《内燃机排放与控制 教学课件 ppt 作者 张翠平 第3章 汽油机机内净化技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《内燃机排放与控制 教学课件 ppt 作者 张翠平 第3章 汽油机机内净化技术（184页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第3章 汽油机机内净化技术,3.1 概述 3.2 电控燃油喷射及点火系统 3.3 低排放燃烧系统 3.4 燃烧室及进气系统结构改进 3.5 废气再循环 3.6 汽油蒸气排放控制 3.7 曲轴箱排放控制,机内净化,所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进发动机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。,机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。,3.1 概 述,3.1.1 汽油机的燃烧过程 3.1.2 影响汽油机燃烧的因素 3.1.3 汽油机机内净化的主要措施,按燃烧过程的物理化学状态，可分为三个阶段：着火延迟期、明显燃烧期和补燃期。,3.1.1 汽油机
2、的燃烧过程,I 着火阶段,II 急燃期,III 后燃期,第I阶段称为着火阶段，是指电火花跳火到形成火焰中心的阶段。电火花在上止点前角跳火以后，混合气中并不立即产生火焰。高速摄影表明，在1点亮后，到2点再亮，这段时间约占整个燃烧时间的15左右，但一般是按气缸压力开始与压缩压力相分离的2点计算的，2点与2点相差甚微，它与底片的感光性能及测压仪器的灵敏度有关。,第II阶段23称为急燃期，是指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段，因此也可称为火焰传播阶段。在这一阶段内，压力升高很快，压力升高率为 dp/d=0.20.4MPa/()（CA） 一般用压力升高率代表发动机工作粗暴的程度。振动和噪声水平、火焰传
3、播速率与压力升高率密切相关，因此火焰传播速率高的可燃混合气均促使压力升高率增加，同样火花塞位置、燃烧室型式对压力升高率也有影响。 急燃期终点一般为最高压力点3或最高温度点3(有时3和3点重合)；当然，若取放热率骤然下降的时刻作为急燃期终点则更为合理。 最高燃烧压力点3到达的时刻，对发动机的功率、经济性有重大影响。如3点到达过早，则混合气必然过早点燃，从而引起压缩过程负功的增加，压力升高率增加，最高燃烧压力过高。相反，如3点到达过迟，则膨胀比将减小，同时，燃烧高温时期的传热表面积增加，也是不利的。3点的位置可以用点火提前角来调整,第III阶段34称为后燃期，它相当于急燃期终点3至燃料基本上完全燃
4、烧点4为止。 图上的点3表示燃烧室主要容积已被火焰充满，混合气燃烧速度开始降低，加上活塞向下止点加速移功，使气缸中比力从点3开始下降。在后燃期中上要是湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面亡的混合气层继续燃烧。此外，汽油机燃烧产物中CO2和H2O 的离解现象比柴油机严重，在膨胀过程中温度下降后又部分复合旧放出热量，一般也作后燃看待。 为了保证汽油机工作柔和、动力性能良好，一般应使点2在上止点前 。最高燃烧压力点3在上止点后 到达:,31.2 影响汽油机燃烧的因素 影响滞燃期的长短的因素,点火时刻气缸内气体的压力和温度 残余废气量 气缸内混合气运动状态 火花能量 过量空气系数,影
5、响主燃期的因素,火焰传播速度 火花塞位置 燃烧室型式 点火提前角,影响后燃期的因素,火焰前锋过后未燃燃料 附着在气缸壁上未燃混合气层燃料 燃烧产物高温热解的复合反应放热,3.1.3 汽油机机内净化的主要技术措施 汽油喷射电控系统 低排放燃烧技术 废气再循环技术 涡轮增压中冷技术 多气门技术 可变进气系统,3.2 电控燃油喷射及点火系统,3.2.1 典型电控燃油喷射系统的结构和工作原理 3.2.2 点火系统的控制 3.2.3 怠速转速的控制 3.2.4 汽油机缸内直接喷射技术,3.2.1 典型电控燃油喷射系统的结构和工作原理,典型电控燃油喷射系统的结构和工作原理,1.结构,进气系统 燃油系统,电
6、子控制系统,2.工作原理,电控汽油喷射系统原理框图 1发动机工作参数；2传感器；3 电控单元；4喷油器,汽油喷射电控系统概述,在电控燃油喷射系统中，以电子控制单元(ECU)为中心，用安装在发动机不同部位上的各种传感器测定发动机的各种工作参数，如进气量、转速、温度等，将它们转化为计算机能够接受的电信号之后，传送给ECU，ECU对输入信号信号作运算、处理、分析判断后，向执行器发出指令控制喷射系统的工作，最终通过喷油器定时、定量地把汽油喷入进气道或气缸中去，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气。,典型汽油喷射电控系统,D型电控燃油喷射系统 它利用绝对压力传感器检测进气管内的绝对压力，ECU根
7、据进气管内的绝对压力和发动机转速推算出发动机的进气量。在根据进气量和发动机转速确定基本喷油量，如图所示。其中的D源于德文的Druck（压力）。,D型EFI系统,歧管压力计量式电控汽油机燃油喷射系统 1喷油器； 2燃油压力调节器；3电控单元(ECU)；4节气门位置传感器；5怠速空气调整器；6进气压力传感器；7燃油泵；8滤清器；9水温传感器；10热限时开关。,L型电控燃油喷射系统,L型电控燃油喷射系统利用空气流量计直接测量单位时间内吸入进气歧管的空气量，再根据转速算出每循环吸气量，然后计算与该空气量相应的喷油量，如图所示。其中的L源于德文的Luftmengen（空气流量）。,1-电动燃油泵 2-燃
8、油滤清器 3-压力调节器 4-喷油 5-空器气流量计 6-水温传感器 7-怠速旁通空气阀 8-节气门位置传感器 9-氧传感器 10-电子控制单元,1） LJetronic系统,4.2.1 典型汽油喷射电控系统,L型EFI系统,热线式电控汽油机燃油喷射系统,4.电控喷射系统的特点 用微机控制每循环的喷油量和喷油时刻，按各种工况对燃油量进行校正，排放好 在电控多点喷射系统中，每缸采用单独喷油器供油，可提高各缸空然比的均匀性和喷油量的精确性 燃油雾化特性是由喷油器的特性决定的，与汽油机转速无关。因此启动时仍保持良好的雾化特性，HC少 进气系统没有化油器喉管的节流作用，减少了进气系统的阻力损失，充气效
9、率高,进气道多点喷射（Multipoint Fuel Injection，缩写MFI），它的特点是每个气缸有一个喷油器，直接将燃油喷入各气缸进气道的进气门前方，它喷油压力要求不高(250400kPa)，有利于降低制造成本，能实现燃油供给量的精确控制以及在各缸之间的均匀分配，因而目前已发展成为车用汽油机的主流产品且应用范围不断扩大。,喷油控制,喷油控制是发动机ECU的主要控制功能，它包括 喷油时刻控制和喷油量控制。,1. 喷油时刻的控制,对于多点喷射发动机，ECU以曲轴转角传感器的信号为依据进行喷油时刻的控制。 喷油时刻控制方式有三种：同时喷射、分组喷射和顺序喷射。,如图所示为同时喷射方式，各缸
10、喷油器由电脑的同一个指令控制，同时喷油，同时断油。它不需要判缸信号，因此喷油器驱动电路的通用性好，结构简单。,同时喷射,顺序喷射（独立喷射）,如图所示为顺序喷射（Sequential Fuel Injection,缩写SFI），各缸喷油器由电脑分别控制，按照发动机的点火顺序分别进行喷油。,由于这种方式可以在最佳的时刻向各缸喷射燃烧所必须的喷油量，因此可使空燃比的稀限扩大，有利于改善燃油经济性。但是，为了各气缸独立喷射，需要判别该向哪一个缸喷射的判缸信号，而且也需要与气缸数相同数目的喷油器驱动电路。,分组喷射，将各缸的喷油器分成若干组，点火间隔为360曲轴转角的两个喷油器为一组，同组喷油器同时喷
11、射。分组喷射虽然也需要判缸信号，但只需要与组数相同的喷油器驱动电路。,喷油量的控制,喷油量的控制，其目的是使发动机燃烧混合气的空燃比符合各工况的需要。ECU将发动机转速和负荷信号作为主控信号，确定基本喷油量（喷油电磁阀开启的时间长短），并根据其他有关输入信号加以修正，最后确定总喷油量。,实际喷油脉宽的确定,在电控燃油喷射系统中，所需的喷油量包括基本喷油量及各种修正项，所谓基本喷油量就是上述依据进气量给出的喷油量，而喷油量的修正项取决于发动机的进气温度、冷却液温度以及发动机所处的特定工况等。最终喷油脉宽To的计算公式如下：,式中，Tp基本喷油脉宽； KTW暖机加浓修正系数； KAS起动后喷油增量
12、修正系数；KAI怠速后喷油增量修正系数； KI怠速喷油量修正系数；KAT进气温度修正系数； KF空燃比反馈修正系数；Tu电压修正脉宽；TACC加速修正脉宽。,起动喷油控制,起动时，空气流量计不能精确检测。因此，起动时，ECU是按预先设定的起动程序来进行喷油控制。,运转喷油控制,发动机运转时，ECU主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量。,超速断油控制当发动机转速超过允许的最高转速时，由ECU自动中断喷油，减少有害物排放，以防汽车超速。 减速断油控制减速断油控制的目的是为了控制急减速时有害物的排放，减少燃油消耗量，促使发动机转速尽快下降，有利于汽车减速。,断油控制,减速断油控制,当汽车在高速行驶
13、中突然松开油门踏板减速时，发动机仍在汽车惯性的带动下高速旋转。由于节气门已关闭，进入气缸的混合气数量很少，若继续正常喷油，则会造成燃烧不完全与尾气中有害排放物增多的不良现象。减速断油控制就是发动机高速行驶节气门完全关闭时，由ECU自动切断燃油喷射，此时车辆可依惯性滑行，发动机转速亦逐渐下降，待发动机转速下降到设定的低转速时ECU再恢复喷油，维持发动机运转。,减速断油控制过程是由ECU根据节气门位置、发动机转速、水温等运转参数作出综合判断，在以下三个条件同时满足时执行减速断油控制： a.节气门位置传感器的怠速开关接通； b.发动机水温已达正常； c.发动机转速高于系统设定的断油转速限值。,断油转
14、速与发动机水温、负荷和空调的使用与否等参数有关，通常水温越低负荷越大和使用空调时，断油转速越高。图给出了燃油停供与恢复喷油转速随冷却水温变化的关系。,按控制方式分类,1) 开环控制系统（无氧传感器） 开环控制系统通过实验室确定的发动机各工况的最佳供油参数预先存入电脑，在发动机工作时，ECU根据系统中各传感器的输入信号，判断自身所处的运行工况，并计算出最佳喷油量，然后ECU向执行器发出控制指令。至于执行器是否正确执行了预定的控制，以及执行后发动机工况是否与控制目标一致，ECU并不进行检查或比较。其精度直接依赖于所设定的基准数据和喷油器调整标定的精度。当使用工况超出预定范围时，不能实现最佳控制。,
15、2) 闭环控制系统（有氧传感器） 在闭环控制系统中，发动机排气管上加装了氧传感器，根据排气中含氧量的变化，判断实际进入气缸的混合气空燃比，在通过电脑与设定的目标空燃比进行比较，并根据误差修正喷油量，使两者的差别达到最小，因此空燃比控制精度较高。,氧传感器的输出特性如图所示，其输出的信号电压在理论空燃比（过量空气系数=1）前后产生跳变，因此氧传感器的输出信号间接地反映了混合气空燃比的大小。,若空燃比偏向浓的一方，氧传感器的输出电压基本上是跳跃地升高到1V，这时应减少喷油量；相反，若空燃比偏向稀的一方，氧传感器的输出电压又骤降为0V，这时应增加喷油量，实际上，以0.45 V为基准电压，看信号电压比
16、基准电压高还是低，就可以判断出混合气是浓还是稀。发动机电控单元ECU就是根据这一信号对喷油量进行反馈修正，逐渐将混合气的实际空燃比调整到理论空燃比附近。,其反馈控制过程如图所示，所采用的是积分项与比例项同时对闭环燃油进行修正的控制方式。其中，积分项用于减小空燃比相对于理论空燃比的漂移；比例项用于有规律地使空燃比在理论空燃比上下周期性波动，混和气在浓稀之间变化。,开始时空燃比较小，混合气较浓，EGO输出高电平，ECU收到高电平后，将喷油脉宽逐渐减少，混合气稀化。当大于理论空燃比的混合气到达EGO时，EGO突然变为低电子。一旦ECU收到EGO的低电平信号，就将喷油脉宽校正系数向上阶跃一个值（比例修正项），再逐渐增大（积分修正项），于是喷油逐渐增多，混合气逐渐加浓，如此循环。在这一过程中，喷油脉宽一直根据EGO信号的变化而不断重复增加一减少一增加一
