常见的汽车发动机燃油喷射系统有哪些类型,如何保养?

在如何提高燃油经济性的问题上,工程师们想尽了各种办法,其中最直接的就是改变燃油喷射系统的结构或控制逻辑。他们的目标只有一个,在满足驾驶需求的基础上尽可能的省油,如何开源节流确实是一门艺术。

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在发动机启动和运行的过程中,源源不断的汽油由汽油泵从油箱中抽出,经滤芯过滤后送入燃油轨。等等,配置表单中的多点注入是什么意思?你有订单吗?多点和单点有什么区别?

什么是单点注射?

所谓“点”,其实就是有几个喷油点,而“单点”无疑只有一个喷油点。你也可以理解为有一个油嘴,位于节气门前面。当驾驶员踩下油门踏板时,节气门的翻板打开,发动机电脑根据相关传感器采集的信号确定喷油嘴的开启时间。然后,喷出的燃油通过节气门进入进气歧管。各缸各取所需(进气门开启时,汽油会被吸入缸内)。这种喷射方式显然控制过于粗放,燃油经济性必然较差。所以流行没多久就被多点注射取代了。

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任何新事物的出现都有其存在的理由,单点电喷也不例外。它是从化油器时代向电喷时代演变的产物。出于生产成本的考虑,厂家希望在原有燃油分配器发动机的基础上完成燃油喷射系统的改造。超额完成时,他们会陆续展开多点注射。

歧管喷射(多点喷射)的自我拯救

多点注射自诞生以来经历了多次演变,从最初的同时注射到顺序注射。后来由于歧管喷射已经发展到很多人眼中的瓶颈,以及汽油机缸内直喷技术的推广,歧管喷射很有可能被取代。然而,在未来的技术预见中,我们又看到了它,不禁为它的坚韧而叹息。

-同时注射

多点喷射的结构使得每个气缸都有自己的喷油嘴,显然在喷油的控制上有了质的飞跃。但在发展初期,他们未能充分发挥这种结构优势。由于控制逻辑简单,发动机电脑无法准确计算出哪个气缸需要喷油。因此,发动机计算机会在曲轴每旋转360°时发出一次燃油喷射指令。命令所有喷油器同时喷油,也就是说,为了满足单个气缸的喷油需求,喷入其他气缸的汽油会被浪费掉,势必不利于燃油经济性,被淘汰只是时间问题。

-群体注射

没多久,喷油系统的控制逻辑升级了。改进后,四个喷油器被分成两组,即曲轴每旋转360度,一组(两个)喷油器喷射燃油,燃油经济性提高了一倍,但这是不可接受的。

-顺序注射

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随着歧管喷射的发展,可以根据气缸的工作进度和气门正时的节奏精确控制各个喷嘴的喷射动作。我们称之为顺序注射。当很多厂商转而采用更先进的缸内直喷技术时,日产还是希望在歧管喷射领域多做些文章。Tiida搭载的1.6升HR16发动机采用DIS双喷嘴技术,喷油量比传统控制一缸。

-气缸内的直接喷射系统

优点:可以实现稀薄燃烧,提高燃油经济性;允许更高的压缩比,可以提高发动机功率。

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直接燃油喷射系统的出现为多点喷射的发展带来了新的机遇。它的意义在于,一滴燃油可以分散得更多,以增加其燃烧效率。在此之前,多点歧管喷射也试图在这方面做得更好。其采用的方法是在喷油嘴的喷射头上开更多的孔,以增强其雾化能力。但在燃油压力有限的前提下,这种方式很快发展成了瓶颈。

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高压泵部件和燃油喷嘴的安装位置是缸内直喷系统和歧管喷射系统的结构差异。如果要简单的理解缸内直喷系统,可以把这个系统分为高压和低压两部分。低压部分与歧管喷射系统相同,汽油泵从油箱中泵出汽油,经滤芯过滤后输送到发动机。此时油管内压力与歧管喷射系统压力相差无几,质变发生在高压油泵之后。它可以将汽油压力推至数百巴甚至更高(歧管喷射系统燃油压力的30-40倍),然后燃油将通过燃油轨到达属于每个气缸的燃油喷嘴。只有当发动机电脑一声令下,瞬间,直径仅相当于头发十分之一的油滴就会直接喷入它们窝里的气缸。高压油泵通常由凸轮轴驱动,增压有双头或三头凸轮(如福特ECOBOOST系列发动机的“9号凸轮”)。

-取其长补其短的混合注射

当燃油压力提高到100Bar甚至更高时,燃油喷射的新时代来临了,但工程师们并没有因为新技术的成熟而放弃传统的喷射方式。在他们看来,歧管注射仍然有很大的使用价值。

丰田开发的混合喷射技术

早在1998年,搭载丰田D4技术的SZ和NZ发动机首次出现在日本市场。几年后,它们被GR系列发动机取代。其中,3GR-FSE 3.0L发动机采用D4直喷技术,只有一组伸入缸内的喷油器实现均质燃烧。

2GR-FSE发动机配备了更先进的D4-S技术。除了一组伸入气缸的喷嘴外,还配备了一组传统的进气歧管喷嘴。在低负荷工况下,进气冲程时歧管喷嘴喷油,混合气进入缸内,然后在压缩冲程时与缸内喷嘴配合喷油,实现分层燃烧;在高负荷条件下,直接喷射仅在压缩冲程中进行。从而提高发动机功率和经济性。

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这种设计的好处是可以使油气混合更加完全,也就是说发动机电脑会根据发动机负荷和工况主动切换供油模式,同时配合11.8的高压缩比,可以进一步提高油气混合和燃烧效率,实现更好的动力和油耗表现。这也是2GR-FSE连续三年获得沃德十佳发动机的关键因素。

奥迪的混合喷射系统

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缸内直喷系统采用的分层燃烧技术实现了稀薄燃烧。与普通燃烧技术相比,它的优势在于可以使混合气以更高的空燃比(少油多气)燃烧,提高燃油效率。不过这种燃烧技术也会有一些副作用。在稀燃(氧气过量)工况下,缸内过量的氧气更容易与残留在缸内的氮气发生强烈反应,生成氮氧化物。这对废气排放有很坏的影响。此前,提高三元催化转化器的能力是弥补这一弊端的重要途径,随之而来的是制造成本的增加。这种得不偿失的技术,在某些人眼里已经被归为鸡肋的范畴。但这种声音并没有动摇工程师们继续研发分层燃烧技术的决心。他们面临的最重要的问题是如何从根本上解决分层燃烧技术的弊端。从目前来看,增加专门用于发动机低负荷工况的歧管喷射系统是一个不错的方案,这样可以提高尾气质量和三元催化器的工作压力。

喷油量是怎么调整的?

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根据不同的工况,发动机电脑会控制各缸的喷油量。比如在冷车阶段,混合气会变浓,随着发动机温度的升温,混合气中燃油和空气的比例会逐渐接近最佳状态(喷油量会逐渐减少),直到发动机怠速回落到正常范围。

在正常驾驶过程中,驾驶员通过油门踏板控制车辆的加速,即油门踏板踩得越深,车速越快。在理想状态下,踩油门的节奏会直接影响车辆的提速时间。其中,自然要依靠进气、喷油、点火等其他辅助部件的配合,才能让发动机输出更高的功率。至于车辆的加速响应,也要看变速箱的心情。既然这篇论文的主题是注射,那就开门见山吧。喷油量是怎么增加的?

-歧管喷射系统

先说歧管喷射。安装在油箱中的汽油泵会随着发动机转速的变化在一定范围内调整其工作状态,从而改变供油压力。一般来说会和发动机转速成正比。当然,这里讨论的不包括厂家设定的断油速度。

喷射的燃油量与内部阀针的开启时间和燃油轨中的压力有关。可以理解为,在相同的汽油压力下,阀针打开的时间越长,喷射的汽油就越多,否则喷射的燃油量就越少,而如果燃油轨内的压力增加,单位时间内喷射的汽油就越多。喷油器针阀的开闭和汽油泵的工作状态都由发动机电脑调节。

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缸内直喷在低压阶段也是如此,但高压部分完全由高压油泵控制。这种高压油泵是柱塞式结构,由凸轮轴上的特殊凸轮驱动。看到这里,你可能会有这样的疑问。由于它是由凸轮驱动的,所以柱塞泵的增压过程不能根据发动机转速进行调节。即使发动机电脑可以控制喷嘴针阀的开闭时间来控制喷油量,显然,这样的控制也有一定的局限性。的确,凸轮的角度是无法调节的,也不可能像奥迪的AVS技术一样,通过切换不同角度的凸轮来达到调节活塞泵移动行程的目的。所以活塞泵本身不能调节汽油压力。思考完这个问题,你一定会回去思考的。其实你关注一下图中所示,就明白了。

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高压泵的外壳上有一个线束插头,与电控阀相连,可以调节汽油压力。当然,更注重的是燃油喷入气缸后的雾化效果,而在加速过程中,较高的汽油压力也能帮助喷油器喷出更多的汽油,这对喷油器的执行能力提出了很大的要求,因为在这样的压力下,阀针的动作频率和稳定性非常关键。因此,缸内直喷系统中使用的喷射器与歧管喷射中使用的喷射元件有很大不同。

我应该什么时候清洗喷油器?

如果你问4S商店的服务顾问,在大多数情况下,他们会根据里程数建议你该清洗了。于是,你半信半疑的在维修单上签字,甚至特意说了一句“快点,我赶时间”。谁知道,这句话正中他们的下怀。他们是怎么想的?

喷嘴脏了会怎么样?自然就会堵塞,后果就是汽油无法以正常的流速从喷油器喷出,这显然可以影响发动机的工作状态,但车主似乎并没有意识到。为什么?

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安装在排气管上的氧传感器可以实时监测废气质量,发动机电脑可以据此计算出混合气的浓度。当混合气过稀时,发动机电脑会向喷油器发出增加阀针开启时间的指令,以弥补流量不足带来的影响。响应是燃料喷射脉冲宽度的值增加。利用这一特性,我们可以通过喷油脉宽来判断喷油器的清洁程度,并根据行驶里程来决定是否清洗喷油器。

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最后回到上面的问题,为什么服务顾问喜欢听到客户抱怨着急?清洗时间决定了清洗的质量。按照正常的工作程序,施工负责人在进行一次完整的维修作业前,会用一整瓶药水进行清洗,但时间较长,车间内工位有限。只有尽快把维修车辆交给客户,才能迎来下一个客户。所以如果客户在清洗油嘴时表现出时间紧,肯定会得到多方的满意。如果你想问我有没有可能买车。

发动机的喷射方式是一门艺术,从纯机械喷射系统到电控燃油喷射系统。经过多次进化,其效率逐渐提高,直到在歧管喷射阶段达到瓶颈,然后由于技术的突破,迎来了燃油喷射的新时代。在燃油喷射系统的技术展望中,你会发现即将被革新的歧管喷射出现在喷射系统中,在优化排气质量方面发挥着重要作用,层出不穷。