摩托车发动机的燃油供给系统课件.ppt

第六章 摩托车发动机的燃油供给系统,1.1 化油器的功能和缺点,化油器的基本原理,化油器在提供燃油的同时，还对燃油进行定量，以适应发动机在不同工况（包括冷起动、暖机、怠速、部分负荷、加速、倒拖及全负荷等工况）下对空气/燃油混合比的各种特殊要求。化油器的功能包括两个方面：对燃油进行加工，即使燃油雾化、汽化、扩散并与空气混合，形成混合气；控制燃油定量，即控制空气/燃油混合比（简称空燃比）。对于汽油燃料，1kg的燃料完全燃烧需要14.7kg的空气，故将14.7定为汽油的理论当量空燃比。,化油器的功能,=实际吸入的空气质量/(14.7*输入的燃油质量)=空燃比/14.7 理论上，能表征混合气完全燃烧后空气过剩的程度（完全燃烧的程度）1，则空气过剩，称为稀混合气 1，则空气不足，称为浓混合气 化油器能随着发动机工况的变化自动调整，以满足对混合气的要求。但化油器在形成可燃混合气的过程中存在一定的局限性。,过量空气系数,化油器的缺点,1、燃油雾化程度受空气密度的影响 化油器可看作一个按速度型雾化器原理工作的雾化装置，它主要依靠燃油和它周围气流之间的相对速度将燃油粉碎、雾化。对于汽油这种粘度很小的液体，可以利用下式计算气流中形成的油液的最大半径：rmax10a/（A02）空气密度的降低将使气流中形成的油滴尺寸增大，即雾化情况恶化，所以车用汽油机在高原行驶时或航空汽油机在高空飞行时，由于空气稀薄，雾化受到影响。,化油器的缺点,2、空燃比受空气密度的影响 在发动机部分负荷下，化油器生成的混合气空燃比与空气密度的平方根成反比。所以，在航空发动机上随着飞行高度的增加混合气会变浓。汽车发动机在高原或在盛夏高温季节行驶时也会出现同样的问题。,化油器的缺点,3、多缸机混合气分配不均匀 各缸混合气分配不均匀包括三个方面（1）各缸混合气总量不一致；（2）各缸混合气浓度不一致；（3）各缸混合气中燃料组分不一致。各缸混合气总量的不一致不是化油器造成的，各缸混合气浓度不一致和燃料组分不一致的问题与化油器有关。,（1）在化油器之后的进气管中，燃油滴被空气流加速，使两者之间的相对速度0迅速减小，油滴的最大半径值迅速增大，油滴呈合并的趋势；（2）由于进气管流道的弯曲和气缸的交替吸气，流道中各点速度的大小和方向都不一样，而且随着时间的推移而急剧变化。已经汽化的燃油和较细的油雾，比之雾化较差的油滴更快地加速和减速。于是，进气歧管中各处混合气趋于不均匀；（3）化油器中已经汽化的燃油会凝结在进气歧管壁上；,多缸机混合气分配不均匀的原因,（4）较大的油滴会逐渐滞留在进气歧管壁上，特别是当管壁粗糙、有毛刺，或从流体力学角度来看设计不当时，情况更为严重。例如气流急转弯时混合气中油滴就可能因离心惯性力而被甩出，落在管壁上，与凝结的燃油一起形成燃油膜，积聚成小股燃油流，在气流的带动下流往气缸。这些油流只流入其中的一个或几个气缸，引起各缸混合气浓度不一致；（5）在流往气缸的过程中，油流中的易挥发组分可能比难挥发组分更多地汽化。所以流入气缸的燃油流中难挥发组分浓度较高，造成各缸混合气燃油组分不一致。化油器只能使多缸机中的一个或少数几个缸达到最佳空燃比，因而使整机的动力性、经济性和排放等恶化。,多缸机混合气分配不均匀的原因,化油器的缺点,4、负荷变动造成附加的燃油耗和排放恶化 由于化油器发动机的进气歧管壁上有燃油膜积聚。进气歧管的压力高则燃油不易蒸发，油膜增厚。反之亦然。发动机负荷增大、节气门开度增大时，由于进气歧管的压力升高，混合气中一部分燃油进入油膜，使混合气变稀。这一方面影响了发动机对变工况快速响应的能力，另一方面使油膜增厚。增厚的油膜在发动机负荷减小、节气门开度减小时因为进气歧管的压力降低而迅速蒸发，给进入气缸的混合气增添了额外的燃油，使原本应当减少的燃油量反而增多，混合气过浓，燃烧不完全，既增大了油耗，又恶化了排放。,化油器的缺点,5、体积效率较低化油器式发动机由于两种原因使得体积效率降低。首先是因为喉管使流动损失增加，降低了吸气流量。其次是因为化油器发动机中为了避免在进气歧管管壁上生成油膜而往往将进气歧管与排气岐管置于同侧，令排气歧管加热进气歧管（进气加热），这样一来降低了吸入气缸的充量的密度，进而降低体积效率。,化油器的缺点,6、化油器结冰 化油器在工作过程中有两个原因会造成降温。燃油蒸发时吸收汽化潜热喉管中流速升高，压力和温度下降 燃油汽化速率主要取决于当地的压力和气流速度。凡是压力低、气流速度高的地方，只要有足够的燃油便会因汽化而形成大的温降。,化油器的缺点,7、浮子式化油器的工作受发动机姿势的影响 浮子式化油器喉管中的燃油喷嘴出口应比浮于室中的油面高出一定高度方能正常工作。当发动机姿势偏离正常的工作位置时，化油器的工作会受到影响甚至漏油、起火。如果说在某些偏差不太大的场合，如汽车上、下坡时这种影响尚能接受的话，那么在航空发动机中当飞机作不同的飞行动作时这种影响就不能不考虑了。浮于式化油器的构造决定了它不能适应飞机在竖直平面内翻筋斗或作翻滚、大坡度爬升等飞行动作的要求。,化油器的缺点,8、发动机倒拖影响排放和油耗 当发动机被倒拖，即点火关闭、离合器接台、变速箱挂上前进档，汽车因惯性而带动发动机继续运转，借此对汽车实施制动作用时，如不采取专门措施，则化油器依旧将燃油送入气缸。这些燃油不经燃烧便从发动机排出，既增加油耗，又污染环境。,化油特性,在汽油机运行时，各工况对混合比的要求是不同的。例如:汽油机在各种转速下全负荷运 行时，节气门全开，化油器应提供适当加浓的功率混合气。空燃比=1214；当汽油机按中等负荷运行即节气门部分开度时，应有最好的经济性，空燃比=17左右；当汽油机怠速运转时，节气门接近全关，为保证稳定运转，需供给更浓的混合气，空燃比。=1012.4。理想化油器应是能全面满足上述各工况混合比特性要求的化油器。,一、理想化油器特性,理想化油器特性在满足最佳性能要求的前提下，混合气成分随负荷（或充气流量）的变化关系如图5-14所示。由图可知，随负荷增加，混合气逐渐变稀，小负荷范围内变化较陡，中等负荷范围内曲线变化较平缓，当接近满负荷时，混合气变浓。,二、简单化油器特性,图5-15为简单化油器示意图。它仅有一根由油量孔控制的主喷管，插在喉管截面最小处，由空气流经喉管时压力下降所造成的真空度将燃油吸出。该处的真空度大小取决于喉管尺寸、发动机转速和节气门开度。若发动机用简单化油器并运行怠速及小负荷时，混合气太稀；在大负荷时混合气过浓，其特性如图5-16所示。简单化油器特性与理想化油器特性差别很大，不能满足使用要求。,摩托车用化油器绝大多数为柱塞市可变喉管化油器拉线柱塞市真空自动控制柱塞市图三种化油器喉管真空度比较,三、理想化油器特性的实现,为使简单化油器特性接近理想化油器特性，必须对简单化油器进行校正。（一）主供油系的校正由简单化油器结构可知，燃料流出量单纯受喉管真空的限制。随喉管真空度增加，燃料流量增加的速率超过空气流量增加的速率，使混合气变浓。不符合理想化油器特性，因而，应采取抑制燃料流量的增长速率或增大空气流量增长速率的措施。目前最广泛采用的校正措施是渗入空气法校正系统。,图5-17为渗入空气法校正的主供油系统。它在简单化油器的基础上，在主量孔1后的主油井3中插入了通空气的泡沫管6,泡沫管上部有空气量孔5限制空气的流人，中下部有几排与主油井相通的泡沫孔2。校正的原理是:当化油器开始工作时，主喷口4处存在压差，使油井中液面上升，油井里充满燃油，而泡沫管中的液面下降，同时空气自量孔5也进人空气室，同简单化油器一样，最初供油阶段是混合气逐渐变浓。随着喉管真空度增大，泡沫管中液面继续下降至露出第一排泡沫孔，空气流入主油井3。在油井中与燃油混合，形成泡沫状燃油从主管喷出，由于空气渗入受空气量孔限制，使主量孔处的压力低于大气压力而高于喉管处压力，降低了主量孔1处的真空度，也就降低了燃油的流速和流量，使混合气变稀。相当于降低了喉管真空度的简单化油器工作情况，使化油器沿较小斜率的特性工作（图5-18中曲线1）,当喉管真空度继续增大，泡沫管液面进一步下降并依次露出第二排、第三排泡沫管时，由于空气的不断渗入，主量孔处的真空度进一步减小，使得随喉管真空度的增大，燃油流量的增长速率小于空气流量的增长速率，通过泡沫管的逐级作用，实现补偿过程。分别得到图5-18中曲线2、曲线3。采用空气量孔及泡沫管的渗入空气法，不仅可达到化油器校正的目的，而且它是以燃油混合状态喷人喉管的，还可以促进燃油的喷散与雾化。通过主供油系的校正，化油器可在部分负荷情况符合要求。,可变喉管补偿法,在摩托车用可变喉管化油器上，都在柱塞上加装一个带锥度的油针，其锥部插入喷管中。图6-26油针上升与主喷管出油口环形面积变化。,（二）满负荷加浓与怠速加浓,l、满负荷加浓发动机全负荷运行时，为获得最大功率，化油器需要提供浓的功率混合气，通常需要另设加浓系统，保证必要时加浓混合气，为了满足要求，在主量孔之后引入旁路加浓燃油，并通过主量孔一起喷入喉管，加浓量由加浓阀行程及加浓量孔控制。,加浓装置有两类，一类是机械加浓装置，它靠节气门开度位置控制加浓装置起作用。不论发动机在什么转速下工作，均在接近满负荷时才开始加浓，其开始作用点约在节气门全开前10%左右。另一类是真空加浓装置，它是当发动机转速下降或节气门开度加大，使进气管真空度减至某值后，开始实现加浓。图5-19为节气门开度、转速与进气管真空度的关系，图中示出了两类加浓装置起作用的时间。,2.怠速加浓,发动机怠速运转时，节气门开度很小，节气门之后的真空度很大，因此，设置在节气门之后的怠速油孔可保证在怠速和小负荷时获得所需的浓混合气（图5-20）,为了保证怠速油系供油延长到节气门较大的开度，使之与主油系更好地衔接，在怠速油孔之上还设有过度孔（图5-21）在主供油系上设置加浓装置和怠速油系以后，化油器便可按理想供油特性在稳态工况下工作。,（三）变工况下化油器的校正,当发动机处于变工况（加速、减速、起动）下工作时，由于节气门开度和转速的不断变化，使化油器进气管压力及温度、进气管中燃料的汽化条件、混合气数量及成分都会引起剧烈的变化，为保证发动机变工况下正常工作，化油器供给的混合气成分应能适应这种变化。,1.加速过程,加速时，节气门突然开大，油量增加滞后于空气量增加，加之进气管真空度降低，燃料汽化条件变差，使混合气成分瞬时变稀，发动机扭矩上升滞后，各点扭矩值较稳定工况下降很多，如图5-22所示，这将造成发动机动力性下降，可能会出现缺火与放炮。,为此，设置加速泵向喉管额外供应适量的加速油量。当节气门缓开时，加速泵下的燃油经进油阀返回浮子室，不起加浓作用（图5-23）。,2.起动过程,起动时，发动机转速极低，流经喉管的气流速度较低，在主喷口处油不易吸出，加之进气管温度较低，即使吸出油，油蒸气蒸发量也很少，使发动机难以起动。为此，设置起动系统，供给更多的汽油使总的混合气成分大大加浓，保证汽油机在低温下着火。图5-24所示为常用阻风门装置。,阻风门设置在喉管之前，当阻风门关闭后，化油器的喉管，混合室均处于高真空度之下，使主油系、怠速油系、加速油系都可能供油，以满足起动需要的混合气浓度。,四、化油器的结构参数对发动机性能的影响,喉管直径Dn主量孔尺寸油针锥度及粗细主喷嘴主空气量孔柱塞切角高度主喷套舌,五、汽油喷射系统理想供油特性,汽油喷射系统与化油器混合气形成方式不同。其进入气缸的混合气成分既取决于吸入空气量，又取决于喷油泵喷射的燃料量，电子控制的汽油喷射系统以发动机转速和空气量为依据。由电子控制器接受转速、空气流量、节气门开度、机器热状态及排气含氧量等传感器的信号，经处理后将控制信号输送至喷嘴，通过控制喷嘴启闭时间长短改变供油量（即控制了混合气的浓度），使喷油量兼顾到各种变化因素，可以做到随负荷变化按理想混合比供油。,1.2 汽油喷射的发展,1、二战以前1906年开始试验将汽油喷射用于二冲程和四冲程航空发动机；德国BOSCH（博世）公司在1912年进行了汽油喷射初步试验；美国空军1925年6月11日正式立项开发机械式汽油喷射装置。1933年9月，第一架装汽油喷射装置的飞机交付使用 1937年，Daimler-Benz公司的DB601A型发动机作为德国第一台汽油喷射航空发动机投入批量生产 这一时期汽油喷射以航空为主，采用机械控制；美国采用进气口喷射，德国则直接往气缸内喷射。,汽油喷射的兴起,2、二战以后，转入车用 Daimler-Benz公司1952年在300型轿车3.0L四冲程发动机上安装汽油喷射装置，获得良好结果 1955和1956年，美国人对汽油喷射汽车发动机的兴趣空前高涨。美国GM（通用汽车）公司1957年生产的Chevrolet（雪佛兰）牌轿车已将汽油喷射作为选购件向客户推出 这一时期的汽油喷射装置都是机械控制的，二冲程逐渐让位于四冲程，缸内喷射逐渐让位于进气口喷射,汽油喷射的兴起,3、电子控制阶段1957年 Bendix公司在底特律的汽车工程学会年会上正式推出了电子控制汽油喷射系统 次年，BOSCH公司开发成功D-Jetronic电子控制汽油喷射系统。该系统采用转速-密度法进行燃油定量控制 BOSCH公司1973年开发出LE-Jetronic电子控制汽油喷射系统，采用阻流板式空气流量计代替D-Jetronic的进气歧管压力传感器提供负荷信息。BOSCH公司1973年与L-Jetronic同时开发成机械-液力控制的K-Jetronic,汽油喷射的兴起,1979年BOSCH公司将点火提前角电子控制与燃油定量电子控制融为一体，开发出Motronic，并引入爆震控制、排气再循环等，以满足更趋严格的性能和排放要求，其电子控制范围覆盖整个发动机，故称为发动机管理系统。BOSCH公司在1982年开发出几个气缸合用一个喷油器的单点喷射电子控制汽油喷射系统Mono-Jetronic，1990年在这个系统中引入点火提前角的电子控制，称为Mono-Motronic,1995年上国际汽车展览会上，日本三菱（Mitsubishi）公司推出了一台采用刚获得专利的缸内汽油喷射技术的发动机。两年后，同是在上海国际汽车展览会上，三菱公司展出了采用上述技术成批生产的发动机，并定名为GDI（Gasoline Direct Injection汽油直接喷射）二冲程发动机的汽油喷射也曾在几十年前因遭遇一些困难而受到冷落。但现在澳大利亚的Orbtial（澳必托）公司提出的OCP（澳必托燃烧过程）通过采用夹气缸内直接喷射技术，为二冲程汽油喷射开辟了新的途径。,1.3 汽油喷射的分类,1、按喷油器数量分多点喷射 多点喷射系统中，每个气缸有一个专用的喷油器用于为该气缸提供汽油（见图1-3）。属于多点喷射（Multi Point Injection，缩写为 MPI）的有BOSCH的L-Jetronic、Motronic等系统。（包括进气管喷射、缸内直接喷射）单点喷射 单点喷射系统中，几个气缸共用一个喷油器生成混台气（见图1-4）。单点喷射（Single Point Injection,缩写为SPI）因喷油器在节气门体上喷油而得名节气门体喷射（Throttle Body Injection，缩写为TBI）又因各缸由一个喷油器集中供油，故又称集中喷射或中央喷射（Central Fuel Injection，缩写为CFI）。属于此类的有BOSCH公司的Mono-Jetronic和Mono-Motronic等系统,1.3 汽油喷射的分类,2、按喷油地点分喷入气缸 与柴油机一样，直接将燃油喷入气缸。这种燃油喷射又称为直接喷射（Direct Injection，缩写为DI），见图1-5喷在进气门前 喷油器装在进气管上，燃油喷在进气门前，又称进气口喷射（Port Fuel Injection，缩写为 PFI）（见图1-6）。显然只有多 点喷射才能采用上述两种喷射方式 喷在节气门上 喷油器装在节气门体上，燃油喷在节气门阀板上，用于单点喷射，即节气门体喷射（Throttle Body Injection，缩写为TBI），见图l-4。,1.3 汽油喷射的分类,3、按喷油的连续性分 连续喷射 在发动机运行过程中连续不断地喷油，如BOSCH公司的 K-Jetronic和KE-Jectronic。连续喷射不能用于直接喷入气缸。间歇喷射 此时发动机一个工作循环中只在一定的曲轴转角范围内喷油。间歇喷射既可用于多点喷射，又可用于单点喷射；既可用于喷入气缸，也可用于喷在进气门前或喷在节气门上。目前生产的汽油喷射装置几乎都采用间歇喷射。,1.3 汽油喷射的分类,4、多点间歇喷射按各缸喷油相位分 同时喷射 各缸喷油器同时喷油。此时各缸喷油相位不同。显然不能用于直接喷射。成组喷射 各缸喷油器分成若干组。同组喷油器同时喷油。组与组之间以均匀的曲轴转角间隔喷油。顺序喷射 各缸喷油器都在各自固定的曲轴相位喷油，效果最佳，这种喷射方式目前较盛行。,1.3 汽油喷射的分类,5、按汽油顺射控制方式分机械控制 通过机械装置将发动机负荷、转速、冷却液温度、进气温度、大气压力等信息传递给喷油装置以实现燃油定量控制。这类控制的精确度较差，早已被电子控制取代。电子控制 利用传感器采集发动机负荷、转速、冷却液温度等等信息，利用电子控制单元对这些信息进行分析处理,最终由电子控制单元发出指令，通过电动燃油泵、喷油器等执行器控制燃油定量。现代汽车发动机汽油喷射装置都是电子控制的。,1.3 汽油喷射的分类,6、电子控制按负荷信息传感方法分 间接传感 用转速-密度法或转速-转角法确定每循环吸气量。直接传感 用空气流量传感器直接测定单位时间吸气量，再根据发动机转速算出每循环吸气量。7、电子控制接信息处理方式分 模拟式 采用模拟电路处理数据（信息）早期用于D-Jetronic和L-Jetronic等，现已淘汰。数字式 采用数字电路处理数据，目前为电子控制汽油喷射所普遍采用,1.3 汽油喷射的分类,8、电子控制按信息流动方式分 开环控制 开环控制时ECU并不知晓执行器执行指令后的实际效果。闭环控制 闭环控制时ECU通过传感器监测指令执行后某一个特定参数的变化，并将该参数的实测值与设定值对比，在两者不一致时调整指令使之达到一致。9、闭环控制按信息反馈算法分 比例积分微分（PID）控制算法 模糊（Fuzzy）控制算法,1.4 汽油喷射的优缺点,汽油喷射本身相对于化油器系统而言，具备一系列的优点。,汽油喷射的优点,1、混合气生成的质量不受空气密度的影响2、空燃比不受空气密度的影响3、多点喷射的场合不存在多缸机混合气分配不均匀的问题4、多点喷射的场合负荷变动不会造成附加油耗和排放恶化5、多点喷射的场合，过渡工况的性能得到改善,汽油喷射的优点,6、体积效率增大7、减少了混合气生成系统结冰的危险8、汽油喷射系统的工作不受发动机姿势的影响9、发动机断油方便10、降低缸内温度11、可增大气门叠开角，实现纯空气扫气12、便于实现分层充量、稀薄燃烧,汽油喷射的优点,13、燃油定量精确14、降低油耗，延长寿命15、确定工作的转速范围大16、降低了发动机高度17、燃油定量对燃油粘度不敏感,汽油喷射的缺点,系统复杂、价格高昂、维修较难，对燃油的洁净度要求较高而且要求控制燃油的凝胶含量，否则容易堵塞喷油器，在进气门背面形成积碳。特别是中国的汽油多采用热裂催化工艺生产，烯烃含量超过30，更有必要加入清净剂。但加入过多也会使燃烧室内形成沉积物。,1.5 汽油喷射与电子控制,1、汽油喷射电子控制系统的组成 与一般的电子控制系统一样，汽油喷射电子控制系统也是由三部分组成的，即传感器，电子控制单元和执行器。,传感器 传感器的功能是将传递发动机状态信息的各种非电物理量转变成电信号输送给电子控制单元。汽车发动机燃油定量控制常用的传感器包括：负荷传感器 直接或间接测定空气流量，进而算出每循环吸气量；转速传感器 测定曲轴转速；曲轴位置传感器 测定离开第1缸上止左的曲轴转角；凸轮轴位置传感器；节气门位置传感器；冷却液温度传感器；进气温度传感器；大气压力传感器；进气歧管绝对压力传感器；空调制冷剂压力传感器；氧传感器；缸内压力传感器等。,1.5 汽油喷射与电子控制,电子控制单元 电子控制单元（Electronic Control Unit简写为ECU）的功能是分析和处理由传感器提供的发动机的各种信息，发出指令给各种执行器，借此控制发动机。早年ECU采用模拟电路技术，近年则改用数字电路技术。ECU的核心部件是模拟式或数字式微型计算机。执行器 执行器的功能是执行ECU发出的指令，完成燃油定量控制的任务。用于燃油定量控制的执行器主要包括：电动燃油泵和电磁喷油器。现代汽油机电子控制已经远远超出了汽油喷射的范围，因此汽油机电子控制所用的传感器和执行器也不止上述这些。,1.5 汽油喷射与电子控制,2、汽油机电子控制的多样性 今天已经实用化了的汽油机电子控制项目至少覆盖以下范围：燃油定量电子控制；点火正时电子控制；油箱蒸发排放电子控制；怠速转速电子控制；爆震电子控制；增压压力电子控制；排气再循环电子控制；二次空气电子控制；可变气门正时电子控制；可变进气系统电子控制；冷却风扇电子控制；空调压缩机电子控制；稀薄燃烧电子控制等。由此可见汽油机电子控制的内涵远比电子控制汽油喷射丰富。除燃油定量电子控制以外还兼有点火正时等其他电子控制项目的系统应称为发动机管理系统（Engine Management System，缩写为EMS），又称为发动机电子控制系统。,1.5 汽油喷射与电子控制,3、汽油机电子控制中的控制变量 控制变量就是ECU借以决定发出何种指令给执行器的变量，例如汽油机的负荷、转速、冷却液温度、进气温度、进气压力等参数。一般说来每个传感器都提供一种控制变量的信息。汽油机电子控制系统众多的控制变量中，有两个控制变量最为重要，称为主控制变量，即发动机的负荷和转速。其他控制变量称为辅助控制变量 在汽油机中，每循环吸气量代表了负荷的大小。而在已知发动机转速的情况下，可以根据单位时间的吸气量算出每循环吸气量。通常将进入发动机的空气流量当作负荷信息。,1.5 汽油喷射与电子控制,发动机电子控制的基本过程：电子控制单元ECU根据由传感器提供的主控制变量的信息确定基本喷油量和基本点火提前角等，然后根据其他辅助控制变量如冷却液温度、进气温度等的信息对基本喷油量和基本点火提前角进行修正，得出最终的喷油量和点火提前角等数据，并根据这些数据发出指令给执行器，对发动机实施控制。辅助变量的作用：（1）提高控制精度，例如冷却液温度、进气温度、大气压力、蓄电池电压等；（2）通过闭环控制实现某个预定的目标，例如氧传感器提供的关于混合气中是氧过剩（称为稀混合气）还是燃油过剩（称为浓混合气）的信息、爆震传感器提供的爆震信息等；（3）实现过渡工况控制，例如节气门位置等。,1.5 汽油喷射与电子控制,4、汽油机电子控制系统中的信息流动过程,1.5 汽油喷射与电子控制,5、汽油机电子控制系统的作用 电子控制系统不能改变发动机的工况。只有驾驶员或发动机运行的外部环境条件才能改变发动机的主控制变量进而改变发动机工况。例如通过改变节气门的开度来改变空气流量，可以改变发动机工况。又如汽车由平路驶向上坡，在其他条件不变的情况下发动机转速会下降，也改变了发动机工况。,1.5 汽油喷射与电子控制,6、汽油机电子控制的优越性 相对于机械控制而言，汽油喷射电子控制具有无与伦比的优越性，这些优越性同样体现在整个汽油机的电子控制中：l）控制元件引起的偏差较小 控制元件的尺寸和性能偏差会使控制精度下降。在机械控制的场合，控制元件的机械加工尺寸偏差和磨损造成的尺寸偏差都会带来较大的控制偏差。可是电子控制元件的性能偏差相对较小,而且不存在磨损问题，所以电子控制元件带来的偏差较小。2）控制精细 控制装置对转速、负荷等工况参数的分辨率高，因此电子控制比机械控制精细。,1.5 汽油喷射与电子控制,3）对一个工况的优化控制不影响对其他工况的优化控制 化油器的性能参数是连续的，选择化油器结构参数时如果照顾到发动机低速性能就可能难以照顾到高速性能。化油器在各种工况下实际达到的空燃比不可能与发动机在该工况下要求达到的最佳空燃比完全一致。因此，不可能在所有工况下都实现空燃比的最佳控制。在机械控制汽油喷射系统中也有同样的问题。但是，在数字式电子控制的场合，不同工况下的控制数据贮存在计算机的各个存贮单元中，它们是孤立的、离散的互不相关的，因此对每一个工况都可以实现最佳控制。4）可以考虑更多的控制变量 电子元件传感器可以从发动机提取几乎全部的状态信息供ECU处理。这使汽油机电子控制比机械控制具有更高的精度和更强的功能。,1.5 汽油喷射与电子控制,5）可以执行更多的控制项目 与传感器在发动机状态信息的探测方面给电子控制带来优越性一样，电子控制系统的执行器也带来很大的优越性，它们可以执行机械执行机构很难甚至无法执行的许多任务，例如怠速转速电子控制、爆震电子控制、可变进气系统电子控制等。6）可以实现闭环控制 发动机控制的任务就是根据发动机当时的工况来调节一系列参数使之优化。而闭环控制则可将发动机某一特定参数调节到预定目标值。机械控制的场合，如果说发动机工况参数的信息可以通过机械控制装置对执行机构产生影响的话，那么这种影响对发动机产生的结果却难以反馈给机械控制装置。而电子控制系统借助于传感器，很容易将执行器指令执行结果的信息反馈给控制装置，形成闭环控制。,1.5 汽油喷射与电子控制,7）响应迅速 任何机械装置都有间隙和惯性，流体都有摩擦，特别是气体还有可压缩性。所以涉及机械和流体的控制系统往往会产生信息传递和处理的迟延。这种迟延虽然极其短暂，却是存在的，有时会产生不良影响。例如化油器中的泡沫管可以抑制在从怠速进入部分负荷时混合气变浓的现象，但负荷突然加大之初泡沫管就来不及发挥作用。电子控制系统则不同，因为它的信息传递过程瞬息完成。,1.5 汽油喷射与电子控制,化油器和电控汽油喷射在混合气形成方式的优缺点的比较,1）汽油喷射系统用电脑控制，通电时间计算准确，并在油量计量中进行包括空气流量、转速在内的多因素修正，提高了油量计量与控制的精度。2）供油系统采用正压力输送及喷射，雾化质量好，改善了燃烧过程，有利于提高整机经济性。3）电控技术的应用有利于改养瞬态响应性能，实现反馈控制，这对改善整机加速性能及排放性能都是有利的。4）采用多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性，避免燃油在进气管中沉积。5）取消了化油器喉管，提高了充气效率，有利于改善整机动力性。,5.5 汽油机的燃烧室,一、燃烧室设计原则汽油机燃烧室的设计对发动机动力性、经济性、工作稳定性及排 放特性有很大影响，为此，燃烧室的设计应满足以下要求。（一）结构尽量紧凑用燃烧室的面容比燃烧室表面积与其容积之比来表征燃烧室 的紧凑性。面容比小，燃烧室结构紧凑，火焰传播距离短，燃烧可在短时间内完成、使爆燃倾向减小，还可以提高发动机压缩比。同时，由于单位体积的表面积较小，相对散热面积小，热损失减小，发动机热效率高，面容比小，使缸壁激冷区减小，hc排放量减少。燃烧室面容比大小取决于气缸直径与然烧室的形状，在采用小燃烧室情况下，为减少单位体积的表面积，多用半球形燃烧室。,（二）火花塞位置适当火花塞位置不同，火焰传播距离和燃烧速度的变化率也不同，从而影响汽油机的工作性能，为此，确定火花塞位置时，应考虑以下几个方面：1）应使火焰传播距离短，如火花塞布置在燃烧室中央。2）使末端气体受热减少，如火花塞布置在排气门附近。3）减少各循环之间的燃烧变动，保证暖机和低速稳定性好，如火花塞布置在进、排气门之间，便于利用新鲜混合气扫除火花塞周围的残余废气，使混合气易于点燃，同时应控制气流的强度，避免吹散火花。4）确保发动机运转平稳，火花塞的位置应能使从火花塞传播开的火焰面逐渐扩大。,（三）燃烧室形状合理分布燃烧室的容积分布情况反映了混合气体的分布情况。与火花塞位置相配合，决定了燃烧的放热规律、压力上升速度及工作稳定性等，用不同形状的燃烧室试验结果如图5-25所示。当圆链形燃烧室在其底部点火时，燃烧速率先快后慢，楔形燃烧室与此类似，在圆链形燃烧室顶部点火时，燃烧速率先慢后快，圆柱形的情况介于两者之间，浴盆形燃烧室与此类似。总之，燃烧室的容积分布应配合火花塞的位置考虑，最有利的分布是使燃烧过程初期压力升高率较小，发动机工作柔和，中期放热量最多，以获得较大的循环功。后期补燃铰小，具有高的热效率。,（四）具有高的充气效率,进气口、进气道的布置尽量减小进气阻力，提高进气充量。燃烧室的形状应考虑允许有较大的进气门直径，如果楔形燃烧室可安排直径较大的进气门，混合气流经处应尽量光滑、转弯少，图5-26为半球形和斜浴盆形燃烧室充量系数的比较。半球形燃烧室的进气通道弯道少，且燃烧室弓高稍高（斜面积大）利于布置较大面积的进排气门，因此性能好，充量效率高。,（五）形成适当的紊流运动,燃烧室内形成适当强度的气体流动可以加快火焰传播;增加末端混合气的冷却；减少循环 间燃烧变动，扩大混合气体着火界限，利于燃烧更稀混合气;减少hc排放量，但紊流过强，向 缸壁传热损失增加，还可能吹熄火核而失火，反而使hc排放增多。图5-27所示为紊流适宜和紊流过强时燃烧压力变化的比较。可见，紊流过强时，即使点火提前角减小，压力升高率仍较高，使工作粗暴，热效率降低。实践证明，紊流强度使压力升高率为196-245(千帕/度）时，发动机热效率最高。,汽油机产生紊流的方法有进气涡流和挤流两种。1 进气涡流进气涡流是利用进气口和进气道的形状在进气过程中造成气流绕气缸中心线的旋转运动，由于进气涡流加快了火焰传播速度，提高了燃烧速率，使热效率提高。图5-28所示为天津7100轿车用发动机组织进气涡流的实例。组织进气涡流的同时会使进气阻力增加，充气效率下降，在低速低负荷时难以获得良好的进 气涡流。故只依靠进气涡流的燃烧室非常少，通常配合组织进气挤流。,2 挤流挤流是当活塞接近压缩行程终点时，利用其顶部和缸盖底面之间的狭小间隙(称挤气间 隙）将混合气挤入主燃烧室内而产生，可利用燃烧室形状来控制涡流的大小和发生位置以及 在燃烧室内扰动的形成及其强度。图5-29为挤流式燃烧室。压缩挤流的最大速度出现在压缩行程上止点前，因而加快了速燃期内的火焰传播，使燃烧迅速，同时离火花塞最远的边缘气体因受两个冷表面的影响，容易散热，对抗爆性有利，但挤气间隙过小时会增加hc排放量。一般挤气涡流不会引起充量系数下降，且可在节气门开度小时获得良好的紊流效果。,小结：,发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。对燃烧过程的基本要求是完全、及时、正常。汽油机的燃烧过程分为着火落后期、明显燃烧期、补燃期。为提高发动机动力性、经济性，且工作柔和，希望压力升高率p=175250kpa/（），燃烧最高压力Pzmax出现在上止点后1215曲轴转角内。燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量。它与火焰前锋面积、未燃混合气密度、火焰传播速度等因素有关。增大火焰传播速度（即加强燃烧室内的紊流运动、混合气的过量空气系数at=0.850.95、增加混合气的初始温度）、合理利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置的配合、增大未燃混合气密度，均可提高燃烧速度。,汽油机的不规则燃烧是指各循环间的燃烧变动和各缸间燃烧差异。由于这些差异使汽油机功率下降，油耗率上升。汽油机的不正常燃烧包括爆燃和表面点火。爆燃是末端混合气的自燃现象。严重爆燃时会产生尖锐的金属敲击声，使发动机机件过载、烧损、性能指标下降。发动机低速大负荷时容易爆燃。表面点火是混合气被炽热表面点燃的现象。早燃是火花塞点火前的表面点火现象，早燃使发动机性能指标下降，运转粗暴增加。汽油机混合气形成的方式主要有两类：一类是化油器式，另一类是汽油喷射式。它们在结构与供油方法上有所不同，但它们都属于在气缸外部形成混合气，都是依靠控制节流阀开闭来调节混合气数量的。,