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汽车发动机构造与技术（7）清华大学汽车工程系赵雨东主要内容和学时安排汽车发动机基本知识（3学时）发动机机体（2学时）曲柄连杆机构（3学时）气门机构（2.5学时）进排气、增压系统及排放控制装置（2.5学时）汽油机燃油供给系统（2学时）柴油机燃油供给系统（3学时）汽油机点火系统（1学时）发动机冷却系统（1学时）发动机润滑系统（1学时）发动机起动系统与电源（1学时）发动机管理系统（2学时）汽油机燃油供给系统汽油机燃油系统概述汽油及其使用性能汽油机对混合气浓度的要求电控喷油系统汽油机管理系统汽油机燃油系统概述（1）化油器化油器式缸内直接喷射（GDI）气道喷射（多点）喷油器喷油器进气道喷出的油雾空滤器浮子室浮子节气门喉管进气歧管进气门量孔喷管预热套汽油机燃油系统概述（2）化油器式利用流动时在喉管处产生的负压，把汽油吸向节气门上部的进气通道中。结构越来越复杂；汽油雾化不良，混合气形成质量较差；瞬态工况响应慢；进气阻力大，充气效率低；各缸混合气不均匀；电控化油器也很难从本质上改善化油器的性能。2001年7月，禁止生产化油器类轿车和五人座客车。汽油机燃油系统概述（3）燃油喷射单点汽油喷射（SPI,Single-PointInjection）多点汽油喷射（MPI,Multi-pointInjection）缸内直接喷射（GDI，GasolineDirectInjection）单点多点直喷进气管汽油机燃油系统概述（4）单点汽油喷射（Single-pointInjection）在多缸机上的节气门体上布置一个（或并列的两个）喷油器，喷出的汽油与空气混合后，经进气歧管分配至各缸。也称节气门体喷射（TBI，ThrottleBodyInjection）或中央喷射（CFI，CentralFuelInjection）汽油空气喷油器节气门发动机汽油机燃油系统概述（5）多点汽油喷射（MPI,Multi-pointInjection）每缸用一个喷油器，进气道喷射。目前汽油机的主流燃油系统。空气汽油节气门喷油器发动机进气道喷射PortFuelInjection汽油机燃油系统概述（6）缸内直接喷射（GDI，GasolineDirectInjection）每缸用一个喷油器，在进气或压缩行程中将汽油喷入气缸。空气汽油节气门喷油器发动机汽油机燃油供给系统汽油机燃油系统概述汽油及其使用性能汽油机对混合气浓度的要求电控喷油系统汽油机管理系统汽油及其使用性能（1）汽油石油产品，汽油机燃料多种烃的混合物，主要成分C、H汽油在发动机内燃烧时氧气充足＋与汽油混合均匀，则完全燃烧，产物CO2和H2O氧气不足或混合不良，不完全燃烧；燃烧产物CO2、H2O之外，还有CO和HC（对环境和人体有害）高温下空气中的氮气氧化生成NOx汽油及其使用性能（2）蒸发性汽油蒸发性好，在极短时间内完全蒸发汽化，并与空气形成均匀混合气，完全燃烧:发动机在各种条件下可迅速起动、加速和正常运转。蒸发性不好不能完全汽化，混合气不均匀，发动机燃油消耗量和有害排放增加；未蒸发的燃油冲掉气缸壁上的润滑油膜，加剧气缸壁和活塞磨损。蒸发性太好汽油在管路中就蒸发形成气泡，阻碍汽油流通（气阻），导致供油不畅馏程10%(馏出温度70℃)、50%(120℃)、90%(190℃)，终馏点(205℃)饱和蒸汽压：一般限定不得超过74～88kPa，否则容易“气阻”抗爆性爆燃：汽油机火花塞点火。正常燃烧情况下，火焰从火花塞端一直传播到燃烧室壁；若火焰传播过程中，远离火花塞的混合气自行发火燃烧，则缸内压力急剧增大，并发生强烈震荡，在缸内产生清脆的金属敲击声。汽油及其使用性能（3）抗爆性爆燃使发动机过热，功率下降，磨损加剧。汽油在气缸内燃烧时不发生爆燃的能力称为抗爆性。用抗爆性好的汽油，可提高发动机压缩比（热效率）而不发生爆燃。用辛烷值评定汽油抗爆性。辛烷值越高，抗爆性越好；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；汽油辛烷值试验测出，按试验条件不同，有马达法辛烷值（MON）和研究法辛烷值（RON）。国产汽油牌号：用研究法辛烷值表示的（90＃、93＃、97＃、98＃）。90＃汽油表示用研究法测出的辛烷值不小于90。汽油及其使用性能（4）汽油及其使用性能（5）正庚烷（C7H16）（抗暴性差）异辛烷（C8H18）（抗暴性好）汽油机燃油供给系统汽油机燃油系统概述汽油及其使用性能汽油机对混合气浓度的要求化油器供油系统电控喷油系统汽油机管理系统汽油机对混合气浓度的要求－混合气浓度表示方法（1）可燃混合气浓度可燃混合气中空气和燃油的比例。用空燃比和过量空气系数表示空燃比（Air/FuelRatio）可燃混合气中空气质量与燃油质量之比，按照化学反应方程式，1kg汽油完全燃烧需空气约为14.8kg。α＝14.8，称为理论空燃比或化学计量空燃比。此混合气为理论混合气。α14.8，浓混合气α14.8，稀混合气燃油质量空气质量=α混合气过浓、过稀都不能着火燃烧。一般火焰传播上限α＝5.9~7.4，火焰传播下限α＝19.2~20.7。过量空气系数φa1，浓混合气φa=1,理论混合气φa1，稀混合气汽油机对混合气浓度的要求－混合气浓度表示方法（2）需的理论空气质量完全燃烧1kg燃油所给的空气质量燃烧1kg燃油实际供=aφ空燃比和过量空气系数的对应关系α8.910.411.813.314.816.317.819.220.7φa0.60.70.80.91.01.11.21.31.4汽油机对混合气浓度的要求－混合气浓度表示方法（3）混合气浓度对发动机性能的影响功率燃油消耗率排放汽油机对混合气浓度的要求－稳定工况（1）最大功率过量空气系数0.85～0.95最小燃油消耗率过量空气系数1.1～1.2汽油机对混合气浓度的要求－稳定工况（2）φa506080100120140160170燃油消耗率功率％1.00.81.21.40.40.6汽油机采用三效催化转换器，可将排放中CO、HC和NOx的80～90％转化为CO2、H2O和N2。三效催化器只有在理论空燃比时转化效率才比较高。φa三效催化转换器效率（%）80%转化效率窗口区汽油机对混合气浓度的要求－稳定工况（3）汽油机对混合气浓度的要求－稳定工况（4）供给方式热机怠速及部分负荷工况节气门接近全开及全开工况气道喷射混合气浓度在理论空燃比附近随负荷加大而逐渐加浓到进气门全开时的最大功率混合气缸内直接喷射稀混合气稀燃，分层燃烧热机怠速怠速：发动机无功率输出，只维持自身运转。热机怠速：汽车行驶中遇阻停车，离合器分离或自动变速器空挡，发动机维持自身（及自动变速器的变矩器泵轮）并带发动机、空调压缩机和动力转向泵等汽车附件运转。有两个怠速控制目标值以适应不同情况。低：800～900，高：1000～1200汽油机对混合气浓度的要求－稳定工况（5）非稳定工况（过渡工况）冷起动暖机加速减速汽油机对混合气浓度的要求－非稳定工况（1）冷机起动及暖机（多点喷射和缸内直喷）冷起动时进气道和气缸壁温度低，进气流速低，油、气混合不良，汽油不易蒸发，相当一部分沉积在进气道和气缸壁，使得缸内混合气可能稀至着火界限之外。冷起动时提供名义空燃比极浓的混合气。暖机过程中，随着冷却水温升高而逐渐减少供油量，直至发动机达到正常温度。缸内直喷汽油机只在暖机后才能进行分层稀薄燃烧汽油机对混合气浓度的要求－非稳定工况（2）加、减速工况（多点喷射）汽油蒸发情况取决于进气歧管和进气道的压力大小。节气门开度小，真空度大（压力小），蒸发好，在气道壁、气缸壁沉积油膜薄；节气门开度大，则反之。加速进气道内压力提高，汽油蒸发变差，沉积在进气道的汽油油膜增厚，混合气暂时变稀。比相应的稳定工况的空燃比更浓的混合气汽油机对混合气浓度的要求－非稳定工况（3）减速节气门开度变小，进气歧管真空度增大，喷入的汽油蒸发好，且沉积油膜也部分蒸发。与对应稳定工况相比，需要提供更稀的混合气达到正常工作温度的缸内直喷汽油机，可忽略气缸壁油膜沉积效应倒拖—加速踏板松开，节气门全闭断油以省油，以及避免不完全燃烧引起催化转换器过热发动机低于某一转速后再恢复供油汽油机对混合气浓度的要求－非稳定工况（4）