汽油缸内直喷喷油器控制原理及波形分析

余小龙

摘要：缸内直喷的喷油器能够将汽油直接喷射在气缸的内部，具有控制精准、瞬态响应快等特点，并且还能够利用多次喷射实现分层燃烧的功能，因此，目前缸内直喷的喷射方式得到了广泛的应用，本文主要是针对缸内直喷喷油器的控制原理以及控制的波形进行了详细的分析。

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.

关键词：缸内直喷喷油器;波形分析;控制原理

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

0  引言

随着油耗和排放法规的不断提升，汽油发动机燃油喷射系统对于燃油喷射的精度要求越来越高，传统的进气歧管的燃油喷射方式是直接将汽油喷射在进气歧管的内壁，由于汽油蒸汽在进气歧管的内壁表面具有积分的效应，因此，发动机控制模块很难精确的控制每一次进入发动机气缸内的燃油量，并且在发动机冷启动的阶段，由于大量的燃油蒸汽会附着在进气歧管的内壁，为了保证发动机的顺利启动，发动机控制模块会额外的喷入更多的燃油，从而造成燃油的浪费。而缸内直喷的喷油器是直接将汽油喷射在气缸的内部，喷油量的控制非常的精准，同时缸内直喷的喷油器还具有燃油雾化效果好、升功率高、瞬态响应快、油耗低等优点，因此，这种燃油喷射方式在汽车上得到了越来越广泛的应用。

1  缸内直喷喷油器的工作原理

缸内直喷的喷油器主要是由电磁线圈、回位弹簧、喷油器轴针、以及喷油器轴针密封座等组成，如图1所示[1]。当喷油器的电磁线圈未通电的时候，在回位彈簧的弹力以及喷油器内部的燃油压力的作用下，喷油器的轴针被压紧在喷油器轴针的密封座上面，这个时候喷油器处于关闭的状态，不会向气缸内喷射燃油;当喷油器的电磁线圈通电的时候，喷油器的轴针在电磁线圈的电磁力的作用下会克服回位弹簧的弹力以及燃油的压力向上运动，然后，喷油器的轴针会与喷油器轴针的密封座分离，此时，喷油器会处于开启的状态，当喷油器通电打开的时候，高压燃油导轨内部的燃油就会从喷油器轴针密封座的间隙处喷射出去。当切断喷油器电磁线圈中的电流的时候，电磁线圈中的电磁力会消失，然后，喷油器的轴针在回位弹簧的弹力以及燃油压力的作用下会重新与喷油器轴针密封座相接触，从而关闭喷油器。

2  缸内直喷喷油器的控制电路

缸内直喷喷油器的控制电路，如图2所示（2019款凯迪拉克XT5喷油器控制电路），电路图上的 Q17A、Q17B、Q17C、Q17D分别代表的就是一缸、二缸、三缸以及四缸的喷油器，从电路图上可以看到，每一个喷油器上面都有两根线，喷油器上面的两根线是通过一个代号为X160的插头连接到了K20发动机控制模块上面。

歧管喷射的喷油器上面也有两根线，如图3所示，其中的一根线也是连接到了发动机控制模块上面，另一根线是直接由继电器通过保险丝提供的12伏蓄电池电压，连接到发动机控制模块上面的那根线是喷油器的控制线，这根线是连接到了发动机控制模块内部的一个低电平参考电压上面，当控制线和发动机控制模块内部的低电平参考电压接通的时候，喷油器就会打开喷油。

缸内直喷的喷油器和歧管喷射的喷油器在控制方式上有很大的不同。缸内直喷喷油器的1号线连接到了发动机控制模块内部的低电平参考电压上面，喷油器的2号线连接到了发动机控制模块内部的高电平参考电压上面。当发动机运转时使用示波器去测量喷油器的1号线和2号线之间的波形的时候（示波器的红色探头接2号线、示波器的黑色探头接1号线，如图4所示），会得到如图5所示的波形。

3  缸内直喷喷油器波形分析

缸内直喷喷油器的波形一共分成了六个阶段，第一个阶段是一条电压为0伏的直线，在这个阶段喷油器两端的电压差为0，喷油器处于关闭的状态[2]。

第二个阶段表示的是喷油器内部的轴针快速的开启，由于缸内直喷的喷油器使用的是高压燃油喷射（燃油压力在20bar至200bar之间），因此为了实现喷油器轴针的快速开启，需要使用65伏的电压作用在喷油器内部的电磁线圈上面，65伏的电压是由发动机控制模块内部的升压电容所提供的，在这一阶段喷油器内部电磁线圈上面的电流能够达到10安培左右，同时，我们还可以观察到65伏的电压并不能一直保持恒定，会逐渐的降低，这是因为发动机控制模块内部的升压电容在放电的过程中电压会逐渐的衰减所导致的。

第三个阶段是一个调整阶段，当发动机控制模块用65伏的高电压把喷油器打开过后，接着会使用12伏的电压保持喷油器的开启，保持喷油器开启的电流大约在3安培左右，这是因为拉动喷油器轴针开启所需要的电磁力很大，而一旦喷油器的轴针被拉动过后，维持喷油器开启的电磁力是比较小的。

第四个阶段是维持喷油器开启的阶段，这个阶段是喷油器开启的主要阶段，在这个阶段发动机控制模块会使用PWM脉宽调制信号将喷油器电磁线圈上面的电流控制在3安培左右，这样做的目的主要是防止喷油器电磁线圈长时间通入大电流过后，产生过多的热量烧毁喷油器的电磁线圈。

第五个阶段为喷油器快速关闭的阶段，在这个阶段发动机控制模块会在喷油器线圈的两端加载一个方向的65伏电压，这样做的目的主要是为了抵消喷油器线圈断电时候的电感，从而减小喷油器的关闭时间。

第六个阶段表示的是喷油器完全关闭，在这个阶段喷油器电磁线圈两端的电压差为0，喷油器结束喷油。

4  结语

缸内直喷这种燃油喷射方式具有控制精准、瞬态响应快、油耗低、动力强等优点，是目前汽油发动机燃油喷射的主要发展方向，缸内直喷喷油器的电路控制原理与传统的歧管喷射的喷油器有很大的不同，掌握缸内直喷喷油器的控制电路以及控制波形的分析方法，能够帮助我们更加深刻的理解缸内直喷这种燃油喷射方式。

参考文献：

[1]宋睿智，居钰生，李骏，王建昕，袁亚飞，夏少华.汽油直喷喷油器驱动策略优化[J].现代车用动力，2014（03）：1-4.

[2]任贺新.电感线圈的特性及其在汽车维修中的应用[J].汽车维护与修理，2019（23）：25-29.

[3]凯迪拉克XT5维修手册.