現(xiàn)代汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)發(fā)展概述

(安達(dá)市田家炳高級中學(xué) 黑龍江 安達(dá) 151400)

現(xiàn)代汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)發(fā)展概述

王昌樂

(安達(dá)市田家炳高級中學(xué)黑龍江安達(dá)151400)

燃油供給系統(tǒng)是汽油發(fā)動機(jī)中一個至關(guān)重要的組成之一，隨著時代發(fā)展與科技進(jìn)步，汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)經(jīng)歷了化油器式、單點(diǎn)噴射式、多點(diǎn)噴射式與缸內(nèi)直噴式這幾個階段。本文將就這幾個階段的汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理與優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜述。

化油器；單點(diǎn)噴射；多點(diǎn)噴射；缸內(nèi)直噴

一、引言

燃油供給系統(tǒng)在汽油發(fā)動機(jī)中至關(guān)重要，汽油機(jī)供給系統(tǒng)的主要任務(wù)是根據(jù)發(fā)動機(jī)各種不同工況的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的可燃混合氣，供入氣缸，使之在臨近壓縮終了時點(diǎn)火燃燒而膨脹做功。最后，供給系統(tǒng)還應(yīng)將燃燒產(chǎn)物——廢氣排入大氣中[1]。燃油供給系統(tǒng)一共經(jīng)歷了化油器式、單點(diǎn)噴射式、多點(diǎn)噴射式與缸內(nèi)直噴式四個階段。下面對這四個階段進(jìn)行簡單概述。

二、化油器式燃油供給系統(tǒng)

一般化油器式燃油供給系統(tǒng)分為燃油供給裝置，空氣供給裝置，可燃混合氣形成裝置，可燃混合氣供給和廢氣排出裝置。其中，燃油供給裝置包括油箱、汽油濾清器、汽油泵、油管；空氣供給裝置包括空氣濾清器和進(jìn)氣消聲器；可燃混合器形成裝置包括化油器；可燃混合氣供給和廢氣排出裝置包括進(jìn)氣管、排氣管和廢氣排出裝置。

燃油供給系統(tǒng)工作時，汽油經(jīng)汽油泵將汽油從油箱中泵出，經(jīng)過汽油濾清器濾去汽油中的雜質(zhì)，進(jìn)入化油器中。另一方面，空氣則經(jīng)過空氣濾清器濾去灰塵之后進(jìn)入化油器中。汽油在化油器中霧化，與空氣形成一定比例的燃油混合氣，經(jīng)進(jìn)氣管分配到各個氣缸中[2]。排氣時，經(jīng)過排氣管和排氣消聲器排入大氣之中。

簡單化油器由浮子、針閥、浮子室、量孔、噴管、帶有喉管的空氣管和節(jié)氣門組成。其中，噴管口的高度要高于浮子室中的油面，故油不能直接從噴管口流出。浮子室中聯(lián)通大氣，可以通過大氣壓與噴管口出的氣壓差來實(shí)現(xiàn)噴油。噴管口與空氣管的喉管相通，喉管處是一段通道截面積沿軸向變化的細(xì)腰管，空氣管兩邊分別與空氣濾清器與進(jìn)氣管相連。當(dāng)空氣流經(jīng)喉管處時，截面積減小，空氣流速增大，壓力減小，浮子室中的有便經(jīng)噴管口流出，流入空氣管中，形成燃油混合氣[3]。

化油器中的節(jié)氣門可以改變發(fā)動機(jī)功率。節(jié)氣門與汽車的加速踏板相連，加速踏板踩到最低位置時，節(jié)氣門轉(zhuǎn)到垂直位置，此時通道的截面積最大；完全松開加速踏板時，節(jié)氣門開度最小，空氣通道的橫截面積最小。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變時，節(jié)氣門開度越大，空氣流速越發(fā)，喉管處的真空度越大，噴管流出的汽油量也隨之增加。此外，節(jié)氣門開度一定時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越大，喉管處的真空度也越大，噴油管中的噴油量增加[4]。

而電控式化油器燃油供給系統(tǒng)則主動控制與被動供油方式的結(jié)合,既能保證供油量的精確控制,又有良好的安全性；保證汽油機(jī)功率不變的前提下,可大幅度地降低燃油消耗率,降低CO、HC排放,但同時應(yīng)考慮NOx升高的影響；使用的零部件相對較少,汽油又處于常壓狀態(tài),其可靠性將大大提高[5]。

三、汽油噴射系統(tǒng)

汽油噴射系統(tǒng)由燃油供給裝置、空氣供給裝置組成。燃油供給裝置中由噴油器直接向進(jìn)氣管中噴射燃油。汽油噴射系統(tǒng)也可以分為機(jī)械式、電子控制式和機(jī)電混合控制式。

(一)單點(diǎn)噴射。單點(diǎn)噴射采用很低的燃油壓力，只有0.1Mpa。它與電控化油器類似，即在多缸發(fā)動機(jī)上只用一個噴油器安裝在節(jié)氣門體的上方，在進(jìn)氣管的一處將燃油直接噴入進(jìn)氣氣流中，然后經(jīng)進(jìn)氣歧管將燃油混合氣分配到各個氣缸之中[6]。

單點(diǎn)噴射系統(tǒng)在性能上優(yōu)于化油器，但略低于多點(diǎn)噴射系統(tǒng)，由于噴油器少，成本要比多點(diǎn)噴射系統(tǒng)低很多。因此具有性價比高，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠以及維修調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。

(二)多點(diǎn)噴射。多點(diǎn)噴射則是每個氣缸都對應(yīng)一個噴油器，噴油器位于對應(yīng)氣道的進(jìn)氣門前方[7]。其中，燃油供給裝置由油箱、汽油泵、汽油濾清器、燃油分配管、壓力調(diào)節(jié)器和噴油器組成?？諝夤┙o裝置由空氣濾清器組成。汽油被汽油泵從油箱里泵出，經(jīng)過汽油濾清器，流經(jīng)燃油分配管，將燃油等壓的、均勻的分配給每個噴油器[7]。

電控多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。它是通過各種傳感器測量各種信號并傳入電控單元ECU中。電控單元ECU根據(jù)這些信號了解發(fā)動機(jī)的工況來控制噴油器噴出的油量。

電控多點(diǎn)噴射燃油供給系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對供油量的精準(zhǔn)把握，每個進(jìn)氣歧管都設(shè)有噴油嘴，混合氣更加均勻，燃燒效率高；在空燃比上的控制更加精確，更加經(jīng)濟(jì)省油；相對來說技術(shù)成熟；但是對油品要求較高。

(三)缸內(nèi)直噴。氣缸內(nèi)直接噴射則是將燃料直接噴入氣缸內(nèi)，需要3-4Mpa的較高壓力的噴射裝置，成本較高，而且還要求噴出的燃料隨氣流分布到整個燃燒室，噴油器的布置與缸內(nèi)的氣流運(yùn)動的組織比較復(fù)雜。

供油系統(tǒng)采用缸內(nèi)直噴設(shè)計的最大優(yōu)勢，就在于燃油是以極高壓力直接注入于燃燒室中，因此除了噴油嘴的構(gòu)造和位置都異于傳統(tǒng)供油系統(tǒng)，在油氣的霧化和混合效率上也更為優(yōu)異。加上近來車上各項電子系統(tǒng)的控制技術(shù)大幅進(jìn)步，計算機(jī)對于進(jìn)氣量與噴油時機(jī)的判讀與控制也愈加精準(zhǔn)，因此在搭配上缸內(nèi)直噴技術(shù)以使得發(fā)動機(jī)的燃燒效率大幅提升下，除了發(fā)動機(jī)得以產(chǎn)生更大動力，對于環(huán)保和節(jié)能也都有正面的幫助[8]。

但是，缸內(nèi)直噴到目前為止仍舊存在很多問題。如其排放總體上要高于工作在理論空燃比下,附加三元催化等尾氣處理裝置的進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)；在稀空燃比條件下,其造成的富氧和較低的排氣溫度使傳統(tǒng)的三元催化器對NOx的轉(zhuǎn)化率不高,混合氣不能充分燃燒,產(chǎn)生積炭；由于噴油壓力低,噴孔沒有自潔能力,很容易積垢,造成噴油量減少、噴霧特性變壞,進(jìn)而使發(fā)動機(jī)的燃燒惡化；理想的混合氣濃度均勻遞降的分層不可能實(shí)現(xiàn),使得精確分層混合氣的控制和燃燒過程組織的難度相當(dāng)大[9]。

那么，今后缸內(nèi)直噴式燃油供給系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是:如何擴(kuò)大其分層稀燃區(qū)域；歧管噴射缸內(nèi)直噴雙噴射系統(tǒng)；發(fā)動機(jī)小型化可以增強(qiáng)汽油機(jī)的實(shí)際負(fù)荷能力并能降低泵氣損失等等[10]。

四、結(jié)束語

目前為止，化油器式燃油供給系統(tǒng)已經(jīng)基本淘汰，單點(diǎn)噴射式燃油供給系統(tǒng)使用較少，現(xiàn)在使用較多的是多點(diǎn)噴射式的燃油供給系統(tǒng)，而缸內(nèi)直噴式的燃油供給系統(tǒng)還亟待研究。如何設(shè)計出燃油經(jīng)濟(jì)性更好，性能更優(yōu)良的供給系統(tǒng)，我們現(xiàn)在任重而道遠(yuǎn)。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造：上冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.2.

[2]朱聿琦.XB1E45F汽油機(jī)的排放控制[J].陜西汽車制造，2008.

[3]謝惠民.使用補(bǔ)給空氣改善汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性[J].現(xiàn)代節(jié)能，1997.

[4]農(nóng)錦.車用汽油機(jī)減速工況污染物排放特性建模研究[D].2002.3.9.

[5]朱棣，唐琦，黃克菲.電控化油器的開發(fā)研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2003.12.03.

[6]李彩鳳.電控汽油機(jī)多點(diǎn)噴射系統(tǒng)及噴油器的選擇[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2004.09.09.

[7]肖浩棟.二氣門電控TJ376Q汽油機(jī)稀混合氣燃燒過程研究[D].2000.2.1

[8]趙永峰，馬秀清.汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)探析及應(yīng)用.無線互聯(lián)科技，2012.7.

[9]馮淵，居鈺生，范圣耀.汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)發(fā)展的分析與研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2010.10.

[10]魏崇亮，郭曉鑫，馮志鵬，李國棟，王兆甲.汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)，2014.10.