《汽车构造》全书教案第四讲汽油机供给系.docx

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《汽车构造》全书教案第四讲汽油机供给系

汽车构造教案

课程名称

汽车构造

课时

8

授课班级

教学方式

讲授

课题

任课教师

教学目

的与要求

1.了解汽油机供给系的作用、组成；

　2.了解简单化油器的特点；

　3.掌握可燃混合气的形成过程；

　4.掌握可燃混合气成分对发动机性能的影响。

重、难点

教学内容

第4章汽油机供给系

4.1化油器式供给系

4.1.1概述

汽油机供给系的任务是贮存、输送、清洁燃料，根据发动机各种不同工况，供给气缸—定浓度的和数量的可燃混合气。

并将发动机作功后产生的废气排入到大气之中。

尽管现代轿车燃料供给系越来越多地采用电子燃油喷射系统。

采用化油器的燃料供给系，在中国仍占一定的地位，同时化油器自身也在不断的改进。

比如电子控制化油器，以适应降低油耗，减少污染的要求。

4.1.2简单化油器与可燃混合气的形成

1.简单化油器及其特性

在燃料供给装置中，主要靠化油器实现可燃混合气的形成和控制。

发动机进气行程中，汽油在化油器喉管真空度的作用下，吸出到气流中，同时被气流吹散。

由于汽油表面的张力、汽油在空气流的动能作用下，形成极细小的球状油粒并随进气道流经进气管流入气缸。

油粒的大小与进气流速有很大关系.进气流速越大雾化后油粒越小。

对于定数量的汽油来说.雾化后的粒径越小.汽油的表面积越大，越有利于蒸发。

图4—1简单化油器结构工作原理图

1-阻风门;2-喉管;3-喷管;4-主量孔;6-浮子针阀;7-浮子室;9-节气门;10-加速踏板

节气门9的开度变化时，进入气缸的混合气浓度和数量均会变化，当发动机转速一定，节气门开度逐渐增大时，其结果是空气流量与汽油流量—同增大。

实验证明，对于简单化油器节气门在大开度范围内变化时，汽油流量的增加量比空气流量的增长率大得多、因而可燃混合气明显地由稀变浓。

在继续加大节气门开度，两者的比率逐渐接近，可燃混合气浓度也趋于稳定。

其变化规律可用图4-2来表示，图中纵坐标是表征可燃混合气浓度的无量纲系数，此系数称为过量空气系数α，α值越大，表示可燃混合气越稀。

横坐标为喉管真空度。

当转速一定时就表示节气门开度。

由简单化油器供给的混合气浓度随喉管真空度△Pn（或节气门开度）的变化关系称作简单化油器的特性。

2.可燃混合气成分对发动机性能的影响

可燃混合气成分对发动机经济性和动力性有很大影响，同时对噪声及废气污染排放也有很大影响。

空燃比为14.7可燃混合气称为理论混合气，空燃比小于14.7的可燃混合气称为浓混合气，空燃比大于14.7的可燃混合气称为稀混合气。

理论上燃烧1Kg燃料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。

即

由以上定义表达式可知，凡α＝1的可燃混合气称为理论混合气（标准混合气）；α＜1的可燃浓混合气；α＞1的混合气称为稀混合气。

在发动机不同的工况下，必须供给相适应的浓度和数量的混合气。

为研究可燃混合气成分对发动机性能的影响，往往采用固定发动机工况，而改变混合浓度的方法。

图4-3可燃混合气成分对发动机性能的影响曲线

（发动机转速不变,节气门全开）1-燃油消耗率;2-功率

实际上，对于一定的发动机，相应于—定工况，化油器只能供应一定α数值的可燃混合气，该α值究竞应照顾功率的要求，还是照顾经济性的要求，或者二者适当兼顾，这就要根据汽车及其发动机的各种工况进行具体分析。

4.1.3现代化油器

1.汽车实际工况对可燃混合气成分的要求（理想化油器特性）

。

（1）怠速和小负荷工况

（2）中等负荷工况

（3）大负荷和全负荷

综上所述，车用汽油机在正常运转时，在小负荷和中负荷工况下要求化油器能随着负荷的增加，供给由较浓逐渐变稀的混合气成分。

当进入大负荷范围直到全负荷工况下，又要求混合气由稀变浓，最后加浓到能保证发动机发出最大功率。

这种在一定转速下，汽车发动机所要求的混合气成分随负荷变化的规律称为理想化油器特性（图4-4中曲线3）。

将此理想化油器特性与图4-2所示的简单化油器特性相比较，可以看出二者正截然相反。

这是因为简单化油器只是靠喉管真空度吸出汽油，所以在怠速工况下，因喉管真空度太低而根本不能出油，实际上吸入气缸的只是纯空气，即α→∞。

到节气门开度大到一定程度后，方开始有燃油流出.但混合气仍然很稀。

此后，随着节气门开度继续增大，如前所述，混合气反而逐渐变浓，一直到节气门全开为止。

此外，在起动和加速时的使混合气加浓的要求，简单化油器也无法满足。

因此，简单化油器实际上在车用汽油机上不能使用。

为解决这一矛盾，在现代化油器结构上，采用了一系列的自动调配混合气浓度的装置，其中包括主供油校正系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统，以保证在车用汽油机各种工况下都能供给适当浓度的可燃混合气，提高发动机的经济性和动力性。

2.化油器的各工作系统

（1）主供油系统及其校正（补偿）

（2）怠速系统

（3）加浓系统（省油器）

加浓系统分为机械式和真空式两种。

（4）加速系统（加速泵）

（5）起动系统

3.化油器的分类

化油器可分为上吸式、下吸式和平吸式三种。

图4-13化油器的型式（按气流方向分）

a）下吸式b）平吸式c）上吸式

图4-14化油器的型式（按吼管重数）

（a）单喉管式；（b）双重喉管式；（c）三重吼管式

按其空气管腔数目，化油器又可分成单腔式、双腔并动式和四腔（或多腔）式等三种。

按各腔的工作状况，又可分为多腔（双腔）并动和分动式两种。

4.1.4燃油供给系的其他装置

1.汽油机的燃料供给系组成

一般化油器的燃料供给系由下列装置组成（图4-18）。

（1）燃料供给装置，包括油箱1汽油泵4汽油滤清器2和输油管3燃料供给装量的主要任务是贮存、输送及清洁燃料。

（2）空气供给装置，即空气滤清器6进气管，在轿车上有时还装有进气消声器。

（3）可燃混合气形成装置，即化油器5。

（4）废气排出装置，包括排气管7，消声器8。

2.汽油的使用性能指标

汽油机所用燃料是汽油。

要求汽油具有适当的蒸发性，良好的抗爆性、良好的氧化安定性、无腐蚀性和严格的情洁性。

（1）汽油的蒸发性及对发动机性能的影响

（2）汽油的抗爆性能对发动机的影响

3.汽油供给装置

1）汽油箱

燃油箱的作用是贮存汽油，燃油箱一般做成简单方形或圆柱体形状，轿车燃油箱为了适应整车外观造型及车架的需要往往做成比较复杂的形状（图4—19）。

2）汽油泵

（1）机械式汽油泵

当汽车长期停驶或油路出现故障时，化油器浮子室内没有汽油，为保证发动机可靠的起动和检查油路故障，可用手动泵油机构操纵，向上拉动拉杆13，手摇臂l跟随摆动，手摇臂带动手拉杆轴转动。

手拉杆轴的圆柱部分向下压泵膜拉钩4、带动顶杆5，泵膜7向下运动，完成进油行程。

向下推动手柄13。

手摇臂1向下运动、手拉杆轴的圆柱部分与顶杆拉钩4脱离。

泵膜弹簧推动泵膜向上运动，将汽油泵入化油器浮子室。

由于汽油泵的泵油量远大于发动机的耗油量，因此汽油泵是断续工作的。

当化油器浮子室油面上升时，浮子上浮使进油针阀关闭，沿输油管输送至化油器浮子室的汽油停留在油管内，造成汽油泵膜上方腔内油压增高，泵膜在油压作用下。

始终处于最低位置，摇臂绕摇臂空摆，不向化油器供油，当浮子室油面下降，浮子下落，进油针阀打开，汽油泵重复上面的过程，重新向化油器供油。

（2）电动式汽油泵

电动汽油泵可分为电磁油泵和电动机汽油泵。

电动机汽油泵可分为安装在油箱外和油箱内两种形式。

安装在油箱外的电动机式汽油泵

电动机式汽油泵是由电动机驱动的转子1、滚子9、隔板10、等组成（图4—22）。

工作原理是：

当转子转动时，滚子由于离心力的作用而沿泵隔板运动，这时由此三个零件围起的容积发生变化而将燃油吸上来，在电动机腔内通过电枢的四周送到输出侧经单向阀由压力管路输出。

消声器是用于吸收泵产生的脉动.以防止发生声音和振动。

如果输出油产生异常现象时.电枢内的压力增高推开减压阀时油回到进油口，防止燃油超过一定的压力。

单向阀在泵停止工作时关闭，压力管路中保持的残余压力，使再起动时容易。

上述形式的电动汽油泵可安装在油箱和发动机之间的任意位置。

安装在油箱内的电动汽油泵

安装在油箱内的电动汽油泵（图4-23）与上述泵有所不同，它采用的是涡轮式泵。

当转子与电机一起转动时.由于转子的外因有很多齿槽，在其前后利用磨擦而产生压力差，重复运转则泵内产生涡流而使压力上升，从而由泵室输出。

这种泵由于使用薄型涡轮转于所需扭矩较小，可靠性高。

再则出于不需消声器则可小型化。

电动式汽油泵广泛应用于轿车上。

3）燃油滤清器

汽油在进入汽油泵之前，必须通过汽油滤清器滤去其中的水分和杂质。

（图4-24）为纸质滤芯式燃油滤清器。

纸质汽油滤清器由多孔铁筒5、特制折叠纸质滤芯6和滤芯外筒3组成，工作过程如下：

燃油经进油管1进入，经外筒表面的孔进入滤芯6、并将汽油中较粗杂质留在外面，进入纸滤芯的汽油经滤芯的微孔滤掉微小的杂质和水分，再由出油孔4送往汽油泵。

4.2汽油喷射式供给系统

4.2.1概述

化油器式发动机的充气及混合气分配不能得到理想的控制，对于提高发动机的动力性、经济性以及改善废气排放都有一定的局限性，而采用汽油直接喷射系统可解决以上问题。

它具有良好的加速和怠速稳定特性，混合气分配均匀.可以降低油耗；因进气量比进气管中有狭窄喉管的化油器的进气量多，可提高其输出功率：

对混合气混合比的精确控制提高了整机的动力性、经济性，并可降低有害气体的排放量。

汽油喷射目前已成为—项成熟的技术。

4.2.2汽油直接喷射

1.汽油喷射系统的组成

采用汽油喷射供油时，其供油系统由空气系统、燃料系统、控制系统等部件组成。

根据直接或者间接检测的空气量信号，计算发动机燃烧时所需要的汽油量，向喷射阀提供开阀信号，然后将加有一定压力的汽油，通过开启的喷射阀供给发动机。

现代轿车的燃料喷射系统组成见图4—25。

2.汽油喷射的特点

（1）燃油供给系统设计灵活

（2）空燃比控制精度高

另外，当汽车在不同地区行驶时，对大气压力以外界气温变化引起的空

（3）燃料消耗低

3.喷射方式及其控制原理

（1）空气质量的检测方式

图4-26为进气系统的概念图。

发动机吸入的空气量.根据节气门开度或进气管压力以及发动机转速测出吸入空气质量的检测方法。

吸入空气质量检测方式，是根据进气管压力和发动机转速，推算吸入的空气量方式，另一种是根据节气门开度和发动机转速，推算吸入的空气量的节流速度方式。

（2）喷射方式。

根据汽油的喷射位置和喷射时间，可对喷射方式进行如下分类：

根据喷射位置分类

可分为气缸内的汽油喷射和进气管内的汽油喷射两种方式。

根据喷射时间分类

根据喷射时间可分为连续喷油射和间断喷射两种方式。

4.燃料喷射

电子控制燃料喷射系统的组成一般分为三个子系统，即空气系统、燃料系统和控制系统。

空气系统的功能，是测量和控制汽油燃烧时所需要的空气量，（图4—28）空气经过空气滤清器过滤后.用空气流量计进行测量，然后通过节气门体到达稳压箱，再分配给各缸进气管。

在进气管内，由喷油器中喷出的汽油与空气混合后被吸入气缸内进行燃烧。

当冷却水温度较低的时候，为了加快发动机暖机过程，设置了高速空转装置。

由空气阀来控制高速空转请况下所需要的空气量，这时经过空气流量计测量后的空气，绕过节气门体经空气阀流人稳压室。

由于额外进入窜气使发动机转速提高而实现高速怠速。

燃料供给系统的功能，是向气缸供给燃烧时所需要的汽油量，燃油泵从燃油箱吸出的汽油，通过燃油滤清器后，经压力调节器加压，将压力调整到比进气管压力高出约250kPa的压力，经输油管配送给各个喷油器和低温起动喷射阀（低温起动喷油器），喷油器根据ECU喷射信号，把适量汽油喷射到进气歧管中（图4-29）。

控制系统的功能，是根据发动机运转和车辆运行状况确定汽油最佳喷射量。

供给发动机的汽油量，用喷油器的喷射时间来控制，喷油时间则由ECU进行计算和控制。

检测发动机工况的传感器，有水温传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器等。

另外，还有检测车辆运行状况的传感器，如车速传感器、空调器开关等。

除上述控制系统之外还有以下控制部件：

电源开关继电器、低温起动喷油器、定时开关以及控制供给喷油器电流的电阻器等（图4—30）。

继电器中有接通或断开汽油喷射装置总电源的主继电器和燃油泵用的电路开电器。

5.汽油喷射系统的基本装置

（1）空气流量传感器

（2）喷油器

发

（3）压力调节器

图4-34压力调节器结构

1-弹簧室;2-弹簧;3-膜片;4-壳体;5-阀

（4）减振器

当喷油器喷射燃油时，在输送管道内会产生燃油压力脉动，燃油压力脉动减振器可使燃油压力脉动衰减，以减弱燃油输送管道中的压力脉动传送，降低噪声。

减振器结构见图4-35.采用膜片1和弹簧2组成的缓冲装置，压力油脉冲到来时，弹簧被压缩，并当输油管压力下降时在弹簧恢复力的作用下.膜片又恢复到原有位置，这样可吸收油路中的振荡波，从而稳定油管中的压力。

（5）氧传感器

现代轿车电控燃料喷射系统中使用的氧传感器一般为氧化铁材料，传感器结构见图4-36。

在微孔管状氧化锆内外分别度有白金制作的内外电极4、5，在外电板外侧涂右多孔件陶瓷保护层。

传感器参考气室中输有氧浓度较高的大气。

传感器外侧与排气接触。

氧化锆在高温下具有这样一种特性：

当内外侧的氧浓度差较大时，就会产生电动势。

大气一侧和汽车排出气体一侧的氧气浓度即氧气分压是不同的。

氧离子从氧气分压高的—侧（大气）移向氧气分压低的一侧（汽车排气）结果，在电极之间产生电动势。

电动势与氧气分压的对数成比例。

氧传感器表面的氧浓度差越大，电动势也越大。

但在实际情况下，即使是用比理论空燃比浓的混合气燃烧时，汽车排出气体中的氧也还是多少存在一些，所以并不能产生足够的电动势。

因此，根据实际空燃比产生的电动势变化来正确测量理论空燃比将是很困难的。

为了解决上述难题，采用了具有催化剂作用的白金作电极，可使电动势以理论空燃比为界，氧传感器电极电动势发生突变。

氧传感器只是在高的温度条件下才能充分工作，在低温时，这种特性会发生很大变化，这时为了能够得到稳定输出，把氧传感器安装在较高的温度位置。

小结

汽油机的燃料供给系由燃料供给装置，空气供给装置，可燃混合气形成装置组成。

化油器的工作系统由主供油系统、怠速系统、加浓系统、加速系统、起动系统五部分组成。

化油器可分为上吸式、下吸式和平吸式三种形式。

油箱是用薄钢板冲压焊接或用塑料铸制提高其强度，汽油泵有机械式、电动式两种。

燃油滤清器特制折叠纸质滤芯滤掉微小的杂质和水分。

汽油电子控制燃料喷射一般分为三个子系统，即空气系统、燃料系统和控制系统组成。

控制系统由ECU进行控制空气流量。

喷油器按发动机所要求的燃油喷射量供油，是根据ECU加给喷油器的通电时间长短来控制的。

思考与练习题

1.简述汽油机燃料供给系统的各组成。

2.结合理想化油器待性曲线，说明现代化油器的功用。

3.说明主供油装置是在什么样的负荷范围内起作用?

在此负荷范围内随着节气门开度的逐渐加大，混合气浓度是怎样变化?

它的构造和工作原理如何?

4.说明怠速装置是在什么样的情况下工作的?

它的构造和工作原理如何?

5.说明起动装置是在什么样的情况下工作的?

它的构造和工作原理如何?

6.加浓装置是在什么情况下起作用的?

机械加浓装置和真空加浓装置的构造和工作原理

如何?

7.说明加速装置的功用构造和工作原理。

8.电控汽油喷射系统有何优点？

它由那几个主要部分组成?

其系统是如何工作的?

好东西，值得一看