汽油机燃料供给系统

汽油及其使用性能

物理特性：

粘度小、流动性好、自润性差

使用性能指标：

蒸发性：能被蒸发的性能。

热值：1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。

抗爆性：在燃烧中，避免产生爆燃的能力。（辛烷值越高，抗爆性越强）

标号：标号越高，抗爆性越强。

汽油机供给系的组成

一、作用：

混合气的形成、供给、燃烧和废气排出

二、组成：

1.燃油供给装置：

汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、油管

2.空气供给装置：

空气滤清器

3.可燃混合气形成装置：

化油器（已逐渐淘汰）、电控燃油喷射

4.可燃混合气供给和废气排出装置：

进、排气歧管与排气消声器

混合气的基本概念

发动机在工作时,燃料进入气缸燃烧之前,都要经过雾化和蒸发,并与空气配合,燃料与空气的混合物称为混合气,混合气中含燃料量的多少称为混合气浓度。混合气的浓度通常用过量空气系数或空燃比来表示。

汽油机燃料供给系统的功用

根据发动机各种不同工作情况的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供往气缸，并在作功行程完成后，将气缸内的废气排出。

混合气的浓度对发动机的动力性和经济性有很大影响。发动机工作时，采用a = 1的理论混合气，只是在理论上保证完全燃烧，实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油不可能及时与空气均匀混合，也就不能实现完全燃烧。

采用a = 1.05～1.15的稀混合气时,可以保证混合气中所有汽油均能获得足够的空气而实现完全燃烧,因而发动机经济性最好,故称为经济混合气。

采用a = 0.85～0.95的浓混合气时,可使发动机发出较大功率,故称为功率混合气,但采用功率混合气时不能完全燃烧,发动机经济性差。

混合气过稀(a > 1.15)或混合气过浓(a<0.85),均会使燃烧速度减慢,导致动力性和经济性下降。

当混合气稀到a > 1.3～1.4或浓到a<0.4～0 .5时,将无法点燃,发动机无法工作。

发动机的工况通常用发动机的转速和负荷来表示。发动机的负荷是指发动机的外部载荷，输出 的动力随外部载荷而变化，动力又取决于节气门的开度，所以发动机负荷的大小可用节气门的开度来表示。

负荷的大小一般用百分数来表示，如节气门全关，负荷为0；节气门全开，负荷为100%。汽车发动机工况经常变化，而且变化范围大，负荷可以从0变化到100%，转速可以从最低稳定转速变到最高转速。

发动机各种工况对混合气浓度的要求如下：

（1）怠速工况

发动机不对外输出动力，作功行程产生的动力只用来克服发动机的内部阻力，维持发动机最低稳定转速的工况为怠速工况。

发动机的怠速转速一般为600～800r/min。在怠速工况下，节气门开度最小，进入气缸内的混合气量很少，气缸内残余废气对混合气稀释严重；而且转速低，空气流速小，汽油雾化和蒸发不良，混合气形成不均匀。因此，要求供给少量a = 0.6～0.8的浓混合气。

（2）小负荷工况

发动机的负荷在25%以下时称为小负荷工况。由于小负荷工况时，节气门略开，混合气的数量和品质比怠速工况时有所提高，废气对混合气的稀释作用也有所减弱，因而混合气的浓度可以略为减小，一般a = 0.7～0.9。

（3）中等负荷工况

发动机的负荷在25%～85%之间时称为中等负荷工况，由于节气门开度较大，进入气缸的混合气数量增多，燃烧条件较好。此外，汽车发动机大部分的时间处在中等负荷工况下工作，为提高其经济性，应供给较稀的经济混合气，一般a = 1.05～1.15。

（4）大负荷工况和全负荷工况

发动机的负荷在85%以上而小于100%时称为大负荷工况，负荷为100%时称为全负荷工况。此时，为了克服较大的外部阻力，要求发动机发出尽可能大的功率，因此，应供给质浓量多的功率混合气，一般a = 0.85～0.95。

（5）冷起动工况

起动是指发动机由静止到正常运转的过程，当熄火时间较长、发动机温度已下降至环境温度时的启动为冷起动。起动时发动机转速低，气流速度很慢，不利于汽油雾化，尤其冷起动时，发动机温度也低，汽油蒸发困难，只有供给极浓的混合气（ a = 0.2～0.6）。才能保证进入气缸内的混合气中有足够的汽油蒸气，以利于发动机起动。

（6）暖机工况

暖机一般是指发动机起动后，发动机的温度逐渐升高到正常工作温度的过程。在暖机过程中，混和气的浓度应随温度的升高而减小，从起动时的极浓减小到稳定怠速运转所需要的浓度为止。

（7）加速工况

加速是指发动机负荷增加的过程。急加速时，节气门迅速开大，要求发动机的动力迅速提高；然而在急剧开大节气门的瞬间，由于液体汽油的惯性比空气惯性大，汽油流量的增加比空气流量的增加要慢，使混合气暂时过稀，反而使发动机的动力下降甚至熄火。因此，在急加速时，必须采用专门的装置额外供油，加浓混合气，以满足发动机急加速的要求。

综上所述，车用汽油机在正常运转时，在小负荷和中等负荷工况下，要求燃料供给系统能随负荷的增加，供给由浓逐渐变稀的混合气。当进入大负荷直到全负荷工况下，又要求混合气由稀变浓，最后加浓到保证发动机发出最大功率。

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汽油机燃料供给系统的类型

汽油机的燃料供给系统可分为化油器式和电控燃油喷射式两种。

A、化油器的结构简单、价格便宜，使用历史久远，但由于化油器供油方式对温度和环境变化比较敏感，不能满足日益严格的排放法规要求，所以化油器式燃料供给系统已逐渐被电控燃油喷射系统取代。

但是市场上还有大量的化油器式发动机继续使用，特别是载重车辆。（不再赘述，如有需要再找机会补上。）

B、汽油机电控燃油喷射系统（Electronic Fuel Injection）

汽油喷射系统简介

根据发动机工作的需要，通过喷油器将一定量的燃油，以一定的压力喷入进气系统或气缸内。

一、汽油喷射系统的特点和组成

（一）特点：

1、进气阻力小，充量系数高，输出有效功率大；

2、实现各种工况下混和气浓度的精确控制；

3、各缸混合气分配均匀；

4、冷起动等各种工况性能得到改善；

5、结构复杂，成本较高。

（二）组成：

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二、电控燃油喷射系统的分类

1.按喷射方式分类

（1）连续喷射方式；（2）间歇喷射方式

连续喷射方式是指在发动机运转期间，汽油连续不断地喷入进气道内，且大部分汽油是在进气门关闭时喷射的。因此大部分汽油在进气道内蒸发。

间歇喷射方式是指在发动机运转期间，将汽油间歇地喷入进气道内。

在采用间歇喷射方式的多点 电控燃油喷射系统中，按各缸喷油器的喷射顺序又可分为同时喷射系统、分组喷射系统和顺序喷射系统。

1）同时喷射系统

将各缸的喷油器并联，在发动机运转期间，所有喷油器由ECU的同一个喷油指令控制，同时喷油、同时断油。采用此种喷油方式，对各缸而言，喷油时刻不可能都是最佳的，其性能较差，一般用在缸数较少的发动机上。

a.采用同时喷射方式的电控燃油喷射系统，一般都是曲轴每转一圈各缸同时喷油一次，对每个汽缸来说，每一次燃烧所需的供油量需要喷射两次，即曲轴每转一圈喷射1/2的油量。

b.分组喷射系统

指将各缸的喷油器分成几组， ECU向某组喷油器发出喷油指令或断油指令时时，同一组的喷油器同时喷油、同时断油。

将喷油器分为两组分别进行喷油控制：

c.顺序喷射系统

指各喷油器由ECU分别控制，按发动机各缸的工作顺序喷油。一般缸数较多的发动机，均采用分组喷射系统或顺序喷射系统。

?按发动机各缸工作顺序控制喷油：

?各缸喷油器喷油时刻均在排气行程上止点前某一角度：

2.按对空气量的计量方式分类

电控燃油喷射系统必须对进入气缸的喷油量进行精确的计量，才能对喷油量的控制，实现混合气浓度的高精度控制。

按对进气量的计量方式不同，可分为D型喷射系统和L型喷射系统。

D型喷射系统利用绝对压力传感器检测进气管内的绝对压力，ECU根据进气管内的绝对压力和发动机转速推算出发动机的进气量，再根据进气量和发动机转速确定基本喷油量。

L型喷射系统利用空气流量计直接测量发动机的进气量， ECU不必进行推算，即可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量.由于消除了推算进气量的误差影响,其计算的准确度高于D型喷射系统,故对混合气浓度的控制更精确。

3.按喷射位置分类

可分为进气管喷射和缸内直接喷射两种。

缸内直接喷射技术是近年来研究和开发的发动机新技术，目前还未推广使用。它是将喷油器安装在气缸盖上，把燃油直接喷入气缸内，配合缸内组织的气体流动成可燃混合气，容易实现分层燃烧和稀混合气燃烧，进一步提高发动机的经济性和排放性。

进气管喷射又可分为：多点喷射（SPI）系统

每一个气缸有一个喷油器：

单点喷射（TBI）系统

几个缸共用一个喷油器，又称节气门体喷射：

4.按有无反馈信息分类

可分为开环控制系统（无氧传感器）和闭环控制系统（有氧传感器） 。

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三、电控燃油喷射系统功能

对喷射正时、喷油量、燃油停供及燃油泵进行控制。

三大部分：传感器、电控单元、执行器。

（一）喷油正时控制

在采用间歇喷射方式的电控燃油喷射系统中，ECU必须控制喷油器喷油的开始时刻，这就是喷油正时控制。

最佳喷射正时一般是使各缸进气行程的开始时刻与喷油结束时刻同步

喷油器的喷油可分为同步喷油和异步喷油两种类型。同步喷油是根据发动机各缸工作循环，在既定的曲轴位置进行的喷油，同步喷油有规律性。异步喷油与发动机的工作不同步，无规律性，它是在同步喷油的基础上，为改善发动机的性能额外增加的喷油，主要有起步异步喷油和加速异步喷油。

1. 同步喷油正时控制

1）顺序喷射：

按各缸的进气顺序间 歇喷油。

ECU根据凸轮轴位置传感器信号、曲轴位置传感器信号和发动机的作功顺序，确定各缸工作位置，当确定某缸活塞运行至排气行程上止点前某一位置时， ECU输出喷油控制信号，通过喷油器电磁线圈电路，该缸即开始喷油。

2）分组喷射：

将气缸分为两组，所需燃油一次喷完。

一般将所有气缸的喷油器分成2～4组，有ECU分组控制喷油器。

3）同时喷射：

所有喷油器并联，同时喷油。两次喷完一个循环的供油量

由ECU控制各缸喷油器同时喷油或停油。这中喷油系统的喷油器驱动回路通用性好，其电路结构和软件都比较简单，目前这种喷油器还占有一定地位。

2.异步喷油正时的控制

1)起步时异步喷油正时控制

在部分电控燃油喷射系统中，为改善发动机的起步性能，在发动机起步时，除同步喷油外，再增加一次异步喷油。

在起动开关（STA)处于接合状态时，ECU接收到第一个凸轮轴位置传感器信号(G信号)后，接收到第一个曲轴位置传感器信号(Ne信号)时，开始进行起动时的异步喷油。

2）加速时异步喷油正时控制

ECU根据节气门位置传感器中怠速触电输送的怠速信号（IDL)从接通到断开时，增加一次固定量的喷油。

ECU接收到IDL信号从接通到断开后，检测到第一个Ne信号时，增加一次固定量的喷油。

为使加速更灵敏，有些发动机当节气门迅速开启或进气量突然增加（急加速）时，在同步喷射的基础上再增加异步喷射。

（二）喷油量的控制

喷油量控制是电控燃油喷射系统最主要的控制功能之一。其目的是使发动机再各种运行工况下，都能获得最佳的混合气浓度，以提高发动机的经济性和降低排放污染。

当喷油器结构和喷油压差一定时，喷油量的多少就取决于喷油时间，在汽油机电控燃油喷射系统中，喷油量控制是通过喷油器喷油时间的控制来实现的。

发动机起动时，ECU根据冷却液温度，由内存的冷却液温度—喷油时间曲线来确定基本喷油时间，然后根据进气温度和蓄电池电压进行修正，得到起步时的喷油持续时间：

在发动机转速低于规定值或点火开关位于STA（起动）档时，ECU根据冷却液温度信号和内存的冷却液温度—喷油时间曲线确定基本喷油时间，根据进气温度信号对喷油时间作修正（延长或缩短）。然后再根据蓄电池电压适当延长喷油时间，以实现喷油量进一步修正，即电压修正。

喷油器的实际喷油时刻比ECU发出喷油指令的时刻晚，其滞后时间随蓄电池电压降低而延长，导致喷油量减少，影响系统对喷油量的控制精度。为此，发动机工作时， ECU需根据蓄电池电压适当修正喷油时间，以提高喷油量控制的精度。

发动机起动后的各工况下，ECU在确定基本喷油时间的同时，还必须根据各种传感器输送来的发动机运行工况信息，对基本喷油时间进行修正：

异步喷油量的控制

发动机起动或加速时的异步喷油量一般是固定的，即各缸喷油器以一个固定的喷油持续时间，同时向各缸增加一次喷油。

减速断油控制

驾驶员快收加速踏板使汽车减速时，ECU将会切断燃油喷射控制电路，停止供油，以降低碳氢化合物及一氧化碳的排放量，当发动机转速降至设定转速时又恢复正常供油。

限减速断油控制

发动机加速时，发动机转速超过安全转速或汽车车速超过设定的最高车速时，ECU将切断燃油喷射控制电路，停止供油，防止超速。

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电控燃油喷射系统的组成与基本原理

电控燃油喷射系统基本都是由空气供给系统、燃油供给系统和控制系统三部分组成。

一、空气供给系统

功用：为发动机提供清洁的空气并控制发动机正常工作时的进气量。

电控喷射工作演示：

二、燃油供给系统

功用：供给喷油器一定压力的燃油，喷油器则根据ECU指令喷油。

三、控制系统

功用：ECU根据空气流量信号和发动机转速信号确定基本的喷油时间（喷油量），再根据其它传感器（冷却液温度、节气门位置等）对喷油时间进行修正，并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令，使喷油器喷油（通电）或断油（断电）。

四、控制系统

（一）空气供给系统的组成

功用：为发动机可燃混合气的形成提供必要的空气，并测量和控制空气量。

组成：

电控燃油喷射发动机供给系统基本相同，主要组成元件包括空气滤清器、节气门体和进气管。怠速控制系统的怠速控制阀和控制系统的进气温度传感器、节气门位置传感器、进气管绝对压力传感器或空气流量计也安装在空气供给系统中。

（二）空气滤清器

功用：是滤除空气中的杂质，以减轻发动机的磨损。同时，空气滤清器也可减轻发动机进气噪声。

汽车发动机广泛采用纸质干式空气滤清器。

有些轿车发动机的空气滤清器内，装有热空气供给装置。热空气口吸入排气管周围的热空气。

空气滤请器的维护

一般汽车行驶15000km，应对空气滤请器进行一次维护。

装有温控装置的空气滤请器，在维护时还应检查温控装置工作情况。

三、节气门体

节气门体安装在进气管中，用以控制发动机正常工况下的进气量。

节气门主要由节气门和怠速空气通道组成。

注意：

在装有节气门限位螺钉的汽车，使用中一般不允许调整节气门限位螺钉，除非怠速控制阀发生故障而又无法及时修复，可通过调节节气门最小开度来保持发动机怠速运转，故障排除后，应将节气门限位螺钉调回原位。

在维修时应检查节气门体内是否有积垢或结胶，必要时用化油器清洗剂进行清洗。

注意：

绝对不停允许用砂纸或刮刀等清理积垢或结胶，以免损伤节气门体内腔，导致节气门关闭不严或改变怠速通道尺寸，影响发动机正常工作。

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燃油供给系统主要元件的构造与检修

一、组成

主要由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、脉冲阻尼器及油管组成。

二、电动燃油泵

作用：给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。

电控燃油泵的电机与燃油泵连成一体，封闭在同一壳体内。

按安装位置不同分为内置式和外置式两种。

滚柱式电动燃油泵

组成：油泵电机、滚柱泵、单向阀、卸压阀、外壳、泵盖及滤网等。

组成：油泵电机、滚柱泵、单向阀、卸压阀、外壳、泵盖及滤网等。

三、燃油滤清器

功用：滤除燃油中的杂质和水分，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，以保证发动机正常工作。

一般采用纸质滤芯、一次性燃油滤清器

一般汽车每行驶20000～40000km或1～2年，应更换燃油滤清器。

更换时应首先释放燃油系统压力，并注意燃油滤清器壳体上的箭头标记为燃油流动方向。

四、脉冲阻尼器

功用：衰减喷油器喷油时引起的燃油压力脉冲，使燃油系统压力保持稳定

组成：由膜片和膜片弹簧组成。

脉冲阻尼器一般不会发生故障。需进行拆卸时，应注意首先释放燃油系统压力。

燃油压力调节器

功用：调节喷油器的燃油压力， 使燃油压力与进气管压力之差保持常数。

五、电子控制系统

组成：

各种传感器：把各种反映发动机工况和汽车运行状况的参数（非电量参数）转变为电信号（电压或电流）提供给电控单元，使电控单元正确地控制发动机运转或汽车运行。

电控单元：接受来自各个传感器传来的信号，并完成对这些信息的处理和发出指令控制执行器的动作

执行器 ：用来完成电控单元发出的各种指令，是电控单元指令的执行者。

1、传感器

监测空气流量、进气管压力、进气温度、冷却液温度、曲轴转角、转速、节气门开度、氧气等参数。

a.空气流量计

计量发动机的进气量，并将进气量信号输入ECU。

空气流量计分为叶片式、热式和卡门螺旋式三种。

1.热线式空气流量计

?白金热线，直径70um。固装取样管内。取样管安装在进气道中。

2.卡门涡流式空气流量传感器

在气流中央放置一个锥体状涡流发生器。当空气流过时，在涡流发生器下游将产生有规律交错的旋涡，当流经空气通道的空气流速变化时，将影响卡门涡流旋涡的频率。

3.翼片式（量板式、叶片式）

体积流量型—测量进气量为体积流量

2.间接测量空气流量传感器（进气歧管绝对压力传感器）

安装：振动较小的车身处或动力腔上

功用：将进气管的气体压力变化，转变成电信号送给ECU，间接反映进气量。

半导体压敏电阻式：

由硅片、集成电路和真空室组成

原理：压力变化，硅片变形，应变电阻阻值变化，电桥输出电压变化。

b.节气门位置传感器

作用：检测节气门开度并转换成电信号送给ECU，用于控制喷油量。

安装：节气门轴一端，受节气门轴驱动。

型式：滑动电阻式、触点开关式

c.温度传感器（CTS）

电喷发动机一般设置三个温度传感器：

冷却液温度传感器；

进气温度传感器；

排气温度传感器；

作用：提供温度信息，对喷油量进行修正。

安装部位：

d.凸轮轴位置传感器（CIS）

作用：给ECU提供判缸信号，以便确定各缸喷油时机。

霍尔式CIS的组成（桑塔纳2000GSi）： 触发叶轮、信号发生器

安装：触发叶轮安装在进气凸轮轴一端，并随其转动。信号发生器固装在缸体前端。

e.氧传感器（EGOS）

作用：根据排气中的氧浓度测定空燃比，向ECU发出反馈信号，以便对空燃比进行修正。

目的：让空燃比收敛于理论值（A/F=14.7），提高排气净化率。

安装：排气一侧（距排气管接口1m处或消声器后端谐振腔上）。

f.车速传感器

功用：检测汽车的行驶速度，用于发动机怠速、汽车加减速期间的空燃比控制。

型式：

舌簧开关型：设置在组合仪表内。

结构：一个舌簧开关，两块永久磁 铁。

（1）磁电式传感器

当转子旋转时，线圈中磁通量发生变化，线圈产生感应电动势。磁电式转速传感器的转子信号盘通常安装在曲轴或凸轮轴上，也可安装在分电器内。

（2）霍尔效应式传感器

当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间时，磁场被叶片旁路，不产生霍尔电压；当缺口部分进入磁铁与霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，传感器输出电压信号。

2、电子控制单元 ECU

对传感器的信息进行分析、处理，发出指令使执行器动作，存储维修信息等。

一、ECU具备的功能

1、接收信号（传感器及各种开关信号）；

2、进行电压转换（传感器及执行器工作电压）；

3、存储、计算、分析处理信息

存储该车型的特点参数、运算数据及故障信息；

计算输出值及所用程序；

分析处理信息参数，求出执行命令数值。

4、输出 指令

根据计算结果，对比分析得出正确结论，输出指令让执行器执行。

5、自我修正功能

根据发动机使用中的某些参数变化，不断进行修正，以便使发动机始终处于最佳工作状态。

（一）输入回路

将系统中传感器检测到的信号及各种开关信号进行放大、整形、转换，再经输入/输出接口送入微机，完成在汽车运行过程中对其工况状态的实施检测。

（二）输入/输出转换器（A/D）

将模拟信号转换成数字信号。

（三）微型计算机

运算处理信息；将处理结果送至输出回路；

1、中央处理器CPU

读出命令，并执行数据处理任务。

2、存储器

存储数据；存放微机的运算程序；

只读存储器ROM：

存放固定信息；存放永久性程序和不变常数；存放点火脉谱和喷油脉谱特性曲线及预定的控制参数；断开电源信息不会消失。

–随机存储器RAM：

既能读出又能写入记忆在地址上的数据；暂时保留控制过程中的处理数据并不断更新；断开电源信息即可丢失。

功用：接收ECU控制指令，控制喷油量。

安装：上端由插片锁止在供油架上，下端靠供油架预置弹性压装在进气歧管进气门附近。

型式：高电阻型（8 ～17Ω）；

低电阻型（1.2 ～ 2.5Ω）；

轴针式、球阀式、片阀式；

3、输入/输出（I/O）接口

根据CPU指令，在传感器与执行器之间进行数据传递任务。

4、总线

数据总线-传递数据与指令；

地址总线-传送地址码；

控制总线-传输信号以控制计算机工作；

（四）输出回路

将弱信号转换成强信号，用以驱动执行器工作。

ECU电源电路

组成：主继电器、点火开关等。

型式：

1、未装步进电机的电源电路

2、装有步进电机电源电路

主继电器由ECU控制，当点火开关断开时，ECU能继续接通主继电器2s，使步进电机旋转， 回到初始位置。

3、执行器

来源：汽车结构透视