第四章汽油机燃油系统(高职高专汽车构造)分解

汽车构造 第四章汽油机燃油系统 什么是石油 原油 天然石油 从地下开采出来末加工时称原油 是一种可燃性流动或半流动粘稠液体 多为黑褐色或暗绿色 略轻于水 是一个成分十分复杂的混合物 就其化学元素而言 主要是碳元素和氢元素 原油中碳元素占83 一87 氢元素占11 一14 其它部分则是硫 氮 氧及金属等杂质 汽油使用性能 1 物理特性 粘度小 流动性好 自润性差 2 使用性能指标 蒸发性 能被蒸发的性能 热值 1kg燃料完全燃烧后所产生的热量 抗爆性 在燃烧中 避免产生爆燃的能力 3 牌号 牌号越高 抗爆性越强 4 1概述 汽油机使用汽油作为燃料 爆震 车用汽油在燃烧过程中如果火焰传播速度或火焰波之波形发生突变 如引起燃烧室其它地方着火 非火花塞点火漫延 燃烧室内之压力突然增高 此压力碰击机件而产生类似金属的敲击声 有如爆炸 故称为爆震 震爆 爆震原因 1 汽油辛烷值太低2 压缩比过高3 点火时间太早4 混合气太稀5 汽缸内部积碳 减少爆震方法 1 提高汽油辛烷值2 减低压缩比3 校正点火时间4 降低进汽温度5 减少燃烧室尾部混合汽量 爆震 抗爆性 辛烷值三者关系辛烷值的概念 表示汽油抗爆性好坏的一个指标 提高辛烷值的意义和方法 车用汽油的品种 车用无铅汽油 高清洁车用汽油 城市车用汽油 车用乙醇汽油车用汽油的牌号 按研究法辛烷值分 90号93号95号97号98号 汽油牌号是按发动机的压缩比大小选用 压缩比是指汽缸总容积与燃烧室容积的比值 反映了汽油混合气被压缩的程度 汽油选用方法 目前 无铅汽油的含义是指含铅量在一定数值以下以下的汽油 它的铅来源于原油中的微量铅 英语略称 国际上对无铅汽油的定义是含铅量在0 005g L以下 好处 能够减少汽车尾气排放中的铅化合物 减少污染 对保护环境起到一定的积极作用 无铅汽油 4 1 1汽油机燃料供给系的作用 量 功用 将空气与雾化后的汽油充分混合后 形成可燃混合气 提供给发动机 对可燃混合气的供给量及其浓度进行有效的控制 4 2可燃混合气成分对发动机工作的影响 可燃混合气是指空气与燃料的混合物 影响发动机动力性与经济性 可燃混合气成分的表示方法 1 可燃混合气成分 空燃比 可燃混合气中空气和燃料的质量比 过量空气系数 2 可燃混合气成分对发动机性能的影响 可燃混合气的浓度对发动机的性能影响很大 直接影响动力性和经济性 1 标准混合气 1理论上能完全燃烧的混合气 其中所含的空气中的氧正好使混合气中全部燃料燃烧完毕 实际不可能完全燃烧 2 稀混合气 1实际上可以完全燃烧的混合气 其中所含的空气中的氧能保证混合气中燃料全部燃烧完毕 3 浓混合气 1混合气中燃料不能保证完全燃烧 但由于燃料分子密集 火焰传播快 发动机的平均有效压力和功率大 当 0 88时 Pe最大 因为此时汽油含量较多 燃烧速度最高 热量损失最小 功率最大 此混合气称为功率混合气 不同的汽油机 功率混合气一般在 0 85 0 95之间 1 11称为过稀混合气 0 88为过浓混合气 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 损失热量多 造成发动机温度过高 严重过稀时 进气门已经开启时燃烧还在进行 火焰将传到进气管 引起化油器 回火 并产生拍击声 当 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 4 3发动机在各种工况下对可燃混合气成分的要求 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 1 小负荷工况要求供给较浓混合气 0 7 0 9 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 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可燃混合气 稳定工况 发动机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 节气门开度中等 故应供给接近于相应耗油率最小的 值的混合气 主要是 1的稀混合气 功率损失不多 节油效果却很显著 2 中负荷工况 经济运转 要求经济性为主 0 9 1 1 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 3 全负荷工况 节气门全开 要求有最大功率 0 85 0 95 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 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 气缸内的混合气过稀 无法引燃 因此 要求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 1 起动工况要求供给极浓的混合气 0 2 0 6量少 过渡工况 2 怠速工况 怠速是指发动机对外无功率输出时的最低转速 此时燃烧混合气作的功 只克服发动机的内部阻力 使保持最低转速稳定运转 汽油机怠速一般为300 700r min 转速很低 空气流速也低 使得汽油雾化不良 另一方面 节气门开度很小 吸入的可燃气量很少 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 要求提供较浓的混合气 0 6 0 8 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 但由于汽油的惯性 空气的惯性 所以瞬时汽油流量的增加比空气的要小 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 使汽油的蒸发量减少 造成混合气过稀 甚至有时还会发生熄火现象 为了改善这种情况 应该采取强制方法 在节气门突然开大时 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 3 加速工况及时加浓 按照燃料供给方式的不同分为化油器式和汽油直接喷射式 4 4燃料供给方式 4 4 1电控燃油喷射系统优点 1 提高了充气效率 发动机功率增加 2 燃油消耗率降低 经济性提高 3 混合气分配均匀性好 进气道进气阻力小 进气岐管截面积增加 进气压力损失小 因为喷油量是根据进气量的多少进行控制 并且各缸分配均匀 可以比较精确地控制各缸混合气浓度与工况匹配 4 排气污染程度降低 5 发动机冷起动性能改善 6 加速性能得到改善 全车电子控制化要求 发动机故障易于判断 因为喷油量和进气量都是按照最佳空燃比进行精确配比 燃料燃烧完全 加上三元催化净化装置的作用 能使废气中的CO HC NOx含量降低 汽油雾化良好 再加上冷起动加浓装置的作用 采用喷油器直接向进气门处喷油 供油及时 减少了供油滞后时间 4 5电控燃油喷射系统 进气系统燃油供给系统 控制系统废气排放控制 4 5 1电控燃油喷射系统的构成 燃油喷射系统的分类 机械控制式机电混合控制式电子控制式 按燃油喷射位置分类缸外喷射缸内喷射 按燃油喷射位置分类 单点喷射多点喷射 按燃油喷射方式分类连续喷射间歇喷射 在发动机运转期间 汽油连续不断地喷射到进气道内 在发动机运转期间 将汽油间歇喷入进气道内 间歇喷射方式 EFI型 同时喷射分组喷射顺序喷射 按空气量的检测方式分类 D型电控汽油喷射系统 进气歧管绝对压力传感器 L型电控汽油喷射系统 空气流量计 空气供给系统的组成 空气供给系组成 空气流量计 空气滤清器 节气门体 进气温度传感器 进气管等组成 1 空气滤清器2 节气门体3 进气管4 空气流量计 4 4 2进气系统结构与原理 纸质空气滤清器 12 纸制滤芯13 上壳体15 下壳体15 带粗滤器进气管组件 1 空气滤清器 过滤灰尘等杂质 以免进入发动机 作用 通过改变节气门的大小改变进气通道截面积的大小 来控制发动机的工况 并通过节气门位置传感器检测发动机的负荷 10 节气门11 节气门电计12 应急弹簧13 节气门电机15 怠速开关16 热水进出关口17 节气门拉线 2 节气门体 节气门位置传感器 功用 将节气门的开度信号转换成电压信号输送给ECU 节气门位置传感器 进气温度传感器 怠速控制装置 用于控制怠速 安装在旁通空气道上或直接控制节气门 3 空气阀 发动机低温时调节进气量 控制发动机怠速转速 双金属型和石蜡型 4 进气总管和进气岐管 消除进气脉动改善各缸分配均匀性 4 4 3电控燃油喷射系统燃油供给系统 功用 向气缸供给燃烧所需的汽油 组成 汽油箱 汽油泵 油压调节器 喷油器 燃油滤清器 燃油脉动阻尼器和输油管道等组成 1 汽油箱功用 贮存汽油 加油延伸管 滤网 油面指示表传感器浮子 出油开关 汽油滤清器 加油管 汽油箱支架 汽油箱盖 放油螺栓 快速排气管接口 供油管接口 回油管接口 油面传感器插座 集滤器 浮子 汽油箱盖 作用 密封汽油箱 结构 空气阀 蒸汽阀 2 电动汽油泵 作用 供给各喷油器及冷起动喷油器所需要的燃油 电枢 限压阀 滤清器 叶片 出油口 进油口 壳体 单向阀 永久磁铁 电刷 3 油压调节器 作用 调节喷油器的燃油压力 使燃油压力与进气管压力之差保持常数 喷油压力 供油压力 进气管压力 压差恒定 4 喷油器 作用 在恒定压力下定时 定量地喷油并使之雾化 结构 5 汽油滤清器 功用 除去汽油中的水分和杂质 使汽油能达到发动机工作的需要 类别 可拆式 不可拆式结构 6 燃油分配管 也被称作 共轨 作用 将汽油均匀 等压地输送给各缸喷油器 作用 减小燃油管路中油压的脉动和脉动噪声 并能在发动机停机后保持油路中有一定的压力 以利于发动机重新起动 7 油压脉动缓冲器 膜片 弹簧 8 冷起动喷油器 作用 冷起动时 额外加大喷油量 使混合气瞬时加浓 便于着火起动 电插头 电磁线圈 阀门弹簧 阀门 喷嘴 结构 组成 4 4 4控制系统的结构原理 1 电控单元 ECU ECU CPU 中央处理器ROM 只读存储器PRAM 可编程的只读存储器RAM 运行数据存储器I O 输入 输出接口 功用 根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算 处理 判断 然后输出指令 向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量 从传感器来的信号 首先进入输入回路 对具体信号进行处理 如是数字信号 根据CPU的安排 经I O接口直接进入微机 如是模拟信号 还要经过A D转换 转换成数字信号后 才能经I O接口进入微机 电控单元工作过程 信号输入 大多数信息 暂时存储在RAM内 根据指令再从RAM送至CPU 将存储在ROM中的参考数据引入CPU 使输入传感器的信息与之进行比较 CPU对这些数据比较运算后 作出决定并发出输出指令信号 经I O接口 必要的信号还经D A转换器转变成模拟信号 最后经输出回路去控制执行器动作 2 传感器 负荷传感器转速传感器温度传感器氧传感器爆震传感器 负荷传感器 1 空气流量计功用 测量进入发动机的空气流量 并将测量的结果转换为电信号传输给电控单元 1 翼片式空气流量计 1 主要件功能 缓冲片 缓冲室内空气对缓冲片的阻尼作用 使翼片转动平稳 旁通空气调节螺钉 调节怠速时旁通空气量的大小 从而调节怠速混合气的成分 电位计 将翼片转动的角度转换为电信号 翼片全关时 没有进气量 产生电压信号最弱 翼片打开时 进气量由小变大 产生电压信号由弱变强 翼片全开时 进气量最大 产生电压信号最强 2 热线式空气流量计 原理 把通电加热的铂丝置于空气流中 使铂丝温度和吸入空气温度差保持一定 铂丝成为惠斯顿电桥中的一个臂 3 热膜式空气流量计 4 卡门涡流式空气流量计 在气流中央放置一个锥体状涡流发生器 当空气流过时 在涡流发生器下游将产生有规律交错的旋涡 当流经空气通道的空气流速变化时 将影响卡门涡流旋涡的频率 漩涡频率使超声波发射器产生的超声波发生变化 超声波接受器接受该超声波转化为脉冲电压信号 该脉冲信号与漩涡频率成正比 2 进气管压力传感器 膜盒式进气管压力传感器 进气歧管压力变化 铁芯移动 输出信号电压变化 输送给发动机ECU 3 节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门轴上 与节气门联动 功用 将节气门的位置或开度转换成电信号传输给电控单元 作为电控单元判定发动机运行工况的依据 曲轴位置传感器曲轴位置传感器通常安装在分电器内 用来检测发动机转速 曲轴转角以及作为控制点火和喷射信号源的第一缸和各缸压缩行程上止点信号 光电式 转速传感器和曲轴位置传感器 1 和60 信号 曲轴1 信号 供ECU计算曲轴转角和发动机转速 曲轴60 信号 供ECU确认活塞上止点位置 发动机转速 Ne 信号 曲轴转角1 信号 30 转角时间 30等分 曲轴位置 G 信号 G信号 辨别气缸及检测活塞上止点位置 G1为第6缸压缩上止点前10 G2为第1缸压缩上止点前10 磁电式 霍尔效应式传感器 当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间时 磁场被叶片旁路 不产生霍尔电压 当缺口部分进入磁铁与霍尔元件之间时 磁力线进入霍尔元件 传感器输出电压信号 1 冷却液温度传感器安装在发动机机体或气缸盖上 与冷却液接触 用来检测发动机循环冷却液的温度 并将检测结果传输给电控单元以便修正喷油量 温度传感器 2 进气温度传感器安装在空气流量计上 用来测量进气温度 并将温度变化的信息传输给电控单元作为修正喷油量的依据之一 在采用三元催化转换器的发动机上 氧传感器安装在排气管内 检测排气中氧的含量 混合气稀 排气中含氧多 两侧氧浓度差小 产生电压信号较低混合气浓 排气中含氧少 两侧氧浓度差大 产生电压信号较高 氧传感器 安装在发动机缸体上 检测发动机的爆震状况 磁致伸缩式 缸体出现振动时 传感器在7kHz左右处产生共振 铁心的导磁率发生变化 致使永久磁铁穿过铁心的磁通密度也变化 从而在绕组中产生感应电动势 爆震传感器 压电式 压电效应 当缸体振动时 配重受振动影响产生加速度 压电元件受到加速度惯性力的作用而产生电压信号 车速传感器传感车轮速度 车速传感器 三 排气消声器 1 功用 减少噪声和消除废气中的火焰及火星 2 原理 1 多次地变动气流方向 2 重复地使气流通过收缩而又扩大的断面 3 将气流分割为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动4 将气流冷却 1 三元催化转换器TWC 1 功用 利用转换器中的三元催化剂 将发动机排出废气中的有害气体