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您了解汽车中最重要的技术是如何工作的吗?
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20 世纪 80 年代中期,随着新的加油方法的出现,化油器的长期统治开始衰落。电子燃油喷射系统(Electronic Fuel Injection – EFI)比其前身更加高效和经济,开始广泛应用于车辆制造并盛行至今。
它是一个集成电子系统,可以精确测量、调整和控制发动机燃油喷射的所有阶段。整个过程通过电子控制单元(ECU)进行优化,该单元接收来自各种传感器的数据并进行复杂的数学计算,以保持最佳的空气/燃油混合物,而不受外部因素的影响。
电喷之所以能迅速普及,有以下几个原因:
- 经济性:由于是电子系统,输送到发动机的混合气量始终是理想的,避免了不必要的燃油成本;
- 性能:由于系统精确计量混合物,燃烧效率更高,这转化为高于化油器系统提供的性能;
- 它不再需要使用阻风门:电子喷射消除了阻风门的使用,使发动机启动更快、更容易;
- 减少污染物:最后但并非最不重要的一点是,电子系统显着减少了污染物排放,考虑到造成这种影响的最大原因与燃烧过程中多余的燃料有关。
此外,电子系统的主要竞争对手是老式化油器,这极大地促进了电子喷射的大规模采用。
化油器对比电子喷射
在深入研究复杂而令人着迷的电子喷射系统之前,我们需要了解化油器系统和电子喷射系统的工作原理以及它们的主要区别。
化油器通过动态方式提供燃油控制,其中压力差随着气流控制阀的旋转而控制燃油流量。空气流量和燃油流量之间的关系本质上是机械调节的。
多年来,已经使用了各种方法来尝试为化油器系统中的不同操作条件提供某种形式的补偿。这些方法都没有电子注入那么有效。
在电子喷射系统中,化油器被取消。空气流量调节继续使用蝶形或阀门进行,但燃料的使用量由系统电子控制。供给发动机的燃油和空气的比例可以独立调节。
EFI 根据多个传感器提供的信息提供所需的燃油/空气混合物,这些传感器包括空气温度传感器、发动机温度、歧管压力传感器、氧气传感器、发动机转速传感器和节气门位置。
电子控制单元 (ECU) 执行优化燃油供应和点火系统所需的计算。 EFI 允许根据工况(海拔和温度)和发动机需求(节气门开度、冷启动、热启动等)连续调节空燃比。
配备电子喷射的发动机通常比化油器版本的发动机提供更大的功率和扭矩。在化油器中,很难在不同的转速范围内优化功率/扭矩,而电喷系统能够适应所有操作周期。
此外,电子喷射可以同时补偿其他因素以保持最佳性能。通常,喷射发动机比化油发动机多产生约 5% 至 10% 的能量。
电子喷射的工作原理
如果说汽车的心脏是发动机,那么可以说汽车的大脑就是发动机控制单元(ECU——Engine Control Unit)。 UCE 根据构成电子喷射系统的传感器收集的数据做出决策,从而优化发动机的性能。该中央单元负责执行对车辆操作至关重要的四项功能:
- 控制燃油混合比;
- 控制怠速转速;
- 调整并启动点火系统;
- 检查阀门控制(在某些情况下)。
在详细介绍 ECU 如何执行其任务之前,让我们先了解一下注入汽车的一滴汽油所经过的路径。在油箱中,燃油由电动泵吸入。该装置通过刚性燃油管线将汽油输送至分配管。
分配器末端的真空压力调节器可确保管中的燃油压力相对于入口压力保持恒定,并将多余的燃油送回油箱。直接连接到分配器的是喷射阀,喷射阀保持关闭状态,直到 ECU 决定将燃油输送到气缸。
通常,喷射阀有两个连接。一个通过激活继电器连接到电池,另一个连接到控制单元。当 ECU 决定将燃油输送到燃烧室时,会向喷油器发出电脉冲,喷油器闭合电路并向螺线管提供电流通道。
柱塞顶部的磁铁被电磁阀中电流产生的磁场吸引,导致阀门打开。一旦分配管中处于高压,打开阀门就会将燃油高速输送通过喷油器的喷嘴。阀门打开的时间以及输送到气缸的燃油量取决于 ECU 发送的脉冲宽度。
当您踩下油门踏板时,节气门位置传感器会向 ECU 发送信号。歧管压力传感器确定有多少空气进入进气歧管,并将该信息转发给控制单元。 ECU 使用此信息来决定应将多少燃油喷射到气缸中以维持化学计量混合物。
计算机不断检查节气门位置,测量进入系统的空气量,从而调整发送到喷射阀的电脉冲,确保注入适量的燃油。
此外,ECU 使用氧气传感器来确定排气中存在多少这种气体。废气中的氧气含量可以指示混合物的燃烧情况。在节气门位置传感器、歧管压力和氧气计之间,计算机调整传输到喷射阀的脉冲。
为了完美发挥作用,必须在发动机工作周期内非常精确的点上向火花塞提供电流。通过火花塞产生的火花根据活塞的位置进行了优化。这使得发动机能够最大限度地利用燃烧产生的气体膨胀做功。
根据来自气缸位置传感器(也称为旋转传感器)和上述其他传感器的数据,ECU 确定何时激活线圈,从而确定火花塞。 ECU 持续接收来自速度传感器的信息并使用它来优化点火。
这是一个非常复杂的系统,有许多组件协同工作。这就是为什么我们带来了一个小型简化图,其中包含所有系统成员及其在运营周期中各自的位置。
提高可靠性
尽管电子燃油喷射系统非常复杂且独创性,但它本质上比化油器系统更可靠。这源于其在整个运行周期中保持理想空燃比的能力。意外的发动机熄火、火花塞过度磨损以及与不成比例的混合物相关的其他问题都被消除。
除了需要不断调整之外,化油器往往需要更多维护。配备电子燃油喷射系统的发动机始终保持完美状态。这不仅提高了可靠性,还减少了获得令人满意的性能所需的日常维护量。
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