汽油机汽车燃油供给系统的结构优化

刘小龙 杨星源 韦昌海

摘要：汽车的燃料供给系统是其能在各种工况下正常行驶的保障之一，随着我国汽车行业的迅速发展，传统的化油器供油方式因为自身固有的一些缺陷限制了汽油机性能的提高，逐渐被电控式喷油技术所取代。本文重点分析了汽油机电喷供油的两种方式、混合气分配均匀性的工作要求、电控喷射系统的输送与喷射等方面问题，同时提出进一步优化汽油机性能或减少污染排放的优化措施，使汽油机燃油供给系统得到优化。

关键词：汽油机；空燃比；分配均匀性

引言

汽车传统的发动机多以汽油机为主，燃油供给方式主要是化油器供油，化油器是机械控制实现燃油供给的，在灵敏性和精准性上都不够好。当前发达国家化油器几乎已经消失，发展中国家虽然仍有大量化油器发动机在使用，但新生产的车辆都装配的是电控喷射系统。尽管电控喷油使得供油系统的精准性和灵敏度都有了质的提高，但目前仍然处于发展的阶段，使得汽车燃油供给系统依然有着很大的优化空间。

一、汽油机电控喷射两种方式的比较

汽油机电控喷射的方式主要有两种，一种是进气管道喷油，另一种则是缸内直喷。进气管喷油是借助气流完成的燃料与空气的混合，由于气流自身存在不确定性因素，容易形成浓度不均匀的分层混合气，使气缸做功冲程因为燃烧不充分而产生较多的污染排放。[1]缸内直喷是在气缸压缩行程后期在缸内喷油，汽油与进气管进入空气混合形成混合气。采用缸内直喷的方式利于汽车的行驶和节能减排，同时也克服了进气管喷射造成的燃油浪费。使得缸内直喷的得到极大的优化。

二、进气管机构设计优化

当今发动机多为多缸机，各气缸能否获得接近一致的混合气，直接关系到发动机效率的高低。现以四缸机为例，对于几种典型的进气管机构进行分析。首先假定各缸排气管气体流动情况一致，进气开始时，各气缸内的压力近似相等。如果相邻冲程的气缸共用独立等长进气管道，这样可使各气缸混合气体分配基本一致。但如果相邻气缸共用一支进气管道，就会导致进气量的不均匀。[2]由于各气缸进气量的不同，则各气缸内混合气浓度不一致，使发动机的功率下降。综合分析，相邻冲程公用进气管可提高发动机性能。同时，设计进气管时要避免急弯，并且进气管内壁要尽可能的光滑以减小阻力。另外，考虑到进气歧管的长短不同，气管越长对气流的阻力就越大，靠近进气总管的歧管进气量会偏多，为了使各气缸进气量相当，可以让靠近进气总管的歧管细一些，远离总管的歧管粗一些，从而使各气缸的进气量尽可能的达到一致。也可以使用可变进气歧管，实现各气缸进气量均匀性。

三、燃料供给与喷射的优化

（一）单点喷射与多点喷射的比较

汽油电控喷射有两种方式，一种是单点喷射，一种是多点喷射。单点喷射只有一个喷油器，通过喷油器直接向进气管总管喷油，汽油随空气流经各进气歧管进入气缸参与做功。这种喷射方式存在着很大的不足，首先由进气总管分出的各进气歧管一般长度很难保证等长，那么进入各气缸的混合气就会不均匀，从而会影响发动机各气缸间的协调运转。此外，进气管道内装有节气门，节气门的打开程度是由油门控制的，驾驶员需要根据实際行驶过程中的不同工况，选择自己的车速，节气门不可能始终保持全开的状态，使进气管内真空度不同，进气管的混合气会受节气门的阻碍作用，形成湍流，使各进气管进气量差异很大，导致发动机的效率降低。多点喷射相比于单点喷射有很大的优势，多点喷射是将喷嘴安装在和进气歧管口处，在很大程度上帮助了混合气的均匀分配，利于发动机实现较高的功率。同时在进气管设计时，还可以充分利用空气的惯性增压效应，使发动机的效率有进一步的提高。

（二）喷射时序的选择

单点喷射系统只有一个喷油器，所以不存在喷射时序的选择问题。但现在发动机多采用电控喷射系统，电控喷射系统为多点喷射，发动机各气缸做功冲程存在先后关系。所以，合理的喷射顺序，对发动机协调运转，提高效率有很大的帮助。多点喷射的喷油时序主要有三种，分别是同时喷射、分组喷射、顺序喷射。同时喷射只使用一个驱动器，控制着发动机每个喷油器的喷油。驱动器驱动喷油器在一个工作循环内完成一定次数的喷油以供发动机做功使用，但因为发动机各气缸做功冲程存在先后顺序，同时喷射的燃油不能得到充分的利用，各进气歧管分配的混合气会有很大差异，不利于发动机的协调运转。相比于同时喷射，分组喷射和顺序喷射更有利于发动机提高效率。分组喷射是对喷油器分组，每组由一个驱动器控制喷油，这样可以降低喷油器和驱动器的工作强度，减小发动机工作时对其的损害。顺序喷射的工作原理是根据各气缸的工作顺序依次进行喷油的，首先这种方式燃油利用率比较高，可以保证混合气量和浓度的一致性。虽然要考虑喷射提前角的问题，但利用自动调节器可以实现控制。

（三）喷油器驱动方式的选择

喷油器的驱动有电压驱动和电流驱动两种方式，最早投入应用的是电压驱动方式。喷油器电感线圈的内电阻值分为低电阻值（0.6～0.3Ω）、高电阻（12～17Ω）。[3]电流驱动器一般只适用于低电阻喷油器，电压驱动器可以用于低压和高压喷油器，在配合低压喷油器使用时，喷油器需要串联一个附加电阻。但因为多加有附加电阻的缘故，电路对电压变化的感应能力下降，灵敏度降低。而电流驱动方式电路中没有额外电阻影响，外界有电压信号施加后，使喷油器针阀打开，实现喷油，从结构上来分析，电流驱动电路要比电压驱动复杂很多，但从性能上分析，电流驱动比电压驱动更精准。

结束语

尽管目前发动机技术已经具有了很高的水平，但随着社会的发展，人们环保和节能意识不断增强。汽车发动机节能与排放方面的研究也会持续进行下去。对于发动机整体而言，部分系统或组成结构仍然有很大的优化空间。为了应对未来汽车的市场和社会需求，发动机结构及性能的优化也将继续进行下去。

参考文献：

[1]卓赋，刘启华 《车用汽油机燃料喷射与电子控制》 北京：机械工业出版社，1999.8

[2]陆际清，刘峥，庄人隽. 《汽车发动机燃料供给于调节》 [M]. 北京：清华大学出版社，2002.10

[3]黎苏，刑继学，何若天《新型轿车电喷系统结构原理与维修技术》[M].北京：化学工业出版社