汽車知識第四章PPT課件

1、4.1 發(fā)動機概述v汽車發(fā)動機的分類：v將熱能轉(zhuǎn)變成機械能的發(fā)動機叫熱力發(fā)動機，熱力發(fā)動機根據(jù)燃料在機外還是機內(nèi)燃燒，又分為外燃機和內(nèi)燃機兩種，蒸汽機是典型的外燃機。內(nèi)燃機根據(jù)其將熱能轉(zhuǎn)變成機械能的主要構(gòu)件的形式，可分為活塞式內(nèi)燃機和燃氣輪兩大類?；钊絻?nèi)燃機按活塞運動的方式，又可分為往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種，現(xiàn)代汽車發(fā)動機就是往復(fù)式內(nèi)燃機。v汽車發(fā)動機根據(jù)所用燃料的不同分為汽油發(fā)動機（汽油機）、柴油發(fā)動機（柴油機）、和其他燃料發(fā)動機三種。v發(fā)動機在工作過程中產(chǎn)生大量的熱需要冷卻，根據(jù)冷卻方式的不同，發(fā)動機可分為水冷式和風(fēng)冷式兩種。v發(fā)動機有單缸和多缸之分。用于汽車的發(fā)動機缸數(shù)一般為偶數(shù)，偶數(shù)缸

2、各缸之間的慣性力容易平衡，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性好，振動小。v根據(jù)汽缸的不同結(jié)構(gòu)，又可以分為立式內(nèi)燃機、臥式內(nèi)燃機、直列式內(nèi)燃機、V形內(nèi)燃機、對置汽缸式內(nèi)燃機和斜置式內(nèi)燃機等。汽車發(fā)動機的組成v發(fā)動機是由許多零部件件和總成組成的復(fù)雜機器。按功能將七零部件分成若干機構(gòu)和系統(tǒng)，各種發(fā)動機大至有相同的總體結(jié)構(gòu)，都是在一個機體上安裝一個機構(gòu)和六大系統(tǒng)：一個機構(gòu)是曲柄連桿機構(gòu)；六大系統(tǒng)包括換氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)。v曲柄連桿機構(gòu)承載著組織燃燒、把熱能轉(zhuǎn)變成機械能的重要任務(wù)，將活塞的往復(fù)式運動轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運動，又是其它總成和零部件的安裝基礎(chǔ)，是發(fā)動機最主要的部分。曲柄連桿機構(gòu)包括曲軸、

3、連桿、活塞、缸體、缸蓋、飛輪等總成。v換氣系統(tǒng)的作用是與曲柄連桿密切配合，準時打開或關(guān)閉進、排氣門，將可燃混合氣及時充入汽缸，并將廢氣及時排出機體。配氣機構(gòu)包括正時齒輪、凸輪曲、挺桿、推桿、插臂、搖臂軸、進氣門和排氣門。v燃油系統(tǒng)包括汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器、空氣濾清器、進去管、排氣管、消聲器等。帶有電噴系統(tǒng)的發(fā)動機用電控汽油噴射系統(tǒng)替代化油器。v點火系統(tǒng)的功用是準確及時地讓火花塞產(chǎn)生足夠能量的點火花，以點燃汽缸中的壓縮可燃混合氣。傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)有蓄電池、發(fā)電機、斷電器、分電器、點火提前調(diào)整裝置、點火線圈、高壓導(dǎo)線、火花塞等總成組成。電子點火系統(tǒng)用電控單元替代了機械式的斷電器、分電器

4、和點火提前調(diào)整裝置。v冷卻系統(tǒng)的功用是把燃燒室和汽缸周圍的熱量帶走并散到大氣中去，以保持發(fā)動機在正常的溫度下工作。主要總成有水泵、散熱器、風(fēng)扇、節(jié)溫器以及散布在氣缸體、氣缸蓋內(nèi)的儲水空腔水套。風(fēng)冷式發(fā)動機的冷卻系只有風(fēng)扇、導(dǎo)流罩及鑄在缸體和缸蓋上的散熱片。v潤滑系統(tǒng)的功用是將潤滑油用壓力輸送到具有相對運動的零件表面之間，以減少它們之間的摩擦，減少機件的磨損。潤滑系主要由潤滑油、油底殼、機油泵、集濾器、機油濾清器、潤滑油道等組成。v啟動系統(tǒng)包括啟動機和控制電路，其作用是使靜止的發(fā)動機啟動并轉(zhuǎn)入正常運轉(zhuǎn)。v單缸四沖程汽油機：火花塞、氣缸蓋、凸輪軸、機體、進氣道、汽缸、活塞、曲軸、曲軸皮帶、傳動鏈輪

5、、連桿、氣門、凸輪軸齒輪等組成。v汽油機是一種使汽油和空氣的混合物在其汽缸內(nèi)部燃燒產(chǎn)生熱能，并講熱能轉(zhuǎn)換為機械能的動力裝置。車用汽油機通常為四沖程汽油機。曲柄連桿機構(gòu)v曲柄連桿機構(gòu)按其結(jié)構(gòu)特點可分為機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。發(fā)動機組件是發(fā)動機的骨架，大部分零部件和附件都安裝其上，它由機體、汽缸、汽缸蓋、汽缸墊、油底殼等組成。發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的作用是將活塞頂?shù)娜細鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍霓D(zhuǎn)矩，輸出機械能，它由曲輪組和活塞連桿組成。v空燃比與發(fā)動機性能的關(guān)系 空燃比是指可燃混合氣中空氣與燃料的質(zhì)量之比。1、理論空燃比 理論上1kg汽油完全燃燒所需要的空氣為14.7kg，所以把空燃比為14.7：1的

6、混合氣體稱為標準混合氣，14.7：1被稱為理論空燃比。2、經(jīng)濟空燃比 經(jīng)濟空燃比的范圍是1618：1，混合氣體的空燃比在此范圍內(nèi)時，汽油機的燃油消耗率最低，具有最佳的經(jīng)濟性。4.2 汽油機的燃油供給v功率空燃比v功率空燃比是指在一定轉(zhuǎn)速下，能使發(fā)動機發(fā)出最大功率的空氣與燃料的質(zhì)量比。功率空燃比范圍1213：1。具有功率空燃比的混合氣是較濃的混合氣，點火時燃燒速度快。傳統(tǒng)的化油器式燃油供給系統(tǒng)v傳統(tǒng)化油器供油方式的基本工作原理：由于活塞的下行，在化油器的喉口處形成一定的真空度，在真空度的作用下，汽油從化油器的浮子室內(nèi)被吸出，并在喉口處的高速氣流所霧化。在進氣管內(nèi)與空氣進一步混合，然后一同進入汽缸

7、。v化油器供油方式由它的五大供油裝置實現(xiàn)不同工況的空燃比：v啟動裝置：當(dāng)汽油機啟動時，供給特別濃的混合氣，確保順利啟動；v怠速裝置：當(dāng)汽油機怠速或小符合運轉(zhuǎn)時，供給較濃的混合氣，使汽油機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；v主供油裝置：當(dāng)汽油機在中等負荷工作時，供給最經(jīng)濟的混合氣，使中等負荷下汽油機具有最佳的經(jīng)濟性；v加濃裝置：當(dāng)汽油機在大負荷工作時，供給滿足最大功率的混合氣，使大負荷下汽油機具有最佳的動力；v加速裝置：當(dāng)汽油機加速時，供給額外的汽油，短時將混合氣加濃，滿足加速工況對汽油機動力性的要求。v加濃裝置：當(dāng)汽油機加速時，供給額外的汽油，短時講混合氣加濃，滿足加速工況對汽油機動力性的要求。汽油噴射式燃油供給系統(tǒng)

8、v汽油噴射是采用噴油器將汽油噴入進氣管或汽缸內(nèi)的供油方式。汽油噴射有機械控制式和電子控制式，目前廣泛應(yīng)用的是電子控制的汽油噴射系統(tǒng)。v電子控制汽油噴射系統(tǒng)由進氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)及包括傳感器、電子控制單元、執(zhí)行元件在內(nèi)的控制系統(tǒng)組成。與化油器供油方式比較優(yōu)越性：v實現(xiàn)空燃比的精確控制及燃油的精確計量；v更為優(yōu)越的燃油霧化性能，使油氣混合更均勻；v對氣溫和海拔高度變化的適應(yīng)性好；v電子控制汽油噴射系統(tǒng)中的多點噴射方式由于每個汽缸都配備單獨的噴油器，與化油器供油方式相比，各缸混合氣分配均勻；v取消了喉口的多點燃油噴射系統(tǒng)，可按照最大充氣效率的目標改進進去系統(tǒng)的設(shè)計，從而使動力性能進一步改善；v電子控制

9、汽油噴射系統(tǒng)各組成部件的安裝適應(yīng)性好，從而給汽油機的總體設(shè)計帶來了更大的靈活性。4.3 汽油機的點火系統(tǒng)v點火能量，點火能量大小直接影響發(fā)動機的著火情況，只有點火能量較高時，才可以點燃稀薄混合氣，這對于提高發(fā)動機的經(jīng)濟性和改善排放具有重要的作用。v點火時刻，在最佳的點火提前角點火，為最佳的點火時刻。v傳統(tǒng)的汽油機點火系統(tǒng)一般右蓄電池、分電器、點火線圈、火花塞以及其他輔助元件組成。v傳統(tǒng)點火系統(tǒng)缺點：v初級回路的通段是通過機械觸點控制的，會產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象；v根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷進行調(diào)節(jié)的離心及真空調(diào)節(jié)不能滿足發(fā)動機多種工況對點火時刻的要求；v一個點火周期內(nèi)初級回路接通和斷開的時間比例是固定不變

10、的，容易產(chǎn)生發(fā)熱發(fā)燒問題v分離器高速旋轉(zhuǎn)時，觸點存在著嚴重的抖動，使次級電壓和點火能量急劇下降，限制汽油機最高轉(zhuǎn)速的增加。v在“白金”觸點和分火頭與分電器蓋的側(cè)電極間存在放電現(xiàn)象，損失了用于點火的能量；v機械裝置存在著磨損現(xiàn)象，需要定期進行維護和保養(yǎng)。電子點火系統(tǒng)v晶體管輔助觸點點火系統(tǒng)（TAC)利用三極管來斷開和接通初級回路，而白金觸點只是作為三極管的觸發(fā)控制器。v無觸點電子點火系統(tǒng) v高能點火系統(tǒng)v微處理器點火系統(tǒng)：電子控制單元（ECU）是點火系統(tǒng)的核心，根據(jù)傳感器不斷采集到的汽油機工況信號進行處理，選擇存儲在ROM中的最佳點火時刻，并輸出點火信號。4.4 點火系統(tǒng)的電子控制v電子控制點火

11、系統(tǒng)的信號輸入：在有微處理器控制的點火系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)輸入多個傳感器信號；基準位置、曲軸轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、水溫、進氣壓力（或進氣流量）、節(jié)氣門位置等等。其中基準位置、曲軸轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速這三個信號相互配合，決定了高壓點火時刻，都是脈沖式信號。v常見的脈沖信號發(fā)生器v磁脈沖發(fā)生器：是最早使用的觸發(fā)點火裝置，包括一個觸發(fā)輪和一個傳感線圈。v金屬探測傳感器：結(jié)構(gòu)類似磁脈沖發(fā)生器，但其線圈用的是電磁鐵。v霍爾效應(yīng)傳感器：傳感器中裝有半導(dǎo)體基片和永久磁鐵，應(yīng)用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生電壓脈沖。v光點傳感器：包括一個發(fā)光二極管、一個光敏電阻和一個稱為光束阻斷器的帶槽圓盤組成。4.4.1 電子控制點火系統(tǒng)的控制策略v在微處理器控制

12、的點火系統(tǒng)中，電子控制單元（ECU）不僅可以產(chǎn)生一個點火信號，而且還可以對點火信號的位置（決定點火時刻）和形狀（決定初級回路閉合角的大?。┻M行控制，因而控制系統(tǒng)的控制策略在很大程度上決定著點火系統(tǒng)的優(yōu)劣和發(fā)動機性能指標的好壞。v點火提前角的控制方法：vECU根據(jù)汽油機的各種工況信號對點火時刻進行控制。首先根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和進氣壓力信號從存儲器存的數(shù)據(jù)中找到相應(yīng)的基本點火提前角，然后根據(jù)有關(guān)傳感器信號值加以修正，得出實際的點火提前角。實際的點火提前角可以由三部分組成：初始點火提前角、基本點火提前角、修正點火提前角（或推遲角)v點火控制的方法包括兩個基本類型，一個是啟動期間的點火時刻控制，即發(fā)動機

13、啟動時在固定的曲軸轉(zhuǎn)角位置點火，與工況無關(guān)；二是汽油機在正常運行期間的點火時刻控制。這時ECU根據(jù)進氣歧管壓力和轉(zhuǎn)速確定基本點火提前角，然后再根據(jù)各種信號進行修正。4.4.2 爆震控制v爆震控制的基本原理v汽油發(fā)動機是利用火花塞提供的電火花將混合氣體點燃，進而使火焰在混合氣內(nèi)不斷傳播完成燃燒過程的。期間如果某種原因?qū)е聣毫Ξ惓Ｉ邥r，一些部位的混合氣（稱為末端混合氣）不等到火焰?zhèn)鞯綍r自行著火燃燒，造成瞬時爆發(fā)燃燒，這種現(xiàn)象稱為爆震。v爆震控制的目的：點火過早時，由于上止點附近的壓力升高率迅速增大，使末端混合氣的壓縮壓力顯著上升，因而爆震容易發(fā)生；相反，推遲點火則可以減輕甚至避免爆燃。因而爆震控

14、制的目的就是根據(jù)爆震傳感器的信號調(diào)整點火時刻使汽油發(fā)動機工作在臨界點爆震狀態(tài)。v發(fā)動機發(fā)出最大扭矩的點火時刻接近開始產(chǎn)生爆震的點火時刻。因此在設(shè)置點火時刻時，需要留有離開爆震界限的余量。點火系統(tǒng)無爆震控制功能時，所留余量應(yīng)大些，這時的點火時刻比發(fā)出最大扭矩的點火時刻滯后，所以扭矩有所降低；反之則可以用爆震傳感器檢測到爆震界限，從而把點火時刻調(diào)整到爆震界限的位置，以便能更有效地得到發(fā)動機的輸出功率。v爆震的信號檢測：v爆震信號的檢測是爆震控制的關(guān)鍵?？梢酝ㄟ^檢測汽缸壓力、燃燒噪聲或發(fā)動機機體振動來判別爆震是否發(fā)生。v爆震傳感器分類：v磁致伸縮式爆震傳感器；v壓電式爆震傳感器。v爆震的判斷：v爆震

15、的強度通常采用兩種方法表：用一個燃燒循環(huán)內(nèi)爆震傳感器輸出信號的最大幅值標準。幅值越大，說明爆震越強；用爆震循環(huán)的百分率來表示，這是一種統(tǒng)計分析法。4.5 怠速控制與EGR控制v怠速是指發(fā)動機空轉(zhuǎn)時一種工作工況，在發(fā)動機空轉(zhuǎn)時，如果完全放松油門踏板，這時發(fā)動機就處于怠速狀態(tài)。怠速工況是車用汽油機最常用的工況之一，發(fā)動機怠速工況運轉(zhuǎn)性能的優(yōu)劣是評價發(fā)動機性能的重要指標。v怠速性能主要體現(xiàn)在：怠速穩(wěn)定性、怠速排放、怠速油耗。v怠速控制原理：v當(dāng)發(fā)動機怠速運行時，節(jié)氣門處于全關(guān)位置，即進入發(fā)動機的空氣量不再有節(jié)氣門進行調(diào)節(jié)。怠速控制的實質(zhì)就是通過怠速執(zhí)行器調(diào)節(jié)進氣量，同時配合噴油量及點火提前角的控制，

16、改變怠速工況燃料消耗所發(fā)出的功率，以穩(wěn)定或改變怠速轉(zhuǎn)速。v怠速控制策略：v啟動控制，發(fā)動機啟動時，怠速控制系統(tǒng)控制怠速執(zhí)行器使旁通進氣量達到最大，以利于啟動，發(fā)動機啟動之后，在根據(jù)冷卻水溫度的高低，確定旁通進氣量的大小，從而使發(fā)動機具有一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。v暖機控制，發(fā)動機啟動之后，進入暖機階段，當(dāng)冷卻水溫度未達到預(yù)先設(shè)定的閥值時，怠速轉(zhuǎn)速的設(shè)定一般較高，以便于暖機，當(dāng)達到設(shè)定的閥值后，暖機控制結(jié)束，發(fā)動機進入正常怠速。v怠速反饋控制，當(dāng)暖機過程結(jié)束后，或者ECU檢測到節(jié)氣門全關(guān)信號，且車速低于2km/h，則怠速系統(tǒng)開始進行怠速反饋控制，次過程中，如果遇到空調(diào)器開關(guān)接通/斷開，或空擋信號接通/斷開

17、等發(fā)動機負荷突然變化的情況，怠速控制系統(tǒng)會及時調(diào)節(jié)進氣量。v電器負載增多時的怠速控制，同時使用的電器增多，發(fā)動機的負荷增大，為保證整車電器系統(tǒng)的供電平衡，怠速控制系統(tǒng)會相應(yīng)的增加進氣量，提高怠速轉(zhuǎn)速。vEGR控制vEGR即廢棄再循環(huán)，其原理是使一部分廢氣流回進氣側(cè)，用以抑制發(fā)動機內(nèi)NOX的生成。作為降低NOX排放量切實有效的方法，EGR多年來得到了廣泛的應(yīng)用。v廢氣回流增加了新鮮混合氣中惰性氣體的含量。由于燃燒室廢氣的熱容量相對增加，特別是EGR回流的CO2和H2O，其摩爾比熱大，故能有效地抑制燃燒的最高溫度。另一方面，EGR也會導(dǎo)致缺火率增加，是燃燒不穩(wěn)定，因此EGR的控制必須適量。vEGR的控制類型：vEGR可通過兩種途經(jīng)來實