任宇翔

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州 545000

汽油機電控技術能夠精確控制發(fā)動機在各工況下的空燃比和點火定時，改善混合氣體的形成、分配與燃燒，從而降低油耗和減少有害物質(zhì)排放。自20世紀60年代以來，美、德、日、韓等工業(yè)發(fā)達國家相繼研發(fā)出多種汽油機電控噴射系統(tǒng)，目前這些技術已經(jīng)很成熟;我國自20世紀90年代開始這些技術的研究，目前的技術水平還相對落后[1]。面對日益嚴格的排放法規(guī)，提高汽油發(fā)動機噴射系統(tǒng)電控化技術是我國汽車工業(yè)的重要發(fā)展方向。

1 發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)工作原理

電控燃油噴射系統(tǒng)是指由內(nèi)部集成控制單元對燃油噴射量、噴射時間等進行控制的一個工作程序。汽車燃料具有揮發(fā)特性，傳統(tǒng)的汽車控制系統(tǒng)將氣液混合狀態(tài)下的燃油通過化油器輸入的方式，對可燃原料進行輸出控制，但此類系統(tǒng)只能對燃料起到定向補給的作用，而不能精準控制各項燃料與空氣的混合比例。而電控燃油噴射系統(tǒng)的出現(xiàn)，可為系統(tǒng)本身提供多點位的燃油輸送渠道，并可對燃料的比例進行正確調(diào)節(jié)，以減少燃料在進給過程中的損耗，發(fā)揮出燃料自身的最大價值。電控燃油噴射系統(tǒng)一般由氣體導入模塊、油液噴發(fā)模塊、點火裝置、精細控制模塊等組成。電控單元是系統(tǒng)內(nèi)的主操控模塊，在電子信號的反饋傳輸下，直接對點火線圈發(fā)出指令，但在指令下達前期，系統(tǒng)內(nèi)的傳感裝置把當前車輛的信息傳遞到控制單元內(nèi)進行信息核對，然后經(jīng)由各模塊之間的協(xié)同工作模式，為噴油器與點火器提供燃料，以保證發(fā)動機的正常運行。

2 燃油噴射技術

2.1 進氣道噴射技術

隨著汽車技術的發(fā)展，在追求高性能、低污染的情況下，出現(xiàn)了進氣道燃油噴射系統(tǒng)（PFI）。其工作過程是將燃油噴在節(jié)氣門或進氣門附近，由氣缸壁的高溫和進氣閥打開時，廢氣回流的溫度促進形成混合氣體。與傳統(tǒng)化油器式發(fā)動機相比，進氣道燃油噴射系統(tǒng)提高了發(fā)動機的充氣效率，降低了燃油消耗和廢棄排放量，在發(fā)動機的轉速范圍內(nèi)，提高了發(fā)動機的運行穩(wěn)定性。進氣道噴射按噴油器的數(shù)量和位置分為單點和多點噴射。單點燃油噴射（SPI）又叫進氣道總管噴射，是指在多缸發(fā)動機的多個氣缸共用一個噴油器供油的噴油方式，也稱集中噴射（CFI）。單點噴射結構簡單，對電動燃油泵的要求低、維護簡單，經(jīng)濟性、動力性、排放性優(yōu)越，但不能保證節(jié)氣門后至進氣門的管壁上完全不產(chǎn)生油膜，也不能保證在所有的工況下保持最理想的混合氣分配。多點燃料噴射（MPI）是指在發(fā)動機的每個氣缸進氣門前面的進氣歧管上全都配備一個噴油器的噴油方式。這些噴油器由ECU控制且相互獨立工作，將燃油霧化成盡可能小的顆粒，提高燃油混合氣的品質(zhì)。

2.2 雙增壓分層直噴技術(TSI)

2006年大眾汽車公司推出2．0EA888系列發(fā)動機，其將渦輪增壓技術與FSI巧妙地結合，推出了TSI發(fā)動機。與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，大眾2．0TSI發(fā)動機體積、質(zhì)量明顯減小，在FSI技術的基礎上，安裝渦輪增壓器和機械增壓器，機械增壓可以保證在怠速狀態(tài)下為發(fā)動機提供增壓效果，彌補了渦輪增壓延時的缺點，是一種高效率的發(fā)動機增壓形式。同時其憑借新一代動力學優(yōu)化法，利用進氣氣流的分布狀態(tài)降低能量損耗，使渦輪增壓器能更快啟動、響應反應更靈敏。在低速時產(chǎn)生高扭矩，并在很寬的轉速范圍內(nèi)保持最大扭矩輸出，使動力輸出持續(xù)飽滿。在高負荷時，通過增加進氣量從而產(chǎn)生更高的動力，產(chǎn)生與大排量發(fā)動機相同甚至更優(yōu)的動力性能。

2.3 分層噴射FSI技術

FSI技術是將燃料直接噴入燃燒室，噴油嘴的位置由原來的進氣歧管處直接安裝在了燃燒室的上方，高壓電磁噴油嘴將燃油噴射時間控制在千分之一秒內(nèi)。所有氣缸共用一個蓄壓裝置——共軌系統(tǒng)。噴嘴對燃料供應的控制可以精確到毫秒，噴壓力高達11MPa，而歧管噴射系統(tǒng)的噴射壓力只在0．4MPa到0．6MPa之間。噴油嘴都噴射時間被控制在千分之一秒內(nèi)，將燃料在最恰當?shù)臅r間直接注入燃燒室，通過對燃燒室內(nèi)特殊的幾何形狀，讓混合氣能產(chǎn)生較強的渦流使空氣和汽油充分混合。然后使火花塞周圍區(qū)域能有較濃的混合氣，其他周邊區(qū)域有較稀的混合氣，保證了在順利點火的情況下盡可能地實現(xiàn)稀薄燃燒。這就是分層燃燒的精髓所在。

2.4 火花點燃直接噴射技術

火花點燃直接噴射技術（SIDI）是由美國通用汽車研究開發(fā)的一款缸內(nèi)直噴技術。SIDI用可變氣門缸內(nèi)直噴系統(tǒng)取代多點噴射燃料供給系統(tǒng)，將噴油器移到氣缸內(nèi)部，燃料通過高壓霧化噴入氣缸，與空氣混合進行燃燒，從而實現(xiàn)氣缸中的稀薄燃燒并提高發(fā)動機的效率。其具有較高的升功率、升扭矩，燃油經(jīng)濟性高、油耗低，有效降低了有害物質(zhì)的排放量，減少了震動和噪聲，延長了發(fā)動機的使用壽命。SIDI系列發(fā)動機還配備發(fā)動機管理模塊ECM和電子可變雙氣門正時技術D-VVT，可以根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)實時調(diào)整燃燒模式。當汽車處于起步或低速行駛狀況時，發(fā)動機電腦將控制噴油器采用分層燃燒模式，將燃油分層噴入氣缸內(nèi)的不同位置，確保燃料能完全燃燒；當汽車處于恒定速度行駛時，發(fā)動機電腦將控制噴油器采用均勻燃燒模式，以確保恒定的燃料燃燒效率[2]。

3 結語

汽油機在未來30年內(nèi)將繼續(xù)是轎車市場的主流產(chǎn)品，采用“軟噴射”或稱“噴霧引導”型缸內(nèi)直噴方法可以提高平均燃油效率15%。采用均質(zhì)壓燃技術可以使平均燃油效率提高25%～30%，汽油機熱效率提升潛力巨大。完善汽油機電控技術是車用發(fā)動機領域內(nèi)研究和發(fā)展的必然方向，汽油機電控噴射系統(tǒng)的應用使得車用發(fā)動機的性能得到全面提升，隨著汽車排放標準日益嚴格，電控汽油噴射技術的發(fā)展將是有效控制汽車排放污染物的有效手段。