发动机基本知识

1、 发动机的分类 按照所用燃料分类 按照行程分类 按照冷却方式分类 按照气缸数目分类 按照气缸排列方式分类 按照进气系统是否采用增压方式分类 发动机的组成（汽油发动机） 1.起动系统； 2.燃料供给系统；进气系统、排气系统、燃油系统 3.点火系统； 4.配气机构；气门组、气门传动组和气门驱动组组成。 5.曲柄连杆机构；活塞连杆组、机体组、曲轴飞轮组 6.冷却系统；风扇、水箱、水泵、节温器、水管、水温传感器 7.润滑系统；机油泵、机油格、油道 起动系统 要使发动机由静止状态过渡到工作状态， 必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞 作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨 胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋

2、转。 发动机才能自行运转，工作循环才能自动 进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动 到发动机开始自动地怠速运转的全过程， 称为发动机的起动。完成起动过程所需的 装置，称为发动机的起动系 。 燃料供给系统 进气系统 排气系统 供油系统 汽油机燃料供给系 的功用是根据发动 机的要求，配制出 一定数量和浓度的 混合气，供入气缸， 并将燃烧后的废气 从气缸内排出到大 气中去。 点火系统 点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、 点火线圈和火花塞等组成。 配气机构 配气机构的功用是根据发动 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，使可燃混合气或空气 进入气缸，并使废气从气缸 内排出，实现换气

3、过程。配 气机构大多采用顶置气门式 配气机构，一般由气门组、 气门传动组和气门驱动组组 成。 曲柄连杆机构 作用： 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。 组成： 机体组、活塞连杆组和曲轴飞 轮组等 工作原理： 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 运动转化成活塞直线运动。 冷却系统 水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水 泵、风扇、水箱、节温器等组成。 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热 量及时散发出去，保证发动机在最适宜的 温度状态下

4、工作。 润滑系统 润滑系的功用是向作相对运动的零件表面 输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦， 减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零 件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润 滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门 等组成。 一些常见的概念 空燃比 过量空气系数 点火提前角 气门重叠角 发动机排量 部分负荷与全负荷 压缩比 空燃比 燃烧时的空气质量与 燃料质量的比例，理 论值为14.9。 在空燃比为13.5 14.0时，燃烧火焰温 度出现最高值，称为 功率空燃比； 在空燃比为16左右时 ，燃油燃烧最完全， 发动机的油耗率最低 ，称为经济空燃比。 过量空气系数： 发动机工作过程中， 燃烧1kg燃油实际

5、供给 的空气质量与理论空 气量的比值。 过量空气系数是反映 混合气形成和完善程 度及整机性能的一个 重要参数，在保证完 全燃烧的前提下，应 力求使过量空气系数 小。 发动机排量 活塞从上止点移动 到下止点所通过的 空间容积称为气缸 排量； 如果发动机有若干 个气缸，所有气缸 工作容积之和称为 发动机排量。 部分负荷与全负 荷 油门踏板传感器中将 约 10 至 90% 的回 转范围定为部分负荷, 超过90% 的回转范围 则定为全负荷. 点火提前角： 从发出电火花到活塞运 动到上止点之间的曲 轴转角。 气门重叠角 进气门早开，排气 门迟闭，两者之间 的曲轴转角。 气门重叠角的作用与 影响 压缩比

6、概念：发动机混合气体被压缩的程度，即压缩前 的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容 积）的比例 发动机的压缩比较高，压缩时所产生的气缸压力 与温度相对地提高，混合气中的汽油分子能汽化 得更完全，颗粒能更细密，当火花塞点火时就能 使得这混合气在瞬间内完成燃烧的动作，释放出 最大的爆发能量，来成为发动机的动力输出； 燃烧的时间延长，能量会耗费并增加发动机的温 度而并非参与发动机动力的输出； 高压缩比的发动机就意味着可具有较大的动力输 出。 是不是压缩比越大越好？ 压缩比的选择 通常的低压压缩比指的是压缩比在10以下，高压缩比在10 以上，相对来说压缩比越高，发动机的动力就越大 ； 压缩比越高发

7、动机抖振越厉害；发动机的压缩比越高，通 常伴随着的就是发动机工作时抖振会较明显增大，即使是 多缸发动机也是如此。 压缩比太高会导致自燃，从而引发爆震； 压缩比太低混合气的汽化不良，燃烧效果变差。 压缩比较高时，对整个燃烧室密封性要求较高 压缩比越高的发动机，要求汽油的抗爆性指标越 高，即汽油的标号也就越高。 热膜式空气流量计 Hot film mass airflow sensor 功能： 把发动机吸入的空气质量传送给ME控制单 元N3/10， N3/10根据该数值确定主喷油量， 每一个气缸都配有一个喷油器， N3/10通过 控制喷油器的通电时间提供所需要的喷 油量。 长短进气歧管示意图 长的

8、进气歧管 短的进气歧管 长短进气歧管转换 ME电脑根据来自以下传感器的信号促动进气歧管转换来切换长短进气管道，达到更好 地优化发动机扭矩的目的。 1、热膜式空气质量流量传感器 (B2/5), 发动机负荷 2、曲轴霍尔传感器 (B70), 发动机转速 长进气通道 (气缸高度处的横截面) 1 可变长度进气歧管转换阀关闭 2 翻转活门 可变长度进气歧管转换阀在以下情况下关闭: -发动机转速低于 3500 rpm 进气采用长进气通道. 这样可以实现发动机扭矩和输出功率的增加. 短进气通道 (气缸高度处的横截面) 1 可变长度进气歧管转换阀打开 可变长度进气歧管转换阀在以下情况下打开: - 发动机负荷高

9、于 50% - 发动机转速高于 3500 rpm 空气通过短进气通道进入. 这样可以实现发动机扭矩和输出功率的增加. 当促动转换阀时, 从真空罐对真空组件加注真空. 并一起由真空组件促动. 这引起转换风门关闭, 空气从长进气通道进入. 喷油量 热膜式空气质量流量传感器 (MAF) (B2/5), 发动机负荷 进气温度传感器 (B2/5b1) 冷却液温度传感器 (B11/4) 压力传感器 (B28), 进气歧管气压 进气歧管左侧翻转活门位置传感器 (B28/9), 左侧翻转活门位置 进气歧管右侧翻转活门位置传感器 (B28/10), 右侧翻转活门位置 左侧和右侧进气凸轮轴霍尔传感器 (B6/4,

10、 B6/5), 进气凸轮轴位置 左侧和右侧排气凸轮轴霍尔传感器 (B6/6, B6/7), 排气凸轮轴位置 油门踏板传感器 (B37), 驾驶员的发动机负荷请求 油门踏板传感器, 油门踏板操作 (快, 慢) 曲轴霍尔传感器 (B70), 发动机转速 催化转换器上游的左侧和右侧 O2 传感器 (G3/3, G3/4),氧传感器信号 电控多端顺序燃料喷注/点火系统 (ME-SFI) ME控制单元中的海拔压 力传感器, 用于海拔调节的大气压力 接合的进气歧管长度 使用诊断辅助系统 (DAS) 进行的修正编程 (用于加速) 发动机扭矩要求功能的各种条件也被考虑在内. 起动加浓起动加浓 为什么要起动加浓

11、？为什么要起动加浓？ 起动时发动机转速很低，进入汽缸的气流速度小，汽油雾化条件差； 冷起动时发动机各部分温度低，燃油不易蒸发汽化，致使混合气过稀 无法燃烧。为了保证发动机的顺利起动，必须供给多而浓的混合气。 对于起动时的混合物加浓，对于起动时的混合物加浓，ME 控制单元使用以下传感控制单元使用以下传感 器和信号计算喷射时间器和信号计算喷射时间: 1、冷却液温度传感器 (B11/4) 2、曲轴霍尔传感器 (B70), 发动机转速 3、通过 电路 30 的车载电气系统蓄电池 (G1) 的电压 4、电子点火开关 (EIS) 控制单元 (N73), 通过底盘控制器区域网络 (CAN)(控制器区域网络总

12、线 E 级 (CAN E) 传送电路 50 信号 5、发动机关闭时间 一旦空燃比控制被启用, 则它将监视喷射时间. 起动加浓 原因： 起动时发动机转速很低，流经化油器的气流速度小，汽油雾化条 件差；冷起动时发动机各部分温度低，燃油不易蒸发汽化。大部分燃 油呈油粒状态凝结在进气管内壁上，只有极少量易挥发的燃油汽化进 入气缸，致使混合气过稀无法燃烧。为了保证发动机的顺利起动，必 须供给多而浓的混合气。 上游氧传感器 为什么叫宽频氧传感器？ 通过与集成在 ME-SFI 控制单元内的控制电子器件协同工作,传感器可 以在极大的过量空气系数范围内 (0.7 4.0)提供准确信号。 工作原理 ME-SFI

13、控制单元中的电路会控制通过氧泵电池的泵流量, 从而将扩散 间隙中的气体组合维持在 = 1。这与 Nernst 浓差电池 UN = 450 mV 的电压相一致。 完成此项工作(泵流量)所需要的电流会由 ME-SFI 控制单元转换成过 量空气系数值。 三元催化转换器(TWC) 上游的 O 2 氧传感器 (控制传感器)是宽频带氧 传感器,可以检测废气中残留的氧气含量, 从而完成以下任务: 1、氧传感器控制 2、混合气的自适应 3、功能链测试 1 Nernst 浓差电池 2 氧泵电池 3 扩散间隙 4 参照空气通道 5 传感器加热器 6 控制电路 A 排气 IP 泵流量 UH 加热器电压 Uref 参

14、考电 压 1、如果废气太稀, 则 UN 450 mV, 泵电 池会进行相应操作, 从而将氧气泵出扩散间 隙。当废气太稀的时候，扩散间隙中的氧气浓度高，扩散 间隙中的氧气浓度与环境空气中的氧气浓度差减小，UN 会 降低，UN 450 mV, 流动会反向进行, 从而使泵电池将氧 气泵入扩散间隙。 3、根据扩散法则, 此时的泵流量与 废气中的氧气浓度成比例。 下游氧传感器 平面氧传感器, 它可以检测废气中残留的氧气含量 , 以完成下述任务: 1、双传感器控制 2、监视催化转化器效率 工作原理 在大约 300 以上的温度下, 传感器陶瓷可以传导氧离子。 如果传感器陶瓷两侧的氧气浓度出现差别,传感器陶瓷

15、的特性可以使边 界区产生电压(Nernst 电压)。Nernst电压产生O2 传感器信号, 该信号 可以测量废气中残留的氧气含量。 O2 传感器信号的评估电路(ME 控制单元中)将一个大约 450 mV的传 感器反电压发送到O2 传感器。 废气中的氧气浓度越高，与外界空气的氧气浓度差越小，所产生的电 压也就越小。 Lambda control 氧传感器电压降低 ME控制混合气加浓 氧传感器电压增加 混合气变稀 排气管中的氧气浓度高 喷油量增加 混合气变浓 排气管中的氧气浓度低 LAMBDA控制环 喷油量减少 ME控制混合气变稀 根据以下图示，假如进气量调节系数显示的是20%， 发动机正处在一种

16、什么情况？ 混合气的自调节 怠速时 怠速时自调节值以毫秒表示的 值是指发动机吸入的空气质量 加上或减去显示的值, 以便于 确定喷射时间. 最大修正值为 1 毫秒. 例如： 计算的喷射时间 (特性图): 3.0ms 显示的修正值: +0.3 ms ME利用 3.3 (3.0 + 0.3) ms的计 算值. 部分负荷时 部分负荷下的自调节值的表 示 因数表达的含义是用于确定 喷射时间的显示值乘以发动 机吸入的空气 质量.修正因数为 0.68 1.32 例如: 计算得到的空气质量: 150 kg/h 显示的修正值: 1,10 ME利用（150*1.1）165kg/h 的空气质量值确定喷射时间 ( 燃

17、油喷射量). 在油气混合期间可能发生下列错误： - 混杂气 - 喷油嘴 (Y62) 磨损或积碳 - 压力传感器 (B28) 发生故障 (进气歧管气压) - 热膜式空气质量流量传感器 (B2/5) 中出现过渡电阻 - 净化控制阀 (Y58/1) 发生故障 - 燃油压力调节器发生故障 - 发动机磨损 (如气门泄漏) 如果发生故障, 则 ME控制单元 (N3/10) 自动修正油气混合气. 这种情况下,空燃比特性图仅在规定的限值范围内变化,从而避免 空燃比控制达到上限或下限. ME控制单元通过评估哪些因素来确定 点火角？ 发动机负荷（转速不变时负荷增大，点火提前角减小） 转速（点火交随着转速的增大而增

18、大，非线性关系） 曲轴位置 凸轮轴位置 水温 进气温度 爆震传感器(监测到某个气缸爆震时，相关气缸的点火角将被推迟) 节气门位置 爆震时点火角调节功能顺序 爆燃:火焰锋面未到达之前末端混合气即以低温多阶段方 式开始自燃。 在以下工况下会启用爆震控制: - 冷却液温度高于 40 - 发动机负荷 40% 根据相应的输入信号, 电控多端顺序燃料喷注/点火系统 (ME-SFI) ME 控制单元计算特定气缸的点火角修正值. 如果爆震传感器检测到某个气缸出现爆震,则在下一次点火 时会将该气缸的点火角朝着 延迟 (取决于发动机转速) 调 节约 3CKA (曲轴转角). 如果仍然存在爆震,则将点火角朝着 延迟 再调节3CKA, 以此类推,直至达到最大调节值 (约 10 -15CKA). 如果不再发生爆震, 则经过数次点火之后, 会以增量为 0.75曲轴转角逐步还原, 直至达到正常的特性图值或再 次发生爆震. 发动机常见故障的诊断与分析 发动机