第1章汽车机燃烧基本知识

第一节汽油的使用性能汽油有车用汽油、工业汽油和直馏汽油等。我们讨论的是车用汽油的使用性能。1.汽油的蒸发性汽油机要求汽油能在极短时间(0.001~0.010s)内汽化并与空气充分混合，使每一汽油分子都被空气中的氧包围以便可以充分燃烧。所以汽油的蒸发性对汽油机的工作影响很大。返回下一页第一节汽油的使用性能2.汽油的抗爆性汽油在发动机中正常燃烧时，火焰的传播速率约为30~70m/s。但当混合气已燃烧2/3~3/4时，未燃烧的混合气中产生了高度密集的过氧化物。它的分解使混合气中出现了许多燃烧中心，燃烧速率猛增，产生强大的压力脉冲，火焰的传播速率可达800~1000m/s，甚至高达3000m/s。这种情况下气缸内产生清脆的金属敲击声。这种燃烧就是爆燃(deflagration)。爆燃会使发动机过热，活塞、气阀和轴承等冲击变形损坏。返回下一页上一页上一页下一页上一页返回下一页上一页第一节汽油的使用性能爆燃的程度与燃料的组成有关。已经知道，异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)的抗爆性(antiknockcharacter)极高，将它的“辛烷值(octanenumber)”定为100;正庚烷的抗爆性极低，将它的“辛烷值”定为0。将二者按一定比例配成混合液，便可得到辛烷值(即异辛烷的体积百分数)为0~100的“燃料”，这就是燃料辛烷值的标准。辛烷值是汽油抗爆性的定量指标。我国汽油机用汽油的牌号就是根据辛烷值确定的。返回下一页上一页上一页下一页上一页返回下一页上一页第一节汽油的使用性能汽油的抗爆性与组成汽油的烃(与“听”同音)类有关。正构烷烃随碳原子数增多抗爆性降低，辛烷值降低;异构烷烃随支链的增多抗爆性升高。环烷烃抗爆性居中，而芳香烃及其衍生物抗爆性较高。为了提高汽油的抗爆性，常向汽油中添加抗爆添加剂。其中四乙基铅是最有效的添加剂。四乙基铅的作用是破坏生成的过氧化物，使爆燃不能发生。然而，含铅化合物的汽车尾气是大气铅污染的主要来源。从环保出发，我国早已淘汰含铅汽油而大力发展无铅汽油。返回下一页上一页上一页下一页上一页返回下一页上一页第一节汽油的使用性能可通过重整或加入高辛烷值组分的方法来获取高辛烷值燃料。所谓重整(reforming)，就是把馏分中烃类分子的结构进行重新排列，使辛烷值高的组分如芳烃、带支链异构体等含量增加，且保证所含碳原子数仍在汽油组分范围内，因而辛烷值大大提高。例如，把下面的长直链重整为芳香烃:返回下一页上一页上一页下一页上一页返回下一页上一页第一节汽油的使用性能其他高辛烷值的化合物如甲醇、甲基叔丁基醚等加入后也可显著提高抗爆性，而无需加入四乙基铅了。为了便于与含铅汽油区分，无铅汽油不添加着色染料。我国早已经禁止加油站供应含铅汽油。返回下一页上一页上一页下一页上一页返回下一页上一页第一节汽油的使用性能3.汽油的化学安定性和物理稳定性汽油中若含大量不饱和烃，在储存、运输、加注及其他作业中，会因空气中氧、较高温度及光的作用而氧化生成胶质。胶质在汽油中溶解度小，会黏附在容器壁上，给汽油机的工作带来害处，降低汽油的化学安定性(chemicalstability)。返回下一页上一页上一页下一页上一页返回下一页上一页第一节汽油的使用性能提高化学安定性的方法，一是通过炼制工艺，使易氧化的活泼烃类、非烃类组分尽量减少;二是向汽油中添加抗氧化添加剂，如酚类(2,6-二叔丁基-4-甲酚)、胺基酚类及胺类等物质。汽油在储藏、运输、加注和其他作业时，保持不被蒸发损失的性能叫物理安定性(physicalstability)。汽油的物理安定性主要由汽油中的低温馏分决定。返回下一页上一页上一页下一页上一页返回下一页上一页第一节汽油的使用性能4.汽油中腐蚀性物质的影响汽油中水溶性酸和碱(H2S04、NaOH、磺酸及酸性硫酸醋)等对所有的金属都有强烈的腐蚀性;环烷酸对有色金属，特别是铅和镁有强的腐蚀性。氧化生成的有机酸，特别是有水存在时，对黑色金属也有腐蚀性。汽油中的含硫化合物，特别是SO:和噻吩，不仅有腐蚀性，还会使汽油产生恶臭，促使汽油产生胶质。硫化物燃烧后生成的SO2、SO3与水反应生成H2S03、H2S04，能直接与金属作用，使气缸和活塞受到强烈腐蚀。返回下一页上一页上一页下一页上一页返回下一页上一页第一节汽油的使用性能5.汽油中机械杂质和水分的影响新出厂的汽油完全没有机械杂质和水分。由于运输、倒装、用小容器向汽油箱加注，到达使用者手中时，常将机械杂质(锈、灰尘、各种氧化物)及水分落入其中。机械杂质会加速化油器量孔的磨损，堵塞化油器量孔，堵塞电喷系统的喷油嘴和汽油滤清器等;机械杂质若进入燃烧室会使燃烧室沉积物增多，加速气缸、活塞和活塞环的磨损。水分在冬季结冰，冰粒堆积在汽油滤清器中会堵塞油路，严重时会终止供油。水分还会引起加速腐蚀，加速汽油氧化生胶，破坏汽油中的添加剂等不良作用。所以汽油规格中规定不允许有机械杂质和水分存在。返回上一页第二节缸外汽油喷射发动机的优点目前大多数汽车应用的混合气形成系统和化油器差不多，都在燃烧室外形成混合气，即在进气门前混合气已经形成了。喷油器的位置可位于化油器的位置，即节气门之前，各缸共用一个喷油器(双腔节气门体采用两个喷油器)。此种喷油器称为节气门体喷射，已经淘汰。现在几乎都在进气门之前喷射(节气门之前和进气门之前位置不同)，每个缸一支喷油器。返回下一页第二节缸外汽油喷射发动机的优点下面列出了电控发动机缸外汽油喷射的优点:1.启动性能好冬季启动时，不用再像化油器车那样烤车或拉阻风门，电喷车在寒冷的冬季可以很容易着车。2.消除了化油器中的节流效应去掉化油器中喉管的节流，可以提高供气效率，这对全负荷运行特别有意义。因此在这一点上，化油器式发动机与喷射式发动机相比还存在一定的差距。由于消除了化油器结冰的危险和免除了化油器和进气管的加热，因而提高了供气效率。返回下一页上一页第二节缸外汽油喷射发动机的优点3.进气管内燃料沉积减少化油器在节气门体处供油，部分油会在整个进气歧管内大量沉积。缸外喷射(除单点喷)在进气门处喷油，所以进气管壁面的燃料沉积减少。4.进气管造型不受制约不需考虑燃料及混合气的输送而自由地进行进气管造型设计，可利用空气波动效应以提高供气效率，在全负荷时相应地提高了功率。返回下一页上一页第二节缸外汽油喷射发动机的优点5.减弱了对加速力的敏感性化油器浮子室油面易受加速力的影响。通常化油器在汽车加速时由于惯性效应提供了相对更多或更少的燃料。6.各缸混合气分配均匀多缸发动机通过向各气缸喷油，消除了化油器供油造成各缸燃料的不均匀性。返回下一页上一页第二节缸外汽油喷射发动机的优点7.精确控制各工况混合气浓度和混合气量化油器发动机只有在喉管处出现相应的真空，才供给相应燃料，实际上只与节气门开度和发动机转速建立简单关系，不能兼顾发动机的其他相关因素。8.滑行工况汽油切断持续下坡时关闭节气门或高速后滑行时，化油器发动机会把沉积在进气门前的汽油吸入气缸形式浓混合气，造成大量未燃HC出现。外喷射发动机在此工况完全切断或部分切断燃料供给，除了降低油耗外，还可避免上述的未燃HC出现。返回下一页上一页第二节缸外汽油喷射发动机的优点9.降低发动机高度下吸式化油器这种结构导致化油器要高出发动机进气歧管，使发动机高度增加。喷射式发动机允许相对自由的进气管造型，这样可以降低发动机的高度。返回上一页第三节电控发动机的组成首先，要有一套完整的电控系统，即有传感器、电脑和执行器。我们把具有以上三者的系统称为电控系统。这套电控系统必须有能正确地反应发动机状态的各种传感器，根据传感器输入信号计算发动机最佳控制结果的控制电脑，即ECU，以及直接控制发动机喷油、点火和排放的执行器。返回下一页第三节电控发动机的组成其次，作为电控系统要有帮助修理人员查找故障的自诊断系统。电脑必须有对传感器的输入信号和标准信号“范围”相比较的功能;执行器工作的反馈信号和标准信号“范围”相比较，发现故障后存储故障;在电脑自身的自诊断电路正常工作时，也能检查电脑板上的一些故障，以利于修理人员快速查找故障。返回下一页上一页第三节电控发动机的组成一、传感器用于汽车发动机电子控制系统的传感器有空气流量传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器、位置类传感器、温度类传感器、氧气浓度传感器和爆振传感器等。不同发动机电子控制系统所采用的传感器数量多少不一，即使是同一类型的传感器也有多种结构形式。返回下一页上一页第三节电控发动机的组成二、执行器用于汽车发动机电子控制系统的执行器有喷油器、点火器、继电器、电磁阀和直流电动机等。返回下一页上一页第三节电控发动机的组成三、自诊断系统20世纪80年代，不少汽车发动机电脑只控制喷油，而点火单独控制，排放一般不控制，这样的发动机管理系统可以称为电喷发动机管理系统，这样的发动机已淘汰。20世纪90年代初，汽车发动机管理系统除控制喷油，还可以控制点火及部分排放(如EGR控制)，甚至有的汽车对进气系统进行了如可变进气管长度、可变进气正时控制(VVT-i技术)及进气门升程控制(VTEC-i技术)，这时电喷发动机管理系统就升级为电控发动机管理系统。返回下一页上一页第三节电控发动机的组成这样的发动机管理系统有一套非常简单的自诊断系统，诊断出故障后存储故障码，然后再人工调出故障码，需要修理人员手中必须要有一本故障码表，对照故障码表查出故障，即早期电控发动机书中介绍的人工调故障码功能。这个时期车的自诊断功能较差，且自诊断系统一般不提供数据在线功能。以上早期的自诊断系统只能对某些传感器、执行器进行简单的故障判断。修理人员要通过人工方法调出故障码，查询故障码表，根据故障码表提示确定一个相对确定的故障范围。返回下一页上一页第三节电控发动机的组成20世纪90年代末到21世纪初，汽车发动机管理系统在控制喷油、点火与90年代初功能方面相比没有太多区别，但其他方面却发生了很大变化。这个时期的发动机管理系统的突出功能表现在两个方面:一是在提高发动机的效率方面和在排放控制更细化、控制更精确方面，出现了许多新技术;二是自诊断系统的功能非常强大，且提供数据在线功能。返回下一页上一页第三节电控发动机的组成新技术方面，如排放控制增加了二次空气喷射技术、带EGR率反馈的EEGR技术、油箱检漏技术、精确的活性炭罐清洁阀控制技术;进气系统，如汽油机废气涡轮增压技术、进排气正时都可变的配气正时控制技术(双VVT-i技术)等;冷却系，增加了冷却风扇转速和节温器开度的控制，保证发动机工作在正常工作温度;发动机管理系统，增加了对允电系的控制等。自诊断系统的功能升级为点火有失火识别、喷油有多种断油控制、进气正时控制相位出错识别、排气控制有EGR系统故障监测、活性炭罐清洁阀故障监测等一系列自诊断功能。返回下一页上一页第三节电控发动机的组成自诊断的功能除了故障码功能外，又配备了数据的在线读取功能。数据在线功能和故障码功能的联合使用，可使故障的范围进一步缩小，大大节省了修理时间。例如空气流量计有故障或点火线圈开裂都会造成排气冒黑烟，具体是哪的故障可以通过空气流量计数据流来分析，进行排除或确认，因此可缩小范围。数据在线功能在没有故障码时仍可以推出一些难于发现的故障，为诊断提供依据。例如空气流量计后的漏气监测功能可以通过空气流量计数据异常发现。这样的发动机正是流行产品，由于购入成本较高，使用损耗一般不易接受，一般学校的实验室很少使用。返回下一页上一页第三节电控发动机的组成2005年以后，德国首先在国内的奥迪车上配备了直喷系统;日本丰田也不示弱，在推出混合动力普锐斯和凌志之后，其直喷轿车也打入中国市场。这样缸外喷射的电控发动机管理系统升级为缸内喷射的电控发动机管理系统。由于软件的控制功能和控制数据较多，响应快，这就要求系统信号采集、处理、运算等方面速度更快，存储器的容量更大，使得电控发动机管理系统变得极为复杂。不过不用担心，因为管理系统复杂的只是软件，对于修理人员来说可以不必了解。返回上一页第四节汽油发动机的