汽车发动机构造A-第五章供给系5(2014版)

第四章汽油机供给系本章主要内容：1、汽油机供给系的组成及燃料2、简单化油器与可燃混合气的形成3、可燃混合气成分与汽油机性能的关系4、汽油供给系其他辅助装置5、电控汽油喷射系统§4.1.汽油机供给系的组成及燃料二、组成1、燃油的供给装置油箱、油泵、滤清器等2、空气的供给装置空气滤清器3、油气的混合装置化油器4、废气的排出装置排气管道、排气消音器，三元催化转换器根据发动机不同工况的要求，供给不同数量和浓度的可燃混合气进入气缸；燃烧后的废气经净化处理后排入大气。一、汽油机供给系的功用桑塔纳轿车化油器式汽油供给系示意图汽油机可以使用蒸馏法和催化裂化法从石油中获得，现在多使用催化裂化法三、汽油的性质1、基本成分：

C：85％；

H：15％2、主要使用性能指标1）蒸发性：汽油容易蒸发的程度。

一般地，蒸发性越高，燃气质量就越好，尤其是低温环境下如果蒸发性好，会对冷起动发动机有利。但是蒸发性也不能过高，因为这样汽油泵及油管中会产生汽油蒸汽泡，阻碍汽油正常流动，形成“气阻”。

确定蒸发性的指标是馏程试验和饱和蒸气压试验

10％蒸馏温度、50％蒸馏温度、90％蒸馏温度2）热值：1kg汽油完全燃烧所放出的热量。

汽油：约为44000kJ/kg(低热值)

柴油：一般为42500～44000kJ/kg(低热值)3）抗爆性：抵抗爆震燃烧的能力。用辛烷值大小来衡量。辛烷值可以用对比试验方法确定：

在可变压缩比的单缸试验发动机上进行，找一种被测汽油作为燃料，使发动机运转，试验中逐步提高压缩比，直到产生标准强度的爆震燃烧为止。然后在该压缩比下，换用标准燃料作对比试验。直到用标准燃料也产生和原来一样的标准强度的爆震燃烧为止。标准燃料是异辛烷和正庚烷的混合燃料，异辛烷抗爆燃能力很强，规定辛烷值100（平和温顺）；正庚烷抗爆燃能力很弱，规定辛烷值为（暴躁）。这时测标准燃料的异辛烷的百分数，即为被测汽油的辛烷值。比如异辛烷90%，该被测汽油的辛烷值是90。

汽油的号数就是辛烷值数。号数越高，抗爆性越好。

使用抗爆性好的汽油，发动机可以采用比较高的压缩比。目前我国的汽油牌号主要有：90＃、93＃、97＃。什么叫汽油的辛烷值？

研究法（RON）和马达法（MON）。（RON）=（MON）+10。

2000年7月1日推广使用无铅汽油，含铅量小于2.5mg/L为无铅汽油。现常用甲基叔丁基醚（MTBE）等醇类物质来提高汽油的抗爆性。

4)腐蚀性：3、汽油牌号及选用依据

汽油牌号：根据汽油的辛烷值来定。如RQ-90。

选用依据：汽油机的压缩比或发动机说明书。

§4.2.简单化油器与可燃混合气的形成一、简单化油器的结构空气滤清器针阀浮子浮子室主量孔喷管节气门进气歧管2-5mm混合室空气室喉管1、浮子机构：浮子、针阀、浮子室2、节气门3、喷管、喉管4、量孔二、可燃混合气的形成1、较小的油粒随空气的流动很快蒸发混合；2、较大的油粒在进气和压缩过程中慢慢吸热蒸发混合；3、大油粒则沉积在进气管壁上，形成油膜，随着发动机的抖动慢慢流向气缸，在气缸内吸热蒸发。

三、可燃混合气浓度表示方法1、过量空气系数α(我国常用)

定义：燃烧1Kg燃料实际供给的空气量与完全燃烧1Kg燃料理论上所需空气量之比。

2、空燃比A/F

定义：可燃混合气中空气与燃料的质量比。3、燃空比理论混合气：空燃比为14.8的可燃混合气。大于14.8为稀混合气；小于14.8为浓混合气四、简单化油器的特性

简单化油器的特性：在转速一定时，简单化油器的可燃混合气成分随节气门开度变化的关系，也即燃油量随空气量的变化规律。混合气浓度随喉管处的真空度减小而降低混合气浓度趋于稳定

§4.3.可燃混合气成分与汽油机性能的关系一、可燃混合气成分对发动机性能的影响可燃混合气的浓度对发动机的性能影响很大，直接影响动力性和经济性。

发动机的功率和耗油率都是随着过量空气系数α变化而变化的。1.燃油消耗率2.功率节气门全开时试验条件：转速一定；节气门全开；用针阀调节量孔截面大小以调节油量，从而改变混合气的浓度。1、标准混合气（α

=1）：由于混合时间和空间的限制，油气不可能完全均匀混合，同时，由于上一循环残余混合气对新鲜气体的稀释，这种混合气并不能完全燃烧。2、稀混合气（

α

>1）:随着α的增加，混合气变稀，燃料能够尽可能的燃烧完全，所以发动机的经济性变好，到约α＝1.11时，油耗最低；但是，功率不是最高。

α＝1.05～1.15的混合气为经济混合气。1.燃油消耗率2.功率3、浓混合气（α<1）：随着α的减小，混合气变浓，发动机的经济性变差，而动力性变好，当α＝0.88时，功率达到最高。α＝0.85～0.95的混合气为功率混合气。4、燃烧极限：

当α≥1.3～1.4后，由于混合气过稀，火焰无法传播，称之为火焰传播下限。当α≤0.4时，由于混合气过浓，火焰无法传播，称之为火焰传播上限。

在发动机的工作中，动力性和经济性不可能同时达到最佳。1.燃油消耗率2.功率混合气种类空气过量系数功率耗油率性能火焰传播上限0.4混合气不燃烧，发动机不工作过浓混合气0.43-0.87较小很高燃烧室积炭、排气管冒黑烟，放炮功率混合气0.88最大增大；10-15%输出最大功率标准混合气1.0减小2%增大4%经济混合气1.11减小8%最小燃油经济性最好过稀混合气1.13-1.33显著减小显著增大回火、发动机过热、加速性变坏火焰传播下限1.4混合气不燃烧，发动机不工作可燃混合气成分对发动机性能的影响

保持转速不变，将节气门置于各种不同开度，重复上述试验，可以得出一系列的曲线。将这些曲线的Pemax和bemin分别连接起来，将此坐标对换，得到曲线如下图虚线1、2。

二、汽车发动机各种工况对可燃混合气成分（浓度）的要求（混合比特性）作为车用汽油机，其工况是复杂的，例如，超车、刹车、高速行驶、汽车在红灯信号下，起步或怠速运转、汽车满载爬坡等，工况变化范围很大，负荷可以0→100%，转速可以最低→最高，有时变化非常迅速，且工况间的变化是连续的。发动机各种工况要求有多种混合气成分，以满足不同工况对其动力性、经济性和排放的不同要求：发动机工况是其工作情况的简称，它包括发动机的转速和负荷情况负荷是指汽车所施加给发动机的阻力矩。节气门开度即代表负荷的大小1）怠速小负荷工况怠速：一般指发动机对外无功率输出的情况下以最低转速运转。要求：α＝0.6～0.8。因为：（1）此时发动机温度低，燃油雾化质量差；（2）由于节气门开度很小，进入到气缸的新鲜气体量少，受到废气的稀释程度增加。小负荷：要求：α＝0.7～0.9。原因同上。只是稍微比怠速要好点。1、稳定运行工况2）中等负荷工况（节气门开度25％～80％）要求：

α＝0.95～1.15

车用发动机大部分时间在此负荷工作。此时，发动机不需发出大功率，所以对发动机的经济性作为首要要求。3）大负荷、全负荷（节气门开度80％～全开）要求：

α＝0.85～0.95

此时发动机需要克服较大的阻力，需要发出较大的功率，驾驶员通常将油门踩到底，发动机处于全负荷工作。这样就要求供油系统供给相应的功率混合气。2、过渡工况1）冷启动（α＝0.2～0.6）温度很低，能够雾化的燃油很少，并且进入气缸的新鲜气体也少。实际能够燃烧的燃料量很少。要求化油器供给极浓的混合气进行补偿2）暖机（α＝0.2～0.6到0.6～0.8）是发动机从冷启动到怠速的过渡阶段。随温度升高而升高3）加速（α＝0.8左右且及时加浓）

加速：指发动机节气门迅速开大，汽油机的转速和功率在较短时间内迅速提高的过程。要求混合气量要突增，并保证浓度不下降。但瞬时汽油流量的增加比空气的增加要小得多，致使混合气过稀。因此，采取强制方法额外增加供油量。

从以上分析可知：在发动机的不同工况，所要求的混合气浓度是不一样的。此种特性称为理想化油器特性。

3、现代车用化油器：

在简单化油器的基础上加上5个主要的工作系统，就能满足发动机实际工作的需要。主供油系统满足发动机在中等负荷时发动机经济性的需求。怠速系统满足发动机在怠速时供油。加浓系统满足发动机在大负荷、全负荷对动力性的需求。加速系统满足发动机加速时需要。启动系统满足发动机启动时需要。从简单化油器特性知道其是不能满足汽车发动机的需要的，所以应该对其进行改进，所以就出现了：现在的电子控制燃油喷射（EFI）发动机对混合气浓度的要求也是按照理想化油器特性进行的，它是通过各种传感器来感知发动机的各种工况，从而将工况信号送给ECU，由ECU来确定此时的喷油量，以满足发动机的要求，其控制比化油器要更为精确一些。化油器的工作原理汽油泵从油箱中吸油，燃油经过汽油滤清器，经汽油泵加压后送入化油器的浮子室，空气经空气滤清器进入化油器，在气缸吸气气流的吸力下，汽油从化油器中吸出，与空气混合后进入气缸，燃烧后经排气管排除。

基本工作原理：利用喉管处的真空度从浮子室中吸油，吸出的汽油与空气混合形成可燃混合气。化油器结构化油器结构上体化油器结构中体化油器结构下体1）、主供油装置A、功用：保证发动机正常工作时(中小负荷)，化油器所供给的混合气随着节气门开度加大而逐渐变稀，并在中负荷下接近于最经济的成分。B、工作时机：除怠速工况外，其余工况都工作。主量孔空气量孔主喷管C、构造：由主量孔、空气量孔、空气室、泡沫管、主喷管组成。即在简单化油器的基础上，加装了空气室与空气量孔。

为消除空气滤清器对主喷口与浮子室处压差的影响，浮子室上方通常安装一通气孔与空气室相通，称为平衡管。平衡管

为解决充气量与汽油雾化之间的矛盾，通常采用多重喉管，大喉管增加充气量，小喉管汽油雾化良好。多重喉管主供油系统工作演示怠速喷口过渡喷孔调整螺钉怠速空气量孔怠速油道怠速量孔开度调节螺钉2）、怠速系统A、作用：维持稳定的最低转速。B、工作时机：多在发动机热起过程中、短暂停车、更换变速器档位时短时间使用。

C、构造：由怠速量孔、怠速空气量孔、怠速油道、怠速喷孔、怠速过渡喷孔、怠速油量调整螺钉、节气门开度调整螺钉等组成。化油器怠速系统工作演示3）、加浓系统（省油器）A、功用：在大负荷和全负荷时额外供油，保证在全负荷时混合气浓度达到为0.8～0.9，使发动机发出最大功率。其供油量比在中、小负荷时多15—20%。摇臂主量孔加浓阀推杆加浓量孔拉杆结构：由摇臂、拉杆、推杆、加浓阀、加浓量孔等组成。Ⅰ、机械式加浓系统机械加浓系统工作演示机械加浓系统起作用时刻只与节气门开度有关，即只与负荷有关。活塞空气缸通道主量孔加浓阀推杆加浓量孔弹簧Ⅱ、真空加浓系统活塞式加浓系统结构：由真空气道、空气缸、活塞、弹簧、推杆、加浓阀、加浓量孔等组成。真空气道真空式加浓系统演示完全取决于节气门后面的真空度①真空式省油器起作用的时刻完全取决于节气门后面的真空度，因此，它与节气门的开度，汽油机的转速都有关系。比较两种省油器：

③机械式省油器在节气门开度大到一定程度时才起加浓作用，即只与节气门开度有关，而与转速无关。

②真空式省油器在负荷小，转速低时也能起加浓作用。

为何加浓系统又叫作省油器？由于加浓器的存在，可以使发动机在中、小负荷时的燃油供给量更少，即设计时，可以使主供油系统供给较少的油。A、作用：在汽车急加速时，瞬间短期额外供油，防止混合气短时变稀，使发动机转速和功率迅速升高，克服加速时的惯性阻力。B、工作要求：第一、供油应及时并能延续一段时间（一般１s～３s）。第二、喷油量先多后少，急加速供油多，慢加速供油少甚至不供油。摇臂活塞出油阀通气道加速量孔拉杆进油阀连动板C、结构：主要由加速泵、驱动件喷管、量孔、等组成。4）、加速系统加速喷管加速系统演示化油器加速工况A、功用：当发动机冷起动时，供给极浓的混合气。（α＝０．２～０．６）。B、工作时机：启动、冷启动、混合气过稀C、结构：阻风门5）、起动系统

设置阻风门，增加冷起动时真空度，此时主喷孔、怠速喷孔、过渡喷口一起供油。起动装置

§4.4.汽油供给系其他辅助装置功用：贮存、滤清、输送汽油。组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管一）作用

储存汽油，其储备里程一般为200-600Km。普通汽车具有一个汽油箱，越野汽车常有主、副两个汽油箱。二）安装位置

货车油箱位于车架外侧、驾驶员座下，轿车油箱装在车架后部。一、汽油箱加油延伸管滤网油面指示表传感器浮子出油开关汽油滤清器加油管汽油箱支架汽油箱盖放油螺栓桑塔纳轿车汽油箱快速排气管接口供油管接口回油管接口油面传感器插座集滤器浮子汽油箱盖作用：密封汽油箱。保持油箱内正常压力结构：空气阀蒸汽阀弹簧弹簧汽油箱盖的工作过程二、汽油滤清器功用：除去汽油中的水分和杂质，使汽油能达到发动机工作的需要。类别：可拆式:外壳用锌、铝合金铸制，滤芯可用尼龙布制成。可定期清洗、多次使用或更换滤芯。(货车客车常用)不可拆式:外壳用透明塑料制成，内装微孔细滤芯，一次使用。

(轿车常用)结构：进、出油口不可装反不可拆式三、汽油泵1、功用： 将汽油从油箱中吸出，经管路和汽油滤清器，然后泵入化油器浮子式。2、类型：机械驱动的膜片式汽油泵：由凸轮轴上的偏心轮驱动，其安装位置随凸轮轴的位置而异。电力驱动的电动汽油泵：它的安装位置可避开发动机热源而不受限制。3、汽油泵的构造(可拆式的机械膜片式汽油泵)1上体：上体上有木或耐油橡胶制成的进出油阀、进出油管接头、金属泵盖及密封垫片。2下体：下体上有与机体连接的凸缘盘、防止汽油流入曲轴箱的泵膜拉杆油封以及套装在摇臂轴上斜面接触、单向传动的内外摇壁。3泵膜总成：由泵膜、上、下护盖、拉杆和泵膜弹簧组成。泵膜弹簧装在弹簧座与膜片下护盘之间，用以将膜片向下推压拱曲到极限位置。泵膜多用高强读尼龙布涂胶制成。回位弹簧摇臂进油口出油口泵膜出油单向阀进油单向阀1吸油：当凸轮轴转动时，偏心轮驱动摇臂使泵膜拉杆向下拱曲到最低位置。此时泵膜上的腔室容积增大，产生真空，将进油阀吸开，出油阀关闭，汽油便从进油腔吸入泵室。2压油：当偏心轮偏心部分转离摇臂后，外摇臂在摇臂回位弹簧作用下回位，其斜面与内摇臂斜面分离，泵膜在其弹簧的作用下，连同内摇臂向上移动，使泵室容积减小，油压升高，关闭进油阀，打开出油阀，汽油经出油阀六至化油器。供油压力的大小决定于泵膜弹簧的张力。4、工作原理汽油泵工作演示四、空气滤清器及进排气装置一）、空气滤清器1、功用：清除流向化油器的空气中所含的尘土和沙粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损。适当消除进气噪声2、分类：惯性式： 利用气流在急速改变流动方向时，因尘土具有较大的惯性而被清除分离。过滤式： 利用气流通过金属网、金属丝、纤维、滤纸芯等狭窄、曲折的滤芯通道时产生多次碰撞，使尘土被阻挡或粘附在滤芯上。3、结构通化油器空气入口纸滤芯外壳滤清器盖桑塔纳发动机的空气滤清器二）、进气管与排气管1、功用：进气管： 将化油器所供给的可燃混合气分别送到发动机的各个气缸。排气管： 汇集各气缸的废气，从排气消声器排出。2、材料：铸铁、铝合金3、结构桑塔纳发动机进排气管出水口进水口进气歧管排气歧管进气排气三）、排气消声器功用：减少噪声和消除废气中的火焰及火星。原理：1)多次地变动气流方向；2)重复地使气流通过收缩而又扩大的断面；3)将气流分割为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动4)将气流冷却。隔板多孔管外壳

§4.5.电控汽油喷射系统

汽油喷射技术始于上世纪30年代，最初是为航空发动机而设计的，50年代开始应用于车用发动机上，随着电子技术的飞速发展，电子控制的实时性、准确性、智能性使供给发动机的混合气浓度可以更好地符合理想化油器曲线。电子控制燃油喷射技术自然而然成为现代发动机节能、减排所必备的核心技术。一、概述1．汽油喷射系统的发展电子控制燃油喷射概念的提出：现代车用发动机对工况要求越来越精细，加之世界上对车用发动机尾气排放的要求越来越严厉，原有的机械式化油器对混合气浓度的控制已不能满足要求。二、汽油喷射的基本概念汽油喷射：是用喷油器将一定压力和数量的汽油喷入进气管道或气缸内。其目的是提高汽油雾化质量，改进燃烧，改善汽油机性能。电控汽油喷射：是采用电控喷油器，根据发动机运行工况和使用条件将适当量的汽油喷入进气管道或气缸内，实现对发动机油量的精确控制

汽油直接喷射与化油器式相比有以下优点：1、提高了充气效率，发动机功率增加；进气道中没有喉管，进气阻力小；进气岐管截面积增加，进气压力损失小。2、燃油消耗率降低，经济性提高；

因为喷油量是根据进气量的多少进行控制，并且各缸分配均匀。3、混合气分配均匀性好；

可以比较精确地控制各缸混合气浓度与工况匹配。4、排气污染程度降低；

因为喷油量和进气量都是按照最佳空燃比进行精确配比，燃料燃烧完全，加上三元催化净化装置的作用，能使废气中的CO、HC、NOx含量降低。5、发动机冷起动性能改善；

汽油雾化良好，再加上冷起动加浓装置的作用。6、加速性能得到改善。

采用喷油器直接向进气门处喷油，供油及时，减少了供油滞后时间。三、汽油喷射的优缺点缺点：系统布置复杂，制造成本高。

六、电控汽油喷射系统的基本原理电控汽油喷射系统电工作时，ECU接收空气流量传感器和发动机转速传感器输入的信号，计算出基本喷油量，再根据其它各种传感器等输入的与发动机工况有关的信号，对基本喷油量进行修正，确定出与发动机工况相适应的最佳喷油量，并输出一个与最佳喷油量相对应的有一定脉冲宽度的的喷油信号，经驱动电路放大后，控制电磁式喷油器的喷油时间，将适量的燃油喷入进气管或气缸四、汽油直接喷射系统的分类

1、按照喷射位置分

气缸内喷射：——发展趋势进气管内喷射：单点喷射（SPI）一个喷油器

多点喷射（MPI）每个气缸一个喷油器

2、按照喷射控制装置的形式分

机械式（K型）:机械传动与液力传动实现的机—电式：（K—E型）

+电控单元

电控式（EFI）

：燃料的计量是通过ECU和电磁喷油器实现的

PFIGDI

3、按照喷射方式分连续喷射：燃料喷射时间占有整个循环的时间。间歇式喷射：每一缸的喷射都有一限定的喷射持续时间，用喷射连续时间来控制喷油量，电控式都采用这种喷射。

（1）异步喷射：喷油器的开启时间与发动机各缸工作循环之间没有固定的关系。（2）同步喷射：喷油器的开启时间与发动机各缸工作循环之间保持一定的相对关系。

Ⅰ、顺序喷射：各缸喷油器分别按各自的做功顺序进行喷射。用于精确控制。

Ⅱ、同时喷射：发动机每转一周，所有的气缸喷油器同时喷射一次，每个工作循环喷射两次。

Ⅲ、分组喷射：将气缸分成两组，发动机每转一周只有一组喷油器喷射，两组轮流喷射。

4、按照空气流量测量方法分直接测量型：利用空气流量计直接测量吸入进气管的空气流量（L,LH型）间接测量：

（1）绝对压力测量法（压力D型）：用绝对压力传感器测量进气总管的绝对压力，并由此和发动机转速计算出进气量，从而确定汽油喷射量。

（2）节气门开度测量法：用节气门传感器测定节气门开度，并由发动机的转速计算出进气流量，从而确定汽油喷射量。

5、按照控制系统有无反馈分

开环系统：无氧传感器，不带反馈控制装置

闭环系统：带反馈控制装置，氧传感器，三元催化装置。排气管中加装氧传感器，根据排气中的含氧量来测定发动机燃烧室工况，将反馈信号与原给定的信号相比，修正喷油量，控制精度高。五、电控汽油喷射系统的基本组成发动机电子控制系统大致可分为空气系统、燃油系统、点火系统和控制系统四个部分。1、空气供给系统任务：空气供给系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。组成：空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气管等。空气供给系统节气门体空气流量计空气滤清器进气总管进气歧管怠速控制阀（ISC）节气门体进气管绝对压力传感器空气滤清器进气总管进气歧管怠速控制阀（ISC）空气流量计有多种形式，如翼片式、热线式、热膜式和涡流式等。

翼片式热线式热膜式利用热膜与空气之间的热传递现象来测量空气流量。可靠性和耐用性较好，并且热膜不会被空气中的灰尘沾附。2、燃油供给系统任务：燃油供给系为发动机可燃混合气的形成提供必需的燃油。组成：油箱、滤清器、汽油泵、喷油器、油压调节器、燃油脉动衰减器、油管等。燃油供给系统汽油箱电动汽油泵进油管汽油滤清器燃油分配管燃油压力调节器喷油器回油管供油装置结构示意图组成：油箱、滤清器、汽油泵、喷油器、油压调节器、燃油脉动衰减器、油管等。任务：供油、滤清、调压、喷油。供油装置输油管冷起动喷油器油压调节器喷油器油压脉动衰减器燃油滤清器油箱电动汽油泵滚柱式叶片式电磁喷油器一般喷油器针阀升程约为0.1mm，而喷油持续时间在2～10ms范围内。冷起动喷嘴及热时间开关燃油分配管燃油分配管的功用是将汽油均匀、等压地输送给各缸喷油器。由于它的容积较大，故有储油蓄压、减