汽油机燃油系统.ppt

汽车发动机构造-汽油机燃油系统,山东大学能源与动力工程学院张强,第四章发动机燃油系统,本章的主要教学内容：1.汽油及其使用性能2.化油器式发动机燃油系统3.电子控制汽油机喷射系统,汽油的使用性能指标,(1)汽油的蒸发性馏程：10%(70)、50%(120)、90%(190)馏出温度，终馏点(205)饱和蒸汽压：一般限定不得超过7488kPa，否则容易“气阻”(2)汽油的热值单位质量或体积的汽油燃烧时所放出的热量，一般汽油的低热值为4300046000kJ/kg。(3)汽油的抗暴性抗暴性是指汽油抵抗自燃的一种能力，一般用辛烷值表示。通常将正庚烷（C7H16）（抗暴性差）与异辛烷（C8H18）（抗暴性好）按一定比例混合，构成不同体积百分比的异辛烷和正庚烷的标准汽油，其中异辛烷含量的百分数叫做辛烷值。国产汽油的牌号就是用辛烷值表示的，如90汽油表示用研究法测出的辛烷值不小于90。,4-1.汽油及其使用性能,一、燃油系统的功用及组成燃油系统的功用是根据发动机运转工况的需要，向发动机供给一定数量的、清洁的、雾化良好的汽油，以便与一定数量的空气混合形成可燃混合气。同时，燃油系统还需要储存相当数量的汽油，以保证汽车有相当远的续驶里程。化油器式发动机燃油系统中最重要的部件是化油器，它是实现燃油系统功用、完成可燃混合气配制的主要装置。此外，燃油系统还包括汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、油气分离器、油管和燃油表等辅助装置。,4-1.化油器式发动机燃油系统,4-1.化油器式发动机燃油系统,二、可燃混合气的形成过程汽车发动机的可燃混合气形成时间很短，从进气过程开始算起到压缩过程结束为止，总共也只有0.010.02s的时间。要在这样短的时间内形成均匀的可燃混合气，关键在于汽油的雾化和蒸发。所谓雾化就是将汽油分散成细小的油滴或油雾。良好的雾化可以大大增加汽油的蒸发表面积，从而提高汽油的蒸发速度。另外，混合气中汽油与空气的比例应符合发动机运转工况的需要。因此，混合气形成过程就是汽油雾化、蒸发以及与空气配比和混合的过程。,4-1.化油器式发动机燃油系统,4-1.化油器式发动机燃油系统,三、发动机运转工况对可燃混合气成分的要求(一)可燃混合气成分的表示法可燃混合气中空气与燃油的比例称为可燃混合气成分或可燃混合气浓度，通常用过量空气系数和空燃比表示。1.过量空气系数燃烧1kg燃油实际供给的空气质量与完全燃烧1kg燃油的化学计量空气质量之比为过量空气系数，记作a。即a=1的可燃混合气称为理论混合气；a1的称为浓混合气；a1的则称为稀混合气。,4-1.化油器式发动机燃油系统,2.空燃比可燃混合气中空气质量与燃油质量之比为空燃比，记作。即按照化学反应方程式的当量关系，可求出1kg汽油完全燃烧所需空气质量即化学计量空气质量约为14.8kg。显然，=14.8的可燃混合气为理论混合气；14.8的为浓混合气；14.8的为稀混合气。空燃比=14.8称为理论空燃比或化学计量空燃比。,4-2.化油器式发动机燃油系统,(二)发动机运转工况对可燃混合气成分的要求及化油器特性随着汽车行驶速度和牵引功率的不断变化，汽车发动机的转速和负荷也在很大范围内频繁变动。为适应发动机工况的这种变化，可燃混合气成分应该随发动机转速和负荷作相应的调整。1.冷起动发动机在冷起动时，因温度低汽油不容易蒸发汽化，再加上起动时转速低(50100r/min)，空气流过化油器的速度很低，汽油雾化不良，致使进入气缸的混合气中汽油蒸气太少，混合气过稀，不能着火燃烧。为使发动机能够顺利起动，要求化油器供给a约为0.20.6的浓混合气，以使进入气缸的混合气在火焰传播界限之内。2.怠速怠速是指发动机对外无功率输出的工况。这时可燃混合气燃烧后对活塞所作的功全部用来克服发动机内部的阻力，使发动机以低转速稳定运转。目前，汽油机的怠速转速为700900r/min。在怠速工况，节气门接近关闭，吸入气缸内的混合气数量很少。在这种情况下气缸内的残余废气量相对增多，混合气被废气严重稀释，使燃烧速度减慢甚至熄火。为此要求供给a0.60.8的浓混合气，以补偿废气的稀释作用。,4-2.化油器式发动机燃油系统,3.小负荷小负荷工况时，节气门开度在25以内。随着进入气缸内的混合气数量的增多，汽油雾化和蒸发的条件有所改善，残余废气对混合气的稀释作用相对减弱。因此，应该供给a0.70.9的混合气。虽然，比怠速工况供给的混合气稍稀，但仍为浓混合气，这是为了保证汽油机小负荷工况的稳定性。4.中等负荷中等负荷工况节气门的开度在2585范围内。汽车发动机大部分时间在中等负荷下工作，因此应该供给a1.051.15的经济混合气，以保证发动机有较好的燃油经济性。从小负荷到中等负荷，随着负荷的增加，节气门逐渐开大，混合气逐渐变稀。,4-2.化油器式发动机燃油系统,5.大负荷和全负荷发动机在大负荷或全负荷工作时，节气门接近或达到全开位置。这时需要发动机发出最大功率以克服较大的外界阻力或加速行驶。为此应该供给a0.850.95的功率混合气。从中等负荷转入大负荷时，混合气由经济混合比加浓到功率混合比。6.加速汽车在行驶过程中，有时需要在短时间内迅速提高车速。为此，驾驶员要猛踩加速踏板，使节气门突然开大，以期迅速增加发动机功率。这时虽然空气流量迅速增加，但是由于汽油的密度比空气密度大得多，即汽油的流动惯性远大于空气的流动惯性，致使汽油流量的增加比空气流量的增加滞后一段时间。另外，节气门开大，进气歧管的压力增加，不利于汽油的蒸发汽化。因此，在节气门突然开大时，将会出现混合气瞬时变稀的现象。这不仅不能使发动机功率增加、汽车加速，反而有可能造成发动机熄火。,4-2.化油器式发动机燃油系统,因此，对于经常在中等负荷下工作的汽车发动机，为了保持其正常的运转，从小负荷到中等负荷要求化油器能随着负荷的增加，供给由浓逐渐变稀的混合气，直到供给经济混合气，以保证发动机工作的经济性。从大负荷到全负荷阶段，又要求混合气由稀变浓，最后加浓到功率混合气，以保证发动机发出最大功率。满足上述要求的化油器特性称为理想化油器特性，即为理想化油器特性。,4-2.化油器式发动机燃油系统,四、现代化油器的基本结构及附加装置化油器的功用是在发动机任何转速、任何负荷、任何大气状况下，向发动机供给一定数量且成分符合发动机工况要求的可燃混合气。借助化油器的各工作系统及一些附加装置来实现这一功能。(一)基本结构1.浮子系统浮子系统是存储汽油并使浮子室内的油面保持恒定的装置。它由浮子室、浮子和进油针阀等组成。,4-2.化油器式发动机燃油系统,4-2.化油器式发动机燃油系统,2.怠速系统怠速系统的功用是向在怠速工况工作的发动机供给浓混合气。发动机在怠速时，转速很低，节气门接近关闭，流过化油器喉管的空气量很少，流速也很低。这时喉管真空度很小，不足以将汽油从主喷管吸出。因此，发动机在怠速工况工作时须由另外设置的怠速系统供油。,4-2.化油器式发动机燃油系统,3.主供油系统主供油系统的功用是在怠速以外的所有工况都起供油作用。在发动机从小负荷到大负荷时，使随节气门开大而增大，混合气由浓变稀，由0.81.1其原理是降低主量孔处真空度。,4-2.化油器式发动机燃油系统,5.加浓系统当发动机由中等负荷转入大负荷或全负荷工作时，通过加浓系统额外地供给部分燃油，使混合气由经济混合气加浓到功率混合气，以保证发动机发出最大功率，满足理想化油器特性在大负荷段的加浓要求。加浓系统按其控制方法的不同分为机械式和真空式两种。,4-2.化油器式发动机燃油系统,6.加速系统加速系统又称加速泵。其功用是当节气门急速开大时将一定数量的汽油一次喷入喉管，维持一定的混合气成分，以满足汽车加速的需要。加速泵有活塞式和膜片式两种。活塞式加速泵因为结构简单、传动容易而应用较广泛。,4-2.化油器式发动机燃油系统,7.起动系起动系统的功用是在发动机冷起动时，供给足够多的汽油，以使进入气缸内的混合气中有充足的汽油蒸气，保证其成分在火焰传播界限之内，实现发动机的顺利起动。最常用的起动系统是在化油器入口处装设一个阻风门。起动时，将阻风门关闭，并使节气门处于小开度位置。当发动机被起动机拖转时，在阻风门后方产生极大的真空度，使主供油系统和怠速系统同时供油，这时通过阻风门边缘的缝隙流入的空气量很少，致使混合气极浓。,4-2.化油器式发动机燃油系统,4-3.电子控制汽油机喷射系统,三、电控汽油喷射系统主要组件的构造和工作原理电子控制汽油喷射系统组成:燃油供给系统、进气系统和控制系统,4-3.电子控制汽油机喷射系统,3.1燃油供给系统主要组件的构造与工作原理电控汽油喷射系统的燃油供给系统由汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、燃油分配管、油压调节器、喷油器、冷起动喷嘴和输油管等组成，有的还设有油压脉动缓冲器。1.电动汽油泵类型:滚柱式电动汽油泵；叶片式电动汽油泵。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,2.燃油分配管功用:也被称作“共轨”，将汽油均匀、等压地输送给各缸喷油器。由于它的容积较大，故有储油蓄压、减缓油压脉动的作用。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,3.喷油器功用：按照电控单元的指令将一定数量的汽油适时地喷入进气道或进气管内，并与其中的空气混合形成可燃混合气。控制：喷油器的通电、断电由电控单元控制。电控单元以电脉冲的形式向喷油器输出控制电流。当电脉冲从零升起时，喷油器因通电而开启；电脉冲回落到零时，喷油器又因断电而关闭。电脉冲从升起到回落所持续的时间称为脉冲宽度。若电控单元输出的脉冲宽度短，则喷油持续时间短，喷油量少；若电控单元输出的脉冲宽度长，则喷油持续时间长，喷油量多。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,4.油压调节器功用：使燃油供给系统的压力与进气管压力之差即喷油压力保持恒定。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,5.油压脉动缓冲器当汽油泵泵油、喷油器喷射及油压调节器的回油平面阀开闭时，都将引起燃油管路中油压的脉动和脉动噪声。燃油压力脉动太大使油压调节器的工作失常。油压脉动缓冲器的作用就是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。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,6.冷起动喷嘴及热时间开关冷起动喷嘴的功用是当发动机低温起动时，向进气管喷入一定数量附加的汽油，以加浓混合气。冷起动喷嘴也是一个电磁阀，故又称冷起动阀。冷起动喷嘴的开启和持续喷油的时间取决于发动机的温度，并由热时间开关控制。冷起动喷嘴安装在进气管上，热时间开关装在机体上并与冷却液接触。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,(二)空气系统主要组件的构造与工作原理各类电控汽油喷射系统的空气系统主要包括空气流量计、补充空气阀、怠速控制阀、节气门及空气滤清器等。1.空气流量计空气流量计的功用是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。空气流量计有多种形式，如翼片式、热线式、热膜式和涡流式等。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,1)翼片式空气流量计当发动机怠速工作时，节气门接近关闭，只有少量空气进入发动机。流过主流道的空气推动翼片偏转很小的角度，同时与翼片同轴的电位计则输出一个微弱的电压信号给电控单元，电控单元便向喷油器输出短脉冲宽度的电脉冲。这时流过旁通空气道的空气未经空气流量计计量，因此不影响喷油量，但却使混合气变稀，使CO的排放量减少。当发动机在高速大负荷运转时，节气门接近全开，吸入的空气量较多且全部流过主流道，空气推动翼片偏转较大的角度，电位计则输出较强的电压信号，电控单元相应地输出长脉冲宽度的电脉冲。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,2)热线式空气流量计当空气流过热线式空气流量计时，铂热线向空气散热，温度降低，铂热线的电阻减小，使电桥失去平衡。这时混合电路将自动增加供给铂热线的电流，以使其恢复原来的温度和电阻值，直至电桥恢复平衡。流过铂热线的空气流量越大，混合电路供给铂热线的加热电流也越大，即加热电流是空气流量的单值函数。加热电流通过精密电阻产生的电压降作为电压输出信号传输给电控单元，电压降的大小即是对空气流量的度量。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,3)热膜式空气流量计其测量原理与热线式空气流量计相同，它是利用热膜与空气之间的热传递现象来测量空气流量的。热膜是由铂金属片固定在树脂薄膜上而构成的。用热膜代替热线提高了空气流量计的可靠性和耐用性，并且热膜不会被空气中的灰尘沾附。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,4)卡门涡流式空气流量计它是利用卡门涡流理论来测量空气流量的装置。在流量计进气道的正中央有一个流线形或三角形的立柱，称作涡源体。当均匀的气流流过涡源体时，在涡源体下游的气流中会产生一列不对称却十分规则的空气漩涡，即所谓卡门涡流。据卡门涡流理论，此漩涡移动的速度与空气流速成正比，即在单位时间内流过涡源体下游某点的漩涡数量与空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内流过的漩涡数量便可计算出空气流速和流量。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,2.进气管压力(MAP)传感器计1)膜盒式进气管压力传感器在传感器中有一个密封的弹性金属膜盒，内部保持真空，外部与进气管相通。当进气管压力发生变化时，膜盒或收缩或膨胀，并带动衔铁在感应线圈中移动，从而在感应线圈中产生感应电压，将此电压信号传输给电控单元用来控制喷油量。2)应变仪式进气管压力传感器物体因承受应力而变形时，由于长度发生变化，其电阻值也将随之改变。应变仪式进气管压力传感器就是根据这一原理设计的。传感器的主要元件是一个很薄的硅片，四周较厚，中间最薄。硅片上下两面各有一层二氧化硅薄膜。沿硅片四周有4个传感电阻。在硅片的四角各有1个金属块，通过导线与传感电阻相连。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,3.补充空气阀补充空气阀是实现发动机快怠速的装置。当发动机冷起动时，部分空气经补充空气阀进入发动机，使发动机的进气量增加。由于这部分空气是经过空气流量计计量过的，因此喷油量将相应地有所增加，从而提高了怠速转速，缩短了暖车时间。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,4.怠速控制阀在节气门体汽油喷射系统中，节气门体上装有步进电机式怠速控制阀。其功用是自动调节发动机的怠速转速，使发动机在设定的怠速转速下稳定运转。在使用空调器或转向助力器的汽车上，电控单元通过怠速控制阀自动提高怠速转速，以防止发动机因负荷加大而熄火。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,(三)控制系统主要组件的构造与工作原理电控汽油喷射系统中的控制系统由电控单元、各种传感器、执行器，以及连接它们的控制电路所组成。不同类型的电控汽油喷射系统的控制功能、控制方式和控制电路的布置不完全一样，但基本原理相似。1.传感器1)发动机温度传感器发动机温度传感器内部是一个半导体热敏电阻。冷却液温度越低，热敏电阻的阻值越大，反之亦然。传感器的两根导线都和电控单元连接，其中一根为搭铁线。2)进气温度传感器进气温度传感器内部也是一个热敏电阻，其电阻温度特性、构造、工作原理以及与电控单元的连接方式均与发动机温度传感器相同。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,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。其功用是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。节气门位置传感器有开关型和线性输出型两种。,4-3.电子控制汽油机喷射系统,4)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。光电式曲轴位置传感器磁脉冲式曲轴位置传感器霍尔效应式曲轴位置传感器,4-3.电子控制汽油机喷射系统,5)氧传感器氧传感器是电子控制汽油喷射系统进行反馈控制的传感器，安装在排气管上，反馈控制也称闭环控制。在这种控制方式中，利用氧传