汽车电控喷油器的研究与开发

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汽车电控喷油器的研究与开发

摘　要

随着社会的发展，科技的进步，特别是汽车业的迅猛崛起，电子控制系统的

应用势在必行。电子控制系统是一种用计算机控制发动机燃油供应量的装置。为了

满足日益严格的汽车排放法规，采用汽车电子燃油喷射技术已成为一个必然趋势。

它能精确地地计量燃油并形成喷雾。而在汽车电子燃油喷射系统中，最关键的零

件是电控喷油器,其作用在于根据 ECU 发出的喷油脉冲信号喷出适量的燃油，并

与进入气缸的空气混合形成浓度合适的混合气，来满足发动机不同工况对空燃比

控制的需要。

本课题主要是在分析了国内外现有成熟的电控喷油器发展状况，借鉴了国外

的产品样件，研发并设计出拥有高性能的电控喷油器，对于弥补国内不成熟的电

控喷油器研发技术具有重要意义。

本课题从剖析国外电控喷油器产品开始，分析并设计出各个零部件结构。然

后分析各零部件对电控喷油器整体性能的影响，优化结构，制作出几种样件。在

样件制作过程中，需要解决很多包括材质、设备、精度等关键问题。在测试制作样

件前，是依据 Delphi 的测试标准制定了企业性能测试标准。企业测试标准在我们

测试试制样件的过程中起到了关键性的作用。流量特性试验台和动态响应特性试

验台等的搭建，为我们测试电控喷油器的流量特性、动态响应特性、喷雾特性等几

个关键性能提供了平台。最后，对样件的关键性能测试结果进行了实验数据的对

比分析，得出电控喷油器的最优化结构。

关键词：电控喷油器电子控制技术流量特性动态响应特性

ABSRACT

With the development of society, the progress of technology, and especially the

development of automobile industry, the electromagnetic system is imperative. The

electromagnetic system is one kind of installment which makes the computer control

fuel. In order to satisfy the strict laws of emissions, using electromagnetic technology

becomes an inevitable trend,which can precisely measure the of fuel and form the

atomization. But, the most essential components in electromagnetic system is the

electromagnetic injector.It can contorl the opening and closing time of fuel according to

ECU, and accout the mass of fuel supllied precisely.

This topic mainly has been analyzing the development of electromagnetic injector

in foreign and domestic,and referencing the foreign sample and product workpiece.

researching and developing the high performance electromagnetic injector,which is very

important for unmature injector in domestic.

This topic starts from analyzing the electromagnetic injector of overseas, especially

the structure of every part.Then,analyzing the influence of perfotmace of

electromagnetic injector in various parts, optimize their structures, and manufactures

several kinds of samples. In the process of manufacturing samples , many key problems

need be solved, including the material, the equipment, the precision and so on. Before

the testing of samples,we formulated the enterprise standard of performance testing

according to the testing criteria of Delphi. The testing criteria plays the crucial role in

the process of trial of manufacturing samples.The building of platforms of the discharge

characteristic and the dynamic response is very useful for testing the discharge

characteristic, the dynamic response and spray characteristic,providing the platforms of

testing. Finally, collectioning the empirical datum , contrasting structures of the samples

of testing,and analyzing the performance of samples.,we obtains the optimized structure

of electromagnetic injector.

Key Words ：Electromagnetic injector,Electrically and controlling

technology,Discharge characteristic,Dynamic and

response characteristic

目　录

中文摘要
ABSRACT
第一章 绪　论..................................................................................................................1
§1.1 引言....................................................................................................................1
§1.2 汽车发动机的发展与前景................................................................................2
§1.2.1 化油器式发动机......................................................................................2
§1.2.2 电喷式发动机..........................................................................................3
§1.3 电控技术对发动机性能的影响........................................................................4
§1.4 电控喷油器开发的意义....................................................................................5
§1.5 电控喷油器目前的国内外先进水平................................................................5
§1.6 课题来源和论文主要研究内容........................................................................6
§1.6.1 课题来源..................................................................................................6
§1.6.2 本论文的主要研究内容..........................................................................7
第二章 电控喷油器的概述..............................................................................................8
§2.1 汽车电子燃油喷射系统及其应用....................................................................8
§2.1.1 汽车电子燃油喷射系统介绍..................................................................8
§2.1.2 汽车电子控制燃油喷射系统的分类......................................................8
§2.1.3 汽车电子燃油喷射系统的工作原理....................................................10
§2.2 喷油器的分类形式..........................................................................................11
§2.2.1 轴针式和球阀式喷油器........................................................................12
§2.2.2 饱和开关式、峰值保持式和脉宽调制式喷油器................................13
§2.2.3 高电阻式喷油器和低电阻式喷油器....................................................15
§2.2.4 底部供油式喷油器和顶部供油式喷油器............................................15
§2.3 电控喷油器的结构和工作原理......................................................................16
§2.4 本章小结..........................................................................................................17
第三章 电控喷油器结构对其性能的影响....................................................................18
§3.1 电控喷油器的结构及零部件的设计..............................................................18
§3.1.1 磁体组件的设计....................................................................................18
§3.1.2 阀座的加工和处理................................................................................20
§3.1.3 钢珠的设计............................................................................................21
§3.1.4 电磁线圈组件的设计及工艺处理........................................................22
§3.1.5 喷孔网的设计及设备工艺....................................................................23
§3.2 焊接工艺处理..................................................................................................24
§3.3 电控喷油器的特性..........................................................................................26
§3.3.1 电控喷油器的计算模型........................................................................26
§3.3.2 电控喷油器的工作特性........................................................................27
§3.3.3 电控喷油器的流量特性........................................................................28
§3.3.4 电控喷油器的基本评价........................................................................28
§3.4 本章小结..........................................................................................................30
第四章 电控喷油器企业标准的制定............................................................................31
§4.1 企业性能测试标准..........................................................................................31
§4.2 电控喷油器的工作条件..................................................................................32

§4.2.1 电控喷油器工作温度的要求................................................................32
§4.2.2 电控喷油器振动加速度方面的相关要求............................................32
§4.3 电控喷油器的测试方法..................................................................................33
§4.3.1 喷雾分布测试........................................................................................33
§4.3.2 电控喷油器的最小开启电压测试........................................................35
§4.3.3 电控喷油器的泄漏测试........................................................................36
§4.3.4 电控喷油器的绝缘电阻测试................................................................38
§4.4 电控喷油器的可靠性和耐久性测试..............................................................39
§4.4.1 随机振动测试........................................................................................39
§4.4.2 冲击测试................................................................................................39
§4.4.3 高温储存测试........................................................................................39
§4.4.4 温度循环测试........................................................................................40
§4.4.5 腐蚀性测试............................................................................................40
§4.4.6 耐久性测试............................................................................................41
§4.5 本章小结..........................................................................................................41
第五章 电控喷油器的关键性能测试............................................................................42
§5.1 流量特性测试..................................................................................................42
§5.1.1 测试原理................................................................................................42
§5.1.2 测试条件................................................................................................42
§5.1.3 测试过程................................................................................................43
§5.1.4 样件测试结果........................................................................................44
§5.2 动态特性测试..................................................................................................47
§5.2.1 电控喷油器的喷射过程分析................................................................48
§5.2.2 电控喷油器动态参数/的测试系统................51
§5.2.3 测试结果分析........................................................................................59
§5.3 本章小结..........................................................................................................59
第六章 研究成果及后续工作........................................................................................61
§6.1 课题研究工作总结..........................................................................................61
§6.2 下一步工作展望..............................................................................................61
参考文献.........................................................................................................................62

第一章绪论

第一章绪　论

§1.1 引言

近20 年来，汽油喷射发动机在汽车上得到较为广泛的应用，它既可以降低发

动机的排放，又可以提高发动机的动力性。进入 90 年代后，电子控制汽油喷射发

动机在美国﹑日本﹑德国等发达国家中已经取代了传统化油器式的汽车发动机。

在电子控制燃油喷射装置[1]中，精确地计量燃油并形成喷雾最重要的零件是

喷油器，要求它具有宽广的流量直线性。

电控喷油器最早是由美国本迪克斯（Bendix）公司在1957 年提出的。而作为

正式产品出现是 1967 年，它是由波许（Bosch）公司研制成功的，作为 D型喷射

装置的部件之一，装在伏克斯瓦根牌的VW 车上。

电磁线圈通电时，电磁吸力将阀打开，开始喷油，当线圈断电时，阀在弹簧

反力的作用下落座，停止喷油。依靠通电时间来调节喷油量，这是电控喷油器的

最基本型式。

作为正式产品生产的波许公司的喷油器是采用针阀式结构。这种喷油器至今

一直处于主导地位。它在原理上同本迪克斯的喷油器一样，都属于内开式电磁阀。

但在细微结构上有很多改进。首先，使针阀组件同产生电磁吸力的电磁机构相互

独立出来。针阀升程由挡板决定，弹簧反力可在喷油器装配后调整；其次，针阀

尖端的喷孔形状可形成良好的喷雾。

为了改善针阀的动特性，提高喷油器的动态范围，日本爱三把针阀式结构改

为球阀式。由于球阀具有自动调心的特点，可缩短阀导向部分的长度，使阀重减

少50%以上，改善了喷油器的响应特性，扩大了喷油器的动态流量范围。为了提

高发动机的性能，出现过一缸有两个进气门的发动机。与之相适应，也出现了具

有两个喷孔的喷油器。

自1985年以来，尤其是在美国，出现了喷油器计量孔处产生沉积物，使喷油

器流量减少的问题。一种沉种物是和硫酸盐连在一起的胶质，通常是烯烃氧化﹑

特别是不稳定裂化成分的产物。另一种沉积物由无机盐组成，主要出现在欧洲，

这是由于汽油中不仅含有杂质盐，而且含有大量的甲醇所致。汽油机喷油器积碳

堵塞，会对汽车发动机的运转造成很大影响，如怠速不稳、加速迟缓、耗油量增大

等，严重影响汽车性能的发挥，同时会造成机件的损耗，增加不必要的费用，给

企业经济效益带来一定的影响。特别是采用电子控制燃油喷射发动机的车辆，进

行库存或停驶前，如果不对喷油器进行合理维护和保养，将导致日后车辆复驶时

出现车辆怠速不稳、加速迟缓、耗油量增大等故障现象。

汽车电控喷油器的研究与开发

随着环保节能法规的日益严格，世界范围内对高性能电控喷油器的需求将大

大增加，我国作为世界上最重要的汽配和摩托车生产基地，迅速掌握电控喷油器

的核心技术，满足国内外市场需求，对于增强企业自主创新能力，提高国际际竞

争力将具有重要作用。

针对以上电控喷油器的发展过程，不难发现，电控喷油器结构的差异直接影

响到整体的性能。由于电控喷油器是接受微控制器发出的喷油脉冲来精确计量燃

油。为达到精确计量的目的,要求喷油器具有宽广的流量直线性。

因此，设计电控喷油器的结构，要通过喷油的响应时间﹑流量特性和喷雾特

性等方面综合考虑来不断优化喷油器的结构。借鉴国外成功的经验，研制一种新

型的电控喷油器结构，获得高性能的喷射要求，加快我国在电控喷油器方面的自

主研发进程，对以后的研究具有很大的作用。

§1.2 汽车发动机的发展与前景

汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏——发动机技术的进步显得更受

关注。如今介绍一辆汽车的发动机时：可变气门正时技术，双顶置凸轮轴技术，

缸内直喷技术，VCM 汽缸管理技术，涡轮增压技术，等等都已经运用的相当广

泛；在用料上也是往轻量化的方向发展：全铝发动机目前的应用已经非常广泛；

汽车的污染也是不可避免，于是新能源技术，包括柴油机的高压共轨，燃料电池

混合动力，纯电动，生物燃料技术也已经有普及的趋向，但回顾一下发动机的历

史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。汽车技术的迅猛发展

从我国的汽车教材也能看出端倪：新技术的发展已经让汽车教材难以跟上步伐！

如今大部分汽车教材还是以东风汽车的发动机来作为范例，而东风发动机还是带

化油器的老式发动机，与如今全电子化的发动机简直就隔了几个世纪。发动机的

工作形式确定后，就是发动机技术的完善了，随着时间的推移，好多发动机的经

典设计都已经不能满足人们的需求了。

§1.2.1 化油器式发动机

化油器最早诞生于1892 年，由美国人杜里埃发明。随着技术的演进，化油器

功能愈加完备，直到上个世纪中后期，化油器已经分为五部分：主供油系统、起

动系统、怠速系统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统。五部分的作用在于：

根据发动机在不同情况下的需要，将汽油气化，并与空气按一定比例混合成可燃

混合气，及时适量进入气缸。

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汽车电控喷油器的研究与开发摘　要随着社会的发展，科技的进步，特别是汽车业的迅猛崛起，电子控制系统的应用势在必行。电子控制系统是一种用计算机控制发动机燃油供应量的装置。为了满足日益严格的汽车排放法规，采用汽车电子燃油喷射技术已成为一个必然趋势。它能精确地地计量燃油并形成喷雾。而在汽车电子燃油喷射系统中，最关键的零件是电控喷油器,其作用在于根据ECU发出的喷油脉冲信号喷出适量的燃油，并与进入气缸的空气混合形成浓度合适的混合气，来满足发动机不同工况对空燃比控制的需要。本课题主要是在分析了国内外现有成熟的电控喷油器发展状况，借鉴了国外的产品样件，研发并设计出拥有高性能的电控喷油器，对于弥补国内不成熟的...

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