汽油機汽車燃油供給系統的結構優化

劉小龍 楊星源 韋昌海

摘要：汽車的燃料供給系統是其能在各種工況下正常行駛的保障之一，隨著我國汽車行業的迅速發展，傳統的化油器供油方式因為自身固有的一些缺陷限制了汽油機性能的提高，逐漸被電控式噴油技術所取代。本文重點分析了汽油機電噴供油的兩種方式、混合氣分配均勻性的工作要求、電控噴射系統的輸送與噴射等方面問題，同時提出進一步優化汽油機性能或減少污染排放的優化措施，使汽油機燃油供給系統得到優化。

關鍵詞：汽油機；空燃比；分配均勻性

引言

汽車傳統的發動機多以汽油機為主，燃油供給方式主要是化油器供油，化油器是機械控制實現燃油供給的，在靈敏性和精準性上都不夠好。當前發達國家化油器幾乎已經消失，發展中國家雖然仍有大量化油器發動機在使用，但新生產的車輛都裝配的是電控噴射系統。盡管電控噴油使得供油系統的精準性和靈敏度都有了質的提高，但目前仍然處于發展的階段，使得汽車燃油供給系統依然有著很大的優化空間。

一、汽油機電控噴射兩種方式的比較

汽油機電控噴射的方式主要有兩種，一種是進氣管道噴油，另一種則是缸內直噴。進氣管噴油是借助氣流完成的燃料與空氣的混合，由于氣流自身存在不確定性因素，容易形成濃度不均勻的分層混合氣，使氣缸做功沖程因為燃燒不充分而產生較多的污染排放。[1]缸內直噴是在氣缸壓縮行程后期在缸內噴油，汽油與進氣管進入空氣混合形成混合氣。采用缸內直噴的方式利于汽車的行駛和節能減排，同時也克服了進氣管噴射造成的燃油浪費。使得缸內直噴的得到極大的優化。

二、進氣管機構設計優化

當今發動機多為多缸機，各氣缸能否獲得接近一致的混合氣，直接關系到發動機效率的高低。現以四缸機為例，對于幾種典型的進氣管機構進行分析。首先假定各缸排氣管氣體流動情況一致，進氣開始時，各氣缸內的壓力近似相等。如果相鄰沖程的氣缸共用獨立等長進氣管道，這樣可使各氣缸混合氣體分配基本一致。但如果相鄰氣缸共用一支進氣管道，就會導致進氣量的不均勻。[2]由于各氣缸進氣量的不同，則各氣缸內混合氣濃度不一致，使發動機的功率下降。綜合分析，相鄰沖程公用進氣管可提高發動機性能。同時，設計進氣管時要避免急彎，并且進氣管內壁要盡可能的光滑以減小阻力。另外，考慮到進氣歧管的長短不同，氣管越長對氣流的阻力就越大，靠近進氣總管的歧管進氣量會偏多，為了使各氣缸進氣量相當，可以讓靠近進氣總管的歧管細一些，遠離總管的歧管粗一些，從而使各氣缸的進氣量盡可能的達到一致。也可以使用可變進氣歧管，實現各氣缸進氣量均勻性。

三、燃料供給與噴射的優化

（一）單點噴射與多點噴射的比較

汽油電控噴射有兩種方式，一種是單點噴射，一種是多點噴射。單點噴射只有一個噴油器，通過噴油器直接向進氣管總管噴油，汽油隨空氣流經各進氣歧管進入氣缸參與做功。這種噴射方式存在著很大的不足，首先由進氣總管分出的各進氣歧管一般長度很難保證等長，那么進入各氣缸的混合氣就會不均勻，從而會影響發動機各氣缸間的協調運轉。此外，進氣管道內裝有節氣門，節氣門的打開程度是由油門控制的，駕駛員需要根據實際行駛過程中的不同工況，選擇自己的車速，節氣門不可能始終保持全開的狀態，使進氣管內真空度不同，進氣管的混合氣會受節氣門的阻礙作用，形成湍流，使各進氣管進氣量差異很大，導致發動機的效率降低。多點噴射相比于單點噴射有很大的優勢，多點噴射是將噴嘴安裝在和進氣歧管口處，在很大程度上幫助了混合氣的均勻分配，利于發動機實現較高的功率。同時在進氣管設計時，還可以充分利用空氣的慣性增壓效應，使發動機的效率有進一步的提高。

（二）噴射時序的選擇

單點噴射系統只有一個噴油器，所以不存在噴射時序的選擇問題。但現在發動機多采用電控噴射系統，電控噴射系統為多點噴射，發動機各氣缸做功沖程存在先后關系。所以，合理的噴射順序，對發動機協調運轉，提高效率有很大的幫助。多點噴射的噴油時序主要有三種，分別是同時噴射、分組噴射、順序噴射。同時噴射只使用一個驅動器，控制著發動機每個噴油器的噴油。驅動器驅動噴油器在一個工作循環內完成一定次數的噴油以供發動機做功使用，但因為發動機各氣缸做功沖程存在先后順序，同時噴射的燃油不能得到充分的利用，各進氣歧管分配的混合氣會有很大差異，不利于發動機的協調運轉。相比于同時噴射，分組噴射和順序噴射更有利于發動機提高效率。分組噴射是對噴油器分組，每組由一個驅動器控制噴油，這樣可以降低噴油器和驅動器的工作強度，減小發動機工作時對其的損害。順序噴射的工作原理是根據各氣缸的工作順序依次進行噴油的，首先這種方式燃油利用率比較高，可以保證混合氣量和濃度的一致性。雖然要考慮噴射提前角的問題，但利用自動調節器可以實現控制。

（三）噴油器驅動方式的選擇

噴油器的驅動有電壓驅動和電流驅動兩種方式，最早投入應用的是電壓驅動方式。噴油器電感線圈的內電阻值分為低電阻值（0.6～0.3Ω）、高電阻（12～17Ω）。[3]電流驅動器一般只適用于低電阻噴油器，電壓驅動器可以用于低壓和高壓噴油器，在配合低壓噴油器使用時，噴油器需要串聯一個附加電阻。但因為多加有附加電阻的緣故，電路對電壓變化的感應能力下降，靈敏度降低。而電流驅動方式電路中沒有額外電阻影響，外界有電壓信號施加后，使噴油器針閥打開，實現噴油，從結構上來分析，電流驅動電路要比電壓驅動復雜很多，但從性能上分析，電流驅動比電壓驅動更精準。

結束語

盡管目前發動機技術已經具有了很高的水平，但隨著社會的發展，人們環保和節能意識不斷增強。汽車發動機節能與排放方面的研究也會持續進行下去。對于發動機整體而言，部分系統或組成結構仍然有很大的優化空間。為了應對未來汽車的市場和社會需求，發動機結構及性能的優化也將繼續進行下去。

參考文獻：

[1]卓賦，劉啟華 《車用汽油機燃料噴射與電子控制》 北京：機械工業出版社，1999.8

[2]陸際清，劉崢，莊人雋. 《汽車發動機燃料供給于調節》 [M]. 北京：清華大學出版社，2002.10

[3]黎蘇，刑繼學，何若天《新型轎車電噴系統結構原理與維修技術》[M].北京：化學工業出版社