发动机新技术复习资料.docx

0绪论第一章绪论第一节 现代汽车技术及其发展第二节 现代汽车技术的应用第三节 车用发动机技术第一节 现代汽车技术及其发展一、现代汽车技术的主要内容二、汽车电子控制技术的发展三、推动与影响汽车技术发展的主要因素四、汽车技术发展的趋势及特点(一）汽车电子控制技术1.发动机的电子控制柴油机:主要有各种喷射系统的燃油喷射量、燃油喷射时机以及高压共轨喷射、进气节流和电热塞的电流等的控制。汽油机：燃油喷射控制、点火控制、怠速控制、排放控制、进气及增压控制、稀薄燃烧及缸内直喷控制。此外,还有电动燃油泵、发电机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时控制及系统自我诊断等功能。 2.底盘的电子控制底盘电子控制的主要目的是提高驾驶的轻便性、行驶的稳定性、安全性和司乘人员的舒适性。控制内容包括汽车运行中3个基本特征,即行驶、转弯和停车。目前主要有:自动变速器控制、悬挂系统控制、动力转向控制、四轮转向控制、巡航控制、制动防抱死控制、驱动防滑控制、轮胎压力的监测。3.车身的电子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。主要有:安全气囊控制、安全带控制、防撞系统控制、灯光控制、门锁控制、防盗系统控制、自动空调控制、自动座椅控制、音响及音像系统控制。4.信息与通讯系统及其控制让司乘人员更多更快地获取有关汽车各方面的信息；同时通过与车外通讯实现社会联结,以获取各种信息资料。主要有:数字化仪表(是集感觉、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)、汽车定位导航系统(GPS)、移动电话系统等。 (二)新型能源动力汽车技术新型能源,是相对于汽车使用的汽油和柴油传统能源而言的。目前研究应用于汽车动力的新型能源主要有：各种代用燃料、天然气和液化石油气、太阳能以及燃料电池等。由此形成了代用燃料汽车、天然气汽车、液化石油气汽车、太阳能汽车、燃料电池汽车及其他各种电动汽车和混合动力汽车。新型能源动力汽车技术的内容涉及面极广,既包括能作为汽车动力能源的新型能源资源及其获取技术,也包括使用新型能源动力机械的开发技术,还包括与应用新型能源动力相匹配的汽车开发与控制技术。开发新型能源动力汽车的目的是为了减少能源消耗乃至最终取代有限的石油燃料,减少并最终消除汽车对大气环境的污染。二、汽车电子控制技术的发展电子技术的飞速发展和汽车相关法规(节能、安全、排放等)的建立是汽车电子控制技术形成与发展的两大主要因素。汽车电子控制技术形成和发展过程可分为3个阶段。国家要求在从2000年开始,新生产的轿车都要采用电子控制燃油喷射发动机和三元催化净化装置。目前已基本实现。其他电子控制装置,如防抱死制动系统、安全气囊、电控自动变速器等,也在陆续安装在国产轿车上。推动与影响汽车技术发展的主要因素1.社会环境的发展生产和使用汽车需要利用社会资源,而生产出的汽车既要为社会服务，又要影响社会环境。资源与环境必然存在若干推动或制约汽车技术发展的因素。推动与影响汽车技术发展的主要因素1.社会环境的发展1)世界资源及环保的形势目前绝大多数汽车仍然使用液体燃料,世界石油储量终究有限,使用液体燃料又难以完全消除有害排放物,而且世界各地区、各国的石油供需情况又很不平衡。今后和过去一样,世界资源及环保形势的变化必然推动汽车技术的发展,节能和消除对环境的危害是汽车技术发展的永恒主题。水是世界另一重要资源,有些地区的水荒日益严重,针对水资深严重缺乏的地区,发展风冷或油冷发动机是必然的。推动与影响汽车技术发展的主要因素1.社会环境的发展2)国际政治经济形势的变化国际政治、经济形势的变化难以预测。但有些趋势则比较明显:例如地区内的国家加强合作,如欧洲联盟、非洲国家的联合。发达国家和发展中国家在经济、科技等方面的差距仍然很大,一时难以消除。推动与影响汽车技术发展的主要因素1.社会环境的发展3)社会的发展与汽车功能的变化社会在不断的发展,经济发展更迅速,知识及信息积累、更新的速度更快,人们生活的节拍也因此加快。车流量大,交通拥挤,在汽车上停留的时间加长,因此要求在汽车上能有较好的娱乐消遣、通迅联络以及收集信息的设备。生活水平的提高必然导致对生活质量追求的变化。4)汽车技术与环境的协调汽车作为重要的交通运输工具, 已成为人们不可缺少的消费品。但是随着汽车保有量的增加,汽车也给人类带来了污染环境、噪声增强、交通拥挤堵塞、缺少停车场及频繁的车祸等弊病。人们已经不能随心所欲的发展汽车技术,而必须要考虑与环境协调,要从整个社会的安全、洁净及福利出发,去开发汽车的新技术。2)车祸学从分析研究汽车、人员、道路及交通管理相互间关系及作用着手,研究车祸的类型、引起车祸的原因、经历的过程及产生的后果。研究汽车相撞后极短的时间内发生的现象,对乘客的影响等。汽车工程技术人员与创伤学专家一起,研究车祸中人体受伤的经过。造成人体损伤的机理,例如研究撞车时安全带的腹带压迫内腔的危险等。3)仿生学研究触觉灵敏、对周围环境变化反应快的昆虫及动物的感觉器官,分析其生理现象。考虑在车辆行驶及交通管理方面,能否模仿这一类触觉灵敏的动物,采用双向信息系统等安全的措施。又如研究闪闪发光的蝴蝶翅膀的显微结构及发光的原理,研究能否以此作为开发光学功能材料的基础等。四、汽车技术发展的趋势及特点1.汽车技术的发展趋势(1)向效率更高、排气更清洁甚至无污染的汽车发展。如发展气体燃料汽车、清洁代用燃料汽车、混合动力汽车、电动汽车、氢能汽车、太阳能汽车等。上述各种汽车技术难度不一样,其中有的已有商品或者能够较早成为商品。在较长时间内,希望汽车能适应多种燃料,并有多种新能源汽车同时存在,而后12种将占据主导地位。(3)汽车的电子化程度更高,并实行集中控制。未来的汽车可能从过去以机械装置为主、电子设备为辅的状态,转变成以集成电路、电子模块为主,机械装置为辅的电子化汽车(2)开发新的能量转换系统及动力装置。如性能更好的增压、中冷直喷柴油机,隔热柴油机,车用燃气透平,燃料电池及飞轮电池等。(4)采用多种安全措施,实行自动的集中控制,电脑辅助驾驶,使汽车向安全型及智能型发展。同时使用先进的通讯、导航系统,最大限度地避免车祸。汽车在各种道路上行驶时,都能使乘员感到舒适、安全、顺利及驾驶的乐趣。(5)进一步从结构合理化、采用新型材料等方面减轻车身重量。家用轿车的功能将多用化。内饰将居室化,显示舒适、温馨、更方便的特点。(6)汽车各总成及零部件也都将围绕上述总的发展趋势向前发展,在结构、作用原理及功能方面都会有新的发展。汽车也将更多地采用轻质的、可以回收的、对环境无害的新型材料(欧盟标准规定85%的汽车部件必须由可回收材料制造，2015年提高到95%)。2.汽车新技术发展的特点(1)汽车技术的发展仍然围绕着节能、环境保护及安全方面的主要要求进行,当然还要考虑驾驶方便、舒适性、多种功能、个性化等方面的需要。(2)向机电一体化、电子化及集中控制方面发展。在发动机方面不仅是供油系统电子控制,而且进、排气系统、冷却及增压系统等都在实现电子控制、集中管理。汽车的转向、驱动、悬架及制动等方面也都向集中控制方面发展。这样可以使各系统尽量共同利用所需的传感器、压力源、电源及控制器等,以便降低汽车质量及制造成本,防止各个单独控制时可能产生的互相干扰,从而能产生新的高效能的综合效果。(3)充分利用现代理论、航空航天技术、国防科技成果,以及高新技术。例如利用流体计算力学、航空技术,进一步改善汽车外形,降低空气阻力。导航、光纤、微波、激光等高新技术愈来愈多地应用于汽车工业。(4)进一步将计算机技术应用到新技术的开发,在计算分析过程中,孕育出一些新技术。在新技术开发过程中也会出现一些新兴学科,如生命机械学、车祸学等。(5)为了更好地解决新产品开发中互相制约的矛盾,需要运用多种学科的理论及知识,形成能综合地解决问题的新技术。(6)为了节省资金、人力,加快新技术开发的速度,一些重大研究课题以生产企业、研究单位及高等学校合作、几大公司合作乃至国际合作的方式进行。某些产品及新技术的开发工作、工程工作由专业的汽车工程服务公司进行。第二节 现代汽车技术的应用一、汽车电子控制技术的应用二、汽车电子控制系统的工作环境三、新型能源动力汽车技术的应用二、汽车电子控制系统的工作环境汽车电子控制系统的工作条件及要求:(1)电子控制系统必须承受汽车行驶中产生的强烈冲击和振动, 能够耐受较大的动载荷。(2)电子控制系统的环境温度可能会出现较高或较低且变化幅度较大的情况,要求控制系统能够耐受较大的热负荷,在较宽的温度范围内能够稳定工作。(3)电子控制系统很容易受到雨淋、油泥和腐蚀性物质的沾染,因此要求控制系统具有较好的密封性和一定的抗腐蚀性。(4)汽车电子控制系统处于电磁干扰较为强烈的环境,所以要求电子控制系统具有较强的抗电磁干扰能力。(5)汽车的电源电压在工作中会出现不够稳定而且波动较大的情况,这就要求电子控制系统能够在电源电压波动较大的情况下可靠地工作。又由于汽车电系中存在较多的感性元件,而这些感性元件在工作过程中会产生高电压脉冲,这就要求控制系统具有耐受一定高电压脉冲的能力。三、新型能源动力汽车技术的应用电动汽车及混合动力汽车已得到了应用。天然气和液化石油气汽车在世界范围内已广泛使用，目前已开发出电子控制的专用发动机。醇类燃料汽车已在许多国家实现了商品化，其他代用燃料正处于研究阶段。燃料电池车实现商业化已不再是梦想。随着对发动机排放的研究日益深入,使用的燃料种类增多以及限制排放的要求日益严格,发动机排放方面增加了一些新的内容及要求,概括起来有以下几点:(1)常规排放物常规排放物是指过去标准中规定要限制的排放物,包括CO、 NOx 、HC及碳烟微粒。除了分别限制各自排放量外,也限制HC + NOx的总和量。碳烟微粒排放与渗入燃烧室烧掉的润滑油有关,因此更加注意降低润滑油的比油耗。(2)二氧化碳及甲醛二氧化碳及甲醛的排放会形成温室效应,使地球气温上升。因此更加关注发动机二氧化碳及甲醛的排放。发动机使用甲醇作燃料时导致甲醛排放较大,而二者的排放量又与发动机油耗成正比,为降低二氧化碳及甲醛排放,就必须降低发动机的燃油消耗,同时需要采用更有效的后处理技术。(3)非甲烷有机气体排放由于使用气体燃料的发动机日益增多,而甲烷又是气体燃料的主要成分之一,甲烷是化学活性弱的物质,在形成臭氧及光化学烟雾方面很少起作用,但会产生温室效应,为了科学地评价有机排放物的危害性,提出非甲烷有机气体（NMOG，Non Methane Orgainc Gas）排放概念,并且区别对待其中各种化合物形成臭氧、光化学烟雾的作用。(4)当量碳氢有机物质发动机使用的燃料种类扩大以后,排放物中各种未燃烃类等也扩大，为了进行质量的综合衡量及评价,提出当量碳氢有机物质,将各种排放中未燃物质折算到同一H/C比值的烃,称之为当量碳氢有机排放物(OMHCE)。(5)有致癌潜在危险的排放物美国环保局及清洁空气资源管理局经过多年的研究后,认为发动机排放中具有致癌危险的是下列物质，并对它们致癌潜在危险程度进行了评估。 苯;1.3-丁二烯;多环有机物如多环芳香烃；甲醛及乙醛。2.发动机的动力性能力求降低汽车质量,提高驱动性能,降低能耗及成本是汽车发展的重要趋势及要求,因此发动机也必须在结构紧凑、外形尺寸小及质量轻的要求下,提高功率及转矩。升功率基本超过50。3.发动机的比油耗及汽车燃油经济性各国对发动机的比油耗没有提出严格的法规要求,但对汽车燃油经济性都有法规要求。美国对汽车的燃油经济性要求为1974年为6.04km/L（ 16.56L/100km ）；1987年提高到11.52km/L（ 8.70L/100km ）；90年代提高到8L/100km；2016年前要达到35.5mile /gal （ 6.6L/100km ）。争取提高到45L/100km,并向柴油机的燃油经济性3L/100Km的目标努力。4.发动机的使用寿命发动机的使用寿命即耐久性受多方面因素的影响。产品的设计质量,选用的材料、热处理技术及加工质量。润滑油质量及保养水平。由于技术进步,发动机的使用寿命不断地在提高。例如在正常的使用维护的条件下,中型柴油机第一次大修前的寿命已由60年代的15万Km提高到90年代的7080万Km。 二、车用发动机发展总趋势及提高性能的对策1.发展总趋势车用发动机主要的发展趋势有下列几个方面:1)更多地采用直喷柴油机特别是高压共轨燃油喷射系统的柴油机。汽油机在较长时期内仍占重要地位,更多地采用缸内直接喷射。柴油机及汽油机都将有较成熟的新型燃烧系统,更多采用分层充气。2)普遍采用多气门设计。在换气、供油、增压及冷却等方面,更普遍地采用可变技术。3)将出现更多的排气净化新技术,更多地依赖排气净化后处理装置。更注意新型三元催化剂、碳烟微粒过滤器及汽油机碳氢化合物分离器等的研究。4)发展小型发动机增压、中冷及强化技术。5)采用陶瓷等轻质、减磨及隔热材料,低散热技术。6)采用微机综合控制,实现较全面的发动机性能优化。7)灵活燃料汽车、双燃料汽车以及同时使用两种以上燃料的技术将有进一步发展。8)研究、改进更适合混合动力驱动用紧凑、质量轻的小排量发动机。9)二冲程发动机受到重视。10)将会进一步研究改进燃气涡轮以及三角活塞式转子发动机在汽车上的应用。 2)采用长冲程过去发动机为了提高转速,又要减少活塞平均速度、往复运动零件的磨擦损失及磨损,高速发动机采用短冲程即S/D1的比较多。现在由于加工工艺、材料及设计等方面的进步,容易克服长冲程产生的问题。而冲程增加可以使气缸向外散热的总表面积对于气缸工作容积之比的比值减小,降低传热损失。 S/D增加后,有利于降低缸盖及活塞的热负荷,提高其工作可靠性。通过气缸套向外散去的热量增加,而通过气缸盖及活塞向外散去的热量减少。长冲程,较大的S/D值对组织燃烧也有是利的。因为燃烧室变得瘦而长及紧凑,除上述传热损失减少外,喷射的油束容易散布到燃烧室各部分,形成均匀的混合气。根据上述原因,车用发动机有采用长冲程趋势,例如德国奥迪A4发动机的S/D值为1.07。 3)关于低散热柴油机绝热柴油机曾引起工程界的很大兴趣,因为它可以不需要冷却系统,将原来冷却系统散去的热量转到排气中,如果利用这部分热量,发动机的效率可以大幅度上升。但是绝热柴油机面临着难以解决的问题:要实现绝热,气缸壁必须内外温度一样,需要采用导热系数为零,又能承受高压的材料制造,在工程实践中难以实现这一要求。充分利用排气中大量热,需要采用复合增压,这使功率输出部分结构复杂,制造成本增加。研制开发能适应高达500600温度的润滑油,其粘温特性又要在不同环境温度下能满足发动机的要求,这也是难以做到的。低散热技术的目的在于:改善发动机低负荷的性能。适应清洁燃料如甲醇改善起动性能、形成良好混合气、改善燃烧的需要。有助于降低未燃烃HC的排放。使催化剂点燃温度升得较高,提高低温、低负荷下催化剂的效率。4)关于车用燃气透平长期以来汽车界力图将燃气透平用作汽车动力,这是因为它具有如下优点:单位功率的外形尺寸小及质量轻。比较容易达到严格的排放要求。对燃料理化性质的差异不敏感,即适合使用多种燃料。燃气透平起动特性尚不如车用汽油机。改进的途径:提高怠速转速（这会增加比油耗）。提高透平入口进气温度。减少压气机-燃气发生透平装置轴上的额外负荷。减少透平压气机及透平转子的质量等。提高车用燃气透平的加速性能,降低其比油耗的关键途径是提高透平入口温度及采用轻质量陶瓷加工透平叶轮。金属透平叶轮是难以耐很高温度的,而陶瓷材料的性能已可以使最高循环温度达到1370。采用陶瓷叶轮不仅可以提高透平效率,降低比油耗,而目可以使叶轮转动惯性质量小,提高响应敏捷性及车用燃气透平的加速性能。车用燃透平转入大量使用前,仍然需进一步研究下列问题:使燃气透平在长期使用中能符合严格的排放法规要求。改进陶瓷材料性能使其可靠性,耐高温性能及寿命更高。设计及加工出效率高及尺寸紧凑的压气机及燃气透平,并且成本较低。1)提高汽油及柴油机性能的对策提高汽油机性能的主要对策有:不用化油器,采用汽油喷射。不用缸外混合及节流调节办法,而用缸内混合及汽油直接喷射。高能点火及特种火花塞。稀混合气及快速燃烧。增压。可变气门定时及换气系统,以改善转矩特性。提高柴油机性能的对策有:将分隔式燃烧室改为直喷燃烧室。采用新的供油技术及设备,如两阶段供油法及双弹簧喷油器。（现已实现多段供油）提高喷油压力及使用多孔,小孔径的喷油嘴。增压加中冷。电控供油等。2)车用发动机都可以采用的对策汽油机和柴油机都可以采用的对策有:新型燃烧室多气门。可变技术。低释热技术。发动机整体综合控制等。三、发动机性能与改善措施相互间的关系发动机燃烧是复杂的化学反应过程,各性能参数与改善措施之间的关系也是复杂的,有些方面存在矛盾。比如：有些措施可以降低比油耗,但却会使NOx排放增加。有些措施有助于降低NOx排放,但有可能使未燃烃HC及微粒增加。因此在设计产品及采取措施提高发动机性能时,首先要理解主要性能参数之间的关系及矛盾,方能采取适当的措施。有时不得不采用折中方案,或者采用辅助措施的综合方案。同样，降低NOx 排放与降低微粒排放的措施,相互之间也是存在矛盾的。例如在较低的喷油压力的基础上,提高喷油压力可以改善混合气质量,提高燃烧速率,从而降低柴油机的微粒排放,然而却又会使NOx排放增加。上述例子表明,采取某些提高发动机性能的措施时,要全面分析,综合考虑,不能顾此而失彼。第一章第一节汽油机电子控制燃油喷射技术一、汽油机对空燃比的要求二、汽油机燃油喷射系统的种类三、不同工况燃油喷射的电子控制二、汽油机燃油喷射系统的种类三、不同工况燃油喷射的电子控制1.喷油定量控制汽油机采用量调节的方式控制燃油定量，也就是说，通过改变吸入空气量的方法来调节发动机功率。燃油定量控制系统的任务仅仅是根据吸入的空气量配给燃油，使空燃比保持在与当时的工况相适应的水平。喷油量的控制实际上是由微机根据发动机运转工况及影响因素，输出控制信号控制喷油器的喷射持续时间。 汽油喷射时间的控制大致可分为两大类:一是发动机起动后运行时的控制，它是根据发动机吸入的空气质量计算得出的。二是发动机起动时的控制，它不是根据吸入空气质量计算得出的。1)循环喷油量和喷油时间的确定间歇喷射系统的燃油定量是以一个工作循环为单元进行的。为了这个循环提供的燃油不会留到下一个循环使用，应该根据一个进气行程中填充气缸的空气质量来确定每个循环的供油量。微机可以利用空气流量计、进气温度传感器、大气压力传感器和发动机转速等输入的信号计算得出每个循环的供油量，再据此计算出输出控制信号的脉冲宽度以控制喷油器的开启持续时间。2)基本喷油时间的计算基本喷油时间是为实现目标空燃比，利用空气流量计、发动机转速等输入信号计算求得的喷油时间。采用空气流量计的形式不同，进行计算的方式、方法也不同。3)基本喷油时间的修正(1)进气温度和大气压力修正。基本喷油时间是以标准大气状态为基准计算出的，而当实际大气条件变化时，如进气温度和压力变化时，还要考虑进气温度传感器及大气压力传感器输入的信号，才能计算出进气质量流量。(2)输入电压修正。 (3)断油控制。在发动机突然失去阻力矩而节气门又没有来得及关小，或汽车阻力不大而加速踏板却过度地踩下的情况下，转速会急剧上升到超过许可限值的水平，严重时会损坏发动机。过去常采用在发动机达到最高转速时切断点火或使点火瞬时延迟的办法，但是由于燃油继续进入气缸，接着又从气缸排出而未经燃烧，对排放净化和节约燃油都是十分不利的，如果在后接的催化转化器内燃烧，则会使催化转化器过热而损坏。目前，电子控制燃油喷射发动机，多采用切断燃油的电子转速限制装置。2.起动工况控制在发动机起动时，转速波动大，很难精确地、间接或直接地测量进气量，计算出基本喷油量。ECU根据当时冷却水温度，在内存中的温度喷油时间图中找出相应的基本喷油量然后进行进气温度和蓄电池电压的修正，得到冷起动时的喷油量。发动机冷却水温度越低，汽油越不易汽化，燃油喷射时间应随温度的降低而延长。常采用两种不同的方式:一种是微机直接控制喷油器，通过延长喷油器的喷油时间来实现。另一种是通过冷起动喷油器，对所有气缸的进气总管喷入一部分附加燃油来实现。2)用主喷油器直接获得起动喷油增量未装冷起动喷油器，起动时燃油增量靠微机直接控制主喷油器来实现。要尽可能地避免燃油对火花塞的湿润，要求喷油器在发动机每转一转进行多次喷射(异步喷射)。增加了控制系统的复杂性。清除溢流功能:在起动时踩下加速踏板，使节气门全开(节气门位置传感器给出信号)或节气门开度为80%-100%时，微机将发出指令供给稀混合气，以消除燃油过多现象，直到发动机转速达400r/min。目前，更多地燃油喷射发动机，在起动时如节气门开度超过80%后，就根本不喷油， 有的称它为“无溢油”工作模式。3.起动后和暖机工况控制一旦起动结束，ECU便根据负荷信息和转速信息从基本喷油时间脉谱中取出基本喷油时间。从这一时刻开始，到发动机达到正常运行温度为止的一段时间内，由于燃油继续凝结在冷的燃烧室壁上， 所以混合气必须继续加浓。这个阶段根据控制策略的不同分成起动后阶段和暖机阶段。起动结束以后，立即在基本喷油时间的基础上短暂地加浓混合气。这个阶段称为起动后阶段。根据发动机的温度加浓阶段称为暖机阶段。根据起动时发动机的冷却水温度，决定起动后加浓修正系数的初期值。发动机完成爆震后，每隔一定时间或每隔一定的发动机转数，对起动后燃油加浓修正系数进行衰减。发动机完成爆震后不久，进气门和气缸内壁的温度随着燃烧过程的进行会很快上升，与此同时冷却水温度也不断上升，发动机逐步达到暖机状态。可以说，暖机时燃油加浓的修正，是与冷却水温度的整个上升过程伴随而行的。4.过渡工况控制过渡工况包括加速和减速工况。如果不进行加速减速时的燃油量修正，发动机就会产生“喘振”、车辆产生前后方向的振动等现象，排气中的有害成分也会增加。过渡工况的识别完全依靠由节气门位置传感器提供的节气门角速度信息。5.满负荷和高转速控制一般发动机在部分负荷下工作时，空燃比的调整是在考虑保持一定排放性能的前提下，尽量提供经济混合气成分，以得到最低油耗。当汽车在节气门全开情况下满负荷行驶时，要求发动机输出更大的转矩。实现满负荷控制时为开环控制，氧传感器的反馈控制停止起作用。当发动机在高转速运行即汽车高速行驶时，同满负荷行驶时基本一样。6.倒拖工况控制加速踏板松开，发动机由汽车的动能驱动的工况称为倒拖。为了安全起见，在下坡、制动或城市交通的滑行过程中，加速踏板完全松开时不允许让离合器脱开。因为这样可使发动机成为汽车的负荷，增加汽车受到的阻力矩。但此时发动机必须停止工作。如果为此切断点火而继续喷油，则不但浪费燃油，而且增加HC排放。所以倒拖时应切断喷油。当转速降到低于一个接近怠速转速的水平时则须立即恢复喷油，否则驱动性恶化，甚至熄火。采用节气门调节执行器的单点喷射系统中，在很高的发动机转速下倒拖时，如果节气门关闭，活塞高速抽吸，进气歧管压力下降，使得进气歧管壁上的燃油膜蒸发。由于空气不足，这些燃油不能完全燃烧，使HC排放增加。为了克服这个缺点，倒拖时节气门调节执行器根据发动机转速高低将节气门打开一点点。如果发动机转速下降特别快，节气门开度就不再成为发动机转速下降的函数。倒拖工况结束时，单点喷射系统进气歧管壁上必须重新建立燃油膜。这使得过渡期内混合气略微变稀。所以要借助于一个附加的喷油脉冲来建立燃油膜，该脉冲的长度取决于倒拖时间的长短。第二节 怠速电子控制技术一、怠速控制的目标二、怠速空气提供方式三、怠速信号的产生与识别四、怠速控制原理一、怠速控制的目标怠速转速过高，会增加燃油消耗量。过低增加有害物的排放。怠速控制还应考虑所有怠速使用条件，它们都会引起怠速转速变化，使发动机运转不稳甚至引起熄火现象。怠速转速控制实质就是控制怠速时的空气吸入量。怠速控制(Idle Air Control或Idle Speed Control，简称IAC或ISC)的目标:一是实现发动机起动后的快速暖机过程；二是自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转。怠速控制的内容包括:起动后的控制、暖机过程的控制、负荷变化的控制、减速时的控制等。二、怠速空气提供方式怠速进气量的控制类型:一是控制节气门旁的旁通空气道的空气流量。二是直接控制节气门关闭位置的节气门直动式。1.节气门旁通式采用这种方式的系统在怠速时节气门完全关闭。怠速控制阀(ISCV)按阀门的驱动形式为步进电机式、电磁式（旋转、直线）几种。2.节气门直接调节式不设怠速旁通通道，但节气门并不完全关闭， 通过控制节气门开启程度，调节空气通路的截面， 实现怠速控制。三、怠速信号的产生与识别采用节气门旁通方式时， 通常在节气门轴上安装一个节气门位置传感器。采用节气门调节方式时， 将怠速触点装在调节轴上。节气门开关（触点、两极和全程式)。四、怠速控制原理(一)节气门旁通控制1.步进电机控制式步进电机与怠速控制阀做成一体，电机可顺时针或反时针旋转，使阀沿着轴向移动。改变阀与阀座之间的空隙，就可调节气门旁通通道的空气量。阀门有125种不同的开启位置。这种怠速控制阀还可以用来控制发动机的快怠速，而不需要空气阀。1)起动初始位置的确定为了改善发动机的再起动性能，在发动机点火开关关断(OFF)后，微机控制怠速控制阀门处于全开状态，以便为下次起动作好准备。2)起动控制发动机起动时，由于怠速控制阀预先设定在全开位置，在起动期间经过怠速控制阀的旁通空气量最大，发动机容易起动。3)暖机控制在暖机时，根据冷却水温所确定的位置，怠速控制阀开始逐渐关闭，当冷却水温度达到70时，暖机控制结束。 4)反馈控制在怠速运转时，如果发动机的实际转速与微机存储器存储的目标转速相差超过一定值(如20r/min)时，微机将通过步进电机控制怠速控制阀，增减旁通空气量，使发动机的实际转速与目标转速相同。5)发动机负荷变化的预控制发动机在怠速运转时，如空档起动开关、空调开关接通或断开，都将使发动机的负荷立刻发生变化，为了避免发动机怠速时转速波动或熄火，在发动机转速出现变化前，微机控制怠速控制阀开大或关小一个固定距离。6)电器负载增多时的怠速控制在怠速运转时，如使用的电器负载增大到一定程度时，输入电压就会降低。为了保证微机+B端和点火开关IG端具有正常的供电电压，需要控制步进电机，相应地增加旁通道空气量，提高发动机怠速转速，提高发电机的输出功率。7)学习控制由于发动机在整个使用期间，其性能会发生变化，尽管步进电机控制阀门的位置未变，但怠速转速会与初设的数值不同。此时微机可在反馈控制的基础上进行学习控制，使发动机转速达到目标值。与此同时，微机将步进电机转过的步数存储在存储器中，以便在以后的怠速控制中使用。2.电磁阀控制式电磁式怠速控制阀所采用的是比例电磁阀，它是利用电磁线圈产生的电磁吸力来控制阀门开度的。 与步进电机式ISC阀相比，电磁式具有响应速度快，反作用力小的特点。 (二)节气门调节控制节气门调节式是通过控制节气门开启程度，调节空气通路的截面，达到控制充气量，实现怠速控制的。 第三节 点火系电子控制技术一、电子控制点火系的控制内容和基本组成二、点火提前角的控制三、闭合角(通电时间)的控制四、爆震控制 一.汽油机点火提前角的传统控制1)汽油机对点火提前角的要求点火时刻是用点火提前角来表示的。点火提前角是指从火花塞电极间跳火开始，到压缩上止点所经历的曲轴角度。实验证明:如果点火时刻适当，燃烧最大压力出现在上止点后10左右时，发动机产生功率最大。2）汽油机点火提前角的传统控制传统汽油机为了控制点火提前角，以适应负荷和转速的变化，专门设置了真空提前和离心提前调节机构。真空提前调节机构的作用是随着发动机负荷的减小而将点火提前角增大，并且在怠速和倒拖时推迟点火以满足改善排放的要求。离心提前调节机构的作用是随着发动机转速的提高而将点火提前角增大。其作用原理是利用发动机转速提高后增加的离心作用，使控制断电器触点的凸轮在分电器轴的旋转方向上转过一个角度，从而使点火提前。二、电子控制点火系的控制内容和基本组成1.控制内容在汽油发动机中，点火系统的作用是利用火花塞电极间产生的电弧将缸内的混合气适时点燃，因此，点火系的控制内容包括点火能量控制和点火定时控制两个方面。 1)点火能量控制如果点火能量不足，可燃混合气就不能被点燃，发动机就会出现失火现象，失火会使发动机的使用性能变差，导致排放增加，过高的排放很容易导致催化转换器损坏。因此，点火能量必须高于各种工况下将混合气可靠点燃所必需的能量。2)点火定时控制控制点火定时是为了使发动机的功率输出最大、油耗最低、爆震最小和排放最低，但是，控制点火定时并不能在各种工况下都使以上各项目标同时达到。因此，控制点火定时必须在多项目标之间进行折中。为了保证各种工况下在活塞绕过上止点以后的适当转角范围内能够出现燃烧峰值压力，使发动机的性能达到最佳，要求在压缩行程上止点以前将混合气点燃，因此，点火时刻必须适度提前，应有恰当的点火提前角。由于点火提前角受运行环境和运行工况的影响，所以在发动机工作过程中，必须对点火提前角进行实时调节控制。此外，由于爆震燃烧与点火时刻存在着密切关系，所以将爆震控制也纳入点火系的控制内容。2.基本组成电子控制点火系有普通电子点火系和微机控制点火系之分。普通电子点火系虽增加了闭合角控制、恒流控制等(大大提高了点火系统的性能)，但其点火提前角仍采用真空和离心机械式点火提前机构进行控制。其主要缺点为:(1)点火提前角的控制不精确，考虑影响点火提前角的因素不全面。(2)为了避免大负荷时的爆震，必然采用妥协方式降低点火提前角。(3)仍脱离不开机械控制范围。1.影响点火提前角的因素（1）转速转速越高,在同一段时间内,曲轴相应转过的角度越大,如果混合气的燃烧速率不变,最佳点火提前角则应线性增加。但转速升高时,由于混合气的压力与温度的提高以及缸内气流运动的增加,火焰传播速度加快,即燃烧速度加快,故最佳点火提前角应随发动机的转速升高而加大,但不是线性关系。（2）负荷在转速不变情况下,发动机的最佳点火提前角应随负荷增加而减小。因为发动机的负荷增加时,由于节流损失减小,吸入气缸内的混合气量增多,压缩终了时的压力及温度增高,同时残余废气在缸内混合气中所占的比例下降,致使燃烧速度加快。（3）启动及怠速发动机启动和怠速时,不需要发动机输出功率。由于此工况时,缸内残余废气所占比例较大,燃烧速度受偶然因素的影晌而变动较大,过早点火容易造成发动机运转不平稳,因此要求点火提前角减小(一般为5-6)或为零。特别是现代汽车发动机,由于对排气净化要求的提高,在怠速工况时甚至推迟点火,使点火提前角为负值,这样可降低燃烧室中的最高温度,减少NOx的生成量,又可以提高气缸内高温持续的时间及排气温度,使未燃的HC和残留的C0有充分的进一步燃烧的时间,从而减少HC和C0的排出量。（4）汽油的辛烷值因为发动机工作在微爆震状态时,其动力性、经济性及排放性均好,故可适当增加点火提前角。但爆震较为强烈时,会导致发动机的功率下降、油耗增加、发动机过热等,对发动机极为有害因此,随着汽油辛烷值的增大,最佳点火提前角可适当增加。（5）压缩比由于压缩比增大时,可使气缸压缩终了的压力和温度增高,致使混合气的燃烧速度加快。因此,随着压缩比的增高,最佳点火提前角可相应减小。（6）混合气的成分混合气的浓度直接影响燃烧速率,因而必然影响最佳点火提前角,当过量空气系数为0.80.9时,燃烧速率最快,最佳点火提前角最小。过稀或过浓的混合气,由于燃烧速率变慢,故必须相应增加点火提前角。（7）火花塞的数量在气缸内同时装有两个火花塞时,由于火焰传播距离较短,燃烧过程完成较快,因此所对应的点火提前角比用一个火花塞时为小。（8）进气压力高原地区的空气稀薄,大气压力低,即发动机的进气压力低,混合气形成质量变差。缸内气流运动减弱,再加上压缩压力下降,致使燃烧速度变慢,因此,最佳点火提前角增大。（9）进气温度进气温度发生变化时,压缩后的温度必然发生变化,燃烧速度也将随之变化,因而最佳点火提前角随进气温度的变化而变化。进气温度降低，致使燃烧速度变慢,因此,最佳点火提前角增大。 （10）冷却水温度发动机水温较低时,压缩后的混合气温度较低,燃烧速度较低,从增大功率的角度考虑,应增大点火提前角。但发动机长时间在低温工作,会引起气缸和活塞等严重磨损而缩短寿命,因此,快速暖机成为要解决的主要问题。为此,通常减小点火提前角,使高温燃烧气体与气缸壁面接触面积增大,加强对气缸壁及冷却水的传热,从而使发动机迅速升温。2.点火提前角的控制启动期间的点火提前角控制:发动机在启动时,在固定的曲轴转角位置点火,与发动机的工况无关；启动后发动机正常运行期间的点火提前角控制:点火提前角由负荷和发动机转速确定的基本点火提前角和修正量决定。修正项目随发动机而异,并根据发动机各自的特性曲线进行修正。3.启动期间的点火提前角控制启动时点火提前角的控制:一种为固定点火提前角方式；另一种为可调点火提前角控制方式。(l)固定点火提前角控制方式 此方式为在发动机启动时,在固定的曲轴转角位置点火,点火提前角与转速、水温等因素无关。所选的点火提前角一般为初始点火提前角。这种控制方式较为简单,但在气温、水温极低等特殊情况下启动时,控制效果不够满意。(2)可调点火提前角控制方式此方式是在发动机启动时,点火提前角随发动机的温度、启动转速等参数而变化。4.启动后点火提前角控制启动后点火提前角的大小有两种计算方法:实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角实际点火提前角=基本点火提前角+修正点火提前角前一种在日本车和美国车的一些电控系统中比较常见；而后一种在德国车的电控系统中比较常见。5.点火提前角的修正(1)暖车修正。发动机冷车启动后,当发动机冷却水温度较低时,应增大点火提前角。暖车过程中,随冷却水温度升高,点火提前角应减小。（2）怠速修正怠速运转时,ECU不断地计算发动机的平均转速。当发动机的转速低于规定的怠速转速时,ECU根据与怠速目标转速差值的大小相应地增大点火提前角；当发动机转速高于规定的怠速转速时,推迟点火提前角。（3）空燃比反馈修正ECU根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加或减少,发动机的转速在一定范围内波动。为了提高怠速的稳定性,在反馈修正油量减少时,点火提前角相应地增加。（4）过热修正发动机处于正常运行工况(怠速触点断开),当冷却水温度过高时,为了避免产生爆震,应将点火提前角推迟。发动机处于怠速工况运行,冷却水温度过高时,则应减少高温燃烧气体与气缸壁的接触面积,减少对气缸的传热量,适当增大点火提前角,使燃烧尽早结束。为了改善自动变速器的换档质量和怠速控制，有些点火提前角控制系统还通过调节点火定时来改变发动机的输出转矩。在设有与混合气生成有关的控制项目(如二次空气控制、排气再循环控制等)的系统中，以及在动态行驶(如加速)时，要相应地对点火提前角进行专门的修正。 (二)无触点点火系点火提前角的控制1.日产汽车ECCS系统的点火提前角控制1)正常行驶时点火提前角的控制实际点火提前角:基本点火提前角存于微机的存储器中，根据发动机转速和负荷(由基本喷油时间表示)可查表得到各种工况下的基本点火提前角。水温修正系数是微机根据水温传感器，查表得到各种水温的修正系数。实际点火提前角基本点火提前角水温修正系数2)怠速及减速时点火提前角控制微机根据发动机转速、冷却水温及车速控制点火提前角的大小。水温在50以下，推迟点火，其目的是加速发动机及催化反应器达到正常工作温度。 2.丰田汽车TCCS系统的点火提前角控制1)初始设定点火提前角初始设定点火提前角，也称为固定点火提前角。对于丰田汽车的IG-GEL发动机，其值为上止点前10。在下列情况时，其实际点火提前角为固定值:(1)当发动机起动时，发动机转速变化大，无法正确计算点火提前角。(2)当发动机转速在400r/min以下时。(3)当T端头短路或节气门位置传感器怠速触点闭合时。(4)当发动机ECU内后备系统开始工作时。(5)当车速在2km/h时。怠速的基本点火提前角，是指节气门位置传感器的怠速触点闭合时的基本点火提前角。其值又根据空调是否工作而略有不同，空调工作时其基本点火提前角为8，不工作时其值为4。也就是在同样怠速运转时，空调工作，其实际点火提前角将从上止点前14增加到18 ，以防因空调负荷使发动机运转不稳。3)修正点火提前角初始设定点火提前角加上基本点火提前角所得点火提前角，必须根据相关因素加以修正。修正的点火提前角具有暖机和稳定怠速两种点火提前特性。 指为了使怠速稳定运转而控制修正点火提前角。即随着怠速转速的变动而改变点火提前角。发动机实际点火提前角就是上述三项点火提前角之和。发动机每旋转一周后，微机就可计算并输出一次点火提前角的调整数据，因此当传感器测出发动机的转速和负荷有变化时，微机就使点火提前角作出相应的改变。但当微机计算出的实际点火提前角超过最大或最小点火提前角的允许值时，则微机以最大或最小点火提前角的允许值进行调整。装有氧传感器的电子控制燃油喷射系统，微机根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修正。(三)无分电器点火系点火提前角的控制无分电器点火系统(DLI)完全取消了传统的分电器，没有分电器盖和分火头。由点火线圈产生的高压电，直接送到火花塞，因此也叫直接点火系统。无分电器点火系统目前常采用以下两种方式:一是同时点火-指两个气缸合用一个点火线圈，即一个点火线圈有两个高压输出端，分别与一个火花塞相连，负责对两个气缸点火。二是单独点火-指每个气缸配用一个点火线圈，单独对本缸进行点火。无分电器点火系除具有上述微机控制点火系的一切优点外，由于不存在分火头与分电器盖旁电极间产生的火花，因此可有效地降低点火系对无线电的干扰。 1.无分电器同时点火方式同时点火方式两缸采用一个点火线圈， 其中一缸在排气末期，另一缸在压缩末期同时串联点火。2.无分电器单独点火方式特别适合在四气门发动机上配用。火花塞安装在两根凸轮轴的中间，然后每缸火花塞上直接压装一个点火线圈，在布置上很容易实现。四、闭合角(通电时间)的控制点火系统的能量转换，是依靠点火线圈实现的。在有触点点火系统中，当断电器触点闭合时，电流从蓄电池出发经过闭合的断电器触点流过点火线圈的初级线圈，于是电能转变成磁能贮存在点火线圈内，以便在适当的时刻使断电器触点断开，点火线圈内贮存的磁能又转变成电能，使火花塞放电。 从断电器触点开始接通到重又断开的这一段时间称为闭合时间，这段时间内转过的曲轴转角称为闭合角。无触点点火系统和无分电器点火系统中点火线圈的初级线圈与点火功率输出极形成通路这一段时间内转过的曲轴转角称为闭合角。 火花塞提供的点火能量取决于贮存在点火线圈中的能量，而后者又取决于初级电流和初级线圈的电感。初级线圈的电感虽然是一个常数，但初级电流在初级线圈与功率输出极形成通路之后的充磁过程中却是随着时间的推移而逐步增大的，直到最终充磁结束时达到一个限定的电流为止。 为了使火花塞能够提供尽可能大的点火能量，应使闭合角足够大，以使它所对应的时间超过点火线圈充磁所需时间，也就是说，初级电流应在点火之前达到限定的最大值。但是，闭合角过大并无好处。因为现代高性能点火线圈的初级线圈直流电阻不足1欧姆，充磁极快。初级电流达到最大、充磁结束之后，初级电流的能量全部消耗在初级线圈的直流电阻上并转变成热能，既浪费了能量，又使点火线圈升温，甚至烧毁。理想的状况是，使初级电流在点火时刻之前一个很短的瞬间达到限定的最大值。初级电流的增加速率与蓄电池电压有关，而在不同的转速下要达到相同的闭合时间，闭合角也应不同。所以，闭合角不应该是一个固定值，而要根据蓄电池电压和发动机转速优化。显然，在依靠断电器触点触发点火的有触点点火系统中，断电器的凸轮形状惟一地确定了闭合角的大小，所以谈不上闭合角的控制。反之，在无触点点火系统中，即使点火提前角是机械控制而不是电子控制的，也能实施闭合角的控制。 在电控单元中存储着发动机点火闭合角特性图，点火定时控制系统将根据发动机的转速和蓄电池的电压对照闭合角特性图确定并控制点火线圈的通电时间，从而控制闭合角。随着发动机转速升高和蓄电池电压下降，闭合角增大。五、爆震控制在发动机缸体上安置多个爆震传感器，对发动机各缸是否发生爆震进行检测。爆震传感器通常采用加速度传感器，电控单元通过处理爆震传感器输入的信号对爆震是否发生进行判定。当判定爆震发生时，电控单元就会立刻推迟发生爆震气缸的点火定时，直到爆震不再发生为止，然后再逐步地提前点火定时，直到爆震再次发生为止。控制对象是点火提前角。控制目标是不发生爆震，当ECU中的分析电路确认发生爆震时，便减小点火提前角。但是，不到真正发生爆震的时候是不可能确定爆震极限的。所以，这种以爆震极限为界的点火提前角闭环控制总是伴随着零星的爆震。正常情况下，ECU以特性场中存储的点火提前角运行。爆震传感器信号经滤波器滤波后，首先进行模/