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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
2、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-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
3、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 BodyInjection）或中央喷射（CFI，Central FuelInjection）Multi-point Injection）每缸用一个喷油器，进气道喷射。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，
4、GasolineDirect 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
5、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)、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
6、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
7、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）
8、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，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 =8.910.4 11.8 13.3 14.8 16.3 17.8 19.2 20.7a0.60.70.80.91.01.11.21.31.4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1.051.155014
9、01201008060160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）1701.00.81.21.4a0.40.6三效催化转换器效率（%）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8090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供给方式部分负荷工况进气门接近全开及全开工况化油器供油大体接近于最经济混合气随负荷加大而逐渐加浓到进气门全开时的最大功率混合气电控汽油喷射，无三效催化转换器开环控制，按大体接近于最经济混合气供油开环控制，随负荷加大而逐渐加浓
10、到进气门全开时的最大功率混合气电控汽油喷射，有三效催化转换器闭环控制，空燃比在化学计量空燃比附近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。供给方式进气量空燃比怠速转速 r/min化油器供油节气门最小开度只能在发动机运行前调整a 0.8，使最小节气门开度下指示功率最大600800，出于省油考虑电控汽油喷射，无三效催化转换器机械节气门：怠速进气通
11、路面积自动变化，使怠速转速保持一定电动节气门：ECU控制节气门开度开环控制a略小于1闭环控制，有两个怠速控制目标值以适应不同情况：低：800900高：10001200电控汽油喷射，有三效催化转换器闭环控制a1汽油机对混合气浓度的要求稳定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
12、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
13、，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
14、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）。若空气流经喉管，入口
15、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510mm，以防止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
16、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
17、。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
18、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（）理想特性实际空气量，理论空气量（）kg/sa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
19、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=1.051.15）。主喷管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
20、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。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
21、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。
22、化油器式汽油机供给系统化油器主要工作系统（8）进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；通过阻风门边缘的缝隙
23、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
24、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:200600km。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
25、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？