摩托車發(fā)動機(jī)原理摩托車發(fā)動機(jī)的燃油供給系統(tǒng)PPT課件

1、1.1 化油器的功能和缺點 第1頁/共73頁 化油器在提供燃油的同時，還對燃油進(jìn)行定量，以適應(yīng)發(fā)動機(jī)在不同工況（包括冷起動、暖機(jī)、怠速、部分負(fù)荷、加速、倒拖及全負(fù)荷等工況）下對空氣/燃油混合比的各種特殊要求。 化油器的功能包括兩個方面：，即使燃油霧化、汽化、擴(kuò)散并與空氣混合，形成混合氣；，即控制空氣/燃油混合比（簡稱空燃比）。對于汽油燃料，1kg的燃料完全燃燒需要14.7kg的空氣，故將14.7定為汽油的理論當(dāng)量空燃比。 化油器的功能第2頁/共73頁 =實際吸入的空氣質(zhì)量/(14.7*輸入的燃油質(zhì)量) =空燃比/14.7 理論上， 能表征混合氣完全燃燒后空氣過剩的程度 （完全燃燒的程度） 1，

2、則空氣過剩，稱為稀混合氣 1，則空氣不足，稱為濃混合氣 化油器能隨著發(fā)動機(jī)工況的變化自動調(diào)整，以滿足對混合氣的要求。但化油器在形成可燃混合氣的過程中存在一定的局限性。過量空氣系數(shù)第3頁/共73頁化油器的缺點 化油器可看作一個按速度型霧化器原理工作的霧化裝置，它主要依靠燃油和它周圍氣流之間的相對速度將燃油粉碎、霧化。對于汽油這種粘度很小的液體，可以利用下式計算氣流中形成的油液的最大半徑： rmax10a /（A02） 空氣密度的降低將使氣流中形成的油滴尺寸增大，即霧化情況惡化，所以車用汽油機(jī)在高原行駛時或航空汽油機(jī)在高空飛行時，由于空氣稀薄，霧化受到影響。第4頁/共73頁化油器的缺點 在發(fā)動機(jī)部

3、分負(fù)荷下，化油器生成的混合氣空燃比與空氣密度的平方根成反比。所以，在航空發(fā)動機(jī)上隨著飛行高度的增加混合氣會變濃。汽車發(fā)動機(jī)在高原或在盛夏高溫季節(jié)行駛時也會出現(xiàn)同樣的問題。 第5頁/共73頁化油器的缺點 各缸混合氣分配不均勻包括三個方面 （1）各缸混合氣總量不一致；（2）各缸混合氣濃度不一致；（3）各缸混合氣中燃料組分不一致。 各缸混合氣總量的不一致不是化油器造成的，各缸混合氣濃度不一致和燃料組分不一致的問題與化油器有關(guān)。 第6頁/共73頁（1）在化油器之后的進(jìn)氣管中，燃油滴被空氣流加速，使兩者之間的相對速度0迅速減小，油滴的最大半徑值迅速增大，油滴呈合并的趨勢；（2）由于進(jìn)氣管流道的彎曲和氣缸

4、的交替吸氣，流道中各點速度的大小和方向都不一樣，而且隨著時間的推移而急劇變化。已經(jīng)汽化的燃油和較細(xì)的油霧，比之霧化較差的油滴更快地加速和減速。于是，進(jìn)氣歧管中各處混合氣趨于不均勻；（3）化油器中已經(jīng)汽化的燃油會凝結(jié)在進(jìn)氣歧管壁上； 第7頁/共73頁（4）較大的油滴會逐漸滯留在進(jìn)氣歧管壁上，特別是當(dāng)管壁粗糙、有毛刺，或從流體力學(xué)角度來看設(shè)計不當(dāng)時，情況更為嚴(yán)重。例如氣流急轉(zhuǎn)彎時混合氣中油滴就可能因離心慣性力而被甩出，落在管壁上，與凝結(jié)的燃油一起形成燃油膜，積聚成小股燃油流，在氣流的帶動下流往氣缸。這些油流只流入其中的一個或幾個氣缸，引起各缸混合氣濃度不一致；（5）在流往氣缸的過程中，油流中的易揮

5、發(fā)組分可能比難揮發(fā)組分更多地汽化。所以流入氣缸的燃油流中難揮發(fā)組分濃度較高，造成各缸混合氣燃油組分不一致。 化油器只能使多缸機(jī)中的一個或少數(shù)幾個缸達(dá)到最佳空燃比，因而使整機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等惡化。第8頁/共73頁化油器的缺點 由于化油器發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管壁上有燃油膜積聚。進(jìn)氣歧管的壓力高則燃油不易蒸發(fā)，油膜增厚。反之亦然。 發(fā)動機(jī)負(fù)荷增大、節(jié)氣門開度增大時，由于進(jìn)氣歧管的壓力升高，混合氣中一部分燃油進(jìn)入油膜，使混合氣變稀。這一方面影響了發(fā)動機(jī)對變工況快速響應(yīng)的能力，另一方面使油膜增厚。增厚的油膜在發(fā)動機(jī)負(fù)荷減小、節(jié)氣門開度減小時因為進(jìn)氣歧管的壓力降低而迅速蒸發(fā)，給進(jìn)入氣缸的混合氣增添了額外

6、的燃油，使原本應(yīng)當(dāng)減少的燃油量反而增多，混合氣過濃，燃燒不完全，既增大了油耗，又惡化了排放。 第9頁/共73頁化油器的缺點化油器式發(fā)動機(jī)由于兩種原因使得體積效率降低。 首先是因為喉管使流動損失增加，降低了吸氣流量。 其次是因為化油器發(fā)動機(jī)中為了避免在進(jìn)氣歧管管壁上生成油膜而往往將進(jìn)氣歧管與排氣岐管置于同側(cè)，令排氣歧管加熱進(jìn)氣歧管（進(jìn)氣加熱），這樣一來降低了吸入氣缸的充量的密度，進(jìn)而降低體積效率。第10頁/共73頁化油器的缺點 化油器在工作過程中有兩個原因會造成降溫。燃油蒸發(fā)時吸收汽化潛熱喉管中流速升高，壓力和溫度下降 燃油汽化速率主要取決于當(dāng)?shù)氐膲毫蜌饬魉俣取７彩菈毫Φ?、氣流速度高的地方，?/p>

7、要有足夠的燃油便會因汽化而形成大的溫降。 第11頁/共73頁化油器的缺點 浮子式化油器喉管中的燃油噴嘴出口應(yīng)比浮于室中的油面高出一定高度方能正常工作。當(dāng)發(fā)動機(jī)姿勢偏離正常的工作位置時，化油器的工作會受到影響甚至漏油、起火。如果說在某些偏差不太大的場合，如汽車上、下坡時這種影響尚能接受的話，那么在航空發(fā)動機(jī)中當(dāng)飛機(jī)作不同的飛行動作時這種影響就不能不考慮了。浮于式化油器的構(gòu)造決定了它不能適應(yīng)飛機(jī)在豎直平面內(nèi)翻筋斗或作翻滾、大坡度爬升等飛行動作的要求。 第12頁/共73頁化油器的缺點 當(dāng)發(fā)動機(jī)被倒拖，即點火關(guān)閉、離合器接臺、變速箱掛上前進(jìn)檔，汽車因慣性而帶動發(fā)動機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，借此對汽車實施制動作用時，

8、如不采取專門措施，則化油器依舊將燃油送入氣缸。這些燃油不經(jīng)燃燒便從發(fā)動機(jī)排出，既增加油耗，又污染環(huán)境。 第13頁/共73頁化油特性 在汽油機(jī)運(yùn)行時，各工況對混合比的要求是不同的。例如:汽油機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下全負(fù)荷運(yùn) 行時，節(jié)氣門全開，化油器應(yīng)提供適當(dāng)加濃的功率混合氣。空燃比 =1214；當(dāng)汽油機(jī)按中等負(fù)荷運(yùn)行即節(jié)氣門部分開度時，應(yīng)有最好的經(jīng)濟(jì)性，空燃比 =17左右；當(dāng)汽油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門接近全關(guān)，為保證穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，需供給更濃的混合氣，空燃比。 =1012.4。理想化油器應(yīng)是能全面滿足上述各工況混合比特性要求的化油器。第14頁/共73頁一、理想化油器特性 理想化油器特性在滿足最佳性能要求的前提下，

9、混合氣成分隨負(fù)荷（或充氣流量）的變化關(guān)系如圖5-14所示。由圖可知，隨負(fù)荷增加，混合氣逐漸變稀，小負(fù)荷范圍內(nèi)變化較陡，中等負(fù)荷范圍內(nèi)曲線變化較平緩，當(dāng)接近滿負(fù)荷時，混合氣變濃。第15頁/共73頁二、簡單化油器特性圖5-15為簡單化油器示意圖。它僅有一根由油量孔控制的主噴管，插在喉管截面最小處，由空氣流經(jīng)喉管時壓力下降所造成的真空度將燃油吸出。該處的真空度大小取決于喉管尺寸、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度。若發(fā)動機(jī)用簡單化油器并運(yùn)行怠速及小負(fù)荷時，混合氣太?。辉诖筘?fù)荷時混合氣過濃，其特性如圖5-16所示。簡單化油器特性與理想化油器特性差別很大，不能滿足使用要求。第16頁/共73頁 摩托車用化油器絕大多數(shù)

10、為柱塞市可變喉管化油器 拉線柱塞市 真空自動控制柱塞市 圖三種化油器喉管真空度比較第17頁/共73頁三、理想化油器特性的實現(xiàn) 為使簡單化油器特性接近理想化油器特性，必須對簡單化油器進(jìn)行校正。（一）主供油系的校正由簡單化油器結(jié)構(gòu)可知，燃料流出量單純受喉管真空的限制。隨喉管真空度增加，燃料流量增加的速率超過空氣流量增加的速率，使混合氣變濃。不符合理想化油器特性，因而，應(yīng)采取抑制燃料流量的增長速率或增大空氣流量增長速率的措施。目前最廣泛采用的校正措施是滲入空氣法校正系統(tǒng)。第18頁/共73頁 圖5-17為滲入空氣法校正的主供油系統(tǒng)。它在簡單化油器的基礎(chǔ)上，在主量孔1后的主油井3中插入了通空氣的泡沫管6

11、,泡沫管上部有空氣量孔5限制空氣的流人，中下部有幾排與主油井相通的泡沫孔2。校正的原理是:當(dāng)化油器開始工作時，主噴口4處存在壓差，使油井中液面上升，油井里充滿燃油，而泡沫管中的液面下降，同時空氣自量孔5也進(jìn)人空氣室，同簡單化油器一樣，最初供油階段是混合氣逐漸變濃。隨著喉管真空度增大，泡沫管中液面繼續(xù)下降至露出第一排泡沫孔，空氣流入主油井3。在油井中與燃油混合，形成泡沫狀燃油從主管噴出，由于空氣滲入受空氣量孔限制，使主量孔處的壓力低于大氣壓力而高于喉管處壓力，降低了主量孔1處的真空度，也就降低了燃油的流速和流量，使混合氣變稀。相當(dāng)于降低了喉管真空度的簡單化油器工作情況，使化油器沿較小斜率的特性工

12、作（圖5-18中曲線1）第19頁/共73頁 當(dāng)喉管真空度繼續(xù)增大，泡沫管液面進(jìn)一步下降并依次露出第二排、第三排泡沫管時，由于空氣的不斷滲入，主量孔處的真空度進(jìn)一步減小，使得隨喉管真空度的增大，燃油流量的增長速率小于空氣流量的增長速率，通過泡沫管的逐級作用，實現(xiàn)補(bǔ)償過程。 分別得到圖5-18中曲線2、曲線3。采用空氣量孔及泡沫管的滲入空氣法，不僅可達(dá)到化油器校正的目的，而且它是以燃油混合狀態(tài)噴人喉管的，還可以促進(jìn)燃油的噴散與霧化。通過主供油系的校正，化油器可在部分負(fù)荷情況符合要求。第20頁/共73頁可變喉管補(bǔ)償法 在摩托車用可變喉管化油器上，都在柱塞上加裝一個帶錐度的油針，其錐部插入噴管中。 圖

13、6-26油針上升與主噴管出油口環(huán)形面積變化。第21頁/共73頁（二）滿負(fù)荷加濃與怠速加濃 l、滿負(fù)荷加濃發(fā)動機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行時，為獲得最大功率，化油器需要提供濃的功率混合氣，通常需要另設(shè)加濃系統(tǒng)，保證必要時加濃混合氣，為了滿足要求，在主量孔之后引入旁路加濃燃油，并通過主量孔一起噴入喉管，加濃量由加濃閥行程及加濃量孔控制。第22頁/共73頁 加濃裝置有兩類，一類是機(jī)械加濃裝置，它靠節(jié)氣門開度位置控制加濃裝置起作用。不論發(fā)動機(jī)在什么轉(zhuǎn)速下工作，均在接近滿負(fù)荷時才開始加濃，其開始作用點約在節(jié)氣門全開前10%左右。另一類是真空加濃裝置，它是當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降或節(jié)氣門開度加大，使進(jìn)氣管真空度減至某值后，開始實

14、現(xiàn)加濃。圖5-19為節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速與進(jìn)氣管真空度的關(guān)系，圖中示出了兩類加濃裝置起作用的時間。第23頁/共73頁2.怠速加濃發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門開度很小，節(jié)氣門之后的真空度很大，因此，設(shè)置在節(jié)氣門之后的怠速油孔可保證在怠速和小負(fù)荷時獲得所需的濃混合氣（圖5-20）第24頁/共73頁 為了保證怠速油系供油延長到節(jié)氣門較大的開度，使之與主油系更好地銜接，在怠速油孔之上還設(shè)有過度孔（圖5-21） 在主供油系上設(shè)置加濃裝置和怠速油系以后，化油器便可按理想供油特性在穩(wěn)態(tài)工況下工作。第25頁/共73頁（三）變工況下化油器的校正 當(dāng)發(fā)動機(jī)處于變工況（加速、減速、起動）下工作時，由于節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速的不斷

15、變化，使化油器進(jìn)氣管壓力及溫度、進(jìn)氣管中燃料的汽化條件、混合氣數(shù)量及成分都會引起劇烈的變化，為保證發(fā)動機(jī)變工況下正常工作，化油器供給的混合氣成分應(yīng)能適應(yīng)這種變化。第26頁/共73頁1.加速過程加速時，節(jié)氣門突然開大，油量增加滯后于空氣量增加，加之進(jìn)氣管真空度降低，燃料汽化條件變差，使混合氣成分瞬時變稀，發(fā)動機(jī)扭矩上升滯后，各點扭矩值較穩(wěn)定工況下降很多，如圖5-22所示，這將造成發(fā)動機(jī)動力性下降，可能會出現(xiàn)缺火與放炮。第27頁/共73頁 為此，設(shè)置加速泵向喉管額外供應(yīng)適量的加速油量。當(dāng)節(jié)氣門緩開時，加速泵下的燃油經(jīng)進(jìn)油閥返回浮子室，不起加濃作用（圖5-23）。第28頁/共73頁2.起動過程起動時

16、，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速極低，流經(jīng)喉管的氣流速度較低，在主噴口處油不易吸出，加之進(jìn)氣管溫度較低，即使吸出油，油蒸氣蒸發(fā)量也很少，使發(fā)動機(jī)難以起動。為此，設(shè)置起動系統(tǒng)，供給更多的汽油使總的混合氣成分大大加濃，保證汽油機(jī)在低溫下著火。圖5-24所示為常用阻風(fēng)門裝置。 阻風(fēng)門設(shè)置在喉管之前，當(dāng)阻風(fēng)門關(guān)閉后，化油器的喉管，混合室均處于高真空度之下，使主油系、怠速油系、加速油系都可能供油，以滿足起動需要的混合氣濃度。第29頁/共73頁四、化油器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對發(fā)動機(jī)性能的影響 喉管直徑Dn 主量孔尺寸 油針錐度及粗細(xì) 主噴嘴 主空氣量孔 柱塞切角高度 主噴套舌第30頁/共73頁五、汽油噴射系統(tǒng)理想供油特性 汽油噴射系統(tǒng)

17、與化油器混合氣形成方式不同。其進(jìn)入氣缸的混合氣成分既取決于吸入空氣量，又取決于噴油泵噴射的燃料量，電子控制的汽油噴射系統(tǒng)以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和空氣量為依據(jù)。由電子控制器接受轉(zhuǎn)速、空氣流量、節(jié)氣門開度、機(jī)器熱狀態(tài)及排氣含氧量等傳感器的信號，經(jīng)處理后將控制信號輸送至噴嘴，通過控制噴嘴啟閉時間長短改變供油量（即控制了混合氣的濃度），使噴油量兼顧到各種變化因素，可以做到隨負(fù)荷變化按理想混合比供油。第31頁/共73頁1.2 汽油噴射的發(fā)展1、二戰(zhàn)以前1906年開始試驗將汽油噴射用于二沖程和四沖程航空發(fā)動機(jī)；德國BOSCH（博世）公司在1912年進(jìn)行了汽油噴射初步試驗；美國空軍1925年6月11日正式立項開發(fā)機(jī)械

18、式汽油噴射裝置。 1933年9月，第一架裝汽油噴射裝置的飛機(jī)交付使用 1937年，Daimler-Benz公司的DB601A型發(fā)動機(jī)作為德國第一臺汽油噴射航空發(fā)動機(jī)投入批量生產(chǎn) 這一時期汽油噴射以航空為主，采用機(jī)械這一時期汽油噴射以航空為主，采用機(jī)械控制；美國采用進(jìn)氣口噴射，德國則直接往氣缸內(nèi)控制；美國采用進(jìn)氣口噴射，德國則直接往氣缸內(nèi)噴射。噴射。第32頁/共73頁汽油噴射的興起2、二戰(zhàn)以后，轉(zhuǎn)入車用 Daimler-Benz公司1952年在300型轎車3.0L四沖程發(fā)動機(jī)上安裝汽油噴射裝置，獲得良好結(jié)果 1955和1956年，美國人對汽油噴射汽車發(fā)動機(jī)的興趣空前高漲。美國GM（通用汽車）公司

19、1957年生產(chǎn)的Chevrolet（雪佛蘭）牌轎車已將汽油噴射作為選購件向客戶推出 這一時期的汽油噴射裝置都是機(jī)械控這一時期的汽油噴射裝置都是機(jī)械控制的，二沖程逐漸讓位于四沖程，缸內(nèi)噴射逐制的，二沖程逐漸讓位于四沖程，缸內(nèi)噴射逐漸讓位于進(jìn)氣口噴射漸讓位于進(jìn)氣口噴射 第33頁/共73頁汽油噴射的興起3、電子控制階段1957年 Bendix公司在底特律的汽車工程學(xué)會年會上正式推出了電子控制汽油噴射系統(tǒng) 次年，BOSCH公司開發(fā)成功D-Jetronic電子控制汽油噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速-密度法進(jìn)行燃油定量控制 BOSCH公司1973年開發(fā)出LE-Jetronic電子控制汽油噴射系統(tǒng)，采用阻流板式空

20、氣流量計代替D-Jetronic的進(jìn)氣歧管壓力傳感器提供負(fù)荷信息。BOSCH公司1973年與L-Jetronic同時開發(fā)成機(jī)械-液力控制的K-Jetronic第34頁/共73頁汽油噴射的興起1979年BOSCH公司將點火提前角電子控制與燃油定量電子控制融為一體，開發(fā)出Motronic，并引入爆震控制、排氣再循環(huán)等，以滿足更趨嚴(yán)格的性能和排放要求，其電子控制范圍覆蓋整個發(fā)動機(jī)，故稱為發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。 BOSCH公司在1982年開發(fā)出幾個氣缸合用一個噴油器的單點噴射電子控制汽油噴射系統(tǒng)Mono-Jetronic，1990年在這個系統(tǒng)中引入點火提前角的電子控制，稱為Mono-Motronic第35頁

21、/共73頁1995年上國際汽車展覽會上，日本三菱（Mitsubishi）公司推出了一臺采用剛獲得專利的缸內(nèi)汽油噴射技術(shù)的發(fā)動機(jī)。兩年后，同是在上海國際汽車展覽會上，三菱公司展出了采用上述技術(shù)成批生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)，并定名為GDI（Gasoline Direct Injection汽油直接噴射）二沖程發(fā)動機(jī)的汽油噴射也曾在幾十年前因遭遇一些困難而受到冷落。但現(xiàn)在澳大利亞的Orbtial（澳必托）公司提出的OCP（澳必托燃燒過程）通過采用夾氣缸內(nèi)直接噴射技術(shù)，為二沖程汽油噴射開辟了新的途徑。第36頁/共73頁1.3 汽油噴射的分類多點噴射 多點噴射系統(tǒng)中，每個氣缸有一個專用的噴油器用于為該氣缸提供汽油（

22、見圖1-3）。屬于多點噴射（Multi Point Injection，縮寫為 MPI）的有BOSCH的L-Jetronic、Motronic等系統(tǒng)。（包括進(jìn)氣管噴射、缸內(nèi)直接噴射）單點噴射 單點噴射系統(tǒng)中，幾個氣缸共用一個噴油器生成混臺氣（見圖1-4）。單點噴射（Single Point Injection,縮寫為SPI）因噴油器在節(jié)氣門體上噴油而得名節(jié)氣門體噴射（Throttle Body Injection，縮寫為TBI）又因各缸由一個噴油器集中供油，故又稱集中噴射或中央噴射（Central Fuel Injection，縮寫為CFI）。屬于此類的有BOSCH公司的Mono-Jetron

23、ic和Mono-Motronic等系統(tǒng) 第37頁/共73頁第38頁/共73頁1.3 汽油噴射的分類噴入氣缸 與柴油機(jī)一樣，直接將燃油噴入氣缸。這種燃油噴射又稱為直接噴射（Direct Injection，縮寫為DI），見圖1-5噴在進(jìn)氣門前 噴油器裝在進(jìn)氣管上，燃油噴在進(jìn)氣門前，又稱進(jìn)氣口噴射（Port Fuel Injection，縮寫為 PFI）（見圖1-6）。顯然只有多 點噴射才能采用上述兩種噴射方式 噴在節(jié)氣門上 噴油器裝在節(jié)氣門體上，燃油噴在節(jié)氣門閥板上，用于單點噴射，即節(jié)氣門體噴射（Throttle Body Injection，縮寫為TBI），見圖l-4。 第39頁/共73頁第4

24、0頁/共73頁1.3 汽油噴射的分類 連續(xù)噴射 在發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中連續(xù)不斷地噴油，如BOSCH公司的 K-Jetronic和KE-Jectronic。連續(xù)噴射不能用于直接噴入氣缸。 間歇噴射 此時發(fā)動機(jī)一個工作循環(huán)中只在一定的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)噴油。間歇噴射既可用于多點噴射，又可用于單點噴射；既可用于噴入氣缸，也可用于噴在進(jìn)氣門前或噴在節(jié)氣門上。 目前生產(chǎn)的汽油噴射裝置幾乎都采用間歇噴射。 第41頁/共73頁1.3 汽油噴射的分類 同時噴射 各缸噴油器同時噴油。此時各缸噴油相位不同。顯然不能用于直接噴射。 成組噴射 各缸噴油器分成若干組。同組噴油器同時噴油。組與組之間以均勻的曲軸轉(zhuǎn)角間隔噴油。 順

25、序噴射 各缸噴油器都在各自固定的曲軸相位噴油，效果最佳，這種噴射方式目前較盛行。第42頁/共73頁1.3 汽油噴射的分類機(jī)械控制 通過機(jī)械裝置將發(fā)動機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、大氣壓力等信息傳遞給噴油裝置以實現(xiàn)燃油定量控制。這類控制的精確度較差，早已被電子控制取代。電子控制 利用傳感器采集發(fā)動機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度等等信息，利用電子控制單元對這些信息進(jìn)行分析處理,最終由電子控制單元發(fā)出指令，通過電動燃油泵、噴油器等執(zhí)行器控制燃油定量?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)汽油噴射裝置都是電子控制的。 第43頁/共73頁1.3 汽油噴射的分類 間接傳感 用轉(zhuǎn)速-密度法或轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)角法確定每循環(huán)吸氣量。 直接傳感

26、 用空氣流量傳感器直接測定單位時間吸氣量，再根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速算出每循環(huán)吸氣量。 模擬式 采用模擬電路處理數(shù)據(jù)（信息）早期用于D-Jetronic和L-Jetronic等，現(xiàn)已淘汰。 數(shù)字式 采用數(shù)字電路處理數(shù)據(jù)，目前為電子控制汽油噴射所普遍采用 第44頁/共73頁1.3 汽油噴射的分類 開環(huán)控制 開環(huán)控制時ECU并不知曉執(zhí)行器執(zhí)行指令后的實際效果。 閉環(huán)控制 閉環(huán)控制時ECU通過傳感器監(jiān)測指令執(zhí)行后某一個特定參數(shù)的變化，并將該參數(shù)的實測值與設(shè)定值對比，在兩者不一致時調(diào)整指令使之達(dá)到一致。 比例積分微分（PID）控制算法 模糊（Fuzzy）控制算法 第45頁/共73頁1.4 汽油噴射的優(yōu)缺點 汽油

27、噴射本身相對于化油器系統(tǒng)而言，具備一系列的優(yōu)點。第46頁/共73頁汽油噴射的優(yōu)點1、混合氣生成的質(zhì)量不受空氣密度的影響、混合氣生成的質(zhì)量不受空氣密度的影響2、空燃比不受空氣密度的影響、空燃比不受空氣密度的影響3、多點噴射的場合不存在多缸機(jī)混合氣分配、多點噴射的場合不存在多缸機(jī)混合氣分配不均勻的問題不均勻的問題4、多點噴射的場合負(fù)荷變動不會造成附加油、多點噴射的場合負(fù)荷變動不會造成附加油耗和排放惡化耗和排放惡化5、多點噴射的場合，過渡工況的性能得到改、多點噴射的場合，過渡工況的性能得到改善善第47頁/共73頁汽油噴射的優(yōu)點6、體積效率增大、體積效率增大7、減少了混合氣生成系統(tǒng)結(jié)冰的危險、減少了混

28、合氣生成系統(tǒng)結(jié)冰的危險8、汽油噴射系統(tǒng)的工作不受發(fā)動機(jī)姿勢、汽油噴射系統(tǒng)的工作不受發(fā)動機(jī)姿勢的影響的影響9、發(fā)動機(jī)斷油方便、發(fā)動機(jī)斷油方便10、降低缸內(nèi)溫度、降低缸內(nèi)溫度11、可增大氣門疊開角，實現(xiàn)純空氣掃氣、可增大氣門疊開角，實現(xiàn)純空氣掃氣12、便于實現(xiàn)分層充量、稀薄燃燒、便于實現(xiàn)分層充量、稀薄燃燒第48頁/共73頁汽油噴射的優(yōu)點13、燃油定量精確、燃油定量精確14、降低油耗，延長壽命、降低油耗，延長壽命15、確定工作的轉(zhuǎn)速范圍大、確定工作的轉(zhuǎn)速范圍大16、降低了發(fā)動機(jī)高度、降低了發(fā)動機(jī)高度17、燃油定量對燃油粘度不敏感、燃油定量對燃油粘度不敏感第49頁/共73頁汽油噴射的缺點 系統(tǒng)復(fù)雜、價

29、格高昂、維修較難，對燃油的潔凈度要求較系統(tǒng)復(fù)雜、價格高昂、維修較難，對燃油的潔凈度要求較高而且要求控制燃油的凝膠含量，否則容易堵塞噴油器，高而且要求控制燃油的凝膠含量，否則容易堵塞噴油器，在進(jìn)氣門背面形成積碳。特別是中國的汽油多采用熱裂催在進(jìn)氣門背面形成積碳。特別是中國的汽油多采用熱裂催化工藝生產(chǎn)，烯烴含量超過化工藝生產(chǎn)，烯烴含量超過3030，更有必要加入清凈劑。，更有必要加入清凈劑。但加入過多也會使燃燒室內(nèi)形成沉積物。但加入過多也會使燃燒室內(nèi)形成沉積物。 第50頁/共73頁1.5 汽油噴射與電子控制 與一般的電子控制系統(tǒng)一樣，汽油噴射電子控制系統(tǒng)也是由三部分組成的，即傳感器，電子控制單元和執(zhí)

30、行器。 第51頁/共73頁 傳感器的功能是將傳遞發(fā)動機(jī)狀態(tài)信息的各種非電物理量轉(zhuǎn)變成電信號輸送給電子控制單元。汽車發(fā)動機(jī)燃油定量控制常用的傳感器包括： 負(fù)荷傳感器 直接或間接測定空氣流量，進(jìn)而算出每循環(huán)吸氣量； 轉(zhuǎn)速傳感器 測定曲軸轉(zhuǎn)速； 曲軸位置傳感器 測定離開第1缸上止左的曲軸轉(zhuǎn)角； 凸輪軸位置傳感器；節(jié)氣門位置傳感器；冷卻液溫度傳感器；進(jìn)氣溫度傳感器；大氣壓力傳感器；進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器；空調(diào)制冷劑壓力傳感器；氧傳感器；缸內(nèi)壓力傳感器等。 1.5 汽油噴射與電子控制第52頁/共73頁 電子控制單元（Electronic Control Unit簡寫為ECU）的功能是分析和處理由傳感器提

31、供的發(fā)動機(jī)的各種信息，發(fā)出指令給各種執(zhí)行器，借此控制發(fā)動機(jī)。 早年ECU采用模擬電路技術(shù)，近年則改用數(shù)字電路技術(shù)。ECU的核心部件是模擬式或數(shù)字式微型計算機(jī)。 執(zhí)行器的功能是執(zhí)行ECU發(fā)出的指令，完成燃油定量控制的任務(wù)。用于燃油定量控制的執(zhí)行器主要包括：電動燃油泵和電磁噴油器。 現(xiàn)代汽油機(jī)電子控制已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了汽油噴射的范圍，因此汽油機(jī)電子控制所用的傳感器和執(zhí)行器也不止上述這些。 1.5 汽油噴射與電子控制第53頁/共73頁 今天已經(jīng)實用化了的汽油機(jī)電子控制項目至少覆蓋以下范圍：燃油定量電子控制；點火正時電子控制；油箱蒸發(fā)排放電子控制；怠速轉(zhuǎn)速電子控制；爆震電子控制；增壓壓力電子控制；排氣再循

32、環(huán)電子控制；二次空氣電子控制；可變氣門正時電子控制；可變進(jìn)氣系統(tǒng)電子控制；冷卻風(fēng)扇電子控制；空調(diào)壓縮機(jī)電子控制；稀薄燃燒電子控制等。由此可見汽油機(jī)電子控制的內(nèi)涵遠(yuǎn)比電子控制汽油噴射豐富。除燃油定量電子控制以外還兼有點火正時等其他電子控制項目的系統(tǒng)應(yīng)稱為發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)（Engine Management System，縮寫為EMS），又稱為發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)。1.5 汽油噴射與電子控制第54頁/共73頁 控制變量就是ECU借以決定發(fā)出何種指令給執(zhí)行器的變量，例如汽油機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等參數(shù)。一般說來每個傳感器都提供一種控制變量的信息。 汽油機(jī)電子控制系統(tǒng)眾多的控制變量

33、中，有兩個控制變量最為重要，稱為主控制變量，即發(fā)動機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速。其他控制變量稱為輔助控制變量 在汽油機(jī)中，每循環(huán)吸氣量代表了負(fù)荷的大小。而在已知發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下，可以根據(jù)單位時間的吸氣量算出每循環(huán)吸氣量。通常將進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量當(dāng)作負(fù)荷信息。1.5 汽油噴射與電子控制第55頁/共73頁 電子控制單元ECU根據(jù)由傳感器提供的主控制變量的信息確定基本噴油量和基本點火提前角等，然后根據(jù)其他輔助控制變量如冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度等的信息對基本噴油量和基本點火提前角進(jìn)行修正，得出最終的噴油量和點火提前角等數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)發(fā)出指令給執(zhí)行器，對發(fā)動機(jī)實施控制。（1）提高控制精度，例如冷卻液溫度、進(jìn)氣溫

34、度、大氣壓力、蓄電池電壓等；（2）通過閉環(huán)控制實現(xiàn)某個預(yù)定的目標(biāo)，例如氧傳感器提供的關(guān)于混合氣中是氧過剩（稱為稀混合氣）還是燃油過剩（稱為濃混合氣）的信息、爆震傳感器提供的爆震信息等；（3）實現(xiàn)過渡工況控制，例如節(jié)氣門位置等。 1.5 汽油噴射與電子控制第56頁/共73頁 1.5 汽油噴射與電子控制第57頁/共73頁 電子控制系統(tǒng)不能改變發(fā)動機(jī)的工況。只有駕駛員或發(fā)動機(jī)運(yùn)行的外部環(huán)境條件才能改變發(fā)動機(jī)的主控制變量進(jìn)而改變發(fā)動機(jī)工況。例如通過改變節(jié)氣門的開度來改變空氣流量，可以改變發(fā)動機(jī)工況。又如汽車由平路駛向上坡，在其他條件不變的情況下發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會下降，也改變了發(fā)動機(jī)工況。1.5 汽油噴射與電

35、子控制第58頁/共73頁 相對于機(jī)械控制而言，汽油噴射電子控制具有無與倫比的優(yōu)越性，這些優(yōu)越性同樣體現(xiàn)在整個汽油機(jī)的電子控制中： l） 控制元件的尺寸和性能偏差會使控制精度下降。在機(jī)械控制的場合，控制元件的機(jī)械加工尺寸偏差和磨損造成的尺寸偏差都會帶來較大的控制偏差?？墒请娮涌刂圃男阅芷钕鄬^小,而且不存在磨損問題，所以電子控制元件帶來的偏差較小。2） 控制裝置對轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等工況參數(shù)的分辨率高，因此電子控制比機(jī)械控制精細(xì)?？刂凭?xì)1.5 汽油噴射與電子控制第59頁/共73頁3） 化油器的性能參數(shù)是連續(xù)的，選擇化油器結(jié)構(gòu)參數(shù)時如果照顧到發(fā)動機(jī)低速性能就可能難以照顧到高速性能?；推髟诟鞣N工況

36、下實際達(dá)到的空燃比不可能與發(fā)動機(jī)在該工況下要求達(dá)到的最佳空燃比完全一致。因此，不可能在所有工況下都實現(xiàn)空燃比的最佳控制。在機(jī)械控制汽油噴射系統(tǒng)中也有同樣的問題。但是，在數(shù)字式電子控制的場合，不同工況下的控制數(shù)據(jù)貯存在計算機(jī)的各個存貯單元中，它們是孤立的、離散的互不相關(guān)的，因此對每一個工況都可以實現(xiàn)最佳控制。4） 電子元件傳感器可以從發(fā)動機(jī)提取幾乎全部的狀態(tài)信息供ECU處理。這使汽油機(jī)電子控制比機(jī)械控制具有更高的精度和更強(qiáng)的功能。1.5 汽油噴射與電子控制第60頁/共73頁5）與傳感器在發(fā)動機(jī)狀態(tài)信息的探測方面給電子控制帶來優(yōu)越性一樣，電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行器也帶來很大的優(yōu)越性，它們可以執(zhí)行機(jī)械執(zhí)行

37、機(jī)構(gòu)很難甚至無法執(zhí)行的許多任務(wù)，例如怠速轉(zhuǎn)速電子控制、爆震電子控制、可變進(jìn)氣系統(tǒng)電子控制等。6） 發(fā)動機(jī)控制的任務(wù)就是根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)時的工況來調(diào)節(jié)一系列參數(shù)使之優(yōu)化。而閉環(huán)控制則可將發(fā)動機(jī)某一特定參數(shù)調(diào)節(jié)到預(yù)定目標(biāo)值。機(jī)械控制的場合，如果說發(fā)動機(jī)工況參數(shù)的信息可以通過機(jī)械控制裝置對執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響的話，那么這種影響對發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的結(jié)果卻難以反饋給機(jī)械控制裝置。而電子控制系統(tǒng)借助于傳感器，很容易將執(zhí)行器指令執(zhí)行結(jié)果的信息反饋給控制裝置，形成閉環(huán)控制。 1.5 汽油噴射與電子控制第61頁/共73頁7） 任何機(jī)械裝置都有間隙和慣性，流體都有摩擦，特別是氣體還有可壓縮性。所以涉及機(jī)械和流體的控制系統(tǒng)往往會

38、產(chǎn)生信息傳遞和處理的遲延。這種遲延雖然極其短暫，卻是存在的，有時會產(chǎn)生不良影響。例如化油器中的泡沫管可以抑制在從怠速進(jìn)入部分負(fù)荷時混合氣變濃的現(xiàn)象，但負(fù)荷突然加大之初泡沫管就來不及發(fā)揮作用。電子控制系統(tǒng)則不同，因為它的信息傳遞過程瞬息完成。1.5 汽油噴射與電子控制第62頁/共73頁化油器和電控汽油噴射在混合氣形成方式的優(yōu)缺點的比較 1）汽油噴射系統(tǒng)用電腦控制，通電時間計算準(zhǔn)確，并在油量計量中進(jìn)行包括空氣流量、轉(zhuǎn)速在內(nèi)的多因素修正，提高了油量計量與控制的精度。 2）供油系統(tǒng)采用正壓力輸送及噴射，霧化質(zhì)量好，改善了燃燒過程，有利于提高整機(jī)經(jīng)濟(jì)性。 3）電控技術(shù)的應(yīng)用有利于改養(yǎng)瞬態(tài)響應(yīng)性能，實現(xiàn)反

39、饋控制，這對改善整機(jī)加速性能及排放性能都是有利的。 4）采用多點順序噴射，改善了各缸分配的均勻性，避免燃油在進(jìn)氣管中沉積。 5）取消了化油器喉管，提高了充氣效率，有利于改善整機(jī)動力性。 第63頁/共73頁5.5 汽油機(jī)的燃燒室 一、燃燒室設(shè)計原則汽油機(jī)燃燒室的設(shè)計對發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性、工作穩(wěn)定性及排 放特性有很大影響，為此，燃燒室的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求。（一）結(jié)構(gòu)盡量緊湊用燃燒室的面容比燃燒室表面積與其容積之比來表征燃燒室 的緊湊性。 面容比小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，燃燒可在短時間內(nèi)完成、使爆燃傾向減小，還可以提高發(fā)動機(jī)壓縮比。同時，由于單位體積的表面積較小，相對散熱面積小，熱損失減

40、小，發(fā)動機(jī)熱效率高，面容比小，使缸壁激冷區(qū)減小，hc排放量減少。燃燒室面容比大小取決于氣缸直徑與然燒室的形狀，在采用小燃燒室情況下，為減少單位體積的表面積，多用半球形燃燒室。第64頁/共73頁（二）火花塞位置適當(dāng)火花塞位置不同，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒速度的變化率也不同，從而影響汽油機(jī)的工作性能，為此，確定火花塞位置時，應(yīng)考慮以下幾個方面：1）應(yīng)使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，如火花塞布置在燃燒室中央。2）使末端氣體受熱減少，如火花塞布置在排氣門附近。3）減少各循環(huán)之間的燃燒變動，保證暖機(jī)和低速穩(wěn)定性好，如火花塞布置在進(jìn)、排氣門之間，便于利用新鮮混合氣掃除火花塞周圍的殘余廢氣，使混合氣易于點燃，同時應(yīng)控制氣流的強(qiáng)

41、度，避免吹散火花。4）確保發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，火花塞的位置應(yīng)能使從火花塞傳播開的火焰面逐漸擴(kuò)大。第65頁/共73頁（三）燃燒室形狀合理分布燃燒室的容積分布情況反映了混合氣體的分布情況。與火花塞位置相配合，決定了燃燒的放熱規(guī)律、壓力上升速度及工作穩(wěn)定性等，用不同形狀的燃燒室試驗結(jié)果如圖5-25所示。 當(dāng)圓鏈形燃燒室在其底部點火時，燃燒速率先快后慢，楔形燃燒室與此類似，在圓鏈形燃燒室頂部點火時，燃燒速率先慢后快，圓柱形的情況介于兩者之間，浴盆形燃燒室與此類似?？傊?，燃燒室的容積分布應(yīng)配合火花塞的位置考慮，最有利的分布是使燃燒過程初期壓力升高率較小，發(fā)動機(jī)工作柔和，中期放熱量最多，以獲得較大的循環(huán)功。后期補(bǔ)燃鉸小，具有高的熱效率。第66頁/共73頁（四）具有高的充氣效率進(jìn)氣口、進(jìn)氣道的布置盡量減小進(jìn)氣阻力，提高進(jìn)氣充量。燃燒室的形狀應(yīng)考慮允許有較大的進(jìn)氣門直徑，如果楔形燃燒室可安排直徑較大的進(jìn)氣門，混合氣流經(jīng)處應(yīng)盡量光滑、轉(zhuǎn)彎少， 圖5-26為半球形和斜浴盆形燃燒室充量