汽车构造(本科教育)第5章 汽油燃油供油系统

汽车拖拉机学2009年8月第五章汽油机燃油供给系统张黎骅AUTOMOBILEANDTRACTOR主要内容§5.1汽油机燃料供给系统的组成§5.2可燃混合气的形成与燃烧§5.3化油器式燃油供给系统§5.4电控汽油喷射系统§5.5本章小结

5.1汽油机燃料供给系的组成功用：储存、输送、清洁燃料，根据发动机工况，供给汽缸一定浓度的可燃混合气，并将燃烧后的废气排入大气。组成：汽油供给装置空气供给装置混合气形成装置废气排出装置供给路线图油箱汽油滤清器汽油泵化油器(混合)空气滤清器排气管排气消声器在气缸内燃绕桑塔纳轿车汽油供给系示意图油箱油管汽油泵汽油滤清器化油器空气滤清器5.2可燃混合气体的形成与燃烧汽油的性质物理特性：粘度小、流动性好、自润性差使用性能指标：蒸发性：能被蒸发的性能。热值：1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。标号：标号越高，抗爆性越强。抗爆性：在燃烧中，避免产生爆燃的能力。（辛烷值越高，抗爆性越强）混合气浓度的表示方法过量空气系数α—我国使用空燃比—国外常用混合气成分对发动机性能的影响混合气浓度发动机性能α=1（理论混合气）实际上，汽油不能完全燃烧α＞1汽油完全燃烧α=1.05~1.15油耗最低α＞1.15混合气可以完全燃烧，但燃烧速度慢，功率下降α＞1.3-1.4（火焰传播下限）火焰无法传播α=0.85-0.95燃烧速度快，热损失小，功率最大；但不完全燃烧，油耗大；冒黑烟；排气放炮α=0.43-0.85过浓，功率下降α＜0.4空气量极少，无法燃烧功率最大—功率混合气（浓）油耗最低—经济混合气（稀）现代化油器—实际工况对可燃混合气成分的要求工况：发动机的转速和负荷。分为：怠速、小负荷、中等负荷、大负荷、全负荷工况节气门开度混合气α气缸内性能怠速接近于关闭0.6-0.8废气含量大小负荷逐渐开启0.7-0.9废气作用减弱中等负荷（常用状态）足够的开度0.9-1.1追求经济性大负荷和全负荷最大开度0.85-0.95要求供给最大功率现代化油器—发动机运转过程中的过渡工况冷起动：发动机起动时，转速极低，空气流速极慢，气缸内温度低，汽油附着在进气管内壁上，为保证顺利起动，需供给极浓混合气。（α=0.2-0.6）暖机：起动后，发动机温度逐渐上升，直至发动机能进行稳定怠速运转为止。α随温度上升而逐渐增大。加速：即节气门突然加大，负荷突然迅速增加的过程。节气门突然开大时，空气量增加大于汽油量增加，短时间内混合气变得很稀，需要额外添加供油量，以保证混合气足够浓。——此为理想化油器特性5.3化油器式燃油供给系统简单化油器的结构:浮子室、针阀、喉部、节气门（油门）工作原理：节气门开度影响喉部真空度，开度越大，真空度越大，喷油量越大；当节气门开度一定时，发动机转速越高，喉部真空度越大。喉部（喉管）浮子（室）节气门简单化油器的特性曲线特性曲线：α随化油器喉部真空度（即节气门开度）变化而变化的趋势。变化趋势：随着节气门开度加大，空气量和汽油量同时加大，但前者增加小于后者，混合气渐变浓；再继续开大节气门时，两者比率逐渐接近，混合气浓度趋于稳定。α有利的化油器特性曲线1—相应最大功率的α值，节气门开度越小，发出最大功率的α越小；2—相应最小油耗的α值，节气门开度越小，获得最小油耗的α越小；即小负荷时，较浓混合气才能保证发动机工作最经济。3—理想化油器特性曲线，在两者之间。化油器的类型双腔分动：经常工作的为主腔，另一为副腔。用于解决转速较高、功率较大的发动机的动力性和经济性的矛盾。双腔并动：两个化油器并联，但共用一套浮子室、起动、加速、加浓系统；两个节气门同时启闭。用于缸数较多的高速汽油机。现代化油器—化油器结构五大系统主供油系统（见5.1）怠速系统加浓系统加速系统起动系统功用：保证怠速和小负荷时供给浓混合气。（α=0.6-0.8）怠速系统结构：怠速油道、怠速量孔、怠速过渡量孔、怠速空气量孔、怠速调整螺钉、节气门开度调整螺钉。怠速系统机械加浓装置：取决于节气门开度。真空加浓装置：取决于节气门后真空度。加浓系统加速系统（加速泵）加速泵：由节气门控制，内有活塞，进油阀和出油阀。节气门开度减小时：活塞上移，汽油进入加速泵；节气门开度加大时：活塞下移，进油阀关出油阀开，汽油从加速喷孔喷出。起动系统起动工况：极浓混合气（α=0.2-0.6）结构：阻风门工作系统：主供油系统和怠速系统自动阀：避免起动过程后期，由于转速加大真空度增大而导致混合气过浓。空气滤清器作用：过滤空气中的尘土和沙粒，减少气缸内的零件磨损，延长发动机使用寿命。类型：纸质空气滤清器，广泛采用。汽油供给装置—汽油箱油箱盖：空气—蒸汽阀的作用。油箱内液面减低而产生真空时（98kPa），空气阀起作用；外界温度高，油箱内由于汽油蒸汽而压力过大时（120kPa），蒸汽阀起作用。汽油供给装置—机械汽油泵结构：膜片、进出油阀、进出油口、摇臂、手摇臂、膜片弹簧汽油供给装置—电动汽油泵电动汽油泵的作用：将汽油从油箱中吸出，供给燃油系统足够的具有规定压力的汽油。安装位置：电动汽油泵的安装位置主要有两种，即安装在供油管路中和安装在汽油箱内。但后者应用非常广泛，电动汽油泵通常用固定在油箱上的油泵支架垂直地悬挂在油箱内。组成：主要是由泵体、永磁式直流电动机和壳体三部分组成。另外还装有安全阀和单向阀。汽油供给装置—滚柱式电动汽油泵由壳体、圆柱形滚柱和转子等组成。五个滚柱在转子的槽内可径向滑动，转子与壳体存在一定的偏心转子在直流电动机的驱动下旋转，在离心力的作用下，滚柱紧压在泵体的内圆表面上，形成五个相对独立的密封腔。旋转时，每个密封腔的容积不断发生变化，在进油口时，容积增大，形成一定的真空，将经过过滤的汽油吸入泵内。在出油口处，容积变小，压力升高，汽油穿过直流电动机推开单向阀输出。安装在油箱外。汽油供给装置—涡轮式电动汽油泵由涡轮、壳体和泵盖等组成。涡轮由电动机驱动，在离心力的作用下，涡轮紧贴壳体，将汽油经窄小缝隙由进油侧驱至出油侧从而加压，燃油通过电动机的内部起到冷却的作用电动机的作用。汽油供给装置—汽油滤清器作用：过滤汽油中的水分和杂质。类型：纸质滤芯（应用广泛）、尼龙布滤芯、聚合粉末塑料、多孔陶瓷式汽油直接喷射式优点1、可以提高发动机的充气效率，使各缸混合气分配比较均匀，精确控制各个缸混合气与工况的匹配。2、排气污染降低。3、适合全车电子化控制的要求。4、发动机故障率大大降低5.4电控汽油喷射系统5.1概述图5.4.1化油器燃油供给系统与电控燃油喷射系统的比较1．按喷射控制装置的型式分类按喷射控制装置的型式不同可分为：机械控制式、机电混合控制式及电子控制式。2．按喷油器喷射部位的不同分类按喷射部位的不同可分为缸内喷射和缸外喷射两种。缸外喷射系统分为进气管和进气道喷射。图5.4.2进气管喷射(节气门体喷射，单点喷射)1-空气阀2-油压调节器3-回油管4-喷油器5-节气门体6-节气门5.4.1电喷系统分类图5.4.3进气道喷射（多点喷射）1-进气支管2-进气道3-进气门4-密封圈5-喷油器6-接线柱3．按进气量的检测方式分类按进气量的检测方式不同可分为：流量型系统和压力型系统两种。4．按喷射的的控制方式按喷射的连续性将汽油喷射系统分为连续喷射式和间歇喷射式。间歇喷射还可按各缸喷射时间分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射等三种形式。图5.4.4同时喷射控制方式电路图5.4.5分组喷射控制方式电路图5.4.6顺序喷射方式控制电路5.4.2组成和工作原理

1.基本组成

尽管电子控制汽油喷射系统的类型较多，但其组成基本相同，即由燃油供给系统、空气供给系统、电子控制系统组成。图5.4.7电控发动机燃油供给系统图5.4.8空气供给系统1.空气滤清器2.空气流量传感器3.PCV管4.怠速开关控制传感器5.进气总管6.进气歧管7.空气阀图5.4.9电子控制系统1.空气流量传感器2.碳罐电磁阀3.点火模块和点火线圈4.进气温度传感器5.进气歧管压力传感器6.废气再循环阀7.节气门体8.曲轴箱强制通风阀9.冷却水温传感器1O.机油压力传感器11.爆震传感12.喷油器组件13.曲轴转速传感器14.曲轴位置传感器15.氧传感器16.凸轮轴位置传感器

2.工作原理电子控制汽油喷射系统EFI(ElectronicFuelInjection)，是以一个电控单元ECU为控制中心，利用安装在发动机上不同部位的传感器，测出发动机的各种运行参数，精确的计算进入气缸的空气量，再按照电脑中预存的控制程序精确地控制喷油使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，以求得最佳的动力性、经济性及排放性。其基本结构和工作原理见图5.4.10。图5.4.10发动机电子控制系统工作原理图1）L型汽油喷射系统L型汽油喷射系统是多点、间歇式汽油喷射系统。它以发动机的进气量和发动机转速作为基本控制参数，从而提高了喷油量的控制精度。L型汽油喷射系统的组成如图5.4.11所示1-汽油箱2-电动汽油泵3-燃油滤清器4-燃油分配管5-油压调节器6-电控单元7-喷油器8-冷起动喷嘴9-怠速调节螺钉10-节气门位置传感器11-节气门12-空气流量计13-进气温度传感器14-继电器组15-氧传感器16-发动机温度传感器17-热时间开关18-分电器19-补充空气阀20-怠速混合气调节螺钉21-蓄电池22-点火开关图5.4.11L型汽油喷射系统图5.4.12LH型汽油喷射系统1-汽油箱2-电动汽油泵3-汽油滤清器4-燃油分配管5-油压调节器6-热线式空气流量计7-补充空气阀8-冷起动喷嘴9-喷油器10-氧传感器11-空气滤清器12-节气门位置传感器13-节气门14-发动机温度传感器15-热时间开关16-分电器17-电控单元18-点火开关19-蓄电池2）D型汽油喷射系统

D型汽油喷射系统是最早应用在汽车发动机上的电子控制多点间歇式汽油喷射系统，其基本特点是以进气管压力和发动机转速作为基本控制参数，用来控制喷油器的基本喷油量。D型汽油喷射系统的组成如图5.4.13所示。图5.4.13D型汽油喷射系统1-汽油箱2．电动汽油泵；3一汽油滤清器4．发动机温度传感器5．热时间开关6一喷油器7一进气管压力传感器8-补充空气阀9-冷起动喷嘴10-节气门位置传感器11-进气温度传感器12-油压调节器13一蓄电池14一分电器15-电控单元3）节气门体汽油喷射系统图5.14节气门体汽油喷射系统1．汽油箱2．电动汽油泵；3．汽油滤清器；4．油压调节器；5．喷油器；6．进气温度传感器；7一电控单元；8-氧传感器；9-发动机温度传感器；10怠速控制阀；11一节气门及节气门位置传感器；12。分电器及曲轴位置传感器；13一蓄电池；14-点火开关；15-继电器5.2电控汽油喷射系统主要部件的构造和工作原理5.2.1燃油供给装置电子控制汽油喷射系统的燃油供给系统由汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、燃油分配管、油压调节器、喷油器、冷起动喷嘴和输油管等组成，有的还设有油压脉动缓冲器（图5.4.15）。图5.4.15燃油供给系统组成图l一喷油器2一油道3一燃油压力调节器4一软管5一进油管6一燃油滤清器7一燃油泵1．电动汽油

电动燃油泵的功用是供给各喷油器及冷起动喷油器所需要的燃油。在电子控制汽油喷射系统中应用的电动汽油泵通常有两种类型，即滚柱式电动汽油泵和叶片式电动汽油泵。滚柱式电动汽油泵如图5.4.16所示，叶片式电动汽油泵结构如图5.4.17所示。图5.4.16滚柱式电动汽油泵1．进油口；2．限压阀；3．汽油泵；4．电动机；5．单向止回阀；6．出油口7．泵体；8-滚柱；9-转子图5.4.17叶片式电动汽油泵1．橡胶缓冲垫；2．滤网；3．叶轮及叶片；4、8．轴承；5．永久磁铁；6.电枢；7．炭刷；9．限压阀；10-单向止回阀；11一泵体2．燃油分配管燃油分配管(图5.4.18)的功用是将汽油均匀、等压地输送给各缸喷油器；还有贮油蓄压、减缓油压脉动的的作用.图5.4.18燃油分配管

1一进油管；2．燃油分配管；3．油压调节器；4．汽油滤清器；5一喷油器3．燃油压力调节器

燃油压力调节器的功用是调节至喷油器的燃油压力，使油路中的燃油压力与进气管压力之差保持常数，这样从喷油器喷出的燃油量便唯一地取决于喷油器的开启时间，使微机能够通过控制电脉冲宽度来精确控制喷油量。油压调节器的构造如图5.4.19所示。

图5.4.19油压调节器1．进油口；2．回油口；3．阀座；4．膜片；5．弹簧；6．真空接管(接进气管)；7．平面阀4．喷油器

喷油器是电子控制燃油喷射系统中的最重要零件。喷油器的功用是按照电控单元的指令将一定数量的汽油适时地喷人进气道或进气管内，并与其中的空气混合形成可燃混合气。轴针式喷油器的结构如图5.4.21所示。电控单元以电脉冲的形式向喷油器输出控制电流（图5.4.22）图5.4.21喷油器构造图5.4.22控制喷油器的输出回路1.滤网；2-电接头；3．电磁线圈；1一微机2一输出回路3一喷油器4．复位弹簧；5．衔铁；6．针阀图5.4.23喷油器工作原理示意图a)发动机停机时无电脉冲输出；b)短脉冲宽度；c)长脉冲宽度1．电控单元；2．喷油器体；3．电磁线圈；4-复位弹簧；5．衔铁；6．针阀5.2.2空气供给装置

电子控制汽油喷射系统的空气系统主要包括空气流量计、怠速控制阀、节气门及空气滤清器等。1.空气流量计空气流量计的功用是测量进入发动机的空气流量，并将测量的结果转换为电信号传输给电控单元。图5.4.24叶片式空气流量传感器图5.4.25热线式空气流量计图5.4.26热膜式空气流量计

图5.4.28进气压力传感器a)膜片式b)弹性波纹筒式a)b)2．怠速控制阀在节气门体汽油喷射系统的节气门体上装有怠速控制阀(图5.4.29)。其功用是自动调节发动机的怠速转速，使发动机在设定的怠速转速下稳定运转。图5.4.29步进电机式怠速控制阀原理图5.2.3电子控制装置电子控制汽油喷射系统中的控制系统由电控单元、各种传感器、执行器，以及连接它们的控制电路所组成。1．电控单元电控单元是电子控制单元的简称，常用ECU(ElectronicControlunit)表示。电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量.电控单元一般由中央处理器CPU、只读存储器ROM、可编程的只读存储器PROM、运行数据存储器RAM和输入/输出接口等组成。见图5.4.9。2.传感器1)节气门位置传感器节气门位置传感器的作用是把节气门的位置或开度转换成电压的信号，传输给电控单元，作为电控单元判定发动机运行工况的依据现不同的节气门开度下的喷油量控制。节气门位置传感器有线性、开关型及综合型(既有开关又有线性可变电阻)三种。节气门位置传感器装在节气门体上，与节气门联动，如图5.30所示。a)b)c)图5.4.30综合型节气门位置传感器a)结构b)输出特性c)输出端子电路l-电阻膜2-节气门开度输出动触点3-怠速动触点2)冷却液温度传感器冷却液温度传感器安装在发动机机体或气缸盖上，与冷却液接触，用来检测发动机循环冷却液的温度，并将检测结果传输给电控单元以便修正喷油量和点火正时.其结构及与电控单元的连接如图5.4.31所示。图5.4.31发动机冷却液温度传感器

3)进气温度传感器

进气温度传感器通常安装在空气流量计上，用来测量进气温度。其内部也是一个热敏电阻，其电阻温度特性、构造、工作原理以及与电控单元的连接方式均与发动机温度传感器相同(图5.4.32)。

图5.4.32进气温度传感器4）曲轴位置和转角传感器曲轴位置和转角传感器用来检测第一缸和各缸压缩上点位置信号、曲轴转角以及发动机转速，作为控制点火和喷射的信号源。如图5.4.33所示的曲轴位置(转角)传感器是磁感应式传感器，安装在分电器内。图5.4.33磁感应式曲轴位置传感器图5.4.36所示为光电式曲轴位置传，它由发光二极管、光敏三极管、转盘等组成，并安装在分电器底板上。图5.4.36光电式曲轴位置传感器1-分火头2-防尘罩3-转盘4-分电器底板5-光敏三极管6-发光二极管5)氧传感器

氧传感器是电子控制汽油喷射系统进行反馈控制的传感器，安装在排气管上。目前应用最多的是氧化锆氧传感器(图5.37)。

图5.4.37二氧化锆氧传感器1一气孔2一锆管3一排气管4一铂电极5一弹簧6一铂电极座7一导线上海桑塔纳2000轿车发动机电子控制汽油喷射系统的结构如图5.4.39所示。图5.4.39上海桑塔纳200