《汽车发动机》第六章 燃油供给系统

第六章汽油机燃料供给系统 第一节概述第二节电控燃油喷射 EFI 系统的功能第三节电控燃油喷射系统的组成与基本原理第四节空气供给系统主要元件的构造与检修第五节燃油供给系统主要元件的构造与检修第六节控制系统主要元件的构造与检修 可燃混合气成分即可燃混合气浓度 一般用空燃比或过量空气系数来表示 空燃比A F 空气质量流量 燃料质量流量 欧美国家 过量空气系数 燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量 完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量 1kg汽油完全燃烧需要空气14 7kg 因此理论混合气的空燃比 14 7 理论混合气的过量空气系数 1 A F 14 7或 1时的可燃混合气称为稀混合气 A F 14 7或 1时的可燃混合气称为浓混合气 第一节概述 一 汽油的性质从地下或海底开采的石油 一般称为原油 原油脏 不能直接作为非常精密的发动机燃料 把石油经过处理 制成各种制品的过程叫炼油 汽油 柴油就是石油的炼制品 石油的主要成分是碳 氢两种元素 97 98 其他还有少量的硫 氧 氮等 石油制品是以多种碳氢化合物的混合物形式出现的 分子式CnHm 烃 根据烃分子中碳原子数不同 可以构成不同分子量不同沸点的物质 炼制汽油和柴油最简单的方法是利用沸点不同直接分馏 依次得到天然气 汽油 煤油 轻 重柴油 渣油 汽油的工业化生产是采用催化裂化法 用催化剂把大分子烃 小分子烃 主要性能指标 蒸发性 汽油容易蒸发的程度 液体 气体 一般地 蒸发性越高 燃气质量就越好 尤其是低温环境下如果蒸发性好 会对冷起动发动机有利 但是蒸发性也不能过高 因为这样汽油泵及油管中会产生汽油蒸汽泡 阻碍汽油正常流动 使供油量 气阻 国产汽油质量指标规定了汽油的饱和蒸汽压力值 按夏季 冬季要求不同 热值 1 燃料完全燃烧后所产生的热量 汽油的热值约为4400kj kg 抗爆性 汽油在发动机气缸内燃烧时 避免产生爆燃的能力 抗自燃的能力 爆燃的后果是发动机过热 功率 油耗 采用抗爆性好的汽油 可以采用比较高的压缩比 汽油抗爆性的好坏一般用辛烷值表示 辛烷值越高 抗爆性越好 辛烷值可以用对比试验方法确定 在可变压缩比的单缸试验发动机上进行 找一种被测汽油作为燃料 使发动机运转 试验中逐步提高压缩比 直到产生标准强度的爆震燃烧为止 然后在该压缩比下 换用标准燃料作对比试验 直到用标准燃料也产生和原来一样的标准强度的爆震燃烧为止 标准燃料是异辛烷和正庚烷的混合燃料 异辛烷抗爆燃能力很强 规定辛烷值100 平和温顺 正庚烷抗爆燃能力很弱 规定辛烷值为 暴躁 这时测标准燃料的异辛烷的百分数 即为被测汽油的辛烷值 比如异辛烷80 该被测汽油的辛烷值是80 汽油的号数就是辛烷值数 辛烷值是80 80号汽油 号数越高 抗爆性越好 什么叫汽油的辛烷值 二 可燃混合气的浓度对发动机的性能影响通过试验证明 发动机的功率和耗油率都是随着过量空气系数 变化而变化的 理论上 对于 1的标准混合气而言 所含空气中的氧正好足以使汽油完全燃烧 但实际上 由于时间和空间条件的限制 汽油细粒和蒸汽不可能及时地与空气绝对均匀地混合 因此 即使 1 汽油也不可能完全燃烧 混合气 1才有可能完全燃烧 因为 1时混合气中 有适量较多的空气 正好满足完全燃烧的条件 此混合气称为经济混合气 对于不同的汽油机经济混合气成分不同 一般在 1 05 1 15范围内 当 大于或小于1 05 1 15时 ge 经济性变坏 当 0 88时 Pe最大 因为这种混合气中汽油含量较多 汽油分子密集 因此 燃烧速度最高 热量损失最小 因而使得缸内平均压力最高 功率最大 此混合气称为功率混合气 对不同的汽油机来说 功率混合气一般在 0 85 0 95之间 1 11的混合气称为过稀混合气 0 88的混合气称为过浓混合气 混合气无论过稀过浓都会使发动机功率降低Pe 耗油率增加ge 混合气过稀时 由于燃烧速度太低 损失热量很多 往往造成发动机温度过高 严重过稀时 燃烧可延续到进气过程的开始 进气门已经开启时还在进行 火焰将传到进气管 以至化油器喉管内 引起化油器 回火 并产生拍击声 当混合气稀到 1 4以上时 混合气虽然能着火 但火焰无法传播 导致发动机熄火 所以 1 4称为火焰传播下限 混合气过浓时 由于燃烧很不完全 产生大量的CO 造成气缸盖 活塞顶和火花塞积炭 排气管冒黑烟 甚至废气中的一氧化碳可能在排气管中被高温废气引燃 发生排气管 放炮 混合气浓到 0 4以下 可燃混合气虽然能着火 但火焰无法传播 发动机熄火 所以 0 4称为火焰传播上限 从以上分析可知 发动机正常工作时 所用的可燃混合气 值 应该在获得最大功率和获得最低燃油消耗率之间 在节气门全开时 值的最佳范围为0 85 1 15范围内 一般在节气门全开条件下 0 85 0 95时 发动机可得到较大的功率 当 1 05 1 15时 发动机可得到较好的燃料经济性 所以当 在0 85 1 15范围内 动力性和经济性都比较好 即Pe较大 ge较小 三 汽油机各种工况对可燃混合气成份的要求作为车用汽油机 其工况 负荷和转速 是复杂的 例如 超车 刹车 高速行驶 汽车在红灯信号下 起步或怠速运转 汽车满载爬坡等 工况变化范围很大 负荷可以0 100 转速可以最低 最高 不同工况对混合气的数量和浓度都有不同要求 具体要求如下 1 小负荷工况 负荷小于25 要求供给较浓混合气 0 7 0 9量少 因为 小负荷时 节气门开度较小 进入气缸内的可燃混合气量较少 而上一循环残留在气缸中的废气在气缸内气体中所占的比例相对较多 不利于燃烧 因此必须供给较浓的混合气 2 中负荷工况 负荷在25 85 要求经济性为主 混合气成分 0 9 1 1 量多 发动机节气门开度较大 混合气数量和品质比怠速工况时有所提高 且大部分工作时间处于中负荷工况 所以经济性要求为主 中负荷时 主要是 1的稀混合气 这样 功率损失不多 节油效果却很显著 3 大负荷工况和全负荷工况 负荷大于85 要求发出尽可能大的功率Pe 0 85 0 95 量多 汽车需要克服很大阻力 如上陡坡或在艰难路上行驶 时 驾驶员往往需要将加速踏板踩到底 使节气门全开 发动机在全负荷下工作 显然要求发动机能发出尽可能大的功率 即尽量发挥其动力性 而经济性要求居次要地位 故要求化油器供给Pemax时的 值 4 冷起动工况 要求供给极浓的混合气 0 2 0 6量少 因为发动机起动时 由于发动机处于冷车状态 混合气得不到足够地预热 汽油蒸发困难 同时 由于发动机曲轴被带动的转速低 因而被吸入化油器喉管内的空气流速较低 难以在喉管处产生足够的真空度使汽油喷出 既使是从喉管流出汽油 也不能受到强烈气流的冲击而雾化 绝大部分呈油粒状态 混合气中的油粒会因为与冷金属接触而凝结在进气管壁上 不能随气流进入气缸 因而使气缸内的混合气过稀 无法引燃 因此 要求化油器供给极浓的混合气进行补偿 从而使进入气缸的混合气有足够的汽油蒸汽 以保证发动机得以起动 5 怠速 是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转 此时混合气燃烧后所作的功 只用以克服发动机的内部阻力 使发动机保持最低转速稳定运转 汽油机怠速运转一般为300 700r min 转速很低 化油器内空气流速也低 使得汽油雾化不良 与空气的混合也很不均匀 另一方面 节气门开度很小 吸入气缸内的可燃混合气量很少 同时又受到气缸内残余废气的冲淡作用 使混合气的燃烧速度 因而发动机动力不足 因此要求提供较浓的混合气 0 6 0 8 6 加速工况发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程 要求混合气量要突增 并保证浓度不下降 当驾驶员猛踩踏板时 节气门开度突然加大 以期发动机功率迅速增大 在这种情况下 空气流量和流速以及喉管真空度均随之增大 汽油供油量 也有所增大 但由于汽油的惯性 空气的惯性 汽油来不及足够地以喷口喷出 所以瞬时汽油流量的增加比空气的增加要小得多 致使混合气过稀 另外 在节气门急开时 进气管内压力骤然升高 同时由于冷空气来不及预热 使进气管内温度降低 不利于汽油的蒸发 致使汽油的蒸发量减少 造成混合气过稀 结果就会导致发动机不能实现立即加速 甚至有时还会发生熄火现象 为了改善这种情况 就应该采取强制方法 在化油器节气门突然开大时 强制多供油 额外增加供油量 及时使混合气加浓到足够的程度 结论 通过上述分析 可以看出 发动机的运转情况是复杂的 各种运转情况对可燃混合气的成分要求不同 起动 怠速 全负荷 加速运转时 要求供给浓混合气 1 中负荷运转时 随着节气门开度由小变大 要求供给由浓逐渐变稀的混合气 0 85 1 115 汽车正常行驶时 在大负荷 中负荷工况下 随着负荷的增加 化油器供给由浓逐渐变稀的混合气 当进入大负荷范围内 混合气又由稀变浓 保证发动机发出最大功率 第二节电控汽油喷射系统 一 汽油喷射的基本概念汽油喷射 是用喷油器将一定压力和数量的汽油喷入进气管 道或气缸内 其目的是提高汽油雾化质量 改进燃烧 改善汽油机性能 电控汽油喷射 是采用电动喷油器 根据发动机运行工况和使用条件将适当量的汽油喷入进气管 道或气缸内 实现对发动机油量的精确控制 二 喷射系统的基本类型1 按控制原理分 1 机械控制式 喷油器的工作由供油管路中的油压来控制 又称K系统或连续喷射系统 2 电子控制式 简称EFI 喷油器由电磁驱动 喷油量的大小和时机完全由电控单元控制 2 按喷油器的布置分 1 单点式汽油喷射 SPI 2 多点式汽油喷射 MPI 3 按喷油器工作时间来分 1 连续喷射 整个发动机的工作循环都进行喷射 2 间歇喷射 1 同步喷射 喷油器的开启时间与发动机各缸工作循环之间保持一定的相对关系 顺序喷射 各缸喷油器分别按各自的做功顺序进行喷射 用于精确控制 同时喷射 发动机每转一周 所有的气缸喷油器同时喷射一次 每个工作循环喷射两次 分组喷射 将气缸分成两组 发动机每转一周只有一组喷油器喷射 两组轮流喷射 2 异步喷射 喷油器的开启时间与发动机各缸工作循环之间没有固定的关系 起动时异步喷射正时控制 加速时异步喷油正时控制 4 按进气量的测量方式分 1 直接测量 利用空气流量计直接测量吸入进气管的空气流量 2 间接测量 1 绝对压力测量法 用绝对压力传感器测量进气总管的绝对压力 并由此和发动机转速计算出进气量 从而确定汽油喷射量 2 节气门开度测量法 用节气门传感器测定节气门开度 并由发动机的转速计算出进气流量 从而确定汽油喷射量 直接测量比间接测量精确 而所用零部件少 除去了绝对压力传感器和稳压箱 故现在广泛使用空气流量计式 它利用各种传感器检测发动机的各种状态 经微处理器的判断 计算 使发动机在不同工况下均能获得合适空燃比的混合气 电控汽油喷射系统的优点 在任何情况下都能获得精确的空燃比混合气的各缸分配均匀性好汽车的加速性能好充气效率高良好的启动性能和减速减油或断油 电控汽油喷射系统主要由下列四部分组成 进气系统供油系统控制系统点火系统 空气供给系统 曼 胡默尔针对商用车推出新型空气过滤技术 2008年10月7日 上海 全球领先的汽车和工业滤清器开发和制造商曼 胡默尔公司近日推出用于商用车空滤器的新型螺旋状胶线技术 该技术简单有效 用特制的胶线替代了之前使用的金属 塑料和纸质外壳 这些胶线以不同的线轴宽度缠绕在整个空气滤清器上 统一固定了所有高度上的滤纸间隔 此外 更高的气流率优化了过滤能力 有助于降低燃油消耗 曼 胡默尔是第一家针对商用车空气滤清器推出新型螺旋状胶线技术的滤清器生产商 新技术的研发优势在于过滤能力得到优化 无需使用金属 塑料和纸质外壳 由此改善了能源 二氧化碳和原料之间的平衡关系 螺旋状胶线技术对独立零部件市场上现有的空气滤清器起到了补充作用 商用车空气滤清器该螺旋状胶线技术还提高了滤清器的过滤强度 即便在雨中驾驶时渗入湿气也不会影响其性能 采用新技术的滤清器亦可确保为发动机提供更佳质量的空气 在严苛的运行环境中也不例外 滤清器上方的胶线缠绕非常紧密 增强了防护作用 有助于防止滤清器线圈在安装过程中受损 由于无需金属 塑料和纸质外壳 可帮助滤清器专家节省资源 这对于在生产过程中节约能源起到了非常重要的作用 此外 其对滤清器的散热也起到了积极的作用 空滤芯封条采用了防噪音设计 节气门体 节气门位置传感器安装在节气门轴上 用来检测节气门的开度ECU通过怠速控制阀来控制怠速空气道 以根据需要调节发动机怠速时的进气量节气门限位螺钉用来调节节气门的最小开度发动机工作时 冷却液通过加热水管流经节气门体 以防止寒冷季节空气中的水分在节气门体上冻结 供油系统主要由燃油滤清器 油压调节器 喷油器和电动燃油泵组成 燃油泵燃油泵装在油箱内 涡轮泵由电机驱动 当泵内油压超过一定值时 燃油顶开单向阀向油路供油 当油路堵塞时 卸压阀开启 泄出的燃油返回油箱 油压力调节器油压力调节器的功能是调节喷油压力 喷油器喷出的油量是用改变喷油信号持续时间来进行控制的 由于进气歧管内真空度是随发动机工况而变化的 即使喷油信号的持续时间和喷油压力保持不变 工况变化时喷油量也会发生少量的变化 为了得到精确的喷油量 必须使油压A和进气歧管真空度B的总和保持不变 电控单元