汽车发动机燃油供给系统.ppt

发动机的检修供给系统 本章主要介绍的内容有 供给系基础知识 供给系的组成 电子控制汽油喷射系统 怠速控制系统 第六章供给系统 1 汽车燃料 一 供给系基础知识 1 汽油 柴油汽油和柴油是目前汽车最常用的燃料 通过石油炼制获得的汽油和柴油 能量密度高 价格低 不易变质 便于运输 因此非常适用于点燃式发动机和压燃式发动机 2 车用天然气天然气是一种高效 清洁 价廉的民用燃料 化工原料和工业用燃料 我国的天然气资源丰富 3 液化石油气液化石油气是油田伴生气处理过程中和石油炼制过程中获得的副产品 能在常温下稍加压 小于1 6MPa 即液化 4 醇类燃料醇类燃料主要是甲醇和乙醇 醇类燃料可以与汽油或柴油按一定比例掺烧 也可以直接采用醇类燃料作为发动机的替代燃料 5 氢燃料氢内燃车是传统汽油内燃机车的带小量改动的版本 氢内燃直接燃烧氢 不使用其他燃料或产生水蒸气排出 这些车的问题是氢燃料很快耗尽 载满氢气的油缸只能行驶数英里 很快便没能量 汽油 柴油 汽油标号 90 93 97 指汽油的辛烷值 不同号数的汽油 其含碳量也不一样 汽油排号越高辛烷值就高抗爆性就越好盲目使用高标号汽油 不仅会在行驶中产生加速无力的现象 而且其高抗爆性的优势无法发挥出来 还会造成金钱的浪费 柴油标号 0 20 30 35 指柴油的凝固点 温度过低 容易结蜡 根据温度不同 选择不同型号的柴油 汽油的使用性能指标 蒸发性能 蒸发性过高 形成气阻 影响发动机正常工作 蒸发性太差 混合器中呈液滴状 形成液膜流入气缸 混合器中油气含量减少 发动机运转不稳定 冲走汽缸壁上润滑油 发动机磨损加剧 汽油抗爆性指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力 车用汽油的抗爆性用辛烷值表示 辛烷值越高 抗爆性越好 高辛烷值汽油可以满足高压缩比汽油机的需要 汽油机压缩比高 则热效率高 可以节省燃料 提高汽油辛烷值主要靠增加高辛烷值汽油组分 但也通过添加抗爆剂来实现 汽油的牌号是按辛烷值划分的 发动机越旧 越要使用辛烷值高的汽油 汽油的安定性指汽油在自然条件下 长时间放置的稳定性 用胶质和诱导期及碘价表征 胶质越低越好 诱导期越长越好 国家标准规定 每100毫升汽油实际胶质不得大于5毫克 汽油的防腐蚀性腐蚀性是指汽油在存储 运输 使用过程中对储罐 管线 阀门 汽化器 气缸等设备产生腐蚀的特性 用总硫 硫醇 铜片实验和酸值表征 2 空燃比发动机在工作时 燃料进入气缸燃烧之前 都要经过雾化和蒸发 并与空气配合 燃料与空气的混合物称为可燃混合气 混合气中含燃料量的多少称为混合气浓度 可燃混合气的浓度常用空燃比和过量空气系数来表示 1 空燃比空燃比 R 空气质量 kg 燃油质量 kg 理论上1kg汽油完全燃烧需14 7kg空气 即理论空燃比为14 7 R 14 7理论混合气R 14 7浓混合气R 14 7稀混合气 2 过量空气系数 a 燃烧1kg燃料实际供给的空气质量 理论上完全燃烧时所需的空气质量 实际空燃比 理论空燃比 即燃烧1kg燃料实际供给的空气质量与理论上完全燃烧时所需要的空气质量之比 a 1理论混合气a 1浓混合气a 1稀混合气 混合气的浓度对发动机的动力性和经济性有很大影响 发动机工作时 采用a 1的理论混合气 只是在理论上保证完全燃烧 实际上 由于时间和空间条件的限制 汽油不可能及时与空气均匀混合 也就不能实现完全燃烧 发动机各种工况对混合气浓度的要求如下 1 怠速工况发动机不对外输出动力 作功行程产生的动力只用来克服发动机的内部阻力 维持发动机最低稳定转速的工况为怠速工况 发动机的怠速转速一般为700 900r min 在怠速工况下 节气门开度最小 进入气缸内的混合气量很少 气缸内残余废气对混合气稀释严重 而且转速低 空气流速小 汽油雾化和蒸发不良 混合气形成不均匀 因此 要求供给少量a 0 6 0 8的浓混合气 2 小负荷工况发动机的负荷在25 以下时称为小负荷工况 由于小负荷工况时 节气门略开 混合气的数量和品质比怠速工况时有所提高 废气对混合气的稀释作用也有所减弱 因而混合气的浓度可以略为减小 一般a 0 7 0 9 在某一转速下 节流阀部分打开时所发出的功率与该转速下节流阀完全打开发出的功率比 3 中等负荷工况发动机的负荷在25 85 之间时称为中等负荷工况 由于节气门开度较大 进入气缸的混合气数量增多 燃烧条件较好 此外 汽车发动机大部分的时间处在中等负荷工况下工作 为提高其经济性 应供给较稀的经济混合气 一般a 1 05 1 15 4 大负荷工况和全负荷工况发动机的负荷在85 以上而小于100 时称为大负荷工况 负荷为100 时称为全负荷工况 此时 为了克服较大的外部阻力 要求发动机发出尽可能大的功率 因此 应供给质浓量多的功率混合气 一般a 0 85 0 95 5 冷起动工况起动是指发动机由静止到正常运转的过程 当熄火时间较长 发动机温度已下降至环境温度时的启动为冷起动 起动时发动机转速低 气流速度很慢 不利于汽油雾化 尤其冷起动时 发动机温度也低 汽油蒸发困难 只有供给极浓的混合气 a 0 2 0 6 才能保证进入气缸内的混合气中有足够的汽油蒸气 以利于发动机起动 6 暖机工况暖机一般是指发动机起动后 发动机的温度逐渐升高到正常工作温度的过程 在暖机过程中 混和气的浓度应随温度的升高而减小 从起动时的极浓减小到稳定怠速运转所需要的浓度为止 7 加速工况加速是指发动机负荷增加的过程 急加速时 节气门迅速开大 要求发动机的动力迅速提高 然而在急剧开大节气门的瞬间 由于液体汽油的惯性比空气惯性大 汽油流量的增加比空气流量的增加要慢 使混合气暂时过稀 反而使发动机的动力下降甚至熄火 因此 在急加速时 必须采用专门的装置额外供油 加浓混合气 以满足发动机急加速的要求 综上所述 车用汽油机在正常运转时 在小负荷和中等负荷工况下 要求燃料供给系统能随负荷的增加 供给由浓逐渐变稀的混合气 当进入大负荷直到全负荷工况下 又要求混合气由稀变浓 最后加浓到保证发动机发出最大功率 3 混合气的浓度对发动机性能的影响 4 放炮未燃烧完的可燃混合气在排气管内重新燃烧发出的爆炸声 常伴有火星冒出 俗称放炮 排气管放炮会导致发动机工作温度过高 加速性能差和行驶无力 5 回火就是汽缸内 活塞做好功以后 应该是从排气管排出燃烧后的废气的 但是由于某种故障 排气门已经关闭 废气无法排出 或者说 来不急排出废气 那么废气就会从缸盖的个别缸 和曲轴箱 节气门等地方排出 也就是我们常说的 倒灌 即发动机回火 二 燃油供给系的组成 1 汽车燃油系统的发展汽车燃油系统的发展分为三个阶段 1 化油器燃油系统 2 电子控制汽油喷射系统 3 缸内直喷燃油系统我国在80年代初开发了新型的电子控制汽油喷射系统 从1999年1月起 只有采用电子控制汽油喷射装置的轿车才能准许在北京销售 2 燃油供给系的结构示意图 发动机上燃油供给系统元件的位置 3 燃油供给系 供给喷油器一定压力的燃油 喷油器则根据ECU指令喷油 油箱 电动燃油泵 燃油滤清器 低压回油管 压力调节器 输油管 喷油器 4 控制系统 功用 ECU根据空气流量信号和发动机转速信号确定基本的喷油时间 喷油量 再根据其它传感器 冷却液温度 节气门位置等 对喷油时间进行修正 并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令 使喷油器喷油 通电 或断油 断电 空气流量计或进气管绝对压力传感器 发动机转速传感器 爆震传感器水温传感器氧传感器 基本喷油量 修正喷油量 喷油器 ECU 传感器 5 燃油输送系统的组成部分 1 油箱 油箱作用储存汽油 其储备里程一般为300 600km 普通汽车具有一个汽油箱 越野汽车常有主 副两个汽油箱 油箱安装位置货车油箱位于车架外侧 驾驶员座下 轿车油箱装在车架后部 油箱必须在车架旁边并要避免受到撞击 油箱构造特点油箱多为薄钢板冲压焊制 内部镀锌或镀锡 有的用塑料铸制 同时为保证汽油泵正常工作 油箱盖设有空气阀与蒸汽阀 加油管 油面指示表传感器浮子 出油开关 放油螺栓 加油延伸管 汽油箱盖 滤网 汽油箱支架 汽油滤清器 大体按汽车加满油后可行驶500公里左右为限 油耗大的油箱就大油耗小的油箱就小 玛莎拉蒂新总裁 90L保时捷911卡雷拉4S 67L宾利欧路GTC 90L阿斯顿马丁DBS6 0 78L奔驰SLK350 70L保时捷卡宴turboS 100L现在捷达60老款55奇瑞501 6以上大部分601 6一下40大型车100150200400都用长安之星40L桑塔纳老款55现在60奔驰70别克60广本60凯美瑞58红岩100150200400都用分几个油箱东风50100福田圆灯的30方形的50 常见车型油箱容量 油箱盖的作用 1 油箱盖可以防止燃油从燃油箱中溢出 2 可以释放燃油被发动机吸走时所产生的真空 3 可以防止燃油蒸汽直接进入大气的同时 释放压力 2 燃油滤清器汽油滤清器简称汽滤 汽油滤清器有化油器式和电喷式之分 使用化油器的汽油发动机 汽油滤清器位于输油泵进口一侧 工作压力较小 一般采用尼龙外壳 电喷式发动机的汽油滤清器位于输油泵的出口一侧 工作压力较高 通常采用金属外壳 汽油滤清器的滤芯多采用滤纸 也有使用尼龙布 高分子材料的汽油滤清器主要功能是滤除汽油中的杂质 如果汽油滤清器过脏或堵塞 线式滤纸汽油滤清器 汽油滤清器在此类汽油滤清器内部 折叠的滤纸和塑料或金属滤器的两端连接 污油进入后 由滤清器外壁经过层层滤纸过滤后到达中心 洁净的燃油流出 燃油滤清器 作用 给EFI系统提供具有一定压力的燃油 电动燃油泵的电动机和燃油泵制成一体 密封在同一壳体内分类 根据安装位置不同可分为 内置式 安装在油箱中 不易气阻 噪声小 应用较广 外置式 串连在油箱外面 噪声大 易气阻 应用较少 根据电动燃油泵的结构不同分为 涡轮式滚柱式转子式侧槽式 3 电动汽油泵电动汽油泵是汽车配件行业的专业术语 是电喷汽车燃油喷射系统的基本组成之一 作用是把燃油从燃油箱中吸出 加压后输送到供油管中 和燃油压力调节器配合建立一定的燃油压力 1 滚柱泵 燃油泵 滚柱泵由转子 滚柱和泵套组成 转子偏心地置于泵套内 燃油泵的电动机带动转子运转时 由于离心力的作用使滚柱向外侧移动而与泵套内壁接触 这样 由转子 滚柱和泵套围成的腔室将随转子的转动而产生容积大小变化 在容积由小变大一侧燃油被吸入 在容积由大变小的一侧燃油被压出 叶轮 2 涡轮式电动燃油泵的结构及工作原理 组成 燃油泵电动机 涡轮泵 出油阀 单向阀 卸压阀等 泵壳体 出油口 进油口 叶片 滤清器 叶轮 前轴承 电动机定子 电动机转子 单向出油阀 卸压阀 出油口 卸压阀作用 燃料压力达到4 5 6 0Kg cm 以上时 阀门开启 释放一部分燃油 以防止燃油压力上升过高 单向出油阀作用 阻止燃油倒流 保持系统内具有一定的残余压力 便于下次起动 防止气阻 燃料泵工作时 燃料泵停止工作时 涡轮泵以完全不同于前两种泵的方式工作 泵的燃油输送和压力升高完全是由液体分子之间动量转换实现的 涡轮泵的特点是燃油输出脉动小 其结构非常简单 如图5 14所示 当叶轮与电动机一起转动时 由于转子的外圆有很多齿槽 在其前后利用摩擦而产生压力差 重复运转则泵内产生涡流而使压力上升 由泵室输出 这种泵由于使用薄型叶轮 所需转矩较小 可靠性高 此外由于不需消声器 故可小型化 因此这种燃油泵被广泛用于多种车型上 由于燃油泵工作时温度升高 使燃油更容易气化 这必将使泵油量减少 导致输油压力不足和压力波动 为此 现在有些车型采用双级泵的形式 即将初级泵和主输油泵组合成一个组件 由二只电动机分别驱动 初级泵一般采用涡轮泵 用以改善输送性能 主输油泵一般采用齿轮泵或涡轮泵 起主导作用 3 齿轮泵 齿轮泵1一壳体2一泵套3一从动齿轮4一主动齿轮 双级电动燃油泵 在现代汽车上 电动燃油泵采用双级泵的结构型式并将其安装在油箱内的趋势日益明显 双级泵是由初级泵和主输油泵两者合成一个组件 由一只电动机驱动的结构 1 初级泵2 主输油泵3 永磁电动机4 壳体 4 燃油压力调节器 油压力调节器简称回油阀 它是燃油系统内部的燃油压力调节部分 受系统油压与进气支管压力 负压 的控制 它的作用是要自动保持整个油压系统的燃油压力为一定值 使供油总管内油压与进气支管压力之差为一定恒值 一般为250 300kPa 燃油压力调节器工作原理 只有保持一定的压力差 才能使喷油器喷油 而喷油量取决于喷油器的开启时间 因为发动机需求的燃油喷射量 是根据ECU给喷油器的通电时间的长短来控制的 如果不控制燃油压力 即使加给喷油器的通电时间相同 但燃油压力过高时 燃油的喷射量会增加 反之当燃油压力过低时 则会导致燃油喷射量减少 如果油压的经常出现波动的情况会引起引擎引震动以及一系列随之而来的问题 所以当系统油压与进气支管压力差发生变化时 燃油压力调节器会因应系统油压与进气支管压力差的变化作相应的变化 以便保持系统内的油压稳定 点我 安装位置 油压调节器 油压调节器 5 喷油嘴 按驱动方式分为 电流驱动式和电压驱动式 按喷口形式分为 轴针式和孔式 轴针式喷油器 单孔式喷油器 多孔式喷油器 5 喷油嘴 现在汽车用的喷油嘴其实就是个简单的电磁阀 当电磁线圈通电时 产生吸力 针阀被吸起 打开喷孔 燃油经针阀头部的轴针与喷孔之间的环形间隙高速喷出 形成雾状 利于燃烧充分 汽油机喷嘴是汽油机电控系统的一部分 取代化油器式汽油机的化油器 汽车用的喷嘴主要有 柴油喷嘴 汽油喷嘴 天然气喷嘴等 现在国外的有些厂商可以制造氢气专用喷嘴 喷油嘴本身是一个常闭阀 常闭阀的意思是当没有输入控制讯号时 阀门一直处于关闭状态 而常开阀则是当没有输入控制讯号时 阀门一直处于开启状态 由一个阀针上下运动来控制阀的开闭 当ECU下达喷油指令时 其电压讯号会使电流流经喷油嘴内的线圈 产生磁场来把阀针吸起 让阀门开启好使油料能自喷油孔喷出 喷射供油的最大优点就是燃油供给之控制十分精确 让引擎在任何状态下都能有正确的空燃比 不仅让引擎保持运转顺畅 其废气也能合乎环保法规的规范 喷油嘴 功用 减小在喷油器喷油时 油路中的油压可能会产生微小的波动 使系统压力保持稳定 组成 由膜片 回位弹簧 阀片和外壳组成 6 脉动阻尼器 1 膜片弹簧2 膜片3 出油口4 进油口 三 电子控制汽车喷射系统 1 电控燃油喷射系统的分类 一 按喷射系统执行机构的不同分多点喷射 MPI 单点喷射 SPI 二 按喷射控制方式不同分间歇喷射连续喷射 三 按喷射位置的不同分进气道喷射式缸内喷射式 1 多点喷射 多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只喷油器 由电控单元 ECU 控制顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射 控制更为精确 使发动机无论处于何种状态 其过渡过程的响应及燃油经济性都是最佳的 多点喷射 2 单点喷射 几个缸共用一个喷油器 又称节气门体喷射TBI 由1 2个安装在化油器所在的节气门段的喷油器 将燃油喷入进气流 形成混合气进入进气歧管 再分配到各个气缸中 单点喷射系统结构简单 故障源少 可采用较低的喷油压力 只有0 1MPa 成本低 3 间歇喷射 对每一个气缸的喷射都有一限制的喷射持续期 喷射是在进气过程中的某段时间内进行的 喷射持续时间相应就是所控制的喷油量 对于所有的缸内直接喷射系统和多数进气道喷射系统都采用了间歇喷射的方式 间歇喷射由可细分为同时喷射 顺序喷射和分组喷射 a 同时喷射 b 顺序喷射 c 分组喷射 间歇喷射的三种方式 4 进气道喷射式 它是指在进气歧管内喷射或进气门前喷射 在该方式中 喷油器被安装于进气歧管内或进气门附近 故汽油在进气过程中被喷射后与空气混合形成可燃混合气再进入气缸内 采用低压喷射 返回 5 缸内喷射式 它是将喷油器安装于缸盖上直接向缸内喷油 需要较高的喷油压力 3到12MPa 相比而言 由于缸外喷射方式汽油的喷油压力 0 1到0 5MPa 不高 且结构简单 成本较低 故目前应用较为广泛 2 电控燃油喷射系统的组成 电控燃油喷射系统一般由三个子系统组成 1 空气供给系统 2 燃油供给系统 3 电子控制系统 1 空气供给系统 功用 提供 测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量 组成 空气滤清器 空气流量计 进气压力传感器 节气门体 进气总管和进气歧管等 2 燃油供给系统 功用 燃油供给系统的功能是向发动机精确提供各种工况下所需要的燃测量 组成 油箱 电动燃油泵 燃油滤清器 燃油脉动阻尼器 燃油压力调节器 喷油器 冷起动器及供油总管等 燃油脉动阻尼器 脉动阻尼器是一种用于消除管道内液体压力脉动或者流量脉动的压力容器 可起到稳定流体压力和流量 消除管道振动 保护下游仪表和设备 增加泵容积效率等作用 3 电子控制系统 电子控制系统的功能是根据发动机运转状况和车辆运行状况确定汽油的最佳喷射量 该系统由传感器 电控单元 ECU 和执行器三部分组成 四 怠速控制系统 1 节气门直动式怠速控制 a 结构 b 工作原理图5 13节气门直动式怠速控制 2 旁通空气式怠速控制1 双金属片式 双金属片旁通空气式怠速控制