汽油机供给系统.docx

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汽油机供给系统

第04章汽油机供给系统教案

1.授课时间

2.授课方式多媒体

3.授课题目汽油机供给系统

4.教学内容掌握汽油机燃油供给系统基本构造与工作原理

5.教学重点电喷发动机的基本构造与工作原理

6.思考题

●理想燃油特性曲线对电控汽油喷射系统的意义？

●电控汽油喷射系统由哪几个主要部分组成？

如何工作？

7.参考资料

《汽车构造》陈家瑞主编机械工业出版社

《汽车构造》关文达主编清华大学出版社

《内燃机学》周龙保主编机械工业出版社

8.课后小节

第04章汽油机供给系统讲稿

第一节汽油供给系统的组成与燃料

1.汽油供给系（Gasolinesupplyingsystem）的组成

汽油机所用的燃料是汽油，在进入气缸之前，汽油和空气已形成可燃混合气。

可燃混合气进入气缸内被压缩，在接近压缩终了时点火燃烧膨胀作功，燃烧作功后将废气排出。

因此汽油供给系的任务是根据发动机的不同情况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气，供入气缸，最后还要把燃烧后的废气排出气缸。

所以它包括四个部分：

①燃油供给装置：

油箱（gasolinetank）油泵（gasolinepump）滤清器（gasolinefilter）②空气供给装置：

空气滤清器（aircleaner）进气总管（intakepipe）进气支管（intakemanifold）③可燃混合气形成装置：

化油器（carburetor）④废气排出装置：

排气总管（exhaustpipe）排气支管（exhaustmanifold）、排气消声器（muffler）三元催化转换器

2.汽油（Gasoline）

汽油机使用的燃料是汽油，汽油是从石油中提炼出来的碳氢化合物。

汽油的使用性能指标主要有蒸发性、热值、抗爆性。

按辛烷值不同分为几个牌号，研究法和马达法辛烷值，辛烷值越高，抗爆性越好。

压缩比大的汽油机应选用较高牌号的汽油。

第二节简单化油器原理及混合气形成

1.简单化油器的构造

简单化油器由浮子室、喉管、量孔、喷管和节气门等组成。

（1）浮子室和浮子

汽油由进油口进入浮子室，浮子室油面高度影响喷出油量的多少，因此，必须保持油面高度一定。

设置了浮子，浮子由薄铜皮制成并为空心的，其上有针阀。

当油面低时，浮子下沉，针阀将进油口打开，汽油进入浮子室，油面升高了，浮子上升，直到针阀将进油口封闭，保持油面在规定的高度。

为了保持浮子室内具有一定的气压，浮子室与大气相通，使油面在工作时始终承受大气压力。

即浮子室内油面高度和压力始终不变。

（2）量孔和喷管

量孔是一个尺寸和形状都很精确的小孔，控制汽油的流量。

出油量只取决于量孔两端的压力差。

喷管的功用是喷出汽油，装在喉管断面最狭窄处，为防止发动机不工作时，汽油从喷管中流出，喷管口一般较浮子室油面高。

（3）喉管

它的功用是减小空气流通断面，提高空气流速。

（4）节气门

节气门位于喉管后面，它的功用是控制进入气缸的可燃混合气的数量。

节气门开度增大，进入气缸中的混合气量增多，反之则减少。

2.简单化油器的特性

在转速不变时，简单化油器所供给的可燃混合气浓度随节气门开度变化的规律，即节气门由小到大，混合气由稀变浓α下降，称为简单化油器的特性。

第三节可燃混合气成分与汽油机性能的影响

1.可燃混合气成分

可燃混合气是指空气与燃料的混合物，汽油机的可燃混合气在化油器内形成，其成分对发动机的动力性与经济性有很大的影响。

可燃混合气的成分用过量空气系数α表示

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。

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，ge上升，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，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下降，耗油率增加ge上升。

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。

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。

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。

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，要根据汽车及发动机的各种工况进行具体分析。

3.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到100%，转速可以最低到最高。

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）怠速工况

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/mm，转速很低，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降低，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。

（2）小负荷工况

要求供给较浓混合气α=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气占的比例相对较多，不利于燃烧，因此必须供给较浓的可燃混合气。

（3）中负荷工况

要求经济性为主，混合气成分α=0.9-1.1，量多。

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，功率损失不多，节油效果却很显著。

（4）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α值。

（5）起动工况

要求供给极浓的混合气α=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。

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。

（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。

但由于汽油的惯性大于空气的惯性，汽油来不及足够地从喷口喷出，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。

理想化油器特性与简单化油器特性

化油器的特性是指在一定转速下，α随喉管真空度变化而变化的规律。

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。

在一定转速下，发动机所要求的混合气成分随负荷变化的规律称为理想化油器特性。

简单化油器特性：

节气门由小到大，混合气由稀变浓α下降，怠速时也供给稀混合气，与理想化油器特性截然相反，这就与发动机实际工作的要求发生也矛盾，它只能满足汽油机的一种工况，而其它工况都不适应，因此，简单化油器在车用汽油机上不能使用。

为了解决这一矛盾，在现代化油器结构上，采用了一系列自动调配混合气浓度的装置，其中包括主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统和加速系统，以保证车用汽油机在各种工况下都能供给适当浓度的可燃混合气。

第八节汽油电子喷射系统

1.概述

新型汽车运用电子控制燃油喷射系统，可以根据发动机的各种运行工况，实现最佳空燃比控制，使发动机优化运行，以最少的燃料消耗，最低的排放污染，获得最佳的经济性能。

喷射式汽油供给发动机与化油器式汽油供给发动机相比较有如下优点：

●能提高发动机的最大功率,其功率能提高10％左右。

●耗油量低、经济性能好,燃油消耗率可降低10％左右。

●减小排气污染,排放污染可降低20％。

。

●提高发动机低温启动性能。

●怠速平稳、工况过渡圆滑、工作可靠、灵敏度高。

电子控制燃油喷射装置的缺点就是成本比化油器高一点，因此价格也就贵一些，故障率虽低,一旦坏了就难以修复。

2.燃油喷射系统（FuelInjectionSystem）的种类

燃油喷射系统可按喷射时刻、喷射部位、喷射压力、空气量检测、控制方式等方法分类。

按空气量检测方式分：

质量流量方式、速度密度方式

按控制方法分:

开环控制、闭环控制

3.电子控制汽油喷射系统的组成及工作原理

1.喷油器2.燃油滤清器3.燃油泵4.燃油箱5.空气滤清器6.空气流量计7.节气门体8.压力调节器

电控汽油喷射系统是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经电脑的判断、计算，使发动机在不同工况下，均能获得合适浓度的可燃混合气。

电子控制喷油系统是通过空气流量计、歧管绝对压力传感器或节气门位置传感器来检测发动机进气量，电子控制单元根据各种传感器的信号进行判断、计算、修正控制喷油器喷油的持续时间，使发动机获得该工况下运行所需的最佳可燃混合气浓度。

电控汽油喷射系统由进气系统、燃油系统和控制系统三部分组成。

进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。

空气经空气滤清器（aircleaner）、空气流量计（airflowmeter）、节气门体（throttlebody）、进气总管（intakepipe）、进气歧管（intakemanifold）进入气缸。

在燃油系统中，油箱中的汽油从燃油泵（fuelpump）泵出，流经汽油滤清器（fuelfilter）到喷油器（injector），喷油压力一般为0.25-0.30MPa范围内。

多余的燃油经压力调节器（fuelpressureregulator）流回油箱（fueltank）。

喷油量由喷油器通电时间的长短来控制。

控制系统是由传感器、电子控制单元和执行器组成。

其核心是电子控制单元（ECU-ElectronicControlUnit），主要的传感器有节气门位置传感器，水温传感器、氧传感器、曲轴位置传感器等，它们将信号反馈至ECU，再由ECU向中央喷射器等执行件发出工作指令。

电子控制单元通过进气歧管绝对压力传感器或空气流量计的信号计算进气量，并根据进气量和发动机的转速获得基本喷油持续时间和基本点火提前角，然后通过冷动水温度、进气温度、节气门开启角度等各种工作参数进行修正，得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油持续时间或最佳点火提前角。

根据发动机的要求，电子控制单元还可控制怠速、排气再循环和其他系统

第五节汽油供给装置

功用：

贮存、滤清、输送汽油。

组成：

汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管

1.汽油箱

一般有一个油箱，军用车有2个油箱。

油箱储备里程为200-600km。

构造：

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，出油开关。

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，加油时，应先放沉淀后加油。

2.汽油滤清器

功用：

除去汽油中的杂质和水分。

由于汽油泵，化油器有些精密零件，要求供给清洁的汽油，否则，会引起汽油泵，化油器出现故障。

汽油滤清器采用的滤清方式有沉淀式和过滤式。

沉淀式：

利用静置容器，使汽油经长时间沉淀杂质和水份下沉到底部，而上部得到较干净的汽油。

过滤式：

利用过滤器，使柴油通过滤网，而杂质被滤网隔离。

纸质滤芯、金属片缝隙式、多孔陶瓷滤芯。

纸质滤芯，滤清效果好，成本低，制造和使用方便，故采用最多。

3.汽油泵

功用：

将汽油从油箱吸出，经管路和汽油滤清器，然后泵入化油器浮子室，保证连续不断地供油。

这里介绍机械驱动膜片式汽油泵，装在曲轴箱一侧，由配气凸轮轴上的偏心轮驱动。

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。

进油过程：

膜片装在上、下体之间，将内体分为上、下两腔，上腔上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到内摇臂到拉杆将膜片向下拉，迫使膜片克服弹簧力而下凹，膜片上腔容积上升，油压下降，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，使膜片上腔空间下降，油压上升，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。

当上方空间油压上升，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弹力，一般油压力为0.027-0.037MPα，供油压力不宜太高，否则会供油量过多，造成浪费。

第六节进排气装置

1.空气滤清器

由于汽车行驶时，速度快，引起道路两旁，特别是士路上的尘土飞扬，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，活塞和气门座等零件的密封表面，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。

（1）功用与要求：

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。

（2）型式和工作原理

空气滤清器的型式很多，但归纳起来可分为下面几类：

按滤清方式可以分为惯性式和过滤式；按是否用机油分干式和湿式。

有惯性式、过滤式、综合式。

惯性式：

它是根据离心力或惯性力与质量成正比的原理，利用尘土比空气重的特点，引导气流作高速旋转运动，重的尘土就会自动的从空气中甩出去，或着引导气流突然改变流动方向，重的尘土就会来不及改变方向而从空气中分离出去。

优点：

进气阻力小，保养简单。

缺点：

滤清能力不强，即滤清效果差。

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。

优点：

滤清能力强，滤清效果好。

缺点：

进气阻力大，滤芯易堵塞。

综合式：

综合上述两种滤清方式，使空气通过惯性式，除去粗粒灰尘，然后再通过过滤式除去细粒灰尘。

因此，滤清能力强，可将空气中%的灰尘清除掉，而阻力增加不大，从而得到了广泛的应用。

2.进气管与排气管

功用：

进气管道的功用是将可燃混合气引入气缸。

对多缸机还要保证各缸进气量均匀一致。

排气管道的功用是将燃烧后的废气引入大气。

要求：

（1）进气阻力小，充气量要大。

（2）排气阻力小，排气噪音小。

进气阻力是影响充气量的主要因素，只有减小进气阻力，才能提高充气量，但进气阻力又和进气管道截面积的大小，弯曲程度以及管道内表面的形状有很大关系。

材料：

进、排气管一般用铸铁制成。

进气管也有用铝合金铸造的。

二者可铸成一体，也可分别铸出。

都固定在气缸盖上，接合面处装有石棉衬垫，以防漏气。

进气总管以凸缘连通化油器，排气总管连通排气消声器。

而进、排气支管则分别与进、排气门的通道连通。

3.催化转换器

汽车排出的废气，含有有害成分CO、HC、NOX。

催化转换器就是要降低这三种成分的含量。

催化器内装有催化剂，促进空气与这些有害成分起化学反应，使CO氧化为CO2，CH氧化为CO2和H2O，NOX还原为N2。