《汽車構(gòu)造（上冊）》課件第4章 汽油機燃料供給系VIP

第4章汽油機燃料供給系汽油的性能可燃混合氣濃度的表示方法發(fā)動機各工況對混合氣成分的要求電控汽油噴射系統(tǒng)的組成和工作原理汽油機排放的主要污染物及采用的凈化措施

4.1汽油與可燃混合氣物理特性：粘度小、流動性好、自潤性差使用性能指標：(1)汽油的抗爆性：

指汽油在發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒時抵抗爆燃的能力，用辛烷值評定。(汽油的辛烷值越高，其抗爆性就越好。汽油的標號根據(jù)辛烷值確定。)(2)汽油的蒸發(fā)性：液態(tài)汽油汽化的難易程度指標，以餾程作為評價汽油蒸發(fā)性的指標。(3)汽油的熱值：燃料的熱值是指lkg燃料完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量。汽油的熱值約為44000KJ/kg。4.1.1汽油及其使用性能(1)可燃混合氣成分的表示（空燃比、過量空氣系數(shù)）理論上，1kg汽油完全燃燒需14.7kg空氣，即空燃比為14.7的混合氣稱為理論混合氣。1.可燃混合氣成分的表示方法4.1.2汽油機可燃混合氣2.不同成分混合氣對發(fā)動機性能的影響：標準混合氣：稀混合氣：濃混合氣（1）標準混合氣：該種成分混合氣在缸內(nèi)實際得不到完全燃燒（2）稀混合氣：經(jīng)濟性最好，故稱經(jīng)濟混合氣（3）濃混合氣：汽油分子密集，燃燒速度快，熱量損失小，有效壓力和功率大，又稱功率混合氣。但經(jīng)濟性下降。過濃—燃燒不完全—產(chǎn)生CO—析出碳—冒黑煙—積碳—功率下降但過稀，空氣量燃燒速度熱量損失導(dǎo)致發(fā)動機過熱（4）燃燒極限：可燃混合氣太濃（a<0.4）或太?。╝>1.4），火焰無法傳播，將導(dǎo)致發(fā)動機熄火，此a為燃燒的上、下極限。結(jié)論：（1）要使發(fā)動機獲得較大的功率，動力性，應(yīng)使用稍濃混合氣（2）要使發(fā)動機耗油率低，經(jīng)濟性好，則要使用稍稀混合氣4.1.3發(fā)動機工況和負荷工況：指發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷情況。發(fā)動機轉(zhuǎn)矩Me：隨節(jié)氣門開度而變化，因此節(jié)氣門的開度就代表負荷的大小發(fā)動機負荷：汽車施加給發(fā)動機的阻力矩MQ=M勻速+M變速；隨汽車工況（道路情況、車速、裝載量）變化車用發(fā)動機工作特點：（1）工況變化范圍很大；（2）工況間變化連續(xù)；（3）多數(shù)時間，發(fā)動機在中等負荷下工作。4.1.4不同工況對混合氣成分的要求（1）正常工況

1）怠速和小負荷工況發(fā)動機對外無功率輸出，節(jié)氣門開度為0。因轉(zhuǎn)速低，燃油霧化條件差，極易在噴口處產(chǎn)生附著流，少量進入的混合氣極易被殘留廢氣沖談。需要供給濃而少的混合氣。

2）中等負荷工況節(jié)氣門開度在25%~85%大范圍變化，燃燒速度快，熱損失小，經(jīng)濟性很重要，可用0.9~1.1的混合氣，a值應(yīng)隨節(jié)氣門開度的加大而變大

3）大負荷和全負荷工況節(jié)氣門開度達85%以上，它是需要獲得最大功率的工況，克服較大的外部阻力或加速阻力，混合氣應(yīng)迅速變濃理想特性曲線：小負荷中負荷大負荷怠速全負荷理想ab（2）過渡工況對混合氣成分的特殊要求

1）起動工況：要求極濃的混合氣，在極的轉(zhuǎn)速下霧化條件差，機件溫度低，汽化和著火條件差，混合氣大部分形成油膜3）加速工況：需供給額外的加濃燃油，以防止混合氣瞬時變稀從小負荷到中等負荷要求能隨著負荷的增加，供給由濃逐漸變稀的混合氣，直到供給經(jīng)濟混合氣，以保證發(fā)動機工作的經(jīng)濟性。從大負荷到全負荷階段，又要求混合氣由稀變濃，最后加濃到功率混合氣，以保證發(fā)動機發(fā)出最大功率。2）暖機工況:發(fā)動機低溫起動后，仍需繼續(xù)提供較濃的混合氣。隨著發(fā)動機溫度的逐漸升高，混合氣的濃度逐漸變稀，轉(zhuǎn)速逐漸降低，最終到正常怠速。4）急減速工況:汽車急減速時，節(jié)氣門在短時間內(nèi)快速關(guān)閉，進氣量迅速減小，要求減少噴油量，甚至停噴（急減速斷油）。結(jié)論：4.2電子控制汽油噴射系統(tǒng)（2）汽油機電噴系統(tǒng)（1）傳統(tǒng)汽油機燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4.２.1汽油機燃料供給系的分類壓力感應(yīng)式多點汽油噴射系統(tǒng)（D型）原理：以進氣管壓力控制噴油量。1.按噴射控制裝置的形式分4.2.2電子控制汽油噴射系統(tǒng)分類流量式多點汽油噴射系統(tǒng)原理：以吸入的空氣量作為控制噴油量的主要因素。A、流量式電控汽油噴射系統(tǒng)（L型）將空氣流量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斔偷诫娔X，由電腦控制噴油量。B、熱線（熱膜）式電控汽油噴射系統(tǒng)（LH型）空氣流量計中熱線（熱膜）電阻被空氣冷卻后，將其阻值的變化以電流信號的形式輸送到電腦，由電腦控制噴油量。C、卡門渦流式（LD型）氣流通過進氣道中一柱體時，在柱體后方產(chǎn)生旋渦，渦流的大小與流速和流量成正比，將渦流大小通過光電發(fā)生器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斔偷诫娔X，由電腦控制噴油量。1）單點噴射2）多點噴射噴射次序2．按噴射位置分（1）多點噴射MPI每一個氣缸有一個噴油器；將燃油噴射在每缸進氣門的外側(cè)，貯存并蒸發(fā)，供發(fā)動機使用。氣門噴油器輸油管進氣支管（2）單點噴射SPI

（節(jié)氣門體噴射TBI、中央噴射CFI）幾個缸共用一個噴油器；將燃油噴射在節(jié)氣門的前方，燃油噴入后隨空氣流入進氣歧管內(nèi)，再進入氣缸。調(diào)壓器噴油器節(jié)氣門體位置傳感器節(jié)氣門燃油供給系統(tǒng)：汽油箱—汽油泵—濾清器—油壓調(diào)節(jié)器—分配管—噴油器?？諝夤┙o系統(tǒng)：空氣濾清器—進氣管—節(jié)氣門—怠速旁通道電子控制系統(tǒng)：控制器（ECU等）、各種傳感器和電元件。組成：燃油供給系統(tǒng)；

空氣供給系統(tǒng)；電子控制系統(tǒng)4.2.2電子控制汽油噴射系統(tǒng)組成工作原理：ECU模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換噴油器4.3空氣供給裝置空氣濾清器空氣流量計節(jié)氣門怠速控制器功用：為發(fā)動機可燃混合氣的形成提供必要的空氣，并測量和控制空氣量。組成：空氣濾清器、進氣管、節(jié)氣門、怠速旁通道等。節(jié)氣門體空氣濾清器空氣流量計怠速控制閥電子控制單元空氣閥任務(wù)：濾清、調(diào)節(jié)、分配。4.3.1空氣濾清器功用：清除流向化油器的空氣中所含的塵土和沙粒，以減少氣缸、活塞和活塞環(huán)等零件的磨損，延長發(fā)動機的使用壽命。消除發(fā)動機在進氣行程中所產(chǎn)生的一定強度的噪聲。

桑塔納發(fā)動機的空氣濾清器通進氣管空氣入口紙濾芯外殼濾清器蓋空氣濾清器實物1.空氣流量傳感器作用：將空氣流量轉(zhuǎn)換成電信號送給電控單元，該信號作為決定噴油量的基本信號之一。4.3.2傳感器

空氣流量計在車上位置（1）熱線（膜）式空氣流量傳感器原理：把通電加熱的鉑絲置于空氣流中，使鉑絲溫度和吸入空氣溫度差保持一定。鉑絲成為惠斯頓電橋中的一個臂。控制電路熱膜溫度傳感器防護網(wǎng)（2）卡門渦流式空氣流量傳感器

在氣流中央放置一個錐體狀渦流發(fā)生器。當空氣流過時，在渦流發(fā)生器下游將產(chǎn)生有規(guī)律交錯的旋渦，當流經(jīng)空氣通道的空氣流速變化時，將影響卡門渦街旋渦的頻率。節(jié)氣門取樣管整流器渦流發(fā)生體超聲波發(fā)射器空氣流2.進氣歧管壓力傳感器半導(dǎo)體壓敏電阻式：由硅片、集成電路和真空室組成。原理：壓力變化，硅片變形，應(yīng)變電阻阻值變化，電橋輸出電壓變化。4.3.3節(jié)氣門位置傳感器作用：將節(jié)氣門開度的大小和動作的快慢，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氲诫娔X，以反映負荷的大小。線性輸出型：可以輸出多種電壓的連續(xù)信號，以獲得相應(yīng)的噴油量。功用：向氣缸內(nèi)供給供給燃燒時所需一定量的燃油

組成：油箱、濾清器、汽油泵、噴油器、油壓調(diào)節(jié)器、燃油脈動衰減器、油管等。汽油泵回油管汽油濾清器油壓調(diào)節(jié)器輸油管路噴油器任務(wù)：供油、濾清、調(diào)壓、噴油。

4.4燃油供給系統(tǒng)

燃油供給系統(tǒng)在車上的位置油箱4.4.2電動燃油泵結(jié)構(gòu)：滾柱式電動燃油泵組成：油泵電機、滾柱泵、單向閥、卸壓閥、外殼、泵蓋及濾網(wǎng)等。作用：泵油并使燃油壓力升高，以便于噴油霧化；

供給各噴油器及冷起動噴油器所需要的燃油。由點火開關(guān)和油泵繼電器控制。油壓：

多點噴射：0.2～0.3MPa

單點噴射：0.1～0.2MPa滾柱式電動燃油泵結(jié)構(gòu)電刷電樞磁極滾柱泵泵殼單向閥卸壓閥濾網(wǎng)泵蓋（1）供油系統(tǒng)1）電動燃油泵2）電動燃油泵類型齒輪泵結(jié)構(gòu)滾柱泵結(jié)構(gòu)4.4.5燃油壓力調(diào)節(jié)器作用：調(diào)節(jié)噴油器的燃油壓力，使燃油壓力與進氣管壓力之差保持常數(shù)；確保噴油壓力恒定。工作原理：轉(zhuǎn)速不變：節(jié)氣門開度增大，進氣歧管真空度減小，回油量減小，出油量增大。節(jié)氣門開度不變：轉(zhuǎn)速增加，進氣歧管真空度增大，回油量減多，出油量減少。

a）作用：保持噴油壓力恒定，使噴油器中油壓與進氣管處壓差始終保持在0.25MPab）構(gòu)造特點：

節(jié)氣門開度較小，進氣管真空度增大，燃油壓力使膜片下移推開球閥，一部分燃油經(jīng)回油管中心回流，油壓下降

節(jié)氣門開度增大，進氣管真空度減小，彈簧力使膜片上移關(guān)閉球閥，迫使油壓上升c）作用過程：結(jié)構(gòu)：進油口回油口閥門支承膜片彈簧接進氣支管4.4.6噴油器作用：

在恒定壓力下定時、定量地噴油并使之霧化。電插電磁線圈濾網(wǎng)銜鐵針閥結(jié)構(gòu)：b）球閥式電磁噴油器a）針閥式電磁噴油器蓄電池水溫傳感器節(jié)氣門位置傳感器起動信號空氣流量計(或進氣壓力傳感器)轉(zhuǎn)速傳感器車速傳感器氧傳感器穩(wěn)壓電源輸入接口A/D轉(zhuǎn)換器噴油控制點火控制怠速控制EGR控制蒸發(fā)排放控制故障診斷CPU存儲器輸出接口傳感器ECU執(zhí)行器4.5電控汽油噴射的控制系統(tǒng)4.5.1檢測發(fā)動機運行狀況的傳感器轉(zhuǎn)速傳感器作用：將發(fā)動機轉(zhuǎn)速的高低，以電信號的形式輸送到電腦，控制噴油量。曲軸位置傳感器作用：反映曲軸轉(zhuǎn)角，使電腦控制正確的點火時間和噴油時刻。1.發(fā)動機曲軸位置及轉(zhuǎn)速傳感器（1）磁電式傳感器磁電式傳感器觸發(fā)輪氣缸識別槽輸出信號

當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)子信號盤通常安裝在曲軸或凸輪軸上，也可安裝在分電器內(nèi)。（2）霍爾效應(yīng)式傳感器永久磁鐵霍爾元件觸發(fā)輪

當觸發(fā)葉輪上的葉片進入永久磁鐵與霍爾元件之間時，磁場被葉片旁路，不產(chǎn)生霍爾電壓；當缺口部分進入磁鐵與霍爾元件之間時，磁力線進入霍爾元件，傳感器輸出電壓信號。

信號盤隨分電器軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生透光和遮光交替變化。當發(fā)光二極管的光束照到光敏二極管時，光敏二極管產(chǎn)生電壓；當發(fā)光二極管光束被擋住時，光敏二極管電壓為0。（3）光電式傳感器發(fā)光管分火頭密封蓋信號盤電路光敏二極管輸出信號光敏二極管發(fā)光二極管遮光盤5.溫度傳感器（水溫傳感器、進氣溫度傳感器）作用：感知冷卻液溫度和進氣溫度，并將信號輸送到電腦，來控制修正噴油量。3.氧傳感器在采用三元催化轉(zhuǎn)換器的發(fā)動機上，氧傳感器安裝在排氣管內(nèi)，檢測排氣中氧的含量。作用：將廢氣中氧含量的信號輸送到電腦，以便于電腦控制下一個工作循環(huán)的油氣配比。形式：

二氧化鋯、二氧化鈦4.車速傳感器

用于發(fā)動機怠速及汽車加速、減速時空燃比的控制。起動及空擋開關(guān)信號

用來判斷發(fā)動機是否處于起動狀態(tài)。4.5.2開關(guān)信號4.5.3電控單元（ECU）

ECUCPU：中央處理器ROM：只讀存儲器PROM：可編程的只讀存儲器RAM：運行數(shù)據(jù)存儲器I/O：輸入/輸出接口1.電控單元的組成2.汽油噴射的控制作用原理：通過各種傳感器所采集到的信號送入一個電控單元（ECU）并由此控制混合氣的空燃比，使供給的混合氣適應(yīng)發(fā)動機運行工況的需要實際噴油量基本噴油量修正噴油量=±轉(zhuǎn)速信號+空氣流量信號水溫信號氧濃度信號進氣溫度信號氣溫信號開關(guān)信號電控噴射工作演示噴油時刻的控制同時噴射：所有噴油器并聯(lián)，同時噴油。兩次噴完一個循環(huán)的供油量。進氣壓縮作功排氣排氣進氣壓縮作功作功排氣進氣壓縮壓縮作功排氣進氣13421803605407200噴油噴油

將氣缸分為兩組，所需燃油一次噴完。進氣壓縮作功排氣排氣進氣壓縮作功作功排氣進氣壓縮壓縮作功排氣進氣13421803605400噴油噴油分組噴射

按各缸的進氣順序間歇噴油。進氣壓縮作功排氣排氣進氣壓縮作功作功排氣進氣壓縮壓縮作功排氣進氣13421803605400噴油噴油順序噴射

同時噴射順序噴射分組噴射噴油持續(xù)時間的控制

控制噴油器的噴射持續(xù)時間實際上是控制噴油量，即噴油脈寬。（1）對于質(zhì)量流量式的電控燃油噴射系統(tǒng)基本噴射時間=K

進氣流量/發(fā)動機轉(zhuǎn)速K為修正系數(shù)。（2）采用熱式空氣流量傳感器：

輸出反映就是質(zhì)量流量，直接用上式求得基本燃油噴射時間。（3）采用葉片式和卡門渦旋式空氣流量傳感器：測得是進氣的體積流量，需要進行密度修正。1）基本噴油量（4）對于速度密度方式的電子控制燃油噴射系統(tǒng)：

采用三維圖形將數(shù)據(jù)按一定形式存儲在電子控制單元中，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進氣管絕對壓力確定吸入的空氣質(zhì)量，確定基本燃油噴射時間。高低長短高低進氣管壓力發(fā)動機轉(zhuǎn)速基本噴油持續(xù)時間汽車污染的三個主要來源1）排氣管排出的廢氣

CO、HC、NOx、碳煙、SO2、鉛化物2）曲軸箱竄氣：HC3）油箱等處蒸發(fā)的汽油蒸汽：HC4.8汽車排放控制4.8.1汽車的有害排放物CO：

無色無味有毒氣體，極易與血紅素結(jié)合，阻止血紅素和氧的結(jié)合。人吸入過多的CO后，因缺氧而頭痛、頭暈等，嚴重時甚至死亡。

NOx：

是氮氧化物的總稱。刺激人眼粘膜，引起結(jié)膜炎、角膜炎，嚴重時還會引起肺氣腫。

HC:

對人眼及呼吸系統(tǒng)有刺激作用，對農(nóng)作物也有害。

HC和NOx在一定的地理、溫度、氣象條件下，經(jīng)強烈的陽光照射，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成以臭氧（O3）、醛類為主的過氧化產(chǎn)物，稱為光化學(xué)煙霧。臭氧有很強的毒性，醛類對眼及呼吸道有刺激作用。此外，還妨礙生物的正常生長。炭煙

是柴油機排氣中的一種成分，往往粘附SO2等物質(zhì)，對人和動物的呼吸道極為有害。鉛化物:

影響造血功能，對消化、神經(jīng)系統(tǒng)也有刺激。排放凈化方式機內(nèi)凈化─改善可燃混合氣的品質(zhì)和燃燒狀況。措施：曲軸箱強制通風(fēng)裝置PCV：把竄氣強行導(dǎo)入發(fā)動機，曲軸箱通風(fēng)所需空氣由空濾器提供，降低HC排放。燃油蒸氣排放控制裝置ECS：利用碳罐收集和清除汽油蒸汽，停車時吸收蒸汽，工作時吸入進氣系統(tǒng)。進氣加溫裝置EFES：在暖機期間把經(jīng)排氣加溫后的熱空氣送入進氣管，調(diào)節(jié)進氣溫度。廢氣再循環(huán)裝置EGR：將5％～20％的廢氣再引入燃燒室，降低燃燒溫度，降低NOx。空氣噴射裝置AIS：用空氣泵將空氣噴入排氣歧管中，使廢氣中的HC和CO轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等無害物質(zhì)。發(fā)動機的計算機控制：根據(jù)進氣量確定基本噴油量，再根據(jù)其他傳感器（如冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等）信號等對噴油量進行修正，使發(fā)動機在各種運行工況下均能獲得最佳濃度的混合氣，從而提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性。機外凈化─用外部附加裝置凈化排氣應(yīng)用催化轉(zhuǎn)化方法，使CO轉(zhuǎn)化為CO2，HC轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，NOX轉(zhuǎn)化為N2和O2

。4.8.2汽油機排放控制1.三元催化轉(zhuǎn)換器

三元催化轉(zhuǎn)換器可同時減少CO、HC和NOX的排放，它以排氣中的CO和HC作為還原劑，把NOX還原為氮(N2)和氧(02)，而CO和HC在還原反應(yīng)中被氧化為C02和H20。當同時采用兩種轉(zhuǎn)換器時，常把兩者放在同一個轉(zhuǎn)換器殼內(nèi)，且把三元催化轉(zhuǎn)換器置于氧化催化轉(zhuǎn)換器前面。排氣經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)換器之后，部分未被氧化的CO和HC繼續(xù)在氧化催化轉(zhuǎn)換器中進行氧化反應(yīng)。催化轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)a)顆粒型催化轉(zhuǎn)換器(凱迪拉克)b)整體型催化轉(zhuǎn)換器(克萊斯勒)1—陶瓷小球保持架2—內(nèi)殼3—隔熱層4—外殼5—填料孔螺塞6—陶瓷小球7—分流器8—金屬網(wǎng)9—帶蜂窩狀小孔的陶瓷塊2.廢氣再循環(huán)裝置

廢氣再循環(huán)(EGR)是指把發(fā)動