(2-4)燃油供给系统.ppt

现代汽车概论 主讲人 吴跃成 第二章汽车发动机2 4燃油供给系统 内容 2 4 1汽油机的燃油供给系统2 4 2电控汽油喷射系统 EFI 2 4 3柴油机的燃油供给系统 要求 1 掌握汽油机燃油供给系统的作用和组成 2 了解混合气的基本知识 3 掌握燃油滤清器的作用 4 了解化油器的组成和混合气的形成过程 5 掌握电控汽油喷射系统的组成和优点 6 了解柴油机燃油供给系统的组成 第二章汽车发动机2 4 1汽油机燃油供给系统 作用 1 储存燃油 过滤后输送给发动机 2 根据发动机不同的工作状况 及时地 足量地配制合适的可燃混合气 组成 由汽油箱 汽油滤清器 汽油泵 输油管和化油器等组成 混合气基本知识 混合气 燃油与空气按一定比例混合 雾化而成的混合物 称为可燃混合气 简称混合气 混合气浓度 混合气中燃油与空气的质量比 混合气的浓度和雾化程度对发动机的动力性 经济性和排放性能具有极重要的影响 表征混合气浓度的参数有两个 空燃比A F 即空气质量与燃油质量的比值 理论上 1kg汽油完全燃烧约需15kg空气 准确数量与汽油的品质有关 过量空气系数 燃烧1kg燃油实际供给的空气量 质量 与理论所需空气量 15kg 的比值 混合气基本知识 引出三个定义 标准混合气 空然比A F 15的混合气 过量空气系数 1的混合气 浓混合气 若A F 15 或 1时的混合气 稀混合气 若A F 15 1时的混合气 实验证明 能维持发动机正常运转的混合气浓度为A F 7 20 0 45 1 35 发动机不同的工况对混合气的浓度要求是不一样的 起动工况 转速过低 温度过低 燃油雾化差 需要最浓混合气 A F 7 5一9 0 怠速工况 油门开度太小 废气含量高 燃烧速度慢 也需要浓混合气 A F 9 0 10 0 小负荷 需较浓混合气 A F 10 12 中等负荷 需较稀的经济混合气 A F 15 18 中大负荷 需要标准混合气 A F 14 5 16 5 大负荷和加速工况 需较浓混合气 A F 12 5 14 5 此时要充分利用空气发出最大功率 燃油没有充分燃烧 汽油箱 汽油箱 贮存汽油 其容量一般可供汽车行驶300 600km 汽油箱总成包括箱体 油箱盖 油量指示传感器等 油箱盖 一般采用装有空气阀和蒸汽阀 燃油滤清器 作用 1 过滤油中的杂质 2 油 水分离 滤芯是由纸质 尼龙 陶瓷和金属等材料制成的 汽油泵 汽油泵 将汽油从油箱中吸出 经输油管路和汽油滤清器压送到化油器的浮子室 汽油泵可分为 机械驱动膜片式 一般安装在缸体侧面 由凸轮轴上的偏心轮带动膜片往复运动 与膜片上方的进油 出油两个单向阀配合 便可将油泵出 电驱动式 一般安装在油箱里 活塞式的由电磁线圈驱动 离心式的由小型电动机驱动 化油器 作用 根据发动机的不同工况 及时 足量地配制合适浓度的混合气 简单化油器组成 主要由气流通道和浮子室两部分组成 喉管 在气道中 截面积变小的部分 节气门 即油门 在喉管下面 由驾驶员脚下的油门踏板控制 怠速工况 节气门接近水平时 接近关闭 有效截面积最小 全负荷工况 节气门直立时为全开 有效截面积最大 油门开度 气门平面的倾斜度 化油器 浮子室 作用 临时贮油 组成 浮子和针阀 浮子 是用塑料或薄铜板制成的密闭气囊 浮子作用 把浮子室的油平面控制在一定的高度范围内 喷油管 浮子室通向气道喉管部分 喷油管喷口的高度高于浮子室内的油平面 所以发动机不工作时 汽油不会自行溢出 混合气的形成过程 原理 流体力学中的伯努利方程 同一流线上的流体各点 当总压头和高度压头相等时 流速越大的地方 压力越低 形成过程 因此 在喉管处 有一定的真空度 于是 浮子室内的汽油便被吸出并从喷口喷出 同时被高速流动的气流粉碎成雾状小珠滴进入进气歧管 进气歧管内的真空度 高速气流和温度 排气管传来的 使汽油小珠滴很快蒸发 没有蒸发完的汽油到达汽缸后 甚至在压缩行程中直到点火前仍在蒸发 全部 或绝大部分 汽油小珠滴都蒸发成分子状态 并与空气混合 完成了混合气的形成过程 简单化油器 但这种化油器仍不能直接用于汽车发动机上 原因是 1 当主喷管里主量孔截面积一定时 所形成混合气的浓度变化范围较小 2 是在低转速时浓度较小 高转速时浓度加大 这与汽车行驶工况要求不吻合 因此 只要合理调整喷油管的有效截面积 就能把混合气浓度限制在基本能满足发动机要求的范围内 改进后的化油器 改进后的化油器主要包括 进油装置 主供油装置 加浓装置 加速装置 怠速供油装置和起动装置等 主供油系统 进油装置即浮子 浮子室及针阀 主供油装置即主喷管和主量孔 它们都与简单化油器相似 加浓装置 工作时期 大负荷 基本原理 在油门开度接近70 一80 时 再打开一个进油量孔 副量孔 两个量孔同时向主喷管供油 起到加浓作用 加速装置 工作时期 加速工况 工作原理 在浮子室里设置一活塞式油泵 活塞的运动受司机的油门踏板控制 在司机加大油门的过程中 也推动了加速泵的活塞 于是活塞筒里的汽油便被压出 喷到进气道里 怠速供油装置 工作时期 怠速工况 工作原理 将浮子室里的汽油引到节气门的下面 从小孔里将油喷到进气管 起动装置 工作时期 起动工况 工作原理 在喉管上方设置一蝶形阀 叫阻风门 在起动过程中 特别是冷起动过程中 要求混合气浓度很高 而这时由于转速太低 喉管里的真空度太低 无法达到所要求的浓度 若这时适当关闭阻风门 就会增大喉管里的真空度 因而也就提高了混合气浓度 就容易将发动机起动着火 淹缸 化油器的形式 单腔化油器 双腔化油器 每个气道内都有独立的喉管和喷管 量孔等零件 称作双腔化油器 双腔化油器的副腔一般在负荷达70 一80 时才参与工作 较好地改善了大负荷时的工作性能 还有的化油器带有温度补偿 大气压力补偿 甚至用电子装置控制供油量 但无论怎样改进 靠气流真空度将汽油吸出来与空气混合的本质没有变 化油器存在缺陷 1 所配制的混合气的质量 雾化程度 无法进一步提高 2 不能以最快速度满足发动机工况变化对混合气数量的要求 3 无法满足节能和排放控制的要求 目前正逐渐被淘汰 第二章汽车发动机2 4 2电控汽油喷射系统 第二章汽车发动机2 4 2电控汽油喷射系统 第二章汽车发动机2 4 2电控汽油喷射系统 在进气通道内设置汽油喷射器 用压力将汽油喷射进气流中 1 优点 任何工况下都能获得合适的可燃混合气浓度 配制的混合气雾化 混合均匀性好 燃烧充分 并由此带来功率上升 油耗下降 排放污染降低 发动机的起动性 加速性良好 兼起点火控制功能 能使点火时刻总保持在最佳值附近 带有自诊断功能 电控装置能不断检测各传感器和控制器的工作状况 当出现故障时能用代码的方式显示故障名称 安全保障功能 若各传感器输入的信号严重不正常 电控单元能按内存的固定数值维持发动机工作 2 EFI的分类 按喷油器数量 单点喷射和多点喷射 按喷射位置 缸外喷射和缸内喷射 按喷射方式 连续喷射和间歇喷射 按喷油顺序 分组喷射和同时喷射 一般说 单点喷射 喷油器是安装在节气门上方 而且是连续喷射 多点喷射 一缸一个喷油器 安装在进气门前 采用间歇顺序喷射 3 EFI的组成 其硬件结构大致分为进气系统 气路 燃油系统 油路 和控制系统 电路 三部分 进气系统 增加了空气流量计和空气调节阀 空气流量计是在气道内设置一个带有弹性转轴的挡板 在空气流过时 挡板转过一定的角度 弹簧力矩与风力力矩平衡 因此挡板转过角度即表达了气流的速度和有效截面积 测量这一转角和进气温度 就可计算出空气流量 质量 空气调节阀则是怠速时空气流经的旁通阀 燃油系统 燃油系统 与化油器式供油系统比较 多了一个喷油压力调节器 一支回油管 电动汽油泵泵出的汽油压力约0 28MPa 经过滤清器后压力有所下降 压力调节器内有调整弹簧 通过调整弹簧预紧力可设定溢流压力 溢流压力一般可为0 22MPa左右 高于此压力即将汽油流回油箱 电控系统 主要由传感 控制和执行机构三部分构成 传感器 在现代汽车的EFI中 多达数十个传感器 这些传感器比较全面地把发动机的信息传递给ECU 为ECU进行计算分析 判断和发出指令提供依据 进气温度 压力和空气流量计提供了单位时间内的进气质量 冷却水温度反映了发动机的温度 是计算喷油量的参数之一 电瓶电压 曲轴转角位置 发动机转速 爆燃传感器都是控制点火必不可少的参数 机油的压力和温度反映了润滑状况 节气门位置反映了发动机的负荷 记录和比较一定时间间隔的节气门位置变化情况 可判断加速 减速工况 点火开关的位置可判定起动与否 车速传感器和变速器挡位传感器 反映了整车行驶状况 由燃油温度和燃油压力传感器信号可计算喷油器开启时间 排气温度和安装在排气管中的氧传感器反映了燃烧状况和混合气浓度是否合适 传感器 ECU EPROM里存有程序和数据 以及自诊断等各种软件 不同型号的发动机上配备的EFI的硬件差别不大 但软件可能差别较大 ECU 执行机构 在执行机构中主要是控制喷油器 喷油器实际是带有喷嘴的汽油电磁阀 在EFI中 喷油时刻不是重要的 因为它不像柴油机那样即喷即燃 4 EFI的控制 不同厂家生产的EFI在硬件方面大同小异 但控制方法及控制软件差别较大 甚至是核心技术 现以多点顺序分组喷射为例简介如下 EFI的控制过程一般都是闭环控制 4 EFI的控制 根据点火开关的位置判断起动工况 再根据冷却水的温度和润滑油温度判断是否冷起动 根据节气门位置判断是否怠速 再根据发动机转速判断是正常怠速还是快怠速 由油门的大小 发动机转速 汽车车速判断发动机负荷 由曲轴位置决定喷油时刻 由爆震传感器信号决定点火时刻 4 EFI的控制 确定所需混合气浓度一般采用查表的办法 大量的试验数据 曲线 储存在EPROM中 这些试验数据是表征发动机的各种工况对混合气的质量和数量的最佳需求 用表格的形式存储 一般只适用于特定使用环境下的某种型号的发动机 当发动机的参数改变时 或者使用环境发生变化时 这些数据都要作相应的调整 发动机每循环一个缸里的进气量 质量 是根据进气温度传感器 进气压力传感器 空气流量传感器及发动机转速计算出来的 有速度一密度法 质量流量法等计算方法 4 EFI的控制 基本喷油量是根据进气量和最佳混合气浓度计算出来的 补充喷油量是特殊工况的修正量 例如在冷起动 大负荷 加速 过渡工况 电压不足等都需要额外加浓 控制喷油器工作就是控制喷油器的喷油时刻和喷油量 喷油持续时间 它是通过继电器或功率放大电路给喷油器的线圈通电 打开喷嘴 实施喷油 喷油持续时间越长 喷油量越大 利用氧传感器检测废气中的含氧量 是EFI的反馈装置 对以后的喷油量进行调节 4 EFI的控制 将发动机EFI的控制过程和控制方法编制成程序即为软件 软件由存储数据 计算与控制程序 自诊断程序三部分组成 存储数据是通过大量试验获得的 它们给出了发动机各种工况所需的最佳混合气浓度 用表格的形式存于控制单元的EPROM中 当ECU判断出发动机工况后即可由此查出 或用插值法求出 该工况时的最佳混合气浓度 计算与控制程序是软件的核心 不同的模型和控制方法编出的控制程序可能完全不同 4 EFI的控制 自诊断程序叫OBD OnIkxlluDagncotiC 它在工作过程中不断检测整个系统中的硬件 软件和传感器 若某个部位连续若干次异常 即判断其有故障 并用数字的形式显示在显示器上报警 这种用来表示故障的数字叫故障码 如某电控单元用 11 表示电控单元的电源出现短时间中断 4 EFI的控制 还有些EFI装备有安全保障系统 当某一部位 如某传感器 出现故障时 若ECU仍以正常方式控制发动机 就可能使发动机性能变差 甚至导致更严重的故障 安全保障系统能在这种情况下不采用传感器的信号 而使用存储器内的数值 缺省值 保证发动机继续工作或者停机 发动机安全保障系统还有一个备用系统 当汽车在远郊外而EFI出现恶性故障时 为防止 抛锚 可启用备用系统 维持发动机运转 但不能获得良好的动力性 经济性和排放性能 5 EFI小结 总之 电控汽油喷射系统是汽油机供给系统的重大改进 它大大改进了汽油发动机的性能 但由于其结构复杂 特别是ECU部分 包括软件 使得制造成本和售价相对提高 同时也对维修人员提出了更高的要求 随着汽车技术的进步和对环境保护工作的加强 由EFI代替化油器已成为必然趋势 第二章汽车发动机2 4 3柴油机燃料供给系统 第二章汽车发动机2 4 3柴油机燃料供给系统 柴油与汽油相比 黏度大 挥发性差 不可能用化油器在气缸外部与空气混合形成满足燃烧要求的可燃混合气 因此 都采用高压喷射的办法 柴油机在进气过程中进入气缸的是纯空气 其压缩比也远大于汽油机 在接近压缩冲程终了时 缸内压力和温度都比较高 压力可达3 3 5MPa 汽油机只有1 0MPa 温度可达500 600 这时若用高压喷油泵和喷油器将压力高达20MPa的柴油喷入气缸 则喷出的柴油呈油雾状 瞬间即与空气混合成可燃混合气 并自行燃烧作功 柴油机需要 1 要有能产生足够高的喷油压力的装置 2 对各缸的喷油顺序要与发动机的作功顺序绝对一致 3 能对各缸的喷油开始时刻和喷油量进行控制和调节 以满足发动机工况的变化 第二章汽车发动机2 4 3柴油机燃料供给系统 系统组成 由柴油箱 输油泵 柴油滤清器 喷油泵 高压油泵 喷油器 调速器 喷油自动提前器和低压油管 高压油管 回油管等组成 其核心部件是喷油泵 包括调速器和喷油自动提前器 和喷油器 1 喷油泵 喷油泵有柱塞泵和转子分配泵之分 一套完整的喷油泵包括四部分 泵油柱塞 调速器 喷油提前器 低压输油泵 喷油泵 喷油泵一般安装在发动机缸体旁侧 它的前端也有一个正时齿轮与曲轴前端的正时齿轮啮合 与配气机构中的正时齿轮一样 这对齿轮的传动比也是2 即曲轴转两周 喷油泵的正时齿轮转一周 正时齿轮的轴带动喷油提前器 由提前器带动喷油泵的凸轮轴转动 凸轮轴上的凸轮数与缸数相同 凸轮驱动柱塞在柱塞套筒内作上下往复运动 柱塞泵工作过程 当柱塞下移时 燃油自低压油腔经进油孔进入柱塞上面的油腔 柱塞上移时 其上部的圆柱面将进油孔封堵 柱塞上部的燃油压力增高 直到足以克服出油阀弹簧的张力 顶开出油阀 柴油便经高压油管 进入喷油器 转动柱塞 改变柱塞体上的斜槽与进油孔的相对位置 即可改变柱塞一次循环 上下往复一次 的喷油量 柱塞泵工作过程 柱塞泵工作过程动画 喷油泵 转子分配式喷油泵与柱塞式泵的主要区别是 柱塞式喷油泵每缸一个分泵 一套柱塞套筒偶件及其附件 而转子式分配泵只有一套建立高压的精密压力偶件 高压油是由转子按各缸作功顺序分配给各缸的 因而其体积和质量都远小于柱塞泵 供油均匀性也比柱塞泵好 有逐渐取代柱塞泵的趋势 2 喷油器 喷油器的作用是将喷油泵提供的高压柴油喷入气缸 喷油器安装在缸盖上 其喷口伸入燃烧室 由于喷油压力高达15 30MPa 喷入气缸的高压柴油以油雾状态高速在气缸中穿射 与被压缩的高压 高温空气极快混合并燃烧 喷油器主要由针阀 针阀体 针阀弹簧 高压油道 油腔及外壳和安装零部件组成 发动机工作时 从喷油泵输入的高压柴油进入喷油器 经缝隙式滤清器过滤后进入油道 积聚在针阀体下部的压力腔中 对针阀上的承压锥体作用一个向上的推力 当推力大于针阀弹簧的张力时 针阀通过顶杆使弹簧压缩 针阀的密封面离开阀座 高压柴油便从喷孔喷入气缸 当喷油泵停止向喷油器供油时 油压对针阀的举升力下降 针阀便在弹簧张力作用下进入阀座 喷油器停止向气缸喷油 3