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1、第二章 发动机电控系统结构原理与故障诊断,2.1 可变配气相位及气门升程电子控制系统 2.2 电控汽油喷射系统 2.3 电控柴油喷射系统 小结 思考与练习,2.1 可变配气相位及气门升程电子控制系统,2.1.1 结构特点 VTEC(Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System)是本田汽车公司开发的先进的发动机技术，也是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程两种不同情况的气门控制系统。VTEC的意思是“可变气门配气相位及气门升程电子控制系统”。与普通发动机相比，VTEC发动机所不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法，它
2、有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的调节进行自动转换。通过VTEC系统装置，发动机可以根据行驶工况自动改变气门的开启时间和提升程度，即改变进气量和排气量，从而达到增大功率、降低油耗及减少污染的目的。例如：本田1.6 L的发动机，装用了VTEC机构后，其最大功率从88 kW增大到118 kW，最高转速达8000 r/min。,2.1.2 结构与原理 1进气门迟闭角对充气效率v和发动机功率Ne的影响 合理选择配气正时，保证最好的充气效率v，是改善发动机性能极为重要的技术问题。分析内燃机的工作原理，不难得出这样的结论：在进、排气门开闭的四个时期中，进气门迟闭角的改变对充气
3、效率v影响最大。进气门迟闭角改变对充气效率v和发动机功率Ne的影响关系可以通过图2-1进一步给以说明。,图2-1 进气门迟闭角对v和Ne的影响,图2-1中每条充气效率v曲线体现了在一定的配气正时下，充气效率v随转速变化的关系。如迟闭角为40时，充气效率v是在约1800 r/min的转速下达到最高值，说明在这个转速下工作能最好地利用气流的惯性充气。当转速高于此转速时，气流惯性增加，就使一部分本来可以利用气流惯性进入汽缸的气体被关在汽缸之外，加之转速上升，流动阻力增加，所以使充气效率v下降。当转速低于此转速时，气流惯性减小，压缩行程初始时就可能使一部分新鲜气体被推回进气管，充气效率v也下降。,图中
4、不同充气效率v曲线之间，体现了在不同的配气正时下，充气效率v随转速变化的关系。不同的进气迟闭角与充气效率v曲线最大值相当的转速不同，一般迟闭角增大，与充气效率v曲线最大值相当的转速也增加。迟闭角为40与迟闭角为60的充气效率v曲线相比，曲线最大值相当的转速分别为1800 r/min和2200 r/min 。由于转速增加，气流速度加大，大的迟闭角可充分利用高速的气流惯性来增加充气。,改变进气迟闭角可以改变充气效率v曲线随转速变化的趋向，以调整发动机转矩曲线，满足不同的使用要求。不过，更确切地说，加大进气门迟闭角，高转速时充气效率v增加有利于最大功率的提高，但对低速和中速性能则不利。减小进气迟闭角
5、，能防止气体被推回进气管，有利于提高最大转矩，但降低了最大功率。因此，理想的气门正时应当是根据发动机的工作情况及时做出调整，应具有一定程度的灵活性。显然，对于传统的凸轮挺杆气门机构来说，由于在工作中无法做出相应的调整，也就难以达到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步提高。,如图2-1所示，通过试验证明，两种进气门迟闭角的充气效率v和功率Ne的变化规律是： (1) 低速时，晚关60的v低、Ne升高迟后； (2) 高速时，越过23002500 r/min后，晚关60的v 和Ne明显优于40的相位角； (3) 有一个转折点a，这就是可变配气相位的控制点(VTEC起作用的始点)。,2VTEC机构的组
6、成 整个VTEC系统由ECU控制，接收发动机传感器(包括转速、进气压力、车速、水温等)的参数并进行处理，输出相应的控制信号，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，获得所需的动力，VTEC机构的组成如图2-2所示。,图2-2 VTEC机构的组成,VTEC机构中两个排气门由单独的凸轮和摇臂驱动；两个进气门由单独的不同升程和相位的凸轮和摇臂驱动。主次摇臂之间装有中间摇臂，它不与任何气门直接接触，三者依靠专门的柱塞联动。中间凸轮的升程最大，它是按发动机“双进双排”、高转速、大功率的工作状态设计的。 三个摇臂靠近气门的一侧制有柱塞孔，孔中有靠油压控制的滑动柱塞，以便锁止联动。控制油压由ECM的
7、电磁阀控制，并有油压报警开关，提供5 V的油压过低报警信号(低于49 kPa时)，一般油压应在245 kPa以上，发动机不运转时或油压过低时，压力开关导通。当VTEC机构投入工作时，在油压的作用下，压力开关断开，给ECM一个反馈信号，确认凸轮已转换工作。,3VTEC的工作原理 (1) 发动机低速运转时，ECM无工作指令，油道内无控制油压，各摇臂中的柱塞都在各自的孔中，各摇臂独自摆动，互不影响。主摇臂随主凸轮开闭主进气门，供给低速运转涡流混合气；次凸轮推动次摇臂微开次进气门，以防燃油积存；中间摇臂虽然随中间凸轮大幅度地摆动，但只是空转，对任何气门都不起作用。为了减少噪声，中间摇臂的一端，设有支撑
8、弹簧。此时，发动机处于“单进双排”的工作状态。,(2) 发动机高速运转时，即当发动机转速达到23002500 r/min，车速达到10 km/h以上，节气门开度达到25%以上，水温在60以上时，ECM命令VTEC电磁阀开启液压油道，油压推动正时柱塞、同步柱塞和限位柱塞移动，将三个摇臂栓为一体。由于中间凸轮的升程大于另外两个凸轮，且凸轮的相位角也加大，主次进气门都大幅度地同步开闭。 (3) 汽车在静止状态空转时，VTEC机构不投入工作。动态VTEC机构投入工作时，车速会有明显提高。,2.1.3 故障诊断与检修 VTEC的电控电路有二个故障码：故障码21是可变配气相位及气门升程控制电磁阀故障；故障
9、码22是配气相位及气门升程油压开关P/S故障。 ECM的A端子会输出12V电压使电磁阀作用，开启液压油道，油压推动正时柱塞、同步柱塞和限位柱塞移动，将三个摇臂栓为一体，以使气门行程增加。电磁阀线圈电阻的标准值为1430 。,可变配气相位及气门升程的油压开关P/S的触点，在点火开关OFF时是导通的，而当发动机在1000 r/min、2000 r/min及4000 r/min时，油压应在49 kPa，否则说明电磁阀未打开(有故障)。可变配气相位及气门升程控制油压开关，如图2-3所示，将VTEC电磁阀直接通电，发动机转速达3000 r/min时，油压应达到245 kPa以上，否则说明机油泵泵油不良或
10、润滑系统有泄漏。,图2-3 可变配气相位及气门升程控制油压开关,2.1.4 应用实例 以该系统在Passat B5轿车上的应用为例。 1可变配气相位及气门升程系统的结构 Passat B5轿车最新选用2.8升V6发动机，该发动机对可变配气相位和气门升程系统进行了特别设计。从俯视观察，Passat B5轿车V6发动机VTEC机构传动方式及进排气凸轮轴分布如图2-4所示，排气凸轮轴安装在外侧，进气凸轮轴安装在内侧。曲轴通过齿形皮带首先驱动排气凸轮轴，排气凸轮轴通过链条驱动进气凸轮轴。,图2-4 Passat B5轿车V6发动机VTEC机构传动方式及进排气凸轮轴分布,2. 可变配气相位及气门升程调节
11、器 VTEC调节器如图2-5所示，(a)图为发动机在高速状态下，为了充分利用气体进入汽缸的流动惯性，提高最大功率，进气门迟闭角增大后的位置(轿车发动机通常工作在高速状态下，所以这一位置为一般工作位置)。(b)图为发动机在低速状态下，为了提高最大转矩，进气门迟闭角减少的位置。进气凸轮轴由排气凸轮轴通过链条驱动，两轴之间设置一个可变气门正时调节器，在内部液压缸的作用下，调节器可以上升和下降。,图2-5 VTEC调节器 (a) 发动机在高速状态；(b) 发动机在低速状态,当发动机转速下降时，可变气门正时调节器下降，上部链条被放松，下部链条作用着排气凸轮旋转拉力和调节器向下的推力。由于排气凸轮轴在曲轴
12、正时针转动的皮带的作用下不可能逆时针旋转，所以进气凸轮轴受到两个力的共同作用：一是在排气凸轮轴正常旋转带动下链条的拉力；二是调节器推动链条传递给排气凸轮的拉力。进气凸轮轴顺时针额外转过角，加快了进气门的关闭，即进气门迟闭角减少度。 当转速提高时，调节器上升，下部链条被放松。排气凸轮轴顺时针旋转，首先要拉紧下部链条成为紧边，进气凸轮轴才能被排气凸轮轴带动旋转。就在下部链条由松变紧的过程中，排气凸轮轴已转过角，进气凸轮才开始动作，进气门关闭变慢了，即进气门迟闭角增大度。,3. 两种工作状态 从图2-4和图2-5不难看出，该发动机左侧和右侧的可变配气相位和气门升程调节器操作方向始终要求相反。当发动机
13、的左侧可变配气相位和气门升程调节器向下运动时，右侧可变气门正时调节器向上运动，左侧链条紧边在下边，右侧链条紧边在上边。调节器向下移动时，紧边链条都是由短变长。 当Passat B5轿车发动机转速高于1000 r/min时，要求进气门关闭得较早，如图2-6(a)所示。左列缸对应的可变气门正时调节器向下运动，上部链条由长变短，下部链条由短变长。右列缸对应的可变配气相位及气门升程调节器向上运动，上部链条由短变长，下部链条由长变短。左右列缸对应的进气凸轮轴在两个力的共同作用下都顺时针额外转过角，加快了进气门的关闭，满足了低速进气门关闭较早可提高最大转矩的要求。,图2-6 Passat B5轿车VTEC
14、的两种工作方式,4. 可变配气相位和气门升程的微机控制 Passat B5轿车2.8升V6发动机的可变配气相位及气门升程系统由Motronic M3.8.2发动机控制单元进行控制。Passat B5轿车VTEC微机控制关系如图2-7所示。,图2-7 Passat B5轿车VTEC微机控制关系,左右列缸对应的可变配气相位及气门升程机构均设置了一个电磁阀，电磁阀与调节器的关系如图2-8所示。发动机在获得转速传感器的信息后，对左右列缸对应的可变气门正时电磁阀的控制方式做出正确选择并控制阀体动作。当获得不同阀体位置时，通往可变配气相位和气门升程调节器内的液压缸油路变换，使得可变配气相位和气门升程调节器
15、上升或下降，以至于左右列缸对应的进气门获得不同的迟闭角。,图2-8 电磁阀与调节器的关系,2.2 电控汽油喷射系统,2.2.1 系统特点 (1) 利用电脑ECU计量控制，均匀点喷，随机修正，能使空燃比(A/F)控制在14.7理想范围内。 (2) 充气效率高、燃烧条件好及热效率高。 (3) 获得良好的动力性、经济性和净化性。采用电控燃油喷射系统动力性提高了15%20%，油耗降低了5%10%，净化性提高了20%以上(CO1%，HC100106)。,(4) 改善了冷启动性能、热启动性能、加速性能、急减速防污染性能等。 (5) 扩大了控制功能，增加了自诊断功能、电控点火装置等，具备了各自的故障报警、存
16、储和自诊功能。 (6) 发动机油路和电路故障率减少。例如：其关键部件电脑(ECU)，十万公里的故障率仅为千分之一。其他部件也制造精密、可靠性好。,2.2.2 系统分类与组成 1电控汽油喷射系统的分类 汽油喷射系统可按喷射部位、喷油器的组合方式、控制方式、喷射压力等方法分类。,2. 电控汽油喷射系统的组成 电控汽油喷射系统(D型、L型、LH型、LD型等)都是由空气供给系统、燃油供给系统、微机控制系统和电子点火系统四个部分组成。L型电控燃油喷射系统的组成如图2-9所示；D型电控燃油喷射系统的组成如图2-10所示。,图2-9 L型电控燃油喷射系统的组成,图2-10 D型电控燃油喷射系统的组成,1) 空气供给系统 空气供给系统的功用是：向汽油机提供与发动机负荷相适应的、清洁的空气，同时对流入发动机气缸的空气质量进行直接或间接计量，使它们在系统中与喷油器喷出的汽油形成空燃比符合要求的可燃混合气。空气供给系统包括空气滤清器、进气总管、进气歧管、空气流量计AFS(L型)、进气歧管绝对压力传感器MAP(D型
