清华大学课件汽车构造I7汽油机燃油供给系统.ppt

《清华大学课件汽车构造I7汽油机燃油供给系统.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清华大学课件汽车构造I7汽油机燃油供给系统.ppt（65页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、造I,汽车构造I,（7）,清华大学汽车工程系,赵雨东,主要内容和学时安排,汽车发动机基本知识 （4 学时） 发动机机体（2学时） 曲柄连杆机构（ 3学时） 气门机构（ 3学时） 进排气、增压系统及排放 控制装置（ 3学时） 汽油机燃油供给系统（4 学时）,柴油机燃油供给系统（4 学时） 汽油机点火系统（2学时） 发动机冷却系统（2学时） 发动机润滑系统（2学时） 发动机起动系统与电源 （1学时） 发动机管理系统（2学时）,汽油机燃油供给系统,汽油机燃油系统概述 汽油及其使用性能,汽油机对混合气浓度的要求 化油器供油系统 电控喷油系统,汽油机管理系统,汽油机燃油系统概述（1 ）,化油器,缸内直接

2、喷射 （GDI） 气道喷射（多点） 化油器式,喷油器 进气道,喷油器 喷出的油雾,汽油机燃油系统概述（2 ）,空滤器,喉管 节气门 进气歧管,进气门,浮子 浮子室 量孔 喷管 预热套,化油器式,利用流动时在喉管处产生 的负压，把汽油吸向节气 门上部的进气通道中。 结构越来越复杂；汽油雾 化不良，混合气形成质量 较差；瞬态工况响应慢； 进气阻力大，充气效率 低；各缸混合气不均匀； 电控化油器也很难从本质 上改善化油器的性能。 2001年7月，禁止生产化油 器类轿车和五人座客车。,燃油喷射 单点汽油喷射（SPI, Single-Point Injection） 多点汽油喷射（MPI, Multi-

3、point Injection） 缸内直接喷射（GDI， Gasoline Direct Injection）,单点,多点,直 喷,气,汽油,喷油器 节气门,发动机,汽油机燃油系统概述（4 ） 空气 单点汽油喷射（ Single-,point Injection） 在多缸机上的节气门体 上布置一个（或并列的 两个）喷油器，喷出的 汽油与空气混合后，经 进气歧管分配至各缸。 也称节气门体喷射 （TBI，Throttle Body Injection）或中央喷射 （CFI，Central Fuel Injection）,Multi-point Injection） 每缸用一个喷油器， 进气道喷射。

4、 目前汽油机的主流燃 油系统。,汽油机燃油系统概述（5 ）空气 多点汽油喷射（MPI,节气门,汽油 喷油器,发动机,进气道喷射,Port Fuel Injection,节气门,喷 油 器,汽油机燃油系统概述（6 ） 空气 缸内直接喷射 （ GDI，Gasoline Direct Injection ）,每缸用一个喷油器， 在进气或压缩行程中 将汽油喷入气缸。,汽油,发动机,汽油机燃油供给系统,汽油机燃油系统概述,汽油及其使用性能,汽油机对混合气浓度的要求 化油器供油系统 电控喷油系统,汽油机管理系统,汽油及其使用性能（1）,汽油,石油产品，汽油机燃料,多种烃的混合物，主要成分C、 H 汽油在发

5、动机内燃烧时,氧气充足与汽油混合均匀，则完全燃烧，产物CO2和,H2O,氧气不足或混合不良，不完全燃烧；燃烧产物CO2、H2O 之外，还有CO和HC（对环境和人体有害） 高温下空气中的氮气氧化生成NOx,汽油及其使用性能（2）,蒸发性,发动机在各种条件下迅速起动、加速和正常运转：汽油蒸发性 好，在极短时间内完全蒸发汽化，并与空气形成均匀混合气， 完全燃烧。 蒸发性不好,不能完全汽化，混合气不均匀，发动机燃油消耗量和有害排放增加； 未蒸发的燃油冲掉气缸壁上的润滑油膜，加剧气缸壁和活塞磨损。,蒸发性太好,汽油在管路中就蒸发形成气泡，阻碍汽油流通（气阻），导致供油不畅,馏程,10%(馏出温度70 )

6、、50%(120)、90%(190) ，终馏点(205),饱和蒸汽压：一般限定不得超过74 88kPa，否则容易“气阻”,汽油及其使用性能（3）,抗爆性,爆燃：汽油机火花塞点 火。正常燃烧情况下， 火焰从火花塞端一直传 播到燃烧室壁；若火焰 传播过程中，远离火花 塞的混合气自行发火燃 烧，则缸内压力急剧增 大，并发生强烈震荡， 在缸内产生清脆的金属 敲击声。,汽油及其使用性能（4）,抗爆性,爆燃使发动机过热，功率下降，磨损加剧。,汽油在气缸内燃烧时不发生爆燃的能力称为抗爆性。用抗爆性 好的汽油，可提高发动机压缩比（热效率）而不发生爆燃。 用辛烷值评定汽油抗爆性。,辛烷值越高，抗爆性越好；,通常

7、将正庚烷（C7H16）（抗暴性差）与异辛烷（C8H18）（抗暴性好）按一定 比例混合，构成不同体积百分比的异辛烷和正庚烷的标准汽油，其中异辛烷含量 的百分数叫做辛烷值；,汽油辛烷值试验测出，按试验条件不同，有马达法辛烷值（MON）和研究法辛 烷值（RON）。,国产汽油的牌号就是用辛烷值表示的（90、93 、 97 、 98 ）如90汽油表示用研究法测出的辛烷值不小于 90。,汽油及其使用性能（5）,正庚烷（C7H16） （抗暴性差）,异辛烷（C8H18） （抗暴性好）,汽油机燃油供给系统,汽油机燃油系统概述 汽油及其使用性能,汽油机对混合气浓度的要求 化油器供油系统 电控喷油系统,汽油机管理系

8、统,汽油机对混合气浓度的要求 混合气浓度表示方法（1 ） 可燃混合气浓度 可燃混合气中空气和燃油的比例。 用空燃比和过量空气系数表示,按照化学反应方程式，1kg汽油完全燃烧需空气约为 14.8kg。 14.8，称为理论空燃比或化学计量空燃比。此混合气为理 论混合气。 14.8，稀混合气,空气质量 燃油质量,空燃比（Air/Fuel Ratio） 可燃混合气中空气质量与燃油质量之比， =,汽油机对混合气浓度的要求 混合气浓度表示方法（2） 混合气过浓、过稀都不能着火燃烧。一般火焰传播上限 5.97.4，火焰传播下限 19.220.7。 过量空气系数,a 1 ，浓混合气,a = 1,理论混合气,a

9、 1 ，稀混合气,燃烧1kg燃油实际供给的空气质量 完全燃烧1kg燃油所需的理论空气质量,a =,汽油机对混合气浓度的要求 混合气浓度表示方法（3）,空燃比和过量空气系数的对应关系,汽油机对混合气浓度的要求 稳定工况最佳混合气浓度 （1 ）,混合气浓度对发动机性能的影响,功率,燃油消耗率 排放,最大功率,过量空气系数 0.850.95 最小燃油消耗 率 过量空气系数 1.051.15,50,140 120 100 80 60,160,燃油消耗率,功率,汽油机对混合气浓度的要求 稳定工况最佳混合气浓度 （2） 170,1.0,0.8,1.2,1.4 a,0.4,0.6,三效催化转换器效率（%）,

10、80%转化 效率窗口 区,汽油机对混合气浓度的要求 稳定工况最佳混合气浓度 （3） 汽油机采用三效,催化转换器，可 将排放中CO、 HC和NOx的80 90转化为 CO2、 H2O和N2。,三效催化器只有 在理论空燃比时 转化效率才比较 高。 a,汽油机对混合气浓度的要求,稳定工况最佳混合气浓度 （4）,汽油机对混合气浓度的要求,稳定工况最佳混合气浓度 （5）,热机怠速,怠速：发动机无功率输出，只维持自身运转。,热机怠速：汽车行驶中遇阻停车，离合器分离或自 变速器空挡，发动机维持自身（及自动变速器的变 器泵轮）并带发动机、空调压缩机和动力转向泵等汽 车附件运转。,汽油机对混合气浓度的要求,稳定

11、工况最佳混合气浓度 （6）,热机怠速,汽油机对混合气浓度的要求, 非稳定工况最佳混合气浓度 （1）,非稳定工况（过渡工况）,冷起动 暖机 加速 减速,汽油机对混合气浓度的要求, 非稳定工况最佳混合气浓度 （2）,冷机起动及暖机,冷起动时进气管、进气道和气缸壁温度低，进气流速 低，油、气混合不良，汽油不易蒸发，相当一部分 积在进气管、进气道和气缸壁，使得缸内混合气稀至 着火界限之外。,冷起动时提供名义空燃比极浓的混合气。,暖机过程中，随着冷却水温升高而逐渐减少供油量， 直至发动机达到正常温度。,汽油机对混合气浓度的要求, 非稳定工况最佳混合气浓度 （3）,加、减速工况,在加大节气门开度使发动机加

12、速和关小进气门以减速 的过程中，发动机进气量会随进气门开度变化而立即 发生变化，进入气缸的油量也必须立即相应地改变。 化油器发动机：汽油的流动惯性大于空气，吸入的汽 油量变化比空气变化滞后，且节气门开度变化后， 聚在进气管（道）内壁的油膜蒸发情况也不利于混合 气浓度相应变化。,电控汽油喷射发动机：获得变油量的信息滞后于空气 量的变化。,汽油机对混合气浓度的要求, 非稳定工况最佳混合气浓度 （4）,加速,进气管（道）内压力提高，汽油蒸发变差，沉积在进 气管（道）的汽油油膜增厚，混合气暂时变稀；化油 器还有进油惯性问题。,比相应的稳定工况的空燃比更浓的混合气,减速,变稀。电控汽油机高速中突然关闭节

13、气门时，停止供 油，待转速降至稍高于怠速转速时再供油。,汽油机燃油供给系统,汽油机燃油系统概述 汽油及其使用性能,汽油机对混合气浓度的要求,化油器供油系统 电控喷油系统,汽油机管理系统,化油器式汽油机供给系统,组成,简单化油器工作原理 化油器主要工作系统 化油器供给系的特点 供给系的辅助装置,化油器式汽油机供给系统 组成（1）,组成 空气量调节 节气门 可燃混合气形成 化油器 可燃混合气供入气缸 进气歧管,功用 根据发动机运转工况的需 要，配制一定数量和浓度 的可燃混合气供入气缸。 组成 燃油供给 汽油箱 汽油滤清器 汽油泵,化油器式汽油机供给系统 组成（2）,空气滤清器 汽油箱,汽油泵,消声

14、器,排气管 油管 汽油滤清器,进气歧管 化油器,进气总管,化油器,汽油泵,排气管,进排气歧管 汽油滤清器 消声器,汽油箱,化油器式汽油机供给系统 组成（3） 空气滤清器,化油器,化油器式汽油机供给系统 简单化油器工作原理（1） 空气,文丘里（ Venturi ） 管原理 简单化油器的组成 理想化油器特性 简单化油器工作特性 混合气,汽油,化油器式汽油机供给系统 简单化油器工作原理（2）,化油器 汽油和空气的自动计量、雾化、 混合装置。 关键部件是喉管文丘里管。 文丘里（ Venturi ）管原理 流体流经截面积较小的喉管 时，流速增大，静压力减小 （流体力学中伯努利方程描 述）。 若空气流经喉

15、管，入口处为大 气压，则喉口处形成一定真空 度,大气压力 低于大气压力,低速/压力高 高速/压力低 低速/压力高,喉管：用以计量流入 发动机的空气量，并 产生为吸出和空气量 相匹配的燃油所需的 真空度。 浮子室：用以保持为 供给发动机以稳定的 燃料量所需的一定的 油面高度，及保持一 定的燃油量。,化油器式汽油机供给系统 简单化油器工作原理（3） 空滤器 简单化油器的组成,喉管 节气门 进气歧管,进气门,浮子 浮子室 量孔 喷管 预热套,化油器式汽油机供给系统 简单化油器工作原理（4）,简单化油器的组成（续1）,喷油管：准确地计量喷入 气流中的燃料。喷油管出 口高出浮子室油面5 10mm，以防止

16、汽车停在 斜坡路上燃油从喷油管溢 出。 节气门：由驾驶员操纵， 用以改变进入发动机气缸 内的混合气量。 混合室： 喷油管后的空 腔，使流动的空气与吸出 的燃油混合。,空滤器,喉管 节气门 进气歧管,进气门,浮子 浮子室 量孔 喷管 预热套,化油器式汽油机供给系 简单化油器工作原理（5）,节气门,来自油箱的 汽油 针阀 浮子 浮子室,简单化油器 的组成（续 2） 喉管 浮子室 喷油管 节气门 混合室,化油器式汽油机供给系统 简单化油器工作原理（6）,理想化油器特性,理想化油器根据工况需要，提供理想浓度的混合气。,冷起动,温度低汽油不易蒸发气汽化；起动时转速低，空气流动速度很低，进入 气缸的混合气

17、中汽油蒸气太少，混合气过稀，不能着火。,要求供给很浓的混合气（ a 0.20.6），使进到气缸的混合气达到着,火界限。,怠速,转速很低，节气门接近关闭，吸入气缸的混合气量很少。此时残余废气 量相对增多，混合气被严重稀释，燃烧速度减慢甚至熄火。,要求供给浓混合气（ a 0.60.8 ），补偿废气稀释作用。,化油器式汽油机供给系统 简单化油器工作原理（7）,理想化油器特性（续 1）,小负荷,节气门开度 25以内；,进入气缸的混合气量增多，汽油雾化、蒸发条件有所改善，残余废气 对混合气的稀释作用相对减弱。,为保证小负荷工况的工作稳定性，仍提供浓混合气（ a 0.70.9 ）。,中负荷,汽车发动机大部

18、分时间在中负荷工作。节气门开度25 85。 提供经济混合气（ a 1.05 1.15 ），保证较好的燃油经济性。,化油器式汽油机供给系统 简单化油器工作原理（8）,理想化油器特性（续 2）,大负荷、全负荷,节气门接近全开或全开，汽车加速或克服较大外力，要求发动机发出 最大功率。,提供功率混合气（ a 0.85 0.95 ）。,加速,急加速猛踩节气门时，空气流量迅速增大，但汽油因密度大、惯性 大，其流量增大要滞后一段时间。 要保证汽油量随空气量能迅速增大,a,化油器式汽油机供给系统 简单化油器工作原理（9） 理想化油器,特性（续3）,稀限混合比 经济混合比 功率混合比 浓限混合比 负荷百分比（）

19、,理想特性,实际空气量，理论空气量（ ）kg/s,a,化油器式汽油机供给系 简单化油器工作原理（10） 简单化油器工作特性,理论 实际 喉管真空度（kPa）,喉管真空度（p）极 小时，混合气浓度极 稀； 随着p增大，混合气 迅速变浓； 在p较大区域，A/F 则缓慢变浓。 结论：简单化油器特 性不能满足汽车运行 工况的要求。 节气门开度 大,小,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（1） 空气,汽油,主供油系统,怠速系统 加浓系统 加速系统 起动系统 混合气,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（2）,主供油系统 提供常用工况使 用的可燃混合气 （a=1.05 1.15）。,主喷管,

20、主空气量孔 油井,在发动机除怠速 和极小负荷以外 的全部工况内， 它均参加工作. 主量孔,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（3）,主喷管,主空气量孔 油井 主量孔,主供油系统（续） 设置空气量孔，引入 少量空气，适当降低 吸油真空度，抑制汽 油流量的增长率，使 混合气的规律变为由 浓变稀，以符合理想 化油器特性的要求。 燃油中渗入少量空 气，喷出的油液呈泡 沫状，有助于燃油的 雾化和蒸发。,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（4）,怠速油道,怠速空气孔,怠速量孔,怠速空气量孔 过渡喷孔 怠速喷孔,怠速调 整螺钉,怠速系统 在发动机怠速工况 下供给浓混合气以 维持怠速稳定性。

21、使发动机从怠速工,况圆滑过渡到小负 荷工况而不致造成 混合气突然过稀， 使发动机熄火。,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（5）,怠速油道 怠速量孔,怠速空气孔 怠速空气量孔 过渡喷孔 怠速喷孔 怠速调 整螺钉,怠速系统（续） 与主供油系统并 联 。 怠速空气量孔：功 能与主空气量孔相 同；还可防止虹吸 作用。 怠速过渡孔：工况 变化时，混合气浓 度圆滑过渡。,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（6）,加浓系统机械加浓 当节气门开启时，摇臂转动， 带动拉杆和推杆一起下行； 只有在节气门开度达到80% 85%时（大负荷），推杆才顶 开加浓阀。于是汽油便从浮子 室经加浓阀和加浓量孔

22、流入主 喷管，与从主量孔来的汽油汇 合，一起由主喷管喷出。 使汽油的供给量增加，使混合 气加浓（a=0.850.95）,加浓量孔,主量孔,摆臂,加浓阀,拉杆,推杆,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（7）,加浓量孔,真空通道,主量孔 加浓阀,加浓柱塞,柱塞杆,加浓气缸,弹簧,加浓系统真空加浓,真空加浓是否起作用（柱塞 杆顶开加浓阀）取决于节气 门之后的真空度。真空度较 大时，加浓柱塞两端压力差 克服弹簧力，使柱塞位于加 浓气缸上部。 大负荷（节气门大开度）和 小负荷（节气门小开度）低 转速时，节气门之后真空度,较小，真空加浓起作用。,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（8）,进

23、油阀,摆臂,拉杆,加速喷口 出油阀,连动板 加速泵柱塞,加速系统功能 在节气门突然开大（加速） 时，及时将一定量的额外燃 油一次性地喷入喉管，使混 合气临时加浓，以适应发动 机加速的需要。 当节气门迅速开大时，由于 活塞下移很快，泵腔油压迅 速增大，使进油阀紧闭，同 时顶开出油阀，泵腔内所存,储的汽油便从加速量孔喷入 喉管内， 加浓混合气。,自动阀 阻风门 主量孔 节气门,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（9） 起动系统,冷起动时，在化油器内形成极浓 的混合气（a=0.20.6)，使进入 气缸的混合气中油足够多，保证 发动机能够顺利起动。 起动时，阻风门关闭，节气门小 开度；通过阻风

24、门边缘的缝隙流 入的空气量很少，在阻风门后方 产生极大真空度。 主供油系统和怠速系统同时起作 用。 真空度大到一定程度时，自动阀 打开，进入部分空气，以免混合 气过浓。,化油器式汽油机供给系统 化油器主要工作系统（10）,进油管,浮子 针阀,加速泵 拉杆,摆臂,阻风门 加速喷孔 喉管 油井 节气门,通气孔,怠速调 整螺钉,怠速 过渡 喷孔 喷孔,化油器式汽油机供给系,化油器式供给系汽油机特点,优点,工作可靠，不需消耗功率，使用维修方便，成本低廉。,缺点,结构越来越复杂；,汽油雾化不良，混合气形成质量较差； 瞬态工况响应慢；,进气阻力大，充气效率低；,各缸混合气不均匀，化油器偏浓矫正；,电控化油

25、器也很难从本质上改善化油器的性能。,不能保证理论空燃比 排放。,1980年代以前国外汽油机主要采用。国内2001年7月轿车禁用。,化油器,排气管,进排气歧管 汽油滤清器 消声器,汽油箱,汽油泵,化油器式汽油机供给系统 辅助装置（1） 空气滤清器,油气分离器,汽油泵,化油器式汽油机供给系统 辅助装置（2） 汽油箱 化油器 汽油滤清器,化油器式汽油机供给系统 辅助装置（3） 油箱 储存汽油。一般普 通汽车有一个油 箱，越野军用车有 两个油箱。油箱储,备里程: 200 600km。 密封； 加油口和加油口 盖，盖上有空气阀 和蒸气阀。 油面指示表传感器、 出油开关和放油螺 塞。,空气阀 蒸气阀,化油

26、器式汽油机供给系统,辅助装置（4）,加油管 油箱体,集滤器,浮子,各种接口,化油器式汽油机供给系统,辅助装置（5）,汽油滤清器,除去汽油中的杂质和水分。,发动机工作时，燃油在汽油 泵作用下，经进油管接头流 入沉淀杯中，由于水的密度 大于汽油，故水分及较重的 杂质颗粒沉淀于杯的底部， 较轻的杂质随燃油流向滤芯 被粘附在滤芯上，清洁的燃 油通过纸滤芯渗入滤芯的内 腔，然后从出油管流出。,化油器式汽油机供给系统 辅助装置（6）,进油口,出油口 回位弹簧 摇臂,汽油泵 将汽油从油箱吸出，经管路和 汽油滤清器，然后泵入化油器 浮子室，保证连续不断地供油。 化油器发动机大多采用机械驱 动膜片式汽油泵，装在曲轴箱 一侧，由凸轮轴上的偏心轮驱 动。 由膜片、进、出油阀、拉杆、 摇臂、手摇臂、膜片弹簧、壳 体等组成。 进油过程； 泵油过程,化油器式汽油机供给系统 辅助装置（7）,进油单向阀,滤网,出油 单向阀 膜片,复习思考题,汽油机抗爆性及其评价指标的含义是什么？,发动机混合气浓度的表示方法，空燃比和过量空气系数 的含义（化学计量空燃比、混合气浓度范围）。,汽油机动力性、燃油经济型和排放控制对混合气浓度各 有什么要求,汽油机燃油系统的种类、主流。,化油器有哪些工作工作系统，各有何作用？化油器式汽 油供给系统的主要问题是什么？,