第十章 汽车发动机新技术

1、第一节汽油机的新型燃烧室第一节汽油机的新型燃烧室 第二节电控汽油喷射系统第二节电控汽油喷射系统 第三节电控电子点火系统第三节电控电子点火系统 第四节柴油机的电子控制第四节柴油机的电子控制 第五节可变配气机构与可变进气管第五节可变配气机构与可变进气管 第六节工程应用实例一第六节工程应用实例一(文摘文摘) 第七节电控气体燃料喷射系统第七节电控气体燃料喷射系统 第八节工程应用实例二第八节工程应用实例二(文摘文摘) 第十章汽车发动机新技术第十章汽车发动机新技术 稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机 稀薄燃烧汽油机是一个范围很广的概念，只要稀薄燃烧汽油机是一个范围很广的概念，只要 17，

2、就可以称为稀薄燃烧汽油机。稀燃汽油机分可，就可以称为稀薄燃烧汽油机。稀燃汽油机分可 为两类，一类是非直喷式稀燃汽油机，包括均质稀燃为两类，一类是非直喷式稀燃汽油机，包括均质稀燃 和分层稀燃式汽油机，一般只能在和分层稀燃式汽油机，一般只能在25的范围内工作。的范围内工作。 而另一类是缸内直喷式稀燃汽油机，可在而另一类是缸内直喷式稀燃汽油机，可在2550范范 围内稳定工作。围内稳定工作。 稀薄燃烧汽油稀薄燃烧汽油 机有良好的排放特机有良好的排放特 性和燃油经济性。性和燃油经济性。 图图664 不同燃不同燃 烧方式烧方式 的性能的性能 对比对比 第一节汽油机的新型燃烧室 1. 均质稀混合气的燃烧室均

3、质稀混合气的燃烧室 1)高压缩比紧凑型燃烧室高压缩比紧凑型燃烧室 (1)火球高压缩比燃烧室如图火球高压缩比燃烧室如图-所示，燃烧室主要部分位所示，燃烧室主要部分位 于气缸盖凹入的排气门下方，直径很小，结构紧凑，有一定的挤于气缸盖凹入的排气门下方，直径很小，结构紧凑，有一定的挤 气面，可形成较强的挤气紊流。气面，可形成较强的挤气紊流。 (2)碗形燃烧室碗形燃烧室()如图如图-所示，采用很紧凑的活塞所示，采用很紧凑的活塞 顶凹坑，火焰传播距离短，挤气面积大，紊流强，火花塞位于凹顶凹坑，火焰传播距离短，挤气面积大，紊流强，火花塞位于凹 坑内。坑内。 图图-火球燃烧室布置火球燃烧室布置图图-碗形燃烧室

4、简图碗形燃烧室简图 2) TGP燃烧室燃烧室 燃烧室中设有一个预燃室，火花塞位于通道中。燃烧室中设有一个预燃室，火花塞位于通道中。 在压缩过程中，新鲜混合气进入预燃室，产生适在压缩过程中，新鲜混合气进入预燃室，产生适 当的涡流，并对火花塞间隙进行扫气，促进着火。火当的涡流，并对火花塞间隙进行扫气，促进着火。火 焰核心进入预燃室，引起迅速燃烧，结果形成火焰束焰核心进入预燃室，引起迅速燃烧，结果形成火焰束 喷入主燃烧室，使主燃烧室气体产生强烈紊流，促进喷入主燃烧室，使主燃烧室气体产生强烈紊流，促进 了主燃烧室燃烧。了主燃烧室燃烧。 图图-燃烧室燃烧室 1进气口进气口2火花塞火花塞3紊流发生器紊流发

5、生器 4孔道孔道5主燃烧室主燃烧室() 图图-放热率比较放热率比较 (， 排量排量：缸：缸) 图图-降低降低的比较的比较 (， 排量排量：4缸缸) 3) 双火花塞燃烧室双火花塞燃烧室 离半球形燃烧室中心两边等距离处各布置一个火离半球形燃烧室中心两边等距离处各布置一个火 花塞，因而火焰传播距离仅为缸径的一半，点火提前花塞，因而火焰传播距离仅为缸径的一半，点火提前 角可减小，提高了点火时混合气的压力和温度，使着角可减小，提高了点火时混合气的压力和温度，使着 火性能得到改善，燃烧持续时间缩短，提高了发动机火性能得到改善，燃烧持续时间缩短，提高了发动机 的性能。的性能。 图图10-6 双火花塞燃烧室双

6、火花塞燃烧室 2. 分层给气燃烧室分层给气燃烧室 分层充气燃烧，即在火花塞附近形成具有分层充气燃烧，即在火花塞附近形成具有 良好着火条件的较浓的可燃混合气，而在周边良好着火条件的较浓的可燃混合气，而在周边 区域是较稀混合气或空气。如图区域是较稀混合气或空气。如图664所示，分所示，分 层燃烧的汽油机可稳定工作在层燃烧的汽油机可稳定工作在 =2025范围内。范围内。 分层往往是通过不同的气流运动和供油方分层往往是通过不同的气流运动和供油方 法实现。法实现。 1) 美国德士古分层燃烧系统美国德士古分层燃烧系统(TCCS) 此系统吸入气缸的是空气，由螺旋进气道或此系统吸入气缸的是空气，由螺旋进气道或

7、 导气屏组织强进气涡流。在压缩上止点前导气屏组织强进气涡流。在压缩上止点前30 左右，喷油嘴顺气流方向将汽油喷人气缸，燃左右，喷油嘴顺气流方向将汽油喷人气缸，燃 油随气流流动，火花塞位于喷嘴下方边缘，此油随气流流动，火花塞位于喷嘴下方边缘，此 处混合气浓，处混合气浓， 容易着火。着火后，容易着火。着火后， 火焰、燃气随气流火焰、燃气随气流 扩展，被气流带离扩展，被气流带离 火花塞、喷油嘴，火花塞、喷油嘴， 新鲜空气又被涡流新鲜空气又被涡流 带到燃油喷射区。带到燃油喷射区。 图图10-7 德士古德士古TCCS燃烧室燃烧室 2) CVCC燃烧系统燃烧系统 CVCC燃烧系统是一种分区燃烧方式，有主、

8、燃烧系统是一种分区燃烧方式，有主、 副两个燃烧室和两个化油器。工作时，向主燃副两个燃烧室和两个化油器。工作时，向主燃 烧室供给较稀混合气，而向副燃烧室供给少量烧室供给较稀混合气，而向副燃烧室供给少量 浓混合气，在压缩过程中，副燃烧室内形成的浓混合气，在压缩过程中，副燃烧室内形成的 易于着火的混合易于着火的混合 气。火花塞首先点燃气。火花塞首先点燃 副燃烧室中的混合气副燃烧室中的混合气 ，由副燃烧室喷出的，由副燃烧室喷出的 火焰点燃主室的稀混火焰点燃主室的稀混 合气。合气。 图图10-8 CVCC燃烧系统燃烧系统 3) 轴向分层燃烧系统轴向分层燃烧系统 进气过程进气过程早期只有空气进入气缸早期只

9、有空气进入气缸，进气组织进气组织 较强的涡流；较强的涡流；当进气门开启接近最大升程时，当进气门开启接近最大升程时， 通过安装在进气道上的喷油器将燃料对准进气通过安装在进气道上的喷油器将燃料对准进气 阀喷入缸内；燃料在涡流的作用下，沿气缸轴阀喷入缸内；燃料在涡流的作用下，沿气缸轴 向发生上浓下稀分层。压缩过程维持这种轴向向发生上浓下稀分层。压缩过程维持这种轴向 分层，在分层，在 火花塞附近火花塞附近 存在较浓的存在较浓的 混合气，而混合气，而 其余部分混其余部分混 合气较稀。合气较稀。 图图10-9 轴向分层工作原理轴向分层工作原理 4) 滚流滚流(纵涡纵涡)分层稀燃系统分层稀燃系统 滚流滚流(

10、纵涡纵涡)分层稀燃烧系统在进气道中设置分层稀燃烧系统在进气道中设置 两块薄的垂直隔板，使进气在气缸内形成三股两块薄的垂直隔板，使进气在气缸内形成三股 独立的滚流，外层的两股涡流仅由空气组成，独立的滚流，外层的两股涡流仅由空气组成， 中间的一股是浓中间的一股是浓de的混合气，这样强的空气和的混合气，这样强的空气和 燃料线型气流，大大抑制了水平涡流的形成，燃料线型气流，大大抑制了水平涡流的形成， 同时防止它们彼同时防止它们彼 此混合，使燃料和空此混合，使燃料和空 气在压缩过程维持分气在压缩过程维持分 层，保证火花塞附近层，保证火花塞附近 形成浓混合气，向缸形成浓混合气，向缸 壁逐渐稀化。壁逐渐稀化

11、。 图图10-10 三菱纵涡流旋转系统三菱纵涡流旋转系统 5) 四气门分层稀燃系统四气门分层稀燃系统 四气门高压缩快速燃烧中有一个切向进气道四气门高压缩快速燃烧中有一个切向进气道l和一个中性进气和一个中性进气 道道2分别独立地通往各自的进气门。切向进气道产生绕气缸中分别独立地通往各自的进气门。切向进气道产生绕气缸中 心线旋转的进气涡流；同时，中性进气道末端与气缸中心线的心线旋转的进气涡流；同时，中性进气道末端与气缸中心线的 夹角较小，产生向下的气流，该气流与活塞运动相配合，产生夹角较小，产生向下的气流，该气流与活塞运动相配合，产生 一种其旋转轴线平行于曲轴中心线的滚流。安置在中性进气道一种其旋

12、转轴线平行于曲轴中心线的滚流。安置在中性进气道 中的涡流控制阀中的涡流控制阀3控制着两个进气道中控制着两个进气道中 的流量比，进而决定缸内充量运动的的流量比，进而决定缸内充量运动的 涡流比。涡流控制阀下游的进气道上涡流比。涡流控制阀下游的进气道上 开有一个开有一个“窗口窗口”，双束喷油器，双束喷油器4通过通过 这个这个“窗口窗口”将两支油束分别喷人两个将两支油束分别喷人两个 进气道。两支油束的燃油流量相等、进气道。两支油束的燃油流量相等、 持续时间相同。当涡流控制阀持续时间相同。当涡流控制阀3不是不是 完全开启时，中性进气道的混合气较完全开启时，中性进气道的混合气较 浓，切向进气道的混合气较稀

13、，造成浓，切向进气道的混合气较稀，造成 分层充气。分层充气。 AVL四气门高压缩快速四气门高压缩快速 燃烧系统燃烧系统 3. 缸内直喷式稀薄燃烧方式缸内直喷式稀薄燃烧方式（均质稀混合气的燃烧室）（均质稀混合气的燃烧室） 1) 福特缸内直喷燃烧系统福特缸内直喷燃烧系统(PROCO) 福特缸内直喷燃烧系统如图福特缸内直喷燃烧系统如图674所示，喷所示，喷 油器直接把汽油喷入燃烧室，利用涡流和滚流油器直接把汽油喷入燃烧室，利用涡流和滚流 进行燃油一空气的混合。进行燃油一空气的混合。 图图10-11 福特缸内直喷燃烧系统福特缸内直喷燃烧系统 优点：优点：充量系数提高；充量系数提高； 压缩比较大，压缩比

14、较大， 发动机发动机 压缩比达压缩比达11.5；可大幅；可大幅 度降低冷起动时的度降低冷起动时的HC 排放排放,稳定工作的最大稳定工作的最大 空燃比可达空燃比可达25。 2) 4G系列缸内直喷式稀薄燃烧系列缸内直喷式稀薄燃烧 燃烧系统主要工作特点是利用立式进气道在气缸中燃烧系统主要工作特点是利用立式进气道在气缸中 产生逆向翻滚气流；利用一个高压产生逆向翻滚气流；利用一个高压(喷射压力喷射压力5MPa)的的 旋流式电磁喷油器，使得喷出的燃油有好的贯穿度和旋流式电磁喷油器，使得喷出的燃油有好的贯穿度和 合适的雾化；可实现小负荷合适的雾化；可实现小负荷 时分层燃烧；可以实现两段时分层燃烧；可以实现两

15、段 燃烧燃烧(二段燃烧法是指在怠速二段燃烧法是指在怠速 运转时，不仅在压缩行程后运转时，不仅在压缩行程后 期喷油，还在膨胀行程的后期喷油，还在膨胀行程的后 期补充喷油的燃烧技术期补充喷油的燃烧技术)；在；在 全工况范围内，可以实现均全工况范围内，可以实现均 质、分层、二段混合燃烧等。质、分层、二段混合燃烧等。 图图10-12 三菱三菱GDI燃烧系统燃烧系统 3) 丰田丰田D-4缸内直喷稀燃发动机缸内直喷稀燃发动机 D-4缸内直喷式稀燃系统通过安装在进气道缸内直喷式稀燃系统通过安装在进气道 上的电子涡流控制阀，形成不同斜向角度的进上的电子涡流控制阀，形成不同斜向角度的进 气涡流。燃烧室为半球屋顶

16、形，活塞顶部设有气涡流。燃烧室为半球屋顶形，活塞顶部设有 唇型深皿凹坑，与进气涡唇型深皿凹坑，与进气涡 流旋向以及高精度的喷油流旋向以及高精度的喷油 时间和喷油方向控制相配时间和喷油方向控制相配 合，在火花塞周围形成较合，在火花塞周围形成较 浓的易点燃混合气区域。浓的易点燃混合气区域。 图图-丰田丰田D4燃烧室混合气形成燃烧室混合气形成 )燃烧混合过程燃烧混合过程)缸内混合气浓度分布缸内混合气浓度分布(A/F) 图-丰田D4缸内直喷式稀燃汽油机 一、汽油喷射供给系统的优点一、汽油喷射供给系统的优点 1)可以对混合气空燃比进行精确控制，使发动机在任何工况下可以对混合气空燃比进行精确控制，使发动机

17、在任何工况下 都处于最佳工作状态，特别是对过渡工况的动态控制，更是都处于最佳工作状态，特别是对过渡工况的动态控制，更是 传统化油器式发动机所无法做到的。传统化油器式发动机所无法做到的。 2)由于进气系统不需要喉管，减少了进气阻力，加上不需要对由于进气系统不需要喉管，减少了进气阻力，加上不需要对 进气管加热来促进燃油的蒸发，所以充气效率高。进气管加热来促进燃油的蒸发，所以充气效率高。 3)由于进气温度低，使得爆燃得到了有效控制，从而有可能采由于进气温度低，使得爆燃得到了有效控制，从而有可能采 取较高的压缩比，这对发动机热效率的改善是显著的。取较高的压缩比，这对发动机热效率的改善是显著的。 4)保

18、证各缸混合比的均匀性问题比较容易解决，并且发动机可保证各缸混合比的均匀性问题比较容易解决，并且发动机可 以使用辛烷值低的燃料。以使用辛烷值低的燃料。 5)发动机冷起动性能和加速性能良好，过渡圆滑。发动机冷起动性能和加速性能良好，过渡圆滑。 第二节电控汽油喷射系统第二节电控汽油喷射系统 1.D型电控汽油喷射系统型电控汽油喷射系统 原理：以进气原理：以进气 管压力和发动管压力和发动 机转速控制喷机转速控制喷 油量，速度密油量，速度密 度方式度方式。 二、电控汽油喷射供给系统的主要型式二、电控汽油喷射供给系统的主要型式 图图-D型型EFI 1电磁喷油器电磁喷油器2冷起动阀冷起动阀3燃油压力调节器燃油

19、压力调节器 4电控单元电控单元(ECU)5节气门位置传感器节气门位置传感器6怠速空气调整怠速空气调整 器器 7歧管压力传感器歧管压力传感器8燃油泵燃油泵9燃油滤清器燃油滤清器 10水温传感器水温传感器11热限时开关热限时开关 2.L型电控汽油喷射系统型电控汽油喷射系统 原理：原理： 以吸入的空气量以吸入的空气量 作为控制喷油量作为控制喷油量 的主要因素。的主要因素。 L型测量准确程型测量准确程 度高于度高于D型型 图图-L型型EFI 3.Mono系统系统 低压中央喷射低压中央喷射 系统，即单点系统，即单点 喷射系统，在喷射系统，在 原来化油器的原来化油器的 基础上仅用一基础上仅用一 只电磁喷油

20、器只电磁喷油器 进行集中喷射。进行集中喷射。 图-系统 1中央喷射组件2起动电动机3点火装置 4电子控制器5温度传感器6转速触发 7燃油滤清器8电动燃油泵9氧传感器 一一)、空气流量计、空气流量计 空气流量计用于空气流量计用于L型型EFI系统。根据测量原系统。根据测量原 理不同，空气流量计有热线式、热膜式、理不同，空气流量计有热线式、热膜式、 卡门涡旋式、翼片式等几种类型。卡门涡旋式、翼片式等几种类型。 热线式空气流量计有两种形式：热线式空气流量计有两种形式： 主流测量式和旁通测量式。主流测量式和旁通测量式。 三、电控汽油喷射系统的组成三、电控汽油喷射系统的组成 (一一)进气系统进气系统 热线

21、式空气流量计工作原理是由热线式空气流量计工作原理是由4个热敏电阻个热敏电阻 组成了一个电桥，其中的热线和冷线在取样组成了一个电桥，其中的热线和冷线在取样 管中，取样管在进气管的中央或一侧。发动管中，取样管在进气管的中央或一侧。发动 机运转，空气流过时，带走热量，热线的电机运转，空气流过时，带走热量，热线的电 阻值变小阻值变小(PTC)，冷线电阻值变大，冷线电阻值变大(NTC)，电桥，电桥 失去平衡。测量两端的电压降，即可得知流失去平衡。测量两端的电压降，即可得知流 过空气量的多少，过空气量的多少，ECU就能确定所需空燃比就能确定所需空燃比 的喷油量。的喷油量。 图图623 热线式空气流量计热线

22、式空气流量计图图624 热线式空气流量计工作原理如图热线式空气流量计工作原理如图 二二)、进气管压力传感器、进气管压力传感器 半导体压敏电阻式进气压力传感器半导体压敏电阻式进气压力传感器: 在单晶半导体上，通过扩散的方法加入一些在单晶半导体上，通过扩散的方法加入一些 不纯物质，就会形成了一定的电阻值。在此电不纯物质，就会形成了一定的电阻值。在此电 阻值的基础上，施加一定的应力应变，其阻值阻值的基础上，施加一定的应力应变，其阻值 会发生变化，这种现象就称为半导体的压电效会发生变化，这种现象就称为半导体的压电效 应，半导体压力传感器就是应用了这个原理。应，半导体压力传感器就是应用了这个原理。 观看

23、动画 图图625 半导体的压电电阻效应半导体的压电电阻效应图图626 压敏电阻式进气压力传感器压敏电阻式进气压力传感器 三三)、节流阀体、节流阀体 节流阀由油门踏板控制，以便控制发动机的节流阀由油门踏板控制，以便控制发动机的 进气量。进气量。 怠速通道：节流阀体上，当怠速时可提供少怠速通道：节流阀体上，当怠速时可提供少 量的空气。量的空气。 通过流量板转角的变化来计量吸入的空气量，通过流量板转角的变化来计量吸入的空气量， 并将转角的变化转变为电压信号输送到电脑。并将转角的变化转变为电压信号输送到电脑。 图图627 怠速时空气流量怠速时空气流量 作用：供给发动机燃烧过程所需的燃油。作用：供给发动

24、机燃烧过程所需的燃油。 组成：燃油泵、燃油滤清器、油压调节组成：燃油泵、燃油滤清器、油压调节 器、喷油器、燃油脉动衰减器、油器、喷油器、燃油脉动衰减器、油 箱、油管等。箱、油管等。 图628 燃油供给系统 1-燃油箱 2燃油泵 3燃 油滤清器 4回油管 5燃油压力调节器 6输油管 7冷启动喷油器 8稳压箱 9喷油器 10各 缸进气歧管 (二)燃料供给系统 燃燃 油管油管油箱油箱 汽油滤清器汽油滤清器 汽油泵汽油泵 空气滤清器空气滤清器 化油器化油器 桑塔纳轿车汽油供给系示意图桑塔纳轿车汽油供给系示意图 输油管输油管 冷起动喷油器冷起动喷油器 油压调节器油压调节器 喷油器喷油器 油压脉动衰减器油

25、压脉动衰减器 燃油滤清器燃油滤清器 油箱油箱 供油装置供油装置 燃油泵燃油泵 1.燃油泵燃油泵 作用：把燃油从油箱吸出并通过喷油器供作用：把燃油从油箱吸出并通过喷油器供 给发动机各气缸。电动给发动机各气缸。电动 燃油泵装在油燃油泵装在油 箱内，涡轮泵由箱内，涡轮泵由 电机驱动。当泵电机驱动。当泵 内油压超过一定内油压超过一定 值时，燃油顶开值时，燃油顶开 单向阀向油路供单向阀向油路供 油。当油路堵塞油。当油路堵塞 时，卸压阀开启，时，卸压阀开启， 泄出的燃油返回泄出的燃油返回 油箱。油箱。 2、油压调节器、油压调节器 作用：使油压保持在某一规定值不变，确保喷作用：使油压保持在某一规定值不变，确

26、保喷 油压力恒定。油压力恒定。 工作原理：当发动机工作时，工作原理：当发动机工作时， 若进气歧管负压增加，可使作若进气歧管负压增加，可使作 用在调节器膜片弹簧室侧的压用在调节器膜片弹簧室侧的压 力减小，在系统油压作用下，力减小，在系统油压作用下， 膜片上移，打开阀门，使多余膜片上移，打开阀门，使多余 部分的燃油从回油管流回油箱，部分的燃油从回油管流回油箱， 系统油压随之相应减小，从而系统油压随之相应减小，从而 使得喷油器的喷油绝对压力不使得喷油器的喷油绝对压力不 随进气歧管真空度的变化而发随进气歧管真空度的变化而发 生变化，即保持恒定。生变化，即保持恒定。 图图630 燃油压力调节器燃油压力调

27、节器 3、燃油压力脉动阻尼器、燃油压力脉动阻尼器 作用：减小燃油压力脉动作用：减小燃油压力脉动 。 工作原理：燃油压力脉动工作原理：燃油压力脉动 阻尼器的弹簧室密封，等于阻尼器的弹簧室密封，等于 是一个空气弹簧。全部输油是一个空气弹簧。全部输油 量通过阻尼器流向燃油总管。量通过阻尼器流向燃油总管。 当燃油压力升高时，弹簧室当燃油压力升高时，弹簧室 容积变小而燃油容积扩大，容积变小而燃油容积扩大， 使油压升高峰值减小。反之，使油压升高峰值减小。反之， 油压降低时弹簧室容积变大油压降低时弹簧室容积变大 而燃油容积减小，又使油压而燃油容积减小，又使油压 降幅减小。降幅减小。 图图630 燃油压力脉动

28、阻尼器燃油压力脉动阻尼器 4、喷油器、喷油器 功用：喷油功用：喷油 。 工作原理：当工作原理：当ECU发出命令使电磁线圈通电发出命令使电磁线圈通电 后，在电磁线圈磁场的作用下，衔铁和针阀后，在电磁线圈磁场的作用下，衔铁和针阀 被吸起，汽油从喷孔喷出。当电源切断后，被吸起，汽油从喷孔喷出。当电源切断后， 针阀在回位弹簧作用下关闭喷孔。针阀在回位弹簧作用下关闭喷孔。 图图632 球阀式电磁喷油器球阀式电磁喷油器 5、冷起动喷油器、冷起动喷油器 功用：功用：冷起动时，额外加大喷油量，使混合 气瞬时加浓，便于着火起动。 工作原理：当冷车起动时，电磁线圈通电，工作原理：当冷车起动时，电磁线圈通电， 产生

29、磁力，将衔铁吸起，汽油通过旋流式喷产生磁力，将衔铁吸起，汽油通过旋流式喷 嘴喷出。嘴喷出。 图图633冷起动喷油器冷起动喷油器 图图634 燃油滤清器燃油滤清器 6、燃油滤清器、燃油滤清器 功用：清除汽油中的杂质，防止功用：清除汽油中的杂质，防止 堵塞喷油器等部件，减少运动部堵塞喷油器等部件，减少运动部 件的磨损。件的磨损。 工作原理：燃油滤清器与普通的工作原理：燃油滤清器与普通的 滤清器一样，采用过滤形式，壳滤清器一样，采用过滤形式，壳 体内有一个纸滤芯，滤芯的微孔体内有一个纸滤芯，滤芯的微孔 平均直径为平均直径为10m，并串接一个，并串接一个 棉纤维制成的过滤筛。棉纤维制成的过滤筛。 滤芯

30、的形式通常有两种，即滤芯的形式通常有两种，即 菊花形和涡卷形。菊花形和涡卷形。 一一)、传感器、传感器 1 温度传感器温度传感器 进气温度传感器和冷却水温度传感器都进气温度传感器和冷却水温度传感器都 采用热敏电阻式温度传感器。采用热敏电阻式温度传感器。 热敏电阻式温度传感热敏电阻式温度传感 器器: 把传感器与一个精密把传感器与一个精密 电阻串联接到一个稳定的电阻串联接到一个稳定的 电源上，就能够用串联电电源上，就能够用串联电 阻的分压输出放映温度的阻的分压输出放映温度的 变化。变化。 图图636 水温度传感器水温度传感器 (三)电子控制系统 2 曲轴位置传感器曲轴位置传感器 1）磁脉冲式曲轴位

31、置传感器）磁脉冲式曲轴位置传感器 2）霍尔传感器）霍尔传感器 图图637 磁脉冲式曲轴位置传感器磁脉冲式曲轴位置传感器 图图638霍尔传感器霍尔传感器 3 节气门位置传感器节气门位置传感器 可动触点可沿导向凸轮沟槽移动，导向凸轮可动触点可沿导向凸轮沟槽移动，导向凸轮 由固定在节气门轴上的控制杆驱动。当发动机怠由固定在节气门轴上的控制杆驱动。当发动机怠 速工作时，传感器可动触点与怠速触点接触，怠速工作时，传感器可动触点与怠速触点接触，怠 速工况信号线输出为高电平；速工况信号线输出为高电平； 当发动机节气门开度大于当发动机节气门开度大于50 时，另一对功率触点闭合，功时，另一对功率触点闭合，功 率

32、信号线输出为高电平；当发率信号线输出为高电平；当发 动机节气门开度在怠速和动机节气门开度在怠速和50 之间时，活动触点处于两个触之间时，活动触点处于两个触 点间，传感器输出线均为低电平。点间，传感器输出线均为低电平。图 图639简单开关式节气门位置简单开关式节气门位置 传感器传感器 4 车速传感器车速传感器 1）舌簧开关式）舌簧开关式 2）光电耦合式）光电耦合式 图图641 舌簧开关型车速转速传感器舌簧开关型车速转速传感器 图图642 光电耦合型车速传感器光电耦合型车速传感器 5 氧传感器氧传感器 1）二氧化锆二氧化锆传感器传感器 图图45 二氧化钛氧传感二氧化钛氧传感 器器 图图644 60

33、0氧化锆传感器的输出特性氧化锆传感器的输出特性 2）二氧化钛传感器）二氧化钛传感器 6 空燃比传感器空燃比传感器 空燃比传感器的结构见图空燃比传感器的结构见图646，与氧传，与氧传 感器相似，空燃比传感器采用了二氧化锆固感器相似，空燃比传感器采用了二氧化锆固 体电解质来测定排放气体中的氧浓度，用以体电解质来测定排放气体中的氧浓度，用以 检测空燃比。检测空燃比。 图图646 空燃比传感器空燃比传感器 7 爆震传感器爆震传感器 1）磁滞伸缩式爆）磁滞伸缩式爆 震传感器震传感器 2）压电式）压电式 传感器传感器 传感器是感知信息的部件，负责向ECU提供发动机和汽车 运行状况。 二二)、电子控制单元、

34、电子控制单元 ECU是微型计算机。发动机工作状态通过传感器反映给是微型计算机。发动机工作状态通过传感器反映给 ECU。在。在ECU内存储喷射持续时间、点火时刻、怠速和故障内存储喷射持续时间、点火时刻、怠速和故障 诊断等数据，这些存储的数据与发动机工况以及计算机程序诊断等数据，这些存储的数据与发动机工况以及计算机程序 相匹配。相匹配。ECU利用这些数据和来自发动机上各种传感器的信利用这些数据和来自发动机上各种传感器的信 号，经过逻辑运算，又输出控制信号给执行器，通过执行器号，经过逻辑运算，又输出控制信号给执行器，通过执行器 控制发动机工作状态。控制发动机工作状态。 中间的金属方盒为电子控 制单元

35、，箭头指向电子控 制单元的部件为传感器， 箭头从电子控制单元出去 的部件为执行器。 三、执行器：三、执行器： 三）.执行元件 执行元件也叫执行器，它是受控 制，具体执行某项控制功能的装置。一般 是由控制执行器电磁线圈的搭铁回 路。喷油控制系统中主要的执行元件是控 制空燃比大小的电控喷油器、冷起动喷油 器。 一）、一）、喷油时刻的控制喷油时刻的控制 喷油时刻是指喷油器开始进行喷油的时刻相喷油时刻是指喷油器开始进行喷油的时刻相 对曲轴位置的转角。对曲轴位置的转角。 喷油时刻随发动机喷油方式的不同而有所不喷油时刻随发动机喷油方式的不同而有所不 同，但都是在相对曲轴转角的固定转角处。同，但都是在相对曲

36、轴转角的固定转角处。 ECU以曲轴转角传感器的信号为依据以曲轴转角传感器的信号为依据,根据不根据不 同的喷油方式控制喷油器的开启时刻。同的喷油方式控制喷油器的开启时刻。 四、电控汽油喷射系统的工作过程 二、二、喷油量的控制喷油量的控制 ECU根据各种传感器测得的发动机进气量、根据各种传感器测得的发动机进气量、 转速、节气门开度、冷却水温度与进气温度转速、节气门开度、冷却水温度与进气温度 等多项运行参数，按设定的程序进行计算，等多项运行参数，按设定的程序进行计算， 并按计算结果向喷油器发出电脉冲，通过改并按计算结果向喷油器发出电脉冲，通过改 变每个电脉冲的宽度来控制各喷油器每次喷变每个电脉冲的宽

37、度来控制各喷油器每次喷 油的持续时间，从而达到控制喷油量的目的。油的持续时间，从而达到控制喷油量的目的。 电脉冲的宽度越大，喷油持续时间越长，喷电脉冲的宽度越大，喷油持续时间越长，喷 油量也越大。油量也越大。 1）起动工况的喷油控制）起动工况的喷油控制 发动机刚起动时，发动机刚起动时，ECU按预先给定的起动程序来进行喷油控按预先给定的起动程序来进行喷油控 制。制。 ECU根据起动开关及转速传感器的信号，判定发动机是否处根据起动开关及转速传感器的信号，判定发动机是否处 于起动状态。当起动开关接通，且发动转速低于某一转速时。于起动状态。当起动开关接通，且发动转速低于某一转速时。 ECU按发动机水温

38、、进气温度和起动转速计算出一个固定的按发动机水温、进气温度和起动转速计算出一个固定的 喷油量，使发动机获得顺利起动所需的浓混合气。喷油量，使发动机获得顺利起动所需的浓混合气。 冷车起动时，一般采用以下两种方法。冷车起动时，一般采用以下两种方法。 1.通过通过ECU控制冷起动加浓控制冷起动加浓 通过延长各缸喷油器的喷油持续时间或增加喷油次数来增加通过延长各缸喷油器的喷油持续时间或增加喷油次数来增加 喷油量。喷油量。 2.通过冷起动喷油器和冷起动温度开关控制冷起动加浓通过冷起动喷油器和冷起动温度开关控制冷起动加浓 除了通过除了通过ECU延长各缸喷油器的喷油持续时间来增大喷油量延长各缸喷油器的喷油持

39、续时间来增大喷油量 之外，还通过冷起动喷油器喷入一部分冷车起动所需要的附之外，还通过冷起动喷油器喷入一部分冷车起动所需要的附 加燃油，以加浓混合气。加燃油，以加浓混合气。 2）起动后的喷油控制起动后的喷油控制 发动机起动后，各传感器适时检测发动机的发动机起动后，各传感器适时检测发动机的 转速、进气量、进气温度、冷却液温度、节转速、进气量、进气温度、冷却液温度、节 气门位置气门位置(即工况即工况)以及排气中氧的含量等信以及排气中氧的含量等信 号，通过接口电路输入微机。号，通过接口电路输入微机。ECU按下式确按下式确 定喷油持续时间：定喷油持续时间： 喷油持续时间喷油持续时间=基本喷油时间基本喷油

40、时间喷油修正系数喷油修正系数 十电压修正值十电压修正值 基本喷油时间是根据空气质量和发动机转速计算出基本喷油时间是根据空气质量和发动机转速计算出 的为实现设定空燃比而需要的喷油时间。各喷油修的为实现设定空燃比而需要的喷油时间。各喷油修 正系数：正系数： 1. 蓄电池电压修正蓄电池电压修正 喷油器电磁线圈的电感阻抗延缓了喷油器针阀的开喷油器电磁线圈的电感阻抗延缓了喷油器针阀的开 启时刻。启时刻。 当蓄电池电压不同时，会引起实际喷油量的变化，当蓄电池电压不同时，会引起实际喷油量的变化， 蓄电池电压降低，喷油量也会下降。蓄电池电压降低，喷油量也会下降。 蓄电池电压修正通常以蓄电池电压修正通常以14V

41、电压为基准，低于电压为基准，低于14V时，时， 增增 加喷油时加喷油时 间。间。 2. 进气温度修正进气温度修正 进气温度不同，空气质量会有变化。进气温度不同，空气质量会有变化。 在空气流量计内常装有进气温度传感器，通在空气流量计内常装有进气温度传感器，通 常是以常是以20时的进气温度为基准。当进气温时的进气温度为基准。当进气温 度低于度低于20时，修正系数大于时，修正系数大于1，适当增加喷，适当增加喷 油量；当进气温度高于油量；当进气温度高于20时，修正系数小时，修正系数小 于于1，适当减少喷油量。，适当减少喷油量。 图图653 进气温进气温 度修正系数度修正系数 3. 起动后喷油修正起动后

42、喷油修正 发动机冷车起动后数十秒内，由于发动机机发动机冷车起动后数十秒内，由于发动机机 体温度较低使得汽油气化不良，为使发动机体温度较低使得汽油气化不良，为使发动机 保持稳定运转，应随时间变化进行不同程度保持稳定运转，应随时间变化进行不同程度 的加浓。喷油修正系数的初始值由冷却水的的加浓。喷油修正系数的初始值由冷却水的 温度决定，然后随着起动运行，修正系数逐温度决定，然后随着起动运行，修正系数逐 渐衰减。渐衰减。 图图654 冷车起动冷车起动 燃油修正系数燃油修正系数 4. 暖机加浓修正暖机加浓修正 在冷车起动结束后的暖机过程中，发动机的在冷车起动结束后的暖机过程中，发动机的 温度一般不高，喷

43、入燃油与空气的混合依然温度一般不高，喷入燃油与空气的混合依然 较差，结果造成气缸内的混合气变稀。因此，较差，结果造成气缸内的混合气变稀。因此， 在暖机过程中必须增加喷油量。暖机增量比在暖机过程中必须增加喷油量。暖机增量比 的大小取决于水温传感器所测得的发动机温的大小取决于水温传感器所测得的发动机温 度。度。 图图655 暖机加浓暖机加浓 修正系数修正系数 5. 加速修正加速修正 汽车发动机加速时，节气门突然开大，发动汽车发动机加速时，节气门突然开大，发动 机吸气量会随着节气门开度的变化而立即发机吸气量会随着节气门开度的变化而立即发 生变化，为了获取良好的加速过渡性能，要生变化，为了获取良好的加

44、速过渡性能，要 求供给系统能在短时间内使混合气加浓。在求供给系统能在短时间内使混合气加浓。在 加速工况时，发动机根据节气门位置传感器加速工况时，发动机根据节气门位置传感器 的变化速率判断发动机是否处于加速工况。的变化速率判断发动机是否处于加速工况。 图图656 加速修正系加速修正系 数数 6. 加速修正加速修正 大负荷工况时，应按功率混合气要求供给喷大负荷工况时，应按功率混合气要求供给喷 油量，目的是使发动机发出最大功率。大负油量，目的是使发动机发出最大功率。大负 荷信号由节气门位置传感器测得的节气门开荷信号由节气门位置传感器测得的节气门开 度来决定。当判断出为大负荷时，度来决定。当判断出为大

45、负荷时，ECU调节调节 喷油器的持续喷油时间，使喷油量增加。喷油器的持续喷油时间，使喷油量增加。 7. 断油控制断油控制 暂时中断燃油喷射，以满足发动机运转中的暂时中断燃油喷射，以满足发动机运转中的 特殊要求，它包括超速断油控制和减速断油特殊要求，它包括超速断油控制和减速断油 控制两种断油控制方式。控制两种断油控制方式。 （1）超速断油控制）超速断油控制 （2）减速断油控制）减速断油控制 减速断油控制条件：减速断油控制条件： 1)节气门位置传感器中的怠速开关接通。节气门位置传感器中的怠速开关接通。 2)发动机水温已达正常温度。发动机水温已达正常温度。 3)发动机转速高于某一数值。发动机转速高于

46、某一数值。 3）理论空燃比的反馈控制）理论空燃比的反馈控制 反馈控制是指借助安装在排气管中的氧传感器送来反馈控制是指借助安装在排气管中的氧传感器送来 的反馈信号，对理论空燃比进行反馈控制的方式。的反馈信号，对理论空燃比进行反馈控制的方式。 根据氧传感器的输出特性，氧传感器输出电压信号根据氧传感器的输出特性，氧传感器输出电压信号 在过量空气系数处发生跃变。微机有效地利用这一在过量空气系数处发生跃变。微机有效地利用这一 空燃比反馈信号，当混合气过稀时，排气中含氧量空燃比反馈信号，当混合气过稀时，排气中含氧量 增加；当增加到一定值时，氧传感器的输出电压突增加；当增加到一定值时，氧传感器的输出电压突

47、然降低。然降低。ECU根据这一根据这一 信号命令喷油器增加供油量，信号命令喷油器增加供油量， 使混合气逐渐变浓，直至加使混合气逐渐变浓，直至加 浓到实际空燃比略低于化学浓到实际空燃比略低于化学 计量空燃比、氧传感器的输计量空燃比、氧传感器的输 出电压再次迅速上升、出电压再次迅速上升、ECU 再次发出减少喷油量的命令再次发出减少喷油量的命令 为止。反馈控制便是如此循为止。反馈控制便是如此循 环往复地进行的。环往复地进行的。 图图657 反馈控制特性曲线图反馈控制特性曲线图 a) 混合气实际空燃比混合气实际空燃比 b)氧传感器氧传感器 输出电压输出电压 c) 喷油量喷油量 第三节电控电子点火系统

48、一、电控电子点火系统的基本工作原理 图-电控点火系统工作原理图 二、点火提前角的控制 (一)定值控制方法 1)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)发动机转速较低时(此转速值因发动机和控制系统的 不同而有所区别)。 3)当ECU系统出现故障而起用备用系统工作时。 (二)基本点火提前角冷却液温度修正系数控制方法 在一些电子控制点火系统中，发动机运行时的点火 提前角是由基本点火提前角乘以冷却液温度修正系数 来确定的。基本点火提前角是由发动机运行工况决定 的、存储在系统存储单元中的点火提前角数值。冷却 液温度修正系数是根据试验结果确定的存储在系统控 制单元中的数值。发动机工

49、作时，系统由表中查取对 应工况的基本点火提前角，根据冷却液传感器所测出 的冷却液温度值由冷却液温度修正图中查出修正系数， 将基本点火提前角乘以修正系数，其计算结果即为此 工况下发动机点火提前角的实际控制值。 (三)原始点火提前角基本点火提前角修正点火提 前角控制方法 有些发动机电子控制点火系统，采用 了原始点火提前角基本点火提前角 修正点火提前角的控制方法。原始 点火提前角为一固定值，其提前角度 是在发动机生产出来之后便有的点火 提前量，任何工况此提前角都保持恒 定。 基本点火提前角是存储在微机系统的 存储器中的数值，它是与发动机的转 速和负荷有关的一组数据。 三、通电时间的控制 图-电源电压

50、与通电时间关系曲线 四、爆燃控制 图-3爆燃反馈控制原理图 五、点火提前角的控制方式 (1)点火控制方式 曲轴位置传感器只在每个气缸工作间隔角度产生信号(四缸发动机为 (CA)，六缸发动机为(CA)，ECU以该信号发生时刻为基准， 根据预定程序的通电时间和点火时刻进行计算，求出开始通电时刻和断电时 刻，再由微机进行控制。 (2)点火控制方式 曲轴位置传感器产生(CA)的信号和(CA)的信号。 (3)点火控制方式 曲轴位置传感器产生(CA)的信号和(CA)的信号，以 ()信号为基准，按每(CA)分频，用既定的曲轴转角产生开始通电时 刻和断电时刻信号。 图-曲轴位置传感器和点火控制方式 1信号传感

51、器2、6、16曲轴位置传感器信号3曲轴位置信号(整形后) 4定时计数器5传感器7计数器8定时计数器9受光元件10 分电器 11发光元件12转子13转动盘14信号槽15信号槽 17计数器 第四节柴油机的电子控制第四节柴油机的电子控制 一、概述一、概述 柴油机的电子控制技术是在柴油机的电子控制技术是在20世纪世纪 70年代初期开始发展的，现在发达国年代初期开始发展的，现在发达国 家已从实验开发阶段进入产品推广阶家已从实验开发阶段进入产品推广阶 段，柴油机电子控制技术已在各个配段，柴油机电子控制技术已在各个配 套领域得到应用，其中汽车柴油机发套领域得到应用，其中汽车柴油机发 展最快。展最快。 二、对

52、柴油机喷油系统的控制二、对柴油机喷油系统的控制 1.转速控制转速控制 采用电子调速器代替机械调速器。采用电子调速器代替机械调速器。只只 要更换软件即可轻易变动其调速特征，也要更换软件即可轻易变动其调速特征，也 能轻易地在全程式或两极式之间转换，还能轻易地在全程式或两极式之间转换，还 能具有低、怠速恒速的特点与超速保护的能具有低、怠速恒速的特点与超速保护的 功能。功能。由于电子调速器中没有飞锤等零件，由于电子调速器中没有飞锤等零件， 因而有很高的敏感性。怠速电子控制还能因而有很高的敏感性。怠速电子控制还能 实现温度补偿。实现温度补偿。 2.对各种转速下最大喷油量的控制对各种转速下最大喷油量的控制

53、 1)转矩校正转矩校正 通过电子装置可以方便地调整柴油机的扭矩曲线，改变最大转矩值及最通过电子装置可以方便地调整柴油机的扭矩曲线，改变最大转矩值及最 大转矩时的转速。大转矩时的转速。 2)进气压力变动补偿进气压力变动补偿 用压力传感器将进气管中的压力变化转换成电信号，输入电控系统后可用压力传感器将进气管中的压力变化转换成电信号，输入电控系统后可 以及时调节喷油外特性，当因海拔升高、空滤器阻塞或涡轮增压器转速低以及时调节喷油外特性，当因海拔升高、空滤器阻塞或涡轮增压器转速低 造成气缸压力低时，自动减少喷油量，避免柴油机冒黑烟，这些情况消除造成气缸压力低时，自动减少喷油量，避免柴油机冒黑烟，这些情

54、况消除 后喷油量又自动恢复，保持原有的输出水平。后喷油量又自动恢复，保持原有的输出水平。 3)进气温度、冷却液温度与机油温度补偿进气温度、冷却液温度与机油温度补偿 当这些温度提高时，进气充量减少，为减少柴油机冒黑烟或过热，电控当这些温度提高时，进气充量减少，为减少柴油机冒黑烟或过热，电控 系统收到这些信号后就会减少喷油量。系统收到这些信号后就会减少喷油量。 4)增压柴油机进气流量补偿增压柴油机进气流量补偿 通过转速传感器和涡轮增压器出口压力传感器测得的超速、通过转速传感器和涡轮增压器出口压力传感器测得的超速、 压力信号估算出进入柴油机的空气量，根据空气量电控系统压力信号估算出进入柴油机的空气量

55、，根据空气量电控系统 实时调节喷油最大限制量。实时调节喷油最大限制量。 5)柴油机低油压保护柴油机低油压保护 当润滑油压力过低时，电控系统将柴油机最高转速限制与当润滑油压力过低时，电控系统将柴油机最高转速限制与 最大喷油量限制都适当降低，保证在此工况下运转柴油机不最大喷油量限制都适当降低，保证在此工况下运转柴油机不 出问题。出问题。 6)增压器工作状态保护增压器工作状态保护 增压器工作是否正常，可由增压器压力传感器检测出来。增压器工作是否正常，可由增压器压力传感器检测出来。 3.喷油定时的电子控制喷油定时的电子控制 这种控制除了根据柴油机转速与负这种控制除了根据柴油机转速与负 荷来确定喷油时刻

56、外，还要根据柴油荷来确定喷油时刻外，还要根据柴油 机的冷却液温度、大气压力与瞬时状机的冷却液温度、大气压力与瞬时状 态加以校正，使其性能比机械式自动态加以校正，使其性能比机械式自动 提前器优越。提前器优越。 三、对柴油机其它系统的控制三、对柴油机其它系统的控制 (1)废气再循环废气再循环 电子控制的废气再循环装置，通过闭环式电电子控制的废气再循环装置，通过闭环式电气伺服机构控制再循环阀，气伺服机构控制再循环阀， 从而能在不同工况和大气压下，精确控制再循环排气量，使柴油机排放达到从而能在不同工况和大气压下，精确控制再循环排气量，使柴油机排放达到 最优。最优。 (2)进气涡流调节进气涡流调节 直喷

57、式柴油机喷油系统和进气涡流比直喷式柴油机喷油系统和进气涡流比的匹配是十分重要的，要使柴油的匹配是十分重要的，要使柴油 机获得好性能，高速时涡流比要低，低速时涡流比要高。机获得好性能，高速时涡流比要低，低速时涡流比要高。 (3)可变几何截面涡流增压器可变几何截面涡流增压器 在设计高增压小排量发动机时，为了满足低速扭矩的要求，将增压器的匹在设计高增压小排量发动机时，为了满足低速扭矩的要求，将增压器的匹 配点设计在低速区，在高速时采用放气的办法，以防止增压压力配点设计在低速区，在高速时采用放气的办法，以防止增压压力 过高或 过高或 超速，这样高速时排气能量便不能得到充分利用，使油耗升高。超速，这样高

58、速时排气能量便不能得到充分利用，使油耗升高。 (4)可调机构的进气系统可调机构的进气系统 柴油机低负荷时，所需空气量少，过多的空气量会增加换气损柴油机低负荷时，所需空气量少，过多的空气量会增加换气损 失，使油耗升高。失，使油耗升高。 (5)暖机电子控制装置暖机电子控制装置 在冷起动时，冷却液温度不易升高，暖机时间长，在喷油量很在冷起动时，冷却液温度不易升高，暖机时间长，在喷油量很 少的低速工况下暖机时，这种缺陷尤为显著。少的低速工况下暖机时，这种缺陷尤为显著。 (6)部分停缸电子控制系统部分停缸电子控制系统 柴油机在部分负荷工作时，油耗高的部分原因是由于进、排气柴油机在部分负荷工作时，油耗高的

59、部分原因是由于进、排气 泵气损失相对增加。泵气损失相对增加。 (7)可变气门定时控制可变气门定时控制 通过控制气门定时，来调节发动机的实际排量，从而改善部分通过控制气门定时，来调节发动机的实际排量，从而改善部分 负荷运行时的经济性。负荷运行时的经济性。 四、电控燃油喷射系统的类型四、电控燃油喷射系统的类型 1.位置控制式电控燃油喷射系统位置控制式电控燃油喷射系统 这种系统的特点是不改变传统喷油系统的工作原理和结构，这种系统的特点是不改变传统喷油系统的工作原理和结构， 只是用电控装置取代机械式调速器和提前器，对直列泵的油只是用电控装置取代机械式调速器和提前器，对直列泵的油 量调节齿杆和量调节齿杆

60、和VE泵的溢流环套以及油泵驱动轴和凸轮轴的相泵的溢流环套以及油泵驱动轴和凸轮轴的相 互位置进行低频连续调节，以实现油量和定时的控制，所以互位置进行低频连续调节，以实现油量和定时的控制，所以 叫做位置控制系统。叫做位置控制系统。 位置控制式电控燃油喷射系统生产继承性强，安装方便，位置控制式电控燃油喷射系统生产继承性强，安装方便， 在西方国家已成熟并批量生产应用。但它显然只是对传统喷在西方国家已成熟并批量生产应用。但它显然只是对传统喷 油系统的初步电控化改造。由于未变更原有喷油装置，喷油油系统的初步电控化改造。由于未变更原有喷油装置，喷油 特性也未改变，因此一般不可能对喷油率和喷油压力进行调特性也