1、第4章 汽油机燃料供给系v【知识目标知识目标】v1掌握汽油及其使用性能v2掌握混合气浓度的表示方法，分析发动机各工况对混合气成分的要求；v3重点掌握电控汽油喷射系统的分类、组成、工作原理。v4熟悉智能型电子节气门、汽油机缸内直喷系统。v5掌握汽油机排放的主要污染物及采用的缸内外净化措施。v【能力目标能力目标】v1掌握汽油机燃料供给系总成及零部件的结构、构造原理、拆装步骤要领；v2了解汽油机燃料供给系的维护及保养知识；v3能够熟练使用常用工具、量具及相关设备，掌握燃油供给系统拆卸、装配等基本能力；v4培养学生团结合作，观察、分析及综合归纳能力。4.1.1 汽油及其使用性能汽油及其使用性能v汽油是
2、汽油机的主要燃料。汽油是由石油提炼而得的密度小又易于挥发的液体燃料。汽油一般为黄色或橙色，汽油的相对密度约为0.72左右。v汽油由多种碳氢化合物组成，其基本成分是：碳的体积分数为85%，氢的体积分数为15%。v按照提炼的方法，汽油可分为直溜汽油和裂化汽油等。将石油加热，在4050至175210的温度范围内蒸发出来的轻馏分蒸气冷凝后即成为直溜汽油。4.1 汽油与可燃混合气v汽油的使用性能指标v蒸发性、v抗爆性、v安定性、v防腐性、v清洁性v热值。1、空燃比及过量空气系数空燃比：可燃混合气中空气质量与燃油质量之比为空燃比，记作。空燃比A/F(A：air-空气，F：fuel-燃料)表示空气和燃料的混
3、合比。理论空燃比，即在理想状况下，可燃混合气全部燃烧，其空燃比为14.7。过量空气系数：气缸内的实际空气量与喷入气缸内的燃料完全燃烧所需要的理论空气量的质量比。常用符号a表示。a=1为理论混合气，a 1为稀混合气。4.1.2汽油机可燃混合气汽油机可燃混合气2、发动机不同工况对混合气浓度要求 发动机工况主要参数是负荷和转速，当转速一定时，负荷可以用节气门的开度来衡量。发动机的工况分为稳定工况和过渡工况，稳定工况可分为怠速、小负荷工况、中负荷工况、大负荷及全负荷工况；过渡工况可分为冷起动工况、暖机工况、加速工况。稳定工况：稳定工况只指发动机已经预热，转入正常运转，并且在一定时间内工况没有突然变化的
4、状态。1）怠速工况 怠速工况是指发动机不对外输出动力，做功行程产生的动力只用来克服发动机的内部阻力，维持发动机以最低稳定转速运转。要求a=0.60.8 2）小负荷工况 发动机负荷在25%以下的状况称为小负荷，要求a=0.750.9 3）中等负荷工况 发动机负荷在25%85%之间称为中等负荷，a=1.01.15 4）大负荷及全负荷 发动机负荷在85%以上的成为大负荷，负荷在100%以上的成为全负荷。要求a=0.850.95 过渡工况：1）冷起动工况 冷起动是指发动机由静止到正常运转的过程，或当熄火较长、发动机温度以下降至环境时起动过程。要求a=0.20.6。2）暖机工况 暖机一般是指冷起动后，发
5、动机的温度逐渐升高到正常工作温度的过程。要求a=0.40.6 3）加速过程 加速过程一般是指发动机负荷增加的过程。要求a=0.40.6 1、电控汽油喷射系统的特点 1）能准确控制发动机的进气质量，保证气缸内的燃料燃烧完全，使废气排放物和燃油消耗都能够降得下来。2）取消了喉管，降低了进气阻力，提高了发动机的充气效率，增加了发动机的功率和扭矩。3）燃油以一定压力喷射，雾化质量高，并且混合气的均匀性较好，能使空燃比控制在合适的范围内 4）发动机冷起动性、加速性、和怠速平稳性较好 5）成本较高，故障率虽低,一旦坏了就难以修复。4.2 汽油机燃料供给系的分类与组成 2、汽油喷射系统分类 （1）按喷油器数
6、量分类（2）按喷射部位的不同的分类（3）按汽油喷射的方式分 按汽油喷射的方式分可分为连续性喷射系统和间歇喷射系统。（4）按喷射装置的控制方式 可分为机械控制式、机电结合控制式、电子控制式喷射系统。（5）按空气量检测方式间接测量式（压力型）：将歧管绝对压力和转速信号输送到ECU计算出进气量。如Bosch公司D-Jetronic系统直接测量式（流量型）：用空气流量计测量进气量。如Bosch公司L-Jetronic系统 3、电控汽油喷射系统的基本组成 1）空气供给系统 功用：功用：空气供给系统的作用是向发动机提供新鲜的空气 空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量计、节气门、进气总管、进气支管和怠速空
7、气控制阀等组成。2）燃油供给系统 功用：功用：向发动机供给燃烧所需的汽油。燃油供给系统主要由汽油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器和燃油管路等组成。3）电子控制系统 功用：功用：检测发动机的工作状况，精确控制燃油喷射量、喷油正时和点火时刻。电子控制系统主要由各种传感器、各种执行器、控制器组成。4）故障自诊断系统 功用：功用：故障自诊断系统及时地检测出电控系统出现的故障，将故障信息以代码形式存储在ECU的存储器内，发出故障指示或警告信息。5）安全保险功能和后备系统 4、电控汽油喷射系统的工作原理 组成：组成：空气滤清器、空气流量计、节气门、进气总管、进气支管、
8、怠速空气控制阀。v 4.3 电控汽油机空气供给系统 1、空气计量 功用：功用：测量发动机的进气量。分类：分类：进气管绝对压力传感器式间接测量法和空气流量传感器直接测量。（1）进气管绝对压力传感器工作原理：工作原理：由于进气管的空气绝对压力反映了发动机的负荷，通过测量进气管的绝对压力和发动机转速信号可以间接的确定进入汽缸的空气量。（2）翼片式空气流量传感器工作原理：工作原理：当发动机起动后，吸入的空气把测量片从全闭位置推开，使其绕轴偏转。当气流推力与测量片复位弹簧张力平衡时，测量片便停留在某一位置v上。进气量愈大，测量片开启的角度也愈大。这时测量片转轴上的电位计滑臂也绕轴转动，使电位计的输出电压
9、随之变化。这一信号输入到电控单元，电控单元在根据进气温度传感器的信号进行修正，即可测出实际的进气流量。（3）卡门漩涡式空气流量传感器 工作原理：工作原理：通过在进气管中设置一个涡流发生器，气体流过涡流发生器时便产生涡流，通过测出涡流的频率，变可计算出空气的速度，最后根据进气管的有效面积得出气缸的进气量。（4）热线式（热膜式）空气流量传感器 工作原理：工作原理：热线式空气流量传感器是建立在热平衡原理基础上的。在进气管道中放置热线(铂丝)RH，当空气通过流量计时，热线被冷却，工作温度下降，其电阻值随之减小，电桥失去平衡，此时集成运算放大器会自动增加供给热线的电流，使热线恢复原来的工作温度和电阻值，
10、直至电桥恢复平衡，因此，通过对电流的大小来测量空气流量。2、怠速控制系统 分类：分类：电控汽油喷射发动机怠速控制方式可分为节气门直动式和旁通空气式。（1）节气门直动式怠速控制系统 工作原理：工作原理：取消了旁通气道和怠速控制阀，在怠速时由ECU直接驱动节气门开启一个角度(约2-5度)，实现怠速的稳定，节气门体统称为节流阀体或节气门控制组件。（2）旁通空气式怠速控制 1）双金属片式 2）石蜡式 3）电磁阀式 4）步进电动机式 组成：组成：电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器和燃油管路组成。v 4.4 电控汽油机燃油供给系统1、主要部件构造及工作原理（1）电动燃油泵
11、功用：功用：将汽油从燃油箱中泵出，并供给燃油系统具有规定压力的燃油。分类：分类：按安装位置不同分为：v内置式安装在油箱中，具有噪声小、不易v产 生气阻、不易泄漏、管路安装简单。v外置式串接在油箱外部的输油管路中，易v布置、安装自由大，单噪声大，易产生气阻。v按电动燃油泵的结构不同分为：涡轮式、滚柱v式、转子式和侧槽式。1）滚柱泵 2）齿轮泵 3）涡轮泵4）双极泵 通过在燃油系统中安装双极泵，一个为低压燃油泵用来分离燃油蒸汽，一个为高压泵用来提高油压，从而保证燃油泵不因燃油气化原因导致油压不稳定波动现象。（2）燃油压力调节器 功用：功用：保证喷油器喷油压力与进气管压力差为恒定值 结构：结构：如图
12、工作原理：工作原理：根据膜片两边油室内部的压力变化，通过膜片的移动，调节阀门开度大小，从而控制回油量的大小（3）燃油压力脉动阻尼器 功用：功用：在喷油器喷油时，在输油管道内会产生燃油压力脉动,脉动阻尼器的作用是使压力脉动衰减以减小这种波动和降低噪音。工作原理：工作原理：来自燃油泵的燃油首先通到阻尼器膜片前方，然后流向输油管路。当油压脉动趋于峰值时，膜片弹簧压缩，膜片后移，使膜片前方空间加大，使本来增大的压力值趋于平缓；当油压较低时，弹簧伸张，使膜片前推，膜片前方空间减小，油压略有上升。结构：结构：如图（4）电磁喷油器v 功用：功用：根据ECU发来的喷油信号，执行器精确地计量燃油喷射量并将其喷入
13、进气道或进气管内，并与其中的空气混合形成可燃混合气。分类：分类：轴针式、球阀式、片阀式 1）轴针式电磁喷油器 结构：结构：工作原理：工作原理：喷油器不喷油时，回位弹簧通过衔铁使针阀紧压在阀座上，防止滴油。当电磁线圈通电时，产生电磁吸力，将衔铁吸起并带动针阀离开阀座，同时回位弹簧被压缩，燃油经过针阀并由轴针与喷口的环隙或喷孔中喷出。当电磁线圈断电时，电磁吸力消失。口位弹簧迅速使针阀关闭，喷油器停止喷油。2）球阀式电磁喷油器 它的最大特点是喷油器的针阀就够是由钢球、导杆、衔铁统一焊接制成，其优点是质量小，动态响应快，密封性好。3）片阀式电磁喷油器 其喷油器结构特点是采用了轻质片阀和孔式阀座来控制喷
14、油，具有动态流量大、抗堵性能好等优点。1、传感器 （1）发动机转速与曲轴位置传感器功用：功用：用来测量发动机转速，以确定基本喷油量和基本点火提前角。并确定相对于每缸压缩上止点的喷油定时和点火定时，在顺序喷射发动机上还需要有判缸信号。安装位置：安装位置：可在曲轴前端、飞轮上、凸轮轴前端、分电器内。分类：分类：电磁感应式、霍尔效应式、光电效应式4.5 电控汽油机电子控制系统 1）电磁感应式 2）霍尔效应式 原理：原理：利用霍尔效应原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号来来判定曲轴位置 PS：霍尔效应 当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为
15、霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。UH=RHIB/d永久磁铁永久磁铁霍尔元件霍尔元件触发触发轮轮 3）光电效应式（2）冷却液温度传感器 功用：功用：检测发动机的热状态并将其信号输入ECU，并通过ECU对喷油量进行调整。分类：分类：负温度特性传感器和正温度特性传感器热敏电阻热敏电阻电插头电插头（3）进气温度传感器 功用：功用：检测进气支管的温度并将信号送入ECU，ECU从而修正喷油量和点火提前角。热敏电阻热敏电阻电插头电插头（4）氧传感器功用：功用：检测发动机空燃比，并向ECU提供反馈信号调节喷油量，从而将空燃比调节在目标空燃比下从而使三元转化器良好工作。类型：类型：氧化锆式氧传感器
16、和氧化钛式传感器 1）氧化锆式氧传感器 工作原理：工作原理：通过陶瓷体内侧大气中含氧量与陶瓷体外侧的含氧量不同，在氧化锆内、外两侧极间产生电压。两侧的含氧浓度的大小决定着电压的大小，从而通过电压信号传给ECU来调节空燃比。2）氧化钛式传感器 工作原理：工作原理：通过二氧化钛材料电阻值能随排气中含氧量的变化而变化的特性，使其传感器产生一定的电压变化，从而ECU根据电压变化调节空燃比。特点：特点：二氧化钛只有在300900才能连续工作，因此，传感器内部具有一个电加热器。（5）爆燃传感器 爆燃传感器安装在发动机缸体上，对四缸直列式发动机，它装在2缸和3缸之间；对V型发动机，每侧至少有一个爆震传感器
17、功用：功用：检测发动机有无爆燃现象，并将信号送入ECU 检测方法分类：检测方法分类：气缸压力法、发动机机体振动法、燃烧噪音法 机体振动法分类：机体振动法分类：磁致伸缩式传感器和压电式传感器，压电式又可分共振型和非共振型。1）磁致伸缩式传感器组成：组成：铁心、永久磁铁、线圈及外壳。原理：原理：利用电磁感应原理检测发动机爆燃。当传感器的固有振动频率与发动机爆燃时的振动频率相同时，传感器输出的信号电压最大。线圈铁心壳体永久磁铁谐振点频率f输出电压u0 2）共振型压电式爆燃传感器组成：组成：压电元件、振子、基座、外壳等组成。原理：原理：当发生爆燃时，振荡片与发动机共振，压电元件输出的信号电压也有明显增
18、大，易于测量。爆燃传感器至ECU压电元件振子频率电压ECUKNK信号波形带开路/断路检测电阻的传感器 3）非共振型压电式爆燃传感器 与共振式相比，非共振式内部无震荡片，但设一个配重块，以一定的预紧压力压紧在压电元件上。当发动机发生爆燃时，配重块以正比于振动加速度的交变力施加在压电元件上，压力元件则将此压力信号转变成电信号输送给ECU。配重块压电元件引线频率（kHz）输出电压（mV）（6）节气门位置传感器 功用：功用：将节气门的开度信号转变成电信号，传输给ECU。分类：分类：包含线性式节气门位置传感器和开关式节气门位置传感器 1）线性式节气门位置传感器电子控制器（电子控制器（ECU）（3）故障自
19、诊断系统 功用：功用：对汽车传动系统、控制系统各个部分工作状态进行自动检查和监测。当汽车出现故障时，可通过报警装置提醒驾驶员。（4）安全保险功能 功用：功用：当ECU检测到某传感器或执行器出现故障，ECU就会启动安全保险功能，按照存储器的设定程序和数据，使控制器继续工作或强制停机。（5）后备系统 功用：功用：当ECU内微机控制程序出现故障时，ECU启动后备系统，通过后备电路，将发动机控制在预定的水平上，使车辆缓慢行驶。v 汽油是由石油提炼而得的密度小又易于挥发的液体燃料。汽油一般为汽油是由石油提炼而得的密度小又易于挥发的液体燃料。汽油一般为黄色或橙色（国外的汽油有些为蓝色、天蓝、红或绿色），汽
20、油的相对黄色或橙色（国外的汽油有些为蓝色、天蓝、红或绿色），汽油的相对密度约为密度约为0.72左右。汽油由多种碳氢化合物组成，碳的体积分数为左右。汽油由多种碳氢化合物组成，碳的体积分数为85%，氢的体积分数为，氢的体积分数为15%。v 汽油的使用性能指标主要是蒸发性、抗爆性、安定性、防腐性、清汽油的使用性能指标主要是蒸发性、抗爆性、安定性、防腐性、清洁性和热值。洁性和热值。v 可燃混合气中空气与燃油的比例称为可燃混合气成分或可燃混合气可燃混合气中空气与燃油的比例称为可燃混合气成分或可燃混合气浓度，通常用过量空气系数和空燃比表示。浓度，通常用过量空气系数和空燃比表示。v 标准混合气（标准混合气（
21、a=1）这只是理论上完全燃烧的混合比，实际上不存这只是理论上完全燃烧的混合比，实际上不存在。稀混合气（在。稀混合气（a 1）为实际上可能完全燃烧的混合气，它可保证所为实际上可能完全燃烧的混合气，它可保证所有汽油分子获得足够的空气而完全燃烧。因而经济性最好，故称经济成有汽油分子获得足够的空气而完全燃烧。因而经济性最好，故称经济成分混合气，分混合气，a 值多在值多在1.051.15范围内。范围内。v 浓混合气（浓混合气（a 1）因汽油的含量较多，汽油分子密集，火焰传播因汽油的含量较多，汽油分子密集，火焰传播快，它可保证汽油分子迅速找到空气中的氧分子相结合而燃烧。值在快，它可保证汽油分子迅速找到空气
22、中的氧分子相结合而燃烧。值在0.850.95范围内时，燃烧速度最快，热量损失小，平均有效压力和发范围内时，燃烧速度最快，热量损失小，平均有效压力和发动机功率大。因此，又称功率成分混合气。动机功率大。因此，又称功率成分混合气。v燃烧极限燃烧极限 可燃混合气太浓（可燃混合气太浓（a 1.4）时，都不能燃烧）时，都不能燃烧v 发动机发动机“工况工况”是其工作情况的简称，它包括发动机的转速和负荷是其工作情况的简称，它包括发动机的转速和负荷情况。汽车大部分时间内，发动机都是在中等负荷下工作的。情况。汽车大部分时间内，发动机都是在中等负荷下工作的。v 发动机的正常工况是指发动机已经完成预热，转入了正常运转
23、。按发动机的正常工况是指发动机已经完成预热，转入了正常运转。按负荷大小可分为怠速和小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷三个范围。负荷大小可分为怠速和小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷三个范围。v 发动机的过渡工况包括冷起动工况、暖机工况、加速工况、急减速发动机的过渡工况包括冷起动工况、暖机工况、加速工况、急减速工况工况v 电控汽油喷射式燃料供给系是利用安装在发动机不同部位上的各种电控汽油喷射式燃料供给系是利用安装在发动机不同部位上的各种传感器所测得的信号，按电子控制单元（传感器所测得的信号，按电子控制单元（ECU）中设定的控制程序，通）中设定的控制程序，通过对汽油喷射时间的控制，调节喷入进气管或气缸
24、中的喷油量，从而改过对汽油喷射时间的控制，调节喷入进气管或气缸中的喷油量，从而改变混合气成分，使发动机在各种工况下都能获得与所处工况相匹配的最变混合气成分，使发动机在各种工况下都能获得与所处工况相匹配的最佳混合气。佳混合气。v 电控汽油喷射系统按控制方式不同可分为流量型喷射系统和压力型电控汽油喷射系统按控制方式不同可分为流量型喷射系统和压力型喷射系统喷射系统v 按喷射位置分为节气门体喷射系统、进气管喷射系统、缸内直喷系按喷射位置分为节气门体喷射系统、进气管喷射系统、缸内直喷系统。统。v 电控汽油喷射系统都由以下电控汽油喷射系统都由以下3个子系统组成：空气供给系统、燃油供个子系统组成：空气供给系
25、统、燃油供给系统和电子控制系统。给系统和电子控制系统。v 空气供给系统由空气滤清器、空气流量传感器或进气管绝对压力传空气供给系统由空气滤清器、空气流量传感器或进气管绝对压力传感器、节气门、进气总管、进气支管和怠速空气控制系统等组成。感器、节气门、进气总管、进气支管和怠速空气控制系统等组成。v空气流量传感器有热线式、热膜式、卡门旋涡式等种类。空气流量传感器有热线式、热膜式、卡门旋涡式等种类。v怠速控制系统分为怠速旁通道式和节气门直动式。怠速控制系统分为怠速旁通道式和节气门直动式。v 燃油供给系统由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力脉动阻尼器、燃油供给系统由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力脉动阻尼器
26、、燃油压力调节器、喷油器和燃油管路等组成。燃油压力调节器、喷油器和燃油管路等组成。v 电控燃油喷射系统常用的传感器有发动机转速与曲轴位置传感器（电控燃油喷射系统常用的传感器有发动机转速与曲轴位置传感器（电磁感应式、霍尔效应式、光电效应式）、冷却液温度传感器、进气温电磁感应式、霍尔效应式、光电效应式）、冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器（氧化锆式、氧化钛式）、爆燃传感器、车速传感度传感器、氧传感器（氧化锆式、氧化钛式）、爆燃传感器、车速传感器、节气门位置传感器等。器、节气门位置传感器等。v 电控单元（简称电控单元（简称ECU）是燃油电控系统的核心，它主要由中央处理）是燃油电控系统的核心，它主要由中央处理器、存储器、输入器、存储器、输入/输出接口电路、驱动电路等组成输出接口电路、驱动电路等组成
