多汽车发动机上都装用了电子控制汽油喷射系统。它以一个电子控制装置（又称电脑或ECU）为控制中心，利用安装在发动机不同部位的传感器，测得发动机的各种参数，按照预先设置的程序，精确地计量进入气缸的空气量，通过控制喷油器精确地控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，以求得最佳的动力性、经济性及排放性，提高汽车的使用性能。

第一节 汽油喷射概论

    随着电子装置在汽车上应用越来越广泛，电子控制汽油喷射系统的优点已日渐明显，并且随着时间的推移，采用电子控制汽油喷射系统的汽车将取代化油器式汽车。

                      一、化油器供油系统和汽油喷射

   （－）影响汽油机性能的主要因素

    1．压缩比对发动机性能的影响

    汽油机是按奥托循环即等容循环工作的，等容理论循环的热效率公式为：

                                                  (1-1)

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式中：ε——压缩比；

       k——气体的比热。

    随着压缩比的提高，循环热效率增大。一般压缩比在10以下时，增大一个压缩比单位，热效率大致可提高2％。

    发动机压缩比提高的同时．还可使功率略有增加，并使混合气成分的可用范围加宽。其缺点是发动机要求使用辛烷值高的汽油，否则易产生爆震。因而发动机的压缩比不能无限提高。

    2．空燃比对发动机性能的影响

    1kg汽油完全燃烧所需要的空气量约为 14.7 kg，此为理论空气量。在汽车的实际运行中，发动机要在各种工况下燃烧，实际燃烧的空气量不一定是理论空气量，它与发动机的结构和使用工况密切相关。实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数λ。

    λ＞1的混合气称为稀混合气，λ＜1的混合气称为浓混合气。

混合气成分对燃烧过程和发动机的性能都有重大影响。图1-1为火焰温度T_f、输出功率N_e与燃油消耗率g_e随空燃比的变化曲线。

在实际空气量为 12.5 kg～13.0kg时，火焰传播速度最高，此时的混合气称为功率混合气，所发出的功率较大，主要满足动力要求。在实际空气量为16.0 kg时，火焰传播速度稍低，但此时油耗较低，称为经济空燃比，主要满足经济性的要求。

由于混合气成分不同，燃烧速度产生明显差异，结果排气成分的含量就不同。如图1-2所示，当供给浓混合气时，空气不足，燃烧不充分， NO_x排放少，CO、HC排放增多。供给稍稀的混合气时，燃烧较好，CO、HC排放减少，但高温时NO_x增大很多。若混合气特别稀时，HC反而增多。

3．点火正时对发动机性能的影响

发动机燃烧时，燃烧最高压力点出现在上止点后10°～14°曲轴转角时，则发动机的平均有效压力和热效率都得到增高，而点火时间影响着燃烧最高压力点，因此点火正时对发动机的性能有很大影响。

发动机正常燃烧时都需要有点火提前角。发动机工况不同，点火提前角就不同。每一种工况都有一个最佳点火提前角。最佳点火提前角与发动机很多因素有关，其中最主要的是转速和进气管压力。如果点火过迟，大部分混合气的燃烧延迟至膨胀过程进行，燃烧最高压力与温度都降低，对发动机作功与效率都不利。如果点火过早，就会有相当部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞所消耗的压缩功增大，对发动机作功不利，而且此时爆震倾向增大。

最佳点火提前角是变化的。发动机转速增加，诱导期所占曲轴转角增大，为保持最大功率，应加大提前角。发动机负荷降低，节气门开度减小，进气管内压力下降，充气量减小，残余废气对新鲜气体稀释加大，混合气燃烧慢，也需加大提前角。实际发动机都安装有随转速或负荷改变来调节点火提前角的调节装置。

(二) 汽油机混合气形成

高速汽油机的混合气形成只允许在极短的时间（约0.01s～0.015s）内完成。混合气形成方式有两种，化油器式和汽油喷射式。

混合气形成装置必须满足以下要求；

1）供人气缸内的燃油与空气的混合气的量与质能够定性和定量调节，以实现发动机的工况匹配，获得发动机的最佳运行工况。

2）在所有使用条件下，保证燃油在空气流中分布均匀，从而有可能实现供人各缸的混合气成分一致，实现各缸的混合气数量分配均匀。

3）在寒冷气候、低温条件下能可靠地起动，在低怠速下运行稳定。

4）能够根据发动机技术状况与使用条件来改变调节。

5）在发动机长期使用过程中，供给系统的既定调节应保持不变。

对汽车发动机混合气要求；

燃油供给装置向进气管提供一定比例的燃油与空气混合气，且混合气的量与质都必须适应汽车发动机各种不同运行工况的要求。混合气配剂的微小误差，就可以引起发动机动力性及经济性不良，排放增加。

1）稳定工况要求的混合气。怠速工况要求极浓的混合气，小负荷要求稍浓的混合气，中负荷要求稀的混合气，大负荷要求稍浓的混合气，全负荷工况要求极浓的混合气。

2）过渡工况要求的混合气。过渡工况的负荷和转速随时间在不断变化。例如，冷起动要求很浓的混合气，暖车时要求加浓逐渐减少的混合气，加速时要求加浓的混合气。

(三) 化油器供油系统和汽油喷射系统

汽油机燃料供给系统的任务是根据发动机各种工况的要求，将所需空燃比混合气供给气缸。通常采用两种燃油供给系统；一为化油器系统，另一为电子燃油喷射系统。这两种装置均依据节气门开启的角度及发动机转速计量进气量，然后根据进气量供给适当空燃比的混合气进入气缸。化油器的结构比较简单，如图1-3所示。化油器供油是利用空气流动时在喉管处产生负压，把汽油吸到喉管中，再随气流流向各缸进气歧管的。

  汽油喷射发动机装有电子控制装置，它根据所检测到的空气流量计算出基本喷油量，然后依据各类信息传感器的信号对基本喷油量进行修正，计算出最佳喷油时间，最后由电脑向喷油器发出喷油信号，喷油器向进气歧管中喷入雾状汽油。如果空气流量大，喷油器喷油时间就长；反之，喷油器的喷油时间则短。这样一来，经过电脑的判断、计算，使发动机在不同工况下均能获得合适的空燃比。

二、为什么要采用电子控制汽油喷射发动机

1）采用电子控制汽油喷射发动机，可以提高发动机的充气效率，使各气缸混合气分配比较均匀，精确控制各个气缸混合气与工况的匹配。可以按气缸内的不同位置实现燃料的分层燃烧。例如在火花塞附近用浓混合气以保证点火，末端混合气处用稀混合气可防止爆震，从而使发动机功率提高，油耗降低。

2）排气污染降低，而且电喷发动机的成本比要达到同样排污标准的化油器式发动机低得多。

3）适合全车电子控制化的要求。例如采用电子控制点火、电子控制变速器、电子控制制动防抱死系统（ABS）等。

4）发动机故障率，尤其是供油系和点火系的故障率大大降低。因为其中最关键的部件——电子控制系统（ECU）10万 km行驶里程的故障率仅为1‰。

三、电子控制汽油喷射发动机的优点、现状与发展

1．电子控制汽油喷射发动机的优点

1）电喷发动机比化油器式发动机节油8％～10％。

2）电喷发动机比化油器式发动机有效功率提高10％～15％。

3）汽车加速性能好。

4）汽车起动性能好。

5）怠速转动平稳。

6）电喷发动机比化油器式发动机排放低得多。CO含量化油器式一般为

3％，汽油喷射式可达0.5%。

2. 电子控制汽油喷射发动机的现状与发展

电子控制汽油喷射发动机自1912年开始研究，于1937年装在飞机上，1952年开始德国BENZ公司应用与汽车上,此后逐渐开始在汽车上应用。电子控制汽油喷射发动机再发达国家的装车率见表1-1。          表1-1