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1、汽车构造AUTOMOBILE STRUCTURE,机械与汽车工程学院汽车工程系主讲人：孔胜利,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,2,第4章 汽油机燃料供给系,概述 化油器式燃料供给系简介 电控汽油喷射式燃料供给系 汽油机涡轮增压,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,3,4.1 概述,1、任务和分类汽油机燃料供给系的任务是根据发动机各种不同工况的要求，将空气与雾化后的汽油充分混合形成一定数量和浓度的可燃混合气，供入气缸，使之在临近压缩终了时点火燃烧而膨胀做功，最后将燃烧产物废气排至大气中。按照燃油供给方式的不同，分为化油器式燃料供给系和电子控
2、制汽油喷射式燃料供给系。随着电子技术的发展和汽车发动机排放标准的日益提高，使得电子控制汽油喷射技术得到了迅速发展，化油器式供给方式已逐步淘汰。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,4,概述,2、汽油汽油是一种密度小又易于挥发的液体燃料，其基本成分是碳和氢。汽油的使用性能指标-蒸发性、抗爆性和腐蚀性。(1)汽油的蒸发性 汽油的蒸发性可通过燃料的蒸馏试验来测定。将汽油加热，分别测定蒸发10%、50%、90%馏分时的温度和终馏温度。蒸发性差，不能形成均匀混合气，燃烧不完全，造成燃油消耗增加。蒸发性太好，容易发生气阻。10%馏出温度与汽油机冷态起动性能有关。此温度低，发动机就
3、容易起动。50%馏出温度表明汽油中的中间馏分蒸发性的好坏。此温度低，发动机的暖机性能、加速性能和工作稳定性都比较好。90%馏出温度与终馏温度用来判定汽油中难以蒸发的重质成分的含量。此温度越低，可燃混合气分配越均匀，燃烧更完全。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,5,概述,(2)汽油的抗爆性抗爆性指汽油在发动机气缸中燃烧时，避免产生爆燃的能力。抗爆性好坏一般用辛烷值表示。辛烷值越高，汽油的抗爆性越好。汽油辛烷值常用的测定方法有马达法和研究法，相应的有马达法辛烷值(MON)和研究法辛烷值(RON)。汽油的号数与辛烷值有关，我国车用汽油分类主要以辛烷值为基础。目前，国产汽
4、油按研究法命名的汽油牌号有90号、93号和95号。选用汽油的主要依据就是发动机的压缩比。一般来说，压缩比高的汽油机应选用辛烷值高的汽油；反之，选用辛烷值低的汽油。(3)汽油的腐蚀性指汽油在使用过程中，应该对接触的各种金属应无腐蚀作用。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,6,概述,3、可燃混合气成分的表示方法可燃混合气成分有3种表示方法：空燃比、燃空比和过量空气系数。(1)空燃比（多为欧美国家采用）空燃比就是混合气中空气质量（kg）与燃油质量（kg）的比值，即：空燃比=空气质量（kg）/燃油质量（kg）理论上，1kg汽油完全燃烧约需 14.8kg空气，即空燃比约为14
5、.81。(2)燃空比 空燃比的倒数。（日本工业标准）(3)过量空气系数（中国及原苏联采用）燃烧过程中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。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,7,发动机输出功率最大时的可燃混合气称为功率混合气。不同的汽油机，功率混合气的成分一般在的范围内。,概述,4、可燃混合气浓度对发动机性能的影响对应于燃料消耗率最低时的可燃混合气称为经济混合气。经济混合气的成分一般在 的范围内。,可燃混合气的浓度对发动机性能的影响,发动机输出功率最大时的可燃混合气称为功率混合气。不同的汽油机，功率混合气的成分一般在的范围内。,AUTOMOBIL
6、E STRUCTURE,2023/3/11,8,概述,5、发动机各工况对可燃混合气浓度的要求汽车在行驶过程中的载荷、车速、路况等经常变化，因此汽车发动机工作时有以下特点：(a)工况变化大，负荷从0到满载，转速从最低稳定转速到最高转速。(b)在汽车行驶的大部分时间内，发动机处于中等负荷工况。车用汽油机在不同工况下对混合气成分有不同要求，主要有：(1)起动发动机冷起动时转速极低(50100r/min)，要求供给极浓混合气，需要供给过量的汽油。(2)怠速及小负荷怠速指发动机对外无功率输出情况下的最低转速。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,9,概述,为保证怠速时混合气能正
7、常燃烧，应提供较浓混合气；小负荷时可燃混合气的浓度为。(3)加速加速的瞬间可燃混合气浓度变稀，不易点燃。因此，要求化油器能及时地增加供油量来改善汽油机的加速性能。(4)大负荷及全负荷要求化油器供给功率混合气，使输出功率最大。(5)中等负荷是车用汽油机最常用的工况，应供给的可燃混合气来满足经济性的要求。,返回,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,10,4.2 化油器式燃料供给系简介,1、组成,化油器式发动机燃料供给系组成示意图1空气滤清器；2化油器；3排气管；4汽油箱；5汽油表传感器；6排气消声器；7汽油滤清器；8汽油泵,AUTOMOBILE STRUCTURE,202
8、3/3/11,11,化油器式燃料供给系简介,2、简单化油器及其工作过程,简单化油器工作示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,12,化油器式燃料供给系简介,3、简单化油器特性指在发动机转速一定时，简单化油器所供给的可燃混合气浓度（过量空气系数）随节气门开度（真空度）而变化的规律。,简单化油器特性曲线,发动机转速一定时，随着节气门开度的不断加大，可燃混合气浓度逐渐变浓。当节气门开度一定时，发动机转速变化引起的喉管真空度的变化对可燃混合气的浓度影响很小。影响可燃混合气成分的主要因素是节气门开度的变化。由于发动机必须根据运转状态使可燃混合气浓度发生变化，所以简单化油器的
9、功能是无法满足要求的。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,13,化油器式燃料供给系简介,4、理想化油器特性指在一定转速下，汽车发动机所要求的可燃混合气浓度随负荷而变化的规律。,理想化油器特性曲线,为了使汽油发动机在各种工况下都能配制出最佳的可燃混合气浓度，现代车用化油器均采用了一些自动配制可燃混合气浓度的系统，如主供油系统、怠速系统、加浓系统、加速系统和起动系统等。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,14,化油器式燃料供给系简介,5、化油器的工作系统,典型化油器结构示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,15
10、,化油器式燃料供给系简介,典型化油器结构示意图,化油器产品实例,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,16,化油器式燃料供给系简介,5、化油器的工作系统（1）主供油系统功用是保证发动机正常工作时，化油器所供给的可燃混合气随着节气门开度加大而逐渐变稀，并在中等负荷下接近于最经济成分。除了怠速工况和极小负荷工况以外，主供油系统始终都在起供给汽油的作用。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,17,化油器式燃料供给系简介,（2）怠速系统怠速系统的功用是保证在怠速和极小负荷时供给很浓的可燃混合气。怠速供油系统的油孔设在节气门后，供给低速时所需的浓混合气。
11、,怠速系统(左)怠速(右)怠速过渡1-怠速过渡喷口；2-怠速油道；3-怠速调整螺钉；4-怠速喷口,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,18,化油器式燃料供给系简介,（3）加浓系统加浓系统在大负荷及全负荷时额外供给一部分汽油，保证混合气为功率混合气，使发动机发出最大的功率。有了这套补偿加浓系统，就可以将主供油系统设计得只提供最经济稀混合气，而不必考虑全负荷及大负荷时的动力性要求，故也称为省油系统或省油器。加浓系统包括机械加浓和真空加浓两部分（有的化油器只有机械加浓系统或真空加浓系统中的一种）。,加浓系统1-真空式 2-机械式,AUTOMOBILE STRUCTURE,2
12、023/3/11,19,化油器式燃料供给系简介,(a)机械式加浓系统(b)真空式加浓系统,加浓系统工作过程,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,20,化油器式燃料供给系简介,（4）加速系统加速系统的功用是在节气门突然开大时，及时将一定量的额外汽油一次性地喷入喉管，使可燃混合气临时加浓，以适应发动机加速的需要。,机械活塞式加速系统1-连接板；2-出油阀；3-加速泵柱塞；4-进油阀,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,21,化油器式燃料供给系简介,（5）起动系统起动系统的功用是当发动机在冷态下起动时，在化油器内形成极浓的可燃混合气，使进入气缸的可
13、燃混合气中含有足够的汽油蒸汽，以保证发动机能顺利起动。,起动系统(左)阻风门全开(右)阻风门关闭1-螺钉；2-阻风门摇臂；3-支架；4-钢丝；5-阻风门,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,22,化油器式燃料供给系简介,6、电子控制化油器,电子控制化油器方案示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,23,化油器式燃料供给系简介,7、汽油箱汽油箱用以储存汽油。容量和数目视车辆大小和发动机排量而定。一般来说，普通汽车只有一个汽油箱，越野汽车和长途运输汽车则有主、副两个汽油箱。油箱是密封的。为了避免油箱内真空度太大，装有空气阀；为了避免油箱内压力
14、过高，装有蒸汽阀。,一汽奥迪100型轿车汽油箱1-汽油箱盖；2-加油管；3-燃油管；4-输油管；5-油量传感器；6-汽油箱体；7-浮子；8-回油管,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,24,化油器式燃料供给系简介,汽油箱实例,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,25,化油器式燃料供给系简介,8、汽油滤清器汽油进入汽油泵之前，应经过汽油滤清器除去其中的水分和杂质，以保证汽油泵等正常工作。滤芯根据材质的不同，可以分为金属网式、金属片缝隙式、多孔陶瓷式和纸质式等多种。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,26,化油器式燃料
15、供给系简介,汽油滤清器实例,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,27,化油器式燃料供给系简介,9、汽油泵将汽油从油箱中吸出，并送入化油器的浮子室中。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,28,化油器式燃料供给系简介,机械式汽油泵工作原理示意图(出油),AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,29,4.3 电控汽油喷射式燃料供给系,1、概述1954年，奔驰300SL轿车首先装用了汽油喷射发动机，20世纪80年代以来得到普遍应用。目前，轿车几乎都采用汽油喷射发动机。电控汽油喷射（electronic fuel injecti
16、on,EFI）系统是在恒定的压力下，利用喷油器将一定数量的汽油直接喷入气缸或进气管道内的汽油机燃油供给装置。它是以电控单元（electronic control unit,ECU）作为控制中心，根据空气流量和发动机转速决定基本喷油量，利用发动机上的各种传感器检测发动机的工作状态，对电控单元预存的程序进行修正，再精确控制喷油器的喷油量，使发动机在不同工况下均能获得合适浓度的可燃混合气，提高发动机的动力学、经济性，改善其排放性。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,30,电控汽油喷射式燃料供给系,分类(1)按汽油喷射方式分为：连续喷射和间歇喷射。(a)连续喷射是指在发动机
17、工作期间，喷油器连续不断地向进气道内喷油，且大部分汽油是在进气门关闭时喷射的。这种喷射方式大多用于机械控制式或机电混合控制式汽油喷射系统。(b)间歇喷射是指在每个喷射周期都有一个固定的喷射持续期和间歇期，喷油量由喷油持续期直接控制。电控汽油喷射系统都采用间歇喷射方式。(2)按控制方式分为：机械控制式和电子控制式。(a)机械控制式指汽油的计量通过机械与液力传动实现。(b)电子控制指汽油的计量由电控单元控制喷油器来实现。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,31,电控汽油喷射式燃料供给系,(3)按进气系统空气量的检测方式分为：流量型和压力型。(a)流量型是用空气流量计检测
18、进气管的空气流量，电控单元根据空气流量计算出汽油喷射量。(b)压力型是利用进气歧管的绝对压力和空气温度以及发动机转速，由电控单元确定进气量，控制喷油器喷射适量的汽油。,(4)按喷油器的布置方式分为：多点喷油系统和单点喷油系统。,单点喷射(SPI)多点喷射（MPI）,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,32,电控汽油喷射式燃料供给系,2、组成电控汽油喷射系统由燃油供给系统、空气供给系统和电子控制系统等组成。,电控汽油喷射系统组成示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,33,燃油供给系统示意图,电控汽油喷射式燃料供给系,（1）燃油供给系统燃油
19、供给系统的功用是向气缸内供给一定量的燃油。多点燃油喷射系统主要由燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油分配管和喷油器插头等组成。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,34,电控汽油喷射式燃料供给系,（2）空气供给系统空气供给系统为发动机可燃混合气的形成提供必要的空气，并测量和控制空气流量。,空气供给系统示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,35,电控汽油喷射式燃料供给系,（3）电子控制系统及传感器电子控制系统的核心是电控单元，主要功用是控制和检测每个循环的供油量。传感器主要有空气流量传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、发动机转速传感器、
20、爆燃传感器和霍尔传感器等。电控单元根据各传感器传感的信号，控制喷油和点火时刻，以获得最佳可燃混合气浓度和点火提前角。另外，还检测发动机各工况传感器的工作状况。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,36,电控汽油喷射式燃料供给系,3 主要元件的结构与工作原理（1）电控单元（ECU）是以微处理器为核心的计算机控制装置，包括硬件和软件两部分。硬件一般由输入接口电路、微处理器和输出接口电路等构成。软件主要包括ECU运行所需的程序、数据以及一些工况修正系数的数据存储等。,电控单元组成,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,37,电控汽油喷射式燃料供给系,
21、(a)中央处理器（CPU）中央处理器（central processing unit,CPU）是微机控制系统的核心。它通过接口向各个受控部分发出指令，同时又可对系统需要的各个参数进行检测、数据处理、控制运算和逻辑判断。(b)存储器只读存储器（ROM）：存储各种永久性程序和数据。可编程的只读存储器（PROM）：在ROM的基础上增加编程负荷改写功能。运行数据存储器（RAM）：又称为读写存储器或随机存取存储器。RAM中存储的数据在运行过程中可以更新，同时也可以将结果进行中间存储。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,38,电控汽油喷射式燃料供给系,(c)输入输出接口该接口是
22、根据CPU指令在输入装置、传感器、输出装置（执行器）间进行信息交流的控制电路。输入输出接口是微机与被控对象进行信息交换的纽带。微机所进行的信息接收与发送，与外界进行的数据交换都是通过它来完成的。(d)输入输出回路输入回路：从传感器传来的信号，首先进入输入回路，输入回路对信号进行预处理，去掉杂波，把输入的正弦波变为矩形波后再转换成输入电压。输出回路：微机与执行器之间建立联系的装置。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,39,电控汽油喷射式燃料供给系,（2）传感器空气流量传感器测量进入发动机的空气流量，并将测得的结果转变为电信号传给电控单元，一般安装在空气滤清器和进气管之
23、间，常用的有热线式空气流量传感器和热模式空气流量传感器两种。曲轴位置传感器（转速传感器）功用：提供相对于活塞上止点位置的曲轴转角信号；同时精确地测量发动机的转速。曲轴位置传感器有：磁电感应式、光电式和霍尔效应式。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,40,电控汽油喷射式燃料供给系,水温传感器和进气温度传感器水温传感器用来检测发动机冷却水的温度，该值作为喷油量和点火正时的修正量；进气温度传感器与体积空气流量传感器相配合，测量空气温度的变化，以确定空气的密度，进而获得较精确的空气质量流量及空燃比。氧传感器氧传感器装置在排气管中用来实时监测发动机排出废气中氧的含量，检测实际
24、可燃混合气的空燃比与理论空燃比偏离的程度，并把信息输入电控单元。目前应用最多的是氧化锆型氧传感器。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,41,电控汽油喷射式燃料供给系,节气门位置传感器节气门位置传感器用来监测节气门开度的大小，并把节气门开度状态信息输送到电控单元。节气门位置传感器安装在节气门体上。节气门位置传感器有线性、开关型和综合型三种。爆燃传感器爆燃传感器用来检测发动机是否发生爆震，并将产生爆震的信号输送到电控单元，来实现点火正时的控制。爆燃传感器安装在汽缸体或汽缸盖上。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,42,电控汽油喷射式燃料供给系
25、,（3）电动燃油泵电动燃油泵的功用是供给各喷油器及冷起动阀所需要的燃油。最常用的是滚柱式电动燃油泵。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,43,电控汽油喷射式燃料供给系,（4）燃油滤清器燃油滤清器的作用是过滤燃油中的杂质，防止污物堵塞喷油器等精密零件。燃油滤清器安装在燃油箱或发动机附近。与化油器式燃油供给系的燃油滤清器相比，它的滤网较大，滤清效果好，外壳为密封式铁壳，有一定的耐压能力，使用寿命较长。,燃油滤清器示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,44,电控汽油喷射式燃料供给系,（5）燃油导轨（分配管）燃油导轨的功用是将燃油均匀、等压地
26、分配给各个喷油器；还有储油蓄压的作用。燃油导轨的容积油量相对于发动机的喷油量来说要大得多，可以防止燃油压力波动，保证各缸喷油器的喷油量尽可能相等。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,45,电控汽油喷射式燃料供给系,（6）燃油压力调节器燃油压力调节器的作用是使系统油压（供油总管内油压）与进气歧管压力之差保持常数，一般为250kPa，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。发动机需要的燃油量，除了取决于喷油器的持续喷油时间外，还与喷油压力有关。为了保持系统油压与进气歧管压差稳定，要求燃油压力调节器控制的系统油压，应随着进气歧管压力的变化作相应的变化。,A
27、UTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,46,电控汽油喷射式燃料供给系,燃油供给装置的压力与进气管压力之差由弹簧的弹力决定。调节弹簧预紧力即可调节两者之差，达到改变喷油压力的目的。,燃油压力调节器,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,47,电控汽油喷射式燃料供给系,（7）喷油器喷油器的功用是按电控单元的指令在一定压力下，把汽油定量地喷入进气道或气门处。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,48,电控汽油喷射式燃料供给系,（8）冷起动喷油器冷起动喷油器的功用是在发动机低温环境下起动时，向进气管喷入一定量附加的燃油，以加浓可燃
28、混合气。冷起动喷油器可以由冷起动温度开关直接控制，也可以由电控单元根据发动机冷却水温度来控制。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,49,电控汽油喷射式燃料供给系,冷起动温度开关,冷起动喷油器燃油喷射及喷射的持续时间完全取决于冷起动温度开关的受热状态。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,50,电控汽油喷射式燃料供给系,4 电控燃油喷射系统典型实例,一汽宝来轿车电控燃油喷射系统,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,51,电控汽油喷射式燃料供给系,LJ465QE电喷汽油发动机,AUTOMOBILE STRUCTURE,
29、2023/3/11,52,电控汽油喷射式燃料供给系,涡轮增压电喷汽油发动机,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,53,4.4 汽油机涡轮增压,20世纪80年代以来，增压和增压技术越来越广泛地应用在内燃机上。车用柴油机技术比较成熟，采用的增压方式有机械增压、废气涡轮增压和复合增压。汽油机增压原理与柴油机基本相同，但在技术上要比柴油机困难的多，主要问题是增压后易产生爆燃，热负荷增大，而且结构复杂。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,54,汽油机涡轮增压,1、汽油机涡轮增压特点(1)增压程度较柴油机低。汽油机的增压程度主要是受爆燃和热负荷的限制而
30、不能太高。(2)汽油机不能用加大扫气量来冷却受热机件，所以增压后热负荷偏高。(3)汽油机膨胀做功过程进行不充分，导致排气温度较高，因此对废气涡轮的耐热强度要求较高。(4)汽油机转速变化范围较宽（08000r/min），功率输出大小变化很大，因此涡轮增压器与汽油机的匹配较难。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,55,汽油机涡轮增压,2、汽油机涡轮增压布置方案根据增压器的位置布置，可以分为前置、后置和混合布置3种方案。(1)前置方案 将增压器布置在化油器之前。,前置布置的主要优点有：化油器位置不变，喉管流体截面也不变，原发动机改装较容易；向温度较高的空气中喷入汽油，有助
31、于汽油的雾化及与空气混合；增压器若发生故障容易与汽油机脱开，恢复汽油机正常运行。主要缺点是：可燃混合气浓度不便随发动机工况变化而加以调整；供油系统比较复杂。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,56,汽油机涡轮增压,(2)后置方案 将增压器布置在化油器之后。,后置布置的主要优点有：可燃混合气经过压气机的搅动，雾化和混合更好；化油器供油特性易于满足增压的要求；化油器的调整比较容易。主要缺点是：汽油机低速运转时，汽油中的重馏成分不易汽化，将沉积在增压器壁上，在增压作用下有可能外泄，造成着火的危险；汽油机转速升高时，沉积的汽油重馏成分将卷入气缸，易使可燃混合气浓度过高，破坏汽油机的正常工作。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2023/3/11,57,汽油机涡轮增压,（3）混合布置方案把化油器主供油系放在压气机的进口处，而将节气门以下部分置于压气机的后端，把怠速及加速燃油各用一根油管引到节气门之后。该方案具有增压器后置方案的全部优点，同时又克服了后者方案中节气门开度较小时压气机窜机油的缺点，并改善了汽油机怠速、加速和起动性能。实际上，在电控汽油喷射发动机上采用增压技术时布置方案的结构更复杂。,
