(1)燃油喷射系统
燃油喷射系统的作用是测量发动机的进气量,并以此为依据提供燃油量,从而达到最佳空燃比状态(图2-5)。空燃比是指混合气中的空气质量除以燃油质量所得的值,空气和燃油均衡燃烧(不多不少)时的空燃比称作理论空燃比。该理论空燃比为14.7(汽油机),发动机以该空燃比运转时,用于排气净化的三元催化器能够有效发挥其功能,所以建议按理论空燃比运转。
燃油喷射量的控制是依据检测进气量的空气流量计的信号,通过ECU计算出所需喷射量,从而调节燃油喷射阀(喷油器)的开启时间。
此外,实际空燃比除以理论空燃比所得的值称为过量空气系数λ。
当空燃比为理论空燃比时,入=1;空气过量(入>1)的状态称作稀混合气空气不足(λ<1)的状态称作浓混合气。通常,需要高输出功率时燃油设定为过稀;需要提升燃油经济性时设定为过浓,但需要注意此时废气的排出量会有所增加。
图25为喷油器位于进气歧管的进气道喷射系统的工作原理。喷射于进气道内的燃油在蒸发之后被导入气缸内,这种方式是一种被广泛采用的喷油方式。
与此同时,在气缸内直接喷射高压燃油为特点的汽油直喷发动机于近年来步实用化。缸内直喷式喷油器的喷射压力能达到50MPa左右,相对于以前的进气道喷射式来说是高压了。这种喷射方式的特点是能够提升燃油经济性和输出功率(图2-6)在气缸内直接喷射燃油,燃油产生的冷却效果也是值得期待的。并且,汽油直喷发动机还具有可提升压缩比、耐爆震性高、空气填充效率高等优势。
(2)燃油喷射系统的控制
(a)喷油量和喷油时间的控制
观察进气道喷射式的汽油发动机的喷油量和喷油时间的控制。图27为常规的汽油燃油喷射系统。
发动机ECU将喷油量换算为喷油时间(Ti),并输出给喷油器。为了确定该喷油时间(Ti),需要三个条件,分别为基本喷油时间(Tp)、反馈修正量瞬态修正。
首先,依据进气量(Ga,）和发动机转速(Ne),将一次燃烧所需燃油量换算为喷油时间(Tp)。接着,结合瞬态时目标空燃比的偏差、氧传感器的反馈修正量,使基本喷油时间(Tp)与目标理论空燃比时的一致。
但是,发动机在启动时或需要高输出功率时,有时也会增量喷射。表2-1为启动时、启动后等对应运转工况的控制思路的总结。
（b)空燃比反馈控制
发动机的排气中包含了HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)、NO,(氮氧化物)等有害成分。为了减少这些有害成分,需要安装催化器对排气进行后处理。目前,最常用的就是三元催化器,该催化器具有同时进行CO及HC的氧化反应和NO,的还原反应,并转换为无害的CO2(二氧化碳)、H2O(水)、N(氮)的功能。三元催化器将排出气体的空燃比控制在理论空燃比附近的较小范围内,能获得高净化率(图28)。
因此,即使进行调节修正,也需要将空燃比始终保持在理论空燃比附近。为了实现这个目的,在排气歧管中安装了氧传感器。氧传感器用于检测排气中的氧气浓度,以理论空燃比为分界,其输出电压变化较大。通过检测该输出电压,判定混合气是过浓还是过稀,并用于修正喷油量的空燃比反馈控制。但是,氧传感器以理论空燃比为分界,电压是急剧变化的。所以,如果需要实现更高精度的空燃比反馈控制,则应使用空燃比与传感器的饱和电流呈线性变化的线性A/F空燃比)传感器(图2-9)。
（c)燃油喷射正时控制
燃油喷射正时控制是指依据发动机转速和负荷切换喷油开始的时间,在进气门打开之前控制喷油结束的时间。其目的是防止进排气门的重叠(气门开启时间重叠)导致喷射的燃油进入排气歧管中;加速燃油的蒸发时间,防止燃油蒸发前点火引起未燃HC的增加等。
(3)燃油喷射系统的构成
燃油喷射系统的构成分为燃油系统、进气系统、排气系统,如图2-10所示。
燃油系统中以喷油器为主,此外还有燃油泵模块等。进气系统包括可变进气系统、空气流量计、电子控制节气门、加速踏板模块等。排气系统包括氧传感器三元催化器等。
此处,以空气流量计为示例进行介绍。空气流量计是直接测量发动机进气量的传感器(图2-11)。目前常见的热丝式空气流量计是将发热体置于空气流中,依据失去的热量来计算进入的空气量。其原理是检测空气的质量流量,其特点是不受气压、气温等影响。近年来,开发出利用MEMs( Micro ElectroMechanical System微机电系统)技术的空气流量计,其响应速度快且电力消耗低。
