汽油机新技术课件

汽车新技术李朝晖 杨新桦 主编周国坚 主讲汽车新技术李朝晖 杨新桦 主编1前言内容：区别传统汽车的技术。如： 发动机的增压技术； 汽油机的燃油喷射； 汽车的电子控制； 汽车的废气排放要求及控制； 气体燃料发动机； 安全性技术：ABS，汽车防盗，防撞击，胎压自动检测，防滑系统； 舒适性方面：空调，音响，噪声控制，巡航技术； 还有底盘方面：无级变速，车身高度调节，防震，电控动力转向； 新材料的应用等等。前言内容：2第一章 汽油机新技术1.1、汽油机电控燃油喷射系统的组成及工作原理一、电控燃油喷射系统简介： 目前世界轿车产量的95%都装了燃油喷射系统，越来越多的城市和地区禁止装化油器的汽车运行。为什么？ 燃油喷射系统的优缺点：1、进气阻力小，充气效率高，功率大；2、供油精确，反应灵敏，适应性好；3、能兼顾发动机的动力性、经济性和排放性。总体性能大幅度提高；4、电控技术应用面非常广泛，有无限的发展空间；（现在已经远远超出了燃油喷射的范围）5、目前价格较贵。（但是，电子产品必然会越来越便宜）第一章 汽油机新技术1.1、汽油机电控燃油喷射系统的组成及工3汽车电子控制系统的应用汽车电子控制系统的应用4第一章-汽油机新技术课件5第一章-汽油机新技术课件6第一章-汽油机新技术课件7二、电控燃油喷射原理： 电控燃油喷射原理是：随时检测（用各种传感器及开关）发动机进气量、转速、所处的工况及其它如水温、气温、节气门开度等等许多必要的参数；由电控单元ECU分析与计算出所需的喷油量、喷油时刻；并适时地向喷油器发出执行指令，使发动机工作实现最佳的空燃比。 空燃比（A/F）：混合气中空气与汽油的质量的比值。 理论空燃比=14.7：理论上燃烧后全部变成CO2和H2O。 经济空燃比=16：空气量提高到1.1倍，避免因为油气混合不均匀造成的汽油燃烧不完全。 功率空燃比=12.5~14：空气充分利用，燃烧速度最快，发动机功率最大。 大多数情况下（中等负荷）应该尽量接近经济空燃比； 为了克服大的阻力或临时加速，应该用功率空燃比以得到全负荷；二、电控燃油喷射原理： 电控燃油喷射原理是：随时检测（用各种8电控燃油喷射原理

此外：汽车怠速时，由于废气冲淡了混合气，必须增加供油量才能保证空气能接触到足够的汽油，因此空燃比应该小于14.7； 冷发动机启动时，汽油大量粘附在管壁上，空燃比需要3~9才能保证进入气缸的混合气有适当的浓度； 启动以后，发动机升温过程中（暖机）空燃比应该逐渐加大直至正常（大约16）； 发动机加速时，节气门突然开大，进气管真空度瞬间变小会造成汽油蒸发减少在管壁上粘附成油膜，进入气缸的混合气反而过稀，发动机转速下降，所以应该及时增加供油量； 于此相反，驾驶员突然放松油门时，节气门突然关闭而发动机并未立即减速，管壁油膜被立即吸入，供油量应该进一步减少。

右图BC段应为16。电控燃油喷射原理 此外：汽车怠速时，由于废气冲淡了混合气，必9比较：1、化油器工作原理：2、过量空气系数φa及其影响：φa=0.88发出最大功率。功 率混合 气φa=1.10经济性最好。经济 混合气φa<0.4、α>1.4超出着火上 下限，不可燃。φa=1理想混合气1kg汽油 14.7kg空气φa>1.05~1.15过稀混合气,燃 烧速度慢,严重时下一循 环造成进气管回火.φa<0.88过浓混合气,造成积 炭,排气管冒黑烟,排放超 标,排气管放炮(CO二次 燃烧).比较：1、化油器工作原理：10电控燃油喷射原理 空燃比对废气排放也有直接的影响：（右上图）A/F=16~18时废气中HC含量最低；A/F≥16时CO含量低；A/F=15.5~16时NOX含量最高。 可见空燃比不能同时满足各种有害物质排放的要求，通常需要通过废气再循环EGR，二次空气供给，三元催化反应器和热反应器等措施才能达到必要的排放标准。 混合气空燃比的影响可以用图线表示：（右下图） 1线为最高温度线 2线为最大功率线 3线为最低油耗线电控燃油喷射原理 空燃比对废气排放也有直接的影11三、电控汽油喷射系统的分类：1、机械控制与电子控制；2、缸内喷射与进气管喷射；3、单点喷射与多点喷射；4、连续稳定喷射与间息脉冲喷射； 5、开环控制与闭环控制；6、直接测量空气流量，测量进气管压力与发动机转速转换流量，由节气门开度与发动机转速计算流量。三、电控汽油喷射系统的分类：1、机械控制与电子控制；12四、电控汽油喷射系统的组成： 组成：空气供给+燃油供给+电子控制1、空气供给： 包括空气滤清器，空气流量计（或进气压力传感器），节气门体，怠速控制阀。 a、叶片式空气流量计： 有测量叶片、缓冲叶片、缓冲室、旁通道CO调整螺钉、电位计和进气温度传感器。 注意：CO调整螺钉调整混合气浓度而节气门旁的怠速调整螺钉是调整怠速时的进气量和怠速稳定性的。四、电控汽油喷射系统的组成： 组成：空气供给+燃油供给+电子13电控汽油喷射系统的组成b、热线式空气流量计： 原理：气流降低Rk电阻值，造成惠斯顿电桥不平衡，电桥自动增加通过精密铂丝电阻Rm的电流维持平衡，测量电压Um即可知道对应的空气流量。 热膜式空气流量计，将铂丝改为镀膜降低了成本，得到较广泛的应用。c、真空流量传感器：P9图 由半导体硅应变片感受进气支管中的绝对压强（一面是绝对真空）并由惠斯顿电桥传出电压值（与上述电桥原理相同）反映空气流量值。电控汽油喷射系统的组成b、热线式空气流量计：14d、卡门漩涡空气流量计d、卡门漩涡空气流量计15电控汽油喷射系统的组成空气供给e、节流阀体与怠速调整螺钉： 节气门轴上有节气门位置传感器，旁通道是怠速空气通道（有的发动机没有旁通道，只有节气门开度调节）f、冷启动空气阀： 冷车启动时经空气阀增加进气量；p13~14g、怠速控制阀（ISCV）：

多数发动机通过怠速旁通道控制怠速。 由步进电机转子的转动变成阀杆的直线进给。转子有16个磁极，定子有两个各带16个齿的铁心交错组成。N极和S极每一圈有32个位置吸引，即阀杆移动量可以精确到一个齿距的1/32，而且可以正反双向任意运动。电控汽油喷射系统的组成空气供给e、节流阀体与怠速调整螺钉：16怠速控制阀（ISCV）怠速控制阀（ISCV）172、燃油供给：

组成特点：电动燃油泵（有内装、外装，滚柱式、转子式、涡轮式等几种）；燃油压力调节器；脉动阻尼器；电动喷油器；和冷启动喷油器。2、燃油供给： 组成特点：18燃油供给a、电动喷油泵有内装式和外装式两种，内装式是湿式电机浸日汽油中。上图为滚柱式左图为涡轮泵右图为B501型电磁泵燃油供给a、电动喷油泵19b、燃油压力调节器：

c、电动喷油器及正时开关：b、燃油压力调节器：

c、电动喷油器及正时开关：203、电子控制系统：组成：传感器+ECU+执行器主要的传感器有：节气门位置传感器；水温和气温传感器；曲轴转角位置和转速传感器；车速传感器；氧传感器；爆震传感器还有信号开关：启动开关；空档开关；空调开关；电子负荷信号；动力转向信号。3、电子控制系统：组成：21A、传感器a、节气门位置传感器： 电源电压Vb=12V，经电阻降为5V由Vcc输入，通过滑线变阻器由VTA输出模拟电压信号经过A/D转换器到ECU； 节气门全闭时，接地E2与怠速触点IDL接触输出怠速信号； 节气门全开时，Vcc与功率触点PSW接触，输出全负荷信号； 进气温度传感器也装在节气门体上，电流由E2接地；b、水温与进气温度传感器： 由热敏电阻（负温度系数）感受温度，温度越高电阻越小，变成电压信号THW和THA经ECU调整点火提前角和燃油喷射量。A、传感器a、节气门位置传感器：22电子控制系统c、曲轴转角位置传感器和转速传感器： 流量计测得是单位时间内的流量，只有综合发动机转速计算出每一单元的流量才能计算各种工况下的喷油量。 种类：电磁式和霍尔式。 霍尔效应与霍尔传感器： 一个带集成电路的半导体基片—霍尔元件有三个方向，两个方向分别加上磁场和电流时，第三个方向必有电压。因此，在分电器里用磁场中的霍尔元件和带缺口的转子可以产生每一个循环下的电压波。以此计算发动机转速和分电器的断电效应。电子控制系统c、曲轴转角位置传感器和转速传感器：23曲轴转角位置传感器和转速传感器 磁感应传感器： 分电器中的凸轮用带凸齿的转子代替（齿数等于缸数）。 转子转动时磁通周期变化，a、c两点磁通变化最快，在线圈中的感应电动势（输出信号）也最大。 由每个循环（转子一圈）脉冲信号数可以计算出发动机转速。 曲轴位置传感器装在曲轴上。每圈60齿。原理相同。曲轴转角位置传感器和转速传感器 磁感应传感器：24d、车速传感器： 发动机怠速与加速时的空燃比控制需要车速信号。 变速箱输出轴的转速由软轴传到转速表内，每转一圈，舌簧开关型车速传感器中磁铁极性变化4次，光电耦合型传感器中光敏二极管发出4个脉冲，送入ECU。e、氧传感器： 作用：检测废气中的含氧量，作调整空燃比的依据。 原理：在氧化锆（ZrO2）管内外侧镀铂膜形成电极，分别通过空气和废气，氧气在高温下电离，两侧氧离子浓度不同则产生电动势，可以反映废气中的含氧量。d、车速传感器： 发动机怠速与加速时的空燃比控制需要车速信号25B、ECU内容：CPU+输入级+输出级组成单片机。B、ECU内26ECU 两种输入电路：数字信号和模拟信号（经过A/D转换器）都变成数字信号经I/O接口进入CPU。数据存入RAM并根据输入数据由ROM中调取相应工况下的标准数据和计算方法计算出执行数据再通过I/O接口经输出回路向执行机构发出执行指令。ECU 两种输入电路：数字信号和模拟信号（经过A/D转换器）27C、执行器 执行器通常指燃油泵、点火线圈及火花塞之类。但是汽车电控系统为了安全往往不是由ECU的信号直接放大以后执行，而是由ECU的信号通过继电器触发（控制）输出电路执行的。可以分为主继电器和断路继电器两类。基本作用原理见图。C、执行器 执行器通常指燃油泵、点火线圈及火花塞之类。但是汽28断路继电器控制电路：1、蓄电池；2、点火线圈；3、主继电器；4、电路继电器；5、空气流量计；6、燃油泵；7、分电器；8、输入回路；9、后备集成电路。ST：启动端子；IG：主继电器端子。断路继电器控制电路：1、蓄电池；291.2、几种电控燃油喷射系统分析：一、K型、KE型汽油喷射系统： K型是机械控制燃油喷射系统。 KE型是机械电子控制燃油喷射系统。1.2、几种电控燃油喷射系统分析：一、K型、KE型汽油喷射系30K型机械控制式燃油喷射系统K型机械控制式燃油喷射系统31KE型汽油喷射系统KE型汽油喷射系统322、KE型机电混合式燃油控制系统

2、KE型机电混合式燃油控制系统 33二、D型电控汽油喷射系统： 开发应用比较早，特点是通过测量进气管绝对压强，结合发动机转速来确定基本喷油量。二、D型电控汽油喷射系统： 开发应用比较早，特点是通过测量进34D型电控汽油喷射系统 D型燃油喷射系统的进气压力传感器安装在节气门后方进气总管（稳压箱)中，而节气门旁边分别有混合气调节螺钉（在空气阀上）和怠速控制阀。 D型燃油喷射系统是完全电子控制的显然优于K型和KE型（见p36图）然而，空气流量的测量不够理想。

D型电控汽油喷射系统 D型燃油喷射系统的进气压力传感器安装在35三、L型和LH型电控汽油喷射系统：如果把空气流量的测量改为空气流量计有利于空燃比的精确控制，同时对发动机工况的变化反应快，因而发动机性能得以提高。L型电控汽油喷射系统采用叶片式空气流量计。LH型电控汽油喷射系统改用热线式或热膜式空气流量计对进气温度的变化有补偿，而且不受海拔高度的影响。三、L型和LH型电控汽油喷射系统：如果把空气流量的测量改为36三、L型和LH型电控汽油喷射系统：

三、L型和LH型电控汽油喷射系统： 37LH型电子控制式燃油喷射系统

LH型电子控制式燃油喷射系统 38L型和LH型电控汽油喷射系统L型和LH型电控汽油喷射系统391.3、汽油机集中控制系统：一、系统： 早期的单独控制燃油喷射或单独控制点火的系统ECU称为单一功能控制系统；

现在用一个ECU同时控制燃油喷射和点火甚至汽车的变速、制动、空调及所有的各个系统称为复合功能控制系统。又称为Motronic系统。因此该系统的空气供给、燃油供给都与L型相似。电子控制也仅仅是规模大、内容多，原理没有区别。1.3、汽油机集中控制系统：一、系统：现在用一个ECU40二、Motronic的工作过程： 主要讨论点火参数的确定。1、点火提前角的确定——三步曲： 首先，一般发动机的点火提前角都在活塞上止点前（曲轴转角）10度左右，不同的发动机不一样，针对性的确定一个初始值； 其次，根据发动机工况、废气排放要求、动力性与经济性要求得出提前角与发动机转速及负荷间的关系，并经过大量台架和行车试验制定出脉谱图以数字形式存入ROM中； 最后，对启动、怠速、全负荷等的处理方法，气温、水温的影响关系，空调、爆燃等信号的处理给出修正办法。

可见：第一步，有确定的初始值；第二步，由转速与负荷调取数据；第三步，由传感器数据和特定信号进行修正。然后发出点火指令。 二、Motronic的工作过程： 主要讨论点火参数的确定。41２、点火提前角的控制方式：闭环控制（下图）。又如：爆燃控制（右图）； 怠速转速稳定控制； 初级电流导通角控制（右下图）。２、点火提前角的控制方式：闭环控制（下图）。421.4、汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术：一、稀薄燃烧： 经济混合气A/F=16，但是实际上中等负荷下通常A/F=14~15.5。因为：a、三元催化反应器要求过量空气系数λ(φa)=1； b、稀薄燃烧需要解决燃烧速度慢及其带来的一系列问题直接影响因素有： 进气涡流比，喷油正时，点火正时及过量空气系数。 大负荷、高转速时需要浓混合气，稀薄燃烧只能在低转速时实行。对于城市道路上行驶的汽车效果明显。 低转速时，进气少，进气阻力大。如果供油量不变，开大节气门和气门，增加进气，减少损失，降低混合气浓度和燃烧温度，提高燃料经济性。这就是稀薄燃烧的本质。1.4、汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术：一、稀薄燃烧：43汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术二、关键问题： 油气混合快加匀１、进气涡流比控制：

组织适当的缸内空气运动以促使油束雾化和加速燃烧；分层充气和缸内空气运动需要多气门技术。如：滚筒分层气流； 分叉螺旋进气道：旋进与直进结合并由阀门控制比例，低速旋进多，高速旋进少。多气门滚筒分层分叉螺旋进气道汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术二、关键问题：多气门滚筒分层分叉44关键问题还可以分叉与喷油结合；副气门升程可变控制涡流比。２、喷油正时电子控制： 早喷远处浓度大，迟早结合浓度均匀燃烧快，但是NOx可能多，需适当。3、点火正时控制： 由于混合气稀，备燃期和速燃期都变长了，点火应提早。4、过量空气系数的闭环控制： 过量空气系数大能节油，但是存在燃烧慢，不稳定等问题。要注意：a、只能用于中、小负荷；b、不同的发动机要区别对待。双向气流双速喷射节气门控制涡流比多凸轮升程控制空燃比特性场关键问题还可以分叉与喷油结合；双向气流双速喷射多凸轮升程控制45三、缸内直喷（GDI）：1、缸内直喷的特点： 缸内直喷对进气冷却（进气即喷），提高了体积效率，减少了爆燃和表面点火的倾向，不怕相位重叠带来新气损失，容易实现分层稀薄燃烧，混合与燃烧效果好，通过研究和试验已经克服了容易积碳、HC排放和冒黑烟等问题。缸内直喷终将取代缸外喷射。

三、缸内直喷（GDI）：1、缸内直喷的特点：46

为了形成强烈而适当的翻滚气流，应该有适当的燃烧室形状。 为了47缸内直喷（GDI）2、GDI燃烧系统：a、油束控制燃烧系统（a图）： 喷油器在中间，油束直达火花塞，有利于分层燃烧（λ=0.8？），但是火花塞寿命短。未能实用；b、壁面控制燃烧系统（b图）： 油喷入活塞凹坑，被气流带到火花塞处，必须立式进气道的逆向翻滚气流配合，混合匀需早喷；c、气流控制燃烧系统（c图）：喷油器由边缘向中间的火花塞喷油，进气流顺向吹送。缸内直喷（GDI）2、GDI燃烧系统：c、气流控制燃烧48缸内直喷（GDI）

分层燃烧在火花塞附近浓度大，外围稀薄，热损失少，经济性好，近似柴油机燃烧。 次分层燃烧在进气压缩两次喷油； 均匀混合气：进气喷油挥发降温可以抑制爆燃提高压缩比。缸内直喷（GDI） 分层燃烧在火49缸内直喷（GDI）3、GDI燃油供给系统的组成： 低压泵0.35MPa、高压泵12MPa、蓄（共轨稳）压器、压力传感器、燃油压力控制阀、电磁涡流喷油器。缸内直喷（GDI）3、GDI燃油供给系统的组成：50缸内直喷（GDI） 高压泵是径向柱塞泵，三个柱塞轮流泵油但是共轨，与柴油机分别供油完全不同。 燃油压力控制阀是单向阀超压泄油控制，与传统不同的是不用弹簧，而用电子信号反馈控制。 喷油器的特点是：针阀细长，因为位置有限；喷口有多孔型、椎面型和涡流型（最好）三种。缸内直喷（GDI） 高压泵是径向柱塞泵，三个柱塞轮流514、GDI的废气排放控制： 有三元催化反应器CO和HC不成问题，但是NOx不能解决。解决办法要走四步：a、稀混合气时由Pt（铂）将NO氧化成NO2；b、用碱土金属氧化物吸收NO2，成硝酸盐；c、硝酸盐分解成O2和NO；d、改在浓混合气时由Pt和Rh（铑）将NO还原成N2。右图为50s稀混合气后0.3s加浓。4、GDI的废气排放控制： 有三元催化反应器CO和HC不成问521.5、汽油机废气再循环（EGR）：一、废气再循环及其作用机理： 1、定义：使部分废气重新引入气缸即废气再循环。 2、作用机理：CO2是吸热性气体，可以降低燃烧室的最高温度，从而减少NOx的生成量，减少排气污染。 3、EGR率：进气管与排气管中CO2之比值。 4、分类：内部再循环：利用气门重叠角留下部分高温废气参加下一个循环； 外部再循环：将部分排气管的低温废气重新引入气缸。 5、废气再循环对汽油机油耗和排放的影响：如右图1.5、汽油机废气再循环（EGR）：一、废气再循环及其作用机53汽油机废气再循环5、废气再循环对汽油机油耗和排放的影响： 由图可见：a、EGR率的影响和过量空气系数λ的影响类似，都是油耗及HC排放成增加趋势，而NOx成减少趋势；b、最低油耗在λ=1.15，EGR率=0.4处。 也即：NOx减少的同时，CO和HC增加了。因为，废气使未烧完的CO及HC再燃烧的机会减少了（火焰激冷）。 影响量可见右图。 因此先引进二次空气降低CO和HC含量（可达10~40%）然后用三元催化反应器减少NOx的排放可以得到最好的综合效果。汽油机废气再循环5、废气再循环对汽油机油耗和排放的影响： 由54二、废气再循环的电子控制系统：1、控制系统： ECU指令点-气转换器6接通或切断EGR阀8与进气管（真空度）的通道，从而控制EGR阀的开闭。2、主要元件： a、废气再循环阀： 上部为膜片室，膜片上方经转换器通进气管（真空度）或通大气，下方通大气。 下部为接通排气管与进气管的阀门及通道与接口。二、废气再循环的电子控制系统：1、控制系统：55废气再循环的电子控制系统上图：排气再循环阀。下图：电-气转换器。b、电-气转换器： 1管通进气支管，2管通空气，3为电接头，4管通膜片室上方。ECU以脉冲宽度方式，由占空比调节控制压力——废气流通面积。控制策略：a、启动、怠速与暖机时关阀；b、随着负荷的加大关小阀门保证发动机加大功率；c、全负荷时，再循环阀全关。废气再循环的电子控制系统上图：排气再循环阀。控制策略：56三、混入空气调节压差的外部废气再循环电子控制：1、实质：低工况区进气少，废气加入量也必须很少，控制误差大，而且反应慢。废气先与经过空气调节阀提供的空气在混合室混合，然后根据压差控制混合废气加入量。2、压差的控制：改控制阀门通道面积为进出口压差从而控制废气量。EGR阀4只有开或闭两个状态，对排气压力无影响。混合室前有一孔板，调节空气调节阀的开度，开度越大，孔后压力越大，即孔板压差越小，废气流量越小，EGR率也越小。三、混入空气调节压差的外部废气再循环电子控制：1、实质：低工57混入空气调节压差的外部废气再循环电子控制优点： 1、控制元件——空气调节阀不接触废气，不受污染和腐；而且，先混合再进入进气管，对进气系统温度影响小； 2、混合室到进气管的入口经过计算、试验与控制限制了最大流量（临界压力比），避免了低工况下进气压力低干扰EGR率的调节；

3、实践证明：反映灵敏，燃烧改善。下图可见：混合室压力随调节阀开度的变化平稳。混合室的三种布置：混入空气调节压差的外部废气再循环电子控制优点：3、实践证明：581.6、汽油机的可变配气相位：一、概念： 通过控制气门开启角（相位）、开启持续角和气门升程三个参数，提高发动机的动力性，经济性和排放性。二、控制机理： 1、高转速时进气门早开，可以增加进气量，同时加大相位重叠角，形成内部排气再循环，降低油耗和NOx排放量。但是要防止启动困难，怠速不稳和低速工作粗暴； 2、进气门迟关，可以利用高转速时的气流惯性提高充气效率（体积效率），但是只能适量； 3、加大气门升程，可以增加高负荷时的体积效率，但是可能增加低负荷时的进气阻力（关小节气门）。 显然，低负荷与高负荷时要求不同，最好能够分别调节。即：设计三个气门参数都可变的配气系统。 1.6、汽油机的可变配气相位：一、概念：59汽油机的可变配气相位三、可变气门可能产生的效果：1、提高标定功率：提高充气效率的必然结果。2、提高低速扭矩与怠速稳定性：改善混合比及气流运动当然如此。3、提高燃油经济性15~20%： 首先，气门开度可变，则低负荷时节气门开度可以不变，进气道损失小； 其次，双气门配合，大开度保持进气量，小开度增加进气涡流，燃烧好又节油，还改善启动性能； 第三，低速时气门重叠角小，残余废气少，经济性和怠速稳定性都能提高；高速时，进气阻力与节流损失小；4、改善启动性能：5、排放得到全面改善： CO、HC燃烧好，NOx产生少。特别是低负荷时效果更明显。汽油机的可变配气相位三、可变气门可能产生的效果：60汽油机的可变配气相位四、可变气门的研究状况： 部分技术开始应用，初见成效。1、无凸轮轴可变配气相位机构： 无节气门，进气阻力小；无配气机构，结构大大简化；气门开闭全电子化，气门正时及进气量可以最优化。但是消耗电能多，需要1J/气门次。2、改变凸轮轴相位角的机构： 进气门关闭角和气门相位角对发动机性能影响较大，分别控制进排气门即可。 右下图，环形柱塞1与正时皮带轮3及内轴套4之间都是斜齿轮连接。 电磁阀通过液压油推动柱塞右移，改变凸轮轴位置（进、排气，皮带轮相对固定），则配气相位相应改变。汽油机的可变配气相位四、可变气门的研究状况：61可变气门的研究状况3、改变凸轮型线的机构：右图 两个高速凸轮3，四个低速凸轮2，三个摇臂：主、中间、次摇臂，4个气门。 低速时：两个低速凸轮分别通过主次两摇臂控制两个气门开度为7.3mm和0.65mm，进气多气旋强，实现稀薄燃烧； 中速时：由液压柱销7将主次两个摇臂连成一体，由中（低）速凸轮控制，气门开度7.3mm； 高速时，由液压柱销8将三个摇臂联动，由高速凸轮驱动，气门开度为10mm。 气门开度见下一页图。可变气门的研究状况3、改变凸轮型线的机构：右图62可变气门的研究状况 有多种机构，机构比较复杂。 左图为电控液压挺柱式可变配气相位机构。 电磁阀工作时，放出高压腔3中的油，第二挺柱延缓动作，减少升程，气门可以晚开早关，减少排量。否则两个挺柱如刚体一样运动。4、改变凸轮与气门之间连接的可变配气相位机构：可变气门的研究状况 有多种机构，机构比较复杂。4、改变凸轮与63汽车新技术李朝晖 杨新桦 主编周国坚 主讲汽车新技术李朝晖 杨新桦 主编64前言内容：区别传统汽车的技术。如： 发动机的增压技术； 汽油机的燃油喷射； 汽车的电子控制； 汽车的废气排放要求及控制； 气体燃料发动机； 安全性技术：ABS，汽车防盗，防撞击，胎压自动检测，防滑系统； 舒适性方面：空调，音响，噪声控制，巡航技术； 还有底盘方面：无级变速，车身高度调节，防震，电控动力转向； 新材料的应用等等。前言内容：65第一章 汽油机新技术1.1、汽油机电控燃油喷射系统的组成及工作原理一、电控燃油喷射系统简介： 目前世界轿车产量的95%都装了燃油喷射系统，越来越多的城市和地区禁止装化油器的汽车运行。为什么？ 燃油喷射系统的优缺点：1、进气阻力小，充气效率高，功率大；2、供油精确，反应灵敏，适应性好；3、能兼顾发动机的动力性、经济性和排放性。总体性能大幅度提高；4、电控技术应用面非常广泛，有无限的发展空间；（现在已经远远超出了燃油喷射的范围）5、目前价格较贵。（但是，电子产品必然会越来越便宜）第一章 汽油机新技术1.1、汽油机电控燃油喷射系统的组成及工66汽车电子控制系统的应用汽车电子控制系统的应用67第一章-汽油机新技术课件68第一章-汽油机新技术课件69第一章-汽油机新技术课件70二、电控燃油喷射原理： 电控燃油喷射原理是：随时检测（用各种传感器及开关）发动机进气量、转速、所处的工况及其它如水温、气温、节气门开度等等许多必要的参数；由电控单元ECU分析与计算出所需的喷油量、喷油时刻；并适时地向喷油器发出执行指令，使发动机工作实现最佳的空燃比。 空燃比（A/F）：混合气中空气与汽油的质量的比值。 理论空燃比=14.7：理论上燃烧后全部变成CO2和H2O。 经济空燃比=16：空气量提高到1.1倍，避免因为油气混合不均匀造成的汽油燃烧不完全。 功率空燃比=12.5~14：空气充分利用，燃烧速度最快，发动机功率最大。 大多数情况下（中等负荷）应该尽量接近经济空燃比； 为了克服大的阻力或临时加速，应该用功率空燃比以得到全负荷；二、电控燃油喷射原理： 电控燃油喷射原理是：随时检测（用各种71电控燃油喷射原理

此外：汽车怠速时，由于废气冲淡了混合气，必须增加供油量才能保证空气能接触到足够的汽油，因此空燃比应该小于14.7； 冷发动机启动时，汽油大量粘附在管壁上，空燃比需要3~9才能保证进入气缸的混合气有适当的浓度； 启动以后，发动机升温过程中（暖机）空燃比应该逐渐加大直至正常（大约16）； 发动机加速时，节气门突然开大，进气管真空度瞬间变小会造成汽油蒸发减少在管壁上粘附成油膜，进入气缸的混合气反而过稀，发动机转速下降，所以应该及时增加供油量； 于此相反，驾驶员突然放松油门时，节气门突然关闭而发动机并未立即减速，管壁油膜被立即吸入，供油量应该进一步减少。

右图BC段应为16。电控燃油喷射原理 此外：汽车怠速时，由于废气冲淡了混合气，必72比较：1、化油器工作原理：2、过量空气系数φa及其影响：φa=0.88发出最大功率。功 率混合 气φa=1.10经济性最好。经济 混合气φa<0.4、α>1.4超出着火上 下限，不可燃。φa=1理想混合气1kg汽油 14.7kg空气φa>1.05~1.15过稀混合气,燃 烧速度慢,严重时下一循 环造成进气管回火.φa<0.88过浓混合气,造成积 炭,排气管冒黑烟,排放超 标,排气管放炮(CO二次 燃烧).比较：1、化油器工作原理：73电控燃油喷射原理 空燃比对废气排放也有直接的影响：（右上图）A/F=16~18时废气中HC含量最低；A/F≥16时CO含量低；A/F=15.5~16时NOX含量最高。 可见空燃比不能同时满足各种有害物质排放的要求，通常需要通过废气再循环EGR，二次空气供给，三元催化反应器和热反应器等措施才能达到必要的排放标准。 混合气空燃比的影响可以用图线表示：（右下图） 1线为最高温度线 2线为最大功率线 3线为最低油耗线电控燃油喷射原理 空燃比对废气排放也有直接的影74三、电控汽油喷射系统的分类：1、机械控制与电子控制；2、缸内喷射与进气管喷射；3、单点喷射与多点喷射；4、连续稳定喷射与间息脉冲喷射； 5、开环控制与闭环控制；6、直接测量空气流量，测量进气管压力与发动机转速转换流量，由节气门开度与发动机转速计算流量。三、电控汽油喷射系统的分类：1、机械控制与电子控制；75四、电控汽油喷射系统的组成： 组成：空气供给+燃油供给+电子控制1、空气供给： 包括空气滤清器，空气流量计（或进气压力传感器），节气门体，怠速控制阀。 a、叶片式空气流量计： 有测量叶片、缓冲叶片、缓冲室、旁通道CO调整螺钉、电位计和进气温度传感器。 注意：CO调整螺钉调整混合气浓度而节气门旁的怠速调整螺钉是调整怠速时的进气量和怠速稳定性的。四、电控汽油喷射系统的组成： 组成：空气供给+燃油供给+电子76电控汽油喷射系统的组成b、热线式空气流量计： 原理：气流降低Rk电阻值，造成惠斯顿电桥不平衡，电桥自动增加通过精密铂丝电阻Rm的电流维持平衡，测量电压Um即可知道对应的空气流量。 热膜式空气流量计，将铂丝改为镀膜降低了成本，得到较广泛的应用。c、真空流量传感器：P9图 由半导体硅应变片感受进气支管中的绝对压强（一面是绝对真空）并由惠斯顿电桥传出电压值（与上述电桥原理相同）反映空气流量值。电控汽油喷射系统的组成b、热线式空气流量计：77d、卡门漩涡空气流量计d、卡门漩涡空气流量计78电控汽油喷射系统的组成空气供给e、节流阀体与怠速调整螺钉： 节气门轴上有节气门位置传感器，旁通道是怠速空气通道（有的发动机没有旁通道，只有节气门开度调节）f、冷启动空气阀： 冷车启动时经空气阀增加进气量；p13~14g、怠速控制阀（ISCV）：

多数发动机通过怠速旁通道控制怠速。 由步进电机转子的转动变成阀杆的直线进给。转子有16个磁极，定子有两个各带16个齿的铁心交错组成。N极和S极每一圈有32个位置吸引，即阀杆移动量可以精确到一个齿距的1/32，而且可以正反双向任意运动。电控汽油喷射系统的组成空气供给e、节流阀体与怠速调整螺钉：79怠速控制阀（ISCV）怠速控制阀（ISCV）802、燃油供给：

组成特点：电动燃油泵（有内装、外装，滚柱式、转子式、涡轮式等几种）；燃油压力调节器；脉动阻尼器；电动喷油器；和冷启动喷油器。2、燃油供给： 组成特点：81燃油供给a、电动喷油泵有内装式和外装式两种，内装式是湿式电机浸日汽油中。上图为滚柱式左图为涡轮泵右图为B501型电磁泵燃油供给a、电动喷油泵82b、燃油压力调节器：

c、电动喷油器及正时开关：b、燃油压力调节器：

c、电动喷油器及正时开关：833、电子控制系统：组成：传感器+ECU+执行器主要的传感器有：节气门位置传感器；水温和气温传感器；曲轴转角位置和转速传感器；车速传感器；氧传感器；爆震传感器还有信号开关：启动开关；空档开关；空调开关；电子负荷信号；动力转向信号。3、电子控制系统：组成：84A、传感器a、节气门位置传感器： 电源电压Vb=12V，经电阻降为5V由Vcc输入，通过滑线变阻器由VTA输出模拟电压信号经过A/D转换器到ECU； 节气门全闭时，接地E2与怠速触点IDL接触输出怠速信号； 节气门全开时，Vcc与功率触点PSW接触，输出全负荷信号； 进气温度传感器也装在节气门体上，电流由E2接地；b、水温与进气温度传感器： 由热敏电阻（负温度系数）感受温度，温度越高电阻越小，变成电压信号THW和THA经ECU调整点火提前角和燃油喷射量。A、传感器a、节气门位置传感器：85电子控制系统c、曲轴转角位置传感器和转速传感器： 流量计测得是单位时间内的流量，只有综合发动机转速计算出每一单元的流量才能计算各种工况下的喷油量。 种类：电磁式和霍尔式。 霍尔效应与霍尔传感器： 一个带集成电路的半导体基片—霍尔元件有三个方向，两个方向分别加上磁场和电流时，第三个方向必有电压。因此，在分电器里用磁场中的霍尔元件和带缺口的转子可以产生每一个循环下的电压波。以此计算发动机转速和分电器的断电效应。电子控制系统c、曲轴转角位置传感器和转速传感器：86曲轴转角位置传感器和转速传感器 磁感应传感器： 分电器中的凸轮用带凸齿的转子代替（齿数等于缸数）。 转子转动时磁通周期变化，a、c两点磁通变化最快，在线圈中的感应电动势（输出信号）也最大。 由每个循环（转子一圈）脉冲信号数可以计算出发动机转速。 曲轴位置传感器装在曲轴上。每圈60齿。原理相同。曲轴转角位置传感器和转速传感器 磁感应传感器：87d、车速传感器： 发动机怠速与加速时的空燃比控制需要车速信号。 变速箱输出轴的转速由软轴传到转速表内，每转一圈，舌簧开关型车速传感器中磁铁极性变化4次，光电耦合型传感器中光敏二极管发出4个脉冲，送入ECU。e、氧传感器： 作用：检测废气中的含氧量，作调整空燃比的依据。 原理：在氧化锆（ZrO2）管内外侧镀铂膜形成电极，分别通过空气和废气，氧气在高温下电离，两侧氧离子浓度不同则产生电动势，可以反映废气中的含氧量。d、车速传感器： 发动机怠速与加速时的空燃比控制需要车速信号88B、ECU内容：CPU+输入级+输出级组成单片机。B、ECU内89ECU 两种输入电路：数字信号和模拟信号（经过A/D转换器）都变成数字信号经I/O接口进入CPU。数据存入RAM并根据输入数据由ROM中调取相应工况下的标准数据和计算方法计算出执行数据再通过I/O接口经输出回路向执行机构发出执行指令。ECU 两种输入电路：数字信号和模拟信号（经过A/D转换器）90C、执行器 执行器通常指燃油泵、点火线圈及火花塞之类。但是汽车电控系统为了安全往往不是由ECU的信号直接放大以后执行，而是由ECU的信号通过继电器触发（控制）输出电路执行的。可以分为主继电器和断路继电器两类。基本作用原理见图。C、执行器 执行器通常指燃油泵、点火线圈及火花塞之类。但是汽91断路继电器控制电路：1、蓄电池；2、点火线圈；3、主继电器；4、电路继电器；5、空气流量计；6、燃油泵；7、分电器；8、输入回路；9、后备集成电路。ST：启动端子；IG：主继电器端子。断路继电器控制电路：1、蓄电池；921.2、几种电控燃油喷射系统分析：一、K型、KE型汽油喷射系统： K型是机械控制燃油喷射系统。 KE型是机械电子控制燃油喷射系统。1.2、几种电控燃油喷射系统分析：一、K型、KE型汽油喷射系93K型机械控制式燃油喷射系统K型机械控制式燃油喷射系统94KE型汽油喷射系统KE型汽油喷射系统952、KE型机电混合式燃油控制系统

2、KE型机电混合式燃油控制系统 96二、D型电控汽油喷射系统： 开发应用比较早，特点是通过测量进气管绝对压强，结合发动机转速来确定基本喷油量。二、D型电控汽油喷射系统： 开发应用比较早，特点是通过测量进97D型电控汽油喷射系统 D型燃油喷射系统的进气压力传感器安装在节气门后方进气总管（稳压箱)中，而节气门旁边分别有混合气调节螺钉（在空气阀上）和怠速控制阀。 D型燃油喷射系统是完全电子控制的显然优于K型和KE型（见p36图）然而，空气流量的测量不够理想。

D型电控汽油喷射系统 D型燃油喷射系统的进气压力传感器安装在98三、L型和LH型电控汽油喷射系统：如果把空气流量的测量改为空气流量计有利于空燃比的精确控制，同时对发动机工况的变化反应快，因而发动机性能得以提高。L型电控汽油喷射系统采用叶片式空气流量计。LH型电控汽油喷射系统改用热线式或热膜式空气流量计对进气温度的变化有补偿，而且不受海拔高度的影响。三、L型和LH型电控汽油喷射系统：如果把空气流量的测量改为99三、L型和LH型电控汽油喷射系统：

三、L型和LH型电控汽油喷射系统： 100LH型电子控制式燃油喷射系统

LH型电子控制式燃油喷射系统 101L型和LH型电控汽油喷射系统L型和LH型电控汽油喷射系统1021.3、汽油机集中控制系统：一、系统： 早期的单独控制燃油喷射或单独控制点火的系统ECU称为单一功能控制系统；

现在用一个ECU同时控制燃油喷射和点火甚至汽车的变速、制动、空调及所有的各个系统称为复合功能控制系统。又称为Motronic系统。因此该系统的空气供给、燃油供给都与L型相似。电子控制也仅仅是规模大、内容多，原理没有区别。1.3、汽油机集中控制系统：一、系统：现在用一个ECU103二、Motronic的工作过程： 主要讨论点火参数的确定。1、点火提前角的确定——三步曲： 首先，一般发动机的点火提前角都在活塞上止点前（曲轴转角）10度左右，不同的发动机不一样，针对性的确定一个初始值； 其次，根据发动机工况、废气排放要求、动力性与经济性要求得出提前角与发动机转速及负荷间的关系，并经过大量台架和行车试验制定出脉谱图以数字形式存入ROM中； 最后，对启动、怠速、全负荷等的处理方法，气温、水温的影响关系，空调、爆燃等信号的处理给出修正办法。

可见：第一步，有确定的初始值；第二步，由转速与负荷调取数据；第三步，由传感器数据和特定信号进行修正。然后发出点火指令。 二、Motronic的工作过程： 主要讨论点火参数的确定。104２、点火提前角的控制方式：闭环控制（下图）。又如：爆燃控制（右图）； 怠速转速稳定控制； 初级电流导通角控制（右下图）。２、点火提前角的控制方式：闭环控制（下图）。1051.4、汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术：一、稀薄燃烧： 经济混合气A/F=16，但是实际上中等负荷下通常A/F=14~15.5。因为：a、三元催化反应器要求过量空气系数λ(φa)=1； b、稀薄燃烧需要解决燃烧速度慢及其带来的一系列问题直接影响因素有： 进气涡流比，喷油正时，点火正时及过量空气系数。 大负荷、高转速时需要浓混合气，稀薄燃烧只能在低转速时实行。对于城市道路上行驶的汽车效果明显。 低转速时，进气少，进气阻力大。如果供油量不变，开大节气门和气门，增加进气，减少损失，降低混合气浓度和燃烧温度，提高燃料经济性。这就是稀薄燃烧的本质。1.4、汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术：一、稀薄燃烧：106汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术二、关键问题： 油气混合快加匀１、进气涡流比控制：

组织适当的缸内空气运动以促使油束雾化和加速燃烧；分层充气和缸内空气运动需要多气门技术。如：滚筒分层气流； 分叉螺旋进气道：旋进与直进结合并由阀门控制比例，低速旋进多，高速旋进少。多气门滚筒分层分叉螺旋进气道汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术二、关键问题：多气门滚筒分层分叉107关键问题还可以分叉与喷油结合；副气门升程可变控制涡流比。２、喷油正时电子控制： 早喷远处浓度大，迟早结合浓度均匀燃烧快，但是NOx可能多，需适当。3、点火正时控制： 由于混合气稀，备燃期和速燃期都变长了，点火应提早。4、过量空气系数的闭环控制： 过量空气系数大能节油，但是存在燃烧慢，不稳定等问题。要注意：a、只能用于中、小负荷；b、不同的发动机要区别对待。双向气流双速喷射节气门控制涡流比多凸轮升程控制空燃比特性场关键问题还可以分叉与喷油结合；双向气流双速喷射多凸轮升程控制108三、缸内直喷（GDI）：1、缸内直喷的特点： 缸内直喷对进气冷却（进气即喷），提高了体积效率，减少了爆燃和表面点火的倾向，不怕相位重叠带来新气损失，容易实现分层稀薄燃烧，混合与燃烧效果好，通过研究和试验已经克服了容易积碳、HC排放和冒黑烟等问题。缸内直喷终将取代缸外喷射。

三、缸内直喷（GDI）：1、缸内直喷的特点：109

为了形成强烈而适当的翻滚气流，应该有适当的燃烧室形状。 为了110缸内直喷（GDI）2、GDI燃烧系统：a、油束控制燃烧系统（a图）： 喷油器在中间，油束直达火花塞，有利于分层燃烧（λ=0.8？），但是火花塞寿命短。未能实用；b、壁面控制燃烧系统（b图）： 油喷入活塞凹坑，被气流带到火花塞处，必须立式进气道的逆向翻滚气流配合，混合匀需早喷；c、气流控制燃烧系统（c图）：喷油器由边缘向中间的火花塞喷油，进气流顺向吹送。缸内直喷（GDI）2、GDI燃烧系统：c、气流控制燃烧111缸内直喷（GDI）

分层燃烧在火花塞附近浓度大，外围稀薄，热损失少，经济性好，近似柴油机燃烧。 次分层燃烧在进气压缩两次喷油； 均匀混合气：进气喷油挥发降温可以抑制爆燃提高压缩比。缸内直喷（GDI） 分层燃烧在火112缸内直喷（GDI）3、GDI燃油供给系统的组成： 低压泵0.35MPa、高压泵12MPa、蓄（共轨稳）压器、压力传感器、燃油压力控制阀、电磁涡流喷油器。缸内直喷（GDI）3、GDI燃油供给系统的组成：113缸内直喷（GDI） 高压泵是径向柱塞泵，三个柱塞轮流泵油但是共轨，与柴油机分别供油完全不同。 燃油压力控制阀是单向阀超压泄油控制，与传统不同的是不用弹簧，而用电子信号反馈控制。 喷油器的特点是：针阀细长，因为位置有限；喷口有多孔型、椎面型和涡流型（最好）三种。缸内直喷（GDI） 高压泵是径向柱塞泵，三个柱塞轮流1144、GDI的废气排放控制： 有三元催化反应器CO和HC不成问题，但是NOx不能解决。解决办法要走四步：a、稀混合气时由Pt（铂）将NO氧化成NO2；b、用碱土金属氧化物吸收NO2，成硝酸盐；c、硝酸盐分解成O2和NO；d、改在浓混合气时由Pt和Rh（铑）将NO还原成N2。右图为50s稀混合气后0.3s加浓。4、GDI的废气排放控制： 有三元催化反应器CO和HC不成问1151.5、汽油机废气再循环（EGR）：一、废气再循环及其作用机理： 1、定义：使部分废气重新引入气缸即废气再循环。 2、作用机理：CO2是吸热性气体，可以降低燃烧室的最高温度，从而减少NOx的生成量，减少排气污染。 3、EGR率：进气管与排气管中CO2之比值。 4、分类：内部再循环：利用气门重叠角留下部分高温废气参加下一个循环； 外部再循环：将部分排气管的低温废气重新引入气缸。 5、废气再循环对汽油机油耗和排放的影响：如右图1.5、汽油机废气再循环（EGR）：一、废气再循环及其作用机116汽油机废气再循环5、废气再循环对汽油机油耗和排放的影响： 由图可见：a、EGR率的影响和过量空气系数λ的影响类似，都是油耗及HC排放成增加趋势，而NOx成减少趋势；b、最低油耗在λ=1.15，EGR率=0.4处。 也即：NOx减少的同时，CO和HC增加了。因为，废气使未烧完的CO及HC再燃烧的机会减少了（火焰激冷）。 影响量可见右图。 因此先引进二次空气降低CO和HC含量（可达10~40%）然后用三元催化反应器减少NOx的排放可以得到最好的综合效果。汽油机废气再循环5、废气再循环对汽油机油耗和排放的影响： 由117二、废气再循环的电子控制系统：1、控制系统： ECU指令点-气转换器6接通或切断EGR阀8与进气管（真空度）的通道，从而控制EGR阀的开闭。2、主要元件： a、废气再