第4章汽油机燃料供给系统

第4章汽油机燃料供给系统4.1汽油机燃料供给系统概述4.2空气供给系统4.3燃油供给系统4.4控制系统4.5电控汽油机辅助控制系统4.1汽油机燃料供给系统概述4.1.1汽油机燃料供给系统的发展汽油机燃料供给系统经历了化油器和电子控制喷射两大阶段。1892年，美国人杜单埃发明喉管型喷雾化油器(如图4-1所示)，开创其后上百年使用化油器的先河。4.1.2可燃混合气浓度对发动机性能的影响1.可燃混合气浓度的表示方法可燃混合气中燃油占混合气的比例称为可燃混合气浓度。可燃混合气的浓度通常用过量空气系数或空燃比来表示。(1)过量空气系数过量空气系数(α)是指在燃烧过程中，燃烧1kg燃料实际供给的空气质量(kg)与理论上完全燃烧1kg燃料所击要的空气质量(kg)之比，即下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述(2)空燃比上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述2.可燃混合气的浓度对汽油机工作的影响发动机工作时，采用。习的理论混合气，只是在理论上保证完全燃烧，实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油与空气之间不可能完全绝对均匀混合，也就不可能实现理论上的完全燃烧。当采用α0.85~0.95的浓混合气时，燃烧速度最快，发动机发出的功率较大，故称之为功率混合气，但采用功率混合气时不能完全燃烧，经济性较差，排气污染较为严重;采用α1.05~1.15的稀混合气时，可以保证混合气的完全燃烧，经济性最好，故称之为经济混合气。采用经济混合气时，爆燃倾向和排放污染都较表示;当混合气过浓(α0.85)或混合气过稀(α1.15)时，由于混合气中燃油量过多或过少，都会使燃烧速度减慢，导致发动机动力性和经济性下降。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述当混合气极稀(α1.3~l.4)或混合气极浓(α0.4~0.5)时，将使火焰无法传播，发动机无法正常工作。因此，为保证汽油机的正常下作，汽油机燃料供给系统必须根据发动机不同工况的要求，配制出适当浓度的混合气。3.发动机各种工况对混合气浓度的要求发动机工况是发动机工作状况的简称，包括发动机转速的高低和负荷的大小。汽车在运行过程中，发动机的工况较为复杂，根据其运行特点，可分为冷启动、怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷、加速和暖机7种工况，发动机各种不同工况对混合气浓度的要求如下。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述(1)冷启动工况启动是指发动机由静止到正常运转的过程，当熄火时间较长、发动机温度己下降至环境温度时的启动称为冷启动。启动时发动机转速低，气流速度很慢，不利于燃油的雾化，尤其冷启动时，发动机温度也低，燃油蒸发困难，只有供给极浓的混合气(α=0.2~0.6)，才能保证进入汽缸内的混合气中有足够的燃油蒸气，以利于发动机启动。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述(2)怠速工况发动机不对外输出动力，做功行程产生的动力只用来克服发动机的内部阻力，维持发动机最低稳定转速运转的工况称为怠速工况。发动机怠速转速一般为700~900r/min。在怠速工况下，油门开度最小，进入汽缸内的混合气量很少，汽缸内残余废气对混合气稀释严重;而目转速低，空气流速小，燃油雾化和蒸发不良，混合气形成不均匀。因此，要求供给少量α=0.6~0.8的浓混合气。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述(3)小负荷工况发动机的负荷在25%以下时称为小负荷工况。由于小负荷工况时，节气门略开，混合气的数量和品质比怠速工况时有所提高，废气对混合气的稀释作用也相对减弱，所以混合气浓度可以略为减小，一般α=0.7~0.9(4)中等负荷工况发动机的负荷在25%~85%之间时称为中等负荷工况。由于油门开度较大，汽缸的混合气数量增多，燃烧条件较好。此外，发动机大部分的时间处在中等负荷工况下工作，为提高其经济性，应供给较稀的经济混合气，一般α=1.05~1.15上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述(5)大负荷工况和全负荷工况发动机的负荷在85%以上而小于100%时称为大负荷工况，负荷为100%时称为全负荷工况。此时，为了克服较大的外部阻力，要求发动机发出尽可能大的功率。因此，应供给质浓量多的功率混合气，一般α=0.85~0.95(6)加速工况加速是指发动机负荷增加的过程。急加速时，油门迅速开大，要求发动机的动力迅速提高;但在急加速瞬间，由于液体的惯性比空气惯性大，燃油流量的增加比空气流量的增加要慢，由于混合气暂时过稀，容易引起发动机的动力下降甚至熄火。因此，在急加速时，必须采用专门的装置额外供油，加浓混合气，以满足发动机急加速的要求。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述(7)暖机工况暖机一般是指发动机冷启动后，发动机的温度逐渐升高到正常工作温度的过程。在暖机过程中，混合气的浓度应随温度升高而减小，从启动时的极浓减小到稳定怠速运转所要求的浓度为止。4.1.3电控汽油机燃油喷射系统的优点与传统化油器相比，电控汽油喷射系统能够根据发动机运行工况，实现最佳空燃比及最佳点火提前角控制，反应灵敏，排放污染物减少了50%以上，最大功率提高9%左右，加速时间缩短20%，百公单油耗也有所下降。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述4.1.4汽油机电控燃油喷射系统的类型1.按喷射方式不同分类按喷射方式不同，电控燃油喷射系统可分为连续喷射方式和间歇喷射方式。①连续喷射方式是指在发动机运转期间，汽油连续不断地喷射在进气道内，目大部分汽油是在进气门关闭时喷射的，因此大部分汽油在进气道内蒸发。除K型机械式、KE型机电组合式汽油喷射系统外，电控燃油喷射系统一般不采用此种喷射方式。②间歇喷射方式是指在发动机运转期间，将汽油间歇地喷入进气道内。目前在广泛采用间歇喷射方式的多点电控燃油喷射系统中，按各缸喷油器的喷射顺序又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射，如图4-2所示。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述2.按对进气量的计量方式不同分类电控燃油喷射系统必须对进入汽缸的空气量进行精确的计量，才能通过对喷油量的控制，实现混合气浓度的高精度控制。按对进气量的计量方式不同，电控燃油喷射系统可分为D型喷射系统和L型喷射系统。3.按喷射位置不同分类(1)缸内直接喷射它是将喷油器安装在汽缸盖上，把燃油直接喷入汽缸内，配合汽缸内的气体流动形成可燃混合气。缸内直接喷射容易实现分层燃烧和稀混合气燃烧，可进一步提高汽油发动机的经济性，改善发动机的排放性能。缸内直接喷射系统如图4-5所示。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述(2)进气管喷射目前汽车上应用的电控燃油喷射系统一般都是进气管喷射式，按喷油器的数量不同，又可分为多点喷射(MPI)系统和单点喷射(SPl)系统。4.按有无反馈信号分类电控燃油喷射系统按有无反馈信号可分为开环控制系统和闭环控制系统。(1)开环控制系统(无氧传感器)开环控制系统是将通过实验确定的发动机各工况的最佳供油参数预先存入ECU，在发动机工作时，ECU根据系统中各传感器的输入信号，判断自身所处的运行工况，并计算出最佳喷油量，通过对喷油器喷射持续时间的控制来控制混合气的浓度，使发动机优化运行。上一页下一页返回4.1汽油机燃料供给系统概述(2)闭环控制系统(有氧传感器)在闭环控制系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入汽缸的混合气空燃比，再通过ECU与设定的目标空燃比值进行比较，并根据误差修正喷油器喷油量，使空燃比保持在设定的目标值(A/F=14.7)附近。上一页返回4.2空气供给系统4.2.1空气供给系统的组成及工作过程1.空气供给系统的组成电控燃油喷射发动机空气供给系统基本相同，主要组成元件包括空气滤清器、节气门体和进气管。此外，怠速控制系统的怠速控制阀和控制系统的进气温度传感器、节气门位置传感器、进气管绝对压力传感器或空气流量计也安装在空气供给系统中。D型电控燃油喷射系统由于没有空气流量计，其进气系统结构简单，应用比较广泛。日本丰田皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机空气供给系统的组成如图4-8所示。下一页返回4.2空气供给系统2.空气供给系统工作过程(1)L型电喷燃油喷射系统空气供给系统的工作过程L型电控燃油喷射系统空气供给系统的工作原理如图4-10(a)所示。(2)D型电控燃油喷射系统空气供给系统的工作过程D型电控燃油1贡射系统空气供给系统的工作原理如图4-10(b)所示。上一页下一页返回4.2空气供给系统4.2.2空气供给系统各主要零部件的结构图4-11所示为D型多点电控燃油喷射系统的节气门体。节气门位置传感器安装在节气门轴上，用来检测节气门的开度。ECU通过怠速控制阀来控制怠速空气道，以根据需要调节发动机怠速时的进气量。节气门限位螺钊一用来调节节气门的最小开度。在发动机工作时，冷却水通过加热水管流经节气门体，以防止寒冷季节空气中的水分在节气门体上冻结。上一页下一页返回4.2空气供给系统在采用L型喷射系统的发动机上，有些将空气流量计与节气门体组合成一体，如图4-12所示。在单点燃油喷射系统中，喷油器和燃油压力调节器等也安装在节气门体上，其结构比多点喷射系统的节气门体复杂。单点电控燃油喷射系统的节气门体如图4-13所示。真空管接头和活性炭罐管接头用于燃油蒸发排放控制系统。上一页返回4.3燃油供给系统4.3.1燃油供给系统的组成及工作过程1.燃油供给系统的组成各种发动机的燃油供给系统基本相同，主要由油箱、燃油滤清器、电动燃油泵、燃油分配管、燃油压力调节器、燃油脉动阻尼器、连接油管等组成，如图4-14所示。2.燃油供给系统的工作过程燃油供给系统的工作原理如图4-15所示。电动燃油泵将汽油自油箱内吸出，经燃油滤清器过滤后送入输油管，燃油泵供给的多余汽油经压力调节器和低压回油管流回油箱，输油管负责向各缸喷油器供油。压力调节器通过控制回油量来调节输油管内的燃油压力，以保证喷油器的喷油压差保持恒定。下一页返回4.3燃油供给系统4.3.2燃油供给系统各主要零部件的结构1.油箱油箱用以存储汽油，油箱的数目及容量随车型不同而不同，普通汽车具有一个油箱，越野汽车常有主、副两个油箱，以适应军用要求。一般油箱的储备单程即储存的燃油可供汽车行驶的单程为300~600km上一页下一页返回4.3燃油供给系统2.燃油滤清器燃油滤清器安装在燃油泵之后的高压油路中，其功用是滤除燃油中的杂质和水分，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，以保证发动机正常工作。一般汽车每行驶20000~40000km或1~2年，应更换燃油滤清器。更换燃油滤清器时，应首先释放燃油系统压力，并注意燃油滤清器壳体上的箭头标记为燃油流动方向。上一页下一页返回4.3燃油供给系统3.电动燃油泵(1)电动燃油泵的类型电动燃油泵是一种由小型直流电动机驱动的燃油泵，其作用是给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。电动燃油泵的电动机和燃油泵连成一体，密封在同一壳体内。电动燃油泵按安装位置不同，可分为内置式和外置式两种类型。内置式电动燃油泵安装在油箱中，具有噪声小、不易产生气阻、不易泄漏、安装管路较简单等优点，应用更为广泛。有些车型在油箱内还设有一个小油箱，并将燃油泵置于小油箱中，这样可防止在油箱燃油不足时，因汽车转弯或倾斜引起燃油泵周围燃油的移动，使燃油泵吸入空气而产生气阻。上一页下一页返回4.3燃油供给系统(2)电动燃油泵的结构①涡轮式电动燃油泵。如图4-18所示，涡轮式电动燃油泵主要由油泵电动机、涡轮泵、出油阀、卸压阀等组成。②滚柱式电动燃油泵。如图4-19所示，滚柱式电动燃油泵主要由油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成。滚柱式电动燃油泵的输油压力波动较大，在出油端一般都安装阻尼减震器，这使燃油泵的体积增大，所以滚柱式电动燃油泵一般安装在汽油箱的外面，属外置式电动燃油泵。上一页下一页返回4.3燃油供给系统(3)燃油泵控制电路燃油泵的基本控制要求:只有在发动机处于运转状态时，燃油泵才泵油;发动机不运转，即使接通点火开关，燃油泵也不应工作。电控燃油喷射系统常见的燃油泵控制电路主要分为3种类型。①ECU控制的燃油泵控制电路。②油泵开关控制的燃油泵控制电