可燃混合气成分与汽油机性能的关系

一可燃混合气成分与汽油机性能的关系 1、混合气浓度描述空燃比：可燃混合气中，空气与燃料的质量比。（国外常用）理论混合气：空燃比为14.7的可燃混合气。大于14.7为稀混合气；小于14.7为浓混合气过量空气系数(我国常用)2、可燃混合气成分对发动机性能的影响可燃混合气的浓度对发动机的性能影响很大，直接影响动力性和经济性。通过试验(发动机转速一定，节气门全开，改变汽油量孔尺寸，以获得不同α)证明，发动机的功率和耗油率都是随着过量空气系数α变化而变化的。

1.燃油消耗率2.功率(1)标准混合气（α=1）：由于混合时间和空间的限制以及气缸内废气的影响，这种混合气并不能完全燃烧。(2)稀混合气（α>1）:为实际上可能完全燃烧的混合气,它可保证所有汽油分子获得足够的空气而完全燃烧.因而经济性最好,故称经济混合气，值多在1.05——1.15范围内。但若α>1.05——1.15，将会使燃烧速度减小，热量损失增大，发动机过热，加速性变坏，化油器回火，排气管出现突噜声。1.燃油消耗率2.功率(3)浓混合气（α<1）：值在0.85——0.95范围内时，燃烧速度最快，热量损失小，平均有效压力和发动机功率大，称功率成分混合气。当α<0.88时，则燃烧不完全，排气管冒黑烟、放炮、燃烧室积碳，功率下降，耗油量显著增大，排放污染严重。(4)燃烧极限：当α=0.4、1.4时，因混合气太浓或太稀，虽能着火，但火焰无法传播，导致发动机熄火，此值为燃烧上极限和下极限(浓、稀着火界限)。由此可知，动力性和经济性存在着矛盾，在0.88-1.11范围内最有利，不获得动力性就获得经济性，或两者都较好。1.燃油消耗率2.功率混合气种类空气过量系数发动机功率耗油率性能火焰传播上限0.4混合气不燃烧，发动机不工作过浓混合气0.43-0.87减小激增燃烧室积炭、排气管冒黑烟，放炮功率混合气0.88最大增大；10-15%输出最大功率标准混合气1.0减小2%增大4%经济混合气1.11减小8%最小过稀混合气1.13-1.33显著减小显著增大回火、发动机过热、加速性变坏火焰传播下限1.4混合气不燃烧，发动机不工作1)发动机工况和负荷的概念(1)发动机工况：是其工作情况的简称，它包括发动机的转速和负荷情况。(2)发动机负荷：是指汽车所施加给发动机的阻力矩，包括匀速、变速运动的阻力矩。汽车行驶时，发动机要发出等量的扭矩Me与阻力矩相平衡，因Me随节气门开度而变化，所以节气门开度即代表负荷的大小，如节气门全关、半开、全开分别为0负荷、中等负荷、全负荷。(3)汽车发动机工作特点a工况变化范围大，负荷从0——100%，转速从最低——最高，有时变化非常迅速，且工况间的变化是连续的。b汽车在行驶的大部分时间内，发动机是在中等负荷下工作。发动机各种工况要求有多种混合气成分，以满足不同工况对其动力性、经济性和排放的不同要求。3、发动机各工况对可燃混合气浓度的要求(1)怠速工况怠速是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转，此时混合气燃烧后所作的功，只用以克服发动机的内部阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。汽油机怠速运转一般为600～800r/min，转速很低，化油器内空气流速也低，使得汽油雾化不良，与空气的混合也很不均匀。另一方面，节气门开度很小，吸入气缸内的可燃混合气量很少，同时又受到气缸内残余废气的冲淡作用，使混合气的燃烧速度↓↓，因而发动机动力不足。因此要求提供较浓的混合气α=0.6～0.8。2)汽油机各种工况对可燃混合气成份的要求作为车用汽油机，其工况（负荷和转速）是复杂的，例如，超车、刹车、高速行驶、汽车在红灯信号下，起步或怠速运转、汽车满载爬坡等，工况变化范围很大，负荷可0→100%，转速可最低→最高。不同工况对混合气数量和浓度都有不同要求，具体要求如下：2)小负荷工况小负荷工况-要求供给较浓混合气α=0.7～0.9，因为，小负荷时，节气门开度较小，进入气缸内的可燃混合气量较少，而上一循环残留在气缸中的废气在气缸内气体中所占的比例相对较多，不利于燃烧，因此必须供给较浓的可燃混合气。3)中负荷工况(节气门开度在25%——85%之间)中负荷工况-要求经济性为主，混合气成分α=0.9～1.1，发动机大部分工作时间处于中负荷工况，所以经济性要求为主。中负荷时，节气门开度中等，故应供给接近于相应耗油率最小的α值的混合气，主要是α>1的稀混合气，这样，功率损失不多，节油效果却很显著。4)全负荷工况(节气门开度达85%以上)全负荷工况-要求发出最大功率Pemax，α=0.85～0.95,汽车需要克服很大阻力（如上陡坡或在艰难路上行驶）时，驾驶员往往需要将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工作，显然要求发动机能发出尽可能大的功率，即尽量发挥其动力性，而经济性要求居次要地位。故要求化油器供给Pemax时的α值。5)起动工况起动工况-要求供给极浓的混合气α=0.2～0.6。因为发动机起动时，由于发动机处于冷车状态，混合气得不到足够地预热，汽油蒸发困难。同时，由于发动机曲轴被带动的转速低，因而被吸入化油器喉管内的空气流速较低。难以在喉管处产生足够的真空度使汽油喷出。既使是从喉管流出汽油，也不能受到强烈气流的冲击而雾化，绝大部分呈油粒状态。混合气中的油粒会因为与冷金属接触而凝结在进气管壁上，不能随气流进入气缸。因而使气缸内的混合气过稀，无法引燃，因此，要求化油器供给极浓的混合气进行补偿，从而使进入气缸的混合气有足够的汽油蒸汽，以保证发动机得以起动。6)加速工况发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。要求混合气量要突增，并保证浓度不下降。当驾驶员猛踩踏板时，节气门开度突然加大，以期发动机功率迅速增大。在这种情况下，空气流量和流速以及喉管真空度均随之增大。汽油供油量，也有所增大。但由于汽油的惯性>空气的惯性，汽油来不及足够地以喷口喷出，所以瞬时汽油流量的增加比空气的增加要小得多，致使混合气过稀。另外，在节气门急开时，进气管内压力骤然升高，同时由于冷空气来不及预热，使进气管内温度降低。不利于汽油的蒸发，致使汽油的蒸发量减少，造成混合气过稀。结果就会导致发动机不能实现立即加速，甚至有时还会发生熄火现象。为了改善这种情况，就应该采取强制方法。在化油器节气门突然开大时，强制多供油，额外增加供油量，及时使混合气加浓到足够的程度。稳定工况对混合气的要求工况混合气浓度怠速和小负荷=0.6-0.8中等负荷=0.9-1.1大负荷和全负荷=0.85-0.95

怠速： 发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转，此时混合气燃烧释放的功，只用以克服发动机内部的阻力。过渡工况对混合气的要求工况混合气冷起动极浓=0.2-0.6暖机随温度升高加速及时加浓结论：通过上述分析，可以看出①发动机的运转情况是复杂的，各种运转情况对可燃混合气的成分要求不同。②起动、怠速、全负荷、加速运转时，要求供给浓混合气α<1。③中负荷运转时，随着节气门开度由小变大，要求供给由浓逐渐变稀的混合气α=0.9～1.1第一章 电控汽油发动机概述电控系统的基本组成及控制功能电控汽油喷射系统的分类电控汽油喷射系统的优点一电控发动机系统的基本组成及控制功能概念：电子技术对发动机进行控制标志：BoschD-Jetronic发展：模拟电路数字电路

简单控制微机控制

单一控制综合控制1.系统的基本组成：信号输入装置主控信号转速信号负荷信号修正信号电子控制单元

ECU执行器喷油点火怠速排放自诊发动机反馈信号传感器（控制基础）ECU（控制核心）执行器（控制对象）ECU反馈传感器修正传感器执行器基本传感器基本参数执行参数反馈参数修正参数(1).传感器：任务：将与发动机运行工况有关的各种非电量信号转变为相应的模拟或数字电信号数目：取决于控制功能的数目和控制精度(2).电控单元(ECU)：任务：接受、转换、运算分析、输出执行命令(3).执行器：任务：受ECU控制，用于完成某项控制功能控制方式：ECU直接控制执行元件电磁线圈的搭铁回路

ECU控制的电子控制电路操纵执行器2.系统的控制功能：据发动机形式制造厂家生产年份不同有很大差异(1).汽油喷射控制：ECU氧传感器O2节气门位置传感器水温传感器执行器空气流量传感器转速传感器基本参数执行参数反馈参数修正参数最佳喷油时间(2).点火控制：（点火提前角控制，通电时间和爆震控制）ECU爆震传感器空气流量传感器节气门位置传感器水温传感器转速传感器执行器基本参数执行参数反馈参数修正参数定位传感器上止点TDC曲轴转角CKP凸轮轴CMP定位参数点火线圈有1多缸无分电器12同时点火11单独点火TDC:凸轮（上止点前某角度）CKP:转速（角）提前控制CMP:一缸压缩上止点ECU转速怠速马达怠速开关车速启动信号执行参数反馈参数修正参数ECTA/CP/NPSHL(3).怠速控制：(4).排气净化控制：开环与闭环控制，废气再循环控制，二次空气喷射控制，燃油蒸发控制。(5).进气控制：进气惯性增压控制（ACIS），废气涡轮增压控制(6).警告提示、故障自诊和失效保护：警告提示：控制系统发生故障时，ECU控制各种指示和警告装置发出警告和信号，使驾驶员能根据故障情况适时做出处理。故障自诊：控制系统发生故障时,除了警告提示，故障信息还以代码的形式存入存储器，以供检修时调用和参考。失效保护：控制系统发生故障时，除了完成以上功能外，并自动按ECU中预置的程序和设定的控制值，使汽车继续运行（性能差）至汽修厂进行检修。发动机电子控制系统二电控汽油喷射系统的分类ECU计算空燃比执行器传感器直接或间接测量进气量基本参数执行参数1.按控制原理分类：(1).机械控制式汽油喷射系统（K,KE）气流感知板通过机械机构控制供油管路油压，从而控制汽油喷射量连续喷射机电混合控制系统(2).电控汽油喷射系统（EFI）特点：喷油器由电磁线圈驱动，喷油量和时机完全由电控单元控制1）据控制功能分：单一电控汽油喷射系统；发动机集中管理系统2)按有无反馈信号A、开环控制系统传感器信号计算机喷油器接受传感器信号与预先存储的各工况下的最佳供油参数对比，计算最佳供油量，后经功率放大器控制喷油器的喷油时间，从而控制空燃比开环控制方式是把在台架试验获得的发动机各运行工况的最佳控制参数(包括喷油量和点火提前角等)存入Ecu的存储器中，发动机运行时根据由各个传感器所采集的反映发动机运行工况的参数(转速、进气流量、空气温度、冷却水温度等)．由计算机判断发动机的实际运行工况，并从事先存入计算机的数据中查出最佳控制参数，发出控制指令，由执行机构控制喷油器的喷油星，其优点是控制过程简单，计算机计算工作量小。但控制系统复杂，需要较多的传感器，当使用条件发生变化时(如电磁喷油器的精度因使用和其他原因发生变化)，其控制精度就会下降低，因此，开环控制方式对发动机和控制系统本身各组成部分的精度要求较高，否则就不能实现最佳控制。B、闭环控制系统传感器信号计算机喷油器氧传感器反馈闭环控制方式是在发动机排气管安装氧传感器，根据废气中氧含量的变化，计算出燃烧过程中混合气的空燃比，并与计算机存储器中所设定的目标值进行比较，发出控制喷油量的指令，由执行机构控制喷油器的喷油量。在运行过程中控制系统不断进行测试和调整．使实际中空燃比保持在最佳值附近，达到最佳控制的目的2、按喷油器的布置分类1、多点喷射（MPI）每个汽缸设一个喷油器，可保证各缸混和气的均匀和空燃比的一致性。缸内喷射；进气管喷射（缸外喷射）2、单点喷射（SPI）将燃油喷射在节气门的前方，燃油喷入后随空气流入进气歧管内，再进入气缸。（节气门体喷射TBI,中央喷射CFI）,结构简单，工作可靠，对发动机本身改动量小，成本低，安装性好3、按喷油器喷射方式分类(1)、连续喷射 特点：喷油器在发动机整个工作过程中不间断喷油，不考虑各缸工作顺序和喷油时刻，控制简单。

应用：缸外喷射，机械式汽油喷射系统

(2)、间歇喷射

特点：喷射不连续，每次喷射有固定的喷射持续期和间歇期，喷油持续期长短控制了喷油量的大小。同步喷射：喷油器的开启时间与发动机各缸工作循环间保持一定的相对关系。

异步喷射：喷油器的开启时间与发动机各缸工作循环间没有固定的相对关系。同步喷射分类：A、同时喷射 所有喷油器并联，同时喷油。两次喷完一个循环的供油量。不需对各缸工作情况进行判断，因此喷油器结构简单，驱动回路通用性好。只用于缸外喷射。进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605407200喷油喷油B、分组喷射将气缸分为两组或三组，所需燃油一次喷完。进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605400喷油喷油C、顺序喷射按各缸的进气顺序间歇喷油。各缸喷油器相对独立，可根据各缸每次燃烧所需的燃油量为各缸设定一个最佳喷油量和喷油时间，因此可采用更稀薄的混和气，获得更佳的经济性和排放性。但系统结构复杂。进气压缩作功排气排气进气压缩作功作功排气进气压缩压缩作功排气进气13421803605400喷油喷油4.按进气量的测量方式分类(1)间接测量方式（通过其他参数的测量值推算出空气流量）①节气门开度测量方式：又称为节流-速度方式。这种方式是根据用节气门传感器测量的节气门开度和发动机转速．推算出吸入空气量并计算燃料量。单点汽油喷射系统常采用这种方式（废气再循环发动机无法使用）。②绝对压力测量方式又称为速度-密度方式。根据用压力传感器测量的进气管内的绝对压力和发动机转速，推算出进气流量，从而确定燃油喷射射量。由于进气管中的压力波功，这种方式的测量精度稍差

采用间接测量方式的汽油喷射系统结构简单，进气阻力小，但是测量精度低，受外界条件影响大，需要对大气压力和进气温度进行修正。(1)直接测量方式（通过空气流量计直接测量单位时间内发动机吸入的空气量，后据发动机转速计算每一循环的空气量，从而计算出循环基本喷射量）①体积流量方式：采用翼板式或卡门涡流式空气流量计测量进入气缸的气体体积流量，电控单元根据测出的空气体积和发动机转速计算每一循环的进气空气体积流量，并进行大气压力和温度修正，再计算出该循环基本喷油量。②质量流量方式采用热线式或热膜式空气流量计直接测量单位时间内进入气缸的空气质量流量，电控单元根据测出的空气质量和发动