(安达市田家炳高级中学 黑龙江 安达 151400)
现代汽油机燃油供给系统发展概述
王昌乐
(安达市田家炳高级中学黑龙江安达151400)
燃油供给系统是汽油发动机中一个至关重要的组成之一,随着时代发展与科技进步,汽油机燃油供给系统经历了化油器式、单点喷射式、多点喷射式与缸内直喷式这几个阶段。本文将就这几个阶段的汽油机燃油供给系统的结构、工作原理与优缺点进行综述。
化油器;单点喷射;多点喷射;缸内直喷
燃油供给系统在汽油发动机中至关重要,汽油机供给系统的主要任务是根据发动机各种不同工况的要求,配制出一定数量和浓度的可燃混合气,供入气缸,使之在临近压缩终了时点火燃烧而膨胀做功。最后,供给系统还应将燃烧产物——废气排入大气中[1]。燃油供给系统一共经历了化油器式、单点喷射式、多点喷射式与缸内直喷式四个阶段。下面对这四个阶段进行简单概述。
一般化油器式燃油供给系统分为燃油供给装置,空气供给装置,可燃混合气形成装置,可燃混合气供给和废气排出装置。其中,燃油供给装置包括油箱、汽油滤清器、汽油泵、油管;空气供给装置包括空气滤清器和进气消声器;可燃混合器形成装置包括化油器;可燃混合气供给和废气排出装置包括进气管、排气管和废气排出装置。
燃油供给系统工作时,汽油经汽油泵将汽油从油箱中泵出,经过汽油滤清器滤去汽油中的杂质,进入化油器中。另一方面,空气则经过空气滤清器滤去灰尘之后进入化油器中。汽油在化油器中雾化,与空气形成一定比例的燃油混合气,经进气管分配到各个气缸中[2]。排气时,经过排气管和排气消声器排入大气之中。
简单化油器由浮子、针阀、浮子室、量孔、喷管、带有喉管的空气管和节气门组成。其中,喷管口的高度要高于浮子室中的油面,故油不能直接从喷管口流出。浮子室中联通大气,可以通过大气压与喷管口出的气压差来实现喷油。喷管口与空气管的喉管相通,喉管处是一段通道截面积沿轴向变化的细腰管,空气管两边分别与空气滤清器与进气管相连。当空气流经喉管处时,截面积减小,空气流速增大,压力减小,浮子室中的有便经喷管口流出,流入空气管中,形成燃油混合气[3]。
化油器中的节气门可以改变发动机功率。节气门与汽车的加速踏板相连,加速踏板踩到最低位置时,节气门转到垂直位置,此时通道的截面积最大;完全松开加速踏板时,节气门开度最小,空气通道的横截面积最小。发动机转速不变时,节气门开度越大,空气流速越发,喉管处的真空度越大,喷管流出的汽油量也随之增加。此外,节气门开度一定时,发动机转速越大,喉管处的真空度也越大,喷油管中的喷油量增加[4]。
而电控式化油器燃油供给系统则主动控制与被动供油方式的结合,既能保证供油量的精确控制,又有良好的安全性;保证汽油机功率不变的前提下,可大幅度地降低燃油消耗率,降低CO、HC排放,但同时应考虑NOx升高的影响;使用的零部件相对较少,汽油又处于常压状态,其可靠性将大大提高[5]。
汽油喷射系统由燃油供给装置、空气供给装置组成。燃油供给装置中由喷油器直接向进气管中喷射燃油。汽油喷射系统也可以分为机械式、电子控制式和机电混合控制式。
(一)单点喷射。单点喷射采用很低的燃油压力,只有0.1Mpa。它与电控化油器类似,即在多缸发动机上只用一个喷油器安装在节气门体的上方,在进气管的一处将燃油直接喷入进气气流中,然后经进气歧管将燃油混合气分配到各个气缸之中[6]。
单点喷射系统在性能上优于化油器,但略低于多点喷射系统,由于喷油器少,成本要比多点喷射系统低很多。因此具有性价比高,结构简单,工作可靠以及维修调整方便等优点。
(二)多点喷射。多点喷射则是每个气缸都对应一个喷油器,喷油器位于对应气道的进气门前方[7]。其中,燃油供给装置由油箱、汽油泵、汽油滤清器、燃油分配管、压力调节器和喷油器组成。空气供给装置由空气滤清器组成。汽油被汽油泵从油箱里泵出,经过汽油滤清器,流经燃油分配管,将燃油等压的、均匀的分配给每个喷油器[7]。
电控多点汽油喷射系统应用广泛。它是通过各种传感器测量各种信号并传入电控单元ECU中。电控单元ECU根据这些信号了解发动机的工况来控制喷油器喷出的油量。
电控多点喷射燃油供给系统可以实现对供油量的精准把握,每个进气歧管都设有喷油嘴,混合气更加均匀,燃烧效率高;在空燃比上的控制更加精确,更加经济省油;相对来说技术成熟;但是对油品要求较高。
(三)缸内直喷。气缸内直接喷射则是将燃料直接喷入气缸内,需要3-4Mpa的较高压力的喷射装置,成本较高,而且还要求喷出的燃料随气流分布到整个燃烧室,喷油器的布置与缸内的气流运动的组织比较复杂。
供油系统采用缸内直喷设计的最大优势,就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中,因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统,在油气的雾化和混合效率上也更为优异。加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步,计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准,因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下,除了发动机得以产生更大动力,对于环保和节能也都有正面的帮助[8]。
但是,缸内直喷到目前为止仍旧存在很多问题。如其排放总体上要高于工作在理论空燃比下,附加三元催化等尾气处理装置的进气道喷射汽油机;在稀空燃比条件下,其造成的富氧和较低的排气温度使传统的三元催化器对NOx的转化率不高,混合气不能充分燃烧,产生积炭;由于喷油压力低,喷孔没有自洁能力,很容易积垢,造成喷油量减少、喷雾特性变坏,进而使发动机的燃烧恶化;理想的混合气浓度均匀递降的分层不可能实现,使得精确分层混合气的控制和燃烧过程组织的难度相当大[9]。
那么,今后缸内直喷式燃油供给系统的发展趋势是:如何扩大其分层稀燃区域;歧管喷射缸内直喷双喷射系统;发动机小型化可以增强汽油机的实际负荷能力并能降低泵气损失等等[10]。
目前为止,化油器式燃油供给系统已经基本淘汰,单点喷射式燃油供给系统使用较少,现在使用较多的是多点喷射式的燃油供给系统,而缸内直喷式的燃油供给系统还亟待研究。如何设计出燃油经济性更好,性能更优良的供给系统,我们现在任重而道远。
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[2]朱聿琦.XB1E45F汽油机的排放控制[J].陕西汽车制造,2008.
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[4]农锦.车用汽油机减速工况污染物排放特性建模研究[D].2002.3.9.
[5]朱棣,唐琦,黄克菲.电控化油器的开发研究[J].小型内燃机与摩托车,2003.12.03.
[6]李彩凤.电控汽油机多点喷射系统及喷油器的选择[J].科技情报开发与经济,2004.09.09.
[7]肖浩栋.二气门电控TJ376Q汽油机稀混合气燃烧过程研究[D].2000.2.1
[8]赵永峰,马秀清.汽油机缸内直喷技术探析及应用.无线互联科技,2012.7.
[9]冯渊,居钰生,范圣耀.汽油机缸内直喷技术发展的分析与研究[J].小型内燃机与摩托车,2010.10.
[10]魏崇亮,郭晓鑫,冯志鹏,李国栋,王兆甲.汽油机缸内直喷技术应用现状与发展趋势[J].小型内燃机与车辆技术,2014.10.