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1、实训项目八 电控发动机的其它控制,学习目标 1了解为改善发动机特性，现代发动机在哪些机构 和控制上进行了改进。 2理解可变气门升程和可变气门正时的区别、结构 和工作原理。 3了解改变进气量、进气效果的方法、手段和结构。 4学习基本的测试方法和仪器的使用。,【相关知识】 现代发动机为了提高动力性能和燃料经济性采用不同的技术，改善进、排气时的效率，以获得最理想的燃烧效果。一方面是改进机械结构设计，使之最大限度满足气体流动、混合的效果。再一方面是利用计算机技术，对机械结构的动作进行最有效的适时控制的同时，通过传感技术的应用，考虑了多种因素对进、排气效率的影响，使计算机控制更为有效和精确。 目前，改善
2、进、排气时的效率的技术很多。主要有：配气正时技术、汽油进气增压技术、改变气流运动技术、分层燃烧技术等。这些技术离不开机械设计、液压传动、传感器和计算机等技术。,实训任务一 提高进气系统进气效率控制技术 【实训目标】 了解提高进气系统进气效率的措施、控制方式。理解进气效率对发动机性能的影响。掌握基本测试方法。 【知识点】 发动机采用多气门 结构可以有效提高充气效率， 现代高速发动机采用23个进 气门。但由于转速的范围较大， 仅改变机械结构仍难以兼顾高 低转速工矿的性能要求。为此， 采用发动机控制系统对机械结构进行控制，通过实现进气结构的变化，解决高低速进气的矛盾。一种方法是为每个进气门配置一个进
3、气歧管，如图8-1所示。,（a）高速时空气阀打开 （b）低速时空气阀关闭 图8-1 增加流速并形成涡流的结构,其中一个进气歧管中装有ECU控制的空气阀。在发动机低速 运转时，关闭空气阀，以增强进气气流流速。同时，从一侧 进入气门的高速气 流沿缸壁形成涡流 运动，有助与混合 气的形成，使燃烧 稳定和提高热效率。 在发动机高速运转 时控制阀打开，增 加进气通道的有效 截面积，减少进气阻力。保证发动机从低速到高速均能获得 理想的进气效果。惯性谐波增压进气系统结构如图8-2（a） 所示，在进气初期，由于活塞的吸入作用，气流运动起来具 有惯性，当进气门关闭，气流继续流动在气门前挤压形成正 压力波。,（a
4、）惯性谐振增压系统结构 （b）惯性谐振增压原理示意 图 8-2惯性谐振增压系统结构与原理,如气门开启与进气管进气压力波产生共振，使进入的空气压 力大于大气压力，可以提高进气效率。利用进气管的长度配 合气门的开启频率，可以实现惯性谐波增压。惯性谐波增压 进气系统工作原理如图8-2（b）所示，在进气通道中增设进 气量控制阀。当进气量控制阀关闭，空气只能从节气门进入 汽缸，相当于长进气道。发动机高速运转，进气量控制阀打 开，空气可流经两条通道进入汽 缸，相当于缩短了进气道。实现 进气通道长度的变化控制。 有的发动机采用两个进气总 管设计，如图8-3所示。当低速 工况时，节气门控制进气。,图8-3 双
5、空气总管设计,由于空气发阀关闭，进气道较长，加速空气的流动如图 8-4（a）所示，高速工况时，空气阀开启，从而缩短了进气 道长度，并增加了进气量，如图8-4（b）所示。 空气阀一般采用真空执行器驱动。发动机ECU根据转速 等信号发出动作指令给电磁真空控制阀，控制到真空执行器 的真空管，促使其动作。,（a）低速时长通道进气 （b） 高速时双进气通道进气 图 8-4 双空气总管工作原理图,【实训活动】 执行元件的检测 1实训设备：汽车、手动真空泵、万用表、 2实训步骤 将真空执行器的真空管断开，接上手动真 空泵。如图8-5所示。 提高手动泵真空度，观察真空执行器动作 状态和空气阀动作情况。 用万用
6、表电阻档测量控制电磁阀的电阻值。 用跨接线连接蓄电池与控制电磁阀，观察动作情况。并检查通气情况。,图8-5 真空动作测试,实训任务二 废气涡轮增压控制系统,【实训目标】 【知识点】 增加进气压力和密度可以提高汽缸气量，使发动机输出功率增加。利用增压器增加进气压力是有效的形式。可采用的增压器的种类有：机械增压、涡轮增压、气波增压等。其中涡轮增压技术被应用到汽油发动机上。废气涡轮增压是利用发动机排出的废气作为动力，推动排气道中的涡轮转动，同轴上位于进气道的涡轮高速转动，加速空气流动和提高进气量后，再送入汽缸。 废气涡轮增压器的结构如 图8-6所示。增压转子由涡轮 和压气轮组成，转子的转速根 据设计
7、不同，可从50,000转/分 达到400,000转/分不等。,图8-6 废气涡轮增压控制系统组成,工作原理：从发动机排出的具有能量的气体驱动增压器 的涡轮运转，通过涡轮轴带动压气轮转动，使吸入的新鲜空 气经压气轮加压后进气压力得到提高。被加压的新鲜空气由 于压力提高，温度也随之升到180 0C。这意味着被加压的空 气进入汽缸前需要由冷却器进行冷却，以提高新鲜空气的密 度。燃油的喷射量随进入空气量增加，发动机的输出功率得 到提高。 使用增压器也增加了破坏发动机工作的危险，所以增压 器的基本尺寸被设计在发动机的中、低速时排气的要求。而 当发动机高速运转时，排气量和压力提高，而当不需要加速 的高速运
8、转时，必须对排气压力进行调节。,采用机械调节的方法是在排气涡轮通道旁设一旁通道， 由膜片式增压控制阀进行控制。当发动机转速提高造成进气 压力超过需要压力，则进气压力作用在增压控制阀膜片的一 侧，促使旁通阀开启，大量排气经旁通阀排出，降低作用在 涡轮的气体流速和转速，使进气压力下降。 另一种方法是在进气通道设置旁通 道，通过开、闭旁通道，控制进气的量。 结构如图8-7所示。由于控制循环的阀 可安装在距热源较远的位置，对于塑料 膜片的要求降低，可以减少元件失效。,图8-7 进气增压循环结构与原理,现代涡轮增压发动机采用电子控制增压器，ECU根据节 气门位置、爆震、进气空气温度、发动机温度和转子转速
9、等 传感器信息，计算、优化调整涡轮转速，以获得正确的进气 压力。例如，在发动机高速域，会 产生很大的空气压力波动，发动机 控制装置内装有一个不断测量大气 压力的高度传感器，被用来分析计 算增加的压力，以进行补偿。电子 控制增压器组成与原理如图8-8所示。 一个压力传感器不断检测进气 增压压力，增压控制ECU发出占空 比信号激励循环阀动作，控制打开 空气循环通道和涡轮的旁通道。,图8-8 电子控制增压器,增压低时，循环阀开启，压力管上一低增压压力作用于 增压控制阀上，使其保持关闭，所有的排气作用在涡轮上。 增压高时，增压传感器产生一个高压信号至增压控制 ECU。循环阀关闭，压力管压力上升，增压控
10、制阀开启，流 经涡轮的排气减少，减低增压压力。 过增压，是加速时简短过程，当加速踏板被迅速踩下， 增压控制阀被循环空气阀控制，全部排气冲击通过涡轮，增 压迅速提升，达到希望的驱动转速后又恢复标准的控制。,实训任务三 可变配气相位与气门升程机构,【实训目标】 理解可变配气相位与气门升程对改善发动机动力性的意义、了解可变配气相位与气门升程的结构、工作原理和控制方法。掌握基本的测试方法图 8-9正时链轮形状与凸轮轴角度 【知识点】 可变配气相位指根据发动机的工作需要可以改变气门提前开启和滞后关闭的角度或改变气门的升程，以最大限度提高充气效率，改善发动机在低、中速域的输出转矩。 根据发动机设计要求的不
11、同，可变配气相位的结构有多种形式。有的发动机可变配气相位只要求调节气门的开启和关闭角度；有的发动机要求改变气门的升程；而有的发动机要求同时具有配气相位和气门升程变化的功能。,1可变配气相位（VVT-i） 由计算机控制的可变配气相位（VVT-i）系统是通过改变凸轮轴相对与曲轴的位置关系，获得不同的气门开启和关闭角度，如图8-9所示。图8-10所示为调整凸轮轴传动链条角度装置，其结构特点是在两凸轮轴的传动链条中设一液压缸， 液压油可以经两条油路进入液压活塞的上、下两侧，调整凸轮轴传动链条角度，使进、排气凸轮轴同时变化一定角度。配气正时控制阀是一个电磁换向阀，控制进入液压缸的油压。,图 8-9正时链
12、轮形状与凸轮轴角度,图8-10 调整凸轮轴传动链条角度结构图,如图8-11（a）所示，当电磁阀不通电，在回位弹簧力作 用下，换向阀位于图的左侧，来自主油路的压力油经右侧油道 进入活塞下方，使活塞 上移。其结果上方链条 被强制改变夹角，拖动 两个链轮法同时向内侧 偏转一定角度。 如图8-11（b）所示， 当电磁阀通电，电磁力 迫使换向阀右移，改变了液压油流向，压力经左侧油到作用于活 塞上方，活塞被推下行，使下方链条被强制改变夹角，拖动两个 链轮同时向外侧偏转一定角度。从而实现配气正时的调节。,（a） （b） 图8-11 调整凸轮轴传动链条角度工作原理图,2螺旋花键式可变气门正时机构 螺旋花键式可
13、变气门正时机构 如图8-12所示，是在正时链轮与凸 轮轴之间通过螺旋花键和液压缸实 现相互位置的旋转变化。 螺旋花键式可变气门正时机构 工作原理如图8-13所示，液压活塞 与内螺旋花键一体，与凸轮轴上的 外螺旋花键组装一起。当液压活塞 在外力作用下左右移动时，螺旋花 键套推动螺旋花键发生相对旋转位 移，使凸轮轴相对正时链轮改变一 定角度。液压活塞的移动量由发动 机ECU控制液压电磁阀改变进油量和压力实现。 ECU以发,图8-12 螺旋齿轮气门可变正时机构 1-液压缸 2-螺旋花键3-电磁液压控制阀 4-液压活塞,图8-13 螺旋花键正时机构控制原理图,动机转速、节气门位置和发动机冷却水温等信号
14、为参考，按 照程序设定的工作规律发出动作指令，驱动电磁液压控制 阀，改变液压活塞两侧的压力，推动活塞运动或保持位置， 一活动需要的配气相位。 3叶片式可变气门正时机构 叶片式气门可变正时机构的 正时调节原理与螺旋花键式可变 气门正时相同。结构的区别在于 正时链轮与凸轮轴之间采用叶片 式旋转液压泵。结构如图8-14所 式。 叶片式气门可变正时机构工作过程如下：当链条带动链 轮转动，链轮泵壳驱动凸轮轴叶片转动。当需要调节配气正,图8-14 叶片式可变配气正时机构 1-凸轮轴叶片 2-正时旋转液压泵 3-链轮泵壳 4-液压阀体,时，电液控制阀将控制液压油送入旋转液压泵壳与叶片之间 的液压腔，在液压作
15、用下叶片相对壳体旋转特定的角度，实 现配气相位的变化。 4气门升程控制 为提高发动机在高速域的进气 量，可以采取加大气门升程的方法。 一般的汽车的气门凸轮的型线与结 构尺寸是固定不变的，不能兼顾发 动机低速域和高速域的进气要求。 采用可变气门升程（VVTL）就是要满足发动机在低速域与 高速域的要求，在高速时通过改变气门升程提高进气效率。 图8-15所示为可变气门升程结构与工作原理。高、低速 采用不同型线和尺寸的凸轮，各自驱动对应的气门摇臂。摇,图8-15 可变气门升程结构与工作原理,臂内有柱塞A、B，如图所示。中、低速时，柱塞A、B在 回位弹簧作用下位于各自摇臂内，高速凸轮推动高速摇臂空 摆。
16、此时，只有低速凸轮驱动低速摇臂推动进、排气门工 作。 一旦发动机进入高速运转状态，发动机ECU根据传感器 信号发出动作指令，电磁阀打开，高压油进入摇臂中的柱 塞。柱塞A、B依次移动进入高、低速摇臂内，将高、低速摇 臂锁止。此时，由于高速凸轮的尺寸大于低速凸轮，只有高 速凸轮能够驱动高速摇臂推动进、排气门工作。,【实训活动一】 正时控制电磁液压阀动作测试 1实训设备：上海帕萨特B5轿车、旧电磁液压阀总成、万用表、跨接线、手动真空泵。 2实训步骤： 拔下液压电磁阀接线器，用万用表测 量电磁线圈电阻值。如图7-16所示。 在电磁阀上接跨接线，接到蓄电池正、 负极，检查电磁阀动作情况。 在液压通道口上接真空泵或压缩空气； 在不通电情况下检查油路导通状态。 在电磁阀上接12V电源，交换液压油路，接真空泵或压力空气；通电情况下检查油路导通状态。,图8-16 液压电磁阀电阻测试,【实训活动二】 正时控制液压电磁阀动作信号测试
