点火系统与燃油供给系统原理

2011年 12月 05日 13:46 来源：优车秀 编辑：admin

油箱中的每一滴汽油是怎么被引入发动机燃烧，转化为强劲的动力的呢？这一期我们顺着汽油从邮箱到排气管的“旅行途径”，细说燃油供给系统。一滴汽油的车内旅行让我们的视野跟随一滴汽油进入车内吧。当汽油通过加油口...

　　油箱中的每一滴汽油是怎么被引入发动机燃烧，转化为强劲的动力的呢？这一期我们顺着汽油从邮箱到排气管的“旅行途径”，细说燃油供给系统。

点火系统与燃油供给系统原理
一滴汽油的车内旅行

让我们的视野跟随一滴汽油进入车内吧。当汽油通过加油口和管道被注入，它们最后会被存储在油箱中。其实油箱是燃气供给系统的重要组成部分，最初期的汽车就用一个大铁箱子来装汽油，而汽车发展到现代，为了提供油箱的强度、抗撞性，很多合成树脂材料被应用到油箱的制造中，而油箱的外形也根据车底的空间被巧妙的制成各种形状，不过它最大的作用永远都不会改变，那就是储存汽油，防止它泄漏和挥发。

如果把油箱比喻成一个水库，那么这个水库中就总有一个“水怪”在沉睡，它就是汽油泵。在老式的化油器发动机车辆上，汽油泵或许会被设置在发动机的前部的油管上，随着燃油电喷时代的来临，越来越多的车型把汽油泵淹没在油箱内的汽油中。这个小小的汽油泵和我们常见的水泵一样，过电力驱动，它每小时要努力地为发动机提供150～300L左右的汽油。这相当于你把卫生间中那只节水式马桶按下30～50次冲出的水量。

汽油被汽油泵送出遇到的第一个“障碍”就是汽油滤清器，在这里汽油中的微小杂质被带微孔的滤芯过滤干净，汽油看上去和纯净水一样清澈，然后就被继续向前输送。

接下来迎接汽油的就是一根比较粗的管道，我们一般把它叫做燃油轨道。它的一端安装着一个控制管道内压力的燃油压力调节器，最重要的是负责“定时定量”地把燃油喷射进入进气歧管的喷油器也“安家”于此。根据气缸数量的不同，每个喷油嘴为一个气缸服务。

点火系统与燃油供给系统原理

ECU，汽车电子化时代的产物，今天的ECU已经集成了全车的电子系统管理。

汽油带着压力静静地在喷油嘴内等待。它们被喷出的时机是由喷油嘴内的线圈决定的，这些小线圈通过线路和发动机的ECU连接起来，当一个气缸内的活塞已经“走”完了压缩冲程，发动机的管理系统就发出一个信号，让喷油嘴内的线圈通电。前端的针阀被打开了，汽油喷涌而出，进入到进气管中与空气混合，通过气门进入到气缸中，完成它们燃烧的“光荣使命”。由于喷油嘴在单位时间中的流量是一定的，喷油量的多少决定于针阀开启的时间长短，这一切都是需要综合发动机进气量、温度、转速等指标，由ECU（发动机控制模块）统一控制的。

与空气的接触：汽油直喷技术

点火系统与燃油供给系统原理
喷油嘴和火花塞的协同工作，喷油、点火，在汽缸里是一瞬间的动作。

　　现代的燃油供给系统，经历了机械喷射时代、单点电子喷射时代、来到了现在普及的多点电子喷射（MFI）时代。每一次的改进都是为了让燃油喷射量得到更精确的控制，让雾状燃气与空气更加充分地混合。工程师们对高性能发动机的追求从来没有停止过，为了更精确地控制雾化的汽油，让气缸内的空气和雾状汽油“打着漩”混合，喷油嘴被进一步前移，伸入了气缸内，而油泵的压力也被提高了几倍。每当做功冲程，高压汽油被直接喷射如气缸参加燃烧。这样的发动机被我们称为直喷汽油机。它最典型的代表就是三菱的GDI发动机、丰田的D-4发动机、以及当下的明星——大众集团的FSI系列发动机。

层次分明，FSI分层稀燃技术

点火系统与燃油供给系统原理

FSI的工作原理图，近期形成层流，与火花塞协同点火，完成分层燃烧。

有了前面的直喷技术，工程师们又继续孜孜不倦地研究起发动机的经济性了。他们发现在发动机低转速时，可以用非常稀的空燃比（30～40）让发动机保持正常运转。于是FSI（Fuel stratified injection）技术诞生了。FSI技术，通过在进气门道中加入小阀门，是低转速时吸入的空气形成湍流，然后调整喷油的时间，使汽油在压缩行程末期就被喷入。湍急的混合气集中在了火花塞附近，火花塞发出的电火花把这局部较浓的混合气点燃。就这样用较少的汽油喷射量，让发动机保持了正常运转。当发动机转速逐渐提高，进气量变大时，进气道中的阀门全开，喷油时机变回压缩冲程末期，发动机又以普通均质燃烧的模式运转。FSI技术提高了发动机的燃油经济性，不过当油品中含硫量较高时，会在尾气中形成较多的二氧化硫，这需要用特殊的技术加以处理。

点火系统的组成和原理

汽油发动机有个别名就是“点燃式内燃机”，由此可见点火系统对的重要性。最典型的点火系统是由蓄电池、点火开关、点火线圈、分电器、缸线、火花塞组成。其中蓄电池提供了点火线圈工作需要的电压，而点火线圈利用内部的两组匝数不同线圈，通过接通和切断其中一匝线圈中的电流，利用电磁感应的原理产生2万伏特的高压。这样的高压再通过分电器分配到需要点火的气缸，最后2万伏特的高压在活花塞的中心电极处击穿了空气，在侧面电极间形成了电弧。这点“星星之火”点燃了气缸中的混合气。

点火系统与燃油供给系统原理
这就是我们常常看到的火花塞，从缸盖深入到燃烧室顶端。

分电器是靠机械旋转来实现点火能量分配的，其中很可能出现一些误差。现代的发动机就让每个气缸独自拥有一个点火线圈，把它们集成在一起并由ECU统一管理。当它们直接给火花塞提供点火电压。就这样，分电器和缸线就逐渐从点火系统中淡出了。

火花塞是点火系统中承担实际点火任务的部件。它们布置在气缸盖上，其前端伸向燃烧室。中心电极是一个金属芯，从高压线端子一直延伸到中心电极前端。由高压线圈来的高压电接在中心电极上。侧电极焊接在螺纹部下沿上，和气缸盖的地线连接在一起。火花塞的中心电极和侧面电极之间有一定的间隙，该间隙叫火花塞间隙，它是跳火点燃混合气的位置。火花塞跳火的时刻，称为点火正时。

BOSCH是火花塞的发明者，今天BOSCH和NGK都是著名的火花塞生产企业。

火花塞间隙越大，跳出的火花越大，混合气越容易点燃。但过大的火花塞间隙要求的放电电压也很高，电极消耗过快，电能消耗也大。所以火花塞必须有一个适当的间隙。一般火花塞间隙约为0.8mm左右。

如果常看《改装与四驱》的读者一定会发现火花塞热值这个概念。火花塞的热值表示其散热快慢，数值越大就散热越快（或称为火花塞越冷），不同的发动机要求使用的火花塞不同。一般而言，偏向高转速调校，使用压缩比高的发动机需用热值较高的（散热快）的火花塞。而一般低转速，大扭矩的发动机可以用热值低（散热慢）的火花塞。

ECU的改装要点

扩缸、加涡轮、打磨进气道，这些我们熟悉的改装方面都是以增加发动机的进气量为基础。但发动机的硬件补强之后要充分发挥这些改装补品的性能，就需要对发动机的大脑ECU进行一定的调校，这些工作中最重要的就是对燃油供给系统和点火系统的调整。

有了更大的进气量，为了维持比较理想的空燃比，就需要往ECU中从新写入喷油时间和点火时间点阵图了。这些点阵图基本是根据节气门的各个开度（就是油门踏下去的深度）时，发动机的进气量和需要点火时机确定的，有经验的Tunner会在原厂的点阵图上，根据车辆硬件改装的特性做出针对性的调整，而最专业的便是把车辆架到测功机上，一边试车一边调整喷油时间和点火时间的设定，让发动机在各个转速区间都有良好的表现。丰富的经验加上完整的数据支持，这就是好Tunner成功的条件。对于很多车型不能直接读写ECU的情况，各大改装厂，如TRUST、BLITZ、Apexi、SARD、HKS等均有各种可编程的外挂发动机电脑提供，通过它们对燃油供给系统和点火系统的改装就显得方便多了。