5_第四章 电控汽油喷射式燃料供给系统

1、汽车构造 主编 关文达第四章电控汽油喷射式燃料供给系统第一节概述第二节燃料供给系统的组成和工作原理第三节发动机进、排气装置第四节电控汽油喷射系统实例第五节 汽油机涡轮增压第六节发动机排放控制第一节概述一、功用二、燃料简介三、可燃混合气成分的表示方法四、可燃混合气成分对发动机性能的影响五、发动机各工况对可燃混合气浓度的要求一、功用根据发动机各工况的不同要求，供给发动机气缸一定浓度和数量的可燃混合气，并把发动机燃烧做功行程后产生的废气排到大气中。二、燃料简介1.汽油2.压缩天然气(CNG)3.液化石油气(LPG)4.氢气5.醇类燃料1.汽油汽油是目前汽油机的主要燃料。汽油从石油中提炼而成，是一种多

2、种烃的混合物，其主要化学成分是碳(C)和氢(H)。2.压缩天然气(CNG)CNG是压缩天然气(Compressed Natural Gas)的缩写，它的主要成分是甲烷(所占体积分数在85%97%)。它是把天然气加压后装在高压气瓶中放在车上，相当于普通汽车的燃油箱，气瓶中的压力一般为21MPa。3.液化石油气(LPG)LPG是液化石油气(Liquefied Petroleum Gas)的缩写，是炼油厂的副产品，相对汽油，价格便宜。液化石油气主要成分是丙烷和丁烷，另外含有少量的丙烯和丁烯及其他烃类物质。4.氢气通过将水分解成氢和氧，可以得到足够的氢气。氢作为燃料具有很多优点，它燃烧后变成水，不会产

3、生烟雾和有害气体，是最清洁的燃料之一。氢气辛烷值高、自燃温度高(585)、易与空气混合且分配均匀，因此发动机热效率高，燃料经济性好。氢气是汽车最有发展前途的代用燃料之一。5.醇类燃料醇类燃料包括甲醇和乙醇。甲醇是通过煤或天然气制成的产品，性能与天然气相似，在不对发动机进行改造的前提下，可以使用甲醇与汽油混合燃料。乙醇是从玉米、小麦、甘蔗等农作物中经过发酵提炼而成的。三、可燃混合气成分的表示方法1.空燃比2.过量空气系数1.空燃比将实际吸入发动机中空气的质量与燃料质量的比值称为空燃比，用符号R表示(多为欧美国家采用)，空燃比亦即燃烧1kg燃料实际供给的空气量。2.过量空气系数将燃烧1kg燃料实际

4、供给的空气质量与理论上1kg燃料完全燃烧所需的空气质量之比称为过量空气系数，用符号表示(为我国及原苏联等国采用)。四、可燃混合气成分对发动机性能的影响1.理论混合气(1)2.稀混合气(1)3.浓混合气(1)4.燃烧极限图4-1可燃混合气成分对发动机性能的影响(发动机转速不变，节气门全开)1燃油消耗率曲线2发动机功率曲线四、可燃混合气成分对发动机性能的影响 当1时，理论上气缸中所含空气中的氧正好能使其中的燃料完全燃烧。但实际上，由于气缸中可燃混合气的成分不可能绝对均匀地分布,以及残余废气的存在而影响火焰中心的形成和火焰的传播，而使1的可燃混合气不可能得到完全燃烧。1.理论混合气(1)2.稀混合气

5、(1)当1时，可使所有汽油分子获得足够的氧气而完全燃烧。对应于燃料消耗率最低时的可燃混合气称为经济混合气。对不同的汽油机，经济混合气的成分一般在=1.051.15范围内。然而，空气过量后因燃烧速度减小、热损失增加而使平均有效压力和发动机的功率略有下降。若混合气过稀(图4-1中1.11)，会因燃烧速度的进一步减小而造成加速性能变坏，发动机输出功率下降，甚至会出现进气管回火现象。因此，不能对发动机供给这种过稀的可燃混合气。3.浓混合气(1)当1时，因可燃混合气中汽油分子较多而使燃烧速度加快，热损失减小。将发动机输出功率最大时的可燃混合气称为功率混合气，对不同的汽油机，功率混合气的成分一般在=0.8

6、50.95的范围内。但这时因可燃混合气中空气含量不足，致使其燃烧不完全，经济性较差。若可燃混合气过浓(图4-1中的0.88)，因燃烧不完全，产生大量的一氧化碳，在高温高压的作用下析出游离的碳粒，导致燃烧室积炭，发生排气管放炮现象及冒黑烟。4.燃烧极限4.燃烧极限1)功率点与经济点并不对应。2)可燃混合气过浓(0.8)、过稀(1.051.15)时，发动机的动力性、经济性均不理想。3)为兼顾发动机的动力性和经济性，可燃混合气的成分在0.881.11范围内最有利。五、发动机各工况对可燃混合气浓度的要求车用汽油机在不同工况下对可燃混合气的浓度有不同的要求，分述如下：(1)冷起动(2)怠速及小负荷(3)

7、加速(4)大负荷及全负荷(5)中等负荷(1)冷起动发动机冷起动时，因这时气缸温度低，汽油不易蒸发汽化，且发动机转速低，空气在进气道中流速低，致使汽油雾化不良，导致气缸内可燃混合气中汽油蒸气过少，可燃混合气过稀，发动机不能着火燃烧。因此，为了使发动机顺利起动，要求燃料系统供给0.20.6极浓的可燃混合气。 (2)怠速及小负荷发动机怠速为对外无功率输出情况下的最低发动机转速。此时，节气门处于接近关闭位置，吸入的空气量极少，且汽油雾化蒸发不良，并有废气的稀释，使发动机燃烧速度减慢甚至熄火。为保证这种品质不良的可燃混合气能正常燃烧，燃料系统应提供较浓的可燃混合气(0.60.8)，节气门略开大。进入小负

8、荷(节气门开度在30%以内)时，由于进入的空气量略有增加，可燃混合气的品质逐渐改善，因而可燃混合气浓度可以减小至0.70.9。虽然可燃混合气浓度略有减小，但仍属浓混合气，目的是保证汽油机在小负荷工况的稳定性。 (3)加速节气门开度突然加大，吸入气缸的空气量立刻增加，而汽油因其惯性大而在原处基本不动，再加上雾化汽油的颗粒大跟不上气流流动，使之一部分附着在进气管内壁上。因此，气缸内的可燃混合气在加速的瞬间变稀，不易点燃。为改善车用汽油机的加速性能，燃料系统应能在节气门突然开大时，及时地自动增加供油量，补偿可燃混合气瞬间变稀的现象。(4)大负荷及全负荷当节气门接近全开或达到全开时，为发动机大负荷及全

9、负荷工况。此时要求发动机发出最大功率来克服较大的外界阻力或加速行驶。为此应供给0.850.95的功率混合气。 (5)中等负荷此时节气门的开度约30%85%，是车用汽油机最常用的工况。为满足发动机经济性的要求，应供给0.91.1的可燃混合气(其中，主要是1的稀混合气)。 第二节燃料供给系统的组成和工作原理一、概述二、组成三、电子控制系统主要元件结构及工作原理四、燃油供给系统主要零件结构及工作原理一、概述1.汽油喷射的基本概念2.汽油喷射系统发展概况3.汽油喷射的优点4.汽油喷射的分类1.汽油喷射的基本概念汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到气缸或进气歧管中，与进入的空气混合而形成可

10、燃混合气。 2.汽油喷射系统发展概况汽油喷射技术始于20世纪30年代，最初是为航空发动机而设计的，50年代开始应用于汽车发动机上。早期的汽油喷射系统都是机械控制式，1953年美国Bendix公司开始着手开发电子控制汽油喷射系统，但未付诸实用。后来德国Bosch公司购买了此项专利并加以改进，于1957年推出DJetronic装在YW1600轿车上，向美国出口，这实际上是一种电控的进气管汽油喷射系统。此后，美、日等国的汽车公司也纷纷在自己生产的轿车上装用各种形式的电控汽油喷射系统。时至今日，汽油喷射系统在国内外轿车上的应用已很广泛，美、日、德等国生产的轿车发动机几乎都采用了汽油喷射系统。我国政府以

11、规定，2001年7月以后生产的轿车发动机禁止装用化油器。 3.汽油喷射的优点1)在进气道中未设喉管，进气道截面增加，减小了进气阻力，增加了进气量，发动机的充气效率得以提高，从而增加了发动机的功率和转矩。2)因进气温度较低而使爆燃得到有效控制，因而可采用较高的压缩比。3)若配以高能点火装置，则可使发动机燃用稀薄可燃混合气。4)发动机的冷起动性和加速性较好。5)可以对可燃混合气成分和点火提前角进行精确地控制，使发动机在任何工况下都处于最佳的工作状态，尤其是对过渡工况的动态控制，更是传统化油器式发动机所无法做到的。6)多点汽油喷射系统可使发动机各缸可燃混合气的分配更加均匀。7)可节省燃油并减少废气中

12、的有害成分，因为在市区行驶的一些工况中(例如用发动机制动、向前滑行、下坡等)，可完全切断燃油的供应。4.汽油喷射的分类(1)按汽油喷射方式分类(2)按喷油器的布置方式分类(3)按控制方式分类(4)按进气量的检测方式分类(1)按汽油喷射方式分类按汽油喷射方式不同，分为间歇喷射式和持续喷射式。1)间歇喷射式是指每个喷射周期都有一个固定的喷射持续期和间歇期，喷油持续期的长短直接控制了喷油量的大小。2)持续喷射式是指发动机工作时，喷油器持续不断地喷油，这种喷油方式不易应用于缸内喷射，常见于机械汽油喷射系统。(2)按喷油器的布置方式分类1)多点喷射系统(MPI)是在每个气缸进气口处(图4-2b)装有一个

13、由电控单元(ECU)控制的喷油器，顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射，汽油直接喷射到各缸进气口的前方。2)单点喷射系统(SPI)是在进气道节气门的前方装一个中央喷射装置，用12个喷油器(图4-2a)集中喷射。图4-2喷油器的布置方式a)单点喷射b)多点喷射1进气口2喷油器(3)按控制方式分类1)机械控制式。2)电子控制汽油喷射系统(EFI)。1)机械控制式。图4-3机械控制式汽油喷射系统1火花塞2喷油器3冷起动喷油器4怠速调整螺钉5燃油分配器6暖机调节器7燃油箱 8电动燃油泵9燃油滤清器10可燃混合气控制器11蓄电池12最高转速切断阀13辅助空气阀14节气门位置开关15热限时开关16速度继电器2

14、)电子控制汽油喷射系统(EFI)。图4-4电子控制式汽油喷射系统1燃油箱2电动燃油泵3燃油滤清器4燃油导轨(燃油分配管)5燃油压力调节器6空气流量传感器7电控单元8怠速调整螺钉9怠速控制阀10节气门位置传感器11喷油器12冷却液温度传感器13曲轴位置传感器14火花塞15分电器16点火线圈17氧传感器(4)按进气量的检测方式分类1)直接测量方式(流量型)。用空气流量传感器直接检测出进气管的空气流量，用测得的空气流量除以发动机的转速而得到每一循环的空气量，由此算出每一循环的汽油喷射量。此方法检测精度高，目前使用较为广泛。2)间接测量方式(压力型)。 通过压力传感器测出进气管的压力，再根据发动机的转

15、速间接地推算出进气流量，从而确定汽油喷射量。因进气管压力与吸入的空气量间不是简单的线性关系，故此法的检测精度不高。二、组成1.燃油供给系统2.空气供给系统3.电子控制系统1.燃油供给系统图4-5燃油供给系统1燃油滤清器2燃油导轨(燃油分配管)3喷油器4燃油压力调节器5燃油箱6电动燃油泵7回油管8进油管图4-6空气供给系统1空气滤清器2空气流量传感器3节气门4动力腔5进气歧管6怠速控制阀2.空气供给系统3.电子控制系统图4-7燃油喷射电子控制系统组成示意图1冷却液温度传感器2进气温度传感器3节气门位置传感器4节气门5凸轮轴位置传感器6曲轴位置传感器7进气管绝对压力传感器8空气流量传感器9电控单元

16、10、13、17接口电路11CPU12电源电路14喷油器15ROM16RAM18点火开关19蓄电池20氧传感器21A/D转换器三、电子控制系统主要元件结构及工作原理1.电控单元2.传感器1.电控单元图4-8电控单元a) 外形图b)零件位置图1.电控单元图4-9电子控制系统管理功能框图2.传感器(1)空气流量传感器(2)进气歧管压力传感器(3)发动机转速和曲轴位置传感器(4)水温传感器(5)进气温度传感器(6)氧传感器(7)节气门位置传感器(8)爆燃传感器(1)空气流量传感器1)热线式空气流量传感器。2)热膜式空气流量传感器。1)热线式空气流量传感器。图4-10热线式空气流量传感器1密封盖2电路

17、板3堵塞4调节螺钉5测试管6卡环7冷线8热线9网状格栅1)热线式空气流量传感器。图4-11热线式空气流量传感器工作原理1放大器2电源3输出信号2)热膜式空气流量传感器。图4-12热模式空气流量传感器1热膜电阻2进气气流(2)进气歧管压力传感器图4-13应变仪式进气压力传感器1硅片2硅3真空腔4硼硅酸玻璃片5二氧化硅膜6传感器电阻7金属块图4-14应变仪式进气压力传感器工作原理1稳压电源2放大器3输出端(2)进气歧管压力传感器(3)发动机转速和曲轴位置传感器1)电磁感应式曲轴位置传感器。2)光电式曲轴位置传感器。1)电磁感应式曲轴位置传感器。图4-15电磁感应式曲轴位置传感器1转子2线圈3定子磁

18、极1)电磁感应式曲轴位置传感器。图4-16电磁感应原理a)凸齿对准磁极时的磁力线分布b)信号转子凸齿处于不同位置时 c)磁通量与感应电压的变化曲线1感应线圈2转子3定子4分电器轴 电磁感应式曲轴位置传感器也可以与曲轴直接相连，它可以安装在曲轴飞轮齿圈附近(图4-17)，也可以安装在曲轴带轮附近(图4-18)，利用飞轮轮齿上的参考记号(如安装一个销钉或一个凹槽)来产生脉冲信号。1)电磁感应式曲轴位置传感器。1)电磁感应式曲轴位置传感器。图4-17安装在飞轮附近的曲轴位置传感器1永久磁铁2传感器壳体3发动机机体4软铁芯5线圈6飞轮齿圈 7参考记号1)电磁感应式曲轴位置传感器。图4-18安装在曲轴带

19、轮附近的曲轴位置传感器1曲轴位置传感器2凸块图4-19光电式曲轴位置传感器1密封圈2曲轴位置传感器3分火头4分电器盖5G信号传感器6Ne信号传感器2)光电式曲轴位置传感器。（4）水温传感器图4-20水温传感器(5)进气温度传感器与体积空气流量传感器相配合，测量空气温度的变化，以确定空气密度的变化，进而获得较精确的空气质量流量及空燃比。它通常安装在空气流量传感器上或进气歧管处。(6)氧传感器图4-21二氧化锆型氧传感器1导入排气孔罩2二氧化锆管3排气管4铂电极5弹簧6铂电极座7导线(7)节气门位置传感器图4-22节气门体与节气门位置传感器1节气门体2节气门位置传感器(7)节气门位置传感器图4-2

20、3开关型节气门位置传感器1线束插头2全负荷开关触点3活动臂4怠速开关触点(8)爆燃传感器图4-24爆燃传感器的结构与工作原理1压电陶瓷片2配重3输出引线4爆燃压力波波形四、燃油供给系统主要零件结构及工作原理1.燃油箱2.汽油滤清器3.汽油泵4.燃油压力调节器5.燃油导轨(分配管)6.喷油器1.燃油箱图4-25燃油箱1油箱盖2加油管3油管4输油管5油量传感器6油箱体7浮子8回油管1.燃油箱图4-26燃油箱内部结构1油箱盖2重力阀3大通风管4通风阀5膨胀室6加油喉管7小通风管8截止阀2.汽油滤清器图4-27汽油滤清器3.汽油泵图4-28滚柱式电动汽油泵1进油口2限压阀3滚柱泵4电动机5单向阀 6出

21、油口7泵体8滚柱9转子3.汽油泵图4-29叶片式电动汽油泵1单向阀2限压阀3、7轴承4电刷5电枢6永久磁铁8叶轮及叶片9滤清器10缓冲垫11泵体4.燃油压力调节器图4-30燃油压力调节器1进油口(通燃油导轨)2回油口(通燃油箱)3阀座4膜片5弹簧6真空管(通进气管)7回油阀图4-31燃油导轨1燃油压力测试口2、6油道3进油口4燃油压力调节器5喷油器5.燃油导轨(分配管)6.喷油器图4-32喷油器1燃油滤阀2电接头3电磁线圈4回位弹簧5衔铁6针阀7轴针第三节发动机进、排气装置一、发动机进气装置二、发动机排气装置一、发动机进气装置图4-33发动机进气装置1空气滤清器2连接管3进气歧管4密封垫一、发

22、动机进气装置1.空气滤清器2.进气歧管1.空气滤清器图4-34空气滤清器结构1空气滤清器盖2滤芯3壳体1.空气滤清器(1)干式空气滤清器(图4-35c)它是通过用树脂处理的纸质滤芯对空气进行过滤。(2)油浴式空气滤清器(图4-35a)它用于多灰尘条件下工作的发动机(越野汽车发动机)上。(3)离心式空气滤清器(图4-35b)它多与纸质滤芯一起组成复合式空气滤清器，用在矿用自卸汽车上。(4)聚氨酯式空气滤清器亦称泡沫塑料空气滤清器，通常安装在干式纸质滤芯的外壳上，滤芯为聚氨酯。1.空气滤清器图4-35空气滤清器分类a)油浴式b)离心式c)干式2.进气歧管图4-36湿式进气歧管 在进气过程中，气体流

23、动具有间歇性和波动性，造成在进气歧管内产生一定幅度的压力波。为了充分利用气流压力的波动效应，提高充气效率，有的发动机在进气管旁设置与进气管相通的谐振腔，构成谐振进气系统(图4-37)或在进气管内设置动力腔(图4-38)。 这两种进气装置工作可靠、成本低，但只能在特定转速下增加进气量。2.进气歧管2.进气歧管图4-37谐振进气装置1进气导流管2进气歧管3主谐振室4空气流量计5空气滤清器6副谐振室2.进气歧管图4-38动力腔进气装置1空气流量计2空气滤清器3进气管4动力腔二、发动机排气装置1.排气歧管2.排气消声器二、发动机排气装置图4-39发动机排气装置1排气歧管2排气管3排气消声器1.排气歧管

24、排气歧管与发动机气缸盖相连，高温废气直接从排气门进入排气歧管。为降低排气阻力，排气歧管长度应长些。排气歧管一般用铸铁制成，有的发动机排气歧管也有用不锈钢制造的，可以使排气歧管质量轻，耐久性好，排气阻力小。 2.排气消声器图4-40吸收式消声器2.排气消声器图4-41反射式消声器1孔2反射管2.排气消声器图4-42组合式消声器1排气管2节流管3反射管4吸声材料5干涉管6尾管第四节电控汽油喷射系统实例一、上海桑塔纳2000轿车发动机电控汽油喷射系统二、一汽红旗CA7220轿车电子控制汽油喷射系统一、上海桑塔纳2000轿车发动机电控汽油喷射系统图4-43上海桑塔纳2000轿车电控汽油喷射系统1电控单

25、元2空气滤清器3节气门位置传感器4怠速旁通阀5空气温度传感器6燃油压力调节器7喷油器8氧传感器9点火线圈10冷却液温度传感器11分电器12爆燃传感器13燃油滤清器14空气压力传感器15电动燃油泵 燃油供给系统主要包括燃油箱、电动燃油泵15、燃油滤清器13、燃油压力调节器6和喷油器7等。 空气供给系统主要由空气滤清器2、空气压力传感器14、空气温度传感器5等组成。 电子控制系统的核心是电控单元1，它是汽车上的微型计算机。电控单元根据发动机各种传感器送来的信号控制喷油时刻、喷油量及点火时刻等。一、上海桑塔纳2000轿车发动机电控汽油喷射系统二、一汽红旗CA7220轿车电子控制汽油喷射系统图4-44

26、一汽红旗CA7220轿车电子控制汽油喷射系统组成示意图1燃油箱2燃油泵继电器3点火电控单元4燃油压力调节器5燃油滤清器6燃油导轨7空气滤清器8电控单元9蓄电池10点火开关11主继电器12一氧化碳电位计13空气流量传感器14进气温度传感器15节气门体16喷油器17水温传感器18爆燃传感器19发动机转速及曲轴位置传感器20火花塞21分电器(内装凸轮轴位置传感器) 电子控制汽油喷射系统工作过程简述如下： 根据发动机转速及曲轴位置传感器19输入的发动机转速信号和空气流量传感器13输入的空气质量流量信号，电控单元8确定基本喷油量。然后，电控单元再根据水温度传感器17、节气门体15上的节气门位置传感器及进

27、气温度传感器14等输入的相关信号，对发动机特殊工况(起动、怠速、全负荷、加速等)再进行喷油量修正，最后计算出相应工况的最佳喷油量。二、一汽红旗CA7220轿车电子控制汽油喷射系统 发动机转速及曲轴位置传感器除了向电控单元提供曲轴转速信号外，还能提供曲轴位置。根据曲轴位置信号，电控单元确定喷油时刻。凸轮轴位置传感器向电控单元提供第一缸活塞位置信号，以确定喷油器向各缸的喷油顺序。 发动机怠速运转时，怠速开关触点闭合，电控单元根据怠速开关信号和水温传感器信号计算出发动机怠速目标转速，并与曲轴位置传感器测得的发动机实际转速信号进行比较，再根据怠速节气门位置传感器信号确定的节气门开度增量，最后由怠速直流

28、电动机将节气门驱动到目标位置，使发动机达到怠速目标转速。二、一汽红旗CA7220轿车电子控制汽油喷射系统二、一汽红旗CA7220轿车电子控制汽油喷射系统表4-2电控系统各元件安装部位零部件安 装 部 位燃油泵燃油箱内燃油滤清器右减振器上方燃油导轨进气歧管上燃油压力调节器燃油导轨前端喷油器燃油导轨与进气歧管之间节气门体进气管后端电控单元(ECU)右前轮罩后板处曲轴位置传感器变速器壳体前端凸轮轴位置传感器分电器内空气流量传感器空气滤清器和节气门体之间进气道上进气温度传感器空气流量传感器和节气门体之间进气道上水温传感器节温器右下侧爆燃传感器发动机1、2缸之间缸体上二、一汽红旗CA7220轿车电子控制

29、汽油喷射系统表4-2电控系统各元件安装部位零部件安 装 部 位节气门位置传感器节气门体控制器内怠速节气门位置传感器节气门体控制器内 怠速开关 节气门体控制器内 怠速直流电动机节气门体控制器内 一氧化碳电位计行李箱内 点火组件发动机后端车身前围板上 故障警报灯仪表板上 主继电器驾驶室内继电器和插接器固定框支架 燃油泵继电器中央配电盒内 诊断插接器 中央配电盒右侧 诊断激活工具中央配电盒内(备用熔丝) 通信插接器驾驶舱内第五节 汽油机涡轮增压一、汽油机涡轮增压特点二、布置方案一、汽油机涡轮增压特点1)由于汽油机增压后易引发爆燃，故增压程度较柴油机低。2)汽油机增压后热负荷偏高。3)汽油机排气温度较

30、高，对废气涡轮的耐热强度要求较高。4)汽油机转速变化度范围大(08 000r/min)，功率输出数值差别也很大，涡轮增压器与汽油机的匹配困难。二、布置方案1.前置2.后置3.混合布置图4-45汽油机增压器布置方案1节气门2化油器3空气滤清器4压气机5涡轮机6旁通阀7旁通阀控制器二、布置方案 增压器布置在化油器之前(图4-45a)，空气首先经过压气机4压缩，再导入化油器2与燃料混合、雾化后送入发动机气缸。1.前置2.后置增压器布置在化油器之后(图4-45b)，空气首先在化油器与燃料混合、雾化后再进入压气机压缩，使可燃混合气的密度和压力提高后再送入发动机气缸中。3.混合布置图4-46V8 4.0 TDI涡轮增压器第六节发动机排放控制