第五章 汽油直接噴射

第五章汽油直接噴射系統(tǒng)

§5.1概述一、汽油噴射系統(tǒng)與化油器系統(tǒng)的區(qū)別任務(wù)：根據(jù)發(fā)動機(jī)各種工況，將所需空燃比混合氣供給氣缸；分類：化油器系統(tǒng)和燃油噴射系統(tǒng)；工作原理：依據(jù)節(jié)氣門開啟的角度及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)量進(jìn)氣量，然后根據(jù)進(jìn)氣量供給適當(dāng)濃度的混合氣進(jìn)入氣缸。

化油器供油是利用空氣流動時(shí)在喉管處產(chǎn)生的負(fù)壓，把汽油吸到喉管中，再隨氣流流向各缸進(jìn)氣岐管；

汽油噴射發(fā)動機(jī)裝有電子控制裝置，根據(jù)所監(jiān)測到的空氣流量和轉(zhuǎn)速信號算出基本噴油量，然后依據(jù)各類傳感器的信號對基本的噴油量進(jìn)行修正，并按計(jì)算出的最佳噴油時(shí)間向噴油器發(fā)出噴油信號，噴油器向進(jìn)氣岐管中噴入霧狀的器油。空氣流量大，噴油器噴油時(shí)間就長，反之成立。二、電控汽油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1、混合氣的分配均勻性好：在多點(diǎn)噴射系統(tǒng)中，汽油均勻分配給各個(gè)氣缸，可燃混合氣的濃度較容易的滿足各種工況的要求，有利于排放控制和提高燃油經(jīng)濟(jì)性；2、任何工況下都能獲得精確濃度的可燃混合氣濃度：無論發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷怎樣的變化都能連續(xù)地、精確地供應(yīng)可燃混合氣；3、加速性能好：在此系統(tǒng)中，汽油易霧化，極易與空氣混合，混合氣濃度可隨節(jié)氣門開度變化而立即變化；4、良好的起動性能和減速減油或斷油：在此系統(tǒng)中，精確控制空燃比，減速節(jié)氣門關(guān)閉停止供油；5、充氣效率高：汽油與空氣充分混合且吸入氣缸的混合氣更多。三、電子控制的噴射系統(tǒng)的控制功能1、電子控制的汽油噴射：發(fā)動機(jī)各種工況的最佳噴油時(shí)間存放在ECU的存儲器中。ECU根據(jù)空氣流量計(jì)或進(jìn)器壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器等提供的信號，計(jì)算出最佳的噴油時(shí)間；2、電子點(diǎn)火提前（ESA）發(fā)動機(jī)各種運(yùn)行工況下的最佳點(diǎn)火定時(shí)的數(shù)據(jù)也存在ECU的存儲器中（或點(diǎn)火控制模塊）中，ECU根據(jù)來自各種傳感器的信號控制點(diǎn)火正時(shí)，使點(diǎn)火保持在最佳時(shí)刻；3、怠速控制（ISC）ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)行工況的要求控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，在ECU中的存儲器中存儲了不同怠速的控制目標(biāo)值，ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、空調(diào)開關(guān)、動力轉(zhuǎn)向等信號控制怠速，使怠速轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)值；4、診斷功能：

ECU不斷的檢測傳感器的輸入、輸出信號，若ECU檢測到任何一個(gè)信號出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，ECU即將不正?，F(xiàn)象用數(shù)據(jù)形式存入存儲器形成故障碼。需要時(shí)，可通過數(shù)據(jù)或故障燈顯示出來；5、安全保險(xiǎn)功能：

如果輸入ECU的信號不正常，ECU將按照內(nèi)存中存儲的固定噴油持續(xù)時(shí)間和固定的點(diǎn)火提前角控制發(fā)動機(jī)，使發(fā)動機(jī)能夠繼續(xù)維持簡單的工作；6、發(fā)動機(jī)地其它輔助控制功能：

在一些發(fā)動機(jī)中，還裝有進(jìn)氣旋流控制、EGR控制、增壓氣的壓力控制及其他輔助控制裝置；電子燃油噴射系統(tǒng)示意圖

電控汽油噴射系統(tǒng)噴油器火花塞油壓調(diào)節(jié)器水溫傳感器轉(zhuǎn)速傳感器ECU氧傳感器爆震傳感器空氣流量計(jì)

§5.2汽油直接噴射系統(tǒng)分類一、按汽油噴射系統(tǒng)控制方式分類

機(jī)械控制式和電子控制式（一）機(jī)械控制式汽油噴射系統(tǒng)：汽油和空氣的配劑是通過機(jī)械的方式達(dá)到的

1、機(jī)械式汽油噴射系統(tǒng)（K型）機(jī)械液力控制的噴油系統(tǒng)，只要油管內(nèi)的油壓大于噴油器的針閥的開啟壓力，噴油器即連續(xù)噴油。汽油的供應(yīng)量與點(diǎn)火順序無關(guān)，只取決于發(fā)動機(jī)的空氣量。例如：AUDI1002.2E2、機(jī)電混合控制的器油噴射系統(tǒng)（KE型）噴油器不是由電腦控制，是由壓力控制，電腦只是控制上下腔的壓力差。在系統(tǒng)中增設(shè)一個(gè)電控單元和若干傳感器，傳感器將接收到的信號傳給電控單元，提高系統(tǒng)的靈活性，擴(kuò)大功能范圍。例如：Mercedes-Benz500SL（二）電子控制式汽油噴射系統(tǒng)：

汽油和空氣的配劑是由電控單元（ECU）控制，ECU根據(jù)檢測到的空氣量信號，經(jīng)過計(jì)算判斷向噴油器發(fā)出信號指令，使噴油器將一定量的汽油噴入進(jìn)氣岐管。按控制基本噴油量的主要因素的不同，分為以下二類：1、壓力感應(yīng)式電控多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)（D型）采用進(jìn)氣管絕對壓力作為控制噴油量的主要因素，ECU根據(jù)各種傳感器輸入信號和發(fā)動機(jī)各工況的實(shí)際需要來控制噴油量。例如：廣州本田，桑塔納2000GLI、奧迪V6、豐田皇冠、克萊斯勒公司的道奇捷龍。2、流量感應(yīng)式電控多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)（L型）以吸入空氣流量作為控制噴油量的主要因素，ECU根據(jù)各種傳感器輸入信號的和發(fā)動機(jī)的各種工況實(shí)際需要來控制噴油量。根據(jù)空氣流量計(jì)的類型不同，分為以下四類：（1）翼板式電控汽油噴射系統(tǒng)（LE型）：

將葉板轉(zhuǎn)角變換成電壓信號，以空氣流量和轉(zhuǎn)速作為控制基本噴油量的主要因素。例如：寶馬轎車、豐田子彈頭轎車。（2）熱線式電控汽油噴射系統(tǒng)（LH型）：

將鉑絲熱線電阻置于空氣流量計(jì)中，空氣流過時(shí)將對熱線電阻冷卻，為保持其溫度必須加大電流，以加大電流來計(jì)量空氣流量。例如：桑塔納GSI、上海別克、奧迪A6、尼桑風(fēng)度（楊光）、福特天霸。（3）熱膜式電控汽油噴射系統(tǒng)（LH型）:將熱線、補(bǔ)償電阻、精密電阻等鍍在一塊陶瓷片上——熱膜。熱膜內(nèi)的電阻絲起測量作用，空氣流量計(jì)的兩側(cè)有蜂窩狀金屬絲，發(fā)熱體不直接接觸空氣流動所產(chǎn)生的作用力。例如：捷達(dá)、紅旗、帕薩特B5、寶來。（4）卡門旋渦式汽油噴射系統(tǒng)：

在氣流通道內(nèi)放置一擾流體，當(dāng)氣體通過時(shí)，在擾流體后方產(chǎn)生許多渦流——卡門旋渦。

產(chǎn)生旋渦的地方裝有超聲波或光電發(fā)生器，其計(jì)量信號變?yōu)殡妷褐祷蝾l率值傳給ECU,用以控制噴油量的大小。例如:凌志1UZ—FE型發(fā)動機(jī)裝用卡門旋渦廣電式系統(tǒng)，三菱戈蘭和韓國現(xiàn)代轎車裝用卡門旋渦聲波式系統(tǒng)。3、電控單點(diǎn)噴射系統(tǒng)在進(jìn)氣管的節(jié)氣門前方設(shè)置一個(gè)噴射點(diǎn)，對各缸實(shí)現(xiàn)集中噴油。結(jié)構(gòu)布置與電控化油器相似，特點(diǎn)是在多缸發(fā)動機(jī)的中部安裝一個(gè)節(jié)氣門體，用一個(gè)或兩個(gè)電磁噴油器安裝在節(jié)氣門上方，將汽油直接噴入進(jìn)器氣流中，也稱節(jié)氣門體汽油噴射系統(tǒng)。典型的單電噴射系統(tǒng)有GM的TBI、Ford的CFI、三菱公司的電控噴射系統(tǒng)。

例如：GM凱迪拉克5.7L和塞維利亞4.1L8發(fā)動機(jī)、克萊斯勒公司的81年帝國2.2L4缸機(jī)、大眾的高爾夫1.6L發(fā)動機(jī)。根據(jù)發(fā)動機(jī)構(gòu)造特點(diǎn)判斷其汽油噴射系統(tǒng)的類型（1）首先看噴油器上有沒有線束，凡是噴油器上沒有線束的屬機(jī)械噴射（K和KE型）；（2）再去看節(jié)氣門拉線對面有沒有線束，若拉線對面沒有線束，則是K型汽油噴射系統(tǒng)；拉線對面有線束，則說明有節(jié)氣門位置傳感器，說明是KE型汽油噴射系統(tǒng)；（3）凡是噴油器上有線束的屬電子控制的器油噴射系統(tǒng)（L型、D型、TBI型）。此時(shí)需要觀察在空氣濾清器與節(jié)氣門之間有沒有帶線束的裝置，若有必是空氣流量傳感器，則其必是L型汽油噴射系統(tǒng)。若空氣濾清器與節(jié)氣門之間沒有此裝置，應(yīng)該可以找到進(jìn)氣壓力傳感器，它有一線束到電腦，它可能裝在進(jìn)氣岐管上，也可能用真空軟管引起發(fā)動機(jī)室的某一處，這種應(yīng)屬D型汽油噴射系統(tǒng)；

如果類似與化油器，在節(jié)氣門拉線對面又有線束，則是電控單點(diǎn)噴射系統(tǒng)。二、按噴射部位及方式分類（一）噴射部位1、多點(diǎn)噴射（MPI）：一個(gè)缸一個(gè)噴油器，若是四缸則安裝4個(gè)噴油器，直接由噴油器將汽油噴入各缸進(jìn)氣道的進(jìn)氣門前方。2、單點(diǎn)噴射（SPI）將燃油噴射在節(jié)氣門的前方，燃油噴入后隨空氣流入進(jìn)氣歧管內(nèi)，再進(jìn)入氣缸。（二）噴射方式1、脈沖噴射（定時(shí)噴射）每一缸的噴射都有一限定的噴射持續(xù)期。噴射是在進(jìn)氣行程過程中的一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，噴射的持續(xù)時(shí)間就是所控制的噴油量。所有的缸內(nèi)噴射和多數(shù)的進(jìn)氣道噴射都采用脈沖噴射方式。目前D、L、LH、TBI系統(tǒng)都采用脈沖噴射；2、連續(xù)噴射（穩(wěn)定噴射）

燃料噴射是連續(xù)的，只要達(dá)到規(guī)定的壓力就噴射，沒有噴射正時(shí)，燃料噴射時(shí)間占有全循環(huán)，連續(xù)噴射都是噴在進(jìn)氣道內(nèi)。三、按噴油系統(tǒng)的噴油正時(shí)1、同時(shí)噴射

所有噴油器并聯(lián)，同時(shí)噴油。兩次噴完一個(gè)循環(huán)的供油量。進(jìn)氣壓縮作功排氣排氣進(jìn)氣壓縮作功作功排氣進(jìn)氣壓縮壓縮作功排氣進(jìn)氣13421803605407200噴油噴油2、分組噴射將氣缸分為兩組，所需燃油一次噴完。13421803605400噴油噴油進(jìn)氣壓縮作功排氣排氣進(jìn)氣壓縮作功作功排氣進(jìn)氣壓縮壓縮作功排氣進(jìn)氣3、順序噴射按各缸的進(jìn)氣順序間歇噴油。進(jìn)氣壓縮作功排氣排氣進(jìn)氣壓縮作功作功排氣進(jìn)氣壓縮壓縮作功排氣進(jìn)氣13421803605400噴油噴油機(jī)械汽油噴射系統(tǒng)的基本裝置

汽油箱9中的汽油被電動汽油泵12吸入，并加壓后經(jīng)蓄壓器11和濾清器10輸入燃油量分配器6中；

燃油量分配器6在不同的控制壓力作用下，根據(jù)空氣計(jì)量器5所饋送的吸入進(jìn)氣管2的空氣流量的信息，將所需的燃油量分配給各缸噴油器；

空氣計(jì)量器5和燃油量分配器6組裝為一個(gè)部件—混合器的調(diào)節(jié)器；

噴油器在一定壓力下將汽油連續(xù)的噴入進(jìn)氣管的各個(gè)支管中與空氣混合，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門一開啟，混合氣被吸入氣缸。

蓄壓器11——保證在發(fā)動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后燃料供給系統(tǒng)仍然保持一定的壓力，以便與重新啟動，特別是熱機(jī)起動；

調(diào)壓器8——油壓升高到超過規(guī)定值時(shí)，過剩的汽油返回汽油箱，同時(shí)油壓下降；

混合氣的調(diào)節(jié)器——完成混合氣的配給。

空氣計(jì)量器5

裝在節(jié)氣門的前方，發(fā)動機(jī)工作時(shí)，在吸入氣流的動壓力作用下，承壓片向上舉升，帶動杠桿克服柱塞阻力轉(zhuǎn)動；承壓片的行程是與被吸入的空氣量成正比的；

承壓片的運(yùn)動通過杠桿系統(tǒng)傳遞到燃油量分配器的控制柱塞上，而控制柱塞的運(yùn)動將直接控制噴出的燃油量；

燃油量分配器6

精確的把相應(yīng)與空氣計(jì)量器承壓片的升程的燃油量分配給各個(gè)氣缸；燃油量分配器中的主要元件是控制柱塞和槽孔套筒，套筒上的進(jìn)油孔和出油孔的數(shù)目均等于發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)；發(fā)動機(jī)不工作時(shí)，在控制壓力作用下，柱塞處于下極限位置，出油槽孔完全關(guān)閉，無燃油噴出；發(fā)動機(jī)處于不同負(fù)荷下，承壓片和柱塞即上升到相當(dāng)于不同的槽孔通過截面的位置，確定不同的供油量；承壓片和柱塞的升程除了受控與節(jié)氣門開度外，還取決于作用在控制柱塞頂部的控制油壓；控制壓力本身取決于發(fā)動機(jī)起動過程中的溫度變化，成正比關(guān)系差壓閥——保證燃油量分配器出油量控制槽縫內(nèi)外兩側(cè)的壓力差值為一個(gè)恒定的值；冷起動閥18——冷起動發(fā)動機(jī)時(shí)，吸入的混合氣中有部分燃油冷凝，為了補(bǔ)償損失，及時(shí)補(bǔ)充噴入一定量的燃油；開啟持續(xù)時(shí)間取決于發(fā)動機(jī)的溫度，并由熱控正時(shí)開關(guān)15加以控制；控制壓力調(diào)節(jié)器7——調(diào)節(jié)在冷機(jī)起動后的暖及過程中使混合氣濃度逐漸變稀的作用，通過施加與燃油量分配器6的控制壓力來實(shí)現(xiàn)的；補(bǔ)充空氣調(diào)節(jié)閥3——調(diào)節(jié)冷機(jī)起動和暖機(jī)過程中所需補(bǔ)充的空氣量；供油裝置結(jié)構(gòu)示意圖供油裝置布置燃油分配管汽油濾清器壓力調(diào)節(jié)器油箱空氣供給裝置空氣濾清器空氣流量計(jì)節(jié)氣門怠速控制閥電子控制單元五、各部分結(jié)構(gòu)原理1、電動汽油泵作用：泵油并使燃油壓力升高，以便于燃油霧化。由點(diǎn)火開關(guān)和油泵繼電器控制。油壓：多點(diǎn)噴射：0.2～0.3MPa單點(diǎn)噴射：0.1～0.2MPa汽油泵結(jié)構(gòu)燃油泵1進(jìn)油側(cè) 4電機(jī)

a無壓力2單向閥 5單向閥

c有壓力3轉(zhuǎn)子葉片泵 6出油口

結(jié)構(gòu)：汽油泵實(shí)物圖桑塔納2000豐田2、油壓調(diào)節(jié)器作用： 使油壓保持在某一規(guī)定值不變，確保噴油壓力恒定。結(jié)構(gòu)：工作原理：進(jìn)氣歧管內(nèi)真空度是隨發(fā)動機(jī)工況而變化的，即使噴油信號的持續(xù)時(shí)間和噴油壓力保持不變，工況變化時(shí)噴油量也會發(fā)生少量的變化，為了得到精確的噴油量，必須使油壓保持不變。

與發(fā)動機(jī)工況關(guān)系

轉(zhuǎn)速不變：節(jié)氣門開度增大，進(jìn)氣歧管真空度減小，回油量減小，滿足噴油量增大的需要。節(jié)氣門開度不變：轉(zhuǎn)速增加，進(jìn)氣歧管真空度增大，回油量增多，滿足噴油量減少的需要。3、噴油器作用： 在恒定壓力下定時(shí)、定量地噴油并使之霧化。結(jié)構(gòu)：噴油器總成圖4、冷起動噴油器作用： 冷起動時(shí)，額外加大噴油量，使混合氣瞬時(shí)加濃，便于著火起動。結(jié)構(gòu)：電插頭電磁線圈閥門彈簧閥門噴嘴5、流量板式空氣流量計(jì)作用： 通過流量板轉(zhuǎn)角的變化來計(jì)量吸入的空氣量，并將轉(zhuǎn)角的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞斔偷诫娔X。結(jié)構(gòu)：調(diào)整螺釘旁通氣道流量板緩沖板電位計(jì)緩沖室熱線式空氣流量計(jì)別克、日產(chǎn)MAXIMA(千里馬)、沃爾沃、帕撒特空氣流量計(jì)在車上位置進(jìn)氣壓力傳感器6、輔助空氣閥與氣道作用： 在熱起過程中，保證有一定時(shí)間的額外進(jìn)氣，使發(fā)動機(jī)處于快怠速狀態(tài)?？刂品绞剑?電加熱法 石蠟溫度控制法雙金屬型空氣閥石蠟溫度閥7、節(jié)氣門位置傳感器作用： 將節(jié)氣門開度的大小和動作的快慢，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氲诫娔X，以反映負(fù)荷的大小。分類： 兩極式： 只有在節(jié)氣門全開和全閉時(shí)才給電腦信號，其余由空氣流量計(jì)輸送信號。

全程式節(jié)氣門位置傳感器全程式：可以輸出多種電壓的連續(xù)信號，以獲得相應(yīng)的噴油量。(壓力感應(yīng)式）SANTANA節(jié)氣門傳感器8、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器作用： 將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，以電信號的形式輸送到電腦，控制噴油量。車速傳感器9、曲軸位置傳感器作用： 反映曲軸轉(zhuǎn)角，使電腦控制正確的點(diǎn)火時(shí)間和噴油時(shí)刻。鐵片鐵片前沿波形鐵片后沿波形如圖所示的半導(dǎo)體薄片，若在它的兩端通以控制電流I，在薄片垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場，則在薄片兩側(cè)會產(chǎn)生電動勢UH。這個(gè)電動勢稱為霍爾電動勢，其大小與I、B乘積成正比，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

由于霍爾元件在磁場與控制電流作用下，才會輸出霍爾電動勢，由于建立霍爾電壓時(shí)間很短，約為10-14~10-12s之間，其響應(yīng)頻率很高，達(dá)109Hz以上，而在汽車上的應(yīng)用多將磁場作為輸入信號．霍爾傳感器工作原理外信號輪外緣上均勻分布著18個(gè)觸發(fā)葉片和18個(gè)窗口，每個(gè)觸發(fā)葉片和窗口的寬度為10°弧長；內(nèi)信號輪外緣上設(shè)有3個(gè)觸發(fā)葉片和3個(gè)窗口，3個(gè)觸發(fā)葉片的寬度不同，分別為100°、90°和110°弧長，3個(gè)窗口的寬度亦不相同，分別為20°、30°和10°弧長?；魻柺絺鞲衅?0、水溫、氣溫傳感器作用： 感知冷卻液溫度和進(jìn)氣溫度，并將信號輸送到電腦，來控制修正噴油量。水溫傳感器桑塔納水溫傳感器阻值檢測：

水溫傳感器也是負(fù)溫度系數(shù)傳感器，其阻值隨溫度的變化而變化。11、氧傳感器作用： 將廢氣中氧含量的信號輸送到電腦，以便于電腦控制下一個(gè)工作循環(huán)的油氣配比。12、怠速控制裝置作用： 根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行情況，與電腦配合自動調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣量。電噴發(fā)動機(jī)的傳感器與執(zhí)行器MAPS:manifoldabsolutepressuresensorAFS:airflowsensorCTS:coolertemperaturesensorATS:AirTemperatureSensorTPS:throttlepositionsensorKNK:knocksensorIAC:idleaircontrolEGR:exhaustgasrecirculationISC:idlespeedcontrol作業(yè)簡述油壓調(diào)節(jié)器的工作原理及作用？缸內(nèi)噴射工作過程一輛裝用V6電控發(fā)動機(jī)的上海別克轎車，怠速時(shí)嚴(yán)重抖動，急加速時(shí)進(jìn)氣管回火，行駛時(shí)動力不足，加速不良。故障檢修由于發(fā)動機(jī)故障燈沒有亮，因此，沒有檢測故障碼。首先考慮到點(diǎn)火系統(tǒng)，測量各缸的缸線，阻值在正常范圍內(nèi)。于是，清潔空氣濾清器，更換火花塞和汽油濾清器，但故障依舊。又使用燃油噴射系統(tǒng)清潔劑，用專用設(shè)備輸送到進(jìn)氣歧管，啟動發(fā)動機(jī)，對電噴裝置進(jìn)行自動清洗，未起作用。拆下噴油器，用專用設(shè)備清洗，效果也不明顯。后來拆下空氣濾清器，用手堵住節(jié)氣門閥體的進(jìn)氣口濾網(wǎng)，以減少主通道的進(jìn)氣面積，使混合氣變濃，結(jié)果怠速變穩(wěn)，加速不再回火，這說明故障的直接原因是混合氣過稀。測試燃油壓力，但所測壓值在正常范圍內(nèi)?？樟髁坑?jì)是影響空燃比的重要因素，便拔下插頭試驗(yàn)。拔下插頭之后，發(fā)動機(jī)能以穩(wěn)定的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，加速也有所好轉(zhuǎn)。隨即從節(jié)氣門