余小龍

摘要：缸內(nèi)直噴的噴油器能夠?qū)⑵椭苯訃娚湓跉飧椎膬?nèi)部，具有控制精準(zhǔn)、瞬態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，并且還能夠利用多次噴射實(shí)現(xiàn)分層燃燒的功能，因此，目前缸內(nèi)直噴的噴射方式得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要是針對(duì)缸內(nèi)直噴噴油器的控制原理以及控制的波形進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

Abstract： the direct injection injector can inject gasoline directly into the cylinder， which has the characteristics of precise control and fast transient response. It can also use multiple injection to realize stratified combustion. Therefore， the direct injection mode has been widely used. This paper mainly focuses on the control principle and control waveform of the direct injection injector Detailed analysis.

關(guān)鍵詞：缸內(nèi)直噴噴油器;波形分析;控制原理

Key words： direct injection injector;waveform analysis;control principle

0 ?引言

隨著油耗和排放法規(guī)的不斷提升，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)對(duì)于燃油噴射的精度要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的進(jìn)氣歧管的燃油噴射方式是直接將汽油噴射在進(jìn)氣歧管的內(nèi)壁，由于汽油蒸汽在進(jìn)氣歧管的內(nèi)壁表面具有積分的效應(yīng)，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊很難精確的控制每一次進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的燃油量，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)的階段，由于大量的燃油蒸汽會(huì)附著在進(jìn)氣歧管的內(nèi)壁，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的順利啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊會(huì)額外的噴入更多的燃油，從而造成燃油的浪費(fèi)。而缸內(nèi)直噴的噴油器是直接將汽油噴射在氣缸的內(nèi)部，噴油量的控制非常的精準(zhǔn)，同時(shí)缸內(nèi)直噴的噴油器還具有燃油霧化效果好、升功率高、瞬態(tài)響應(yīng)快、油耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此，這種燃油噴射方式在汽車(chē)上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1 ?缸內(nèi)直噴噴油器的工作原理

缸內(nèi)直噴的噴油器主要是由電磁線(xiàn)圈、回位彈簧、噴油器軸針、以及噴油器軸針密封座等組成，如圖1所示[1]。當(dāng)噴油器的電磁線(xiàn)圈未通電的時(shí)候，在回位彈簧的彈力以及噴油器內(nèi)部的燃油壓力的作用下，噴油器的軸針被壓緊在噴油器軸針的密封座上面，這個(gè)時(shí)候噴油器處于關(guān)閉的狀態(tài)，不會(huì)向氣缸內(nèi)噴射燃油;當(dāng)噴油器的電磁線(xiàn)圈通電的時(shí)候，噴油器的軸針在電磁線(xiàn)圈的電磁力的作用下會(huì)克服回位彈簧的彈力以及燃油的壓力向上運(yùn)動(dòng)，然后，噴油器的軸針會(huì)與噴油器軸針的密封座分離，此時(shí)，噴油器會(huì)處于開(kāi)啟的狀態(tài)，當(dāng)噴油器通電打開(kāi)的時(shí)候，高壓燃油導(dǎo)軌內(nèi)部的燃油就會(huì)從噴油器軸針密封座的間隙處噴射出去。當(dāng)切斷噴油器電磁線(xiàn)圈中的電流的時(shí)候，電磁線(xiàn)圈中的電磁力會(huì)消失，然后，噴油器的軸針在回位彈簧的彈力以及燃油壓力的作用下會(huì)重新與噴油器軸針密封座相接觸，從而關(guān)閉噴油器。

2 ?缸內(nèi)直噴噴油器的控制電路

缸內(nèi)直噴噴油器的控制電路，如圖2所示（2019款凱迪拉克XT5噴油器控制電路），電路圖上的 Q17A、Q17B、Q17C、Q17D分別代表的就是一缸、二缸、三缸以及四缸的噴油器，從電路圖上可以看到，每一個(gè)噴油器上面都有兩根線(xiàn)，噴油器上面的兩根線(xiàn)是通過(guò)一個(gè)代號(hào)為X160的插頭連接到了K20發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊上面。

歧管?chē)娚涞膰娪推魃厦嬉灿袃筛€(xiàn)，如圖3所示，其中的一根線(xiàn)也是連接到了發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊上面，另一根線(xiàn)是直接由繼電器通過(guò)保險(xiǎn)絲提供的12伏蓄電池電壓，連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊上面的那根線(xiàn)是噴油器的控制線(xiàn)，這根線(xiàn)是連接到了發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊內(nèi)部的一個(gè)低電平參考電壓上面，當(dāng)控制線(xiàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊內(nèi)部的低電平參考電壓接通的時(shí)候，噴油器就會(huì)打開(kāi)噴油。

缸內(nèi)直噴的噴油器和歧管?chē)娚涞膰娪推髟诳刂品绞缴嫌泻艽蟮牟煌８變?nèi)直噴噴油器的1號(hào)線(xiàn)連接到了發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊內(nèi)部的低電平參考電壓上面，噴油器的2號(hào)線(xiàn)連接到了發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊內(nèi)部的高電平參考電壓上面。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用示波器去測(cè)量噴油器的1號(hào)線(xiàn)和2號(hào)線(xiàn)之間的波形的時(shí)候（示波器的紅色探頭接2號(hào)線(xiàn)、示波器的黑色探頭接1號(hào)線(xiàn)，如圖4所示），會(huì)得到如圖5所示的波形。

3 ?缸內(nèi)直噴噴油器波形分析

缸內(nèi)直噴噴油器的波形一共分成了六個(gè)階段，第一個(gè)階段是一條電壓為0伏的直線(xiàn)，在這個(gè)階段噴油器兩端的電壓差為0，噴油器處于關(guān)閉的狀態(tài)[2]。

第二個(gè)階段表示的是噴油器內(nèi)部的軸針快速的開(kāi)啟，由于缸內(nèi)直噴的噴油器使用的是高壓燃油噴射（燃油壓力在20bar至200bar之間），因此為了實(shí)現(xiàn)噴油器軸針的快速開(kāi)啟，需要使用65伏的電壓作用在噴油器內(nèi)部的電磁線(xiàn)圈上面，65伏的電壓是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊內(nèi)部的升壓電容所提供的，在這一階段噴油器內(nèi)部電磁線(xiàn)圈上面的電流能夠達(dá)到10安培左右，同時(shí)，我們還可以觀(guān)察到65伏的電壓并不能一直保持恒定，會(huì)逐漸的降低，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊內(nèi)部的升壓電容在放電的過(guò)程中電壓會(huì)逐漸的衰減所導(dǎo)致的。

第三個(gè)階段是一個(gè)調(diào)整階段，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊用65伏的高電壓把噴油器打開(kāi)過(guò)后，接著會(huì)使用12伏的電壓保持噴油器的開(kāi)啟，保持噴油器開(kāi)啟的電流大約在3安培左右，這是因?yàn)槔瓌?dòng)噴油器軸針開(kāi)啟所需要的電磁力很大，而一旦噴油器的軸針被拉動(dòng)過(guò)后，維持噴油器開(kāi)啟的電磁力是比較小的。

第四個(gè)階段是維持噴油器開(kāi)啟的階段，這個(gè)階段是噴油器開(kāi)啟的主要階段，在這個(gè)階段發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊會(huì)使用PWM脈寬調(diào)制信號(hào)將噴油器電磁線(xiàn)圈上面的電流控制在3安培左右，這樣做的目的主要是防止噴油器電磁線(xiàn)圈長(zhǎng)時(shí)間通入大電流過(guò)后，產(chǎn)生過(guò)多的熱量燒毀噴油器的電磁線(xiàn)圈。

第五個(gè)階段為噴油器快速關(guān)閉的階段，在這個(gè)階段發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊會(huì)在噴油器線(xiàn)圈的兩端加載一個(gè)方向的65伏電壓，這樣做的目的主要是為了抵消噴油器線(xiàn)圈斷電時(shí)候的電感，從而減小噴油器的關(guān)閉時(shí)間。

第六個(gè)階段表示的是噴油器完全關(guān)閉，在這個(gè)階段噴油器電磁線(xiàn)圈兩端的電壓差為0，噴油器結(jié)束噴油。

4 ?結(jié)語(yǔ)

缸內(nèi)直噴這種燃油噴射方式具有控制精準(zhǔn)、瞬態(tài)響應(yīng)快、油耗低、動(dòng)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是目前汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射的主要發(fā)展方向，缸內(nèi)直噴噴油器的電路控制原理與傳統(tǒng)的歧管?chē)娚涞膰娪推饔泻艽蟮牟煌莆崭變?nèi)直噴噴油器的控制電路以及控制波形的分析方法，能夠幫助我們更加深刻的理解缸內(nèi)直噴這種燃油噴射方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋睿智，居鈺生，李駿，王建昕，袁亞飛，夏少華.汽油直噴噴油器驅(qū)動(dòng)策略?xún)?yōu)化[J].現(xiàn)代車(chē)用動(dòng)力，2014（03）：1-4.

[2]任賀新.電感線(xiàn)圈的特性及其在汽車(chē)維修中的應(yīng)用[J].汽車(chē)維護(hù)與修理，2019（23）：25-29.

[3]凱迪拉克XT5維修手冊(cè).