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摩托车发动机的电控燃油喷射技术(2)
来源:本站整理  作者:佚名  2015-01-20 11:14:03

    7 典型摩托车电喷系统的电磁喷油泵技术
    摩托车电喷技术采取电磁喷油泵技术,即利用电磁喷油泵技术,使压油、喷油过程一体化,避免了传统电喷系统中高压油管的安全隐患,而且结构相对小巧,能耗较低,如过去国内曾试验的一般电喷系统功率消耗大约在40 W以上,而采用电磁喷油方式功耗仅为20 W左右。
    电磁喷油泵的关键难题是解决电磁泵的喷油输出功率、高频工作响应速度和使用寿命。通过采用软硬件配合,实现了喷油泵供油频率达到300 Hz以上,相当于可以满足摩托车转速在18 000 r/min或36 000 r/min以上的供油(1个脉冲喷油1次或2个脉冲喷油1次);电磁泵的核心部件动磁芯由于采用特殊材料和特殊加工工艺,加上电磁泵本身特殊的专利结构设计,充分保证使用寿命超过整车使用寿命。利用过去的供货渠道,在保证产品质量的同时,实现了最低成本化。采取以上措施,可保证新型电喷系统在不增加功耗前提下,喷油输出功率更高。
    电喷的基本理论是在一定的空气进气量下,喷出相应的燃油量,从而实现最佳燃烧控制技术。但由于温度、气压、电压、湿度等外部环境变化,生产制造偏差及设备使用过程中的磨损等,均会导致车辆运行状况发生变化,所以需利用传感器不断地感受这些变化,从而控制系统不断修正控制指令。如果控制不好或传感器误判,也可能导致控制指令紊乱,使车辆性能受到影响。
    以直线电磁泵为基础的FAI技术,能够以高度集成的喷油系统实现高压高精度的燃油喷射控制,在满足排放法规要求的同时,还使最常用工况更为省油,冷起动和加速性能大幅改善,同时保持了较低的成本,可以被市场接受。
    电喷系统是通过不同的传感器感知各种工况和环境的变化以及骑乘者的意图,以数字化的精确方式向发动机提供最佳的燃油量和点火提前角。
    应用于中小排量发动机的不少尝试,长期以来一直存在技术和成本方面的难题。成本方面因为旋转式油泵、调压器、喷油器以及供电要求等很难解决,技术方面因为进气管压力波动等而喷油精度不高。由FAI喷射单元、ECU、节气门体、点火器、点火线圈、火花塞和各种传感器组成的FAI电喷系统,成功克服了上述困难。
    电子控制单元也叫ECU,是电喷系统的控制大脑,FAI电子控制单元主要由输入回路、A/D转换器、单片计算机CPU和输出回路4部分组成。从传感器来的信号,首先进入输入回路。在输入回路里,对输入信号进行预处理,一般是去除杂波、整形,再转换成输入电平,对模拟输入信号经过相应的A/D转换器,转换成数字信号后才能输入单片机,而数字信号可直接输入单片机。CPU进行分析计算后将执行指令通过输出回路传递到执行器,执行器包括点火器、FAI喷射单元和FAI指示灯等。
    传感器的功用是采集控制系统所需的信号,并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。开环FAI电喷系统采用的传感器有进气温度传感器、缸头温度传感器、转速传感器、节气门位置传感器,而闭环FAI电喷系统再加一个氧传感器。其中节气门位置传感器用于检测节气门开度大小;转速传感器采用原发动机的点火脉冲发生器,检测发动机的瞬时转速和曲轴相位;缸头温度传感器用于检测发动机缸头温度状态,判断发动机的热状态;进气温度传感器用于采集进气温度信号,修正大气密度的变化;氧传感器实时检测发动机排气中氧气的含量,以动态反馈修正喷油量,使混合气浓度始终处于理论当量比,保证发动机燃烧性能;自学习功能可以保证发动机即使在不能闭环控制时混合气浓度也处于最佳稳定状态,同时不受发动机运行时间、磨损等慢变过程的影响。
    燃油喷射单元采用电磁燃料喷射装置,其喷射能量源于电磁驱动的直线脉冲泵,脉冲电信号加给线圈产生的电磁能量,通过电枢和柱塞等脉冲式压缩燃油,产生(1~5) MPa的瞬态压力,经过喷油雾化喷嘴将燃料雾化喷出。因为FAI喷射单元将汽车电喷系统的油泵调压器喷油嘴功能高度集成,而驱动PWM波类似,通过调节驱动脉宽,可以调节输入系统的能量,从而准确控制喷油量。正是这个特点,使FAI电喷系统非常简单可靠,尤其适合于摩托车等单缸发动机。
    FAI喷射单元只在需要喷油时才消耗电力,与发动机的输出功率成正比,因此与磁电机的发电特性相适应,即在怠速工况耗电功率非常小,而全速全负荷耗电功率最大。
    以125 mL排量的发动机为例,怠速工况耗电功率小于4W,而全速全负荷时耗电量小于35W。这个特点使FAI电喷系统对摩托车的电系统电量平衡几乎没有影响,设计时基本不用特别考虑。喷油嘴部分采用外开式喷嘴,抗胶结和堵塞能力远高于传统孔式喷嘴,对油品和水都不敏感,故障少,寿命长。燃油通道中产生的燃油蒸气会严重干扰正常供油,因此FAI喷射单元设计了主动抑制燃油蒸气产生并能够产生排除蒸气动力的结构克服这个不利因素。足够流量的回油系统可以带走线圈工作和从动装置运动产生的热量,冷却燃料喷射装置可以减少蒸气和气抱的产生。回油带走的热量和燃油蒸气,在外设的油气分离器中分离,蒸气通过上部的排气泡管排出到燃油箱并放热凝结为液态燃油。这个排气泡系统保证了FAI喷射单元在高温大负荷工况的工作稳定,也保证了摩托车的热车再起动性能。

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