第二章车用发动机

1、第二章 车用发动机,本章基本内容及要求,了解车用发动机的分类 掌握车用汽油机与柴油机的主要区别（结构、工作原理、性能、用途） 掌握电控燃油喷射系统的分类、组成和工作原理 掌握汽油机点火系统的组成和工作原理 掌握若干相关的重要概念 车用发动机新技术索引,2.1 车用发动机的分类,普通型车用发动机 汽油机 柴油机 新能源发动机 LPG、CNG、LNG、双燃料、甲醇裂解燃料、乙醇裂解燃料、乙醇重整燃料、二甲醚（DME）、生物燃料、原油 新型车用发动机（动力系统） ZEV：Zero-Emission vehicle FCEV：Fuel Cell Electric Vehicle HEV：Hybrid

2、Electric Vehicle 太阳能:,车用发动机,2.2 四冲程汽油机工作原理,内燃机的整个工作过程是有若干个工作循环组成的； 一个工作循环包括：,以p-v示功图（内燃机工作过程中，气缸容积与缸内气体 压力的变化关系），说明内燃机的工作原理,2.3 车用汽油机总体构造,曲柄连杆机构 配气机构 供给系 点火系 冷却系 润滑系 起动系,车用汽油机,车用柴油机,四 系 二 机 构,2.4 汽油机燃料供给系,1.可燃混合气浓度的表示方法 空燃比A/F （AF） 质量空燃比 (m/m) 体积空燃比(v/v) 过量空气系数,柴油：14.5 汽油：14.8 NG：16.75,柴油：84.2 汽油：58

3、.4 NG：9.52,2.4 汽油机燃料供给系,2.4 汽油机燃料供给系,=1 理论混合气 1 稀混合气 1 浓混合气 =0.4 着火上限 =1.4 着火下限,与AF的数值 对应关系,2.4 汽油机燃料供给系,汽油机燃料供给系统发展历程,化油器 Carburetor,电控燃油喷射EFI Electronic Fuel Injection,汽油直接喷射GDI Gasoline Direct Injection,1893-1995-2001.9；机械； AF：11-18,1957-美- Bendix ；1967-德- Bosch 至今； 电控；AF：14.7,1952-德- Bosch；1996-

4、日-Mitsubishi、Toyota、大众、Ford、Benz； 分层-超稀薄；AF：13-40,2.4 汽油机燃料供给系,2.电控燃油喷射系统-EFI EFI的优点（与化油器相比） 能实现各稳定工况的最佳AF控制 充气效率高，动力性好 油耗低、有害排放低 起动容易，过渡工况性能良好 为其它新技术的进一步应用提供了可能,2.4 汽油机燃料供给系,EFI概况 1957年，美Bendix发明； 德Bosch公司购买其专利生产 EFI的核心：以ECU为控制中心，以多个传感器检测到的发动机参数为基础，按ECU控制程序闭环控制喷油量，从而得到各种工况的最佳AF 目前，所有的汽油发动机均采用了EFI,2

5、.4 汽油机燃料供给系,EFI分类 按喷油器数量分： 单点喷射（SPI）多点喷射（MPI） 按喷射方式分： 连续喷射间隙喷射 按喷射时序分： 同时喷射逐缸（次序）喷射分组喷射,2.4 汽油机燃料供给系,按喷射部位分： 向进气歧管内（朝进气门）喷 向缸内喷（GDI） 按控制方式分： 机械控制（K-Jetronic） 机械电子控制（KE-Jetronic） 电子控制（EFI）,D-EFI L-EFI LH-EFI MONO-EFI,2.4 汽油机燃料供给系,典型EFI系统介绍（三大类） 机械控制汽油喷射系统（ K-Jetronic ）,2.4 汽油机燃料供给系,K-Jetronic要点： 德Bos

6、ch公司1967年生产 两大特点： 以机械液力方式控制混合气的调节和配制 采用定压多点连续喷射 应用情况： Benz 200系列、一汽Audi 100五缸机、 Audi 2001B,2.4 汽油机燃料供给系,机械电子控制汽油喷射系统（ KE-Jetronic ）,2.4 汽油机燃料供给系,KE-Jetronic要点： 德Bosch公司1982年生产 主要特点： 机械液力控制+电子开环或闭环控制 应用情况： Benz 380sel、500sl、190E、 Audi 400S,2.4 汽油机燃料供给系,电子控制汽油喷射系统（ EFI） D-EFI（D-Jetronic）,2.4 汽油机燃料供给系,

7、主要特点： 电子控制多点间隙分组喷射脉宽控制 以发动机进气管压力和转速作为基本控制参数，控制基本循环喷油量 结构简单、工作可靠。但控制精度稍差（开环） 应用情况： 最早（1967年） 目前汽车上使用的是改良型（闭环）的D-Jetronic Volkswagen 1600、Benz 250CE、280SE、 TOYOTA HIACE、CROWN、CAMRY、ACCORD ,2.4 汽油机燃料供给系,L-EFI,2.4 汽油机燃料供给系,主要特点： 电子控制多点间隙分组喷射脉宽控制 以发动机进气量和转速作为基本控制参数 采用翼子板 （叶片）式空气流量计，精度较高 应用情况：（主要用在中低档车上）

8、广泛被欧洲、日本汽车公司采用 如： 德BMW、OPEL（奥贝尔、欧宝） 意ALFA ROMEO、FIAT 法RENAULT 日TOYOTA、NISSAN、MAZDA,2.4 汽油机燃料供给系,LH-EFI（L-EFI的变型系统）,2.4 汽油机燃料供给系,主要特点：(与L型不同之处) 电子控制多点间隙分组喷射脉宽控制 采用热线式或热膜式空气流量计，测量精度高 采用大规模数字集成电路，运算速度快、控制范围广，功能更完善 应用情况：（主要是中高档轿车） 德BENZ 600SE 瑞VOLVO 240系列 日NISSAN、MAZDA 626、LS400（凌志）,如怠速控制、 传感器闭环排放控制,2.4

9、 汽油机燃料供给系,SPI TBI系统 GM公司 CFI系统 FORD公司 ECI系统 MITSUBISHI公司 Mono-Jetronic BOSCH公司,典型的SPI有,Throttle Body Injection 节气门体(燃油)喷射,Center Fuel Injection 中央燃油喷射,Electronically Controlled Injection,2.4 汽油机燃料供给系,主要特点： 用一个或二个安装在节气门体上的喷油器，向节气门前方进气管喷 控制原理与多点喷射系统相似 喷射压力低(0.1MPa左右)，对燃油系统要求低 性能上优于电控化油器但不及MPI 应用情况：（主要

10、用在中、普及型轿车上） 美GM 塞维利亚V8 FORD 马克7型V8 CHRYSLER 帝国L4 日TOYOTA 光冠L4 MITSUBISHI 华丽格兰特L4,2.4 汽油机燃料供给系,Motronic （Bosch-M型）,2.4 汽油机燃料供给系,主要特点： L-EFI + 电子点火系统（一个ECU同时控制两个系统） 具有良好的起动性、怠速稳定性、加速性、经济性、排放性（含传感器闭环控制、超速运转切断供油、发动机输出扭矩动态控制、爆震控制、EGR、排温监视等） 应用情况：（主要用在高级轿车上） 美FORD 日TOYOTA、NISSAN 德Audi 五缸20气门、 Audi V8 / 32

11、气门 BMW535i,2.4 汽油机燃料供给系,EFI系统的组成及其主要装置,2.4 汽油机燃料供给系,空气供给子系统 作用 向发动机提供最佳空燃比所需的洁净空气。 组成,2.4 汽油机燃料供给系,*空气流量传感器AFS（Air Flow Sensor）,间接测量法,直接测量法,2.4 汽油机燃料供给系,翼片式AFS 组成: 工作原理:,2.4 汽油机燃料供给系,主要特点: 结构简单、工作可靠 测量精度恒定（不随测量板转角而变化） 有一定的进气阻力，动态响应慢、易磨损 所测量的是空气的体积流量，需对温度和压力进行修正 应用情况: 中、低档轿车（L-EFI上）,2.4 汽油机燃料供给系,Karm

12、an涡流式AFS 组成: 工作原理:,2.4 汽油机燃料供给系,主要特点: Karman涡流频率的检测方式有反光镜式和超声波式两种 信号反应快 所测量的是空气的体积流量，需对温度和压力进行修正 应用情况: 中、高档轿车（LH-EFI上），现少用！,2.4 汽油机燃料供给系,热线式AFS 组成: 铂金热线电阻RH 温度补偿电阻Rc 精密电阻RA 电桥（高阻值）电阻RB 控制电路（混合电路）,2.4 汽油机燃料供给系,工作原理: 流经的空气质量流量 被带走的热量 ，此时电桥失去平衡 必须 通过RH的电流IH。即,再通过RA转变为电压降，并作为电压输出信号传给ECU,2.4 汽油机燃料供给系,主要特

13、点: 结构简单 进气阻力小、响应快、测量精度高 所测量的是空气的质量流量，无需进行温度和压力修正 ECU中设有“自洁电路”（发动机熄火后，自动将铂热线加热至1000，并维持1s2s，烧掉沾附在铂热线上的灰尘，维持高的测量精度） 应用情况: 中、高档轿车（LH-EFI上） 应用越来越广泛,2.4 汽油机燃料供给系,热膜式AFS 结构和工作原理： 与热线式AFS基本相同。只是将热线换成热膜 （由发热金属铂固定在薄的树脂上制成） 主要特点: 使用寿命比热线式长 不会被空气中的灰尘 所沾附,2.4 汽油机燃料供给系,燃油供给子系统 作用 向发动机供给燃烧所需的汽油 组成 电动燃油泵* 滤清器 燃油压力

14、调节器* 喷油器* ,2.4 汽油机燃料供给系,*电动燃油泵 作用: 提供0.20.3Mpa的汽油 结构与工作原理: 滚柱泵 齿轮泵 涡轮泵 双级泵,2.4 汽油机燃料供给系,*燃油压力调节器 作用: 保证喷油器喷油压力与进气管压力之差为恒定值。 结构：,2.4 汽油机燃料供给系,工作原理： P+pxF 时： 阀开 回油 油压 P+pxF 时： 阀关 回油量 油压 P+px= F 时： 阀开度一定，油压恒定。,2.4 汽油机燃料供给系,作用：根据ECU指令将汽油在恒 压下（0.25Mpa）定 时、定量地以雾状喷入进 气门上方的进气管中 结构：电磁/轴针式 注意：每缸一个 为一次性使用，不可拆！

15、,主喷油器,还有球阀式和片阀式结构,*喷油器分为主喷油器 & 冷起动喷油器,2.4 汽油机燃料供给系,作用：冷起动时，额外加大喷油量，使混合气变 浓，改善冷起动性能 结构： 注意：只有一个！安装在总进气管上、节气门后方 由热限时开关控制,一般持续10s。水温 加浓时间,2.4 汽油机燃料供给系,电子控制子系统 作用 检测发动机工作状况，精确控制喷油量、喷油正时和点火正时 组成 传感器* ECU* 执行器* ,2.4 汽油机燃料供给系,空气流量传感器AFS（Air Flow Sensor） 进气歧管压力传感器MAP（Manifold Absolute Pressure） 曲轴位置传感器CPS（C

16、rankshaft Position Sensor） 节气门位置传感器TPS（Throttle Position Sensor ） 转速传感器SP（Speed） 水温传感器CTS（Coolant Temperature Sensor ） 进气温度传感器ATS（Air Temperature Sensor ） 氧传感器 车速传感器VSS（Vehicle Speed Sensor） 爆震传感器KS（Knock Sensor）,2.4 汽油机燃料供给系,中央处理器（CPU） 随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 输入、输出回路 输入/输出接口（I/O）,2.4 汽油机燃料供给系,电动燃油泵FP

17、（Fuel Pump） 油压调节器 电磁喷油器 怠速空气调节器IAC（Idle Air Controller） 废气再循环EGR（Exhaust Gas Recirculation） 点火器,2.5 汽油机点火系,1. 点火系的作用 点燃混合气 点火顺序必须满足汽油机的工作顺序 点火时间（ ）必须满足汽油机不同工况的要求,关键：如何才能点燃混合气？思考,2.5 汽油机点火系,2. 点火系分类,2.5 汽油机点火系,3.传统蓄电池点火系的工作原理,2.5 汽油机点火系,关键知识点：（2个） 点火能量的影响因素（8个方面） 自感电流 ！容电器的作用？ 发动机转速 点火线圈温度 ！热敏电阻的作用？

18、断电器张开间隙,-提高次级电压 -保护断电触点不被烧蚀,保持任何转速下初级电流的基本稳定,2.5 汽油机点火系,发动机缸数 蓄电池（电瓶）电压 火花塞积炭 其它 如：断电器凹凸不平、火花塞间隙等,检查方法：走“吊火”,与“触点”关系密切,2.5 汽油机点火系,点火提前角 何谓点火提前角？ 在压缩过程中，当火花塞跳火时，活塞顶部距上止点之间的距离所对应的曲轴转角。 点火提前角需要多大？ 过大：？ 过小：？ 合适 的应是：使 出现在上止点后1015CA,2.5 汽油机点火系,的影响因素（3个） 转速 n n 离心式点火提前角自动调节装置 负荷 Pe n一定， Pe ？ 节气门开度一定， Pe ？ 汽油的品质（辛烷值） 辛烷值 抗暴性 辛烷值效正器,真空式点火提前角自动调节装置,2.5 汽油机点火系,离心式点火提前角自动调节装置,2.5 汽油机点火系,真空式点火提前角自动调节装置,2.5 汽油机点火系,4. 电子点火系,2.5 汽油机点火系,5. 微机控制的电子点火系(MCI),2.6 车用发动机新技术索引,先进热机技术,新能源技术,新型动力系统,燃烧控制技术 燃料供给技术 进排气技术 电控点火技术 智能化技术,气体燃料 含氧燃料 生物燃料 氢,电力推进 混合动力 燃料电池 风帆动力系统,2.