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汽车的总体构造 1 发动机2 底盘3 车身4 电气设备 发动机是将化学能转变为机械能并输出 为汽车运行和发电机 空调 动力转向等其他系统的工作提供动力的机器 曲柄连杆机构 配气机构 燃油供给系 润滑系 冷却系 起动系 点火系 第二章汽车发动机 发动机工作原理和总体构造 桑塔纳发动机结构示意图 现代汽车发动机主要采用四冲程往复活塞式内燃机 具有功率大 热效率高 体积小 质量轻 操作简单 便于移动 起动性好等优点 2 4发动机的分类 冷却方式分 水冷发动机 风冷发动机 燃料 冲程 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机 柴油发动机 化油器式发动机 直接喷射式发动机 发动机的分类 气缸数 单缸发动机 多缸发动机 气缸的排列 单列式发动机 双列式发动机 双列发动机两列之间的夹角小于180 的 又称为 型发动机 进气系统是否采用增压方式 增压式 强制进气 非增压式 自然吸气 一 单缸四冲程汽油机基本工作原理 汽车发动机构造复杂 但基本结构由多个单缸机组成 单缸发动机结构示意图 汽缸盖上装有火花塞 并有进 排气道 进 排气门控制其开闭 气缸盖上还装有喷油器 喷油器喷出的汽油与空气按一定比例混合进入气缸 被上行的活塞压缩 经火花塞点火燃烧 气体燃烧产生的热能推动活塞下行 并通过连杆将力传给曲轴 使曲轴转动 由曲轴将力矩输出 一 单缸四冲程汽油机的基本工作原理 二 基本术语 发动机基本术语说明如上图所示 1 上止点 活塞在离曲轴回转中心最远处时 与活塞顶最高点相对应的气缸壁上的某一点 或其一位置 称为上止点 2 下止点 活塞在离曲轴回转中心最近处时 与活塞顶最高点相对应的气缸壁上的某一点 或其一位置 称为下止点 3 活塞冲程 活塞由一个止点向另一个止点运动一次的过程 称为活塞的一个冲程 4 活塞行程 活塞由一个止点向另一个止点移动的距离 称为活塞行程 用S表示 5 曲柄半径 曲轴与连杆下端 大头 的连接中心至曲轴回转中心的距离 称为曲轴半径 用R表示 6 气缸工作容积 活塞从上止点到下止点所扫过的容积 称气缸工作容积或气缸排量 用 h表示 多缸发动机各气缸工作容积的总和 称为发动机工作容积或发动机排量 用VL表示 7 燃烧室容积 活塞在上止点时 活塞上方的容积 称为燃烧室容积 用Vc表示 8 气缸总容积 活塞在下止点时 活塞上方的容积 称为气缸总容积 用Va表示 a Vc Vh 9 发动机排量 多缸发动机所有气缸工作容积的总和即为发动机排量 发动机基本术语说明如上图所示 10 压缩比 气缸总容积与燃烧室容积的比值 称为压缩比 用 表示 a Vc c Vh Vc 表示气缸内的气体被压缩的程度 或者说体积缩小的倍数 压缩比越大 则发动机热功转化的热效率越高 柴油机为保证柴油自燃的最小压缩比约为12 一般为16 22 汽油机的压缩比一般为7 11 发动机基本术语说明如上图所示 11 工作循环 在气缸进行的每一次将燃料的热能转化为机械能的一系列连续过程 称为发动机的一个循环 对于往复活塞式发动机 凡是活塞往复四个单程才能完成一个工作循环的 称为四行程发动机 活塞往复两个单程即完成一个工作循环的 称为二行程发动机 发动机基本术语说明如上图所示 发动机的工作循环周而复始 不断将热能转化为机械能 连续将动力输出 一 单缸四冲程汽油机的工作过程 三 单缸四冲程汽油机的工作循环 曲柄旋转两圈 活塞上下往复四个行程完成一个工作循环 进气行程 压缩行程 作功行程 排气行程 二 单缸四冲程汽油机的工作循环 四 单缸四冲程汽油机工作循环各个行程的工作特点 一 进气行程 活塞在上止点开始排气门关闭 活塞在上止点时开始进气门开启 活塞 曲柄转角0 180 特点 活塞上方气缸容积增大 产生真空 将空气与汽油的混合气吸入气缸 混合气被气缸壁和上一循环形成的残留气体加热 提高了温度 形成了工作混合气 二 压缩行程 活塞在下止点时开始进气门关闭 活塞在下止点时开始排气门关闭 活塞 特点 随着气缸容积的减小和气流的扰动 压力和温度升高 气油和空气间的混合更加完善 为混合气燃烧做准备 曲柄转角180 360 三 作功行程 进气门关闭 排气门关闭 活塞 曲柄转角360 540 特点 压缩行程末期 火花塞点火 混合气迅速燃烧 缸内压力急剧升高 推动活塞下行 通过连杆使曲轴旋转 将力矩输出 四 排气行程 进气门关闭 活塞在下止点时开始排气门打开 活塞 残余废气 特点 活塞上行 将燃烧后的废气压出 曲柄转角540 720 二 单缸四冲程柴油机的工作原理 喷油器 喷油泵 吸气行程 压缩行程 作功行程 排气行程 进气门 排气门 纯空气 二 单缸四冲程柴油机的工作原理 一 工作原理 柴油机在进气行程吸入纯空气 压缩行程中压缩纯空气 在压缩行程终了时 安装在气缸盖上的喷油器将经喷油泵加压的高压柴油以雾状喷入气缸内的高温 高压空气中 柴油与空气迅速混合自燃 推动活塞作功 二 单缸四冲程柴油机的工作原理 二 与汽油机的比较 1 特点 汽油机 转速高 最高可达5000 6000r min 质量轻 噪声小 易起动 成本低 在轿车和中小型载货汽车上广泛应用 柴油机 压缩比高 热效率较汽油机高 相同排量的柴油机比汽油机省油30 左右 燃料经济性较好 2 柴油机的着火方式为压燃式 没有火花塞 其燃料供给系与汽油机也有较大区别 二 单缸四冲程柴油机的工作原理 3 四冲程柴油机的活塞 曲轴的运动与汽油机相同 但工作循环有所不同 3 1 共同点 3 1 1 每个工作循环曲轴转两周 每一行程曲轴转半周 3 1 2 只有作功行程产生动力 思考 四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么相同之处呢 3 2不同点 一 结构特点 多缸发动机有多个结构相同的气缸 共用一个缸体 共用一根曲轴 曲轴上曲拐布置使各缸作功行程均匀布置在720 曲轴转角内 使发动机的功率符合使用要求 且运转平稳 二 四冲程直列四缸发动机发火间隔角为720 4 180 四个曲柄布置在同一平面内 相邻两工作缸曲柄夹解为180 曲柄每转180就有一个气缸作功 三 多缸发动机的结构特点 三 发火次序有两种排列方法 即1 2 4 3或1 3 4 2 三 多缸发动机的结构特点 连杆 飞轮 曲轴 活塞 进气门 排气门 推杆 挺柱 正时齿轮 配气机构 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环 完成能量转换的主要运动零件 单缸四冲程汽油机的工作过程 曲柄连杆机构 一 功用 将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能 再通过连杆将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动而对外输出动力 在作功行程中 活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动 通过连杆转换成曲轴的旋转运动 并从曲轴对外输出动力 而在进气 压缩和排气行程中 飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动 曲柄连杆机构 二 组成 一 机体组 气缸体 曲轴箱组 气缸体 曲轴箱 气缸盖 气缸套 气缸衬垫 油底壳二 活塞连杆组 活塞 活塞环 活塞销 连杆三 曲轴飞轮组 曲轴 飞轮 扭转减振器 一 机体组 机体组是发动机的骨架 安装着发动机的所有主要零件和附件 承受各种载荷 其内部有油道和水道 主要由汽缸体 汽缸盖 汽缸垫 油底壳和汽缸等组成 1 气缸体 曲轴箱组 1 1水冷发动机的汽缸体和曲轴箱常铸成一体 称为汽缸体 曲轴箱 简称为汽缸体 一般采用铸铁或铝合金材料铸造而成 1 气缸体 曲轴箱组 1 2汽缸体的功用和结构 是发动机的装配基体 上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔 气缸 下半部为支承曲轴的曲轴箱 用于安装和保护曲轴 也可用于安装发动机附件 其内腔为曲轴运动的空间 气缸体内部铸有冷却水套和润滑油道 还铸有许多加强筋 气缸是活塞运动和燃烧的主要场所 如果磨损严重 将导致发动机功率下降 油耗增高 起动困难等 现代汽车发动广泛采用在气缸内镶入气缸套 形成气缸工作表面 气缸套用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造 以延长其使用寿命 同时便于修理和更换 2 汽缸盖 2 1功用 封闭汽缸上部 并与活塞顶部 汽缸壁共同构成燃烧室 同时 汽缸盖也为其他零部件提供安装位置 一般采用铸铁或铝合金材料铸成 2 汽缸盖 2 2组成 与气缸体相通的冷却水套 进 排气门座及气门导管孔和进 排气通道 燃烧室 火花塞座孔或喷油器座孔 上置凸轮轴式发动机的气缸盖上还有用以安装凸轮轴的轴承座 3 汽缸垫 3 1安装位置 3 2功用 3 3结构特点 3 4注意 3 汽缸垫 缸体与缸盖之间 保证缸体与缸盖间的密封 防止漏水 漏气 漏油 金属与石棉和粘合剂压制 有一定弹性 水套孔 气缸孔 油道孔 螺栓孔均有镶边 3 4 1安装汽缸垫时 应把光滑的一面朝向汽缸体 否则容易被高压气体冲坏 3 4 2如果气缸盖由铝合金制成 则装配最后必须在发动机冷态下拧紧 3 4 3铸铁气缸盖则应该在发动机热态时最后拧紧 4 油底壳 4 1功用 4 2结构 贮存机油并封闭曲轴箱 一般采用薄钢板冲压而成 装有稳油挡板 以防止汽车颠动时油面波动过大 底部装有放油螺塞 其上装有永久磁铁 以吸附润滑油中的金属屑 减轻磨损 在曲轴箱接合面之间装有衬垫 防止润滑油泄漏 4 油底壳 二 活塞连杆组 组成 主要由活塞 活塞环 活塞销和连杆等运动件组成 功用 将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动 同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩 二 活塞连杆组 1 活塞 二 活塞连杆组 1 活塞 1 2组成 1 1功用 它与气缸盖共同构成燃烧室 承受汽缸中气体的压力 并通过活塞销传给连杆 以推动曲轴旋转 同时也是燃烧室的组成部分 由顶部 头部 裙部组成 一般采用高强度铝合金制成 1 活塞 1 2 1活塞顶部 功用 是燃烧室的组成部分 承受高温气体的压力 类型 可制成各种形状 以促进可燃混合气的形成与燃烧 平顶 凸顶 凹顶 成形顶 1 活塞 1 2 2活塞头部 第一道活塞槽与最后一道油环槽之间的部分 功用 加工有环槽 以安装活塞环 特点 3 4道环槽 油环槽底部有泄油孔或泄油槽 工作条件最恶劣 应离顶部远些 1 活塞 1 2 3活塞裙部 裙部 自油环槽下端面至活塞最下端的部分 包括销座孔 1 活塞 1 2 3活塞裙部 功用 对活塞在气缸内的往复运动起导向作用 并承受侧压力 2 活塞环 分类 气环和油环两类 2 活塞环 2 1气环 作用 保证活塞与气缸壁间的密封 防止漏气 同时还将活塞顶部的大部分热量传导到气缸壁 再由冷却水或空气带走 一般发动机上装有2 3个气环 2 2油环 作用 刮除气缸壁上多余的机油 并在气缸壁上布上一层均匀的油膜 这样既可以防止机油窜入气缸燃烧 又可以减小活塞 活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力 此外油环还起到封气的辅助作用 通常发动机上每个活塞装有1 2道油环 3 1功用 连接活塞与连杆小头 并将活塞承受的气体压力传给连杆 3 活塞销 3 2构造 空心管状 外表面为圆柱形 内孔形状有圆柱形 截锥形和组合形 4 连杆 4 1 功用 连接活塞与曲轴 将活塞承受的力传给曲轴 推动曲轴转动 将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动 4 2 组成 连杆小头 杆身和连杆大头 包括连杆盖 三部分组成 三 曲轴飞轮组 起动爪 正时齿轮 主轴瓦 皮带轮 扭转减振器 飞轮 曲轴 曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其他零件和附件组成 三 曲轴飞轮组 1 曲轴1 1功用将活塞连杆组传来的力转变成转矩然后通过飞轮输出力矩对外输出 并驱动配气机构及其他辅助装置 如发电机 水泵 风扇等 工作 1 2结构 前端轴 连杆轴颈 曲轴主轴颈 后端轴 平衡重 曲拐 曲柄 1 曲轴 1 2组成 1 曲轴 主轴颈 连杆轴颈 曲柄 平衡重 曲轴前端和后端凸缘 一个连杆轴颈和它两端的曲柄及相邻两个主轴颈构成一个曲拐 曲轴前端第一道主轴颈之前的部分 其上装有正时齿轮 驱动凸轮轴 带轮 驱动风扇和水泵 连杆轴颈和主轴颈上钻有油孔 并有斜向油道相通 再与机体的主油道相连通 从而对轴颈及轴承进行润滑 中 小型发动机的曲轴前端还装有起动爪 三 曲轴飞轮组 2 1结构特点 2 1 1中间薄 轮缘厚 转动惯量大 2 1 2压装有起动齿圈 2 1 3有点火正时标记 2 飞轮 飞轮上的点火正时标记 2 2功用 2 2 1储存能量 以带动曲柄连杆机构工作 2 2 2带动活塞越过上 下止点 保证曲轴运转均匀 并使发动机克服短时间的超负荷 2 2 3通过飞轮齿圈与启动机小齿轮啮合 以启动发动机 2 2 4通过飞轮将发动机的动力传递给离合器或自动变速器 2 飞轮 2 3点火正时记号 飞轮上通常刻有第一缸点火正时记号 以便校准点火时间 当这个记号与飞轮壳上的刻线对正时 即表示一缸和末缸的活塞处在上止点位置 配气机构 配气机构 气门 气门座 气门导管 气门弹簧 气门弹簧座 气门锁片 凸轮轴 凸轮轴正时齿轮 挺柱 齿形带 曲轴正时齿轮 配气机构 一 功用 是根据发动机的工作顺序和工作过程 定时开启和关闭进气门和排气门 使可燃混合气 汽油机 或空气 柴油机 进入气缸 并使废气从气缸内排出 实现换气过程 达到进气尽可能充分 排气尽可能干净的目的 吸足排净 二 组成 配气机构大多采用顶置气门式配气机构 一般由气门组 气门传动组组成 配气机构 1 气门组 1 1组成 气门 气门座圈 气门导管 气门弹簧 座 气门锁片等 1 2作用 保证气门能够实现气缸的密封 1 3气门 进气门和排气门工作条件 高温 高压冲击 腐蚀 磨损 润滑困难等 要求 足够的强度 刚度 耐磨 耐高温 耐腐蚀 耐冲击 材料 进气门 合金钢 如40Cr 35CrMo等 排气门 高级耐热合金钢 如4Cr9Si2等 配气机构 2 气门传动组2 1功用 将由曲轴传来的动力传给气门 使进 排气门能按照配气相位规定时刻开闭 并保证有足够的开度 2 2组成 正时齿轮 配气凸轮轴 挺柱 推杆 摇臂 摇臂轴 气门间隙调整螺钉等 凸轮 凸轮轴正时齿轮 推杆 摇臂 摇臂轴 挺柱 配气机构 2 4凸轮轴功用 控制气门的开启和关闭 每一个进 排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮 工作条件 承受气门间歇性开启的冲击载荷 耐磨 抗冲击韧性 刚度好 材料 优质钢 合金铸铁 球墨铸铁 凸轮 驱动分电器的螺旋齿轮 凸轮轴轴颈 配气机构 三 分类 3 1按布置形式分 按凸轮轴的位置可分为 凸轮轴下置式 凸轮轴中置式和凸轮轴顶 上 置式 配气机构 三 分类 配气机构 三 分类 3 2按传动方式分 齿轮传动 链传动和正时带 也叫同步带 传动 配气机构 三 分类 配气机构 其中气门顶置 凸轮轴上置式配气机构在现代汽车发动机上应用日益广泛 其传动一般为正时带传动或链传动 三 分类 3 3按发动机每缸气门数量的不同可分为 两气门式和多气门式 配气机构 四 配气机构的工作原理 发动机工作时 曲轴通过曲轴正时带轮及齿形带驱动凸轮轴转动 当凸轮轴转到凸起部分时 顶起液压挺柱 液压挺柱压缩气门弹簧 使气门离座 即气门开启 当凸轮凸起部分滑过液压挺柱后 气门便在气门弹簧力作用下上升而落座 即气门关闭 配气机构 四 配气机构的工作原理 如每缸四气门机构 即两个进气门和两个排气门 两根凸轮轴分别驱动进 排气门 采用四气门后还可适当减小气门升程 改善配气机构的动力性 四气门的汽油机还有利于改善排放性能 为提高充气性能 大排量 高转速 高功率的汽车发动机上采用多气门机构 配气机构 四 配气机构的配气相位 4 1为了使发动机进气充分 排气彻底 进气门应在活塞上止点前开启 在下止点后关闭 同样 排气门应在下止点前开启 在上止点后关闭 4 2配气相位 用曲轴转角表示的进 排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间 四 配气机构的配气相位 4 2 1配气相位演示 配气机构 四 配气机构的配气相位 4 3配气相位图 用曲轴转角的环形图来表示配气相位 这种图形称为配气相位图 配气机构 四 配气机构的配气相位 4 4配气相位角包括进气提前角 进气迟闭角 排气提前角 排气迟闭角 气门重叠角 进气门打开持续时间 180 排气门打开持续时间 180 四 配气机构的配气相位 4 4 2理论上讲进 压 功 排各占180 也就是说进 排气门都是在上 下止点开闭 延续时间都是曲轴转角180 但实际上 高速发动机各个行程持续时间非常短 使发动机进气不足 排气不净 因此需对简单配气相位进行改进 改进措施有 四 配气机构的配气相位 4 4 2进气门早开 增大了进气行程开始时气门的开启高度 减小进气阻力 增加进气量 进气门晚关 延长了进气时间 在大气压和气体惯性力的作用下 增加进气量 排气门早开 借助气缸内的高压自行排气 大大减小了排气阻力 使排气干净 排气门晚关 延长了排气时间 在废气压力和废气惯性力的作用下 使排气干净 四 配气机构的配气相位 4 4 3气门重叠由于进气门早开 排气门晚关 进气门在上止点前开启 而排气门在上止点后关闭 势必造成在同一时间内两个气门同时开启的现象 这个现象叫气门重叠 把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角 四 配气机构的配气相位 在这段时间内 可燃混合气和废气是否会乱串呢 不会的 这是因为 a 进 排气流各自有自己的流动方向和流动惯性 而重叠时间又很短 不至于混乱 即吸入的可燃混合气不会随同废气排出 废气也不会经进气门倒流入进气管 而只能从排气门排出 b 进气门附近有降压作用 有利于进气 配气机构 四 配气机构的配气相位 4 5使用中配气机构零部件的磨损 变形或安装 调整不当 都会使配气相位产生变化 应定期进行检查调整 4 6传统的发动机按最常用工况设计配气相位 配气相位一旦安装好后 配气相位角及气门行程便无法改变 有些现代轿车发动机采用可变气门控制系统 4汽油机燃料供给系 4汽油机燃料供给系 一 汽油机燃料供给系的基本要求 2 混合气的浓度通常用空燃比来表示 空燃比 F 混合气中的空气质量 混合气中的燃油质量对于汽油机而言 空燃比为14 7的可燃混合气为理论混合气 标准混合气 空燃比大于14 7的可燃混合气为稀混合气 空燃比小于14 7的可燃混合气为浓混合气 1 汽油机燃料供给系的作用 储存 输送 清洁燃料 并根据发动机的不同工况要求 供给气缸不同浓度和数量的汽油和空气的可燃混合气体 并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去 4汽油机燃料供给系 二 汽油机燃料供给系的分类 1 汽油机混合气的形成有两种方式 化油器式和电控燃油喷射式 2 化油器式燃油供给系的可燃混合气形成装置是化油器 4汽油机燃料供给系 2 1化油器式供给系 简单化油器与可燃混合气的形成 喉部 喉管 浮子 室 节气门 2 2简单化油器的结构 浮子室 针阀 喉部 节气门 油门 4汽油机燃料供给系 喉部 喉管 浮子 室 节气门 2 3工作原理 在供油时 化油器的节气门上方有一喉管 空气流动时在喉管处产生真空度 将浮子室内的汽油吸出 然后高速流过的空气流将汽油吹散雾化 形成混合气 经进气管进入发动机气缸 4汽油机燃料供给系 喉部 喉管 浮子 室 节气门 该形式对汽油的精确控制比较难于实现 导致燃油经济性 排放性较差 2000年起 我国已严禁生产化油器式燃油供给系的轿车 而由电控燃油喷射式所取代 4汽油机燃料供给系 三 电子控制汽油喷射式供给系的组成 电控汽油喷射系统一般由 空气供给系统 燃油供给系统 电子控制系统组成 空气供给系统 提供新鲜空气 燃油供给系统 向发动机提供所需汽油 电子控制系统 检测发动机工况 精确控制燃油喷射量 喷油正时和点火时刻 4汽油机燃料供给系 1 空气供给装置 4汽油机燃料供给系 1 空气供给装置 1 1功用 控制并测量吸入发动机空气量 提供可燃混合气形成所需的空气 电控汽油喷射发动机在运行时 空气经空气滤清器过滤 由空气流量计或进气压力传感器计量后 进入进气管 再分配到各进气歧管 在进气歧管内 空气与喷油器喷出的汽油混合后被吸入气缸内燃烧 怠速控制阀可根据发动机 指令对发动机怠速进行控制 1 2控制原理 4汽油机燃料供给系 1 空气供给装置 1 3分类 根据对空气量的检测方式不同分为 歧管压力计量式 D型 和空气流量计量式 L型 图4 16空气供给系统1 节气门 2 空气流量计 3 进气温度传感器 4 空气滤清器 1 3 1空气流量计量式 L型 1 空气供给装置 1 3 1控制过程 型电控汽油喷射系统通过各种空气流量计检测空气流量来测量发动机吸入的空气量 空气流量计将吸入的空气量转换为电信号输送给发动机的 再根据此信号和其他信号来最终确定发动机的基本喷油量 1 3 2 歧管压力计量式 D型 1 空气供给装置 1 3 2控制过程 D型系统通过进气压力传感器检测进气歧管绝对压力来测量发动机吸入的空气量 同时将进气歧管内的绝对压力转变为电压信号输送到发动机电子控制单元 根据此数据和发动机转速信号确定进气量 1 空气供给装置 1 4组成 空气滤清器 空气流量计 或进气压力传感器 节气门体 进气管 进气歧管和怠速控制阀等组成 1 4 1 空气滤清器 1 空气供给装置 1 功用 清除流向发动机的空气中所含的尘土和砂粒 以减少气缸 活塞 活塞环的磨损 延长发动机使用寿命 并可以消除发动机吸气行程中产生的一定程度的噪声 1 4 1 空气滤清器 1 空气供给装置 现代轿车常用干式纸滤芯空气滤清器 2 结构 滤芯 壳体及滤清器盖等组成 3 分类 干式空气滤清器纸质 效果好 寿命长 不能重复使用 油浴式空气滤清器金属网 效果较好 可重复使用 离心式空气滤清器 聚氨酯式空气滤清器 1 4 1 空气滤清器 1 空气供给装置 1 4 2 空气流量计 也称为空气流量传感器 1 空气供给装置 1 4 2 1功用 是将吸入的空气量转换为电信号送给发动机ECU 此信号作为发动机ECU确定发动机的基本喷油量的重要信号之一 是测量发动机进气量的装置 用于L型电控燃油喷射系统 EFI 中 1 4 2 2分类 根据测量原理的不同 空气流量计常见的有叶片式 卡门旋涡式 热式等 1 空气供给装置 1 4 2 空气流量计 也称为空气流量传感器 1 4 2 3热式空气流量计 能测出空气质量流量 避免了海拔高度 压力 引起的误差 并且其响应时间短 测量精度高 现已成为电控汽油喷射系统较流行的空气流量计 一般安装在节气门体前 空滤器后 常用的有热线式和热膜式空气流量计 1 空气供给装置 1 4 2 空气流量计 也称为空气流量传感器 1 热线式空气流量传感器 组成 感知空气流量的铂金热线 根据进气温度进行修正的温度补偿电阻 冷线 控制热线电流的控制电路及壳体等 1 空气供给装置 1 4 2 空气流量计 也称为空气流量传感器 2 热膜式空气流量传感器 其结构与热线式基本相同 1 空气供给装置 1 4 2 空气流量计 也称为空气流量传感器 2 热膜式空气流量传感器外形图 1 空气供给装置 1 4 2 空气流量计 也称为空气流量传感器 其工作原理是 在空气通道中放置一发热体 空气流经发热体时带走其热量 对发热体进行冷却 发热体周围通过的空气流量越多 被带走的热量越多 热式空气流量计就是利用发热体与空气之间的这种热传递现象进行空气流量的测量 1 空气供给装置 1 4 3 进气压力传感器 1 4 3 1 功用 是测量进气歧管内的绝对压力 并将其转变为电压信号输送到发动机ECU 发动机ECU据此和发动机转速信号来确定实际进气量 1 4 3 2 分类 就其信号产生原理可分为半导体压敏电阻式 电容式 三线高灵敏度可变电阻式和膜盒传动可变电感式等 半导体压敏电阻式进气压力传感器是利用半导体的压阻效应制造而成的 因其具有尺寸小 精度较高 成本低 响应性和抗振性较好等优点 而被广泛使用 1 空气供给装置 1 4 4 节气门体 1 空气供给装置 1 4 4 节气门体 汽油机的功率调节采用进气量调节 驾驶员通过加速踏板控制节气门体上的节气门开度可改变发动机的进气量 进行发动机的功率调节 节气门体上一般装有节气门 节气门位置传感器和用于控制发动机怠速的怠速空气阀等部件 1 空气供给装置 1 4 5 进 排气管 用双头螺栓固定在气缸体上或气缸盖上 进 排气管的各支管分别与进 排气门的通道相连 1 空气供给装置 1 4 5 进 排气管 1 进气歧管 功用 将可燃混合气较均匀地分配到各个气缸的进气门 材料 铝合金铸造 1 空气供给装置 1 4 5 进 排气管 功用 排气管的功用是汇集各气缸燃烧后的废气 经排气管消声器排出 1 空气供给装置 1 4 6 排气消声器 装在排气管口 其目的是消耗废气流的能量 并平衡气流的压力波动 以消除强烈的排气噪声 1 空气供给装置 1 4 6 陶瓷 蜂窝三元催化器 三元催化器 1 空气供给装置 三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置 它可将汽车尾气排出的CO HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的CO2 H2O和N2 由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质 故称三元 1 4 6 陶瓷 蜂窝三元催化器 1 空气供给装置 1 4 6 陶瓷 蜂窝三元催化器 1 空气供给装置 1 4 6 陶瓷 蜂窝三元催化器 不锈钢外壳 不锈钢端盖 衬垫 三元催化剂 1 空气供给装置 1 4 6 陶瓷 蜂窝三元催化器 1 空气供给装置 1 5废气涡轮增压1 5 1 发动机增压技术 利用增压器就是将空气预先压缩后再供入气缸 以提高气体密度 增加进气量 提高发动机的功率 同时改善燃油经济性 降低有害气体排放 1 5 2 发动机增压的功用 进气量增加 可增加循环供油量 从而可增加发动机功率 可以改善发动机排放 可以改善燃油经济性 1 空气供给装置 1 5废气涡轮增压1 5 3 发动机增压类型 机械增压 与发动机容易匹配 结构紧凑 但燃油效率高 涡轮增压 经济性好 排放少噪声低 但顺态响应差 低速加速性差 气波增压 低速转矩特性好 但体积大 噪声高 目前废气涡轮增压技术在汽车发动机的应用日益广泛 1 空气供给装置 1 5废气涡轮增压 利用废气涡轮机 带动与其同轴安装的压气机叶轮工作 新鲜空气在压气机内增压后进入气缸 1 5 4涡轮增压 涡轮增压器 1 空气供给装置 1 5废气涡轮增压 涡轮增压 涡轮增压器 废气经排气管进入涡轮壳的喷嘴环 压力和温度下降 而速度提高 使涡轮高速旋转 涡轮带动压气机叶轮一起旋转 排气涡轮增压器工作原理 排气管 中冷器 压气机壳 喷嘴环 涡轮 转子轴 进气管 1 空气供给装置 1 6废气再循环装置 排气废气 进气管 汽缸 阀 ECU NOX 一定条件 1 空气供给装置 1 6废气再循环装置 1 6 1 作用 在适当时刻 适量地将一部分废气再次引入汽缸 废气可将燃烧产生的部分热量吸收 降低汽缸燃烧产生的部分热量吸收 降低汽缸燃烧的最高温度 从而可抑制NOx化合物的生成量 降低NOX含量 EGR阀即废气再循环控制阀 2 燃油供给装置 1 功用 向气缸供给燃烧所需汽油的装置 2 组成 燃油泵 燃油滤清器 喷油器 燃油压力调节器和燃油总管等组成 2 燃油供给装置 3 工作原理 燃油被燃油泵从油箱中泵出 经燃油滤清器滤去杂质和水分 到达安装喷油器的总管 喷油器根据发动机ECU的指令 开户喷油阀 将适量的燃油喷入各进气歧管 总管中的油压由燃油压力调节器调节 使发动机在任何工况下 燃油系统的绝对油压和进气歧管和空气压力之间的差值恒定不变 使喷油器的喷油量仅取决于喷油时间 保证发动机ECU对喷油量的精确控制 燃油系统油压过高时多余燃油经回油管流回油箱 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 一 燃油箱1 功用燃油箱用以储存汽油 其容量视车辆大小和发动机排量而定 2 材料燃油箱用薄钢板冲压后焊成 为防腐蚀 有时在内壁焊锌或锡 现代轿车的燃油箱通常由耐油硬塑料制成 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 一 燃油箱 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 二 汽油滤清器在汽油进入汽油泵之前 应经过汽油滤清器除去其中的水分和杂质 以保证汽油泵及化油器等正常工作 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 二 汽油滤清器 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 1 组成 由泵体和电动机组成 电动机通电后产生动力带动泵体旋转 将具有一定压力的燃油送入燃油供给系中 三 电动燃油泵 2 分类 常用的电动燃油泵主要有滚柱式 叶片式 涡轮式 齿轮式等 2 燃油供给装置 三 电动燃油泵 2 燃油供给装置 三 电动燃油泵 实物图 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 四 燃油压力调节器 作用 调节喷油器的燃油压力 使燃油压力与进气管压力之差保持常数 这样从喷油器喷出的燃油量便唯一地取决于喷油器的开启时间 使电控单元能够通过控制电脉冲宽度来精确控制喷油量 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 四 燃油压力调节器 工作原理 膜片将油压调节器分隔成上下两个腔 当燃油压力与进气管压力之差超过预调的压力值时 膜片上方的燃油就推动膜片向下压缩弹簧 打开回油阀 超压的燃油流回燃油箱 燃油供给系统的压力与进气管压力之差由油压调节器中的弹簧5的弹力限定 调节弹簧预紧力即可改变两者的压力差 也就是改变喷油压力 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 四 燃油压力调节器 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 五 喷油器 1 基本结构及功用 按照ECU指令喷油并雾化燃油 2020 3 18 138 可编辑 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 五 喷油器 2 原理喷油工作原理 当ECU传来电流信号 电磁线圈通电 产生磁力 吸引针阀 针阀头部环形间隙喷油 雾化 与空气混合 3 喷油器的喷油量取决于针阀的开启时间 2 燃油供给装置 4 主要零件结构及工作原理 五 喷油器 实物图 三 电子控制装置 实物图 三 电子控制装置 三 电子控制装置 1 组成 该系统主要由传感器 电控单元和执行元件 执行器 组成 三 电子控制装置 一 传感器 传感器是采集控制系统所需的信息 并将其转换为电信号通过线路输送给ECU 三 电子控制装置 一 传感器 三 电子控制装置 一 传感器 1 发动机转速和曲轴位置传感器 1 功用 用来检测发动机转速 曲轴转角以及作为控制点火和喷射信号源的第一缸和各缸压缩行程上止点信号 2 分类 电磁感应式 霍尔效应式和光电式三种 三 电子控制装置 一 传感器 4 冷却液温度传感器冷却液温度传感器安装在发动机冷却液出水管上 其功用是检测发动机冷却液的温度 并将温度信号变换为电信号传送给ECU 一般采用付热敏系数的热敏电阻制成 5 进气温度传感器与冷却液温度传感器一样 三 电子控制装置 一 传感器 温度传感器 三 电子控制装置 一 传感器 6 氧传感器 类型 目前汽车上采用的二氧传感器有氧化钛 Ti02 式和二氧化锆 Zr02 式两种 目前常用的为二氧化锆型氧传感器 三 电子控制装置 一 传感器 6 氧传感器功能 氧传感器安装在发动机的排气管上 作用是通过检测排放气体中氧的含量来获得混合气的空燃比浓稀信号 并将检测结果转变成电压信号输入ECU ECU根据氧传感器输入的信号 不断地对喷油脉宽进行修正 使混合气浓度保持在理想范围内 实现空燃比的反馈控制 使发动机在各种工况下获得最佳浓度的混合气 使三元催化转化器更有效地起净化作用 减少汽车排气污染 三 电子控制装置 一 传感器 6 氧传感器 三 电子控制装置 一 传感器 7 节气门位置传感器 三 电子控制装置 一 传感器 7 节气门位置传感器 功用 是用来检测节气门开度及开度变化的传感器 发动机工作时 ECU主要根据节气门位置传感器信号判断发动机负荷的大小及变化情况 以便根据发动机负荷的大小及变化情况进行燃油喷射控制及其他辅助控制 如EGR 开闭环控制等 节气门位置传感器安装在节气门体上 由节气门轴驱动 可分为开关式节气门位置传感器 线性式节气门开度传感器和综合式节气门位置传感器三种 三 电子控制装置 一 传感器 8 爆震传感器 安装在发动机缸体上 检测发动机的爆震状况 爆震传感器作为点火定时控制的反馈元件用来检测发动机的爆燃强度 借以实现点火定时的闭环控制 以便有效地抑制发动机爆燃的发生 三 电子控制装置 一 传感器 通常使用的爆震传感器安装在发动机的机体上 它能将发动机发生爆燃而引起的机体振动信号转换为电压信号 且当机体的振动频率与传感器的固有振动频率一致而发生共振时 传感器将输出最大电压信号 ECU将根据此最大电压信号判定发动机是否发生爆燃 爆震传感器有多种 其中应用最早的当属磁致伸缩式爆震传感器 它主要由磁心 永久磁铁及感应线圈等组成 当机体振动时 磁心受振偏移 使感应线圈内的磁通量发生变化 而在感应线圈内产生感生电动势 8 爆震传感器 二 电控单元ECU 三 电子控制装置 二 电控单元ECU 三 电子控制装置 实物图 二 电控单元ECU功用 ECU是电控汽油喷射发动机的控制和指挥中心 其功用是给各传感器提供参考 基准 电压 接受传感器或其他装置输入的电信号 并对所接受的信号进行存储 计算和分析处理 根据计算和分析的结果向执行元件发出指令 三 电子控制装置 三 执行元件 三 电子控制装置 用来完成电控单元发出的各种指令 是电控单元指令的执行者 主要有 燃油泵 喷油器 怠速控制阀等 怠速控制阀 原理与功用 怠速控制阀位于节气门体上 怠速工况下 节气门几乎全部关闭 由怠速控制阀控制发动机的怠速时的进气量 种类 机械式 电磁阀式 旋转阀式和步进电机式 四 电控汽油喷射系统的工作原理 工作原理 发动机工作时电控单元读取进气流量或进气歧管压力 发动机转速 冷却液温度 进气温度 节气门位置等传感器输入的信息 将这些信息与存储在ROM存储器中的预置好的信息进行比较 从而确定在这种状态下发动机所需的油量和点火提前时间 然后发出喷油脉冲信号 通过控制喷油时间来控制喷油量 以实现对可燃混合气的精确控制 2 5柴油机燃料供给系 柴油机供给系同样要完成柴油供给和空气供给以及可燃混合气的形成 燃烧和废气的排出任务 一 功用 二 可燃混合气的形成与燃烧 可燃混合气形成方法有 空间雾化和油膜蒸发 柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的 2 5柴油机燃料供给系 高温压缩空气 雾状柴油 燃烧 喷射 物理化学变化 持续喷射 雾状柴油 喷射 2 5柴油机燃料供给系 1 空间雾化混合 直接将柴油喷射到燃烧室空间 经雾化 蒸发与空气混合 形成雾状混合物 2 油膜蒸发混合 将柴油顺着气流的运动方式 涂到燃烧室壁面 形成油膜 油膜受热蒸发 并与空气混合均匀 2 5柴油机燃料供给系 3 柴油机混合气的形成与汽油机的比较 一是混合气在气缸内形成 二是混合气形成时间较短 4 对柴油机而言 及时形成可燃混合气极为重要 因此 要发动机具有良好的性能 不但要有良好的燃料喷射系统 较高的燃料喷雾质量 还必须有与燃料喷射配合恰当的燃烧室形状和气流运动 使燃料与空气混合均匀 提高空气利用率 即燃烧室形状 空气运动和喷油系统之间的最佳匹配 2 5柴油机燃料供给系 柴油燃烧的主要特点是 1 燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的 2 混合与燃烧的时间很短0 0017 0 004秒 气缸内 4 可燃混合气的形成和燃烧过程是同时 连续重叠进行的 即边喷射 边混合 边燃烧 3 柴油粘度大 不易挥发 必须以雾状喷入 2 5柴油机燃料供给系 三 组成 燃油供给装置 柴油箱 输油泵 柴油滤清器 喷油泵 喷油器等 空气供给装置 空气滤清器 进气管道 混合气形成装置 燃烧室 废气排出装置 排气管道 消音器 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 1组成 油箱 输送泵 低压油管 柴油滤清器 油水分离器 喷油泵 高压油管 喷油器和回油管等组成 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 2 柴油滤清器 1 2 1 作用 除去柴油中的尘土 水分或其他机械杂质和温度变化及空气的接触过程从柴油中析出少量的石蜡 以降低对精密偶件的磨损 从而提高功率 降低油耗 1 2 2 分类 柴油粗滤器 柴油细滤器 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 2 柴油滤清器 1 2 3 结构 限压阀 出油口 盖 进油口 壳体 滤芯 中心杆 放油螺塞 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 2 柴油滤清器 1 2 3 两级柴油滤清器结构 第一级粗滤器 纸质滤芯 第二级细滤器 航空毛毡及纺绸滤芯 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 3 输油泵 1 3 1 作用 保证低压油路中柴油的正常流动 克服柴油滤清器和管路中的阻力 并以一定的压力向喷油泵输送足够量的柴油 输油量约为柴油机全负荷最大耗油量的3 4倍 1 3 2 结构型式 活塞式 转子式 滑片式 齿轮式等 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 3 输油泵 1 3 3 柱塞式输油泵的组成 手柄 喷油泵凸轮轴 偏心轮 手油泵 进油阀 进油口 出油口 出油阀 推杆 挺杆 滚轮 泵体 活塞 活塞弹簧 A B 1 3 4 活塞式输油泵工作原理 输油泵工作情况示意图 1 3 4 活塞式输油泵工作原理 1 吸油和压油行程 偏心轮转过 活塞上行 下腔容积增大 产生真空 进油阀开启 柴油经进油口进入下泵腔 同时 上泵腔容积缩小 压力增大 出油阀关闭 上泵腔中的柴油经出油口压出 2 准备压油行程 偏心轮推动滚轮 挺杆和活塞向下运动 下泵腔油压增高 进油阀关闭 出油阀开启 柴油从下腔流入上腔 1 3 4 活塞式输油泵工作原理 4 手油泵工作 3 输油量的自动调节 输油泵供油量大于喷油泵需要量时 上泵腔油压增高 与活塞弹簧弹力相平衡时 活塞便停止泵油 当柴油机供给系中进入空气时 柴油机将无法起动和正常运转 这时可用手油泵上下运动来泵油 清除燃油系统内的空气 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 1 4 1 作用 按照发动机的工作顺序 负荷大小 定时 定量 定压地向喷油器输送高压柴油 1 4 2 分类 车用柴油机喷油泵按其作用原理不同大体可分为 柱塞式喷油泵 喷油泵 喷油器 转子分配式喷油泵三类 其中柱塞式喷油泵结构简单紧凑 使用可靠 便于维修和供油调节 为目前大多数汽车柴油机所采用 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 1 4 3 1泵体部分 是喷油泵的基础件 所有的零件都是通过它组合在一起构成喷油泵整体 1 4 3 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 形式 整体式 组合式 多用铝合金铸造 泵体上制有孔穴 以安装分泵 泵体上还有纵向油道 即低压油腔 输油泵输出的燃油经滤清后进入此油道 再从柱塞泵上的进油孔进入各分泵泵腔 油道的另一端装限压阀 当低压油腔油压超过预定值后即经此阀流回油箱或输油泵进油口 1 4 3 1泵体部分 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 分泵 每个气缸所对应的一套柱塞副 出油阀副等零件组成的高压泵油机构 1 4 3 2分泵的构造 以柱塞式喷油泵为例 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 1 4 3 2分泵的构造 以柱塞式喷油泵为例 出油阀压紧座 减容体 出油阀弹簧 出油阀座 柱塞套 进回油孔 油量调节拉杆 柱塞弹簧座 柱塞弹簧 油量调节臂 滚轮式挺杆 凸轮 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 分泵组成 主要由柱塞偶件 柱塞弹簧及座 出油阀偶件 出油阀弹簧 出油阀压紧座等组成 1 4 3 2分泵的构造 以柱塞式喷油泵为例 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 结构 1 4 3 2 1 柱塞偶件 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 喷油泵 精密配合偶件 用优质轴承钢制造 配合间隙为0 0015 0 0025mm要求 成对使用 不能互换 拆装维修时要作好记号 1 4 3 2 1 柱塞偶件 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 3 柱塞偶件 1 4 3 3工作原理 a 柱塞式喷油泵的泵油过程分为进油 压油和回油过程 1 4 3 3 1进油过程 柱塞下行 a 从上止点到柱塞斜槽封闭径向油孔之前 燃油在真空吸力及输油泵压力作用下自低压油腔经进油孔被吸入并充满泵腔及柱塞头部凹穴部分 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 3 柱塞偶件 b 从柱塞斜槽封闭径向孔到柱塞头部露出径向油孔之前 继续产生真空度 b 柱塞下行 1 4 3 3工作原理 1 4 3 3 1进油过程 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 3 柱塞偶件 c 从柱塞头部露出径向油孔到运行下止点 燃油在真空吸力及输油泵压力作用下自低压油腔经进油孔被吸入并充满泵腔及柱塞头部凹穴部分 柱塞下行 1 4 3 3工作原理 1 4 3 3 1进油过程 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 3 柱塞偶件 柱塞上行 1 4 3 3 2压油过程 a 从下止点到柱塞头部完全封闭径向油孔之前 部分燃油从泵腔被挤回低压油腔 1 4 3 3工作原理 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 3 柱塞偶件 柱塞上行 b 从柱塞头部封闭径向油孔到柱塞斜槽露出径向孔之前 由于液体的不可压缩性 泵腔内的燃油压力急剧升高 克服出油阀弹簧的预紧力后出油阀开启 开始泵油 b 1 4 3 3工作原理 1 4 3 3 2压油过程 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 3 柱塞偶件 柱塞继续上行 c 当柱塞斜槽高出径向油孔 回油孔 下缘时 凹穴即与低压油腔相通 使泵腔也与低压油腔相通 泵腔内燃油迅速通过斜槽 油孔回到低压油腔 泵腔内油压迅速下降 出油阀在弹簧及高压油管残余油压作用下立即回位 油泵供油停止 之后 柱塞继续上行至上止点但不再泵油 1 4 3 3工作原理 1 4 3 3 2压油过程 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 3 柱塞偶件 1 4 3 4油量调节 供油有效行程 柱塞在向上运行的全行程中 只有出油阀开启到柱塞斜槽上限打开油孔时 柱塞才将油泵向高压油管 该行程称为有效行程 其余为辅助行程 用hg表示 hg决定了喷油泵每循环供油量 g 而该有效行程的长短取决于斜槽上线相对于油孔的位置 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 3 柱塞偶件 调节供油量方法 改变有效行程转动柱塞 改变hg 改变循环供油量 g 停油 直槽对准油孔 有效行程为零 喷油泵处于不泵油的状态 1 4 3 4油量调节 4 供油提前角 出油阀开启的瞬间所对应的曲拐位置至上止点间的曲轴转角为供油提前角 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 作用 防止燃油倒流 保证供油迅速 停油干脆 1 4 3 5 出油阀偶件 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 6油量调节机构 种类 拨叉式 齿条齿圈式 作用 根据柴油的负荷和转速变化 相应地转动柱塞 改变供油有效行程而调节供油量 并保证供油量均匀一致 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 6油量调节机构 拨叉式组成 油量调节拉杆 拨叉 调节臂 油量调节拉杆 拨叉 调节臂 2 5柴油机燃料供给系 1 燃油供给装置 1 4 3 6油量调节机构 拨叉数与分泵数相同 供油拉杆装在泵体的导向套管中 其轴向位置受驾驶员或调速器控制 移动供油拉杆 柱塞就相对柱塞套转动 从而调节供油量 移动供油拉杆时 各分泵旋转