燃油噴射系統

燃油噴射系統是指在一定的壓力下，利用噴油器將一定數量的燃料直接噴入氣缸或進氣道內的燃油供給裝置。根據噴射燃料種類的不同，可以分為汽油噴射系統、柴油噴射系統、氣體燃料噴射系統等。而根據其控制方式的不同，可分為機械控制式、電子控制式以及機電混合控制式。

基本介紹

• 中文名：燃油噴射系統
• 外文名：fuel injection system
• 所屬行業：發動機
• 分類：兩種

汽油噴射系統

分類

車用汽油噴射系統有多種類型，可按不同方法進行分類：

1、按噴射部位的不同可分為缸內噴射和缸外噴射兩種。缸內噴射是通過安裝在氣缸蓋上的噴油器，將汽油直接噴入氣缸內。這種噴射系統需要較高的噴射壓力，月3-5MPa。因而噴油器的結構和布置都比較複雜。缸外噴射系統是將噴油器安裝在進氣管或進氣歧管上，以0.20-0.35MPa的噴射壓力將汽油噴入進氣管或進氣道內。前者稱進氣管噴射（單點電噴），後者稱進氣道噴射（多點噴射）。目前汽油機電控系統廣泛採用的是進氣道噴射。

2、按噴射的連續性將汽油噴射系統分為連續噴射式和間歇噴射式。連續噴射是指在發動機工作期間，噴油器連續不斷地向進氣道內噴射，且大部分汽油是在進氣門關閉時噴射的。這種噴射方式大多用於機械控制式或機電混合控制式汽油噴射系統。間歇式噴射是指在發動機工作期間，汽油被間歇地噴入進氣道內。電控汽油噴射系統都採用間歇噴射方式。

控制原理

發動機在不同工況下運轉，對混合氣濃度的要求也不同。特別是在一些特殊工況下（如起動、急加速、急減速等），對混合氣濃度有特殊的要求。ECU要根據有關感測器測得的運轉工況，按不同的方式控制噴油量。噴油量的控制方式可分為起動控制、運轉控制、斷油控制和反饋控制。

1、起動噴油控制

起動時，發動機由起動馬達帶動運轉。由於轉速很低，轉速的波動也很大，因此這時空氣流量感測器所測得的進氣量信號有很大的誤差。基於這個原因，在發動機起動時，ECU不以空氣流量感測器的信號作為噴油量的計算依據，而是按預先給定的起動程式來進行噴油控制。ECU根據起動開關及轉速感測器的信號，判定發動機是否處於起動狀態，以決定是否按起動程式控制噴油。當起動開關接通，且發動機轉速低於300轉/分時，ECU判定發動機處於起動狀態，從而按起動程式控制噴油。

在起動噴油控制程式中，ECU按發動機水溫、進氣溫度、起動轉速計算出一個固定的噴油量。這一噴油量能使發動機獲得順利起動所需的濃混合氣。冷車起動時，發動機溫度很低，噴入進氣道的燃油不易蒸發。為了能產生足夠的燃油蒸氣，形成足夠濃度的可燃混合氣，保證發動機在低溫下也能正常起動，必須進一步增大噴油量。由ECU控制，通過增加各缸噴油器的噴油持續時間或噴油次數來增加噴油量。所增加的噴油量及加濃持續時間完全由ECU根據進氣溫度感測器和發動機水溫感測器測得的溫度高低來決定。發動機水溫或進氣溫度愈低，噴油量就愈大，加濃的持續時間也就愈長。這種冷起動控制方式不設冷起動噴油器和冷起動溫度開關。

2、運轉控制

在發動機運轉中，ECU主要根據進氣量和發動機轉速來計算噴油量。此外，ECU還要參考節氣門開度、發動機水溫、進氣溫度、海拔高度及怠速工況、加速工況、全負荷工況等運轉參數來修正噴油量，以提高控制精度。

由於ECU要考慮的運轉參數很多，為了簡化ECU的計算程式，通常將噴油量分成基本噴油量、修正量、增量三個部分，並分別計算出結果。然後再將三個部分疊加在一起，作為總噴油量來控制噴油器噴油。

基本噴油量：基本噴油量是根據發動機每個工作循環的進氣量，按理論混合比（空燃比14.7）計算出的噴油量。

修正量：修正量是根據進氣溫度、大氣壓力等實際運轉情況，對基本噴油量進行適當修正，使發動機在不同運轉條件下都能獲得最佳濃度的混合氣。修正量的內容為：進氣溫度修正、大氣壓力修正和蓄電池電壓修正（電壓變化時，自動對噴油脈衝寬度加以修正）。

3、反饋控制

汽油噴射系統進行反饋控制的感測器是熱氧感測器，使用熱氧感測器的發動機必須使用無鉛汽油。反饋控制（閉環控制）是在排氣管上加裝熱氧感測器，根據排氣中氧含量的變化，測定出進入發動機燃燒室混合氣的空燃比值，把它輸入ECU與設定的目標空燃比值進行比較，將誤差信號經放大器控制電磁噴油器噴油量，使空燃比保持在設定目標值附近。因此，閉環控制可達到較高的空燃比控制精度，並可消除因產品差異和磨損等引起的性能變化，工作穩定性好，抗干擾能力強。但是，為了使三元催化裝置對排氣淨化處理達到最佳效果，閉環控制的汽油噴射系統只能運行在理論空燃比14.7附近很窄的範圍內。因此對特殊的運行工況，如啟動、暖機、怠速、加速、滿負荷等需加濃混合氣的工況，仍需採用開環控制，使電磁噴油器按預先設定的加濃混合氣配比工作，充分發揮發動機的動力性能，所以採用開環和閉環相結合的控制方式。

柴油機噴射系統

分類

自1897年由德國狄塞爾發明第一台柴油機以來，柴油機燃燒系統發生了很大的變化。燃料供給系統從傳統的機械式泵-管-噴嘴型的位置式控制方式，經歷電子控制方式，已經發展為泵-管-噴嘴型或泵噴嘴的時間壓力控制方法。最高噴射壓力從傳統的20-24MPa提高到200MPa以上。根據結構特點來分類，可分為泵-管-嘴系統（包括合成泵系統、分配泵系統和單體泵系統）、泵-噴嘴系統以及共軌式系統。

典型系統

1、機械式直列柱塞泵

直列柱塞泵一般由柴油機曲軸的定時齒輪驅動。固定在噴油泵體上的活塞式輸油泵由噴油泵的凸輪軸驅動。當柴油機工作時，輸油泵從柴油箱吸出柴油，經油水分離器去除柴油中水分後，再經柴油濾清器濾除柴油中的雜質，然後送到噴油泵。在噴油泵內柴油經過增壓和計量後，經高壓油管供入噴油器，通過噴油器將柴油按一定壓力噴入到燃燒室。

2、泵噴嘴

電控泵噴嘴噴射系統是一種將柱塞偶件和噴油器偶件組合安裝在一個殼體內的柴油機燃料噴射系統，主要由泵噴嘴體、控制閥以及電磁閥等組成。相當於在機械式泵-管-嘴系統中取消了高壓油管，需要在氣缸蓋上設定專用凸輪軸以直接驅動挺柱控制柱塞泵的泵油過程。由於無高壓油管，所以柱塞泵壓油時所產生的高壓燃油直接進入噴油器的承壓環槽內。噴油正時和噴油量是通過高頻電磁閥控制泵噴嘴進油閥的開啟時刻和開啟持續時間來控制。

3、高壓共軌

共軌柴油噴射系統（Common Rail System，縮寫CRS）是未來追求的高壓噴油系統，燃油壓力的產生和噴射是分開的。噴入各個氣缸的燃油來自共用的、一直保持高壓的蓄壓器。蓄壓器的燃油壓力由高壓徑向柱塞泵產生，並可隨發動機工況而變。每個氣缸蓋上裝有一個由電磁閥控制的噴油器。噴油量由噴油器出口斷面、電磁閥開啟持續時間和蓄壓器中燃油壓力確定。蓄壓式噴油系統的壓力可高達180MPa。未來系統的燃油壓力目標會高於200MPa。噴油開始以及預噴射、後噴射則通過快速電磁閥或可實現控制時間小於100µs的特別短的壓電元件控制。噴油量可小於1ml。