汽车原理与结构-燃油系统

上次课内容回顾：一、配气机构的布局的基本形式●顶置式●侧置式二、气门组●气门形状及结构●工作条件●常用材料三、气门传动组●凸轮及其相位●配气定时●气门间隙四、进气系统、排气系统●空气滤清器◆油浴式空气滤清器◆纸芯空气滤清器◆复合式空气滤清器●进气岐管、消声器共28页第1页4、排气净化装置排气净化系统将汽车排放的有害物控制在最低水平。这是控制汽车排放危害强制性要求，目前国内已启动相关管理措施。根据方式、目的不同，有下述主要手段：①恒温进气系统本机构安装在进气门前方，为发动机冷启动时提供加热的空气。促进空气较稀时油气混合物充分汽化和燃烧。启动条件室温低压燃烧不完全有害物质排放共28页第2页②二次空气喷射系统本装置安装在排气歧管，加强对排放气体的港外再次氧化。具体方法：用压缩空气泵将新鲜空气直接经专门的空气喷管喷入气缸排气门附近。部分发动机在排气系统配有催化转换器，则喷入转换器。目的：排气时在排气门增加氧气，使排除的CO和HC（碳氢化合物）进一步氧化，生成CO2和H2O。共28页第3页③排气再循环系统本装置将气缸排除的部分废气通过专门管道再输入到进气管，适度增加可燃气体的CO2含量。大量的CO2介入导致缸内燃烧缓解，温度相对下降，从而减少燃烧过程氮化物（NOX）的产生。排气再循环是目前发动机净化氮化物的主要方法，关键问题是把握输入的CO2量。共28页第4页④催化转换器在排气系统中设计专用装置，利用催化剂（铂、钯、铑等）的作用，将排放废气中的CO、HC、NOX转化成对人体无害的气体再排除。●二效催化转换器（氧化）在催化剂的作用下，加入新鲜空气为氧化剂，仅将CO、HC氧化成二氧化碳和水。●三效催化转换器（还原）在催化剂的作用下，把CO、HC作还原剂，将排放中的NOX还原成氮（N2）和氧（O2），而CO、HC在还原反映中被氧化成CO2和H2O。共28页第5页使用催化转换器相关的问题：★发动机应使用无铅汽油；★催化转换器工作环境350℃（排气岐管之后）；★正确把握输入混合气体（氧化剂或还原剂）比例的合理性；★较高的使用成本（昂贵的稀有金属）；★相关工艺。根据国情平衡利弊共28页第6页§4.4发动机燃油系统目前发动机燃油系统主要有化油器式燃油系统、汽油喷射式燃油系统、柴油机燃油系统等。本节只限于介绍汽油机燃油系统。目前小型发动机大量采用喷射式，随着电子技术的飞速发展，经典的化油器面临淘汰。一、燃油系统的功用和组成1、功能●向发动机稳定、持续地提供一定数量、洁净、雾化良好的汽油●存储一定数量的汽油以维持汽车的续行。共28页第7页2、燃油系统主要组成部分常规化油器系统包括●燃油箱●汽油滤清器●化油器●油气分离器●汽油泵●油管●燃油表等上述所有组成部件中，化油器是系统中最重要的部件，是实现系统功能、完成油气混合的关键装置。注：21世纪以来，沉寂多年的汽油喷射技术获得实质行突破。在中国，通过技术引进和自主开发，目前已广泛用于中、小型汽油发动机。共28页第8页1燃油箱2汽油滤清器3汽油泵4油气分离器5化油器6燃油箱盖7油量传感器化油器式燃油系统示意图化油器供油通道进油孔回油通道共28页第9页二、可燃混合气空气与雾状汽油按一定比例混合的混合物。其相对比例直接影响发动机效率，常用两项指标。1、过量空气系数φa以完全燃烧1kg汽油为前提：φa＝实际供给空气质量/理论化学计量空气质量φa反映了可燃混合气中空气含量的多少：●φa＝1，称为理论混合气●φa＜1，称为浓混合气（汽油过剩）●φa＞1，称为稀混合气（空气过剩）共28页第10页2、空燃比α可燃混合气体中空气质量与燃油质量之比。α＝空气质量/燃油质量按化学方程式的当量关系，1kg汽油完全燃烧需14.8kg空气，即理想混合气体α＝14.8。完全燃烧空气汽油14.8：1共28页第11页3、混合气燃烧效果大量的研究和实验结果表明，混合气在气缸内的燃烧效果与过量空气系数φa、空然比α存在一定的规律。●φa＝1.05～1.15，称为经济混合比该比例的混合气体，在气缸中燃烧最完全，发动机油耗量最低。●φa＝0.85～0.95，称为功率混合比该比例的混合气体燃烧速度最快，热损失最低，发动机有效功率最大。共28页第12页●φa＜0.5，称为火焰传播上限该状态汽油浓度达到最高，由于氧气的缺乏已严重影响缸内燃烧的持续。●φa＞1.3，称为火焰传播下限该状态汽油浓度达到最低，由于汽油的缺乏缸内燃烧同样面临间断。由此可见，燃油浓度过大或过稀，都能导致火焰在燃池中不能正常传播，更严重时，将导致不能点火，发动机工作中断。共28页第13页小结：●混合比例直接影响发动机性能及能否正常工作；●经济耗油与最大功率输出对应不同的混合比例；●混合比例存在上下限，燃油浓度不易过大或过稀；●汽车实际行驶速度和牵引功率的变化范围都很大，发动机正常工作的混合比例应作相应的调整。●一般化油器只能提供一定范围的φa值。过量空气系数与空燃比关系表φa0.60.70.80.91.01.11.21.31.4α8.910.411.813.314.816.317.819.220.7共28页第14页4、发动机工况与φa、α的经验值●冷启动φa＝0.2～0.6；●怠速φa＝0.6～0.8；●小负荷（节气门25％）φa＝0.7～0.9；●中等负荷（节气门25～85％）φa＝1.05～1.15；●大、全负荷φa＝0.85～0.95；●加速（迅速加大输出功率）化油器设置专门的补油通道以加大燃油比例。小结：●冷启动、怠速等特殊短时工况，混合气浓度大；●从小负荷到中等负荷，混合气由浓变稀，直降到经济混合比例；●从大负荷到全负荷，混合气由稀变浓，直升到功率混合比例。共28页第15页三、简单化油器简单化油器是实用型化油器的雏形，现代车用化油器则是在此基础上借助一些附属装置来实现调整燃气混合比。一般需要预热气流产生负压将汽油吸入并雾化油气混合原理图接泵油器1空气滤清器2简单化油器3进油针阀4喉管5浮子6浮子室7、8喷油管道9预热10进气岐管11进气门12燃烧室13节气门14油气混合室共28页第16页四、理想化油器理想化油器将在发动机任何转速、任何负荷，任何大气状况下，供给一定数量且成分符合发动机工况要求的可燃混合气体。1、怠速系统化油器浮子原理图为怠速工况下工作的发动机提供浓混合气。由于怠速转速低、节气门接近关闭，空气流量少流速慢，主喷管无法提供过量的汽油。由构件10、8、3构成的怠速供油通道将大量补充雾化汽油，维持浓度较大汽油比例。共28页第17页2、怠速转入小负荷此过程节气门加大，怠速喷口3的真空度下降，进油量减少，流过节气门的空气增加，混合气将变得过稀，造成熄火，无法完成这一过渡。在怠速喷口3的上方设置过渡喷口5，过渡时间两孔同时喷油，增加汽油浓度。共28页第18页3、主供油系统满足中小负荷工况下发动机需要的不同浓度的混合气。（随负荷加大，油量增加，但混合气变稀）关键问题：控制供油增量小与空气增量。●节气门加大，空气流量、供油量随之加大；●供油量增加速率小于空气增加速率时，混合气逐渐变稀，符合中小负荷的理想状态；●供油量增加速率大于空气增加速率时，混合气逐渐变浓，不符合中小负荷的理想状态。共28页第19页4、加浓系统（右图）中小负荷转向大、全负荷时，额外提供部分燃油。该系统能使混合气从经济比例转化到功率比例，以保证发动机获得最大功率。5、加速系统（左图）利用加速泵在节气门急速开大时，将一定数量的燃油一次性喷入喉管，缓和混合气体浓度的急剧下降，满足汽车临时的加速需要。共28页第20页五、电喷发动机（ＥＦＩ）电喷发动机即电子控制燃油喷射式发动机。与常规（化油器）发动机相比，其差异仅在于油气混合的方式。一般由喷油油路，传感器组和电子控制单元(微型电脑)三大部分组成。1、常规化油器共28页第21页歧管化油器喷油位置节气门油气混合进气管气门气缸化油器发动机供油示意图五种工况均匀分配配气时序进气歧管2、电喷发动机油气混合在进气管道的适当位置安装专用喷油嘴，通过油泵按一定时序喷射定量雾状汽油与气缸吸入的空气混合。共28页第22页歧管节气门进行单纯的空气量控制油气混合进气管气门气缸进气歧管油泵ECU油泵置于储油箱内汽油喷嘴3、EFI特点①发动机电子控制器（ＥＣＵ）根据曲轴位置传感器、气门传感器、变速箱传感器等信号采集装置送来的信号，经计算处理后输出正确的喷射、点火等指令。共28页第23页与进气量匹配，实现满足各种工况的油气混合比。汽油定量喷射时间点火时间发动机的温度、空燃比、油门状况、发动机的转速、负荷、曲轴位置、车辆行驶状况等②电子点火系统共28页第24页常规点火开/关凸轮曲轴与常规发动机电子点火系统有较大的区别，通常包括了如下功能：●点火电流的恒定控制●无分电器点火控制●点火正时控制●点火时序（判缸）控制●点火提前与爆震的控制③喷油系统共28页第25页喷油系统包括电动油泵，燃油滤清器，油压调节器，喷射器等组成。目前常用方式有单点式和多点式两种。●单点式喷油系统（SPI）喷嘴设置于节气门上方，与常规化油器喷嘴位置相同。解决了进气管汽油雾化、预热等，但在气门之后的所有情况与化油器相同。节气门滤清器进气管单点喷嘴空气入口汽油入口歧管气缸飞轮●多点式喷油系统（MPI）共28页第26页多点喷油系统将喷嘴设置于进气歧管内进气门前。由于温度的关系，汽油雾化完全，油气混合比稳定。不受进气歧管形状影响，各缸油量均匀。节气门滤清器进气管多点喷嘴空气入口汽油入口歧管气缸飞轮多点喷射系统为多气门气缸的有效运行创造了条件。④电喷发动机的优劣共28页第27页●能准确控制混合气的质量●气缸内的燃料燃烧完全●废气排放物和燃油消耗下降●提高了发动机的充气效率，增加了发动机的功率和扭矩●电子控制燃油喷射装置成本比相对高●故障率虽低,一旦损坏难以修复综合：电喷发动机运行经济性和环保性相比化油器发动机高。相比之下成本与维修的缺点就微不足道了。1、目前对发动机排气净化有哪些常用方式？二效、三效催化转换器工作原理的实质是什么？2、什么是过量空气系数（φa）？什么是空燃比（α）？了解发动机各种工况与它们的关系。3、电喷发动机是如何进行油、气混合？多点喷射与多点喷射有什么区别？4、相对常规化油器发动机，燃油电喷式发动机具有哪些优势和不足？思考题共28页第28页