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1、空燃比图 1 空燃比与发动机输出转矩、燃料消耗率的关系实训项目一实训项目一 汽油机控制基础汽油机控制基础学习目标：学习目标： 1 了解发动机的基本性能要求 2 了解燃油成分对燃烧及燃烧产物的重要影响 3 了解瞬态工况对燃烧的影响 4 了解汽油机排放控制的重要意义 5 掌握汽油机排放物质种类及不同工况下的排放量变化 6 了解尾气分析仪的用途和基本使用方法 7 认识汽油电控发动机系统的组成知识点：汽车发动机一般采用活塞式四冲程汽油机或柴油机。汽油机的负荷与工况汽油机的负荷与工况 发动机的负荷负荷是指发动机实际受到的阻力矩。汽车在使用中实际的载重量和道路的性质是多变的，传递到发动机的道路阻力矩也是变
2、化的。所以作为汽车动力的负荷也随之变化。发动机为克服阻力矩而输出转矩的工作状况称之为发动机工况工况，用负荷、转速和转矩表示。图 1 所示为空燃比、输出转矩和燃料消耗的关系。汽油发动机输出转矩受节气门开度控制，节气门开度越大，吸入的混合气越多，输出转矩就越大。当节气门开度一定时，吸入混合气的浓度对发动机输出转矩也产生很大影响。汽车急加速或爬大坡时，需要提高混合气浓度，以使发动机输出更大的转矩。而汽车在经济运行时，为减少燃料消耗，需要降低混合气浓度。混合气浓度指空气成分和燃料成分的含量关系，用空燃比或过量空气系数表示。空燃比与过量空气系数空燃比与过量空气系数 空燃比指可燃混合气中空气与燃料的质量比
3、例。若混合气中刚好有足够的空气供燃料完全燃烧，此时的空燃比则称为理论空燃比。理论空燃比比值为图 2 空燃比与过量空气系数换算关系1-浓混气失火临界线 2-浓混合气域 3-功率域 4-稀混合气域 5-稀混气失火临界线图 3 过量空气系数与排放有害物质的关系148：1。符号表示为 A/F。过量空气系数指可燃混合气中的实际空气量与理论空气量的比值。当混合气为空燃比时，其空气过量系数为。符号表示为 （Lanmda） 。有的材料中将过量空气系数又表述为：实际空燃比与理论空燃比的比值。美、日车系多采用空燃比衡量混合气浓度，而在欧洲车系中多采用过量空气系数。从图 2 中可以知道，空燃比和过量空气系数都是用来
4、表示混合气中空气与燃料的比值关系，只是用不同的方式表示同一事实。发动机排放尾气的成分发动机排放尾气的成分 汽油发动机与柴油发动机燃料燃烧后排放尾气中的物质成分并不相同。汽油在燃烧室燃烧后排出的废气中含有一氧化碳（CO） 、未燃碳氢化合物（HC） 、氮氧化物（NOX）等有害物质。有害物质的生成与混合气空然比有极大关系，汽油机排放的有害物质随过量空气系数的变化趋势如图 3 所示。现代电控发动机系统的重要作用就是优化空然比的控制，使汽油燃烧后的有害物质降低。一氧化碳是中无色、无味、有毒的气体。汽油燃烧时，如果没有足够的氧气来实现完全燃烧，就会在燃烧室形成一氧化碳。当空然比高于理论空然比时，一氧化碳排
5、放值就低。当空然比高于理论空然比时，一氧化碳排放量就会增加。废气中的碳氢化合物来自于未燃烧的燃料。阻碍正常燃烧的任何因素都会增加碳氢化合物的排放值。混合气过稀或过浓、点火系有故障、压缩压力不正常都会使碳氢化合物增加。当发动机大负荷运转而气缸温度又很高时，容易形成氮氧化物（NOX） 。混合气过稀或点火过早也会导致氮氧化物排放增加。二氧化碳是一种无害的燃烧产物。二氧化碳被用作燃烧效率高低的标志。一台正常的运行的新型发动机二氧化碳的值应在 13.5%15.5%之间。空气中氧的含量占 21%，进入燃烧室后并非所用的氧参与燃烧。当混合气的空然比低于理论空燃比时，废气中的氧的含量就低，一般低于 0.5%。
6、当空然比高于理论空然比时，废气中的含氧量就增加。如果废气中氧含量大于 1.2%，表明混合气过稀。发动机排放物质的成分或比率，反应发动机燃烧和做功的状况。所以，通过观察发动机尾气排放状况，可以认识发动机的工作的特性，又是帮助判断发动机各个系统工作是否正常的重要参照。掌握发动机排放物质的分析能力，是培养发动机诊断能力的重要环节。人的器官很难感觉或分辨发动机排放的物质及成分。在汽车维修与检测中，尾气分析仪是重要的检测工具。利用尾气分析仪，将不可感觉的排放物质成转换为眼睛可视的数字参量，以观察到发动机排放尾气中有害物质的存在和变化趋势。实训任务一：怠速控制实训任务一：怠速控制实训目标：了解现代汽油机怠
7、速控制内容；观察怠速时尾气中排放物质量的变化；观察发动机水温对怠速工况尾气排放的影响，掌握尾气分析仪的数据分析。知识点：怠速对轿车有十分重要的意义。怠速指驾驶者离开加速踏板（油门）后的发动机运转。怠速的重要性体现在三个方面：燃油经济性、驾驶舒适性和尾气排放。1）保持发动机转矩与负荷的平衡 怠速的控制必须使发动机产生的转矩与所需要的负荷保持平衡，以维持一定的转速。而且这种平衡必须在很低的转速下维持，并且有良好的排放和平稳的运转。2）较低的燃油消耗 怠速时的燃油消耗指每单位时间内的燃油消耗量。降低油耗的主要措施是降低转速，这样可同时降低燃油消耗与噪声。然而过低的转速会使发动机运转不稳定，并使排放恶
8、化。3）良好的排放 怠速时残余废气含量的百分比大，气缸充气量低，使得燃烧并不完善。4）暖机期的怠速控制 发动机的温度低时，较高的摩擦阻力需要增加进气量，同时最低稳定怠速也会提高。为了尽快暖机，还会采用高怠速。设备和仪器：发动机台架或汽车、五气体尾气分析仪、转速表、温度计、尾气抽排装置活动准备：1 了解发动机设备的使用特点。2 预热尾气分析仪。图 尾气分析仪与尾气测试3 将温度计置于发动机散热器冷却水出口处。4 安装转速仪。5 在排气管口接抽排管。6 准备数据记录纸。实操步骤：启动发动机。在实验报告上记录发动机即时水温与转速。将尾气分析仪探头按要求插进排气管。如图所示。记录尾气中的HC、CO、C
9、O2、O2、NOx、和空气过量系数的即时数值。观察水温，待温度每升高 20，记录即时的发动机转速和 HC、CO、CO2、O2、NOx的即时数值。直至发动机冷却水温正常（85 0C） ，尾气没有明显变化。将发动机转速提升至 1500 转/分，记录即时的发动机转速和 HC、CO、CO2、O2、NOx的即时数值。将发动机转速提升至 2000 转/分，记录即时的发动机转速和 HC、CO、CO2、O2、NOx的即时数值。将发动机转速提升至 2500 转/分，记录即时的发动机转速和 HC、CO、CO2、O2、NOx的即时数值。思考题：1发动机怠速转速为何先高后低？2发动机水温低时，为何尾气中 HC、CO
10、的值高？ 3尾气中的 NOx在哪个转速时最高？是什么原因？实训任务二实训任务二 空然比变化对排放的影响空然比变化对排放的影响活动目标： 通过改变燃料空燃比，观察对尾气的排放影响；间接获得影响发动机工况的因素，为故障分析打好基础。活动一活动一 减少空气进气量减少空气进气量图 4 压力表安装图 将汽油压力表连接到油轨上活动目标：空气量变化对空燃比产生直接的影响，实操步骤：启动发动机，运转至正常水温。插入尾气分析探头。逐渐减小空气滤清器进气口面积。观察记录尾气分析仪数据变化。思考题：发动机在哪些因素下会减少空气进入量？活动二活动二 减减少汽油供油量能力目标：实操步骤：在发动机油轨与汽油管处垫上棉丝；
11、用工具缓慢松开油管卡紧螺钉或卡箍，待压力释放后卸下油管（配 1 图） ；在发动机油轨与油管间安装三通及放油开关，放油开关油管接到封闭的容器内； 检查连接牢固且无漏油后，擦干遗漏汽油；启动发动机，预热至发动机正常工作温度 75 度；发动机怠速正常运转；记录尾气分析仪数据；打开放油开关，降低供油压力，减少供油量；观察尾气分析仪数据并记录。思考题：1.汽油压力下降，空燃比怎样变化？ 2.供油压力下降后，尾气中为何 CO 与 HC 会下降？活动三活动三 增加供油量增加供油量图 从压力调节器上拔下真空管图 在压力调节器真空管上接真空表实操步骤：在发动机油轨与汽油管处垫上棉丝；用工具缓慢松开油管卡紧螺钉或
12、卡箍，待压力释放后卸下油管；在油轨与油管处接上汽油压力表，如图所示，检查连接牢固且无漏油后，擦干遗漏汽油； 起动发动机，运转至正常水温。将尾气分析探头插入排气管。从压力调节器上拔下真空管，并用手堵住真空管。观察压力表压力是否变化。察并记录尾气分析仪数据变化。思考题：汽油压力增大，HC 和 CO 出现怎样变化？汽油压力与混合气浓度有何关系？活动四活动四 加减速控制加减速控制能力目标：能力目标：通过观察发动机加减速时尾气与进气管真空度的变化，了解加减速时混合气空燃比浓度变化趋势与排放的关系。知识点：知识点：汽车加速时，节气门突然开大，混合气会瞬间变稀，为防止动力下降和获得更大转矩，需要提供很浓混合
13、气，以在短时间内使更多汽油分子参与燃烧。实验步骤在油轨与油管处接汽油压力表； 在压力调节真空管上接真空压力表，如图 5 所示；启动发动机，运转至正常水温；在排器管插入尾气分析探头；缓慢提高发动机转速，观察 HC、CO、真空压力、燃油压力变化，并记录；快速打开节气门，观察 HC、CO、真空压力、燃油压力变化，并记录；节气门开启时，突然关闭节气门，观察 HC、CO、真空压力、燃油压力变化，并记录；观察 HC、CO、真空压力、燃油压力变化，并记录；思考题：突然开大节气门，进气管内的真空压力为何下降？加速时的尾气排放为何严重超标？本实训项目，针对发动机工况变化对空燃比的要求、对不同空燃比的可燃混合气燃
14、烧后的排放进行了实践认识活动。通过活动可以认识到不同的工况需要不同空燃比的混合气，不同空燃比混合气燃烧后排放尾气中的有害成分不同。对于不同工况下的空燃比的控制对提高发动机的动力性和降低尾气中的有害物质成分非常重要。发由于对发动机燃烧的影响是多方面的，除了优秀的发动机设计，还要通过实时的、精确的发动机控制。为此，利用计算机对根据变化的进气量及时修正喷油量，以维持相应的空燃比；当发动机工况的变化时，根据工况和环境的变化调整喷油量，提供运行所要求的空燃比；成为计算机控制系统对空燃比控制要完成的两个任务。填表人及日期汽车名称和 发动机型号实训活动 报告单使用设备 与工具试验步骤：尾气排放数据序 号发动机转速冷却水温/CO %HC ppmNOX ppmCO2 %O2 %
