汽车发动机原理与汽车理论第7章课件

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1、第一节汽油机混合气的形成第二节汽油机的燃烧过程第三节汽油机的燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统第五节 汽油机的电子控制第六节工程应用实例一(文摘)第七节工程应用实例二(文摘)第七章汽油机混合气的形成与燃烧第一节汽油机混合气的形成一、对汽油机混合气形成的基本要求1.形成均质混合气2.具有良好的响应特性3.适应不同工况的混合气浓度要求 第一节汽油机混合气的形成二、汽油机混合气的形成方式u传统化油器式混合气形成方式：利用化油器在气缸外部形成可燃混合气。u汽油喷射式混合气形成方式：利用喷油器将燃油喷入进气管、进气道或气缸内形成混合气电控汽油喷射混合气形成方式取代了化油器式混合气形成方式！第一节汽油机混合

2、气的形成二、汽油机混合气的形成方式电控燃油喷射按喷射位置不同可分为缸内直喷(GDI)和进气道喷射,进气道喷射又可分为单点喷射和多点喷射。第一节汽油机混合气的形成二、汽油机混合气的形成方式1)单点喷射是在节气门上方,利用一个喷油器集中喷射,燃料喷入后随空气流入进气歧管内,然后分配到各个气缸。2)在多点喷射中,各缸喷油器通常是将燃料直接喷射到高温的进气门背面,以促进燃油蒸发。多点喷射具有空燃比控制精度高、过渡工况响应速度快等优点,是目前汽油机最广泛应用的混合气形成方式。3)缸内直喷汽油机采用类似于柴油机的供油技术,通过一个高压油泵提供420MPa的喷油压力,将汽油供给位于气缸内的电磁燃油喷嘴,然后

3、通过电脑控制喷嘴将燃料在最恰当的时间直接喷入燃烧室,形成混合气。一、正常燃烧过程：一、正常燃烧过程： 正常燃烧：正常燃烧：在燃烧过程中,火焰核心以一定速率连续传遍整个燃烧室,且传播速率、火焰前锋的形状均没有剧烈的变化 第二节汽油机的燃烧过程( (一一) )正常燃烧过程的特点正常燃烧过程的特点将燃烧过程分为三个阶段：着火延迟期、明着火延迟期、明显燃烧期显燃烧期和和后燃期。后燃期。1、着火延迟期着火延迟期 从火花塞点火到火焰从火花塞点火到火焰核心核心形成形成的阶段。的阶段。 为了提高效率，希望为了提高效率，希望尽量缩短着火延迟期，并尽量缩短着火延迟期，并保持稳定。保持稳定。2、明显燃烧期、明显燃烧

4、期是是指指从从火火焰焰核核心心形形成成到到出出现现最最高高爆爆发发压压力力为为止止的的阶阶段。段。 在右示功图上指气在右示功图上指气缸压力线脱离压缩线缸压力线脱离压缩线开始急剧上升（图中开始急剧上升（图中2点）到压力达到最点）到压力达到最高点高点(图中图中3点点)止。止。 燃燃烧的主要时期。烧的主要时期。明显燃烧期的火焰传播明显燃烧期的火焰传播 在在均均值值混混合合气气中中，当当火火焰焰中中心心形形成成之之后后，火火焰焰向向四四周周传传播播，形形成成一一个个近近似似球球面面的的火火焰焰层层，即即火火焰焰前前锋锋，从从火火焰焰中中心心开开始始层层层层向向四四周周未未燃燃混混合合气气传传播播，直直

5、到到连连续续不不断断的的火火焰焰前前锋锋扫过整个燃烧室。扫过整个燃烧室。 后燃期中，混合气燃烧速度后燃期中，混合气燃烧速度开始降低，加上活塞向下止点加开始降低，加上活塞向下止点加速移动，使气缸中压力从点速移动，使气缸中压力从点3开开始下降，此阶段的燃烧有火焰前始下降，此阶段的燃烧有火焰前锋过后未来得及燃烧的燃料的再锋过后未来得及燃烧的燃料的再燃烧、贴附在缸壁上未燃混合气燃烧、贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧、高温分解的燃烧层的部分燃烧、高温分解的燃烧产物产物(CO,H2)的重新氧化。的重新氧化。 为了保证高的循环热效率和为了保证高的循环热效率和循环功，应使后燃期尽可能短。循环功，应使后燃期尽

6、可能短。 3、后燃期、后燃期 指从最高压力出现到燃料基本上完全燃烧指从最高压力出现到燃料基本上完全燃烧为止。为止。（二）燃烧速度（二）燃烧速度燃烧速度：是指单位时间所燃烧的混合气量，燃烧速度：是指单位时间所燃烧的混合气量，可以表达为：可以表达为：火焰传播速度火焰前锋面积未燃混合气密度影响燃烧速度的因素有影响燃烧速度的因素有: (1)火焰传播速度uT：是指火焰前锋相对于燃烧室壁面的绝对速度。 其大小取决于层流火焰传播速度和混合气湍流脉动速度,一般uT=5080m/s。 影响火焰传播速度的因素包括缸内可燃混合气的湍流运动、混合气成分和混合气初始温度。影响燃烧速度的因素有影响燃烧速度的因素有: (2

7、)火焰前锋面积AT:利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置配合,可以改变不同时期火焰前锋扫过的面积,以调整燃烧速度。影响燃烧速度的因素有影响燃烧速度的因素有: (3)可燃混合气的密度T:增大可燃混合气的密度,可提高燃烧速度,故增大压缩比和增加进气压力可加大燃烧速度。（三）不规则燃烧（三）不规则燃烧不规则燃烧：是描述汽油机在稳定正常运转不规则燃烧：是描述汽油机在稳定正常运转时时,存在的各循环之间的燃烧变动和各缸之间存在的各循环之间的燃烧变动和各缸之间的燃烧差异。的燃烧差异。(1)各循环间的燃烧变动：使点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态,因而油耗上升,功率下降,不正常燃烧倾向增加,整个汽油机

8、性能下降。产生这种现象的主要原因是火花塞附近混合气的混合比和气体湍流性质、程度各循环均有变动,致使火焰核心形成的时间不同,即由有效着火时间变动而引起。（三）不规则燃烧（三）不规则燃烧(1)各循环间的燃烧变动变化较大,怠速、低负荷时变动更大。（三）不规则燃烧（三）不规则燃烧(2)各缸间的燃烧差异：主要是燃料分配不均匀造成的。另外与进气量、进气速度、扰动强度、压缩比、燃烧室形状及火花塞位置的差异也有关。（四）燃烧室壁面的熄火作用（四）燃烧室壁面的熄火作用在火焰传播过程中,燃烧室壁对火焰具有熄火作用,即紧靠壁面附近不可能形成火焰。这样,在熄火区内存在大量未燃烧的烃,它是排气中HC的主要来源。当=1左

9、右时,熄火厚度最小;负荷减小时,熄火厚度显著增加;燃烧室温度、压力提高,气缸湍流加强,熄火厚度均减小。减少熄火厚度及燃烧室的面容比F/V,可以使汽油机HC排放量减少。二、不正常燃烧二、不正常燃烧 不正常燃烧：不正常燃烧：燃烧不是由火花塞点燃或火焰传播速率不正常。 汽油机不正常燃烧包括爆燃和表面点火(早燃)。第二节汽油机的燃烧过程( (一一) )爆燃爆燃对于汽油机,如果压缩比过高或点火太早,燃烧会变得不正常,火焰传播速度和火焰前锋形状都发生了急剧的变化,称为爆燃(1)汽油机爆燃时常见外部特征：爆燃发生时的常见外部特征包括:发出金属敲击声;冷却液过热,气缸盖温度上升。轻微爆燃时,发动机功率略有增加

10、,强烈爆燃时,发动机功率下降,油耗增加,冒烟带火星。( (一一) )爆燃爆燃(2)爆燃产生的原因：在正常火焰传播过程中,处于最后燃烧位置上的末端混合气受到进一步压缩和辐射的热作用,加速了先期反应。如果在火焰前锋未到之前便形成火焰中心,火焰传播速度可达1000m/s以上,使局部温度、压力迅速上升,并伴有压力冲击波(见图7-8)。冲击波反复冲击壁缸产生敲击声,严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜,使传热增加,缸盖、活塞顶的温度升高,冷却系统过热,功率降低,油耗增加。( (一一) )爆燃爆燃(3)影响爆燃的因素1)燃料性质。辛烷值高的燃料,抗爆性好。2)末端混合气的温度和压力。末端混合气的温度和压力增

11、加,会使爆燃倾向增加。3)火焰前锋传到末端混合气的时间。火焰前锋传播速度提高,火焰传播距离减小,可使爆燃倾向减弱。发动机工作是否有爆燃现象,一方面取决于所用燃料,另一方面取决于发动机的运转条件和燃烧室的设计。( (二二) )表面点火表面点火在汽油机中,凡是不依靠电火花点火,而是靠燃烧室内炽热表面(排气门头部、火花塞绝缘体、零件表面炽热的沉积物)点燃混合气的现象统称为表面点火。它的点火时间是不可控制的。早燃是指在火花塞点火之前,炽热表面就点燃混合气的现象。表面点火和爆燃的比对表面点火和爆燃的比对表面点火和爆燃是两种完全不同的不正常燃烧现象,爆燃是在电火花点火以后终燃混合气的自燃现象,而表面点火则

12、是炽热物点燃混合气所致。表面点火时火焰传播速度比较正常,没有压力冲击波,金属敲击声音比较沉闷。但两者之间存在着某种相互促进的关系。强烈的爆燃必然增加向气缸壁的传热量,从而促进炽热点的形成,导致表面点火。早燃又使气缸压力升高率和最高燃烧压力增加,使未燃混合气受到较大的压缩和传热,从而促使爆燃发生。三、运转因素对燃烧过程的影响三、运转因素对燃烧过程的影响 第二节汽油机的燃烧过程1、混合气浓度混合气浓度在=0.80.9时,着火落后期最短,火焰传播速度最大,所以此时pz、Tz、p/、Pe均达最大值,但爆燃倾向大。同时由于燃烧不完全,燃油消耗率be高。在=1.031.1时,由于燃烧完全,be最低。2、点

13、火提前角点火提前角对对应应于于每每一一工工况况都都存存在在一一个个最最佳佳点点火火提提前前角角，这时汽油机功率最大，耗油率最低。这时汽油机功率最大，耗油率最低。三、运转因素对燃烧过程的影响三、运转因素对燃烧过程的影响 点火提前角过大,会引起压缩负功增大,导致功率下降,爆发压力和末端混合气温度上升,爆燃倾向增加。点火提前角过小,由于燃烧不及时,致使爆发压力和温度下降,传热损失增多,排气温度升高,功率和热效率降低,但爆燃倾向减小。3 3、负荷、负荷 随着负荷的减小，要增大最佳点火提前角随着负荷的减小，要增大最佳点火提前角4 4、 转速转速 转速增加时，应当相应加大点火提前角转速增加时，应当相应加大

14、点火提前角第三节汽油机的燃烧室一、对燃烧室的要求1.结构紧凑2.具有良好的充气性能3.火花塞位置安排得当4.燃烧室形状合理分布5.要产生适当的气体流动6.末端混合气要有适当冷却1.楔型燃烧室楔型燃烧室 楔形燃烧室楔形燃烧室侧剖面为楔型侧剖面为楔型.结构较紧凑，火焰传播距离较短；结构较紧凑，火焰传播距离较短； 燃烧室气门直径较大，充气性能燃烧室气门直径较大，充气性能较好；较好；楔形燃烧室的火花塞布置在楔形高楔形燃烧室的火花塞布置在楔形高处，对着进、排气门之间，有利于处，对着进、排气门之间，有利于新鲜混合气扫除火花塞附近的废气；新鲜混合气扫除火花塞附近的废气；混合气过分集中在火花塞处，使得混合气过

15、分集中在火花塞处，使得初期燃烧速度大，工作粗暴，初期燃烧速度大，工作粗暴，NOx排出量较高。由于挤气面积内的熄排出量较高。由于挤气面积内的熄火现象，废气中火现象，废气中HC的含量亦较多。的含量亦较多。 二、常用典型燃烧室2. 浴盆型浴盆型燃烧室燃烧室浴盆形燃烧室的特点是：浴盆形燃烧室的特点是： 有一定的挤气面积，有一定的挤气面积，但挤流效果差；但挤流效果差； 火焰传播距离较长，火焰传播距离较长，燃烧速度较低，燃烧时燃烧速度较低，燃烧时间长，经济性、动力性间长，经济性、动力性不高，不高，HC排量多。但排量多。但NOx的排量较少，工艺的排量较少，工艺性好。性好。3. 半球型半球型燃烧室燃烧室 半球

16、形燃烧窒结构紧凑，半球形燃烧窒结构紧凑，火焰传播距离也是最短的。火焰传播距离也是最短的。气门直径较大，气道转弯气门直径较大，气道转弯较小，充气效率高，且对较小，充气效率高，且对转速变化不敏感。有较好转速变化不敏感。有较好的动力性和经济性，的动力性和经济性， HC排放量低。排放量低。 缺点是由于火花塞附近缺点是由于火花塞附近有较大容积，使燃烧速率有较大容积，使燃烧速率大，压力升高率大，工作大，压力升高率大，工作粗暴。粗暴。NOx排放较多。排放较多。第四节汽油机的稀薄燃烧系统一、稀薄燃烧混合气浓度A/F14.8时称为稀混合气,其燃烧称为稀薄燃烧(1)均质稀薄燃烧(2)分层给气稀薄燃烧(3)非缸内直

17、喷分层给气稀薄燃烧(4)缸内直喷分层给气稀薄燃烧第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(1)火球高压缩比燃烧室：燃烧室主要部分位于气缸盖凹入的排气门下方,直径很小,结构紧凑,有一定的挤气面,可形成较强的挤气湍流。同时,进气门浅凹坑处与主燃烧室有浅槽相通,在上止点前,部分进入进气门凹坑的充量通过浅槽切向进入主要燃烧室,产生可控制的涡流运动。活塞下行时,燃气又以高速形成反挤流运动,这样就大大提高了燃烧速度。 1.均质稀混合气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(1)火球高压缩比燃烧室：火球高压缩比燃烧室：优点是可以燃烧非常稀薄的混合气,空燃比可达26,从而降低了

18、燃油消耗率。缺点是必须用高辛烷值汽油,且对积炭敏感,需要严格控制压缩比。1.均质稀混合气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(2)碗形燃烧室碗形燃烧室(HRCC)：采用很紧凑的活塞顶凹坑,火焰传播距离短,挤气面积大,湍流强,火花塞位于凹坑内。这种燃烧室燃用研究法辛烷值为99的汽油时,压缩比可提高到13,空燃比使用范围为1622,最经济空燃比为21.5。由于压缩比提高和挤流增加,使滞燃期缩短,火焰传播速度提高,故点火提前角可减小,使爆燃倾向降低,并有利于稀混合气着火。HC、NOx、CO的排量均较低。1.均质稀混合气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(

19、3)TGP燃烧室：燃烧室：如图7-19所示,燃烧室中设有一个预燃室,其容积Vp与主燃烧室容积Vm之比不大于20%,火花塞位于通道中。在压缩过程中,新鲜混合气进入预燃室,产生适当的涡流,并对火花塞间隙进行扫气,促进着火。火焰核心进入预燃室,引起迅速燃烧,结果形成火焰束喷入主室,使主室气体产生强烈湍流,促进了主燃烧室燃烧。其燃烧特性如图7-20和图7-21所示。1.均质稀混合气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(3)TGP燃烧室燃烧室1.均质稀混合气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(4)双火花塞燃烧室双火花塞燃烧室：图7-22所示的燃烧室中,在离半

20、球形燃烧室中心两边等距离处各布置一个火花塞,因而火焰传播距离仅为缸径的一半,从而可减小点火提前角,提高了点火时混合气的压力和温度,使着火性能得到改善,燃烧持续时间缩短,提高了发动机的性能。1.均质稀混合气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(1)日本本田公司的日本本田公司的CVCC燃烧系燃烧系统统是一种化油器供油具有副室式燃烧室的分层燃烧系统。最大优点是排放性能好,但经济性没有得到改善。2.分层给气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(2)轴向分层稀燃系统轴向分层稀燃系统在进气阀导气屏的作用下产生强烈的进气涡流(见图7-24a);进气过程后期进气门开

21、启接近最大升程时,通过安装在进气道上的喷油器将燃料对准进气阀喷入缸内,燃料在涡流的作用下,沿气缸轴向产生上浓下稀的分层。这种分层一直维持到压缩行程后期,以保证在火花塞附近存在较浓的混合气。2.分层给气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(2)轴向分层稀燃系统轴向分层稀燃系统2.分层给气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(3)滚流分层稀燃系统：滚流分层稀燃系统：在进气道中设置两块薄的垂直隔板,使进气在气缸内形成三股独立的滚流,两侧的滚流全部是空气,中间的一股是浓混合气,使燃料和空气在压缩过程中维持分层,即使在A/F=2325时,也能保证火花塞周围形成

22、易点燃的较浓混合气。在以40km/h的速度等速行驶时,比普通汽油机节油13%。 2.分层给气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统二、非缸内直喷稀薄燃烧系统(3)滚流分层稀燃滚流分层稀燃系统系统2.分层给气燃烧室第四节汽油机的稀薄燃烧系统三、缸内直喷稀薄燃烧方式1、缸内直喷稀薄混合气的形成汽油机采用类似于柴油机的供油技术,通过高压油泵提供420MPa的喷油压力,将汽油供给位于气缸内的电磁燃油喷嘴,然后通过计算机控制喷嘴将燃油直接喷入气缸。根据混合气引向火花塞的方式,混合气形成方式可分为喷雾引导、壁面引导、气流引导第四节汽油机的稀薄燃烧系统三、缸内直喷稀薄燃烧方式1、缸内直喷稀薄混合气的形成第四节汽油

23、机的稀薄燃烧系统三、缸内直喷稀薄燃烧方式2.典型缸内直喷稀薄燃烧系统介绍(1)福特PROCO稀燃系统第四节汽油机的稀薄燃烧系统三、缸内直喷稀薄燃烧方式2.典型缸内直喷稀薄燃烧系统介绍(2)三菱4G系列缸内直喷稀燃发动机第四节汽油机的稀薄燃烧系统三、缸内直喷稀薄燃烧方式2.典型缸内直喷稀薄燃烧系统介绍(3)丰田D4缸内直喷稀燃发动机第四节汽油机的稀薄燃烧系统三、缸内直喷稀薄燃烧方式2.典型缸内直喷稀薄燃烧系统介绍(4)大众公司的FSI发动机第四节汽油机的稀薄燃烧系统四、缸内直喷均质当量比汽油机采用缸内直喷均质当量比燃烧方式的汽油机燃油都是在进气过程中喷入气缸,由于喷雾油滴在缸内经历进气和压缩两个

24、行程,点火时燃烧室内形成的是均质混合气,并保持过量空气系数=1的标准混合气,以适应三元催化转化器的要求。1. 丰田公司的均质当量比GDI 发动机2.通用公司的均质当量比GDI发动机3. 大众公司的均质当量比GDI发动机第五节汽油机的电子控制一、汽油机电子控制系统的构成及工作原理现代车用汽油机电子控制系统基本构成一样,均由传感器、电控单元(ECU)和执行器组成。第五节汽油机的电子控制一、汽油机电子控制系统的构成及工作原理作用作用:使发动机输出驾驶人所需要的转矩,并保证发动机在最佳的燃油经济性和最低的尾气排放状态下运行。原理：原理：在工作过程中,ECU实时采集各传感器信号,及时掌握驾驶人的意图、发

25、动机的工况和车辆的运行情况,ECU接受信号后,根据控制系统中存储的软件和数据完成运算处理,计算出该工况的喷油脉宽、点火闭合角、点火提前角等参数,以相应的电信号向执行器输出喷油、点火等控制指令,命令执行器完成上述指令而使发动机正常运转。第五节汽油机的电子控制一、汽油机电子控制系统的构成及工作原理u发动机转速和表征发动机负荷的空气流量(或进气歧管绝对压力)是两个基本输入量,ECU根据这两个参数确定基本喷油脉宽和基本点火提前角,进气温度和冷却液温度等都是用来对基本喷油脉宽和点火提前角进行修正的。u节气门开度信号用于判断发动机的工况。u曲轴位置信号用来确定各缸相对于上止点的位置以便在规定的时刻喷油和点

26、火。u氧传感器和爆燃传感器分别提供混合气浓度、点火提前角反馈信号,用于喷油和点火的反馈控制,使催化器转化效率最高,避免爆燃的出现。第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能u汽油机电子控制系统采用闭环和开环综合控制方式,实现各种控制功能,如喷油控制、点火控制、怠速控制、节气门控制、废气再循环控制和燃油蒸发排放控制等。u一般来说,年份较早的电控系统其控制功能相对较少。目前,电控系统控制功能已有很大的扩展,如实现涡轮增压控制、可变进气歧管控制、可变正时凸轮轴控制等功能。第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能1、燃油喷射控制燃油喷射是电控系统的主要控制功能,主要包括喷油定时的

27、控制和喷油量的控制。 (1)喷油定时的控制：指喷油器开始进行喷油的时刻相对曲轴位置的转角。 ECU通过曲轴位置传感器提供的曲轴转角信号,根据不同的喷油方式控制喷油器的开启时刻。第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能1、燃油喷射控制(2)喷油量的控制：喷油量的控制由ECU根据发动机的不同运行工况控制喷油器的不同喷油持续时间来实现。喷油持续时间的控制分为同步喷射和异步喷射持续时间两种控制方式。u同步喷射控制方式中,喷油时刻具有固定的曲轴转角,喷油量由喷油持续时间控制。发动机在稳定工况的大部分运转时间内都以此方式工作。u异步喷射方式中,喷油时刻与曲轴转角无关,只与发动机实际运行工况有关

28、,如起动、加速等过渡工况,喷油持续时间的长短也由对应的工况决定。第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(2)喷油量的控制：电控系统除了能对正常的基本喷油量进行控制外,还必须对冷起动、暖机、怠速、加速等工况的喷油量进行校正,使供给的混合气与发动机的工况相适应。 1)起动工况的喷油控制起动时,根据发动机温度从计算机存储器“温度喷油时间”表中查找出该温度下的基本喷油持续时间,再根据进气温度与蓄电池电压加以修正,得到这种工况的喷油持续时间。（同步喷射）起动过程中,ECU还控制喷油器根据发动机温度向各缸同时进行一定量的异步喷射,以改善发动机起动性能第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主

29、要控制功能(2)喷油量的控制：2)起动后喷油控制 暖机喷油修正系数:暖机喷油修正系数是ECU根据冷却液的温度来调节的,它随冷却液的温度上升而逐渐衰减,一直持续到冷却液温度达到规定值。 大负荷时喷油修正系数:。节气门位置传感器是传送发动机负荷状态信号的传感器,ECU根据其输入信号判断发动机负荷的大小,当判断出为大负荷时,ECU调节喷油器的持续喷油时间,使喷油量增加。 怠速稳定性修正(只用于D系统):为了提高发动机怠速运转的稳定性,ECU根据绝对压力和发动机转速对喷油量进行修正。随压力增大或转速降低,增加喷油量;随压力减少或转速增高,减少喷油量。关于怠速调整在进气系统中已有介绍。第五节汽油机的电子

30、控制二、电子控制系统的主要控制功能(2)喷油量的控制：2)起动后喷油控制 加速工况喷油修正系数:汽车发动机加速时,节气门突然开大,可能在短时间内使混合气变稀,为了获取良好的加速过渡性能,要求供给系统能在短时间内使混合气加浓。在加速工况时,ECU从负荷信号的差别可以判断是否存在着加速过程,并由此控制加浓量。 断油控制:发动机在高速运行下紧急减速时,节气门完全关闭,为避免混合气过浓、燃料经济性和排放性能变坏,ECU停止喷油。当发动机转速降到某预定转速之下或节气门重新打开时,喷油器投入工作。第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(3)理论空燃比的反馈控制开环控制:以上所述空燃比的控制方

31、法,称为开环控制,即此控制系统中,发动机各种运行工况下的空燃比存储在ECU的存储控制单元中,在发动机运行时,ECU根据传感器检测到信号从存储器中查取相应的控制参数并输出控制。特点:发动机只是按照ECU中事先存储的空燃比值对发动机进行控制,因而其控制比较简单,但由于并不检测控制后是否达到了真正的目标,所以不能纠正自身控制产生的相对误差。1、燃油喷射控制第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(1)点火提前角的控制对点火提前角的控制是点火系统控制的重点。发动机最佳点火提前角在不同工况下有不同的标准：在怠速时,最佳点火提前角应保证在发动机运转平稳的前提下,将污染物的排放控制在最低限度;在

32、部分负荷工况下,以经济性为主,最佳点火提前角应保证发动机的最低燃油消耗率;在大负荷和加速工况下,以动力性为主,最佳点火提前角应使发动机获得最大的输出转矩。最佳点火提前角是通过对发动机进行试验而得到的,这些数据存储在ECU存储器中2.点火控制第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(1)点火提前角的控制控制方法： 1)定值控制方法。对于一些参数变化较大的工况或是由于系统故障而启用备用系统时,由于计算很难得到准确的输入数据,也就无法计算和确定控制参数的数值。在这些工况下,微机对点火提前角的控制采用固定的点火提前角。通常采用固定点火提前角控制的工况有: 发动机起动时,发动机转速变化大,无

33、法正确计算点火提前角。 发动机转速较低时(此转速值因发动机和控制系统的不同而有所区别)。 当ECU系统出现故障而启用备用系统工作时。2.点火控制第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(1)点火提前角的控制控制方法： 2)基本点火提前角冷却液温度修正系数控制方法。在一些电子控制点火系统中,发动机运行时的点火提前角是由基本点火提前角乘以冷却液温度修正系数来确定的。基本点火提前角是由发动机运行工况决定的、存储在系统存储单元中的点火提前角数值。冷却液温度修正系数是根据试验结果确定的存储在系统控制单元中的数值。发动机工作时,系统由表中查取对应工况的基本点火提前角,根据冷却液传感器所测出的冷

34、却液温度值从冷却液温度修正图中查出修正系数,将基本点火提前角乘以修正系数,其计算结果即为此工况下发动机点火提前角的实际控制值。2.点火控制第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(1)点火提前角的控制控制方法： 3)原始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角控制方法。u原始点火提前角为一固定值,其提前角度是在发动机生产出来之后便有的点火提前量,任何工况下此提前角都保持恒定。u基本点火提前角是存储在微机系统的存储器中的数值,它是与发动机的转速和负荷有关的一组数据。u修正点火提前角主要是对发动机冷却液温度进行的修正,其数值是以角度的形式存储在系统存储器中。另外,对于控制精度更高的系

35、统来说,修正点火提前角还包括空燃比反馈修正量、过热修正量等。2.点火控制第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(2)通电时间的控制通电时间的控制方法一般是由ECU从电源电压与通电时间关系曲线(见图7-34)中查得通电时间,再根据发动机转速换算成曲轴转角,以决定线圈中电流的大小。2.点火控制第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(3)爆燃控制爆燃是一种不正常燃烧,危害极大。要消除爆燃,通常可以采用抗爆性能好的燃料、改进燃烧室结构、推迟点火提前角等方面的措施,尤其是推迟点火提前角对消除爆燃有明显的作用。但是,点火提前角的推迟是以牺牲发动机的动力性和经济性为代价的。试验证

36、明,发动机发出最大转矩的点火时刻是在开始产生爆燃点火时刻的附近,而对无爆燃控制的点火系统,为了使其在最恶劣的条件下,也不至于产生爆燃,其点火时刻均设在爆燃边缘的范围以内,使其离开爆燃界限并存在较大的余量。这样势必会降低发动机效率,使发动机输出功率下降,燃料消耗增加。为了把点火时刻控制在接近爆燃界限的位置,使发动机发挥最佳性能,又不发生爆燃,需采用爆燃控制。2.点火控制第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(3)爆燃控制原理：爆燃控制是电子控制点火系统的闭环控制。其采用爆燃传感器对发动机的爆燃进行检测,ECU根据爆燃传感器输出的信号进行处理并判定有无爆燃及爆燃强弱,在产生爆燃前,自

37、动减小点火提前角。若无爆燃,则逐渐增大点火提前角;当发动机要出现爆燃时,ECU又使点火提前角逐渐减小。爆燃强,则点火提前角减小得多;爆燃弱,则点火提前角减小得少,一直到无爆燃,又重复上述的反馈控制。2.点火控制第五节汽油机的电子控制二、电子控制系统的主要控制功能(3)爆燃控制分类：在爆燃控制系统中,根据爆燃传感器的测量参数不同而分为两种类型。一种是将爆燃传感器安装在每个气缸内,检测因爆燃引起缸内压力的变化,称为压力传感器型。另一种是把一个或两个传感器安装在发动机缸体上或进气歧管上,检测因爆燃引起的振动,称为壁振动型。2.点火控制第六节工程应用实例一(文摘)一、浴盆形燃烧室的概况与分析表7-3表

38、7-4燃烧过程主要参数图7-36 原气缸盖在最大转矩时示功图()一)、加强燃烧室内的涡流强度二)、提高燃烧室的紧凑性三)、改变火花塞位置四)、改进后的效果 (1)对燃烧稳定性的影响 (3)对点火特性的影响(2)对混合气成分适应性的影响 (4)对发动机性能的影响(5)对发动机噪声的影响二、浴盆形燃烧室的改进与试验第七节工程应用实例二(文摘)一、引言通过采用变涡流系统(称为VTEC机构)和优化涡流比的方法,在保证稀混合气稳定燃烧的同时,提高输出功率。同时,采用空燃比控制系统把NOx排放降低到足够低的水平。第七节工程应用实例二(文摘)二、涡流控制系统1.要求：采用在高速区和低速区能改变进气门数目的配

39、气机构,称为VTEC-E机构。 2.VTEC-E机构：由具有两个不同形状凸轮的凸轮轴组成,第一凸轮驱动进气门工作,而第二凸轮使某一进气门停止工作。第一摇臂具有一个滚子从动件和内装的液压活塞。第七节工程应用实例二(文摘)二、涡流控制系统2.VTEC-E机构在发动机低速时,两个摇臂各自独立工作,由相应的凸轮将第一气门顶起全升程,同时把第二气门的最大升程减小到0.65mm,以产生足够强的涡流。把气门升程减小到0.65mm,其目的是允许燃油流过,而又不影响涡流强度。发动机高速运转时,从电控单元来的信号打开液压回路,推动液压活塞使两个摇臂互锁,因而第一气门和第二气门升程相同,如图7-41所示。第七节工程

40、应用实例二(文摘)三、希气燃烧控制1.涡流比的优化要获得理想的稀燃极限,不仅应当提高涡流比,而且还要通过改进燃烧室形状来改善燃烧过程,从而保证在相当低的涡流比条件下有足够宽的稀燃极限。第七节工程应用实例二(文摘)三、希气燃烧控制2.混合气形成浓混合气在气缸上部,稀混合气在气缸下部。浓混合气集中在火花塞附近有助于稳定着火,因而扩大了稀燃极限。第七节工程应用实例二(文摘)三、希气燃烧控制3.燃烧过程的改进依靠涡流产生的轴向分层进气,由于加浓了火花塞周围的空燃比而使着火稳定。同时因涡流和挤流产生湍流而强化了燃烧。第七节工程应用实例二(文摘)四、发动机控制系统图7-46所示为研制的一种发动机控制系统,

41、用来模拟装车以后良好油耗和稳定燃烧的效果,同时满足NOx排放标准。新开发控制系统的特点是有3个子系统来实现以下功能： 用VTEC-E机构控制涡流;用LAF传感器获得反馈信号,精确控制空燃比;废气再循环控制。第七节工程应用实例二(文摘)四、发动机控制系统1.涡流控制2.空燃比控制在部分负荷下用一个进气门运行时,空燃比控制为22,在这一点上,NOx排放、油耗和燃烧稳定性准则都能满足。用两个进气门运行时,在理想配比条件下应用废气再循环,用三元催化转化器控制NOx,因为即使在部分负荷工况下发动机高速时NOx排放也会增加。在这种情况下全负荷运行时,空燃比控制在12.5,以获得最大输出功率。然而在瞬态工况,要把空燃比精确保持在所要求的数值是极为困难的。为此,开发了能高精度检测宽广范围空燃比,并能快速响应的LAF传感器。第七节工程应用实例二(文摘)五、实车试验结果在应用上述稀燃技术并装有该发动机控制系统的汽车上,以LA-#4和公路工况试验评定排放和燃油经济性。试验结果表明,在公路工况试验中,燃油经济性比装于同一汽车以理想配比工作的发动机高12%,在LA-#4工况中高8%,同时达到了1.0g/mile(1mile=1.6km)的美国NOx排放标准。然而达到0.4g/mile加州排放标准的最新方法是采用废气再循环,以理想配比工作和应用三元催化转化器。