电动车传动系参数设计

第四章汽油机燃油系统汽油供给系的任务是根据发动机不同工况的要求，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。内容提要汽油发动机的转速是通过节气门（油门）开度的大小来控制进入气缸内的混合气量来实现的，也称为量调节。节气门开度大，则进入气缸的混合气量大，燃烧后产生的压力就高，对活塞的推力也就大，从而使发动机的功率大、扭矩大、转速高。若节气门开度减小，则由于节流作用，进入气缸的混合气量减小，使发动机转速降低。汽车用汽油机工作的特点工况变化范围大，负荷从0变化到100%，转速从最低稳定转速变化到最高转速，而且有时工况变化非常迅速。汽车行驶的大部分时间内，发动机在中等负荷下工作。第一节汽油及其使用性能物理特性：粘度小、流动性好、自润性差汽油是石油制品，它是多种烃的混合物，其主要化学成分是碳(C)和氢(H)。汽油使用性能的好坏对发动机的动力性、经济性、可靠性和使用寿命都有很大的影响。因此，车用汽油需要满足许多要求。使用性能指标良好的蒸发性抗爆性：用辛烷值评定。有马达法辛烷值（MON）和研究法辛烷值（RON）之分。近几年，美国等一些国家采用抗爆指数A1来评定汽油的抗爆性，A1=（MON+RON）/2热值：1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。汽油供给装置实现对燃油在车上的存储、滤清、输送。包括：油箱、油泵、油管及滤清器等。空气供给装置及排气消声装置实现对空气的滤清、预热及对燃烧废气的排出和消声处理，主要由空气滤清器、进气管、排气管和消声器等组成。第二节化油器式汽油机燃油系统混合气形成装置实现空气与汽油的合理混合，主要由化油器来实现。可燃混合气的形成可燃混合气是指空气与燃料的混合物，其成分对发动机的动力性、经济性与排放性能都有很大的影响。可燃混合气浓度：可燃混合气中空气和燃油的比例。可燃混合气成分的表示方法常用的有空燃比（Air/FuelRatio）和过量空气系数。可燃混合气形成时间很短，从进气过程开始算起到压缩过程结束为止，0.01～0.02s的时间。汽油的雾化和蒸发。雾化就是将汽油分散成细小的油滴或油雾。良好的雾化可以大大增加汽油的蒸发表面积，从而提高汽油的蒸发速度。因此，混合气形成过程就是汽油雾化、蒸发以及与空气配比和混合的过程。空燃比α：可燃混合气中空气质量与燃油质量之比，即α=空气质量/燃油质量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。过量空气系数a：φa=燃烧1kg燃油实际供给的空气质量/完全燃烧1kg燃油所需的理论空气质量φa1，浓混合气；φa=1，理论混合气；φa1，稀混合气。α8.910.411.813.314.816.317.819.220.7a0.60.70.80.91.01.11.21.31.4空燃比α和过量空气系数φa的对应关系发动机运转工况对可燃混合气成分的要求可燃混合气成分的表示法可燃混合气中空气与燃油的比例称为可燃混合气成分或可燃混合气浓度，通常用过量空气系数或空燃比表示。混合气过浓、过稀都不能着火燃烧①当混合气加浓到φa=0.4～0.5时，由于燃烧过程中严重缺氧，将使火焰不能传播。此时，φa值称为过量空气系数的火焰传播上限；②当混合气稀到φa=1.3～1.4时，燃料分子之间的距离将增大到使混合气的火焰不能传播的程度，以致发动机不能稳定运转，甚至缺火停转。此时，φa值称为过量空气系数的火焰传播下限；③功率过量空气系数0.85~0.95；④经济过量空气系数1.05~1.15试验证明汽车用汽油机工作的特点工况变化范围大，负荷从0变化到100%，转速从最低稳定转速变化到最高转速，而且有时工况变化非常迅速。汽车行驶的大部分时间内，发动机在中等负荷下工作。稳定工况对混合气成分的要求发动机稳定工况指发动机已经完成预热，转入正常运转，且在一定时间内没有转速或负荷的突然变化。过渡工况对混合气成分的要求车用汽油机正常运转时，在小负荷和中负荷工况下，要求化油器能随着负荷的增加供给由较浓逐渐变稀的混合气成分。当进入大负荷范围直到全负荷工况下，又要求混合气由稀变浓，最后加浓到能保证发动机发出最大功率。这种在一定转速下，汽车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。怠速发动机对外无功率输出的情况下以最低转速稳定运转，节气门处于接近关闭位置，吸入气缸的可燃混合气极少，废气含量较大，混合气被严重稀释，燃烧速度减慢甚至熄火。为了补偿废气的稀释作用，保证混合气正常燃烧，要求供给浓混合气（φa＝0.6～0.8）。小负荷节气门略开（开度25％以内）,进入气缸的混合气量增多，汽油雾化、蒸发条件有所改善，残余废气对混合气的稀释作用相对减弱。为保证小负荷工况的工作稳定性，仍提供浓混合气（φa＝0.7～0.9）。中等负荷车用发动机在大部分时间内处于中等负荷状态。节气门有足够的开度（25～85％），废气稀释的影响可以忽略不计。为了满足燃油经济性要求,提供经济混合气（φa＝1.0～1.15）。大负荷和全负荷汽车加速或克服较大的阻力，要求发动机发出尽可能大的功率，节气门接近全开或全开。为了满足动力性要求,提供功率混合气（φa＝0.85～0.95）。冷起动发动机起动时转速极低，空气流速很低，进入气缸的混合气中汽油蒸气太少，混合气过稀，无法燃烧。要求供给极浓的混合气（φa＝0.2～0.6），使进到气缸的混合气达到着火界限。暖机冷起动后，发动机各气缸开始自动运转，发动机温度逐渐上升，直到接近正常值发动机能稳定地进行怠速运转为止。在此暖机过程中，混合气的φa值应随着温度的升高，从起动时的极小值逐渐加大到稳定怠速所要求的数值为止。加速发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。当加速时，驾驶员猛踩加速踏板，节气门开度突然加大，空气流量随之增加。但因汽油密度大、惯性大，其流量的增大要滞后一段时间，致使混合气暂时过稀。为了改善发动机的加速性能，应在节气门突然开大时，额外添加供油量，保证汽油量随空气量能迅速增大，以便及时使混合气加浓到足够的程度。急减速当汽车急减速时，驾驶员急速抬起加速踏板，节气门迅速关闭。此时由于进气管真空镀激增而使沿进气管壁面流动的油膜迅速蒸发，使混合气便浓，燃烧恶化。化油器中的节气门缓冲器可以减缓节气门关闭的速度和限制节气门开度，从而避免混合气过浓。综上所述，对于经常在中等负荷下工作的汽车发动机，为了保持其正常的运转，从小负荷到中等负荷要求化油器能随着负荷的增加，供给由浓逐渐变稀的混合气，直到供给经济混合气，以保证发动机工作的经济性。从大负荷到全负荷阶段，又要求混合气由稀变浓，最后加浓到功率混合气，以保证发动机发出最大功率。满足上述要求的化油器特性称为理想化油器特性，即为理想化油器特性。现代化油器的基本结构及附加装置(一)基本结构1.浮子系统浮子系统是存储汽油并使浮子室内的油面保持恒定的装置。它由浮子室、浮子和进油针阀等组成。2.怠速系统怠速系统的功用是向在怠速工况工作的发动机供给浓混合气。发动机在怠速时，转速很低，节气门接近关闭，流过化油器喉管的空气量很少，流速也很低。这时喉管真空度很小，不足以将汽油从主喷管吸出。因此，发动机在怠速工况工作时须由另外设置的怠速系统供油。3.主供油系统主供油系统的功用是在怠速以外的所有工况都起供油作用。发动机从小负荷到大负荷时，使φα随节气门开大而增大，混合气由浓变稀，φα由0.8→1.1，其原理是降低主量孔处真空度。5.加浓系统当发动机由中等负荷转入大负荷或全负荷工作时，通过加浓系统额外地供给部分燃油，使混合气由经济混合气加浓到功率混合气，以保证发动机发出最大功率。加浓系统按其控制方法的不同分为机械式和真空式两种。6.加速系统加速系统又称加速泵。其功用是当节气门急速开大时将一定数量的汽油一次喷入喉管，维持一定的混合气成分，以满足汽车加速的需要。加速泵有活塞式和膜片式两种。活塞式加速泵因为结构简单、传动容易而应用较广泛。7.起动系起动系统的功用是在发动机冷起动时，供给足够多的汽油，以使进入气缸内的混合气中有充足的汽油蒸气，保证其成分在火焰传播界限之内，实现发动机的顺利起动。(二)附加装置（自学）汽油供给装置汽油供给装置：汽油箱、汽油滤清器、汽油泵及油管等组成，作用是贮存、滤清和输送燃油。汽油箱：用以贮存汽油。一般普通汽车有一个汽油箱，越野汽车有主、副两个汽油箱。油箱储备里程:200～600km。1.汽油箱的构造及附件（1）汽油箱隔板：用于减少燃油的振荡。（2）加油管：用于方便加油，管内带有可拉出的加油延伸管，延伸管底部有滤网。（3）油表传感器：用于感应油箱内燃油数量。（4）出油阀：防止意外泄漏或虹吸造成燃油流失，只有在汽油泵的驱动下，才能将油吸出；也防止停车后，油管内燃油倒流、管内进入空气等造成起动困难。（5）放油螺塞：用于排出油箱中的积水及沉淀物。汽油滤清器滤除汽油中的机械杂质和水分。发动机工作时，燃油在汽油泵作用下，经进油管接头流入沉淀杯中，由于水的密度大于汽油，故水分及较重的杂质颗粒沉淀于杯的底部，较轻的杂质随燃油流向滤芯被粘附在滤芯上，清洁的燃油通过纸滤芯渗入滤芯的内腔，然后从出油管接头流出。现代轿车发动机多采用一次性使用、不可拆式纸质滤芯汽油滤清器，一般每行驶30000km整体更换一次。油箱盖保证节约汽油，防止漏油、漏气，同时保证汽油的正常供给。油箱盖上设有蒸气阀和空气阀，以保证在油箱内产生负压时，空气能及时补充；当油箱内汽油蒸气压力较高时，也能及时泄出。汽油直接喷射系统的特点（1）进气管道中没有狭窄的喉管，空气流动阻力小，充气性能好，输出功率较大。（2）混合气分配均匀性较好。（3）可以随着发动机使用工况及使用场合的变化而配制一个最佳的混合气成分。（4）具有良好的加速等过渡性能。（5）降低油耗，排气污染减少，发动机故障率大大降低。（6）适合全车电子化控制的要求。（7）系统布置复杂，制造成本高。特点：在恒定压力下，用喷油器把一定数量的汽油喷入节气门体处的进气管，或进气道或直接喷入气缸。第三节电子控制汽油喷射系统汽油直接喷射系统的分类按喷射系统执行机构分类①单点汽油喷射（Single-pointInjection）一个喷油器供给两个以上的气缸，喷油器安装在节气门前的区段中，燃料喷入后随空气流进入进气支管内。②多点汽油喷射（MPI,Multi-pointInjection）在每个气缸上都设置一个喷油器，直接将燃料喷入各个气缸气道的进气门前方。按喷射部位分类①进气道喷射（PFI，PortFuelInjection）可以采用低压的喷射装置，是目前常用的喷射方式。②缸内喷射（GDI，GasolineDirectInjection）每缸一个喷油器装在缸盖上，在进气或压缩行程中将汽油直接喷入气缸，喷油压力3～5MPa。按喷射控制装置的形式分类①机械式：燃料的计量是通过机械传动与液力传动实现的；②电子控制式：燃料的计量是由电控单元及电磁喷油器实现的；③机电混合控制式：通过机械与液力控制喷射，但是还设有电控单元、多个传感器和电液混合气调节器，提高了控制的灵活性并扩展了功能。按喷射方式分类（自学p134图4-28）①间歇喷射或脉冲喷射：每一缸的喷射都有一限定的喷射持续期，喷射是在进气过程中的一段时间内进行的。按照各缸喷射时间分为同时喷射、分组喷射和按序喷射等。②连续喷射或稳定喷射：燃料喷射的时间占有全循环的时间，连续喷射都是喷射在进气道内，且大部分燃料是在进气道内蒸发的。电控汽油喷射系统实例电控汽油喷射系统(EFI系统)是以电控单元(ECU)为控制中心，并利用安装在发动机上的各种传感器测出发动机的各种运行参数，再按照电脑中预存的控制程序精确地控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳空燃比的可燃混合气。目前，各类汽车上所采用的电控汽油喷射系统在结构上往往有较大的差别，在控制原理及工作过程方面也各具特点。波许D型汽油喷射系统——最早应用在汽车发动机上的电控多点间歇式汽油喷射系统。其基本特点是以进气