汽车发动机基本知识

关于汽车发动机基本知识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第2页,共38页，2024年2月25日，星期天发动机的组成（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、油道第3页,共38页，2024年2月25日，星期天起动系统

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。第4页,共38页，2024年2月25日，星期天

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。第5页,共38页，2024年2月25日，星期天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。第6页,共38页，2024年2月25日，星期天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。第7页,共38页，2024年2月25日，星期天曲柄连杆机构作用：

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。

第8页,共38页，2024年2月25日，星期天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工作。第9页,共38页，2024年2月25日，星期天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。第10页,共38页，2024年2月25日，星期天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第11页,共38页，2024年2月25日，星期天

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。第12页,共38页，2024年2月25日，星期天

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.

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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第14页,共38页，2024年2月25日，星期天压缩比概念：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？第15页,共38页，2024年2月25日，星期天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。第16页,共38页，2024年2月25日，星期天热膜式空气流量计

Hotfilmmassairflowsensor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。第17页,共38页，2024年2月25日，星期天长短进气歧管示意图长的进气歧管短的进气歧管第18页,共38页，2024年2月25日，星期天长短进气歧管转换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3500rpm

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:-发动机负荷高于50%-发动机转速高于3500rpm

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.第19页,共38页，2024年2月25日，星期天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,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.第20页,共38页，2024年2月25日，星期天起动加浓为什么要起动加浓？

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，[ME]控制单元使用以下传感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)[(控制器区域网络总线E级(CANE)]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.第21页,共38页，2024年2月25日，星期天起动加浓原因：

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。第22页,共38页，2024年2月25日，星期天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<λ<4.0)提供准确信号。工作原理ME-SFI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λ=1。这与Nernst浓差电池UN=450mV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O2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

第23页,共38页，2024年2月25日，星期天1Nernst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参考电压

第24页,共38页，2024年2月25日，星期天1、如果废气太稀,则UN<450mV,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<450mV；氧泵电池将氧离子泵出扩散间隙，氧离子是负离子，当负离子在另一端积聚，时，另一端的电势差会降低，测量电阻两端之间的电势差增大，测量电流Ip增大。2、如果废气太浓,则UN>450mV,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。第25页,共38页，2024年2月25日，星期天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450mV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。第26页,共38页，2024年2月25日，星期天Lambdacontrol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控制混合气变稀第27页,共38页，2024年2月25日，星期天根据以下图示，假如进气量调节系数显示的是20%，发动机正处在一种什么情况？第28页,共38页，2024年2月25日，星期天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:+0.3msME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:150kg/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(燃油喷射量).第29页,共38页，2024年2月25日，星期天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.

第30页,共38页，2024年2月25日，星期天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)节气门位置第31页,共38页，2024年2月25日，星期天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