摩托車發(fā)動機原理第六章摩托車發(fā)動機的燃油供給系統(tǒng)

第六章摩托車發(fā)動機的燃油供給系統(tǒng)1.1化油器的功能和缺點

化油器的基本原理

化油器在提供燃油的同時，還對燃油進行定量，以適應(yīng)發(fā)動機在不同工況（包括冷起動、暖機、怠速、部分負荷、加速、倒拖及全負荷等工況）下對空氣/燃油混合比的各種特殊要求?；推鞯墓δ馨▋蓚€方面：對燃油進行加工，即使燃油霧化、汽化、擴散并與空氣混合，形成混合氣；控制燃油定量，即控制空氣/燃油混合比（簡稱空燃比）。對于汽油燃料，1kg的燃料完全燃燒需要14.7kg的空氣，故將14.7定為汽油的理論當量空燃比?；推鞯墓δ堞?實際吸入的空氣質(zhì)量/(14.7*輸入的燃油質(zhì)量)=空燃比/14.7

理論上，λ能表征混合氣完全燃燒后空氣過剩的程度（完全燃燒的程度）

λ＞1，則空氣過剩，稱為稀混合氣

λ＜1，則空氣不足，稱為濃混合氣

化油器能隨著發(fā)動機工況的變化自動調(diào)整λ，以滿足對混合氣的要求。但化油器在形成可燃混合氣的過程中存在一定的局限性。過量空氣系數(shù)化油器的缺點1、燃油霧化程度受空氣密度的影響

化油器可看作一個按速度型霧化器原理工作的霧化裝置，它主要依靠燃油和它周圍氣流之間的相對速度將燃油粉碎、霧化。對于汽油這種粘度很小的液體，可以利用下式計算氣流中形成的油液的最大半徑：

rmax≈10a/（ρAω02）空氣密度的降低將使氣流中形成的油滴尺寸增大，即霧化情況惡化，所以車用汽油機在高原行駛時或航空汽油機在高空飛行時，由于空氣稀薄，霧化受到影響?；推鞯娜秉c2、空燃比受空氣密度的影響

在發(fā)動機部分負荷下，化油器生成的混合氣空燃比與空氣密度的平方根成反比。所以，在航空發(fā)動機上隨著飛行高度的增加混合氣會變濃。汽車發(fā)動機在高原或在盛夏高溫季節(jié)行駛時也會出現(xiàn)同樣的問題?；推鞯娜秉c3、多缸機混合氣分配不均勻各缸混合氣分配不均勻包括三個方面（1）各缸混合氣總量不一致；（2）各缸混合氣濃度不一致；（3）各缸混合氣中燃料組分不一致。各缸混合氣總量的不一致不是化油器造成的，各缸混合氣濃度不一致和燃料組分不一致的問題與化油器有關(guān)。

（1）在化油器之后的進氣管中，燃油滴被空氣流加速，使兩者之間的相對速度ω0迅速減小，油滴的最大半徑值迅速增大，油滴呈合并的趨勢；（2）由于進氣管流道的彎曲和氣缸的交替吸氣，流道中各點速度的大小和方向都不一樣，而且隨著時間的推移而急劇變化。已經(jīng)汽化的燃油和較細的油霧，比之霧化較差的油滴更快地加速和減速。于是，進氣歧管中各處混合氣趨于不均勻；（3）化油器中已經(jīng)汽化的燃油會凝結(jié)在進氣歧管壁上；多缸機混合氣分配不均勻的原因（4）較大的油滴會逐漸滯留在進氣歧管壁上，特別是當管壁粗糙、有毛刺，或從流體力學(xué)角度來看設(shè)計不當時，情況更為嚴重。例如氣流急轉(zhuǎn)彎時混合氣中油滴就可能因離心慣性力而被甩出，落在管壁上，與凝結(jié)的燃油一起形成燃油膜，積聚成小股燃油流，在氣流的帶動下流往氣缸。這些油流只流入其中的一個或幾個氣缸，引起各缸混合氣濃度不一致；（5）在流往氣缸的過程中，油流中的易揮發(fā)組分可能比難揮發(fā)組分更多地汽化。所以流入氣缸的燃油流中難揮發(fā)組分濃度較高，造成各缸混合氣燃油組分不一致?；推髦荒苁苟喔讬C中的一個或少數(shù)幾個缸達到最佳空燃比，因而使整機的動力性、經(jīng)濟性和排放等惡化。多缸機混合氣分配不均勻的原因化油器的缺點4、負荷變動造成附加的燃油耗和排放惡化由于化油器發(fā)動機的進氣歧管壁上有燃油膜積聚。進氣歧管的壓力高則燃油不易蒸發(fā)，油膜增厚。反之亦然。發(fā)動機負荷增大、節(jié)氣門開度增大時，由于進氣歧管的壓力升高，混合氣中一部分燃油進入油膜，使混合氣變稀。這一方面影響了發(fā)動機對變工況快速響應(yīng)的能力，另一方面使油膜增厚。增厚的油膜在發(fā)動機負荷減小、節(jié)氣門開度減小時因為進氣歧管的壓力降低而迅速蒸發(fā)，給進入氣缸的混合氣增添了額外的燃油，使原本應(yīng)當減少的燃油量反而增多，混合氣過濃，燃燒不完全，既增大了油耗，又惡化了排放?；推鞯娜秉c5、體積效率較低化油器式發(fā)動機由于兩種原因使得體積效率降低。首先是因為喉管使流動損失增加，降低了吸氣流量。其次是因為化油器發(fā)動機中為了避免在進氣歧管管壁上生成油膜而往往將進氣歧管與排氣岐管置于同側(cè)，令排氣歧管加熱進氣歧管（進氣加熱），這樣一來降低了吸入氣缸的充量的密度，進而降低體積效率?；推鞯娜秉c6、化油器結(jié)冰化油器在工作過程中有兩個原因會造成降溫。燃油蒸發(fā)時吸收汽化潛熱喉管中流速升高，壓力和溫度下降燃油汽化速率主要取決于當?shù)氐膲毫蜌饬魉俣?。凡是壓力低、氣流速度高的地方，只要有足夠的燃油便會因汽化而形成大的溫降?/p>

化油器的缺點7、浮子式化油器的工作受發(fā)動機姿勢的影響浮子式化油器喉管中的燃油噴嘴出口應(yīng)比浮于室中的油面高出一定高度方能正常工作。當發(fā)動機姿勢偏離正常的工作位置時，化油器的工作會受到影響甚至漏油、起火。如果說在某些偏差不太大的場合，如汽車上、下坡時這種影響尚能接受的話，那么在航空發(fā)動機中當飛機作不同的飛行動作時這種影響就不能不考慮了。浮于式化油器的構(gòu)造決定了它不能適應(yīng)飛機在豎直平面內(nèi)翻筋斗或作翻滾、大坡度爬升等飛行動作的要求。

化油器的缺點8、發(fā)動機倒拖影響排放和油耗

當發(fā)動機被倒拖，即點火關(guān)閉、離合器接臺、變速箱掛上前進檔，汽車因慣性而帶動發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，借此對汽車實施制動作用時，如不采取專門措施，則化油器依舊將燃油送入氣缸。這些燃油不經(jīng)燃燒便從發(fā)動機排出，既增加油耗，又污染環(huán)境。化油特性

在汽油機運行時，各工況對混合比的要求是不同的。例如:汽油機在各種轉(zhuǎn)速下全負荷運行時，節(jié)氣門全開，化油器應(yīng)提供適當加濃的功率混合氣。空燃比α=12～14；當汽油機按中等負荷運行即節(jié)氣門部分開度時，應(yīng)有最好的經(jīng)濟性，空燃比α=17左右；當汽油機怠速運轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門接近全關(guān)，為保證穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，需供給更濃的混合氣，空燃比。α=10～12.4。理想化油器應(yīng)是能全面滿足上述各工況混合比特性要求的化油器。

一、理想化油器特性理想化油器特性在滿足最佳性能要求的前提下，混合氣成分隨負荷（或充氣流量）的變化關(guān)系如圖5-14所示。由圖可知，隨負荷增加，混合氣逐漸變稀，小負荷范圍內(nèi)變化較陡，中等負荷范圍內(nèi)曲線變化較平緩，當接近滿負荷時，混合氣變濃。二、簡單化油器特性圖5-15為簡單化油器示意圖。它僅有一根由油量孔２控制的主噴管８，插在喉管截面最小處，由空氣流經(jīng)喉管時壓力下降所造成的真空度將燃油吸出。該處的真空度大小取決于喉管尺寸、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度。若發(fā)動機用簡單化油器并運行怠速及小負荷時，混合氣太??；在大負荷時混合氣過濃，其特性如圖5-16所示。簡單化油器特性與理想化油器特性差別很大，不能滿足使用要求。摩托車用化油器絕大多數(shù)為柱塞市可變喉管化油器拉線柱塞市真空自動控制柱塞市圖６－９三種化油器喉管真空度比較三、理想化油器特性的實現(xiàn)

為使簡單化油器特性接近理想化油器特性，必須對簡單化油器進行校正。

（一）主供油系的校正

由簡單化油器結(jié)構(gòu)可知，燃料流出量單純受喉管真空的限制。隨喉管真空度增加，燃料流量增加的速率超過空氣流量增加的速率，使混合氣變濃。不符合理想化油器特性，因而，應(yīng)采取抑制燃料流量的增長速率或增大空氣流量增長速率的措施。目前最廣泛采用的校正措施是滲入空氣法校正系統(tǒng)。

圖5-17為滲入空氣法校正的主供油系統(tǒng)。它在簡單化油器的基礎(chǔ)上，在主量孔1后的主油井3中插入了通空氣的泡沫管6,泡沫管上部有空氣量孔5限制空氣的流人，中下部有幾排與主油井相通的泡沫孔2。校正的原理是:當化油器開始工作時，主噴口4處存在壓差，使油井中液面上升，油井里充滿燃油，而泡沫管中的液面下降，同時空氣自量孔5也進人空氣室，同簡單化油器一樣，最初供油階段是混合氣逐漸變濃。隨著喉管真空度增大，泡沫管中液面繼續(xù)下降至露出第一排泡沫孔，空氣流入主油井3。在油井中與燃油混合，形成泡沫狀燃油從主管噴出，由于空氣滲入受空氣量孔限制，使主量孔處的壓力低于大氣壓力而高于喉管處壓力，降低了主量孔1處的真空度，也就降低了燃油的流速和流量，使混合氣變稀。相當于降低了喉管真空度的簡單化油器工作情況，使化油器沿較小斜率的特性工作（圖5-18中曲線1）

當喉管真空度繼續(xù)增大，泡沫管液面進一步下降并依次露出第二排、第三排泡沫管時，由于空氣的不斷滲入，主量孔處的真空度進一步減小，使得隨喉管真空度的增大，燃油流量的增長速率小于空氣流量的增長速率，通過泡沫管的逐級作用，實現(xiàn)補償過程。分別得到圖5-18中曲線2、曲線3。采用空氣量孔及泡沫管的滲入空氣法，不僅可達到化油器校正的目的，而且它是以燃油混合狀態(tài)噴人喉管的，還可以促進燃油的噴散與霧化。

通過主供油系的校正，化油器可在部分負荷情況符合要求?？勺兒砉苎a償法在摩托車用可變喉管化油器上，都在柱塞上加裝一個帶錐度的油針，其錐部插入噴管中。圖6-26油針上升與主噴管出油口環(huán)形面積變化。（二）滿負荷加濃與怠速加濃l、滿負荷加濃

發(fā)動機全負荷運行時，為獲得最大功率，化油器需要提供濃的功率混合氣，通常需要另設(shè)加濃系統(tǒng)，保證必要時加濃混合氣，為了滿足要求，在主量孔之后引入旁路加濃燃油，并通過主量孔一起噴入喉管，加濃量由加濃閥行程及加濃量孔控制。

加濃裝置有兩類，一類是機械加濃裝置，它靠節(jié)氣門開度位置控制加濃裝置起作用。不論發(fā)動機在什么轉(zhuǎn)速下工作，均在接近滿負荷時才開始加濃，其開始作用點約在節(jié)氣門全開前10%左右。另一類是真空加濃裝置，它是當發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降或節(jié)氣門開度加大，使進氣管真空度減至某值后，開始實現(xiàn)加濃。圖5-19為節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速與進氣管真空度的關(guān)系，圖中示出了兩類加濃裝置起作用的時間。2.怠速加濃發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門開度很小，節(jié)氣門之后的真空度很大，因此，設(shè)置在節(jié)氣門之后的怠速油孔可保證在怠速和小負荷時獲得所需的濃混合氣（圖5-20）

為了保證怠速油系供油延長到節(jié)氣門較大的開度，使之與主油系更好地銜接，在怠速油孔之上還設(shè)有過度孔（圖5-21）在主供油系上設(shè)置加濃裝置和怠速油系以后，化油器便可按理想供油特性在穩(wěn)態(tài)工況下工作。（三）變工況下化油器的校正

當發(fā)動機處于變工況（加速、減速、起動）下工作時，由于節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速的不斷變化，使化油器進氣管壓力及溫度、進氣管中燃料的汽化條件、混合氣數(shù)量及成分都會引起劇烈的變化，為保證發(fā)動機變工況下正常工作，化油器供給的混合氣成分應(yīng)能適應(yīng)這種變化。1.加速過程加速時，節(jié)氣門突然開大，油量增加滯后于空氣量增加，加之進氣管真空度降低，燃料汽化條件變差，使混合氣成分瞬時變稀，發(fā)動機扭矩上升滯后，各點扭矩值較穩(wěn)定工況下降很多，如圖5-22所示，這將造成發(fā)動機動力性下降，可能會出現(xiàn)缺火與放炮。

為此，設(shè)置加速泵向喉管額外供應(yīng)適量的加速油量。當節(jié)氣門緩開時，加速泵下的燃油經(jīng)進油閥返回浮子室，不起加濃作用（圖5-23）。2.起動過程起動時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速極低，流經(jīng)喉管的氣流速度較低，在主噴口處油不易吸出，加之進氣管溫度較低，即使吸出油，油蒸氣蒸發(fā)量也很少，使發(fā)動機難以起動。為此，設(shè)置起動系統(tǒng)，供給更多的汽油使總的混合氣成分大大加濃，保證汽油機在低溫下著火。圖5-24所示為常用阻風門裝置。

阻風門設(shè)置在喉管之前，當阻風門關(guān)閉后，化油器的喉管，混合室均處于高真空度之下，使主油系、怠速油系、加速油系都可能供油，以滿足起動需要的混合氣濃度。四、化油器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對發(fā)動機性能的影響喉管直徑Dn主量孔尺寸油針錐度及粗細主噴嘴主空氣量孔柱塞切角高度主噴套舌五、汽油噴射系統(tǒng)理想供油特性

汽油噴射系統(tǒng)與化油器混合氣形成方式不同。其進入氣缸的混合氣成分既取決于吸入空氣量，又取決于噴油泵噴射的燃料量，電子控制的汽油噴射系統(tǒng)以發(fā)動機轉(zhuǎn)速和空氣量為依據(jù)。由電子控制器接受轉(zhuǎn)速、空氣流量、節(jié)氣門開度、機器熱狀態(tài)及排氣含氧量等傳感器的信號，經(jīng)處理后將控制信號輸送至噴嘴，通過控制噴嘴啟閉時間長短改變供油量（即控制了混合氣的濃度），使噴油量兼顧到各種變化因素，可以做到隨負荷變化按理想混合比供油。1.2汽油噴射的發(fā)展1、二戰(zhàn)以前1906年開始試驗將汽油噴射用于二沖程和四沖程航空發(fā)動機；德國BOSCH（博世）公司在1912年進行了汽油噴射初步試驗；美國空軍1925年6月11日正式立項開發(fā)機械式汽油噴射裝置。1933年9月，第一架裝汽油噴射裝置的飛機交付使用1937年，Daimler-Benz公司的DB601A型發(fā)動機作為德國第一臺汽油噴射航空發(fā)動機投入批量生產(chǎn)

這一時期汽油噴射以航空為主，采用機械控制；美國采用進氣口噴射，德國則直接往氣缸內(nèi)噴射。汽油噴射的興起2、二戰(zhàn)以后，轉(zhuǎn)入車用

Daimler-Benz公司1952年在300型轎車3.0L四沖程發(fā)動機上安裝汽油噴射裝置，獲得良好結(jié)果

1955和1956年，美國人對汽油噴射汽車發(fā)動機的興趣空前高漲。美國GM（通用汽車）公司1957年生產(chǎn)的Chevrolet（雪佛蘭）牌轎車已將汽油噴射作為選購件向客戶推出

這一時期的汽油噴射裝置都是機械控制的，二沖程逐漸讓位于四沖程，缸內(nèi)噴射逐漸讓位于進氣口噴射汽油噴射的興起3、電子控制階段1957年Bendix公司在底特律的汽車工程學(xué)會年會上正式推出了電子控制汽油噴射系統(tǒng)次年，BOSCH公司開發(fā)成功D-Jetronic電子控制汽油噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速-密度法進行燃油定量控制BOSCH公司1973年開發(fā)出LE-Jetronic電子控制汽油噴射系統(tǒng)，采用阻流板式空氣流量計代替D-Jetronic的進氣歧管壓力傳感器提供負荷信息。BOSCH公司1973年與L-Jetronic同時開發(fā)成機械-液力控制的K-Jetronic汽油噴射的興起1979年BOSCH公司將點火提前角電子控制與燃油定量電子控制融為一體，開發(fā)出Motronic，并引入爆震控制、排氣再循環(huán)等，以滿足更趨嚴格的性能和排放要求，其電子控制范圍覆蓋整個發(fā)動機，故稱為發(fā)動機管理系統(tǒng)。BOSCH公司在1982年開發(fā)出幾個氣缸合用一個噴油器的單點噴射電子控制汽油噴射系統(tǒng)Mono-Jetronic，1990年在這個系統(tǒng)中引入點火提前角的電子控制，稱為Mono-Motronic1995年上國際汽車展覽會上，日本三菱（Mitsubishi）公司推出了一臺采用剛獲得專利的缸內(nèi)汽油噴射技術(shù)的發(fā)動機。兩年后，同是在上海國際汽車展覽會上，三菱公司展出了采用上述技術(shù)成批生產(chǎn)的發(fā)動機，并定名為GDI（GasolineDirectInjection汽油直接噴射）二沖程發(fā)動機的汽油噴射也曾在幾十年前因遭遇一些困難而受到冷落。但現(xiàn)在澳大利亞的Orbtial（澳必托）公司提出的OCP（澳必托燃燒過程）通過采用夾氣缸內(nèi)直接噴射技術(shù)，為二沖程汽油噴射開辟了新的途徑。1.3汽油噴射的分類1、按噴油器數(shù)量分多點噴射多點噴射系統(tǒng)中，每個氣缸有一個專用的噴油器用于為該氣缸提供汽油（見圖1-3）。屬于多點噴射（MultiPointInjection，縮寫為MPI）的有BOSCH的L-Jetronic、Motronic等系統(tǒng)。（包括進氣管噴射、缸內(nèi)直接噴射）單點噴射

單點噴射系統(tǒng)中，幾個氣缸共用一個噴油器生成混臺氣（見圖1-4）。單點噴射（SinglePointInjection,縮寫為SPI）因噴油器在節(jié)氣門體上噴油而得名節(jié)氣門體噴射（ThrottleBodyInjection，縮寫為TBI）又因各缸由一個噴油器集中供油，故又稱集中噴射或中央噴射（CentralFuelInjection，縮寫為CFI）。屬于此類的有BOSCH公司的Mono-Jetronic和Mono-Motronic等系統(tǒng)

1.3汽油噴射的分類2、按噴油地點分噴入氣缸與柴油機一樣，直接將燃油噴入氣缸。這種燃油噴射又稱為直接噴射（DirectInjection，縮寫為DI），見圖1-5噴在進氣門前噴油器裝在進氣管上，燃油噴在進氣門前，又稱進氣口噴射（PortFuelInjection，縮寫為PFI）（見圖1-6）。顯然只有多點噴射才能采用上述兩種噴射方式噴在節(jié)氣門上噴油器裝在節(jié)氣門體上，燃油噴在節(jié)氣門閥板上，用于單點噴射，即節(jié)氣門體噴射（ThrottleBodyInjection，縮寫為TBI），見圖l-4。1.3汽油噴射的分類3、按噴油的連續(xù)性分連續(xù)噴射在發(fā)動機運行過程中連續(xù)不斷地噴油，如BOSCH公司的K-Jetronic和KE-Jectronic。連續(xù)噴射不能用于直接噴入氣缸。

間歇噴射此時發(fā)動機一個工作循環(huán)中只在一定的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)噴油。間歇噴射既可用于多點噴射，又可用于單點噴射；既可用于噴入氣缸，也可用于噴在進氣門前或噴在節(jié)氣門上。目前生產(chǎn)的汽油噴射裝置幾乎都采用間歇噴射。1.3汽油噴射的分類4、多點間歇噴射按各缸噴油相位分同時噴射各缸噴油器同時噴油。此時各缸噴油相位不同。顯然不能用于直接噴射。成組噴射各缸噴油器分成若干組。同組噴油器同時噴油。組與組之間以均勻的曲軸轉(zhuǎn)角間隔噴油。

順序噴射各缸噴油器都在各自固定的曲軸相位噴油，效果最佳，這種噴射方式目前較盛行。1.3汽油噴射的分類5、按汽油順射控制方式分機械控制通過機械裝置將發(fā)動機負荷、轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、進氣溫度、大氣壓力等信息傳遞給噴油裝置以實現(xiàn)燃油定量控制。這類控制的精確度較差，早已被電子控制取代。電子控制利用傳感器采集發(fā)動機負荷、轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度等等信息，利用電子控制單元對這些信息進行分析處理,最終由電子控制單元發(fā)出指令，通過電動燃油泵、噴油器等執(zhí)行器控制燃油定量?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機汽油噴射裝置都是電子控制的。1.3汽油噴射的分類6、電子控制按負荷信息傳感方法分間接傳感用轉(zhuǎn)速-密度法或轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)角法確定每循環(huán)吸氣量。

直接傳感用空氣流量傳感器直接測定單位時間吸氣量，再根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速算出每循環(huán)吸氣量。7、電子控制接信息處理方式分模擬式采用模擬電路處理數(shù)據(jù)（信息）早期用于D-Jetronic和L-Jetronic等，現(xiàn)已淘汰。數(shù)字式采用數(shù)字電路處理數(shù)據(jù)，目前為電子控制汽油噴射所普遍采用1.3汽油噴射的分類8、電子控制按信息流動方式分開環(huán)控制開環(huán)控制時ECU并不知曉執(zhí)行器執(zhí)行指令后的實際效果。閉環(huán)控制閉環(huán)控制時ECU通過傳感器監(jiān)測指令執(zhí)行后某一個特定參數(shù)的變化，并將該參數(shù)的實測值與設(shè)定值對比，在兩者不一致時調(diào)整指令使之達到一致。9、閉環(huán)控制按信息反饋算法分比例積分微分（PID）控制算法模糊（Fuzzy）控制算法1.4汽油噴射的優(yōu)缺點

汽油噴射本身相對于化油器系統(tǒng)而言，具備一系列的優(yōu)點。汽油噴射的優(yōu)點1、混合氣生成的質(zhì)量不受空氣密度的影響2、空燃比不受空氣密度的影響3、多點噴射的場合不存在多缸機混合氣分配不均勻的問題4、多點噴射的場合負荷變動不會造成附加油耗和排放惡化5、多點噴射的場合，過渡工況的性能得到改善汽油噴射的優(yōu)點6、體積效率增大7、減少了混合氣生成系統(tǒng)結(jié)冰的危險8、汽油噴射系統(tǒng)的工作不受發(fā)動機姿勢的影響9、發(fā)動機斷油方便10、降低缸內(nèi)溫度11、可增大氣門疊開角，實現(xiàn)純空氣掃氣12、便于實現(xiàn)分層充量、稀薄燃燒汽油噴射的優(yōu)點13、燃油定量精確14、降低油耗，延長壽命15、確定工作的轉(zhuǎn)速范圍大16、降低了發(fā)動機高度17、燃油定量對燃油粘度不敏感汽油噴射的缺點系統(tǒng)復(fù)雜、價格高昂、維修較難，對燃油的潔凈度要求較高而且要求控制燃油的凝膠含量，否則容易堵塞噴油器，在進氣門背面形成積碳。特別是中國的汽油多采用熱裂催化工藝生產(chǎn)，烯烴含量超過30％，更有必要加入清凈劑。但加入過多也會使燃燒室內(nèi)形成沉積物。

1.5汽油噴射與電子控制1、汽油噴射電子控制系統(tǒng)的組成

與一般的電子控制系統(tǒng)一樣，汽油噴射電子控制系統(tǒng)也是由三部分組成的，即傳感器，電子控制單元和執(zhí)行器。傳感器傳感器的功能是將傳遞發(fā)動機狀態(tài)信息的各種非電物理量轉(zhuǎn)變成電信號輸送給電子控制單元。汽車發(fā)動機燃油定量控制常用的傳感器包括：

負荷傳感器直接或間接測定空氣流量，進而算出每循環(huán)吸氣量；

轉(zhuǎn)速傳感器測定曲軸轉(zhuǎn)速；

曲軸位置傳感器測定離開第1缸上止左的曲軸轉(zhuǎn)角；

凸輪軸位置傳感器；節(jié)氣門位置傳感器；冷卻液溫度傳感器；進氣溫度傳感器；大氣壓力傳感器；進氣歧管絕對壓力傳感器；空調(diào)制冷劑壓力傳感器；氧傳感器；缸內(nèi)壓力傳感器等。1.5汽油噴射與電子控制電子控制單元電子控制單元（ElectronicControlUnit簡寫為ECU）的功能是分析和處理由傳感器提供的發(fā)動機的各種信息，發(fā)出指令給各種執(zhí)行器，借此控制發(fā)動機。早年ECU采用模擬電路技術(shù)，近年則改用數(shù)字電路技術(shù)。ECU的核心部件是模擬式或數(shù)字式微型計算機。執(zhí)行器執(zhí)行器的功能是執(zhí)行ECU發(fā)出的指令，完成燃油定量控制的任務(wù)。用于燃油定量控制的執(zhí)行器主要包括：電動燃油泵和電磁噴油器。現(xiàn)代汽油機電子控制已經(jīng)遠遠超出了汽油噴射的范圍，因此汽油機電子控制所用的傳感器和執(zhí)行器也不止上述這些。1.5汽油噴射與電子控制2、汽油機電子控制的多樣性今天已經(jīng)實用化了的汽油機電子控制項目至少覆蓋以下范圍：燃油定量電子控制；點火正時電子控制；油箱蒸發(fā)排放電子控制；怠速轉(zhuǎn)速電子控制；爆震電子控制；增壓壓力電子控制；排氣再循環(huán)電子控制；二次空氣電子控制；可變氣門正時電子控制；可變進氣系統(tǒng)電子控制；冷卻風扇電子控制；空調(diào)壓縮機電子控制；稀薄燃燒電子控制等。由此可見汽油機電子控制的內(nèi)涵遠比電子控制汽油噴射豐富。除燃油定量電子控制以外還兼有點火正時等其他電子控制項目的系統(tǒng)應(yīng)稱為發(fā)動機管理系統(tǒng)（EngineManagementSystem，縮寫為EMS），又稱為發(fā)動機電子控制系統(tǒng)。1.5汽油噴射與電子控制3、汽油機電子控制中的控制變量

控制變量就是ECU借以決定發(fā)出何種指令給執(zhí)行器的變量，例如汽油機的負荷、轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、進氣溫度、進氣壓力等參數(shù)。一般說來每個傳感器都提供一種控制變量的信息。

汽油機電子控制系統(tǒng)眾多的控制變量中，有兩個控制變量最為重要，稱為主控制變量，即發(fā)動機的負荷和轉(zhuǎn)速。其他控制變量稱為輔助控制變量在汽油機中，每循環(huán)吸氣量代表了負荷的大小。而在已知發(fā)動機轉(zhuǎn)速的情況下，可以根據(jù)單位時間的吸氣量算出每循環(huán)吸氣量。通常將進入發(fā)動機的空氣流量當作負荷信息。

1.5汽油噴射與電子控制發(fā)動機電子控制的基本過程：電子控制單元ECU根據(jù)由傳感器提供的主控制變量的信息→確定基本噴油量和基本點火提前角等，→然后根據(jù)其他輔助控制變量如冷卻液溫度、進氣溫度等的信息對基本噴油量和基本點火提前角進行修正，→得出最終的噴油量和點火提前角等數(shù)據(jù)，→并根據(jù)這些數(shù)據(jù)發(fā)出指令給執(zhí)行器，對發(fā)動機實施控制。輔助變量的作用：（1）提高控制精度，例如冷卻液溫度、進氣溫度、大氣壓力、蓄電池電壓等；（2）通過閉環(huán)控制實現(xiàn)某個預(yù)定的目標，例如氧傳感器提供的關(guān)于混合氣中是氧過剩（稱為稀混合氣）還是燃油過剩（稱為濃混合氣）的信息、爆震傳感器提供的爆震信息等；（3）實現(xiàn)過渡工況控制，例如節(jié)氣門位置等。

1.5汽油噴射與電子控制4、汽油機電子控制系統(tǒng)中的信息流動過程

1.5汽油噴射與電子控制5、汽油機電子控制系統(tǒng)的作用

電子控制系統(tǒng)不能改變發(fā)動機的工況。只有駕駛員或發(fā)動機運行的外部環(huán)境條件才能改變發(fā)動機的主控制變量進而改變發(fā)動機工況。例如通過改變節(jié)氣門的開度來改變空氣流量，可以改變發(fā)動機工況。又如汽車由平路駛向上坡，在其他條件不變的情況下發(fā)動機轉(zhuǎn)速會下降，也改變了發(fā)動機工況。1.5汽油噴射與電子控制6、汽油機電子控制的優(yōu)越性相對于機械控制而言，汽油噴射電子控制具有無與倫比的優(yōu)越性，這些優(yōu)越性同樣體現(xiàn)在整個汽油機的電子控制中：l）控制元件引起的偏差較小控制元件的尺寸和性能偏差會使控制精度下降。在機械控制的場合，控制元件的機械加工尺寸偏差和磨損造成的尺寸偏差都會帶來較大的控制偏差。可是電子控制元件的性能偏差相對較小,而且不存在磨損問題，所以電子控制元件帶來的偏差較小。2）控制精細控制裝置對轉(zhuǎn)速、負荷等工況參數(shù)的分辨率高，因此電子控制比機械控制精細。1.5汽油噴射與電子控制3）對一個工況的優(yōu)化控制不影響對其他工況的優(yōu)化控制化油器的性能參數(shù)是連續(xù)的，選擇化油器結(jié)構(gòu)參數(shù)時如果照顧到發(fā)動機低速性能就可能難以照顧到高速性能?；推髟诟鞣N工況下實際達到的空燃比不可能與發(fā)動機在該工況下要求達到的最佳空燃比完全一致。因此，不可能在所有工況下都實現(xiàn)空燃比的最佳控制。在機械控制汽油噴射系統(tǒng)中也有同樣的問題。但是，在數(shù)字式電子控制的場合，不同工況下的控制數(shù)據(jù)貯存在計算機的各個存貯單元中，它們是孤立的、離散的互不相關(guān)的，因此對每一個工況都可以實現(xiàn)最佳控制。4）可以考慮更多的控制變量電子元件—傳感器可以從發(fā)動機提取幾乎全部的狀態(tài)信息供ECU處理。這使汽油機電子控制比機械控制具有更高的精度和更強的功能。1.5汽油噴射與電子控制5）可以執(zhí)行更多的控制項目與傳感器在發(fā)動機狀態(tài)信息的探測方面給電子控制帶來優(yōu)越性一樣，電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行器也帶來很大的優(yōu)越性，它們可以執(zhí)行機械執(zhí)行機構(gòu)很難甚至無法執(zhí)行的許多任務(wù)，例如怠速轉(zhuǎn)速電子控制、爆震電子控制、可變進氣系統(tǒng)電子控制等。6）可以實現(xiàn)閉環(huán)控制

發(fā)動機控制的任務(wù)就是根據(jù)發(fā)動機當時的工況來調(diào)節(jié)一系列參數(shù)使之優(yōu)化。而閉環(huán)控制則可將發(fā)動機某一特定參數(shù)調(diào)節(jié)到預(yù)定目標值。機械控制的場合，如果說發(fā)動機工況參數(shù)的信息可以通過機械控制裝置對執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生影響的話，那么這種影響對發(fā)動機產(chǎn)生的結(jié)果卻難以反饋給機械控制裝置。而電子控制系統(tǒng)借助于傳感器，很容易將執(zhí)行器指令執(zhí)行結(jié)果的信息反饋給控制裝置，形成閉環(huán)控制。1.5汽油噴射與電子控制7）響應(yīng)迅速任何機械裝置都有間隙和慣性，流體都有摩擦，特別是氣體還有可壓縮性。所以涉及機械和流體的控制系統(tǒng)往往會產(chǎn)生信息傳遞和處理的遲延。這種遲延雖然極其短暫，卻是存在的，有時會產(chǎn)生不良影響。例如化油器中的泡沫管可以抑制在從怠速進入部分負荷時混合氣變濃的現(xiàn)象，但負荷突然加大之初泡沫管就來不及發(fā)揮作用。電子控制系統(tǒng)則不同，因為它的信息傳遞過程瞬息完成。1.5汽油噴射與電子控制化油器和電控汽油噴射在混合氣形成方式的優(yōu)缺點的比較

1）汽油噴射系統(tǒng)用電腦控制，通電時間計算準確，并在油量計量中進行包括空氣流量、轉(zhuǎn)速在內(nèi)的多因素修正，提高了油量計量與控制的精度。2）供油系統(tǒng)采用正壓力輸送及噴射，霧化質(zhì)量好，改善了燃燒過程，有利于提高整機經(jīng)濟性。3）電控技術(shù)的應(yīng)用有利于改養(yǎng)瞬態(tài)響應(yīng)性能，實現(xiàn)反饋控制，這對改善整機加速性能及排放性能都是有利的。4）采用多點順序噴射，改善了各缸分配的均勻性，避免燃油在進氣管中沉積。5）取消了化油器喉管，提高了充氣效率，有利于改善整機動力性。5.5汽油機的燃燒室

一、燃燒室設(shè)計原則

汽油機燃燒室的設(shè)計對發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性、工作穩(wěn)定性及排放特性有很大影響，為此，燃燒室的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求。

（一）結(jié)構(gòu)盡量緊湊

用燃燒室的面容比—燃燒室表面積與其容積之比來表征燃燒室的緊湊性。面容比小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，燃燒可在短時間內(nèi)完成、使爆燃傾向減小，還可以提高發(fā)動機壓縮比。同時，由于單位體積的表面積較小，相對散熱面積小，熱損失減小，發(fā)動機熱效率高，面容比小，使缸壁激冷區(qū)減小，hc排放量減少。燃燒室面容比大小取決于氣缸直徑與然燒室的形狀，在采用小燃燒室情況下，為減少單位體積的表面積，多用半球形燃燒室。（二）火花塞位置適當

火花塞位置不同，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒速度的變化率也不同，從而影響汽油機的工作性能，為此，確定火花塞位置時，應(yīng)考慮以下幾個方面：

1）應(yīng)使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，如火花塞布置在燃燒室中央。

2）使末端氣體受熱減少，如火花塞布置在排氣門附近。

3）減少各循環(huán)之間的燃燒變動，保證暖機和低速穩(wěn)定性好，如火花塞布置在進、排氣門之間，便于利用新鮮混合氣掃除火花塞周圍的殘余廢氣，使混合氣易于點燃，同時應(yīng)控制氣流的強度，避免吹散火花。

4）確保發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，火花塞的位置應(yīng)能使從火花塞傳播開的火焰面逐漸擴大。（三）燃燒室形狀合理分布

燃燒室的容積分布情況反映了混合氣體的分布情況。與火花塞位置相配合，決定了燃燒的放熱規(guī)律、壓力上升速度及工作穩(wěn)定性等，用不同形狀的燃燒室試驗結(jié)果如圖5-25所示。當圓鏈形燃燒室在其底部點火時，燃燒速率先快后慢，楔形燃燒室與此類似，在圓鏈形燃燒室頂部點火時，燃燒速率先慢后快，圓柱形的情況介于兩者之間，浴盆形燃燒室與此類似。

總之，燃燒室的容積分布應(yīng)配合火花塞的位置考慮，最有利的分布是使燃燒過程初期壓力升高率較小，發(fā)動機工作柔和，中期放熱量最多，以獲得較大的循環(huán)功。后期補燃鉸小，具有高的熱效率。（四）具有高的充氣效率進氣口、進氣道的布置盡量減小進氣阻力，提高進氣充量。燃燒室的形狀應(yīng)考慮允許有較大的進氣門直徑，如果楔形燃燒室可安排直徑較大的進氣門，混合氣流經(jīng)處應(yīng)盡量光滑、轉(zhuǎn)彎少，圖5-26為半球形和斜浴盆形燃燒室充量系數(shù)的比較。半球形燃燒室的進氣通道彎道少，且燃燒室弓高稍高（斜面積大）利于布置較大面積的進排氣門，因此性能好，充量效率高。（五）形成適當?shù)奈闪鬟\動燃燒室內(nèi)形成適當強度的氣體流動可以加快火焰?zhèn)鞑?增加末端混合氣的冷卻；減少循環(huán)間燃燒變動，擴大混合氣體著火界限，利于燃燒更稀混合氣;減少hc排放量，但紊流過強，向缸壁傳熱損失增加，還可能吹熄火核而失火，反而使hc排放增多。圖5-27所示為紊流適宜和紊流過強時燃燒壓力變化的比較?？梢姡闪鬟^強時，即使點火提前角減小，壓力升高率仍較高，使工作粗暴，熱效率降低。實踐證明，紊流強度使壓力升高率為196-245(千帕/度）時，發(fā)動機熱效率最高。

汽油機產(chǎn)生紊流的方法有進氣渦流和擠流兩種。

1進氣渦流

進氣渦流是利用進氣口和進氣道的形狀在進氣過程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運動，由于進氣渦流加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提高了燃燒速率，使熱效率提高。圖5-28所示為天津7100轎車用發(fā)動機組織進氣渦流的實例。組織進氣渦流的同時會使進氣阻力增加，充氣效率下降，在低速低負荷時難以獲得良好的進氣渦流。故只依靠進氣渦流的燃燒室非常少，通常配合組織進氣擠流。2擠流

擠流是當活塞接近壓縮行程終點時，利用其頂部和缸蓋底面之間的狹小間隙(稱擠氣間隙）將混合氣擠入主燃燒室內(nèi)而產(chǎn)生，可利用燃燒室形狀來控制渦流的大小和發(fā)生位置以及在燃燒室內(nèi)擾動的形成及其強度。圖5-29為擠流式燃燒室。壓縮擠流的最大速度出現(xiàn)在壓縮行程上止點前，因而加快了速燃期內(nèi)的火焰?zhèn)鞑ィ谷紵杆?，同時離火花塞最遠的邊緣氣體因受兩個冷表面的影響，容易散熱，對抗爆性有利，但擠氣間隙過小時會增加hc排放量。一般擠氣渦流不會引起充量系數(shù)下降，且可在節(jié)氣門開度小時獲得良好的紊流效果。小結(jié)：

發(fā)動機的燃燒過程是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^程。對燃燒過程的基本要求是完全、及時、正常。

汽油機的燃燒過程分為著火落后期、明顯燃燒期、補燃期。為提高發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性，且工作柔和，希望壓力升高率λp=175～250kpa/（°），燃燒最高壓力Pzmax出現(xiàn)在上止點后12°～15°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)。

燃燒速度是指單位時間燃燒的混合氣量。它與火焰前鋒面積、未燃混合氣密度、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊纫蛩赜嘘P(guān)。增大火焰?zhèn)鞑ニ俣龋醇訌娙紵覂?nèi)的紊流運動、混合氣的過量空氣系數(shù)φat=0.85～0.95、增加混合氣的初始溫度）、合理利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位置的配合、增大未燃混合氣密度，均可提高燃燒速度。

汽油機的不規(guī)則燃燒是指各循環(huán)間的燃燒變動和各缸間燃燒差異。由于這些差異使汽油機功率下降，油耗率上升。

汽油機的不正常燃燒包括爆燃和表面點火。爆燃是末端混合氣的自燃現(xiàn)象。嚴重爆燃時會產(chǎn)生尖銳的金屬敲擊聲，使發(fā)動機機件過載、燒損、性能指標下降。發(fā)動機低速大負荷時容易爆燃。表面點火是混合氣被熾熱表面點燃的現(xiàn)象。早燃是火花塞點火前的表面點火現(xiàn)象，早燃使發(fā)動機性能指標下降，運轉(zhuǎn)粗暴增加。

汽油機混合氣形成的方式主要有兩類：一類是化油器式，另一類是汽油噴射式。它們在結(jié)構(gòu)與供油方法上有所不同，但它們都屬于在氣缸外部形成混合氣，都是依靠控制節(jié)流閥開閉來調(diào)節(jié)混合氣數(shù)量的。附錄資料：不需要的可以自行刪除2023/3/14甲醇合成工藝介紹一、課題的研究背景和意義甲醇是一種具有多種用途的基本有機化工產(chǎn)品，除了在化工方面的多種應(yīng)用外，它還可以作為清潔燃料在汽車中代替汽油或與汽油摻混使用，以甲醇為燃料的燃料電池也即將投入商業(yè)運行。另外，甲醇在變壓吸附制氫中作為裂解原料也得到了初步利用。另一方面，用甲醇制取微生物蛋白(SCP)作為飼料乃至食品添加劑有著巨大的市場潛力。二、甲醇的合成方法及流程

（1）木材干餾法

在1924年以前，甲醇幾乎全部是用木材分解干餾來生產(chǎn)的。甲醇的世界產(chǎn)量當時只有4500t。用60－100kg木材干餾只能獲得約1kg的甲醇，1m3白樺木只能制得5－6kg的甲醇，而1m3的針葉樹木只能得到2－3kg的甲醇。這種“森林化學(xué)”的甲醇含有丙酮和其他雜質(zhì)，要從甲醇中除去這些雜質(zhì)比較困難。由于甲醇的需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。因此人們開始采用化學(xué)合成的方法生產(chǎn)甲醇。（2）氣相合成甲醇法氣相合成甲醇的主要反應(yīng)式為：CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol①當有CO2存在時，CO2按下列反應(yīng)生成甲醇：CO2+H2＝CO+H2O(g) △H=+41.3kJ/mol ②CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol ③上述②、③兩步的總反應(yīng)式為：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol副反應(yīng)產(chǎn)物：成烴、高碳醇、醚、醛、酸、酯及單質(zhì)碳等；反應(yīng)特點：強放熱反應(yīng)；

以甲烷或者一氧化碳與氫氣的混合氣為原料氣合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓三種方法。高壓法：即用二氧化碳與氫在高溫（340－420℃）高壓（30.0－50.0MPa）下用鋅-鉻氧化物催化劑合成甲醇。用此法生產(chǎn)甲醇已有七十多年的歷史，這是八十年代以前世界各國生產(chǎn)甲醇的主要方法。高壓法合成甲醇由于操作壓力高，動力消耗大，設(shè)備復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點正在逐漸淘汰。2023/3/14高壓法(25MPa~32MPa）甲醇合成工藝流程低壓法：

即用一氧化碳與氫氣為原料在低壓（5.0MPa）和275℃左右的溫度下，采用銅基催化劑（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。低壓法成功的關(guān)鍵是采用了銅基催化劑，它的活性和選擇性比鋅-鉻催化劑活性好得多，使甲醇合成反應(yīng)能在較低的壓力和溫度下進行。因此，消耗在副反應(yīng)中原料氣和粗甲醇中的雜質(zhì)都比較少。低壓法合成工藝主要有英國帝國化學(xué)公司（ICI）和德國魯奇（Lurqi）的工藝

2023/3/14ICI法低壓甲醇合成工藝流程

工藝流程特點：相對低的溫度和壓力下操作，節(jié)省能耗，同時抑制甲烷化反應(yīng)及其他副反應(yīng)；采用多段冷激式合成塔，結(jié)構(gòu)簡單，催化劑裝卸方便