烟南院汽车发动机构造与维修课件第6章 汽油机燃料供给系的构造与维修

第一节汽油机燃油供给系的组成汽油机供给系的功用根据发动机不同工况的要求，供给不同数量和浓度的可燃混合气进入气缸；燃烧后的废气经净化处理后排入大气。一、汽油机供给系的组成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。以化油器式为例，它包括燃油供给装置：汽油油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管空气供给装置：空气滤清器可燃混合气形成装置：化油器废气排出装置：排气管道、排气消音器，三元催化转换器二、汽油机燃油

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（液体——气体）的程度。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44000kj/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。第二节简单化油器特性与可燃混合气的形成一、简单化油器的结构与可燃混合气的形成简单化油器的结构浮子室、针阀、喉部、节气门（油门）工作原理：节气门开度影响喉部真空度，开度越大，真空度越大，喷油量越大；当节气门开度一定时，发动机转速越高，喉部真空度越大。喉部（喉管）浮子（室）节气门化油器的工作原理

汽油泵从油箱中吸油，燃油经过汽油滤清器，经汽油泵加压后送入化油器的浮子室，空气经空气滤清器进入化油器，在气缸吸气气流的吸力下，汽油从化油器中吸出，与空气混合后进入气缸，燃烧后经排气管排出。

基本工作原理：利用喉管处的真空度从浮子室中吸油，吸出的汽油与空气混合形成可燃混合气供给路线图油箱汽油滤清器汽油泵化油器(混合)空气滤清器排气管排气消声器在气缸内燃绕化油器是利用被吸入的流动空气的动能雾化汽油，并促进可燃混合气的形成二、简单化油器特性第三节可燃混合气浓度对汽油机工作的影响可燃混合气成分

可燃混合气是指空气与燃料的混合物，其成分对发动机的动力性与经济性有很大的影响。可燃混合气成分的表示方法：空燃比：可燃混合气中空气（A）和燃料(F)的质量比。过量空气系数：一、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α变化而变化的。理论上，对于α=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α=1，汽油也不可能完全燃烧，混合气α>1才有可能完全燃烧。因为α>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α=1.05～1.15范围内。当α大于或小于1.05～1.15时，经济性变坏。当α=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α=0.85～0.95之间。

α>1.11的混合气称为过稀混合气，α<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α=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α=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α=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α=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α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，α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，α=0.85～0.95时，发动机可得到较大的功率;当α=1.05～1.15时，发动机可得到较好的燃料经济性;所以当α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。

实际上，对于一定的发动机，相应于一定工况，化油器只能供应一定α值的可燃混合气，该α值究竟要满足动力性，还是经济性，还是二者适当兼顾，这就要根据汽车及发动机的各种工况进行具体分析。二、车用汽油机各种工况对可燃混合气浓度的要求

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。1、稳定工况对混合气的数量和浓度的具体要求如下：（1）怠速和小负荷工况-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α=0.6～0.8。同理，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可燃混合气，要求供给较浓混合气α=0.7～0.9。（2）中负荷工况-要求经济性为主，混合气成分α=0.9～1.1。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α值的混合气，主要是α>1的稀混合气，这样，功率损失不多，节油效果却很显著。（3）大负荷和全负荷工况-要求发出最大功率Pemax，α=0.85～0.95。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。化油器起动工况化油器中负荷工况化油器大负荷工况2、现代化油器—发动机运转过程中的过渡工况（1）冷起动：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。要求：供给极浓的混合气α=0.2～0.6量少。（2）暖机：起动后，发动机温度逐渐上升，直至发动机能进行稳定怠速运转为止。要求：化油器供给的可燃混合气的浓度由起动时的极浓混合气，随着温度上升而变稀直到怠速要求的浓度为止（α随温度上升而逐渐增大）。（3）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

①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。

②起动、怠速、全负荷、加速运转时，要求供给浓混合气α<1。

③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α=0.9～1.1。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α↑，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。现代化油器—实际工况对可燃混合气成分的要求工况：发动机的转速和负荷。分为：怠速、小负荷、中等负荷、大负荷、全负荷工况节气门开度混合气α气缸内性能怠速接近于关闭0.6-0.8废气含量大小负荷逐渐开启0.7-0.9废气作用减弱中等负荷（常用状态）足够的开度0.9-1.1追求经济性大负荷和全负荷最大开度0.85-0.95要求供给最大功率第四节现代化油器的各种工作系统五大系统主供油系统怠速系统加浓系统加速系统起动系统一、现代化油器—主供油系统简单化油器的情况：通过主量孔的燃油流量由浮子室中大气压力与喉管压力之差决定。这个压力差在发动机转速一定的情况下随节气门开度的增大而提高，从主量孔流出来的汽油量也不断增长，而且其增长率比空气的增长率要大一些，因而可燃混合气逐渐变浓。理想化油器的要求：保证正常工作时，混合气随节气门开大而逐渐变稀。措施：加装空气量孔（降低主量孔处的真空度）具体说明：在主喷管上加开一个通气管，在通气管上设有控制渗入空气流量的空气量孔。利用泡沫管吸入空气，形成泡沫汽油，节气门开度越大，进入泡沫管中的空气越多，燃油越稀。满足中小负荷时，随着节气门的开度增大，燃油逐渐变稀的要求。功用：保证正常工作时，混合气随节气门开大而逐渐变稀。？？？：节气门开度加大时，简单化油器是怎样工作的？（答：稀→浓）起作用工况：除怠速与极小负荷工况，均起作用。方法：降低主量孔处真空度，即引入少量空气到主量孔。（泡沫管）主供油装置

功用：保证怠速和小负荷时供给浓混合气。（α=0.6-0.8）怠速系统结构：怠速油道、怠速量孔、怠速过渡量孔、怠速空气量孔、怠速调整螺钉、节气门开度调整螺钉※为满足怠速时供油的要求,利用怠速时节气门后高真空度吸油，为过渡圆滑，设过渡喷口。怠速装置三、现代化油器—加浓系统（省油器）使用工况：大负荷设置原因：主供油系统保证化油器供给的可燃混合气浓度是随着节气门的开度（负荷）增大而变稀的，一直到节气门全开时候也是如此。这样不能满足大负荷时候的加浓要求。措施：设置加浓系统。作用：在发动机大负荷和全负荷工况时额外供油，保证全负荷时候可燃混合气浓度达到规定数值，使发动机发出最大功率。省油器名称由来：由于加浓系统的补偿加浓作用，就可以将主供油系统设计得符合最经济要求，而不必考虑全负荷时的最大功率要求。机械加浓装置：取决于节气门开度真空加浓装置：取决于节气门后真空度。真空加浓机械加浓四、现代化油器—加速系统（加速泵）汽车在一定的使用条件下需要加速前进时，应急速加大节气门开度，使汽油机功率迅速增大，此时要求供给浓的可燃混合气。简单化油器情形：在节气门突然开大时候，短时间内气缸中可燃混合气会变得过稀，非但不能加速，甚至有使汽油机熄火的可能。现代化油器：设置加速系统。其作用使在节气门突然加大的时候，及时将一定量的额外汽油一次喷入喉管，使可燃混合气临时加浓，以适应汽油机加速的需要。加速泵：由节气门控制，内有活塞，进油阀和出油阀。节气门开度减小时：活塞上移，汽油进入加速泵；节气门开度加大时：活塞下移，进油阀关，出油阀开，汽油从加速喷孔喷出。加速装置五、现代化油器—起动系统起动系统的作用：当汽油机在冷态下起动时，在化油器内形成极浓的混合气，使进入气缸内的可燃混合气有足够的汽油蒸汽，保证汽车顺利起动。措施：在喉管之前安装一个阻风门（用弹簧使之经常保持全开位置）。起动工况：极浓混合气（α=0.2-0.6）结构：阻风门工作系统：主供油系统和怠速系统自动阀：避免起动过程后期，由于转速加大真空度增大而导致混合气过浓。起动装置：设置阻风门，增加冷起动时真空度，此时主喷孔、怠速喷孔、过渡喷口一起供油。化油器的主要装置第五节现代化油器的附属装置一、浮子二、蒸汽放出阀三、热怠速补偿阀四、怠速截止电磁阀五、急减速控制装置六、自动阻风门机构七、快怠速机构八、化油器的操纵机构第六节典型化油器的构造上体中体下体1、化油器上体阻风门壳体真空加油浓柱塞进油口针阀2、化油器中体3、化油器下体一、汽油箱用薄钢板冲压焊接而成，上部有加油管，油面指示表的传感器。下部有放油塞，箱内有隔板以加强油箱的强度，并减轻行车时汽油的振荡。油箱是密封的，一般在油箱盖上装有空气蒸汽阀，保持油箱内油压正常。第七节可燃混合气供给装置和废气排除装置进油管接头出油管接头陶瓷滤芯沉淀杯放油螺塞二、汽油滤清器功用是除去汽油中的杂质。由于汽油泵，化油器，喷油器等精密零件，要求供给清洁的汽油，否则会引起故障。汽油滤清器采用的滤清方式有沉淀式和过滤式。滤蕊有：纸质滤蕊、金属片缝隙式、多孔陶瓷滤蕊。纸质滤蕊，由于滤清效果好，成本低，制造和使用方便，故采用最多。三、汽油泵功用：将汽油从油箱吸出，经管路和汽油滤清器，然后泵入化油器或者喷油器，保证连续不断地供油。1、机械式汽油泵

构造：由膜片、进、出油阀、拉杆、摇臂、手摇臂、膜片弹簧、壳体等组成。工作过程进油过程：膜片装在上、下体之间，将内体分为上、下两腔，上腔装有进油阀和出油阀。当凸轮轴转动时，偏心轮的凸起部分驱动摇臂→内摇臂→拉杆将膜片向下拉，迫使膜片克服弹簧力而下凹，膜片上腔容积↑，油压↓，进油阀被吸开，出油阀关闭，汽油经过进油器，进油阀进入膜片上腔。泵油过程：当偏心轮偏心部分转过后，膜片弹簧将膜片向上顶，迫使膜片上凹，使膜片上腔空间↓，油压↑，进油阀关闭，出油阀打开，油泵对外泵油。手摇臂的作用：在发动机起动前，如果化油器浮子室内无油或储油不足时，就需要利用手摇臂泵油，将手摇臂上下摇动时，可带动半圆轴转动，通过内摇臂使膜片上下移动来实现泵油。

一般汽油泵的最大供油量比发动机最大耗油量大2.5～3.5倍，而在发动机正常工作中，要求化油器浮子室油面高度不变，以保证化油器工作性能稳定，因此，要求汽油泵能根据发动机耗油量自动调节供油量。调节原理：上腔油压力与膜片弹簧力平衡来调节油压。膜片向下运动受偏心轮控制，位置不能改变，膜片向上运动其位置取决于上方油压。当上方空间油压↑，在泵油过程中，弹簧推动膜片向上运动一个较小的距离，弹簧力=油压力达到了平衡，因而，使膜片上、下运动，振幅减小，输入油量相应减少。

汽油泵的供油压力取决于膜片弹簧的预紧力，一般油压力为0.027～0.037MPα，供油压力不宜太高，否则会使浮子室油面过高，化油器供油量过多，造成浪费。四、空气滤清器

由于汽车行驶时，速度快，引起道路两旁，特别是土路上的尘土飞扬，使周围空气中含有灰尘，而灰尘中又含有大量的砂粒，如果被吸入气缸里的话，就会粘附在气缸，活塞和气门座等另件的密封表面，加速它们的磨损，使发动机寿命大大下降。因此，在车用发动机上，必须装上空气滤清器。空气滤清器的功用就是把空气中的尘土分离出来，保证供给气缸足够量的清洁空气。对空气滤清器的基本要求是滤清能力强，进气阻力小，维护保养周期长，价格低廉。过滤式：它是根据吸附原理，引导气流通过滤芯（如金属网、丝、棉质物质和纸质等），将尘土隔离和粘附在滤芯上，从而使空气得到滤清。

五、进气管与排气管进气管作用是均匀分配可燃混合气到各气缸中。排气管作用是汇集各气缸的废气，从消声器排出。六、排气消声器作用：降低排气噪音并消除废气中的火星及火焰第八节汽油直接喷射系统一、概述（一）汽油喷射的基本概念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，与空气混合形成可燃混合气，其目的是为了提高雾化质量，改善燃烧状况。（二）汽油喷射的优点1.提高了发动机的充气效率；2.可采用较高的压缩比；3.可使发动机燃用稀薄的可燃混合气；4.冷起动性和加速性能较好；5.使发动机在任何工况下都处于最佳工作状态；6.使各缸可燃混合气分配更加均匀；7.可节省燃油并减少废气中的有害成分气门喷油器输油管进气支管（三）汽油喷射系统的类型1.按喷射器安装位置分每一个气缸有一个喷油器。（1）多点喷射MPI调压器喷油器节气门体位置传感器节气门（2）单点喷射SPI几个缸共用一个喷油器，又称节气门体喷射TBI。将燃料直接喷入气缸内，需较高的喷射压力。（3）气缸内喷射4.按多点喷射的喷油间隔来分（1）同时喷射（2）分组喷射（3）顺序喷射3.按进气量检测方法来分（1）间接测量（2）直接测量（2）闭环控制传感器电子控制单元执行器发动机开环控制氧传感器闭环控制2.按控制方式来分（1）开环控制二、电子控制汽油喷射系统（一）L-Jetronic系统1、电动燃油泵滚柱式电动燃油泵电刷电枢磁极滚柱泵泵壳单向阀卸压阀滤网泵盖组成：油泵电机、滚柱泵、单向阀、卸压阀、外壳、泵盖及滤网等。作用：供给各喷油器及冷起动喷油器所需要的燃油。L型电子控制汽油喷射系统的主要部件：2、燃油压力调节器进油口回油口阀门支承膜片弹簧接进气支管作用：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。

3、喷油器作用：

在恒定压力下定时、定量地喷油并使之雾化。

电插电磁线圈滤网衔铁针阀结构：4、空气流量传感器作用：将空气流量转换成电信号送给电控单元，该信号作为决定喷油量的基本信号之一。（1）叶板式空气流量计补偿挡板缓冲室弹簧测量板温度传感器旁通气道封口调节螺钉电位计

测量板打开的角度随进气量大小而变化（2）热线式空气流量传感器原理：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。控制电路热膜温度传感器防护网A：集成电路；RH：热线电阻RK：温度补偿电阻RA：精密电阻RB：电桥电阻（3）卡门涡流式空气流量传感器

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。节气门取样管整流器涡流发生体超声波发射器空气流5、冷起动阀、热定时器冷起动阀作用：

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。

冷起动阀结构：如左图所示电插头电磁线圈阀门弹簧阀门喷嘴热定时器作用：控制冷起动阀的开启持续时间

6、附加空气滑阀

作用：调节在暖机过程中空气逐渐减少直至汽油机热态运行时完全停止供给。7、节气门开关

作用：操纵节气门

8、分配管

作用：稳压，防止汽油的压力出现波动。

9、氧传感器

测量汽油机排出废气中的含氧量。（二）上海桑塔纳200型轿车电子控制汽油喷射系统油箱汽油泵滤清器压力调节器电控单元冷起动阀节气门开关怠速调整螺钉节气门空气流量传感器辅助空气阀油压调节器喷油器燃油分配器空气温度传感器氧传感器曲轴转角传感器转速传感器功用：是控制并测量汽油机燃烧所需要的空气量。

质量流量方式电子控制燃油喷射系统的空气系统

1一发动机

2一稳压箱

3一节流阀体

4一空气流量计

5一空气滤清器

6一空气阀

7一喷油器。

1、空气供给系统可分为三个系统：图3单点汽油喷射系统的燃料供