第4章--汽油机燃料供给系统 (1)

第4章汽油机燃料供给系统学习目标●知道汽油机燃料供给系统的作用和组成●掌握汽油发动机各种工况对混合气成分的要求●理解电控汽油喷射系统的分类、组成和工作原理●掌握进气系统主要零部件的构造和工作原理及检测方法●掌握排气系统主要零部件的构造和工作原理及检测方法●掌握燃油供给系统主要零部件的构造和工作原理及检测方法●学会运用故障诊断仪检测发动机故障的方法第4章汽油机燃料供给系统4.1概述4.1.1汽油机燃料供给系统的作用和类型汽油机燃料供给系统的作用是贮存、输送、清洁燃料，根据发动机不同工况的要求，配制一定数量和浓度的可燃混合气进入气缸，并在燃烧作功后，将燃烧产生的废气排至大气中。汽油机燃料供给系统有化油器式燃料供给系统和电控喷射式燃料供给系统两大类型。化油器式燃料供给系疑难已逐渐退出历史舞台，目前汽车发动机广泛采用电控喷射式燃料供给系统。本章着重介绍电控喷射式燃料供给系统。第4章汽油机燃料供给系统4.1概述4.1.2可燃混合气浓度对发动机性能的影响1、可燃混合气浓度汽油在燃烧前必须与空气形成可燃混合气。可燃混合气是按一定比例混合的汽油与空气的混合物。可燃混合气中燃料含量的多少称为可燃混合气浓度。可燃混合气浓度有两种表示方法：过量空气系数α和空燃比A/F。过量空气系数是理论上燃烧1kg燃料实际供给的空气质量与理论上完全燃烧时所需要的空气质量之比。由此可知，α=1的可燃混合气称为标准混合气；α＜1的可燃混合气称为浓混合气；α＞1的可燃混合气称为稀混合气。空燃比是燃烧时空气质量与燃料质量之比。理论上，1kg汽油完全燃烧需要14.7kg空气，故空燃比A/F=14.7的可燃混合气称为标准混合气；A/F＜14.7的可燃混合气称为浓混合气；A/F＞14.7的可燃混合气称为稀混合气。第4章汽油机燃料供给系统4.1概述4.1.2可燃混合气浓度对发动机性能的影响2、可燃混合气浓度对发动机性能的影响（1）标准混合气这只是理论上完全燃烧的混合比，实际上这种成分的混合气在气缸中不能得到完全的燃烧，因为：①气缸中混合气的浓度，由于混合时间和空间的限制，不可能是均匀的分布，有可能使部分燃料来不及和空气混合就排出气缸。②由于气缸中总有一小部分的废气排不出去，它阻碍了汽油分子与空气分子的结合，影响了火焰中心的形成和火焰的传播。（2）稀混合气为实际上可能完全燃烧的混合气，它可保证所有汽油分子获得足够的空气而完全燃烧。因而经济性最好，故称经济成分混合气，值多在1.05～1.15范围内。但是空气过量后燃烧速度放慢，热量损失加大，平均有效压力和汽油机功率稍有下降。若混合气过稀时（＞1.05～1.15），因空气量过多，燃烧速度过慢，热量损失过大，导致汽油机过热、加速性能变坏。第4章汽油机燃料供给系统4.1概述4.1.2可燃混合气浓度对发动机性能的影响（3）浓混合气（＜1）因汽油的含量较多，汽油分子密集，火焰传播快，它可保证汽油分子迅速找到空气中的氧分子并与其相结合而燃烧。值在0.85～0.95范围内时，燃烧速度最快，热量损失小，平均有效压力和汽油机功率大。因此，又称功率成分混合气。但是，浓混合气燃烧不完全，经济性降低。过浓的混合气（＜0.88），由于燃烧不完全，产生大量的一氧化碳，在高温高压的作用下桥出自由碳，导致汽油机排气冒烟、放炮、燃烧室积碳、功率下降、耗油量显著增大，排放污染严重。（1）稳定工况对混合气成分的要求①怠速工况怠速是指发动机对外无功率输出，作功行程产生的动力只用以克服发动机的内部阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。汽油机怠速转速一般为400～800r/mm，转速很低，空气流速也低，使得汽油雾化不良，与空气的混合也很不均匀。另一方面，节气门开度很小，吸入气缸内的可燃混合气量很少，同时又受到气缸内残余废气的冲淡作用，使混合气的燃烧速度变慢，因而发动机动力不足、燃烧不良甚至熄火。因此要求提供较浓的混合气α=0.6～0.8。②小负荷工况发动机负荷在25％以下称为汪负荷。小负荷时，节气门开度较小，进入气缸内的可燃混合气量较少，而上一循环残留在气缸中的废气在气缸内气体中气占的比例相对较多，不利于燃烧，因此必须供给较浓的可燃混合气α=0.7～0.9。③中等负荷工况发动机负荷在25％～85％之间称为中等负荷。发动机大部分工作时间处于中等负荷工况，所以经济性要求为主。中等负荷时，节气门开度中等，故应供给接近于相应耗油率最小的α值的混合气，即α=0.9～1.1，这样，功率损失不多，节油效果却很显著。④大负荷及全负荷工况发动机负荷在85％～100％之间称为大负荷及全负荷。此时应以动力性为前提，要求发出最大功率Pemax，故要求化油器供给Pemax时的混合气成分α=0.85～0.95。第4章汽油机燃料供给系统4.1概述4.1.2车用汽油机对可燃混合气浓度的要求（2）过渡工况对混合气成分的要求①冷起动工况发动机冷起动时，混合气得不到足够地预热，汽油蒸发困难。同时，发动机曲轴转速低，雾化及汽化条件不好，大部分混合物在进气管内形成油膜，不能随气流进入气缸，因而使气缸内的混合气过稀，无法引燃。因此，要求化油器供给极浓的混合气进行补偿，从而使进入气缸的混合气有足够的汽油蒸汽，以保证发动机得以起动。冷起动工况要求供给的混合气成分为α=0.2～0.6。②暖机工况暖机是指发动机冷起动后，各气缸开始依次点火而自行继续运转，使发动机的温度逐渐升高到正常值，发动机能稳定地进行怠速运转的过程。在此期间，混合气的浓度随温度升高而减小，从起动时的极浓减小到稳定怠速运转所要求的浓度为止。③加速工况发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。当驾驶员猛踩踏板时，节气门开度突然加大，此时空气流量和流速随之增大，致使混合气过稀。另外，在节气门急开时，进气管内压力骤然升高，同时由于冷空气来不及预热，使进气管内温度降低，不利于汽油的蒸发，致使汽油的蒸发量减少，造成混合气过稀。结果就会导致发动机不能实现立即加速，甚至有时还会发生熄火现象。为了改善这种情况，必须在节气门突然开大时，强制多供油，额外增加供油量，及时使混合气加浓到足够的程度。第4章汽油机燃料供给系统4.1概述4.1.2车用汽油机对可燃混合气浓度的要求第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.1电控汽油喷射式发动机燃料供给系统组成电控汽油喷射式发动机燃料供给系统由进气系统、燃油供给系统、排气系统、电子控制系统组成。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.2电控汽油喷射系统的类型电控发动机燃油喷射系统分类如图4-3所示。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.2电控汽油喷射系统的类型1、按对进入气缸空气量的检测方式分（1）直接检测型（简称L型）直接检测型的汽油喷射系统采用空气流量计直接测量单位时间发动机吸入的空气量。然后，电控单元根据发动机的转速计算每一循环的空气量，并由此计算出循环基本喷油量。直接检测型包括体积流量方式和质量流量方式两种。①体积流量方式：如图4-4所示，利用翼片式空气流量计或卡门涡流式空气流量计，直接测量单位时间发动机吸入的空气体积流量。电控单元根据已测出的空气体积和发动机转速，然后计算出每一循环的进气空气体积流量，并进行大气压力和温度修正，再计算出循环基本喷油量。这种测量方式测量精度较高，有利于提高混合气空燃比的控制精度。但存在需要进行大气压力和温度修正等缺点。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.2电控汽油喷射系统的类型②质量流量方式：如图4-5所示，利用热线式空气流量计或热膜式空气流量计，直接测量单位时间发动机吸入的空气质量流量。电控单元根据已测出的空气质量和发动机转速，然后计算出每一循环的进气空气质量流量，计算出循环基本喷油量。这种测量方式除测量精度高，响应速度快，结构紧凑外，由于其测出的是空气的质量，因此，不需要进行大气压力和温度修正。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.2电控汽油喷射系统的类型（2）间接检测型（简称D型）如图4-6所示，在间接检测空气流量方式的汽油喷射系统中，利用进气歧管绝对压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，电控单元根据进气歧管绝对压力和发动机转速，计算出发动机吸入的空气量，并由此计算出循环基本喷油量。这种方式测量方法简单，喷油量调整精度容易控制。但是由于进气歧管压力和进气量之间函数关系比较复杂，在过渡工况和采用废气再循环时，由于进气歧管内压力波动较大，因此，这些工况空气量测量的精度较低，需进行流量修正，对这些工况混合气空燃比精确控制造成不利影响。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.2电控汽油喷射系统的类型2、按喷射位置分（1）缸内喷射（GDI）：如图4-7所示，将高压燃油直接喷到气缸内。这种喷射技术使用特殊的喷油器，燃油喷雾效果更好，并可在缸内产生浓度渐变的分层混合气(从火花塞往外逐渐变稀)。因此可以用超稀的混合气(急速时可达40：1)工作，油耗和排放也远远低于普通汽油发动机。此外这种喷射方式使混合气体积和温度降低，爆震燃烧的倾向减小，发动机的压缩比可比进气道喷射时大大提高。但喷油器直接安装在缸盖上，必须能够承受燃气产生的高温、高压，且受发动机结构限制，采用较少。比较典型的缸内喷射系统有福特PROCO缸内喷射系统，丰田D—4缸内喷射系统和三菱4G缸内喷射系统。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.2电控汽油喷射系统的类型（2）进气管喷射（PFI）：进气管喷射系统按喷油器的数量不同，又可分为单点喷射系统和多点喷射系统。①单点燃油喷射系统（SPI）单点燃油喷射系统是在节气门体上安装一个或两个喷油器，向进气歧管中喷射燃油形成可燃混合气。如图4-8所示，这种喷射系统又被称为节气门体燃油喷射系统或集中燃油喷射系统，对混合气的控制精度比较低，各个气缸混合气的均匀性也较差，现已很少使用。②多点燃油喷射系统（MPI）多点燃油喷射系统在每一个气缸的进气门前安装一个喷油器，如图4-9所示。喷油器喷射出燃油后，在进气门附近与空气混合形成可燃混合气，这种喷射系统能较好地保证各缸混合气总量和浓度的均匀性。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.2电控汽油喷射系统的类型3、按喷油器的喷射方式分（1）连续喷射系统在每个气缸口均安装一个机械喷油器，只要系统给它提供一定的压力，喷油器就会持续不断的喷射出燃油，其喷油量的多少不是取决于喷油器，而是取决于燃油分配器中燃油计量槽孔的开度及计量槽孔内外两端的压差。（2）间歇喷射系统在发动机运转期间间歇性地向进气歧管中喷油，其喷油量多少取决于喷油器的开启时间，即发动机控制模块(ECU)发出的喷油脉冲宽度。这种燃油喷射方式广泛地应用于现代电控燃油喷射系统中。间歇喷射系统根据喷射时序不同又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种，如图4-10所示。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.2电控汽油喷射系统的类型4、按燃油喷射系统的控制方式分（1）机械控制式燃油喷射系统机械控制系统是利用机械机构实现燃油连续喷射的系统，由德国博世（Bosch）公司1967年研制成功，在早期的轿车上采用。（2）机电结合式燃油喷射系统机电结合式燃油喷射系统是由机械机构与电子控制系统结合实现的燃油喷射系统，是在机械控制式的基础上改进而成，仍为连续喷射系统。（3）电子控制式燃油喷射系统电子控制式燃油喷射系统（EFI）是由电控单元直接控制燃油喷射的系统，它能对空气和燃油精确计量，控制精度高，目前在汽车发动机上被广泛应用。第4章汽油机燃料供给系统4.2电控汽油喷射式发动机燃料供给系统概述4.2.3电控汽油喷射系统的优点（1）能提供发动机在各种运行工况下最佳的混合气浓度，使发动机在各种工况条件下保持最佳的动力性、经济性和排放性能。（2）电控燃油喷射系统配用排放控制系统后，大大降低了HC、C0和N0X三种有害气体的排放。（3）增