第一讲第一章+汽车电喷结构原理A.ppt

汽车机电液控制技术,课程教学目的：综合已学关于机电控制、液压传动和汽车理论等方面的专业知识，帮助学生掌握有关汽车机电液控制系统的基本原理、结构和典型系统,汽车机电液控制技术,主要课程内容：一、汽车电控燃油喷射系统二、汽车电子点火控制系统三、汽车自动变速传动四、汽车防抱死制动系统五、汽车驱动控制系统六、汽车电子控制悬架七、汽车转向系统新技术八、汽车安全新技术,汽车机电液控制技术,一、汽车电控燃油喷射系统燃油喷射系统使汽油以一定的压力通过喷油器喷射入进气道或气缸内形成可燃混合气体。检测发动机的进气量、发动机转速和曲轴的转角等信号，由电子控制单元根据发动机的运行工况，计算出每循环的基本供油量，供油量转化为喷油器喷油时间，从而实现对喷油器喷油量的控制，从而使发动机有个合适的空燃比，达到改善汽车的动力性、燃油经济性和排放性。,汽车机电液控制技术,一、汽车电控燃油喷射系统,汽车机电液控制技术,二、汽车电子点火控制系统汽车发动机所用的点火装置中，柴油机采用压缩点火，汽油机采用火花点火。电子点火控制系统的功用：产生电火花，适当时间和有次序地点燃气缸中的压缩混合气。传统的点火装置靠机械方式调整点火时间，在各种工况下很难调整达到最优的点火提前角，磨损和间隙还影响点火提前角的稳定性。特别是点火提前角精确控制对发动机的功率、油耗、排放、爆燃和行驶的稳定性都有较大的影响。,汽车机电液控制技术,二、汽车电子点火控制系统,汽车机电液控制技术,三、汽车自动变速传动（1）有更好的驾驶性能：自动变速解决最佳燃油经济性和动力性的问题，推进非职业驾驶的进程（2）良好的行驶性能：通过液压和电子操作，减轻冲击和动载荷。换档平稳和快速，改善了汽车的舒适性（3）提高行车安全性：自动换档消除人为操作的技术因素和人的疲劳带来的安全问题（4）降低废气的排放：发动机常处于经济转速区运转，减低了废气的排放,汽车机电液控制技术,四、汽车防抱死制动系统简称ABS：Anti-LockBrakeSystem用来在汽车制动过程中，防止车轮完全抱死，提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离的一种完全装置。雨雪路面和高速弯道行驶紧急制动时，车轮抱死后，容易发生汽车侧滑、方向失控滑出车道和无法避开障碍物。必须防止车轮制动时抱死。,汽车机电液控制技术,五、汽车驱动控制系统,汽车机电液控制技术,五、汽车驱动控制系统,汽车机电液控制技术,五、汽车驱动控制系统车身不动车轮转动，车轮出现滑转，滑转也会造成车轮与地面附着力的下降，导致牵引力减小，汽车的行驶性能下降。可以通过对滑转侧的车轮施加制动力和控制发动机的驱动力来抑制车轮的滑转。这种汽车驱动防滑控制系统（ASR：AccelerationslipRegulation）又称为汽车牵引力控制系统（TCS：TractionControlSystem或TRAC：TractionControl）。,汽车机电液控制技术,六、汽车电子控制悬架,汽车机电液控制技术,六、汽车电子控制悬架目的：使汽车悬架特性与路面状态相适应，使平顺性和操纵稳定性都能得到满足。功能：（1）车高调整（2）车身姿态控制（3）车速和路面感应控制,汽车机电液控制技术,七、汽车转向系统新技术减小转向操纵力；提高高速行驶稳定性。传统的转向有机械力、气动力、液压力等带电子控制装置的转向系统：液压转向（液压助力）电动转向（电动力）,汽车机电液控制技术,七、汽车转向系统新技术,汽车机电液控制技术,八、汽车安全新技术主动安全技术：ABS和ASRVSC（VehicleStabilityControl）（丰田公司）：急转弯时防侧滑，控制发动机的输出功率和各车轮制动力，进行转向修正控制。四轮转向技术：提高汽车的操纵稳定性轮胎气压报警防碰撞系统,汽车机电液控制技术,八、汽车安全新技术被动安全技术：安全气囊系统汽车安全结构设计汽车座椅与安全带,汽车机电液控制技术,考核方法：作业+论文+开卷考试学时与学分：24学时（1.5学分),第一章汽车电控燃油喷射系统,燃油供给系统是根据不同的发动机工况,配制相应的空燃比和一定流量的可燃混合气体两种燃油供给方式:1)化油器方式2)喷射式,化油器方式,利用空气流经节气门上方的喉管处的负压将燃油从浮子室里连续吸出,燃油与空气自行混合后,被吸入汽缸内燃烧做功.,喷射式,燃油喷射系统直接或间接地测量空气的进气量，确定燃烧所需的汽油量并通过控制喷油器开启的时间来控制供油量，使汽油以一定的压力通过喷油器喷射入进气道或气缸内形成可燃混合气体,为什么需要燃油喷射系统?,在汽车发动机工况变化大、变化迅速前提下，针对发动机不同的工况对空燃比的要求,化油器方式不能满足,同时,在节能、汽车的动力性和排气净化要求的制约下,喷射式供油显得性能卓越.,1.1燃油喷射系统原理,(1)空燃比对发动机动力性和经济性的影响空燃比:空气质量与燃油质量的比,1.1燃油喷射系统原理,(1)空燃比对发动机动力性和经济性的影响理论空燃比(14.7)理论计算1kg汽油完全变燃烧变成水和二氧化碳需要14.7kg空气。,1.1燃油喷射系统原理,(1)空燃比对发动机动力性和经济性的影响功率空燃比(12.5)混合气较浓，发动机输出转矩最大，汽车动力性最好,1.1燃油喷射系统原理,(1)空燃比对发动机动力性和经济性的影响经济空燃比(16)混合气较稀，有利燃油充分燃烧，发动机燃油经济性好,1.1燃油喷射系统原理,(2)空燃比对排气中的有害气体的影响排放气体的成分：有害气体：CO、HC和NOx无害气体：O2、N2燃烧产物：H2O和CO2,1.1燃油喷射系统原理,(2)空燃比对排气中的有害气体的影响,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气的要求几种稳定工况:怠速和小负荷工况中等负荷工况大负荷工况和全负荷工况,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气（空燃比的要求几种稳定工况:发动机完成预热，进入正常的运转，转速和负荷没有突变。一般有以下几种稳定工况：怠速和小负荷工况中等负荷工况大负荷工况和全负荷工况,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气的要求怠速和小负荷工况：转速低(3001000rpm)，只负责克服摩擦阻力和机电设备的运作。节气门关闭，可燃混合气量少，汽油雾化和蒸发较差，混合气含废气较多，混合气需要加浓。图中A点代表怠速，图中AB段代表小负荷。,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气的要求中等负荷工况：发动机大部分时间都处于中等负荷工况，节气门开度足够大，混合气可以较稀，提高燃油经济性。图中BC段代表中等负荷。空燃比基本不变，改变节气门开度即可改变发动机输出功率。,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气（空燃比的要求大负荷工况和全负荷工况：节气门开度大于3/4，发动机处于大负荷工况，图中CD段代表大负荷。改变节气门开度，同时加浓混合气以满足发动机输出功率。图中D点代表全负荷，接近功率空燃比。,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气的要求几种过渡工况:冷起动暖机加减速,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气的要求冷起动：冷车起动转速低，空气流速小；燃烧室壁温度和空气温度低，汽油蒸发和雾化条件不好。空燃比加浓到2：1才能产生可燃气体。,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气的要求暖机：暖机过程中发动机的温度逐步提高，空燃比逐步提高。,1.1燃油喷射系统原理,(3)发动机不同的工况对混合气的要求加减速：加速时节气门开度突然开大，进气管压力增大，液体颗粒的惯性和进气压力增加后使燃油蒸发量减少，大量的汽油颗粒附着管壁形成油膜，造成混合气体被稀释，为防止发动机的动力性不够，需附加一定量燃油。减速时节气门关闭，进气管真空度急剧增加，管壁燃油蒸发，导致混合气过浓，会熄火。因此应供给稀的混合气,1.1燃油喷射系统原理,(4)控制原理采用最优控制检测发动机的进气量、发动机转速和曲轴的转角等信号，由电子控制单元根据发动机的运行工况，计算出每循环的基本供油量，同时通过节气门位置、冷却水温、空气温度和氧的含量等发动机的运行工况对供油量进行修正，修正后的供油量转化为喷油时间来输出，从而实现对喷油器喷油量的控制，从而使发动机有个合适的空燃比,1.1燃油喷射系统原理,(5)发展历史1967年，德国Bosch公司的机械式汽油喷射系统（K-Jectronic），燃油泵提供0.36MPa低压燃油,经燃油分配器输往各进气管,采用浮板式空气流量计操控燃油分配器中的计量柱塞来控制空燃比。改进的机电式汽油喷射系统（KE-Jectronic）采用电液控制喷射压力和检测发动机的工作状态信号，提高了控制精度和使用性能。,1.1电控燃油喷射系统原理,(5)发展历史1967年，德国Bosch公司的电子控制汽油喷射系统（D-Jectronic）。低压（0.2MPa)进气管汽油喷射系统，用压力传感器检测进气岐管压力和发动机转速来计算喷油量。,1.1燃油喷射系统原理,(5)发展历史1973年，德国Bosch公司在D-Jectronic系统的基础上研制了L-Jectronic型电子控制汽油喷射系统，采用叶片式（翼板式）空气流量计直接检测空气流量，比较精确地控制空燃比。进一步改进形成LH-Jectronic系统。采用热线式空气流量计直接检测空气质量流量，精度更高。,1.1燃油喷射系统原理,(5)发展历史1979年，德国Bosch公司开始生产喷射和点火集成一体的Motronic数字式发动机综合控制系统，同时美国通用（和福特，日本日产、丰田、五十铃等都有自己的喷射和点火发动机控制系统。集成燃油喷射、电子点火、怠速、爆震和进气等控制功能，并有故障自诊断的发动机管理系统（EMS）系统。,1.2燃油喷射系统的分类,(1)按喷射位置分类a缸内喷射：直接向缸内喷射，喷油器阀体要经受高温高压。需要高的喷油压力（312MPa）喷油压力雾化燃油，还要兼顾喷油均匀分布在燃烧室，发动机的结构设计必须考虑气流的流动方向和合理设置喷油器位置。近几年的发展方向。b进气管内喷射：汽油喷射后与空气混合成可燃混合气，结构简单、成本低，喷油压力低（0.10.5MPa）。,1.2燃油喷射系统的分类,(2)按喷油器数量分类单点喷射多点喷射,1.2燃油喷射系统的分类,(3)按喷射控制装置分类机械式：采用空气计量板直接控制汽油流量调节柱塞。机电式：在机械式的基础上增加电液控制，根据水温、节气门位置修正空燃比。电子式：全电子控制。,1.2燃油喷射系统的分类,(4)按喷射方式分类间隙脉冲喷射：脉冲喷射，喷射频率与发动机转速同步，喷射时间（脉冲宽度）决定喷油量。连续稳定喷射：喷油器常开连续喷射汽油。,1.2燃油喷射系统的分类,(5)按空气流量测量方法分类质量流量方式：直接检测空气（质量）流量速度-密度方式：进气管压力和发动机转速来计量空气流量。气门-速度方式：节气门开度和发动机转速来计量空气流量。,1.2燃油喷射系统的分类,(6)按有无反馈信号分类开环控制：控制参数通过实验预先确定并输入计算机，不检查输出情况，只根据发动机的工况输入信号确定喷射油量。闭环控制：通过对输出信号的检测（排气管中氧含量），修正空燃比和喷油量。发动机起动阶段，氧传感器冷态无信号，电控系统忽略氧传感器信号，系统开环运行，发动机温度升高和氧传感器有有效信号后系统自动切换至闭环控制。,1.3电喷供油方式的优点,（1）混合气配制精度高化油器供油需配置主供油泵、怠速油泵和加速油泵转速从低向高变化时混合气会短暂的变稀，而且混合气分布不均匀，需要加浓混合气，导致排放和经济性变差。燃油喷射系统可以适时地精确地控制可燃混合气体的空燃比，改善和提高发动机的动力性、燃油经济性和排气净化。,1.3电喷供油方式的优点,（2）混合气分配均匀性好多点系统中每缸一个喷油器，燃油精确均匀分配至各给缸中，发动机燃烧质量好、稳定。提高排气气净化质量。,1.3电喷供油方式的优点,（3）加速响应好化油器系统中燃油增长有空气增长不同步，故加速响应不好。喷油系统压力喷油，容易与空气混合形成混合气，混合浓度及时随节气门开度变化，消除发动机变工况时的燃油供给滞后。提高发动机的加速性能。,1.3电喷供油方式的优点,（4）良好的起动性能和减速断油压力雾化并设置低温起动喷油器，和空气阀提供足够量的空气，解决起动问题，良好的低温起动性能。减速停止供油消除了化油器方式的减速燃烧不完全的弊端,1.3电喷供油方式的优点,（5）充气效率高进气无喉管节流，进气阻力小，充气效率高。,1.3电喷供油方式的优点,（6）环保和节能有效控制空燃比，满足各工况需要的同时减少了有害气体的排放；发动机可以在比较稀的混合气体下运行；减速断油技术,1.3电喷供油方式的优点,与化油器相比：发动机功率提高5%10%燃油消耗率降低5%15%废气排放量减少20%左右转矩特性（动力性）明显改善，起动、加速、暖机快,1.1.4电喷供油系统的组成,空气系统燃油供给系统电子控制系统,1.1.4电喷供油系统的组成,（1）空气系统功能：向发动机提供适量的空气，同时向电子控制单元提供空气量等各种传感器测得的信息。原理：a质量流量式：利用空气流量计直接测得吸入空气量。叶片式（翼片式）和卡门涡旋式测得的是空气体积量，还需要空气温度和大气压换算成空气质量。热线式和热膜式直接测得空气的质量。b速度-密度式：用压力传感器代替空气流量传感器，根据进气岐管绝对压力和发动机转速换算出需要的空气量。空气压力的波动影响控制精度。,1.1.4电喷供油系统的组成,空气系统的主要元件：空气流量传感器（进气岐管绝对压力传感器），节流阀（节气门），冷启动空气阀。还有进气温度传感器、节气门位置传感器，空气滤清器、进气管、进气岐管等基本部件。,1.1.4电喷供油系统的组成,叶片式空气流量传感器,叶片式空气流量传感器,卡门蜗旋式空气流量计,卡门蜗旋式空气流量计,热线式空气流量计,热线式空气流量计,热线式空气流量计铂线的温度变化（引起电阻变化）是随空气流量变化的，变化的数量可以通过电阻电桥测得。考虑了空气的温度和海拔高度，测得的空流量是质量流量，而且精度高。造价高，主要用在高级轿车。,热膜式空气流量计用厚膜工艺将热线电阻、补偿电阻和精密电阻镀在一块陶瓷片上，工作原理与热线式相似。造价低广泛应用。,1.1.4电喷供油系统的组成,节流阀（节气门）由油门踏板控制，控制空气进气量。怠速调整螺钉调节怠速空气流量,1.1.4电喷供油系统的组成,节气门位置传感器（线性输出型）工作原理相当于滑片电阻。节气门位置传感器装在节气门轴上，向ECU传送节气门开度信息和怠速信号。,1.1.4电喷供油系统的组成,节气门位置传感器（线性输出型）工作原理相当于滑片电阻。节气门位置传感器装在节气门轴上，向ECU传送节气门开度信息和怠速信号。,1.1.4电喷供油系统的组成,节气门位置传感器（开关量输出型）只输出典型发动机工况：怠速和全负荷工况。结构简单。,1.1.4电喷供油系统的组成,冷启动空气阀：双金属型和石蜡型,1.1.