发动管理系统之混合气制备.ppt

学习情境3：检查、诊断和维修汽油发动机的混合气制备与点火系统,一、复习,1、可燃混合气：按一定比例混合的汽油与空气的混合物（1）可燃混合气浓度的表示方法空燃比：可燃混合气中所含空气和燃料的质量的比A/F空气质量（kg）/燃料质量（kg）理论空燃比14.7：1过量空气系数：在燃烧过程中，实际供给的空气质量与理论上燃料完全燃烧时所需的空气质量之比实际空燃比/理论空燃比1为理论混合气,（2）可燃混合气浓度对发动机性能的影响理论混合气（1）理论混合气既不能实现最佳的燃油经济性，也不能获得最高的动力性三元催化转化器中获得最佳的综合净化效果稀混合气（1）经济混合气：当混合气适当稀时，可使发动机的经济性最好。一般在1.051.15的范围内。浓混合气（1）功率混合气：一般过量空气系数0.850.95时，由于混合气中汽油分子相对较多，燃烧速度快，压力大、热损失小，发动机输出功率最大。,（3）发动机工况对可燃混合气浓度的要求怠速工况发动机不对外输出动力，在节气门全关的情况下以最低稳定转速运转。必须供给较浓的可燃混合气小负荷工况混合气浓度可以略为减小中等负荷工况考虑燃料经济性，供给经济混合气。保证三元催化转换器的正常作用，使用理论混合气。大负荷和全负荷工况供给较浓的功率混合气,冷起动工况发动机在冷车状态下的第一次起动。必须供给很浓的混合气暖机工况发动机冷起动后，冷却液温度尚未达到能让发动机稳定怠速运转之前的工况。随着发动机温度逐渐升高，混合气浓度应逐渐减小加速加浓工况驾驶员猛踩油门，使节气门突然开大的过程。会出现瞬间过稀，应进行加浓（惯性不同，汽油慢，空气快）同理猛抬起油门，应进行断油。,二、发动机实际工作循环热力学基础,（1）进气过程；在排气行程终了时，气缸内仍有残余废气，压力高于大气压，活塞下行首先是残余废气膨胀，当压力低于大气压时，才开始进气，一直到活塞到达下止点，进气行程结束（r-a)。,（2）压缩过程；压缩过程气体与缸壁之间存在复杂的热交换，压缩过程初期，缸壁温度高于进气终了的气体温度，气体吸热；压缩过程后期，气体温度高于缸壁温度，气体向缸壁放热。所以，我们可以把实际的压缩过程简化为绝热压缩过程(a-c)。,（3）燃烧过程；在燃烧过程中，气体的性质发生了变化，气体（混合气）变成了燃气。对于汽油机，燃烧过程容积变化很小，可以看成是等容加热过程；对于柴油机，开始阶段燃烧进行很快，容积变化很小，可以看成是等容加热过程，接着，一面燃烧，一面喷油，活塞下行，容积增大，压力变化不大，温度上升，可以看成是等压加热过程。(c-z),（4）膨胀过程；燃气与缸壁也有复杂的热交换，但是，随着缸体的温度的上升，这种热交换现象就会减小，所以，膨胀过程可以看成是绝热膨胀过程。（z-b),（5）排气过程；排气门打开初期，活塞处于下止点，依靠燃气压力进行排气，随着活塞上行，依靠活塞把废气挤出缸外，由于存在排气阻力，使得缸内残余气体的压力高于大气压力。(b-r),三、实际工作循环的能量损失,（1）系统的泄漏损失；由于实际循环存在泄漏，使气体数量减少，燃烧所产生的热量减少。（2）换气损失；换气损失就是燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入而消耗的功。包括进排气系统中的流动阻力而产生的损失，进排气门打开的时间不正时而产生的损失。,（3）燃烧损失；由于燃烧需要一定时间，点火或喷油必须在上止点之前，且燃烧延续到膨胀行程初期所产生的损失，称为非瞬时燃烧和补燃损失。（4）传热损失在实际循环中，缸体（包括气缸的相关部件以及缸体内的所有运动部件）和气体之间自始至终都存在着热交换，由此而造成的损失。,四、发动机混合气制备系统,1、混合气的形成：2、均质混合气与非均质混合气的概念均质混合气：燃油与空气充分混合后形的燃油分子均匀分布在空气中的混合气非均质混合气：燃油分子分布不均的混合气,3、混合气制备系统组成与基本工作原理（1）混合气制备系统的基本组成：进气系统燃油供给系统（2）混合气制备系统的基本工作原理：进气系统在发动机活塞下行时产生的真空作用下（不考虑增压），吸入空气，并对吸入的空气量作直接或者间接的测量，燃油供给系统按照发动机工况的混合气浓度的要求，计量供给适量的燃油，以雾状形态喷射到空气中，在空气中扩散、挥发，与空气形成混合气。,4、混合气制备系统的类型：（1）中央喷射方式（节气门体喷射）：传统的化油器式混合气制备系统的特点，通过安装在节气门体的单个喷油器将汽油喷射在节气门上方，配合进气气流的作用形成混合气（2）进气管喷射(多点喷射）通过多个喷油器将汽油喷射到进气岐管内（进气门后方）的的喷射方式以上两种方式形成的混合气基本上可以被认为是均质混合气。这两种方式可以统称为外部混合气制备方式。,（3）缸内喷射（直喷）：通过安装在气缸盖上的喷油器，直接将汽油喷射到气缸内部形成混合气的混合气制备方式缸内喷射可以被认为具有非均质混合气的特点，但与柴油机的非均质混合气相比，又具有一定的均质混合气的特点。,五、混合气制备系统的基本构造进气系统,进气系统的基本组成(L型）（思考D型）,六、进气系统主要部件,1、空气流量计（1）冀板式（叶片式）空气流量计,结构,结构,结构,工作原理,电路及其检测,2、旋涡式空气流量计基本原理,光电式卡门旋涡空气流量计,原理,外部电路（思考）,2、超声波式卡门旋涡空气流量计,3、热线式空气流量计,原理（惠斯登电桥）,温度补偿电阻及其作用。（3）热线式空气流量计特点：优点：精度高，响应快，进气阻力小，不磨损缺点：受污染后精度下降。解决方法：高温自洁,4、热膜式空气流量计,热膜式空气流量计结构与工作原理与和热线式空气流量计基本相同，所差别的只是将热线改成热膜。热膜是由发热金属铂固定在薄树脂膜上构成。它增加发热体的强度提高可靠性和使用寿命。,4、热膜式空气流量计,5、进气岐管绝对压力传感器（MAP（Manifoldabsolutepressuresensor),1、半导体压敏电阻式进气压力传感器（1）基本原理：半导体压阻效应。（2）结构：主要由硅膜片1、真空室2、集成电路3、滤清器4及接进气岐管的进气端5组成。,结构,工作原理,工作原理,硅膜片周围四个应变电阻组成惠斯顿电桥，硅膜片一侧是真空室，另一侧是进气岐管绝对压力。当进气岐管绝对压力变化时，硅膜片产生变形，硅膜片上的应变电阻值与变形成正比例关系，通过电桥将变形转换成电信号，经电路放大后输入ECU，从而测出进压力。,10kPa-0.4V35kPa-1.4V95kPa-3.8V115kPa-4.65V,思考：如何利用高灵敏度可变电阻构建进气压力传感器？,结构示意,工作原理,6、进气温度传感器（IAT(IntakeAirTempraturesensor）,测量进气温度部分为NTC型（负温度系数）传感器，电阻随进气温度变化，此传感器输送给控制器一个表示进气温度变化的电压。检测原理：水温越高，电阻越小。电脑根据电压变化测得水温。,0-5600617020-2400262040-1150125080-318340,故障现象：熄火、怠速不良等。一般故障原因：1、使用过程有不正常高压或反向大电流；2、维修过程使真空元件受损。维修注意事项：维修过程中禁止用高压气体向真空元件冲击；发现故障更换传感器的时候注意检查发电机输出电压和电流是否正常。简易测量方法：温度传感器部分：（卸下接头）把数字万用表打到欧姆档，两表笔分别接传感器3#、4#针脚，20时额定电阻为2.5k5%，其他对应的电阻数值可由上图特征曲线量出。测量时也可用模拟的方法，具体为用电吹风向传感器送风（注意不可靠得太近），观察传感器电阻的变化，此时电阻应下降。压力传感器部分：（接上接头）把数字万用表打到直流电压档，黑表笔接地，红表笔分别与1#、2#针脚连接。怠速状态下，1#针脚应有5V的参考电压，2#针脚电压为1.4V左右（具体数值与车型有关）；空载状态下，慢慢打开节气门，2#针脚的电压变化不大；快速打开节气门，2#针脚的电压可瞬间达到4V左右（具体数值与车型有关），然后下降到1.5V左右（具体数值与车型有关）。,7、节气门（传统拉线式）,1、组成与功用：（1）功用：改变节气门开度大小，控制发动机运转工况，并通过节气门位置传感器检测发动机的负荷。（2）组成：包括节气门、节气门位置传感器、怠速旁通气道和怠速调整螺钉等。有些车型还有怠速控制阀、附加空气阀等。,2、节气门位置传感器(TPS(ThrottlePositionSensor),（1）作用：将节气门的开度信号转换成电压信号输送到发动机ECU，作为电脑判定发动机工况的依据。（2）线性可变电阻式节气门位置传感器结构：,与节气门轴联动的电位计、检测节气门开度的电刷、检测节气门全闭用的电刷（怠速触点）,工作原理：,（3）开关型节气门位置传感器,主要由全负荷开关触点2、活动臂3和怠速触点4组成。工作原理：节气门全关时，活动臂与怠速触点接触，输出怠速信号，节气门开至接近全开位置时，全负荷触点闭合，输出全负荷信号，在这之间两个触点都处于张开状态。,3、怠速空气阀主要作用:控制冷车快怠速。,（1）双金属片式怠速空气阀,（2）石蜡式怠速空气阀,4、怠速控制装置,（1）作用与类型：作用：自动调整发动机怠速。类型：它基本上可分为两类：节气门直动式和旁通空气式。旁通空气式应用较广，主要有步进电机式、电磁式和旋转滑阀式。（2）节气门直动式怠速控制阀：,思考：,怠速转速什么时候会变化？为什么？（主要指怠速时什么情况下转速需要自动提升？）,A-节气门直动，b旁通式,执行机构主要由直流电机、减速齿轮、进给丝杆等部件组成。执行机构与节气门全闭限制器相接触。通过旋入旋出传动轴调节全闭限制器的位置来调节节气门的开度。,实例：AJR控制电路,(3)旁通式怠速控制阀,1）步进电机式怠速控制阀结构：主要由步进电机、螺旋机构、旁通气阀阀芯、阀座等组成,工作原理示意,步进电机结构和工作原理：,步进电机工作原理,定子通电按1234时N极顺序变化，逆时针转动定子按1432通电，N极顺序变化，顺时针转动,步进电机实际结构,实际原理示意,(4)步进电机控制电路及检测,2）电磁式怠速控制阀,电路原理,控制脉冲,主要由电磁线圈、阀芯、阀门、回位弹簧、波纹管等组成。工作原理：电磁线圈通电产生的吸力与弹簧力的相互关系使阀芯在轴向移动，从而控制阀门的开度大小，调节旁通空气道中的空气流量。,3）旋转滑阀式怠速控制阀,控制电机原理（两个线圈）,5、电子节气门,1、电控节气门系统概述（1）精确控制，提高经济性（2）提高排放性能（3）精简其它控制系统如巡航与限速、发动机扭矩控制（MSR）系统等更为简便、不需要其它的怠速控制系统等。,电子节系统气门组成,电子节气门系统构造,系统工作原理,驾驶员操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入的信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。然后再经过CAN总线和整车控制单元进行通讯，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、档位、节气门位置、空调能耗等等，由此计算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。,节气门驱动电机一般为步进电机或直流电机，两者的控制方式也有所不同。驱动步进电机常采用H桥电路结构，控制单元通过发出的脉冲个数、频率与方向控制电平对步进电机进行控制。电平的高低控制步进电机转动的方向，脉冲个数控制电机转动的角度，即发出一个脉冲信号，步进电机就转动一个步进角，脉冲频率控制电机转速，转速与脉冲频率成正比。因此，通过对上述三个参数的调节可以实现电机精确定位与调速。,控制直流电机采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点有频率高，效率高，功率密度高与可靠性高。控制单元通过调节脉宽调制信号的占空比，来控制直流电机转角的大小，电机方向则是由和节气门相连的复位弹簧控制的。电机输出转矩和脉宽调制信号的占空比成正比。当占空比一定，电机输出转矩与回位弹簧阻力矩保持平衡时，节气门开度不变；当占空比增大时，电机驱动力矩克服回位弹簧阻力矩，节气门开度增大；反之，当占空比减小时，电机输出转矩和节气门开度也随之减小。ECU对系统的功能进行监控，如果发现故障，将点亮系统故障指示灯，提示驾驶员系统有故障。同时电磁离合器被分离，节气门不再受电机控制。节气门在回位弹簧的作用下返回到一个小开度的位置，使车辆慢速开到维修地点。注意：电机控制在高怠速点（5%8%）以下时电机极和负极是相反的，即电机转动方向翻转（ME744）,节气门总成构造,加速踏板模块及其传感器霍尔式,节气门位置传感器,思考1：可变电阻式加速踏板位置传感器的构造与工作原理。思考2：为什么用双联的位置传感器？思考3：双联的两个信号之间有什么关系？还可以是什么关系？,控制策略,基于发动机扭矩需求的节气门控制传统油门的节气门开度完全取决于驾驶员的操作意图。电子节气门系统的节气门开度并不完全由加速踏板位置决定，而是控制单元根据当前行驶状况下整车对发动机的全部扭矩需求，计算出节气门的最佳开度，从而控制电机驱动节气门到达相应的开度。因此，节气门的实际开度并不完全与驾驶员的操作意图一致。控制单元根据整车扭矩需求获得所需的理论扭矩，而实际扭矩通过发动机转速、点火提前角和发动机负荷信号求得。在发动机扭矩调节过程中，控制单元首先将实际扭矩与理论扭矩进行对比，如果两者有偏差，发动机电控系统将通过适当的调节作用使实际扭矩值和理论扭矩值一致。,传感器冗余设计电子节气门系统采用2个踏板位置传感器和2个节气门位置传感器，传感器两两反接，实现阻值的反向变化，即两个传感器阻值变化量之和为零。对两个传感器施加相同的电压，两者输出的电压信号也相应反向变化，且其和始终等于供电电压。从控制角度上讲，使用一个传感器就可以使系统正常运转，但冗余设计可以使两个传感器相互检测，当一个传感器发生故障时能及时被识别，在很大程度上增加了系统的可靠性，保证行车的安全性。,可选的工作模式驾驶员可根据不同的行车，需要通过模式开关选择不同的工作模式，一般有正常模式、动力模式和雪地模式三种，区别在于节气门对加速踏板的响应速度不同。在正常模式下，节气门对加速踏板的响应速度适合于大多数行驶工况。在动力模式下，节气门加快对加速踏板的响应速度，发动机能提供额外的动力。在附着较差的工况下（比如：雪地，雨天）驾驶员可选择雪地模式驾驶车辆，此时节气门对加速踏板的响应降低，发动机输出的功率比正常情况下小，使车轮不易打滑，保持车辆稳定行驶。,电位计式油门踏板位置传感器,1这是一个无触点的双电位传感器2由计算机供5V电压，传感器向计算机发出2路反映油门位置的电压信号，一路电压是另一路电压的两倍。3计算机根据此信号可进行驾驶员期望的扭矩需求计算，经计算机内部统一协调后控制执行器工作。4计算机收到信号后管理如下功能：怠速加速减速中断喷射临时转速ESP控制速度巡航发动机冷却,特性两路信号电压随踏板位移同相线性变化，但二者的变化斜率及范围不同，其中一路的电压是另一路电压的两倍。引脚加速踏板模块共有6个引脚，分别是：1传感器2接ECU的+5V电源；2传感器1接ECU的+5V电源；3传感器1信号地线；4传感器1信号输出；5传感器2信号地线；6传感器2信号输出。,油门踏板位置传感器的原理,发动机的电子油门踏板位置传感器也有可能只有4个引脚。,电子油门踏板,U1-1信号电压U2-2信号电压,油门踏板位置传感器的检测,供电电压为5V检查信号电压是否为线性变化。检查信号电压之间的关系是否为两倍,油门踏板位置传感器的初始化,初始化的目的：,初始化程序要知道：踏板传感器的停止位以便了解油门的停止位；踏板传感器的最大位置以便了解油门踩到底时的位置。,踏板位置传感器的初始化在进行了以下操作之后要进行加速踏板位置传感器初始化：更换了计算机更换踏板位置传感器（本身）因故障对加速踏板位置传感器作了修理对计算机进行了加载对计算机进行了编程踏板位置传感器初始化的操作：不踩油门踏板打开点火开关油门踏板到底松开油门踏板起动发动机不踩油门踏板重点：在没有进行了上述初始化时，计算机就不能准确知道：踏板传感器静止位与加速踏板静止位之间的关系踏板传感器到底的位置，应对驾驶者力矩需求的必要信息,初始化操作,注意：进行初始化是应严格遵守以下条件：蓄电池电压高于10.1V发动机水温在699摄氏度环境温度高于6摄氏度,有一个双位电位计（指示传感器）可以确保计算机知道节气门的准确位置电子诊断以及备用模式已经进行过研究分析以便最大程度地保护驾驶员的安全这种备用模式可以确保驾驶员能够到达一个修理点（避免车辆不能够行驶）,电位计式电子节气门,5V,S1,S2,节气门开度,特性两个电位器是反相安装的，当节气门位置发生变化时，两路信号电压均线性变化。引脚电子节气门总成共有6个引脚，分别是：1电机负极；2电机正极；3接地；4传感器2信号输出；5接ECU的+5V电源；6传感器1信号输出。,电子节气门的检测,电子节气门总成共有6个引脚，分别是：1电机负极；2电机正极；3接地；4传感器2信号输出；5接ECU的+5V电源；6传感器1信号输出。,检测方法：,检查直流电机1#-2#之间的电阻值；打开或关闭节气门时，检查电阻的变化；打开或关闭节气门时，检查电压的变化。,电动节气门的初始化为使系统良好运行，有必要进行初始化程序，初始程序旨在读取节气门的最大开度和关闭位置。在进行了以下操作之后要进行节气门位置初始化：更换计算机更换电动节气门修复节气门计算机升级后计算机的参数设置电动节气门初始化的操作接上各条电线束打开点火开关保持至少30秒钟（此30秒期间不要关闭点火开关，不要踏加速踏板）关闭点火开关，并保持15秒，计算计用EEPROM录入电动节气门初始化的各项参数，这是动力锁止阶段（POWERLATCH）注意：在上述15秒期间不要打开点开关。,电子节气门,注意：1.在这15秒内不要重新打开点火开关2.蓄电池电压高于10.1V3.发动机水温在699摄氏度,环境温度高于6摄氏度.关键：在初始化未完成的情况下：系统不能很好地用节气门的开启来管理发动机力矩实际上，计算机不能准确知道：节气门的最大开启和关闭等九个位置3.发动机停止运行后有至少15秒的电力供应4.节气门位置初始化在电机运转时也会自动执行以便减小节气门微型止动块的磨损5.实际上，计算机会有步骤地比较储存的节气门位置“LIMPHONE”（无命令的节气门位置）和运行时的位置，如果此数值相差0.3V，计算机就会执行初始化。6.因此在供电阶段结束时，可以时常听到节气门止动块的格格声，这不是故障。7.初始化操作不当，计算机就不能准确控制节气门的开度，发动机“跛行”。出现这种情况后，必须用诊断仪进行自动调节装置的初始化才能恢复正常。,电子节气门故障一般处理方式,一、电动机失效（开路、短路或者无供电）,1）计算机将收到两条独立信息：驾驶员意图（踏板传感器）节气门位置（节气门位置传感器）2）节气门处于其初始位（停止位）这个位置不是发动机怠速时的准确位置3）实际上，和其它没有配备电子节气门的体系不同，在没有故障的怠速时，此节气门不是位于停止位，而是有大约2的开启位置4）因此，当节气门电机断电时，节气门并不完全关闭，而是由几个弹簧开启到一定的位置，此位置比2大。5）在这个位置出现故障时，仍会有足够的空气流量，使司机可以到达修理站，保证车辆不抛锚。6）在这种情况下，计算机将根据司机意图控制喷油时间及点火提前角，以便增加发动机转速驱动车辆,一、电动机失效（开路、短路或者无供电）,节气门重新回到备用位置（LIMPHOME跛行模式），节气门开度为8，空气流量为3.2公斤/小时。这个备用位置不是发动机怠速时节气门的位置,二、电动机一直被控制（电子节气门短路）,计算控制机将接收两个不相关的信息：驾驶员的意图节气门位置节流门将处于最大的打开位置计算机继续执行驾驶员的意图但是它将把发动机的转速限制到2000tr/min以下,三、节气门电位计两道中的一道（位置传感器）处于故障状态（短路或者开路）：,电子节气门,1）计算机将接收检测到无故障的轨道信息2）计算机将采用降级模式来降低发动机转速3）这种降级模式通过组合仪表板上诊断指示灯点亮通知驾驶员,电子节气门检测,一般检查加速踏板位置传感器检查节气门位置传感器检查电动机检查故障诊断,特别强调：,电子节气门一般经过维修都需要初始化，初始化的基本方法基本相同，但各车型时间节点可能不同。未经初始化可能会有故障表现，严重的故障表现可能是发动机不能加速。初始化包括踏板位置传感器和节气门位置传感器都需要节气门故障时系统应对策略一般是停止对节气门的控制，此时一般车辆都是节气门在回位弹簧的作用下回到机械原点，注意该原点与传统节气门不同，不是全闭位置，而是大约58度左右（视具体车型）此时发动机不能加速，保持大约1300-1800rpm左右的发动机转速（空载）.,电子节气门实操准备,1、电子节气门的初始化方法2、电子节气门各部件的检测（电机、气气门位置传感器、加速踏板位置传感器）3、电子节气门的初始化操作4、电子节气门故障诊断。5、油门（加速）踏板位置传感器初始化,燃油喷射系统,一、复习：1、喷油器的基本结构2、喷油器的喷油量的决定因素3、燃油压力的调节方式4、燃油喷射系统的基本组成5、