汽车发动机原理第六章 汽油机混合气的形成与燃烧

1、l第一节第一节 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程l第二节第二节 汽油机的电控汽油喷射系统汽油机的电控汽油喷射系统l第三节第三节 电控汽油喷射空气供给系统电控汽油喷射空气供给系统l第四节第四节 燃油供给系统燃油供给系统l第五节第五节 电子控制系统电子控制系统l第六节第六节 燃油喷射的控制（自学）燃油喷射的控制（自学）l第七节第七节 汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室一、正常燃烧过程：一、正常燃烧过程： 汽油机正常燃烧过程汽油机正常燃烧过程是由定时的火花点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室的过程。将燃烧过程分为三个阶段：着火落后期、明着火落后期、明显燃烧期显燃烧期和和补燃期补燃期。1、着火

2、落后期、着火落后期 从火花塞点火到火焰从火花塞点火到火焰核心核心形成形成的阶段。的阶段。 为了提高效率，希望为了提高效率，希望尽量缩短着火落后期。为尽量缩短着火落后期。为了发动机运转稳定，希望了发动机运转稳定，希望着火落后期保持稳定。着火落后期保持稳定。2、明显燃烧期、明显燃烧期 指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段，因此也可称为火焰，因此也可称为火焰传播阶段。传播阶段。 在示功图上指气在示功图上指气缸压力线脱离压缩线缸压力线脱离压缩线开始急剧上升（图中开始急剧上升（图中2点）到压力达到最点）到压力达到最高点高点(图中图中3点点)止。止。 燃燃烧的主要时期。

3、烧的主要时期。明显燃烧期的火焰传播明显燃烧期的火焰传播 在均质混合气中，当火在均质混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向焰中心形成之后，火焰向四周传播，形成一个近似四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火焰前球面的火焰层，即火焰前锋，从火焰中心开始层层锋，从火焰中心开始层层向四周未燃混合气传播，向四周未燃混合气传播，直到连续不断的火焰前锋直到连续不断的火焰前锋扫过整个燃烧室。扫过整个燃烧室。 补燃期中，混合气燃烧速度开始降低，加上活补燃期中，混合气燃烧速度开始降低，加上活塞向下止点加速移动，使气缸中压力从点塞向下止点加速移动，使气缸中压力从点3开始下降，开始下降，在补燃期中主要是湍在补燃期中主要

4、是湍流火焰前锋后面没有完全流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混合气层继气缸壁面上的混合气层继续燃烧。续燃烧。 为了保证高的循环热为了保证高的循环热效率和循环功，应使补燃效率和循环功，应使补燃期尽可能短。期尽可能短。3、补燃期、补燃期 从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止称为补燃期。称为补燃期。 l火焰传播方式可分为火焰传播方式可分为层流火焰传播层流火焰传播和和湍流火湍流火焰传播焰传播。l1. 层流火焰燃烧速率层流火焰燃烧速率 l层流火焰层流火焰图图6-2 层流火焰与火层流火层流火焰与火层流火焰前锋面形状的关系焰前锋面形

5、状的关系 层流火焰传播速度远层流火焰传播速度远远不能满足实际发动机燃远不能满足实际发动机燃烧的要求。烧的要求。 实际发动机中的火焰传实际发动机中的火焰传播是以湍流火焰方式进行播是以湍流火焰方式进行的。的。 l层流火焰燃烧速率层流火焰燃烧速率 l燃烧速度燃烧速度(率率)是指单位时间燃烧的混合气量，是指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为可以表达为mLLFvdtdm未燃混合气密度火焰前锋面积火焰传播速度 2.湍流火焰燃烧速率湍流火焰燃烧速率 湍流是指由流体质点组成的微元气体所进行的无湍流是指由流体质点组成的微元气体所进行的无规则的脉动运动。这些由气体质点所组成的小气团大规则的脉动运动。这些由气体质点

6、所组成的小气团大小不一，流动的速度、方向也不相同，但宏观流动方小不一，流动的速度、方向也不相同，但宏观流动方向则是一致的。这种湍流运动使火焰前锋表面出现皱向则是一致的。这种湍流运动使火焰前锋表面出现皱折，强湍流运动使火焰前锋面严重扭曲，甚至分隔成折，强湍流运动使火焰前锋面严重扭曲，甚至分隔成许多燃烧中心，导致火焰前锋燃烧区的厚度增加。湍许多燃烧中心，导致火焰前锋燃烧区的厚度增加。湍流运动使火焰前锋表面积明显增大，火焰传播速度加流运动使火焰前锋表面积明显增大，火焰传播速度加快。快。 湍流强烈湍流强烈湍流较弱湍流较弱湍湍流流火火焰焰湍流火焰燃烧速率湍流火焰燃烧速率mTTFvdtdm未燃混合气密度火

7、焰前锋面积火焰传播速度 提高混合气的湍流程度是改善汽油机燃提高混合气的湍流程度是改善汽油机燃烧的有效手段。烧的有效手段。 汽油机的不规则燃烧是指在稳汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转情况下，循环变动和各定正常运转情况下，循环变动和各缸工作不均匀。缸工作不均匀。 （一）循环变动（一）循环变动指发动机以某一工况指发动机以某一工况稳定运行时，这一循环稳定运行时，这一循环和下一循环燃烧过程的和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化，具进行情况不断变化，具体表现在压力曲线、火体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功焰传播情况及发动机功率输出均不相同率输出均不相同 。 这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和点

8、火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，使汽油机性能下降。 产生这种现象的主要原因是： 1）混合气成分波动；混合气成分波动； 2）气体运动状态波动。气体运动状态波动。下列因素或措施影响或改善循环波动下列因素或措施影响或改善循环波动: ：（1）过量空气系数）过量空气系数 =0.8-0.9时循环波动最小，时循环波动最小，过浓或过稀都会使循环波动加剧。过浓或过稀都会使循环波动加剧。（2）适当提高气流运动速度和湍流程度可改善）适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性，进而改善循环波动。混合气的均匀性，进而改善循环波动。（3）残余废气系数过大，则

9、循环波动加剧。）残余废气系数过大，则循环波动加剧。（4）发动机在低负荷、低转速时，循环波动加）发动机在低负荷、低转速时，循环波动加剧。剧。（5） 多点点火有利于减少循环波动。多点点火有利于减少循环波动。（6）提高点火能量、优化放电方式、采用大的）提高点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞间隙火花塞间隙,有助于减小循环波动。有助于减小循环波动。 （二）（二） 各缸之间的燃烧差异各缸之间的燃烧差异各缸间燃烧差异称为各缸工作不均匀。各缸间燃烧差异称为各缸工作不均匀。 各缸之间的燃烧差异主要是由于燃料分配不各缸之间的燃烧差异主要是由于燃料分配不均使空燃比不一致造成的。均使空燃比不一致造成的。 影响混合

10、气分配不均匀的因素很多，总的来说，影响混合气分配不均匀的因素很多，总的来说，与进气系统所有零件的与进气系统所有零件的设计和安装位置都有关设计和安装位置都有关系，任何不对称和流动系，任何不对称和流动阻力不同的情况都会破阻力不同的情况都会破坏均匀分配，其中影响坏均匀分配，其中影响最大的是进气管的设计。最大的是进气管的设计。l汽油机的不正常燃烧是指设计或控制不当，汽油机偏离正常点火时间及地点，由此引起的燃烧速率急剧上升，压力急剧增大等异常现象。l汽油机的不正常燃烧主要是爆燃爆燃和和表面点表面点火火。1 、爆燃的外部特征、爆燃的外部特征 爆燃时，缸内压力曲线出现高频大幅度波动爆燃时，缸内压力曲线出现高

11、频大幅度波动(锯锯齿波齿波)，同时发动机会产生一种高频金属敲击声，因，同时发动机会产生一种高频金属敲击声，因此也称爆燃为敲缸。轻微敲缸时，发动机功率上升，此也称爆燃为敲缸。轻微敲缸时，发动机功率上升，严重敲缸时，发动机严重敲缸时，发动机功率下降，转速下功率下降，转速下降，工作不稳定，降，工作不稳定，机身有较大振动，机身有较大振动，同时冷却水过热，同时冷却水过热，润滑油温度明显上润滑油温度明显上升。升。（一一）爆燃（爆燃（爆震燃烧爆震燃烧 ）a)正常燃烧正常燃烧 b)爆燃爆燃2 2、爆燃产生的原因、爆燃产生的原因 末端混合气自燃末端混合气自燃 正常燃烧：正常燃烧：有明显的火焰前锋，且逐层向外传播

12、，有明显的火焰前锋，且逐层向外传播，直至燃烧完毕。直至燃烧完毕。 爆燃：爆燃：火焰前锋未到，未燃混合气的温度达到其火焰前锋未到，未燃混合气的温度达到其自燃温度而着火燃烧，形成新的火焰中心，产生新的自燃温度而着火燃烧，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播。在较大面积上多点着火，局部区域的温度火焰传播。在较大面积上多点着火，局部区域的温度压力急剧增加。这种类似阶跃的压力变化，形成燃烧压力急剧增加。这种类似阶跃的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音产生振动，发出高频振音(即敲缸声即敲缸声)，产生爆燃。，产生

13、爆燃。 （1）机件过载）机件过载（2 2）活塞、气缸和活塞环磨损加剧；活塞、气缸和活塞环磨损加剧； （3）动力性和经济性恶化）动力性和经济性恶化 ；（4）排气冒黑烟，补燃增加，排气温度）排气冒黑烟，补燃增加，排气温度 增加。增加。3、 爆燃的危害爆燃的危害 4、影响爆燃的因素、影响爆燃的因素 （1）燃料性质）燃料性质 辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。（2）末端混合气的压力和温度）末端混合气的压力和温度 末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。向增大。（3）火焰前锋传播到末端混合气的时间）火焰前锋传播到末端混合气的时间 提高火焰

14、传播速度、缩短火焰传播距离，提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，有利于避免爆燃。有利于避免爆燃。 （二）表面点火与早燃（二）表面点火与早燃 1 表面点火表面点火在汽油机中，凡是不靠电在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现沉积物等）点燃混合气的现象，统称表面点火。象，统称表面点火。表面点火时刻是不可控制表面点火时刻是不可控制。炽热表面炽热表面 2早燃早燃 指在火花塞点

15、火之前，炽热表面就点燃混指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。合气的现象。 早燃使功率下降，火花塞、活塞等零件早燃使功率下降，火花塞、活塞等零件过热。过热。图图67 汽油机早燃示功图汽油机早燃示功图 早燃会诱发爆燃，早燃会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促热表面温度升高，促使更剧烈的表面点使更剧烈的表面点火，两者互相促进，火，两者互相促进，危害可能更大。危害可能更大。各种燃烧示功图的比各种燃烧示功图的比较较 图图68 几种非正常燃烧过程的几种非正常燃烧过程的图图1、 点火提前角点火提前角 对应于每一工况都存在一个最佳点火提前角对应于每一工况都存在一个最佳

16、点火提前角，这时汽油机功率最大，耗油率最低。，这时汽油机功率最大，耗油率最低。图图69 点火提前特性点火提前特性 点火提前角过大，则大部分混合气在压点火提前角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞上行所消耗的压缩功增缩过程中燃烧，活塞上行所消耗的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降。加，发动机容易过热，有效功率下降。 点火提前角过小，则燃烧延长到膨胀过程，点火提前角过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。气温度升高，功率下降，耗油量增多。图图610 点火提前角不同时点火提前角不同时p-

17、的图的图 影响最佳点火提前角的因素较多影响最佳点火提前角的因素较多(如大气压如大气压力、温度、湿度、缸体温度、燃料辛烷值、空力、温度、湿度、缸体温度、燃料辛烷值、空燃比、残余废气系数、排气再循环等燃比、残余废气系数、排气再循环等). 传统的真空和离心调节装置只能随转速、传统的真空和离心调节装置只能随转速、负荷的变化对点火提前角作近似控制。负荷的变化对点火提前角作近似控制。 传统的点火控制装置只考虑了影响最佳点传统的点火控制装置只考虑了影响最佳点火提前角的两个因素火提前角的两个因素. 在在aa=0.80.9时，时，PePe达最高达最高值，且爆燃倾向最大。值，且爆燃倾向最大。 在在aa=1 .03

18、1.1时，时，be最低最低。 当当aa0.80.8及及aa1.21.2时，时，经济性差，经济性差，HCHC排放量增多且工作排放量增多且工作不稳定。不稳定。2、混合气浓度、混合气浓度3 3、负荷、负荷 随着负荷的减小，最佳点火提前角要提早随着负荷的减小，最佳点火提前角要提早。 4 4、 发动机转速发动机转速 转速增加时转速增加时，应当相应加大点火提前角应当相应加大点火提前角燃油配制燃油配制：l定义：通过直接或间接测量进入发动机的空气量，并按规定的空燃比计量燃油的供给量的过程。l类型：化油器式、燃油喷射式1.空燃比对发动机性能的影响空燃比对发动机性能的影响=13.514.0时，燃烧火焰出现最高值，

19、称功率功率空燃比；空燃比；=16左右时，燃烧完全，耗油率最低，称经济经济空燃比；空燃比；在在功率功率空燃比空燃比与经济经济空燃比空燃比范围内的混合气成分是汽油机常用的混合气，是发动机具有较好的使用性能。怠怠 速：很浓混合气速：很浓混合气小负荷：较浓混合气小负荷：较浓混合气中等负荷：稀混合气中等负荷：稀混合气 大负荷：加浓混合气大负荷：加浓混合气全负荷：功率混合气全负荷：功率混合气图图616 汽油机负荷变化时所需的空燃比汽油机负荷变化时所需的空燃比2.发动机各种工况对可燃混合气的要求：发动机各种工况对可燃混合气的要求：(1)稳定工况(2)过渡工况过渡工况冷起动：极浓混合气冷起动：极浓混合气暖暖

20、机：浓混合气机：浓混合气(随温度升高随温度升高混合气混合气变稀变稀)加加 速：速：及时加浓及时加浓急减速：急减速：避免混合气过浓避免混合气过浓1按喷射位置分类按喷射位置分类1）缸内喷射）缸内喷射2）进气管喷射）进气管喷射进气管喷射又分为单点喷射和多点喷射。进气管喷射又分为单点喷射和多点喷射。a) 单点汽油喷射系统结构示意图单点汽油喷射系统结构示意图 b)多点汽油喷射系统结构示意图多点汽油喷射系统结构示意图 2按喷射控制装置分类按喷射控制装置分类 汽油喷射系统分为机械式汽油喷射系统分为机械式(机电式机电式)和电控式两和电控式两种。种。3按喷射方式分类按喷射方式分类 汽油喷射系统可分为连续喷射和间

21、歇喷射汽油喷射系统可分为连续喷射和间歇喷射两种。两种。 4.按空气流量测量方法分类按空气流量测量方法分类 汽油喷射系统可分为质量流量控制的汽油汽油喷射系统可分为质量流量控制的汽油喷射系统、速度密度控制的汽油喷射系统、节喷射系统、速度密度控制的汽油喷射系统、节流速度控制的汽油喷射系统。流速度控制的汽油喷射系统。l汽油喷射供油系统的优点汽油喷射供油系统的优点： （1 1）可以对混合气空燃比进行精确控制；可以对混合气空燃比进行精确控制； （2 2）减少了进气阻力，充气效率高；减少了进气阻力，充气效率高； （3 3）可能采取较高的压缩比；可能采取较高的压缩比； （4 4）发动机冷起动性能和加速性能良好

22、，过发动机冷起动性能和加速性能良好，过渡圆滑。渡圆滑。 1.D型电控汽型电控汽油喷射系统油喷射系统原理原理：以进气管压力和发动机转速控制喷油量，速度密速度密度方式度方式。2喷油器喷油器 3进气歧管绝对压力传感器进气歧管绝对压力传感器6冷启动喷油器冷启动喷油器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 5喷油器喷油器8冷启动喷油器冷启动喷油器 10阻流板式空气流量传感器阻流板式空气流量传感器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

23、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器只电磁喷油器进行集中喷射。进行集中喷射。1一中央喷射组件一中央喷射组件 l一、空气流量计一、空气流量计l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。l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：l主流测量式和旁通测量式。主流测量式和旁通测量式。l热线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

24、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，电桥失去平衡。测量两端的电压降，即可得知桥失去平衡。测量两端的电压降，即可得知流过空气量的多少，流过空气量的多少，ECU就能确定所需空燃就能确定所需空燃比的喷油量。比的喷油量。 图图623 热线式空气流量计热线式空气流量计图图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观看动画图图625 半导体的压电

25、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、节流阀体三、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l作用：供给发动机燃烧过程所需的燃油。作用：供给发动机燃烧过程所需的燃油。l组成：燃组成：燃油

26、泵、油泵、燃油燃油滤清器、油压调节滤清器、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

27、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：作用：使油压保持在某一规定值不变，确保喷使油压保持在某一规定值不变，确保喷油压力恒定。油压力恒定。 工作原理：工作原理：当发动机工作时，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，

28、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节器3、燃油压力脉动阻尼器燃油压力脉动阻尼器 作用：作用：减小燃油压力脉动减小燃油压力脉动 。 工作原理：工作原理：燃油压力脉动燃油压力脉动阻尼器的弹

29、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 燃油压力脉动阻尼器燃油压力脉动阻尼器4、喷油器、喷油器功用：功用：喷油喷油 。 工作原理：工作原理：当当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

30、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：工作原理：当冷车起动时，电磁线圈通电，当冷车起动时，电磁线圈通电，产生磁力，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六、燃油滤清器六、燃油滤清器功用：功

31、用：清除汽油中的杂质，防止清除汽油中的杂质，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：工作原理：燃油滤清器与普通的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、传感器一、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

32、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2 曲轴位置传感器曲轴位置传感器 1）磁脉冲式曲轴位置传感器）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

33、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

34、 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644 600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，与氧传感器相似，空燃比传感器采用了二氧化锆传感器相似，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，用固体电解质

35、来测定排放气体中的氧浓度，用以检测空燃比。以检测空燃比。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、电子控制单元二、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

36、。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，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：一、一、喷油时刻的控制喷油时刻的控制 l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。l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

37、是在相对曲轴转角的固定转角处。同，但都是在相对曲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。 二、二、喷油量的控制喷油量的控制 lECU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

38、冲的宽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 l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。lECU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、进气

39、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。l 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。l1.通过通过ECU控制冷起动加浓控制冷起动加浓l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。l2.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l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续时间来

40、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 l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：l喷油持续时间喷油持续时间=基本喷油时间基本喷油时间喷油修正系数喷油

41、修正系数十电压修正值十电压修正值l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：l1. 蓄电池电压修正蓄电池电压修正l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。l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。l蓄电池电压修正通常以蓄电池电压修正通常以14V电压为基准，低于电压为基准，低

42、于14V时，增时，增加喷油时加喷油时间。间。 l2. 进气温度修正进气温度修正 l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。l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l3. 起动后喷油修正起动后喷油修正 l发动机冷车起动后数十秒内，由于发

43、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l4. 暖机加浓修正暖机加浓修正 l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

44、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l5. 加速修正加速修正 l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

45、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l6. 加速修正加速修正 l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

46、喷油量增加。l7. 断油控制断油控制l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。l（1）超速断油控制）超速断油控制l（2）减速断油控制）减速断油控制l减速断油控制条件：减速断油控制条件：l1)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。l2)发动机水温已达正常温度。发动机水温已达正常温度。l3)发动机转速高于某一数值。发动机转速高于某一数值。3）理论空燃比的反馈控制）理论空燃比的反馈控制 l反馈控制是指借助安装在排气管

47、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

48、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) 喷油量喷油量一、传统发动机常用的几种燃烧室一、传统发动机常用的几种燃烧室1. 楔型燃烧室楔型燃烧室 楔形燃烧室楔形燃烧室侧剖面为楔型侧剖面为楔型. 结构较紧凑，

49、火焰传播距离较短；结构较紧凑，火焰传播距离较短； 燃烧室气门直径较大，充气性能较好；燃烧室气门直径较大，充气性能较好；l楔形燃烧室的火花塞布置在楔形高处，楔形燃烧室的火花塞布置在楔形高处，对着进、排气门之间，有利于新鲜混对着进、排气门之间，有利于新鲜混合气扫除火花塞附近的废气；合气扫除火花塞附近的废气；l混合气过分集中在火花塞处，使得初混合气过分集中在火花塞处，使得初期燃烧速度大，工作粗暴，期燃烧速度大，工作粗暴，NOx排出排出量较高。由于挤气面积内的熄火现象，量较高。由于挤气面积内的熄火现象，废气中废气中HC的含量亦较多。的含量亦较多。 图图661 楔形燃烧室楔形燃烧室 2. 浴盆型浴盆型燃

50、烧室燃烧室浴盆形燃烧室的特点是：浴盆形燃烧室的特点是： 有一定的挤气面积，有一定的挤气面积，但挤流效果差；但挤流效果差； 火焰传播距离较长，火焰传播距离较长，燃烧速度较低，燃烧时燃烧速度较低，燃烧时间长，经济性、动力性间长，经济性、动力性不高，不高，HC排量多。但排量多。但NOx的排量较少，工艺的排量较少，工艺性好。性好。图图662汽车发动机的浴盆形燃烧室汽车发动机的浴盆形燃烧室3. 半球型半球型燃烧室燃烧室 半球形燃烧窒结构紧半球形燃烧窒结构紧凑，火焰传播距离也是凑，火焰传播距离也是最短的。气门直径较大，最短的。气门直径较大，气道转弯较小，充气效气道转弯较小，充气效率高，且对转速变化不率高，

51、且对转速变化不敏感。有较好的动力性敏感。有较好的动力性和经济性，和经济性， HC排放量排放量低。低。 缺点是由于火花塞附缺点是由于火花塞附近有较大容积，使燃烧近有较大容积，使燃烧速率大，压力升高率大，速率大，压力升高率大，工作粗暴。工作粗暴。NOx排放较排放较多。多。图图663 半球形燃烧窒半球形燃烧窒 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，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

52、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 1. 均质稀混合气的燃烧室均质稀混合气的燃烧室 1) 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

53、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665 TGP燃燃烧室烧室 图图666 TGP燃燃烧室与烧室与传统型传统型燃烧室燃烧室放热率放热率比较比较2) 双火花塞燃烧室双火花塞燃烧室 离半球形燃烧室中心离半球形燃烧室中心两边等距离处各布置一个两边等距离处各布置一个火花塞，因而火焰传播距火花塞，因而火焰传播距离仅为缸径的一半，点火离仅为缸径的一半，点火提前角可减小，提

54、高了点提前角可减小，提高了点火时混合气的压力和温度，火时混合气的压力和温度，使着火性能得到改善，燃使着火性能得到改善，燃烧持续时间缩短，提高了烧持续时间缩短，提高了发动机的性能。发动机的性能。图图668 双火花塞燃烧室双火花塞燃烧室2. 分层燃烧分层燃烧 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

55、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

56、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669 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、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

57、混火焰点燃主室的稀混合气。合气。 图图670 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671 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(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