电控发动机原理与检修.ppt
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1、电控发动机原理与检修电控发动机原理与检修汽汽2008级级绪绪 论论 一、汽车电子技术的发展过程一、汽车电子技术的发展过程 二、国外汽车电子控制技术应用的慨二、国外汽车电子控制技术应用的慨况况 (一)动力传动系统的控制(一)动力传动系统的控制 用于实现低油耗、低污染,减少动力传动系统的冲击,减轻驾驶员的疲劳,以及提高汽车的动力性、经济性和舒适性。发动机的控制(汽油发动机的控制)传动系统的控制(主要指自动变速器的控制)1 1、发动机部分、发动机部分 主要包括以下部分:(1)最佳空燃比控制)最佳空燃比控制 是电控燃油喷射发动机的一项主要内容。它能有效控制空燃比达到最佳值,从而实现提高功率、降低油耗、
2、减少排气污染等功能。(2)最佳点火提前角控制)最佳点火提前角控制 能使发动机在不同转速、负荷等因素下,实现最佳点火提前角,使发动机能发出最大的功率或转矩,而油耗和排放降低到最低限度。开环控制闭环控制(理论空燃比1471附近,以实现排气中 CO、HC、NOX能被同时高效净化的目的。)还能较好地对闭合角及恒流进行控制,以保证发动机在各种转速下,都能产生足够的次级电压、防止点火线圈过热和改善点火性能。(3)怠速控制)怠速控制使发动机怠速总是处于最佳转速下运行。能根据发动机冷却水温度和其他有关参数,通过怠速控制阀控制节气门旁通的空气流量,使发动机的怠速处于最佳状态。开环控制闭环控制(利用爆震传感器进行
3、反馈控制,可防止爆震的 产生,此时排气净化稍差些。)(4)排气再循环控制)排气再循环控制根据发动机的工况,适时、适量的将调节排气再循环的流量,以减少排气中的有害气体NOX。它是一种排气净化的有效手段。(5 5)二次空气控制)二次空气控制 根据发动机的工况和工作温度,适时的将一定量的新鲜空气引入排气管中,以燃烧剩余燃料(HC);或者引入三元催化转换器中,以提高三元催化器的转化效率。它可以达到进一步降低发动机排气中有害物质(HC和CO)的目的。(6 6)汽油蒸发回收控制)汽油蒸发回收控制阻止燃油箱的汽油蒸气(含有HC)泄漏到大气中,以免污染环境;同时将汽油蒸气收集到活性碳罐中,然后适时将汽油蒸气送
4、入气缸燃烧。(7 7)可变进气控制)可变进气控制利用发动机工作的进气管道的进气动态效应,用来提高充气效率,以达到在发动机转速范围内增大发动机的扭矩和功率。(8)(8)涡轮增压控制涡轮增压控制提高进气密度,增加充气量,使发动机在各种转速下都能达到最佳充气效果,以增大发动机的功率和扭矩。发动机部分控制的内容还有:电动燃油泵,发电机输出,冷却风扇,发动机排量,节气门正时及系统自我诊断等功能。2 2、自动变速器、自动变速器精确的控制传动比,达到最佳的汽车行驶扭矩;减轻变速器换档冲击。具有提高传动效率,降低油耗,改善换档舒适性,提高汽车行驶的平顺性以及延长变速器使用寿命等优点。(二)底盘方面的控制二)底
5、盘方面的控制主要用于提高驾驶的轻便性、行驶的稳定性、安全性和司乘人员的舒适性。控制内容包括汽车行驶中三个基本特征:行驶、转向和停车。1 1、悬架系统、悬架系统根据路面状况、车辆载荷和驾驶性能,自动改变车身高低,调整悬挂的阻力特性和弹簧刚度,以改善汽车行驶的稳定性、操纵性和司乘人员的舒适性。2 2、动力转向控制、动力转向控制达到令人满意的汽车驾驶性能。(停车或低速行驶时的转向轻便和灵活;高速行驶时的操纵稳定性。)3 3、四轮转向控制、四轮转向控制 驾驶员转动方向盘时,对汽车的前后四个车轮进行转向控制。可以改善汽车低速行驶时的转向轻便性、灵活性;又可提高汽车高速行驶时的稳定性和控制性。4 4、巡航
6、控制、巡航控制也叫恒速控制、定速控制或车速控制。根据行驶阻力的变化情况,自动增减节气门开度,使汽车按照目标车速行驶。5 5、制动防抱死控制、制动防抱死控制能在各种路面上,防止汽车制动时车轮抱死,从而提高制动效能,防止汽车侧滑。它是一种十分重要的主动安全装置,多作为标准装置采用。6 6、驱动防滑控制、驱动防滑控制利用轮速传感器检测到车轮打滑时,通过控制制动或通过油门降低转速等方法,使驱动轮不再打滑(改善车轮与路面间的附着系数)。7 7、轮胎压力的监测、轮胎压力的监测当监测到轮胎的压力或温度超过或低于正常值的一定范围时,便在仪表板上显示警告信息,同时告知驾驶员应控制适宜的行车速度,甚至建议停车。(
7、三)车身方面的控制三)车身方面的控制 车身方面的控制主要是为司乘人员提供更为安全、更为方便和更为舒适的环境,并能够提高整车的市场竞争力。1 1、安全气囊、安全气囊当汽车高速行驶发生碰撞时,在驾驶员与转向盘之间、乘员与仪表盘、挡风玻璃等之间形成一个缓冲软垫,避免驾驶员或乘员的头部与身体上部产生硬性撞击而受伤。2 2、安全带控制、安全带控制在汽车发生撞击情况下,可在瞬间收紧座位上的安全带,缩短驾驶员或乘员向前移动的距离,从而防止发生碰撞。3 3、防撞系统控制、防撞系统控制例:两车距离监测装置倒车距离显示装置红外线夜视装置4 4、灯光控制、灯光控制 灯光控制的型式较多,功能也有多有少。例:前照灯能在
8、一定范围内,随转向盘的转动而转动,并能 在回车时自动启闭和防眩。根据车外天气光线条件,自动地将前灯和尾灯接通和关 闭,以提高驾驶员的使用方便性和汽车的安全性。5 5、门锁控制、门锁控制 门锁控制有多种形式。例:自动门锁装置:在车速超过某一预设值时,会自动锁住车 门。遥控门锁系统:通过一个便携式发射器,发射出无线电波 或红外线波密码识别信号,由车内的接收器接收并解码,驱 动门锁锁住和开启。6 6、防盗系统控制、防盗系统控制 它的种类型式较多。例:电子控制防盗系统:能在驾驶员或车主锁上车门后,如果盗车者采用非法手段侵入车辆,进行车辆移动时,能立刻进行检测并报警,同时阻止发动机启动和车辆行驶。验明驾
9、驶者身份功能:在驾驶者正常操作过程中,当验明身份不相符合时,会控制阻止发动机启动,以防止非汽车拥有者或盗贼使用汽车。7 7、自动空调控制、自动空调控制 电子控制器通过检测车内温度、太阳辐射量、车外温度、发动机水温等信息,计算出吹入空气所需要的温度,选择所需要的空气量,然后控制空气混合入口、水阀、进出气口转换阀等,以使车内温度保持最佳,并将控制结果显示在仪表板上。8 8、自动座椅的控制、自动座椅的控制是人体工程技术与电子控制技术相结合的产物。事先将不同体型的人,经过座椅调整到感觉最舒适的位置存储到存储器中,每个人保持一个位置。这样当更换驾驶者时只要按一下相应的操纵开关,即可实现对座椅位置的自动调
10、整。9 9、音响、音像系统、音响、音像系统 有一些汽车上,装有高级音响或音像系统。如具有高级立体声、影碟机、录象机或电视机。放音系统可实现立体声补偿、自动选台和更换CD光盘等;电视机可实现数码选台。在汽车里也能实现人们在听觉和视觉方面的享受。高级音响系统,一般都具有防盗功能。(四)信息与通讯系统(四)信息与通讯系统 该系统可让司乘人员更多更快地获取有关汽车个方面的信息;同时通过与车外通讯实现社会联结,以获取各种信息资料。1 1、数字化仪表、数字化仪表 汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面,它是驾驶员获取汽车有关信息的主要途径。过去的传统汽车仪表、仅靠指针和刻度盘的简单模拟显示方法
11、,已远远不能满足人们的需要,正逐渐被以微处理器为核心的电子控制数字化仪表所取代,汽车仪表的功能正在迅速扩展,它将成为集感觉、识别、情况分析、信息库和控制等各种功能于一体的综合信息系统。数字化仪表广泛采用发光二极管(LED)、真空荧光显示器(VFD)、液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)、平面发光和投影显示技术,同时还配有声光报警功能。显示的信息名目繁多。除常见到的发动机水温、机油压力、车速、发动机转速的内容外,还有瞬时耗油量、平均耗油量、平均车速、行驶里程、续驶里程、车外温度等,还可根据驾驶员和乘员的需要,随时调出如:电子行车地图、维修、后视镜等信息,还可以显示电视、广播、电话等信息。监
12、视与报警的信息主要有:发动机水温、油压、充电、燃油温度、尾灯、前照灯、排气温度、制动液量、手制动、车门未关严等等,当出现不正常时,或车载自诊断系统检测出故障时,都会出现灯光报警。另外,为了防止驾驶员未重视观察仪表,造成报警遗漏,有的还有语音报警。2 2、汽车定位导航系统、汽车定位导航系统 汽车定位导航系统分为卫星导航系统和地面无线电固定导航台系统。目前多通过全球定位系统(GPS)确定汽车行驶中的确定位置,在通过汽车上的电控单元、地图适配器,显示在显示屏的电子地图上。在电子地图上,除了精确显示汽车本身当时的位置和方向外,还可知道汽车已行驶的轨迹,可以随时指示汽车行至目的地的行驶方向、距离和显示最
13、佳行车路线。驾驶员可以通过计算机与专用无线电导航台保持联系,取得交通信息,以帮助驾驶员选择道路顺利抵达目的地。3 3、移动电话、移动电话移动电话有的叫蜂窝电话。它的特点:一是使用无线电波通讯。二是电话可以随汽车或使用者移动。最近有的为提高移动电话的服务功能,开发出适合驾驶员使用的免提电话。随着汽车信息与通讯等技术的发展,可以看出,一些高级轿车将从一种单纯的交通工具,逐渐演变成一种运动着的办公室和具有温馨舒适的家。第一章第一章 汽油发动机的有关知识汽油发动机的有关知识第一节第一节 汽油发动机对可燃混合气的要求汽油发动机对可燃混合气的要求 混合气的成分不同,对发动机动力性、经济性和排放污染有较大影
14、响。而混合气的成分通常用空燃比表示。一、空燃比对发动机动力性和经济性的影响一、空燃比对发动机动力性和经济性的影响1 1、空燃比、空燃比燃油燃烧时按下式进行化学反应:CaHb+xO2aCO2+H2O 空气与燃油的混合比,即空气质量与燃油质量比,称为空燃比,通常用 表示,其公式如下:=汽油完全燃烧并生成CO2和H2O时的空燃比称为理想空燃比,约为147左右。实际空气质量与理论空气质量的比值称为过量空气系数,可用下式表示:过量空气系数=若1,表示所共给的空气量大于理论空气量,这种混合气叫稀混合气。若1,表示空气量不足以燃料完全燃烧,这种混合气叫浓混合气。如图表示空燃比与温度、输出功率和油耗率的关系。
15、2、空燃比对发动机动力性和经济性的影响空燃比对发动机动力性和经济性的影响从图中可知:=13514时,燃烧火焰温度达到最高;=1213时,火焰燃烧速度达到最快,使发动机发出最大功率功率空燃比;16时,燃油完全燃烧,发动机的油耗率最低,经济空燃比。在功率空燃比与经济空燃比之间范围内的混合气成分是发动机常用的混合气,它可使发动机获得较好的使用性能。二、发动机对混合气的要求二、发动机对混合气的要求 从发动机工作的稳定性、动力性和经济性统一考虑,对不同工况,混合气的空燃比的要求是不同的。1、稳定工况要求的混合气 稳定工况发动机已经完全预热,运转过程中没有转速和负荷的突然变化。稳定工况大致可分为怠速、小负
16、荷、中负荷、大负荷和全负荷几种情况。怠速工况发动机对外无功率输出且以最低稳定转速运转的情况。需要很浓的混合气,图中A点。其原因是缸内有较多的废气。小负荷工况 随着节气门逐渐开启,进入气缸的空气量增多,废气量相对减少,燃烧条件逐渐变好,混合气的加浓程度逐渐减弱,如图中AB段。中负荷工况 节气门已经有足够大的开度,废气稀释的影响已经不大,因此要求供给发动机稀的混合气,以获得最佳的燃油经济性。图中的BC段,空燃比约为1617。大负荷和全负荷工况 在大负荷时,节气门开度已超过 ,这时要随着节气门开度的加大,逐渐加浓混合气以满足功率的要求。图中CD段。在节气门全开之前的所有部分负荷工况都应供给经济混合气
17、,以达到省油的目的。2 2、过渡工况要求的混合气、过渡工况要求的混合气过渡工况负荷或转速随时间不断变化的运行工况。主要过渡工况有冷启动、暖车、加速等工况。冷启动工况 冷车启动时,发动机要求供给很浓的混合气。空燃比为21。暖车工况 在发动机暖机过程中,也需要浓的混合气。随着发动机温度的升高,其加浓程度逐渐减小,一直到发动机能以正常的混合气在稳定工况运转为止。加、减速工况 在发动机加速时,要喷入进气管一些附加燃料以弥补加速时暂时减稀(加速加浓)。发动机减速时,供给的燃料应减少一部分(减速减浓)。第二节第二节 汽油发动机的排放与净化汽油发动机的排放与净化一、汽油发动机排放中的有害气体一、汽油发动机排
18、放中的有害气体 汽油是多种碳氢化合物。在发动机气缸内,汽油和空气混合并燃烧,大部分生成CO2和H2O,也有一部分由于不完全燃烧而生成CO和HC化合物。此外当燃烧温度很高时,空气中的氮与未燃的氧起反应,生成NOX。其中CO、HC和NOX气体对人类和环境都会造成很大危害。排气管排气是汽车排放有害气体的主要来源,对某一台确定的发动机而言,排气中所含有的各种有害气体比例与燃烧情况有关。汽油发动机排放污染物来源有三个:排气、蒸发几曲轴箱窜气。二、汽油车排放中有害气体生成机理二、汽油车排放中有害气体生成机理1 1、COCO的生成机理的生成机理 CO是烃燃料燃烧的中间产物。排气中CO主要是在局部缺氧或低温下
19、由于烃的不完全燃烧产生的。在实际汽油机中,不仅空气不足时燃烧生成物中有CO,就是在空气充足时,燃烧产物中也含有CO和H2。其原因是由于混合气的形成与分配不均造成的。另外在使用稀混合气时,在高温下,燃烧生成的CO2和H2O也可有一小部分发生如下的离解反应:2CO2=2CO+O2 2H2O=2H2+O2而离解反应生成的H2又会使CO2还原成CO,即:CO2+H2=CO+H2O 所以,在发动机排气中,总会有CO的存在。尽管如此,排气中CO的浓度,基本上取决于空燃比。2、HC的生成机理 HC产生的原因除燃料的不完全燃烧外,缸壁淬冷也是排气中HC的主要来源。淬冷层的厚度(一般为05mm)随空燃比、气缸内
20、的压力、气体的流动状况而变化。如果混合气过浓,HC的排放浓度增加;如果混合气过稀或缸内废气过多,致使排气中的HC浓度显著增加。在正常情况下发动机提供的是可燃烧的混合气,火焰传播不完全通常是进气管真空度很高的情况下使用发生的,例如怠速或减速时所引起的高度废气稀释所造成,或者是过渡工况,特别是暖车及减速时,进入气缸内的混合气很可能是过浓或过稀,以致不能燃烧完全,使HC排放量增加。3、NOX的生成机理 NOX是空气在燃烧室的高温条件下,由氧和氮的反应所形成的。在发动机工作中,无论是进行完全燃烧反应,还是不完全燃烧反应,其初期燃烧反应所产生的热必将使空气中的氧分子裂解为氧原子,并与空气中的氮分子发生反
21、应而生成NO和氮原子,而氮原子又与空气中的氧分子发生反应生成NO和氧原子,这部分氧原子又可与空气中的氮分子重新反应,产生NOX,其反应式为;O2=2O N2+O=NO+N N+O2=NO+O 在这些反应中,燃烧废气温度越高,燃烧后残留的氧气浓度越大,高温持续的时间越长,NO的生成量越多。三、影响排放中有害气体的生成因数三、影响排放中有害气体的生成因数 当低于理论空燃比147时,排出的CO浓度便急剧上升;反之空燃比从16附近起,则趋于稳定,并且数值很低。发动机CO的排放量基本决定于空燃比。空燃比在17以内时,随着空燃比的增大,HC便下降。但继续增大时,使HC排放浓度迅速增加。当混合气很浓时,由于
22、燃烧高峰温度和可利用的氧的浓度都很低,使NO的生成量也很低。用空燃比为15516的稍稀混合气时,排出的NO浓度最高。对于空燃比稀于16的混合气,虽然氧的浓度可以促进NO的生成,但这样的增加却被由于稀混合气中的燃烧温度和形成速度的降低所抵消。1、空燃比2、点火时刻 HC与点火时刻的关系 推迟点火时间HC的排放将减少。但这种下降是靠牺牲经济性换来的。点火时刻对CO排放浓度影响不大,但过分推迟点火,亦会使燃烧室内没有时间完全氧化,而引起排放量的增加。NO与点火时刻的关系 无论在任何转速和负荷下,加大点火提前角,均使NO的排放浓度增加。另外影响排放中有害气体的生成因素还有:发动机的转速、空气湿度、燃烧
23、室的形状、压缩比等。四、排气净化的措施四、排气净化的措施(一)发动机本身改进 从有害气体的生成机理出发,对发动机的燃烧方式本身进行改进。被认为是治理汽车发动机排期公害的根本方法。例如采用汽油直接喷射实现分层燃烧的方法,不但可以减少排气污染,而且又能提高燃料经济性,因此是汽油机中一种最有前途的净化方法。鉴于混合气形成与燃烧的控制与进行情况,对排放中有害气体的生成有着直接的联系,因此对那些混合气形成与燃烧影响大的因素实行最佳的调节和控制,亦是一种机内净化的有效方法。其中包括空燃比、点火时刻、进气温度随工况变化进行最佳调节与控制等。此外,通过改变燃烧室的形状,减少燃烧室的面容比,提高燃烧室的壁面温度
24、,减小点火提前角,增大点火能量等,都能减少有害气体的排放。从有害气体的生成机理的研究中发现,降低NOX和降低HC、CO所采取的措施往往是相互矛盾,因而要求针对不同机型的主要矛盾,提出适当的治理措施。一般来讲,在汽油机上采取的措施,要兼顾各种有害成分的全面净化和发动机的性能。(二)排气净化装置二)排气净化装置 1、二次空气供给装置 这种装置是为了解决从燃烧室排到排气管中未然烧的HC和NO的。叶片式空气泵由曲轴皮带驱动,空气经分流阀、转向阀等送到各缸的排气门附近,利用燃烧后的高温,使废气中残留的HC和CO与空气相混合后再燃烧,达到排气净化的目的。2、热反应器 热反应器也是一种用来降低HC和CO排放
25、量的后处理装置。它安装在发动机排气道的出口处,通常与二次空气供给装置一起使用。二次空气与废气相混合初步氧化燃烧,进入内筒,又进入热反应器的心部,使其利用本身的余热而保持反应所需要的高温。而足够大的反应器容积和气流的曲折途径,使其有足够的停留时间进行反应,使排气中HC和CO在反应器中再进行氧化和燃烧,从而进一步降低这两种成分的排放量。3、氧化催化反应器 这种反应器采用沉积在面容比很大的载体表面上的催化剂作为媒介质,发动机排出的气体在其通过,使消除未燃HC和CO的再氧化反应能在较低的温度下更快进行,使排气中HC、CO与排气中的余氧结合,生成无害的H2O、CO2,从而达到净化目的。通常用贵金属铂、钯
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