5_第四章电控汽油喷射式燃料供给系统

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(CompressedNaturalGas)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(LiquefiedPetroleumGas)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α表示(α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(α＝1)2.稀混合气(α＞1)3.浓混合气(α＜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α＝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α＝1的可燃混合气不可能得到完全燃烧。1.理论混合气(α＝1)2.稀混合气(α＞1)当α＞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α=1.05～1.15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α＞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(α＜1)当α＜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α=0.85～0.95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α＜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(α＜0.8)、过稀(α＞1.05～1.15)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α＝0.88～1.11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)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α＝0.2～0.6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(α＝0.6～0.8)，节气门略开大。进入小负荷(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α＝0.7～0.9。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α＝0.85～0.95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α＝0.9～1.1的可燃混合气(其中，主要是α＞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D—Jetronic装在YW—1600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1～2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)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10、13、17—接口电路11—CPU12—电源电路14—喷油器15—ROM16—RAM18—点火开关19—蓄电池20—氧传感器21—A/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