汽油缸內(nèi)直噴噴油器控制原理及波形分析

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、瞬態(tài)響應快等特點，并且還能夠利用多次噴射實現(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用，本文主要是針對缸內(nèi)直噴噴油器的控制原理以及控制的波形進行了詳細的分析。

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)動機燃油噴射系統(tǒng)對于燃油噴射的精度要求越來越高，傳統(tǒng)的進氣歧管的燃油噴射方式是直接將汽油噴射在進氣歧管的內(nèi)壁，由于汽油蒸汽在進氣歧管的內(nèi)壁表面具有積分的效應，因此，發(fā)動機控制模塊很難精確的控制每一次進入發(fā)動機氣缸內(nèi)的燃油量，并且在發(fā)動機冷啟動的階段，由于大量的燃油蒸汽會附著在進氣歧管的內(nèi)壁，為了保證發(fā)動機的順利啟動，發(fā)動機控制模塊會額外的噴入更多的燃油，從而造成燃油的浪費。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，同時缸內(nèi)直噴的噴油器還具有燃油霧化效果好、升功率高、瞬態(tài)響應快、油耗低等優(yōu)點，因此，這種燃油噴射方式在汽車上得到了越來越廣泛的應用。

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]。當噴油器的電磁線圈未通電的時候，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，這個時候噴油器處于關(guān)閉的狀態(tài)，不會向氣缸內(nèi)噴射燃油;當噴油器的電磁線圈通電的時候，噴油器的軸針在電磁線圈的電磁力的作用下會克服回位彈簧的彈力以及燃油的壓力向上運動，然后，噴油器的軸針會與噴油器軸針的密封座分離，此時，噴油器會處于開啟的狀態(tài)，當噴油器通電打開的時候，高壓燃油導軌內(nèi)部的燃油就會從噴油器軸針密封座的間隙處噴射出去。當切斷噴油器電磁線圈中的電流的時候，電磁線圈中的電磁力會消失，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，每一個噴油器上面都有兩根線，噴油器上面的兩根線是通過一個代號為X160的插頭連接到了K20發(fā)動機控制模塊上面。

歧管噴射的噴油器上面也有兩根線，如圖3所示，其中的一根線也是連接到了發(fā)動機控制模塊上面，另一根線是直接由繼電器通過保險絲提供的12伏蓄電池電壓，連接到發(fā)動機控制模塊上面的那根線是噴油器的控制線，這根線是連接到了發(fā)動機控制模塊內(nèi)部的一個低電平參考電壓上面，當控制線和發(fā)動機控制模塊內(nèi)部的低電平參考電壓接通的時候，噴油器就會打開噴油。

缸內(nèi)直噴的噴油器和歧管噴射的噴油器在控制方式上有很大的不同。缸內(nèi)直噴噴油器的1號線連接到了發(fā)動機控制模塊內(nèi)部的低電平參考電壓上面，噴油器的2號線連接到了發(fā)動機控制模塊內(nèi)部的高電平參考電壓上面。當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時使用示波器去測量噴油器的1號線和2號線之間的波形的時候（示波器的紅色探頭接2號線、示波器的黑色探頭接1號線，如圖4所示），會得到如圖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階段，第一個階段是一條電壓為0伏的直線，在這個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]。

第二個階段表示的是噴油器內(nèi)部的軸針快速的開啟，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），因此為了實現(xiàn)噴油器軸針的快速開啟，需要使用65伏的電壓作用在噴油器內(nèi)部的電磁線圈上面，65伏的電壓是由發(fā)動機控制模塊內(nèi)部的升壓電容所提供的，在這一階段噴油器內(nèi)部電磁線圈上面的電流能夠達到10安培左右，同時，我們還可以觀察到65伏的電壓并不能一直保持恒定，會逐漸的降低，這是因為發(fā)動機控制模塊內(nèi)部的升壓電容在放電的過程中電壓會逐漸的衰減所導致的。

第三個階段是一個調(diào)整階段，當發(fā)動機控制模塊用65伏的高電壓把噴油器打開過后，接著會使用12伏的電壓保持噴油器的開啟，保持噴油器開啟的電流大約在3安培左右，這是因為拉動噴油器軸針開啟所需要的電磁力很大，而一旦噴油器的軸針被拉動過后，維持噴油器開啟的電磁力是比較小的。

第四個階段是維持噴油器開啟的階段，這個階段是噴油器開啟的主要階段，在這個階段發(fā)動機控制模塊會使用PWM脈寬調(diào)制信號將噴油器電磁線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圈長時間通入大電流過后，產(chǎn)生過多的熱量燒毀噴油器的電磁線圈。

第五個階段為噴油器快速關(guān)閉的階段，在這個階段發(fā)動機控制模塊會在噴油器線圈的兩端加載一個方向的65伏電壓，這樣做的目的主要是為了抵消噴油器線圈斷電時候的電感，從而減小噴油器的關(guān)閉時間。

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

4 ?結(jié)語

缸內(nèi)直噴這種燃油噴射方式具有控制精準、瞬態(tài)響應快、油耗低、動力強等優(yōu)點，是目前汽油發(fā)動機燃油噴射的主要發(fā)展方向，缸內(nèi)直噴噴油器的電路控制原理與傳統(tǒng)的歧管噴射的噴油器有很大的不同，掌握缸內(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：

[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)動策略優(yōu)化[J].現(xiàn)代車用動力，2014（03）：1-4.

[2]任賀新.電感線圈的特性及其在汽車維修中的應用[J].汽車維護與修理，2019（23）：25-29.

[3]凱迪拉克XT5維修手冊.