本科論文-發(fā)動機電控燃油噴射技術

1、獨創(chuàng)聲明 本人聲明所成交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作和取得的成果，除了文中特別加以標注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表過或擬寫過的研究成果，也不包含為獲得長春汽車工業(yè)高等?？茖W?；蚱渌逃龣C構的學位或證書材料使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確說明并表示了謝意。論文作者簽名： 導師簽名：簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本論文作者完全了解長春汽車工業(yè)高等?？茖W校有關保留、使用論文的規(guī)定。特授權長春汽車工業(yè)高等?？茖W?？梢詫⒄撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存

2、、匯編以供查閱和借閱。 （保密的論文在解密后適用本授權說明）論文作者簽名： 導師簽名：簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日26摘 要 發(fā)動機電控燃油噴射技術是汽車技術中的基礎技術之一。本文研究它的意義在于其一它是汽車技術中基本的、貼切實際的研究；其二伴隨著排放法規(guī)的完善，這種物美價廉的系統(tǒng)也很大程度上有著環(huán)保的重要意義。本文從發(fā)動機從發(fā)動機基礎知識入手，以我們常見的、應用較廣泛的電控燃油噴射系統(tǒng)為例，較系統(tǒng)地介紹了電控燃油噴射技術的發(fā)展歷程、噴射系統(tǒng)的類型、結構組成、工作原理，方便人們了解汽車發(fā)動機燃油噴射技術的基礎知識。 另外，本文還以現(xiàn)行的發(fā)動機燃油噴射技術為基礎，結合著現(xiàn)代環(huán)保

3、理念 和排放法規(guī)的要求，對未來幾年發(fā)動機電控燃油噴射技術發(fā)展趨勢進行了一定的展望。關鍵詞：電控燃油噴射技術，類型，結構，工作原理，發(fā)展趨勢 Abstract The engine electric-fuel injection technology is one basic technology of automobile technologies .One of significances of the studying is that the basic and realistic study of automobile technology .The other is that alon

4、g with laws of exhausting compelet,thereis the significance of enviroment protecting at the high quality and inexpensive system. The paper is at beginning of the basic kownladge ,it takes the common, broad-applying electric-fuel injection for instance.Systematically introduces the developement,types

5、,struc-ture,and work principles of electric-fuel injection.It is convenient for people to understandthe basic knowladge of system. What's more,the paper takes the contemporary engine fule injecction technology for the basement ,connecting with the modern environment protecting idea and exhaustin

6、g laws ,has studied the the developement trend of engine fuel injection technology next year in future.Keywords: electric fuel injection system,types,structure,working principles,developement trend. 目錄目 錄 第1章 引言.6 1.1 選題的背景與意義.6 1.2 本文研究內(nèi)容.6第2章 發(fā)動機電控汽油噴射系統(tǒng)介紹與技術淺談.7 2.1電控汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)展概況.7 2.2 電控汽油噴射系統(tǒng)基本介

7、紹.82.2.1 電控汽油噴射系統(tǒng)工作原理.82.2.2 電控汽油噴射系統(tǒng)的基本組成及分類.8 2.3 結合發(fā)動機試驗對電控汽油噴射系統(tǒng)的一些研究.14第3章 電控柴油噴射系統(tǒng)介紹與技術淺談.19 3.1 電控柴油電控系統(tǒng)基本介紹.193.1.1 柴油機電控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀淺談.193.1.2 電控和柴油機的結構（共軌式）.193.1.3 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)原理.20第4章 未來幾年發(fā)動機電控燃油噴射技術發(fā)展趨勢.21 4.1 電控汽油噴射技術發(fā)展趨勢.21 4.2 電控柴油噴射技術發(fā)展趨勢.22第5章 結論.23參考文獻.24致 謝.25 第一章 引言第一章 引言1.1 選題的背景與意義 目前

8、能源危機和生態(tài)環(huán)境污染問題是全世界人們關注的焦點。隨著汽車的保有量迅速增加，汽車排放的有害氣體和微粒已超過工業(yè)污染物的排放量，人們對這兩個問題越來越重視，各國都相繼制定了越來越嚴格的汽車排放規(guī)定。1973年的石油危機，使人們更深刻認識到了自然資源的有限性和合理利用的必要性。同時，隨著社會的發(fā)展，人們對汽車的經(jīng)濟性和舒適性要求也越來越高。迫于各方面的壓力人們開始尋找新的途徑來解決排放和油耗問題。其中排氣凈化和節(jié)能是決定汽車能否繼續(xù)生存發(fā)展的兩大課題。這樣內(nèi)燃機的電子控制噴油技術就蓬勃發(fā)展起來。 車用汽油機的電控技術始于年代中期，由于采用這項新技術能有效改善發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性及排放指標，是迄今

9、為止實現(xiàn)高效率、低污染燃燒的最有效、最簡捷的途徑，因而在排放法規(guī)較為嚴格的工業(yè)發(fā)達國家迅速得到普及和發(fā)展。近年來國內(nèi)汽車的保有量有了大幅度增長。電子控制燃油噴射系統(tǒng)（EFI）簡稱汽油噴射。它是汽車汽油發(fā)動機取消化油器而采用的一種先進的噴油裝置。使用EFI，汽車發(fā)動機燃燒將更充分，從而提高功率，降低油耗，實現(xiàn)低公害排放的目的。 如今柴油機發(fā)展越來越完善,以它的高效、功率范圍寬廣,已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、軍用和民用等領域。在今后相當長的時間內(nèi),柴油機還將占有極重要的地位。隨著柴油機數(shù)量的不斷增多,也引起了人們對柴油機燃油經(jīng)濟性和排放性能的關注，特別是當今排放性能已經(jīng)被提到首要位。 柴油機電控技術

10、還面臨著許多課題需要解決，特別是當采用高壓電控噴油時，柴油機電控系統(tǒng)的成本幾乎占發(fā)動機成本的一半。1.2 本文研究的內(nèi)容本文分為汽油機電控噴油技術和柴油機電控噴油技術，主要講述了汽油機部分。汽油機電控噴油技術部分主要講述了其發(fā)展概況，組成及工作原理，結合發(fā)動機試驗對電控汽油噴射系統(tǒng)的一些研究。本章著重講述了結合發(fā)動機試驗對電控汽油噴射系統(tǒng)一些研究。同時，本文還講述了柴油機組成工作原理。最后，本文還展望了未來幾年發(fā)動機電控燃油噴射技術發(fā)展趨勢。第二章發(fā)動機點控汽油噴射系統(tǒng)介紹與技術淺談 第二章 發(fā)動機電控汽油噴射系統(tǒng)介紹與技術淺談 2.1電控汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)展概況11934年德國研制成功第一架裝

11、用汽油噴射發(fā)動機的軍用戰(zhàn)斗機。第二世界大戰(zhàn)后期，美國開始采用機械式噴射泵向氣缸內(nèi)直接噴射汽油的供油方式。1952年，曾用于二戰(zhàn)德軍飛機的機械式汽油噴射技術被應用于轎車，德國戴姆樂-奔馳(Daimler-Benz)300L型賽車裝用了德國博世(Bosch)公司生產(chǎn)的第一臺機械式汽油噴射裝置。它采用氣動式混合氣調(diào)節(jié)器控制空燃比，向氣缸直接噴射。1957年，美國本迪克斯(Bendix)公司的電子控制汽油噴射系統(tǒng)問世，并首次裝于克萊斯勒(Chrysler)豪華型轎車和賽車上。由于汽油噴射系統(tǒng)比起化油器來，計量更精確、霧化燃油更精細、控制發(fā)動機工作更為靈敏，因此，在經(jīng)濟性、排放性、動力性上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)

12、勢。人們的注意力越來越集中在汽油噴射系統(tǒng)上。1967年，德國博世公司研制成功K-Jetronic機械式汽油噴射系統(tǒng)，并進而成功開發(fā)增加了電子控制系統(tǒng)的KE-Jetronic機電結合式汽油噴射系統(tǒng)，使該技術得到了進一步的發(fā)展。1967年，德國博世公司率先開發(fā)出一套D-Jetronic全電子汽油噴射系統(tǒng)并應用于汽車上，于20世紀70年代首次批量生產(chǎn)，在當時率先達到了美國加利福尼亞州廢氣排放法規(guī)的要求，開創(chuàng)了汽油噴射系統(tǒng)的電子控制的新時代。D型噴射系統(tǒng)在汽車發(fā)動機工況發(fā)生急劇變化時，控制效果并不理想。1973年，在D型汽油噴射系統(tǒng)的基礎上，博世公司開發(fā)了質量流量控制的L-Jetronic型電控汽油噴

13、射系統(tǒng)。之后，L型電控汽油噴射系統(tǒng)又進一步發(fā)展成為LH-Jetronic系統(tǒng)，后者既可精確測量進氣質量，補償大氣壓力，又可降低溫度變化的影響，而且進氣阻力進一步減小，使響應速度更快，性能更加卓越。1979年，德國博世公司開始生產(chǎn)集電子點火和電控汽油噴射于一體的Motronic數(shù)字式發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)，它能對空燃比、點火時刻、怠速轉速和廢氣再循環(huán)等方面進行綜合控制。 為了降低汽油噴射系統(tǒng)的價格，從而進一步推廣電控汽油噴射系統(tǒng)，1980年 ，美國通用(GM)公司首先研制成功一種結構簡單價格低廉的節(jié)流閥體噴射(TBI)系統(tǒng)，它開創(chuàng)了數(shù)字式計算機發(fā)動機控制的新時代。TBI系統(tǒng)是一種低壓燃油噴射系統(tǒng)，它

14、控制精確，結構簡單，是一種成本效益較好的供油裝置。隨著排放法規(guī)的不斷完善，使這種物美價廉的系統(tǒng)大有完全取代傳統(tǒng)式化油器的趨勢。1983年，德國博世公司也推出了自己的單點汽油噴射系統(tǒng),即Mono-Jetronic系統(tǒng)。 2.2 電控汽油噴射系統(tǒng)基本介紹 2.2.1 電控汽油噴射系統(tǒng)工作原理2 壓力調(diào)節(jié)器 汽油箱 發(fā)動機 傳感器 電子控制器 噴油器電控燃油噴射系統(tǒng)采用各種傳感器。它們將發(fā)動機的負荷、轉速、加速、減速、吸人空氣流量和溫度、冷卻水的溫度等變化情況轉換成電信號然后把這些電信號輸入到計算機控制系統(tǒng)(電子控制器)里電子控制器(ECU)根據(jù)這些信號與儲存的信號進行精確計算后，輸出一個控制信號去

15、控制噴油器閑的開啟時間和持續(xù)時間，從而供給發(fā)動機氣缸最佳油量。見圖2.1 汽油泵 圖2.1 電控汽油噴射系統(tǒng)的原理框圖 2.2.2 電控汽油噴射系統(tǒng)的基本組成及分類電控燃油噴射系統(tǒng)EFI主要由燃油供給系統(tǒng)（氣路）、空氣供給系統(tǒng)(氣路)、電子控制系統(tǒng)（電路）三大部分組成。各部分的組成及功能簡介如下 電控燃油噴射系統(tǒng)主要由燃油供給系統(tǒng)(油路)、空氣供給系統(tǒng)(氣路)和控制系統(tǒng)(電路，包括各種傳感器、電子控制器和執(zhí)行器)三大部分組成。各部分的組成及功能簡介如下：燃油供給系統(tǒng)(油路)燃油供給系統(tǒng)的作用是：向氣缸內(nèi)供給燃燒所需要的汽油。燃油供給系統(tǒng)包括燃油箱、燃油泵、燃油緩沖器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、燃油濾清器

16、、噴油器、節(jié)溫定時開關和冷起動閥(冷起動噴油器)等部件。 油箱(汽油箱)汽油箱用以貯存汽油。普通汽車只有一個汽油箱，越野車則常有兩個油箱，以適應特殊要求。一般汽車油箱的續(xù)航里程為200-600km。汽油箱常用薄鋼板或工程塑料制成，為防止油液面由于行車振蕩而外溢，在油箱內(nèi)部裝有隔板。油箱上表面裝有液面?zhèn)鞲衅?，有輔助油箱，內(nèi)有粗濾器。為了便于排除箱內(nèi)的雜質，在底部裝有放油螺塞。油箱加油口用帶閥門的油箱蓋封閉。油箱蓋用以防止汽油的濺出及減少汽油揮發(fā)，它由空氣閥和蒸汽閥組成?？諝忾y用較弱的空氣閥彈簧壓住，當油箱內(nèi)油面下降，壓力低于某一數(shù)值時，空氣閥打開，使空氣進入汽油箱，確保汽油箱內(nèi)不致產(chǎn)生真空，避免

17、受到內(nèi)外空氣壓力差的作用而損壞。蒸汽閥用較硬的彈簧壓住，僅在汽油箱內(nèi)因溫度過高、壓力超過規(guī)定值時才開啟，因而有利于減少油箱內(nèi)汽油蒸汽揮發(fā)。 電控燃油供給系統(tǒng)：燃油泵 其作用是將燃油從燃油箱中泵人燃油管路，并使燃油保持一定的壓力(一般為0.2MPa03MPa)，經(jīng)過燃油濾清器輸送到噴油器和冷起動閥。燃油泵按其安裝位置分為外裝泵和內(nèi)裝泵2種。外裝泵即將泵裝在油箱之外的輸油管路中，內(nèi)裝泵則是將泵安裝在燃油箱內(nèi)。與外裝泵比較，內(nèi)裝泵不易產(chǎn)生氣阻和燃油泄漏，且噪聲小，外裝泵已逐步被前者取代 。目前大多數(shù)EFI采用內(nèi)裝泵。電動燃油泵主要由油泵體、 永磁電動機和外殼等部分組成。根據(jù)泵體結構不同可以分為滾柱泵

18、、齒輪泵 和渦輪泵等。 電控燃油供給系統(tǒng)：燃油脈動阻尼器作用是使燃油泵泵出的油壓變得平穩(wěn)減少油壓波動，降低噪聲。它主要由膜片、彈簧和殼體等組成 電控燃油供給系統(tǒng)：燃油壓力調(diào)節(jié)器 油路中安裝有燃油壓力調(diào)節(jié)器，它使燃油壓力相對于大氣壓力或進氣管負壓保持一定，即保持噴油壓力與噴油環(huán)境壓力的差值一定。此壓力差一般維持在250kPa，當供油壓力超過規(guī)定值時，燃油壓力調(diào)節(jié)器內(nèi)的減壓閥打開，汽油便經(jīng)回油管流回油箱，使輸油管油壓保持恒定。 電控燃油供給系統(tǒng)：燃油濾清器 裝于燃油緩沖器與噴油器之間的油路中其作用是濾除燃油中的水份和雜質 等污物，以防堵塞噴油器針閥。 電控燃油供給系統(tǒng)：噴油器噴油器安裝在節(jié)氣門體空

19、氣人口處(SPI系統(tǒng))或進氣歧管靠近各缸進氣附近(MPI系統(tǒng))，受電子控制器噴油信號的控制。噴油器的噴油原理是：由電子控制器送來噴油電流信號，電流流經(jīng)電磁線圈產(chǎn)生電磁吸力，該吸閥打開燃油由噴油器噴出。影響噴油量的因素主要有噴油孔尺寸、噴油壓力、噴油持續(xù)時間和噴油器動態(tài)響應特性等。對于一定形式的噴油器，其噴油孔尺寸和噴油器動態(tài)響應特性是確定的，噴油壓力由燃油壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)為恒定值。因此，噴油量取決于噴油持續(xù)時間。噴油器分類方法很多，按噴油器結構形式可分為軸針式、球閥式和片閥式三種。 電控燃油供給系統(tǒng)：節(jié)溫定時開關和冷啟動閥節(jié)溫定時開關的作用是監(jiān)測冷卻水的溫度，當發(fā)動機起動冷卻水溫度低于4時，開關

20、的觸點閉臺，使冷起動閥噴油。冷起動閥的作用是在冷起動發(fā)動機時向進氣歧管噴射額外的燃油，以改善低溫起動性能。有不少汽車已經(jīng)取消了節(jié)溫定時開關。冷起動噴油器的工作完全由ECU控制，控制精度更高。 空氣供給系統(tǒng)空氣供給系統(tǒng)的作用是：測量和控制汽油燃燒時所需要的空氣量。空氣供給系統(tǒng)包括：空氣濾清器、空氣流量計、節(jié)氣門室、進氣歧管、空氣量調(diào)整器等?？諝庥煽諝鉃V清器吸人，經(jīng)空氣流量計(其作用是測量進人空氣量的多少)、節(jié)氣門室、進氣歧管而后進人各氣缸。 空氣供給系統(tǒng)：空氣流量計 用于L型EFI系統(tǒng)。安裝在空氣濾清器和節(jié)氣門之間，用來測量進人氣缸內(nèi)空氣量的多少，然后將進氣量信號送人電子控制器ECU，從而由EC

21、U計算出噴油量，控制噴油器向節(jié)氣門宣噴人與進氣量成最佳空燃比的汽油。 空氣供給系統(tǒng)：節(jié)氣門室氣門室的作用是控制進人氣缸的空氣量，從而控制發(fā)動機的轉速。它主要由節(jié)氣門、怠速調(diào)整螺釘、怠速空氣孔道和節(jié)氣門開關等組成。當發(fā)動機在怠速時(節(jié)氣門全關)，空氣流經(jīng)旁通孔道(怠速空氣孔道)，此時只要調(diào)整怠速調(diào)整螺釘就可以調(diào)整發(fā)動機在怠速時的轉速。 空氣供給系統(tǒng)：空氣量調(diào)整器它安裝在節(jié)氣門上方。其作用是在低溫下起動發(fā)動機時，它通過另一通道使進人氣缸的空氣增多，從而使噴油量也增加。便在低溫下順利起動發(fā)動機。當發(fā)動機溫度升高達6070qc時，它將自動關閉。 電子控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的作用是：根據(jù)發(fā)動機運轉狀況和汽車

22、運行狀況確定汽油的最佳噴射量?？刂葡到y(tǒng)主要由各種傳感器、電子控制器(計算機控制裝置)和執(zhí)行器組成。電子控制器根據(jù)接收到的各種傳感器采集的反映發(fā)動機實時工況的信號，經(jīng)過計算機計算出噴油器針閥的開啟時間和持續(xù)時間，井指令噴油器工作，以確保供給發(fā)動機最佳可燃混合氣。 電子控制系統(tǒng)：傳感器3傳感器用來監(jiān)測發(fā)動機的實際工況，感知各種物理信號并將其轉換為電信號傳遞給ECU。主要采用的傳感器的種類及功能見表1。 表2.1 傳感器的種類及功能 傳感器 安裝位置 功能 結構形式溫度傳感器冷卻水溫度發(fā)動機出水口附近感知發(fā)動機冷水的溫度，并將其轉換成電信號輸入ECU繞線電阻式；熱敏電阻式熱電偶式進氣溫度空氣流量計感

23、知進氣溫度的變化，并將其轉換成電信號輸入ECU葉片式；電熱絲式；卡門旋渦式流量傳感器空氣流量空氣流量計的主空氣通道中感知進入氣缸內(nèi)空氣的多少，并將進入節(jié)氣門的進氣量變成電信號輸入ECU（用于L型）水門式；循環(huán)球燃油流量主油道中用于計算油耗水門式；循環(huán)球式進氣壓力傳感器通過軟管與進氣歧管相通測量進氣真空度（用于D型線性可調(diào)變壓器；電容式；半導體壓敏電阻式；表面彈性波式節(jié)氣門位置傳感節(jié)氣門總體殼體內(nèi)將節(jié)氣門打開的角度轉換成對應的電壓信號輸入ECU線性輸出型；開關量輸出型曲軸位置傳感器曲軸箱內(nèi)左側檢測一缸上止點位置信號脈沖并輸入ECU磁感應式；霍爾效應式；光電式發(fā)動機轉速傳感器發(fā)動機起動飛輪齒環(huán)上測

24、量發(fā)動機轉速并將其脈沖信號輸入ECU磁感應式；霍爾效應式；光電式傳感器（傳感器）排氣管上控制空燃比氧化皓氧化傳感器爆震傳感器缸體的的進氣管下部檢測缸體的震動，判斷爆燃的發(fā)生，輸入爆燃脈沖信號給ECU，用以推遲點火時刻熱敏伸縮式；壓電式 電子控制系統(tǒng)：電子控制裝置它是燃油噴射系統(tǒng)的控制核心實際上是一個微型計算機。為了提高其穩(wěn)定性和降低成本內(nèi)部采用集成電路。為了生產(chǎn)和檢修方便對外采用多腳的插頭插座式結構。 ECU的存儲器中存放了發(fā)動機各種工況的最佳噴油持續(xù)時間，在接收了各種傳感器傳來的信號后，確定滿足發(fā)動機運轉狀態(tài)的燃油噴射量并根據(jù)計算結果控制噴油器的噴射時間。ECU還可以對多種信號進行處理，實現(xiàn)

25、EFI以外其它諸多方面的控制。例如，點火控制、患速控制、排氣再循環(huán)控制、防抱死控制等。 ECU的主要控制功能有：燃油噴射控制、空燃比控制、壘電子點火提前角控制、怠速穩(wěn)定控制和自診斷安全功能等。 ECU的發(fā)展總趨勢是從單系統(tǒng)單機控制向多系統(tǒng)集中控制過渡。今后汽車電控系統(tǒng)將采用計算機網(wǎng)絡技術，把發(fā)動機電控系統(tǒng)、車身電控系統(tǒng)、底盤電控系統(tǒng)及信息與通信系統(tǒng)等各系統(tǒng)的ECU相連接形成機內(nèi)分布式機算機網(wǎng)絡，實現(xiàn)汽車電子綜合控制。 電子控制系統(tǒng)：執(zhí)行器執(zhí)行器是受ECU控制，具體執(zhí)行某項控制功能的裝置。執(zhí)行器一般多是電磁閥類，它由ECU控制其電磁線圈搭鐵回路的通斷。 在發(fā)動機控制系統(tǒng)中執(zhí)行器主要有下列各種形式

26、：電磁式噴油器；怠速控制閥、怠速電動機；EGR閥(排氣再循環(huán)閥)；進氣控制閥；二次空氣噴射閥；活性炭罐排泄電磁閥；車速控制電磁閥；自動變速器檔位電磁閥；增壓器釋壓電磁閥。隨著控制功能的增加。執(zhí)行器也將相應增加。 2.3 結合發(fā)動機試驗對電控汽油噴射系統(tǒng)的一些研究 缸內(nèi)低壓直噴汽油機噴油器設計研究 缸內(nèi)直噴汽油機可有效提高發(fā)動機的經(jīng)濟性和降低有害氣體排放,但其對噴油器要求極高,要求噴油系統(tǒng)能提供索特平均直徑(SMD)小于25m的高度霧化燃油。為達到這個指標,燃油系統(tǒng)的工作壓力至少應為4MPa,對遲噴和混合氣分層模式來說,壓力還要高至5-13MPa。這種噴油器噴射壓力高、噪聲大、潤滑困難,這是實現(xiàn)

27、缸內(nèi)直噴技術的難點之一?；诖?該實驗對應用于低壓噴射條件的噴油器參數(shù)進行設計分析。 1.實驗樣機主要參數(shù) 該試驗的噴油器主要應用于某162FM摩托車發(fā)動機上。 該發(fā)動機的主要參數(shù)見表2.2 表2.2 162FM發(fā)動機的主要參數(shù) 項目 參數(shù) 項目 參數(shù) 型式單缸,風冷,四沖程最低燃油消耗/g·kWh)-135.4缸徑·行程/mm 62*49.5排氣污染物CO/%4.5 總排量/mL 149.4極限值(怠速法)HC/ppm1200.0 壓縮比 9.0:1.0 點火方式電容器和可控硅二極管電路標定功率(9000+450/min/kW 8.5火花塞型號D7/D8TC最低空載穩(wěn)定轉

28、速(怠速)/(r·min-1) 1420點火提前角(1500r/min)/(o) 15 2. 噴油器參數(shù)設計 4 目前,缸內(nèi)直噴汽油機主要采用內(nèi)開式旋流噴油器和多孔噴油器。據(jù)研究,這兩種噴油器噴出的燃油在噴油后3ms內(nèi)均能完全汽化,在10MPa燃油壓力下兩者的油滴直徑大致相同,都能滿足缸內(nèi)直噴發(fā)動機的要求。由于多孔噴油器結構更簡單,而且噴油過程中有較強的氣流卷入,能在各種燃油壓力下使發(fā)動機的平均有效壓力波動較小和碳煙排放較低,因此,選用多孔噴油器。 噴油器參數(shù)設計: 噴油器循環(huán)噴油量計算 發(fā)動機每循環(huán)噴油量可按下式計算: mm3/循環(huán) （式2.1 ） (2.1)式中:ge為比油耗g/

29、(kWh);Pe為發(fā)動機輸出功率(kW);n為發(fā)動機轉 速(r/min);為燃油密度(g/cm3);Z為沖程系數(shù),四沖程Z=0.5;i為缸數(shù)。 將 表2.2中參數(shù)值代入式(1),計算出該發(fā)動機額定工況下的循環(huán)噴油量Q=15.74mm3/循環(huán)。 噴油參數(shù)設計:噴孔總面積計算 噴油器噴孔總面積fe主要由每循環(huán)噴油量、噴油持續(xù)時間及噴油壓力與缸內(nèi)背壓的壓力差決定,可按下式計算：（式2.2）（2.2式）中:Q為最大循環(huán)噴油量(mm3/循環(huán));為噴孔的流量系數(shù);Pi為平均噴油壓力(MPa);Pa為噴油時缸內(nèi)平均壓力(MPa);為燃油密度(kg/m3); i為噴油持續(xù)期間所對應的曲軸轉角()。把相應參數(shù)代

30、入式(2),求得發(fā)動機所需噴孔總面積fe=0.355mm2噴油參數(shù)設計：噴油數(shù)目 確定噴孔數(shù)目時,主要考慮缸徑、噴孔總面積、噴孔直徑、燃燒室形狀及缸內(nèi)混合氣的組織形式,以形成良好的可燃混合氣。增加噴孔數(shù),在一定條件下有利于混合氣的形成,但噴孔過多時,相鄰兩孔間夾角過小,會造成相應兩束噴注前鋒部分重疊和互相干擾,特別是在燃燒室內(nèi)存在有組織的大標度渦流時更是如此。所以,有渦流時噴孔數(shù)目要適當減少。該文所選用的發(fā)動機缸徑較小,僅為62mm, 故選用3孔的噴油器。噴油參數(shù)設計：噴孔夾角布局設計 各噴孔之間的夾角大小是根據(jù)缸徑、孔數(shù)、噴油器在氣缸蓋上的安裝角、噴嘴相對于燃燒室的幾何位置及燃燒室形狀等因素

31、確定的。夾角過大會使油噴濺至氣缸蓋底壁上,過小則不能有效利用活塞頂隙內(nèi)的空氣,噴孔夾角一般取為110155。噴孔夾角布局方式按在活塞頂投影布置油線落點的原則,現(xiàn)有設計主要有等圓弧、等角度和等面積3種。相關試驗結果表明:油線等角度布置時,發(fā)動機的高速性能好;等面積布置時,發(fā)動機的高速性能較好;等圓弧布置時,可在高低速之間取得折中的性能指標。該機受燃燒室結構的限制,噴油器中心和燃燒室中心不重合,噴油器布置在燃燒室邊緣。為了保證燃油與空氣周向混合的均勻性,噴孔夾角采用等圓弧布置方案。（如圖2.2）圖2.2噴油參數(shù)設計：噴油直徑和長度 根據(jù)噴孔總面積和噴孔數(shù)目可以計算出噴孔直徑。當選用3孔噴油嘴時,噴

32、孔直徑 由于強度要求,噴孔長度不得小于0.5mm,噴孔的長度和直徑之比一般為24。由于該機的缸徑較小,只有62mm,同時噴油壓力較低,為了防止油束的貫穿距離太大,提高噴霧質量,不宜選用較大的噴孔直徑,只要能滿足最大循環(huán)噴油量的要求就可以了。因此,選用孔徑為0.39mm、孔數(shù)為3的國產(chǎn)噴油嘴偶件進行匹配。3. 噴油器噴射霧化研究 噴油器噴射霧化研究：實驗裝置 使用奧地利AVL公司的HG-LE高速數(shù)字攝影儀對燃油噴束的發(fā)展歷程進行采集。HG-LE高速數(shù)字攝影儀的內(nèi)存為1G,最高攝影速度為100000fps,主要由攝像頭、主機、監(jiān)視器和多通道數(shù)據(jù)采集器等部件組成。圖2.3為實驗裝置圖2.3 實驗裝置

33、圖 為了研究發(fā)動機在缸內(nèi)低壓噴射條件下的起動情況,保證發(fā)動機的正常運行,對該發(fā)動機在起動工況下噴油器的噴霧特性進行實驗研究,噴霧特性隨發(fā)動機轉速、負荷的變化關系將在下一步的工作中進行。試驗中HG-LE高速數(shù)字攝影儀的攝影速度取1000fps,發(fā)動機轉速為500r/min,噴油器噴射壓力為250kPa左右,氣壓為標準大氣壓,環(huán)境溫度為15%。圖2.4為噴油器噴霧歷程發(fā)展圖。由圖2.4可以看出:噴嘴中心附近的油束由于還未來得及與空氣混合,呈明顯的液態(tài)特征;隨著油束的發(fā)展,在噴束外部的燃油不斷與空氣撞擊而被粉碎和汽化,并接納空氣的滲入和卷入,進一步加速油束中間部分燃油的霧化。 圖2.4 噴油器霧化歷

34、程發(fā)展圖 根據(jù)實驗結果,燃油噴柱大約在80mm的距離時就幾乎全部霧化為小液滴,不再有液柱存在,整個噴束射程為150mm左右。為了模擬燃油噴束在缸內(nèi)的噴霧過程,采取合理的缸內(nèi)噴油策略,避免油束噴到活塞和氣缸壁上,進一步分析混合氣的形成和燃燒過程,并計算燃油噴束的噴霧錐角。噴束截面直徑與貫穿距離之間的關系曲線見圖2.5圖2.5噴束截面直徑與貫穿距離的關系 從圖4可以看出:噴霧截面直徑與貫穿距離之間幾乎成線性關系。根據(jù)實驗數(shù)據(jù),計算出油束的噴霧錐角為17.6º。實驗總結 該文根據(jù)某162FM摩托車發(fā)動機主要參數(shù),設計計算了適用于該發(fā)動機低壓缸內(nèi)噴射的噴油器,確定該噴油器的噴孔數(shù)為3,噴孔直

35、徑為0.39mm;噴孔夾角采用等圓弧布置,根據(jù)發(fā)動機結構計算出其夾角分別為144º、144º和72º并利用高速攝影儀對該噴油器的噴霧特性進行了研究,發(fā)現(xiàn)燃油噴束射程為150mm左右、噴束大約在80mm的距離時就已經(jīng)霧化良好,不再有液柱存在,燃油噴束的噴霧錐角為17.6º。 采用低壓缸內(nèi)直噴技術,可以有效降低發(fā)動機供油系統(tǒng)的復雜性和成本。該實驗對該噴油器的噴霧特性進行實驗研究,為進行缸內(nèi)低壓直噴汽油機研究打下基礎。第三章電控柴油噴射系統(tǒng)介紹與技術淺談 第三章 電控柴油噴射系統(tǒng)介紹與技術淺談3.1 電控柴油電控系統(tǒng)基本介紹3.1.1 柴油機電控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

36、淺談5與汽油機相比,柴油機的電子控制燃油噴射系統(tǒng)有很多相同之處，在整機電腦管理方面兩者基本相同，但因柴油機的噴射系統(tǒng)形式多樣，電控系統(tǒng)的硬件也呈多樣形式，同時柴油機需要對油量、定時、噴油壓力、噴油路等多參數(shù)進行綜合控制，其軟件的難度也大于汽油機。 第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng)，它用電子伺服機構代替調(diào)速器控制供油滑套位置以實現(xiàn)供油量的調(diào)整，這類技術已發(fā)展到了可以同時控制定時和預噴射的 TICS 系統(tǒng)。 第二代系統(tǒng)也稱時間控制系統(tǒng)，其特點是供油仍維持傳統(tǒng)的脈動式柱塞泵油方式，但油量和定時的調(diào)節(jié)則由電腦控制的強力快速響應電磁閥的開閉時刻所決定。 第三代也稱為直接數(shù)控系統(tǒng)，它完全脫開了

37、傳統(tǒng)的油泵分缸燃油供應方式，通過共軌壓力和噴油壓力時間的綜合控制，實現(xiàn)各種復雜的供油規(guī)路和特性。強力快速線形響應電磁閥是各種系統(tǒng)共同的技術難點。3.1.2 電控柴油機的結構（共軌式）6電控共軌系統(tǒng)組成 電控高壓共軌式燃油系統(tǒng)的基本組成如圖2-1所示。從功能方面分析，電控共軌系統(tǒng)可分為兩大部分：電控系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)。 圖3.1 柴油機電控共軌系統(tǒng)的組成框圖（1） 電控系統(tǒng) 電控系統(tǒng)可以分為三大部分：傳感器電控單元和執(zhí)行元件。ECU是電控共軌燃油系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)各傳感器信息，ECU計算出最佳噴油時間和最合適的噴油量，并且計算出在什么時刻，多長時間的范圍內(nèi)向噴油器發(fā)出開啟電磁閥的指令等，從精確

38、的控制發(fā)動機的工作過程。 ECU的輸入是安裝在車輛和發(fā)動機上的各種傳感器和開關，ECU的輸出是送往各個執(zhí)行機構的電子信息。電子系統(tǒng)的控制框圖如圖3.2所示。 圖3.2 柴油機電子系統(tǒng)的控制框圖（2） 燃料供給系統(tǒng) 燃料供給系統(tǒng)主要構成是供油泵、共軌和噴油器。 燃料供給系統(tǒng)的基本工作原理是：供油泵將燃油加壓成高壓，供入共軌內(nèi)。共軌實際上是一種燃油分配管。儲存在共軌內(nèi)的燃油在適當?shù)臅r刻通過噴油器噴入發(fā)動機氣缸內(nèi)。電控共軌系統(tǒng)中的噴油器是一種由電磁閥控制的噴油器，電磁閥的開啟和關閉由發(fā)動機電控單元控制。 柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)除了控制噴油量外，對噴油正時和噴油的壓力都有很高的要求。（柴油機電控燃油噴

39、射系統(tǒng)的噴油壓力較高約19.6MPa）3.1.3 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)工作原理 電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（計算機）和執(zhí)行機構等組成。其任務是對噴油 系統(tǒng)進行電子控制，實現(xiàn)對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制。采用轉速、溫度、壓力等傳感器，將實時檢測的參數(shù)同步輸入計算機，與巳儲存的參數(shù)值進行比較，經(jīng)過處理計算按照最佳值對噴油泵、廢氣再循環(huán)閥、預熱塞等執(zhí)行機構進行控制，驅動噴油系統(tǒng)，使柴油機運作狀態(tài)達到最佳。第四章 未來幾年發(fā)動機電控燃油噴射技術發(fā)展趨勢第四章 未來幾年發(fā)動機電控燃油噴射技術發(fā)展趨勢4.1 電控汽油噴射技術發(fā)展趨勢 目前除少數(shù)汽車仍采用K或KE系統(tǒng)外大多數(shù)都采用EFI電

40、控燃油噴射系統(tǒng)。SPI單點燃油噴射因其結構較簡單，只用一個噴油器，發(fā)動機結構在化油器式的基礎上變動較少，成本較低，故國內(nèi)外已迅速推廣應用于低排量的普通轎車甚至載貨汽車上。大排量的轎車多采用MPI多點燃油噴射。 大眾公司的研究結果表明，與點燃式汽油機相比，直噴式汽油機的油耗將減少1520，壓燃式柴油機將減少2530，而渦輪增壓直噴式柴油機將減少4045。 全球燃油章程中這樣寫道：發(fā)動機能否正常運轉取決于噴油系統(tǒng)是否盡責。一旦發(fā)動機不正常，就會出現(xiàn)噪音、冒煙及排氣污染。 因此，發(fā)動機的動力性將得到提高，廢氣排放將大大減少。可變凸輪軸通過改變進排氣門的開啟和關閉時間(可變配氣相位)，使發(fā)動機在高轉速

41、工況下獲得盡可能高的功率，在低轉速情況下極大地降低燃燒不平穩(wěn)性，提高轉矩。采用可變通道進氣管，即隨發(fā)動機的轉速和負荷改變進氣路徑長短，高轉速時，通道變短，減少流動損失，提高高速功率。低轉速時，進氣通道變長，提高進氣流速，增加轉矩。 近年來，高檔豪華轎車有采用DI(DirectInection)系統(tǒng)，即采用直噴系統(tǒng)的趨勢。該系統(tǒng)最早由日本三菱公司研制開發(fā)，它是將噴油器安裝在每個氣缸的燃油室上方，燃油直接噴人氣缸內(nèi)進行混臺燃燒，一般噴射系統(tǒng)的噴射壓力為250kPa，而DI系統(tǒng)可達5MPB以上。由于壓力增大，因而燃燒更充分，效率更高，可以節(jié)約燃料20以上，并能滿足2005年開始實施的歐洲4號排放規(guī)定

42、。 但是由于它必須使用低硫汽油，其目前的應用還受到一定限制，汽油直噴式發(fā)動 機的開直噴特別是四沖程汽油機缸內(nèi)直噴是當前轎車汽油發(fā)成功為制造出更節(jié)能、更干凈的汽車提供了良好的開端。缸內(nèi)噴射中的前沿技術，電控燃油直噴式發(fā)動機將成為2l世紀汽車的主流。 4.2 電控柴油噴射技術發(fā)展趨勢 隨著世界各國城市交通運輸車輛、船舶的急劇增加，柴油機排放的尾氣已經(jīng)成為對地球環(huán)境的主要污染源。世界各國業(yè)已開始尋找和采取有效的技術措施主動地減少和控制污染物的排放。柴油機共軌式電控燃油噴射技術是一項較為成功的控制污染排放的新技術。共軌式電控燃油噴射技術通過共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁開關閥的開啟與閉合，定時、定量地控制噴油器噴射