发动机电控技术进展

发电控技术进展主讲：：sheny

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695837942011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-21发

电控技术进展可变进气系统稀薄燃烧电子控制缸内燃油直接喷射OBDIIPDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-211

可变进气系统进气系统的功能是为发动机提供新鲜的空气。进气系统的合理性直接影响整机各方面的性能。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

进气系统的功能2011-4-211

可变进气系统可变气门电子控制进气管长度电子控制进气量电子控制3种控制系统的工作原理各不相同PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-211

可变进气系统可变气门电子控制气门升程

气门开启和持续角

相位不不变，只

变，只改改变气门

变气门持开启相位

续角改变门升程，持续角和开启相位不变升程、相位、持续角都改变优点：可以同时对进气量、进气相位控制图1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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可变进气系统可变气门执行机构-VTECVTEC-"Variable

Valve

Timing

and

Lifectronic

Control

System"2011-4-21VTEC系统保证了发

中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发

无论在何速率运转都达到动力性、经济性与低排放的统一和极佳状态。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-211

可变进气系统可变气门执行机构-VTECDOHC-VTEC引擎的进气凸轮轴和排气凸轮轴都为每个气缸设置了并列的三个凸轮，相应地有三个摇臂。当发

处在低速范围内示，三个摇臂各自独立运动，主摇臂和次摇臂各自推动一个气门，中间臂摇推动空行程弹簧，并依靠弹簧复位。高速时中间摇臂柱通过柱销分别带动主摇臂和次摇臂一起绕摇臂轴摆动，推动进气门。由于高速凸轮型线的升程大于低速凸轮，因此进气门提前开启、滞后关闭，气门升程增大。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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可变进气系统可变气门执行机构-VTEC三个工作凸轮形状各异，左端的凸轮型线近似基圆，在stage-1状态时，三个摇臂各自独立工作，此时只有一个进气门不断的开启关闭，另一个进气门由近似基圆的凸轮驱动而始终处于关闭状态，

，新鲜充气只经过一个气门流入，在气缸内形成了

进气涡流，进气涡流使

充分混合，同时有助于实现分层燃烧。当发

转速接近2500rpm左右时，进入stage-２状态，这时第一个油压管道开始起作用，柱销另外一个摇臂的销孔，由中间凸轮同时驱动两个气门，此时的工作情况就和DOHC-VTEC的低速情况近似了。大

4500rpm左右时，进入stage-３状态，此时第二个油道中的

油压也开始动作，另外一个柱销穿过凸轮摇臂和位于两个摇臂之间的凸轮从动件，凸轮从动件从高速凸轮获得驱动能力，气门被高速凸轮驱动，其工作状况和DOHC-VTEC的高速凸轮相似。2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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可变进气系统可变气门执行机构-ValvetronicValvetronic技术是通过步进电机驱动进气门升程的变化。图中，青蓝色凸轮轴及进气门为升程最小时的状态；紫色凸轮轴及进气门为升程最大时的状态。升程、相位连续可变。宝马Valvetronic气门正时和升程可变技术2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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可变进气系统可变气门执行机构-不带凸轮轴直接驱动气门2011-4-21Ford公司生产的电液驱动气门机构：活塞上端面的控制室与高压源和低压源相连，下端面的

腔始终与高压源相通，压力保持恒定。虽然活塞上、下端面同，但是由于腔的高压源相作用面积不同，即使都是高压流体作用时，上、下端面仍会产生压力差驱动气门向下加速运动。通过控制高、低压电磁阀的开启与关闭，改变控制室的压力，就可以实现气门运动的可变。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-211

可变进气系统可变气门执行机构-不带凸轮轴电磁驱动气门FEV公司的电磁驱动气门机构主要由电磁铁线圈1、2以及衔铁组成。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-211

可变进气系统进气管长度电子控制图4可变长度进气歧管不仅可以提高发动机的动力性，还由于提高了发

在中低转速下的进气速度而增强了汽缸内的气流强度，从而改善了燃烧过程，使发

中低速燃油经济性有所提高。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-211

可变进气系统进气管长度电子控制转速扭矩进气管长度可变进气管长度不可变优点：扭矩特性曲线比较平坦PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

图3图41

可变进气系统可变进气管长度电子控制原理脉动效应：进气门的开启和活塞的运动是一种扰动，会在进气系统中产生波动效应。进气过程中，当进气门刚打开时，在进气门进口处产生一定的真空度，进气管里形成膨胀波，膨胀波沿进气管以当地音速传至管的开口端，然后反射，形成压缩波，经过一定时间间隔t后又返回到进气门端。如果进气管很长，t大于进气门开启时间ts，压缩波对进气过程不产生直接影响。反之，返回的压缩波和膨胀波。若压缩波的振幅较大且阻尼较小，其引起的质点运动方向与进气气流方向一致，进气气流因此得到加强，进气效率提高，扭矩也将增加。惯性效应：进气阀门打开，空气流入气缸内时，由于惯性的作用，即使活塞已经到达下止点，空气仍将继续流入气缸内，若在气缸内压力达最大时，关闭进气阀门的话，容积效率将达到最大，此效应称为惯性效应。2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-211

可变进气系统进气量电子控制节气门控制驾驶指令电子油门踏板ECU电子节气门图6

电子油门图7

传统油门区分PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

不区分1

可变进气系统进气量电子控制的必要性：

通过可变进气系统调节进气量时，无法通过油门踏板以机械方式直接调节进气门.

突然加速或

时，节气门突然开大或减小，引起运行工况的不稳定，电子油门则可根据驾驶员的油门踏板判断驾驶意图，调节进气量实现扭矩的平稳过渡现代

直喷系统中，低负荷范围可实现稀薄燃烧，因而可让节气门全开，通过改变喷油量调节扭矩以达到减少泵气损失的目的，高负荷范围时仍通过节气门调节扭矩。这种发

的节气门不能以机械方式直接与油门踏板连接，必须以电子方式控制启动暖机阶段，为了迅速加热三效催化器，可在暖机阶段推迟点火，提高废气温度，但这会使平均有效压力降低，为了补偿这一损失要求在油门踏板位置保持不变的情况下自动加大进气量定速巡航时要求节气门始终处于某一开度，降低油耗，减轻驾驶疲劳度，提高安全性2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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2011-4-21附1

其他进排气电子系统二次空气系统EGR系统（Exhaust

Gas

Recirculation）废气增压控制系统等2011-4-21附1

其他进排气电子系统排气管加热技术冷启动时，催化转化器尚未达到它发挥效果的工作温度300～

350℃，致使汽车发

产生大量的

HC和CO对环境污染严重。采用燃油启动加热、二次空气等系统，可达到降低排放的效果。可以和之前提到的将点火提前推迟，以

后燃的方案相配合。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-21附1

二次空气系统二次空气系统采用二次空气法，即通过向废气中吹进额外的空气(又称二次空气)，增加其中氧气的含量，可使废气中未燃烧的物质一氧化碳CO和碳氢化合物HC在高温下再次燃烧，达到降低排放的效果。二次空气系统，可以使得废气中的HC和CO补氧燃烧的比例不断上升，HC可下降达20％，CO可下降达40％。但是NOx会升高约5％，二次空气对燃油毫无影响。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-21附1

二次空气系统二次空气系统发二次空气系统的构成：二次空气泵继电器、二次空气泵、二次空气控制阀、止回阀、真空度器、发控制单元与组合阀门等。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧意义：传统

机(包括电喷

机)为了正常点火并使三元催化转换器能发挥出最大效率,将空燃比控制在14.7(即理论空燃比)左右,然而理论上完全燃烧是不可能真正实现的。只有在提供过量空气的情况下,才可能使

与空气充分混合,使进入燃烧室的

充分燃烧,大大地减少尾气排放中的ＣＯ和ＨＣ含量。当空气对充量的稀释率达到50%时，可节油12%

;这种在

机燃烧室内充入过量空气,使空燃比达到20以上的燃烧,称为稀薄燃烧。2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-212

稀薄燃烧电子控制优势热效率随空燃比增加而增加降低

、改善发和Ox的排放部分负荷性能实现稀薄燃烧须解决的问题点燃燃烧不稳定三效催化转化器的NOxPDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目喷油正时控制要求严格的喷油正时图8图9PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8图9点火正时控制随着λ的增大，点火提前角应增大2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

图9进气涡流比控制使得混合气浓度梯度发布稳定2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8图9高能点火高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发采火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8图9提高压缩比采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室，缩短点火距离；提高压缩比至13：1左右，促使燃烧速度加快。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8图9分层燃烧如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8稀薄燃烧λ闭环控制λ不再控制在1，而是一个大的范围。必须根据工况点的发布，来确定控制目标值。λ和发工况关系示意图图92011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建2

稀薄燃烧电子控制片式宽带氧传感器（线性氧传感器）图11

片式宽带氧传感器2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8图9稀燃极限电子控制避免失火PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8图9NOx排放的解决方案三元催化转化剂不再完全解决问题，需要新的解决方案.以尿素为还原剂的SCR(SelectiveCatalyticReduction)技术由于具有可以通过优化缸内燃烧来改善燃油消耗和较强的抗硫

能力等优点,作为控制车用柴油机尾气排放的重要

在欧洲等发达国家和地区已经得到了广泛的应用

。NOx排放的解决方案1:NOx选择催化还原PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-212

稀薄燃烧电子控制稀薄燃烧电子控制的主要项目图8图9NOx排放的解决方案2NOx

－还原催化PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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稀薄燃烧电子控制NOx催化还原NOx化－还原催三元催化－还原催化2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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燃油直接喷射电子控制燃油直接喷射（Direct

FuelInjection）燃油直接喷射入汽缸内，再和空气混合、燃烧。燃油直接喷射示意图发控制发展趋势2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

三菱缸内喷注

机（GDI:Gasoline

Direct

Injection），可令混合比达到40:1。它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。大众的直喷

发 （FSI:FuelStratifiedInjection），则是采用了一个高压泵，通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室 的火花塞周围。本田

的VTEC发

也将采用稀燃技术。这款取名为VTEC－i

2.0升发 将比一般本田发

省油20%，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃

，从而起到稀薄燃烧作用。2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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燃油直接喷射电子控制GDI技术的优点：可以实现分层稀燃，使压缩比提高至12—14；部分负荷时采用像柴油机那样的质调节(无节气门的节流损失)，可大幅度提高指示效率，达到节能15%—20％的目标，即达到柴油机的燃油经济性水平；循环热量的利用更合理(因混合气可同时被燃烧室壁和活塞加热，使这一部分循环热量被利用而不是传给冷却水)，热损失小，故热效率较高；因进气充量温度较低，所以具有较高的充气效率和抗爆震特性；因直接喷入缸内，即使在低温下也具有良好的加速响应性和优异的瞬态驱动特性。2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-213

燃油直接喷射电子控制燃油直接喷射GDI和常规MPI对比：MPI燃油直接喷入进气道，蒸发不完全，实际喷油量远大于按化学当量比计算得到的喷油量

。燃油经济性差在发开始起动的4——10个循环中还会出现失火或部分燃烧的现象，HC排放显著增加负荷的变化依靠节气门的调节，热动力损失很大，使发动机在低负荷时的热效率显著降低，动力性也降低了。GDI避免了进气道湿壁现象的问题，为燃油的精确计量提供了方便，燃油经济性好。降低了冷起动过程中HC的排放量，提高了发

的瞬态响应速度，在第2个工作循环就能正常运转起来通过调整缸内空燃比的变化来达到发

的工况要求，避免了低负荷时的损失，动力性随之得以改善。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-213

燃油直接喷射电子控制系统原理PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-213燃油直接喷射电子控制燃油直接喷射控制策略：由于稀薄燃烧不能满足大功率输出的要求，所以，一般仅在中小负荷工况下工作。需要在大负荷工况下工作时，需要切换到常规的MPI模式。工况主要目标空燃比节气门扭矩调节充量喷油正时喷油压力喷油雾化油束穿透低经济性25~40全开变质调节分层压缩冲程的晚期高好浅高动力性14.7左右节气变量调节均质吸气冲程的早期低差深图15

直喷发两种模式切换PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-213

燃油直接喷射电子控制工作模式切换实例：某些先进发

还在两个模式之间，加入均质稀薄燃烧（HCCI）模式。节气门开度油门踏板角度转速均质燃烧均质稀薄燃烧稀薄分层燃烧扭矩均质燃烧稀薄分层燃烧均质稀薄燃烧图17图16图18PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-213

燃油直接喷射电子控制工作模式：稀薄分层燃烧进气进气涡流及混合点燃PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-213

燃油直接喷射电子控制工作模式：均质稀薄燃烧进气进气涡流及混合点燃PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-213

燃油直接喷射电子控制工作模式：均质燃烧进气进气涡流及混合点燃PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-213

燃油直接喷射电子控制工作模式在两个模式切换可以帮助NOx原催化：－还图17

NOx－还原催化PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

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OBDIIOBD（ON-BOARD-DIAGNOSTICS）随车电脑系统OBD系统80年代问世，是世界各个汽车制造厂商独立采用自行设计的座和自定义的故障码，各个车型之间无法共通，必须采用不同的系统。OBDI系统是世界各个汽车制造厂商采用16脚相同标志的

座。但仍保留与0BD系统相同的故障码，各车型之间仍然无法共通，同样必须采用不同的

系统。90年代以前的汽车自

系统自成体系，不具有通用性

。OBDII系统是世界各个汽车制造厂商采用16脚相同标准的

座、相同的故障码、以及共通的资料传输标准(SAE或ISO)，可采用相同的系统。只要通过一台仪器，即可对各种汽车进行

。从1994车型年开始要求部分采用车载故障

Ⅱ（OBDⅡ），从1996车型年开始要求100%执行OBDⅡ。2011-4-21PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-214

OBDIIOBDII主要内容：标准化的

连接器[16脚]扩展功能的故障指示灯(MlL)的故障代码显示排气装置当前的参数ECU能

DTC产生时的数据多组实时监视．也就是备有不连续监视器和连续监视器，其中连续监视器具有监视失火、催化剂、氧传感器等控制系统的功能，以确保OBDII的意义更在于：更是一个强制执行的汽车排放系统正常工作。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-214

OBDIIOBDII连接器OBDII规定采用形状和

为16的端子数据连接器，如图所示，

安装在仪表板下方(个别车型安装在变速杆防尘套前方)，具有故障代码

与清除和系统数值分析资料传输等功能。图18

OBDII连接器SAE

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2011-4-214

OBDIIOBDII编码规则SAE

J2012图19

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OBDIIOBDII

网络通讯与协议模式一：为请求当前的

数据，包括模拟与数字的输入输出信号，系统的状态信息，以及经ECU计算出的一些数据；模式二：为请求固定帧数据，包括模拟与数字的输入输出信号，系统的状态信息，以及经ECU计算出的一些数据；模式三：为请求与燃油喷射相关的故随模式四：为清除与燃油喷射相关的故障代码；代码；模式五：为请求氧传感器的反馈控制信号监测结果；模式六：为请求非持续监视系统的模式七：为请求持续监视系统的监测结果；监测结果；模式八：为请求控制OBDII系统操作、检测等。2011-4-21SAE

J1939SAE

J1979PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-214

OBDII催化剂的监测主要是对催化剂的转化状况进行监测，确保废气能被充分净化，满足排放

的要求：当废气中HC的转化率降低到60％—80％之间时，就认为催化剂已经不能正常工作，必须通知驾驶员及时维修。图20

催化剂的监测PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建

2011-4-214

OBDII到失火监测失火通常是由火花塞老化或线路故障引起。未燃烧的达催化别后会燃烧引起过热而使催化剂遭到破坏。失火监测可以通过监测曲轴旋转角速度的波动、缸内压力、废气压力或废气中氧的浓度等实现；当在一定的工作循环中发生失火的次数超过限值时，系统应该记录故障并通知驾驶员。实现失火的另一种可行方法是通过