第6章 汽油机燃油供给系统
6.1 汽油的使用性能及供给系统组成
6.1.1 汽油使用性能
汽油主要由具有5～11个碳原子的烷烃、环烷烃和烯烃组成，其沸点在205℃以下。汽油是汽油机所使用的燃料，其性能对汽油机的工作状况和性能有很大影响。汽油的主要使用性能有抗爆性、蒸发性、氧化安定性、抗腐蚀性及清洁性等。
（1）抗爆性
抗爆性是汽油的重要性能指标之一，它表示汽油在汽缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值表示。辛烷值是用对比实验的方法确定的。对比实验是在专用的试验机上，将被测汽油的爆燃强度和标准混合液的爆燃强度进行比较。
在一台专用的可变压缩比的单缸试验机上，用被测定的汽油作为燃料，使汽油机在一定的条件下运转，改变试验机的压缩比，直至其产生标准强度的爆燃燃烧。然后，在同样的压缩比下，换用由一定的比例的异辛烷（抗爆燃能力很强，规定辛烷值为100）和正庚烷（抗爆燃能力极弱，规定辛烷值为0）混合而成的标准燃料，在相同的条件下运转，不断改变标准燃料中异辛烷和正庚烷的体积比例，直到单缸试验机产生与被测汽油机相同强度的爆燃燃烧时为止。此时，标准燃料中所含异辛烷的百分数就是被测汽油机的辛烷值。汽油就是用辛烷值来标号的。
根据汽油辛烷值测定试验中汽油机运行工况的不同，辛烷值可分为马达法辛烷值（MON）和研究法辛烷值（RON）两种。马达法辛烷值表示汽油机在节气门全开及高转速工况下的燃料抗爆性；研究法辛烷值表示汽油机在低、中转速工况下的燃料抗爆性。我国过去通常以马达法辛烷值最低限值来命名汽油的牌号，如70号、80号、85号汽油等。从1986年起，我国汽油新品种牌号的命名以研究法辛烷值的最低限值为准，如93号、97号汽油等。所以马达法辛烷值低于研究法辛烷值。现在通常采用研究法辛烷值来确定汽油的抗爆性。
为了提高汽油的抗爆性，以往的做法是在汽油中添加少量的抗爆添加剂。应用最广、功效最强的抗爆剂是四乙铅，但由于铅有毒，废气中的铅化物会造成大气污染，所以，我国从2000年开始已经全面停止生产、使用有铅汽油。目前，提高汽油辛烷值的主要措施是采用先进的炼制工艺和使用高辛烷值的调和剂，如醇类燃料、甲基叔丁基醚或乙基叔丁基醚，以获得较高的辛烷值而无其他不利于环保的副作用。
汽油机可以根据压缩比选择汽油的辛烷值，一般压缩比高的汽油机应选用辛烷值高的汽油，否则容易发生爆燃。汽油机压缩比与辛烷值的关系见表6-1。
表6-1 汽油机压缩比与辛烷值的关系
（2）蒸发性
汽油由液态转化为气态的性能叫蒸发性。在汽油机中，汽油必须先蒸发成蒸气，再与一定量的空气混合成可燃混合气后，才能在汽缸中燃烧。现代汽油机形成可燃混合气的时间极短，只有百分之几秒。因此汽油蒸发性的好坏就显得极其重要。
汽油的蒸发性越强，越容易汽化，混合均匀的可燃混合气燃烧速度越快，并且燃烧越完全，因而汽油机易启动、加速及时，各工况间转换灵敏、柔和，而且能减少机件磨损、降低汽油消耗。但蒸发性过强的汽油在炎热夏季以及大气压力较低的高原和高山地区使用时，容易使汽油机的供油系统产生“气阻”，甚至发生供油中断的现象。另外在储存和运输过程中的蒸发损失也会随之增加。
蒸发性不好的汽油，则难以形成良好的可燃混合气，不仅会造成汽油机启动困难、加速缓慢，而且未汽化的悬浮颗粒还会使汽油机工作不稳，油耗上升。如果未燃尽的油粒附着在汽缸壁上，还会破坏润滑油膜，甚至窜入汽油机曲轴箱稀释润滑油，从而使汽油机润滑遭受破坏，造成机件磨损增大。
汽油蒸发性一般用馏程来评定。汽油是多种碳氢化合物的混合物，没有唯一的沸点。将汽油加热蒸馏，从开始蒸发的初馏点到蒸发结束的终馏点是一个温度范围，这个温度范围就叫作汽油的馏程。汽油的蒸发性可以通过燃料蒸馏实验评定，即将汽油加热，分别测出蒸发10%、50%和90%馏分时的温度和终馏温度（分别称为10%馏出温度、50%馏出温度、90%馏出温度及终馏点）。
10%馏出温度和汽油机冷态启动性能有关。此温度越低，表明汽油中在低温时容易蒸发的轻质成分越多，在冷启动时就有较多的汽油蒸气与空气形成可燃混合气，汽油机就越容易启动。但汽油的10%馏出温度过低，高温下将使油管内由于大量的汽油蒸气堵塞而形成“气阻”，这对发动机的工作也极其不利。
50%馏出温度主要影响汽油机的加速性能和暖机时间。此温度越低，暖机时间越短，使低速运转较稳定，有利于启动后较快地进入工作状态。
90%馏出温度和终馏点用来判断汽油中难以蒸发的重质成分的含量。此温度越低，表明汽油中重馏分含量越少，越有利于可燃混合气均匀分配到各汽缸中，同时也可以使汽油的燃烧更为完全。因为重馏分不容易蒸发，往往来不及燃烧，附着在进气管和汽缸壁上，将增加燃油消耗、稀释汽缸壁上的润滑油和加大汽缸磨损。
一般汽油的初馏点为40～80℃，终馏点为180～210℃。
（3）氧化安定性
汽油抵抗氧气作用而保持其性质不发生长久性变化的能力称为氧化安定性。氧化安定性直接影响汽油的储存、运输和在汽油机上的应用。氧化安定性不好的汽油，易发生氧化、缩合和聚合反应，生成酸性物质和胶状物质，将导致燃料供应系统堵塞，气门关闭不严，汽缸散热不良，增大爆燃倾向。汽油的化学组成对其氧化安定性影响很大，其中烷烃、环烷烃和芳香烃在常温液态条件下，都不易与空气中的氧气起反应，所以其氧化安定性好。而烯烃（不饱和烃）在常温液态条件下，不仅容易和空气中氧气发生反应，而且彼此之间还会发生缩合和聚合反应，所以氧化安定性差。
（4）清净性
汽油喷射式汽油机最常发生的问题是在进气系统和喷油器上产生沉淀，其主要原因是汽油中不稳定的化合物，例如不饱和烯烃和二烯烃以及添加剂带入的低分子量化合物等。为了保持进气系统的清洁，充分发挥汽油喷射的优点，可向汽油中加入汽油清洁剂，它是一种具有清净、分散、抗氧、破乳和防锈性能的多功能复合添加剂，一般是聚烯胺和聚醚胺类的化合物。清洁剂通过其抗氧化和表面活性作用，可以清除喷嘴、进气门等上面的积炭，使这些部件保持清洁，使油路保持畅通。
（5）汽油规格
各国都根据自己国家的汽油及特点、使用条件、石油炼制水平制定本国的汽油规格。我国目前有两种汽油规格，一种是车用汽油的国家标准，一种是无铅汽油的行业标准。我国的无铅车用汽油标准见表6-2。
表6-2 我国无铅车用汽油标准（GB 1793—1999）
①本标准规定了铅含量最大值，但不允许故意加铅。为了便于与加铅汽油区分，无铅车用汽油不添加着色燃料。
②实际胶质允许用GB/T 509方法测定，仲裁实验以GB/T8019方法测定结果为准。
③诱导期允许用GB/T 256方法测定，仲裁实验以GB/T 8018方法测定结果为准。
④将试样注入100mL玻璃量筒中观察，应当透明，没有悬浮颗粒和沉降及机械杂质和水分。在有异议时，以GB/T 511和GB/T 260方法测定结果为准。
（6）汽油代用燃料
汽油的代用燃料有天然气、液化石油气、甲醇和乙醇、二甲醚，使用代用燃料后汽油机工作状况有相应的改变。
6.1.2 汽油机燃油供给系统类型
汽油机燃油供给系统的功用是根据汽油机运转工况的需要，向汽油机供给一定数量、清洁、雾化良好的汽油，以便与一定数量的空气形成可燃混合气。通过直接或间接测量进入汽油机的空气量，并按规定的空燃比计量燃油的供给量，这一过程称为燃油配置。汽油机的燃油配置方式，根据汽油的供给方式可分为化油器式和燃油喷射式两种，如图6-1所示。化油器式和燃油喷射式两种装置均是依据节气门开度和汽油机转速计量进气量，然后根据进气量供给适当空燃比的混合气进入汽缸。
图6-1 汽油机燃油供给系统原理图
1—汽油箱；2—喉管；3—空气；4—化油器；5—节流阀；6—浮子室；7—汽油机；8—电控装置；9—压力调节器；10—喷油器；11—空气流量计；12—燃油滤清器；13—汽油泵；14—蓄电池
6.1.3 汽油机燃油供给系统组成
可燃混合气配置装置是汽油机燃油供给系统的主要装置。此外，燃油系统还包括汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、油水分离器、油管和燃油表等辅助装置。
（1）汽油箱
汽油箱的功用是储存汽油。其数目、容量、形状及安装位置均随机型不同而各异。机组用油箱应能使机组连续工作4～8h，汽车用油箱应能使其连续行使200～600km。油箱体一般由薄钢板冲压而成，内部镀锌或锡以防腐蚀，如图6-2所示。油箱上设有加油管，管内有可拉出的延伸管，其内部有滤网。加油管由油箱盖盖住。油箱上面装有汽油液面传感器3和出油开关5。出油开关一端通过油管与汽油滤清器1相连，另一端与插入油箱的吸油管相连。吸油管口距箱底部有一定距离，以防止吸入箱底的杂质和积水。油箱底部有放油螺塞6，用以排除箱底的积水和污物。箱内设有挡油板（隔板）9，以减轻车辆行驶时燃油的振荡。
图6-2 汽油箱及加油口盖
1—汽油滤清器；2—固定箍带；3—油面指示表传感器；4—传感器浮子；5—出油开关；6—放油螺塞；7—加油口盖；8—加油延伸管；9—挡油板；10—滤网；11—支架；12—加油口；13—空气阀；14—蒸气阀
在汽油箱加油口的上部装有弹簧压力阀，加油口盖内有空气阀13和蒸气阀14。随着汽油的不断消耗，汽油箱内的油面将逐渐下降，汽油箱内将出现一定的真空度。如果真空度过大，汽油就不能被汽油泵吸出。这时，空气阀开启，使汽油箱与大气相通以消除汽油箱内真空度。如果气温很高，汽油蒸发太快，使得汽油箱内压力过大。这时蒸气阀开启，使汽油蒸气溢出，以保持汽油箱内的压力基本稳定。
（2）汽油滤清器
汽油从汽油箱进入汽油泵之前，先经过汽油滤清器去除其中的杂质和水分，以减少汽油泵、喷油器或化油器等部件的故障，以防止油路堵塞，并减轻汽缸的磨损。汽油滤清器可采用过滤式的陶瓷滤芯或纸质滤芯滤清器，其中纸质滤芯由于滤清性能良好，且制造、使用方便，得到了越来越广泛的应用。如图6-3和图6-4所示。
图6-3 282型汽油滤清器
1—滤清器盖；2—进油管接头；3，6—滤芯密封垫；4，9—沉淀杯密封垫；5—陶瓷滤芯；7—中心螺栓；8—沉淀杯；10—放油螺栓；11—出油管接头
图6-4 不可拆式纸质滤芯滤清器
1—滤芯内衬筒；2—纸质滤芯；3—滤芯外衬筒
（3）汽油泵
汽油泵的功用是把汽油从汽油箱吸出，加压后克服滤清器和管道的阻力，供给化油器或共轨管道。早期汽车用汽油机或发电用汽油机常用膜片式和活塞式等机械输油泵，目前汽车则广泛使用电动汽油泵。
①机械驱动式汽油泵 机械驱动膜片式汽油泵如图6-5所示。汽油泵壳体分为上下两个部分，上部泵体中有进油单向阀13，出油单向阀7，滤网9和滤油杯11。进油单向阀13与进油口12相通，出油单向阀7与出油口8相通。在泵体的上、下部之间有膜片5，膜片5中央利用垫圈和螺母固定着拉杆1，拉杆1的另一端与连杆19相通。连杆19与内摇臂16松套在位于油泵下体的摇臂轴上，二者在摇臂轴内侧，采用平面接触，形成单向传动关系。回位弹簧使摇臂压紧在位于配气凸轮轴上的偏心轮15上。膜片下面装有泵膜弹簧3，其功用力图使膜片向上凸起。当推压摇臂时，连杆19即通过拉杆1带动膜片5向下运动，当作用力取消后，膜片5即在泵膜弹簧3的作用下向上运动。
图6-5 机械驱动膜片式汽油泵
1—泵膜拉杆；2—通气孔；3—泵膜弹簧；4—汽油泵壳；5—泵膜；6—汽油泵盖；7—出油阀；8—出油口；9—滤网；10—固定螺母；11—滤油杯；12—进油口；13—进油阀；14—泵室；15—凸轮轴偏心轮；16—摇臂；17—摇臂弹簧；18—销；19—摇臂连杆；20—手摇臂
汽油机工作时，由凸轮轴上的偏心轮15驱动摇臂16。当凸轮轴转动时，偏心轮15推压摇臂从而带动连杆19和拉杆1向下运动使膜片5下凹，因此在膜片上方的容积增大，形成低压，此时进油单向阀13开启，汽油经进油单向阀进入膜片上方空间内。当凸轮轴转到偏心轮离开摇臂时，泵膜弹簧3的弹力将膜片上推，于是膜片上凸，使膜片上方容积减小，压力增大，进油单向阀关闭，出油单向阀开启，汽油经出油单向阀，出油口流向化油器浮子室。
当浮子室油面达到规定高度时，浮子上方的针阀将浮子室进油孔关闭。油泵内的汽油不能继续泵出，形成一定油压，迫使泵膜下凹，并带动拉杆1和连杆19同时向下运动到极限位置。这时在连杆19和摇臂16的接触平面之间出现了间隙。此时虽然摇臂16仍在偏心轮15驱动下绕摇臂轴左右摆动，但连杆已不再随之运动，油泵不再泵油，摇臂只为空摆状态。
汽油机启动之前，需要先使油管及浮子室内充满汽油，为此装设了手摇臂20。手摇臂20连接在摇臂16上，用手摆动手摇臂，带动膜片运动，即可手动泵油。
②电动汽油泵 电动汽油泵有柱塞式、叶片式和滚柱式三种。
柱塞式电动汽油泵在电磁线圈和永久磁铁的相互作用下，柱塞不断地往复运动，从而达到泵油的目的。B501型柱塞式电动汽油泵如图6-6所示。
图6-6 B501型柱塞式电动汽油泵
1—汽油泵盖；2—上体；3—出油接合座；4—密封圈；5—缓冲弹簧；6—永久磁铁；7—触点支架；8—下极板；9—中体；10—柱塞；11—电磁线圈；12—泵筒；13—进油阀座；14—滤芯；15—磁铁；16—沉淀杯；17—进油阀；18—柱塞复位弹簧；19—出油阀；20—进油管接头；21—接线柱；22—绝缘套；23—固定触点；24—活动触点；25—出油管接头
叶片式电动汽油泵的主要工作部件叶轮是一个圆形平板，在平板圆周上加工有小槽，形成泵油叶片，如图6-7所示。叶轮旋转时，小槽内的汽油随同叶轮一同高速旋转。由于离心力的作用，使出口处油压增高，而在进油口处产生真空，从而使汽油从进口吸入，从出口排出。叶片式电动汽油泵一般安装在油箱内，运转噪声小，油压脉动小，泵油压力高，叶片磨损小，使用寿命长，应用广泛。
图6-7 叶片式电动汽油泵
1—止回阀；2—溢流阀；3—电刷；4—电枢；5—磁极；6—叶轮；7—滤网；8—泵盖；9—壳体；10—叶片
滚柱式电动汽油泵由永磁电动机驱动，转子偏心地安装在泵体内，滚柱装在转子的凹槽中，如图6-8所示。当转子旋转时，滚柱在离心力的作用下紧压在泵体的内表面上。同时在惯性力的作用下，滚柱总是与转子凹槽的一个侧面贴紧，从而形成若干个工作腔。在汽油泵工作过程中，进油口一侧的工作腔容积增大，成为低压吸油腔，汽油经进油口被吸入工作腔内。在出油口一侧的工作腔容积减小，成为高压油腔，高压汽油从高压油腔经出油口流出。滚子泵属外装泵，布置容易，但噪声大且易产生气泡形成气阻。
图6-8 电动滚子泵
1—限压阀；2—滚子泵；3—电动机；4—单向阀；5—转子；6—滚子；7—泵体