现代汽车电子技术-内燃机部分(上)

教材：现代汽车电子技术（潘旭峰等编著）学时：32第三章汽油发动机的电子控制概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制汽油机的燃油供给汽油机的点火系统微处理器控制时代的汽油机内燃机内燃料的燃烧过程是一种化学反应过程。为了更好地了解汽油机的燃油供给和点火系统，需要了解一点燃烧理论。燃烧理论：活化能与活化分子内燃机内燃料的燃烧过程是一种化学反应过程。反应靠分子相互作用，先决条件是它们必须相互碰撞。只有少数能量较大的分子碰撞后才能发生反应。使化学反应得以进行的分子必具的最低能量称为活化能能量达到或超过活化能的分子称为活化分子。反应物A转变为产物C时，反应物内部原子需要重新排列，折开原有排列时必须吸收能量E1达到活化状态D，然后再排列变成C。燃烧理论：着火方式自燃是一定体积的可燃混合气被预热，在一定温度下混合气的反应速率自动加速、急剧增大而产生火焰的现象着火以后，可燃混合气所释放的能量足以使燃烧过程自行继续下去，不需要外部供给任何能量。自燃是在全部可燃混合气内同时发生的，是在整个容积内进行的，没有燃烧波传播的问题。燃料和氧化剂混合形成可燃混合气，其着火方式有两种：一种称为自燃着火，简称自燃。一种为强迫着火，简称点燃或点火。燃烧理论：着火方式强迫着火是在可燃混合气内的某一局部用火源引燃相邻一层的混合气之后形成的燃烧波自动地传播到混合气其余部分。强迫着火包括用火源在局部引燃和继之而来的火焰传播两个阶段。所使用的点火热源可以是电火花、电热丝、炽热物体和点火火焰等。点燃则是在局部混合气(处于点火热源附近)内进行的，而且点火之后，需要造成燃烧波以实现火焰传播。燃料和氧化剂混合形成可燃混合气，其着火方式有两种：一种称为自燃着火，简称自燃。一种为强迫着火，简称点燃或点火。燃烧理论：着火的机理化学反应速率的增加和激化与反应过程中温度升高及迅速增加反应中活化分子的量有最直接的关系。范特荷甫近似规则：温度每升高10℃，反应速率大约增加2~4倍。与此有关的着火机理即为：热自燃机理和链锁自燃机理。热自燃机理：可燃混合气受热达到一定温度，由于进行化学反应所释放的热量多于向外散失的热量，产生热量累积而使混合气的温度上升，这又促使混合气的反应速率增加，放出更多热，不断相互促进结果，导致反应速率急剧加快而达到着火。燃烧理论：着火的机理化学反应速率的增加和激化与反应过程中温度升高及迅速增加反应中活化分子的量有最直接的关系。范特荷甫近似规则：温度每升高10℃，反应速率大约增加2~4倍。与此有关的着火机理即为：热自燃机理和链锁自燃机理。链锁自燃机理：可燃混合气在外部能量的作用下，反应初期产生活性中心使反应继续下去，最重要的是出现分枝反应使活性中心数目迅速增多，造成反应速率剧烈升高达到着火。即使在等温条件下，也会由于活性中心浓度急剧增大而造成自发着火。燃烧理论：着火的机理化学反应速率的增加和激化与反应过程中温度升高及迅速增加反应中活化分子的量有最直接的关系。范特荷甫近似规则：温度每升高10℃，反应速率大约增加2~4倍。与此有关的着火机理即为：热自燃机理和链锁自燃机理。实际上，两种机理同时存在于某—具体燃烧前的焰前反应中，而且相互促进。温度增高使反应速率增大，放热量增多，使反应物热活化增强，使链锁反应中基元反应加快。在低温时，链锁反应的进行使反应系统逐渐加热，温度升高又促进反应物分子的热活化。燃烧理论：热自燃理论可燃混合气，接受外部加入的热量，如传热，压缩等，都会使温度升高。混合气通过周围介质向外散失热量。当化学反应释放热量的速率大于向周围介质散失热量的速率时，多余热量在反应系统中进一步积累，使系统温度升高。温度上升促使化学反应速率加快，同时释放更多热量。这相互作用的结果导致极高的反应速率而引起着火。燃烧理论：反应所放出的热量VQnekqRTE01混合气的反应热，即生成一个分子所放出的热量容器的体积分子浓度，即单位体积内的分子数反应的碰撞因子总体反应的活化能燃烧理论：散热速率02TTasq传热系数容器壁表面积可燃混合气温度容器壁温燃烧理论：自燃现象分析一定压力下，放热速率是温度的指数函数，随混合气浓度或压力的增大，曲线向左上方移动。散热速率随温度变化是一斜线。其在横坐标上的截距就是壁温，传热系数不变，直线随壁温的增高而向右平移。燃烧理论：可燃混合气着火温度可燃混合气的活性强，其着火温度就较低；散热条件加强，其着火温度就增高；可燃混合气的压力升高，着火温度就降低。燃烧理论：着火界限混合气的浓度，对着火温度和着火时临界压力有重要影响。在一定的温度(或压力)下，能够着火的可燃混合气浓度存在一范围。可以着火的燃料含量的最高量称着火的浓限，燃料的最低含量称为着火的稀限。浓限和稀限随着可燃混合气的着火临界压力和着火温度不同而有不同值。当氧气不足，燃烧产物中会因部分氧化生成HC、CO碳完全燃烧C+O2=CO2+406967kJ/kmol碳不完全燃烧C+O2/2=CO+124013kJ/kmol燃烧理论：着火界限当压力或温度下降时，浓限和稀限都向中间靠拢，表明可燃界限在缩小。压力或温度低于某值后，浓限和稀限重合，离开可燃范围，不能着火。燃烧理论：强迫着火强迫着火或点燃一般指用炽热的高温物体引燃火焰而使可燃混合气燃烧。让混合气的一小部分先着火，形成火焰核心，然后再把邻近的混合气点燃。这样逐层依次地引起火焰的传播从而使整个混合气燃烧起来。强迫着火与自燃着火在原理上是一致的，都是化学反应急剧加速的结果。燃烧理论：强迫着火特征点燃仅在混合气的局部内进行，所加入的能量快速在小范围内引燃可燃混合气，所形成的火焰核要足以能将火焰向周围混合气中传播。点燃条件下的可燃混合气通常温度较低．为了保证引燃成功和火焰能在较冷的混合气流中传播，点燃的温度要远高于自燃着火温度。燃烧理论：火花塞电极淬熄距离火花塞电极间距较小时，火花能量被电极传导出过多，只有给出很高的放电能量才有可能点燃混合气。火花塞电极间距小于某一值时，将不可能点燃混合气，这个间距称为淬熄距离。燃烧理论：电极间距对点火的影响当间距增大时，所需点火能逐渐减少，开始减少的快，逐渐减慢而达到最低值。间距进一步增加时，由于电极间空间增加，需要更多的火花能量加热混合气，所以点火能又增大。最小点火能和淬熄距离随过量空气系数而改变。在化学计量比附近，最小点火能和淬熄距离为最小。随着碳氢化合物分子量的增加，着火区域以及相应的最小点火能量的极限值均向燃料较浓的一侧偏移。燃烧理论：不完全燃烧当实际供给的空气量小于理论所需空气量时，氧不足，燃烧产物中会因部分氧化生成HC、CO碳完全燃烧C+O2=CO2+406967kJ/kmol碳不完全燃烧C+O2/2=CO+124013kJ/kmol氢燃烧H2+O2/2=H2O(液)+286796kJ/kmol(高热值)H2+O2/2=H2O(汽)+241788kJ/kmol(低热值)第三章汽油发动机的电子控制概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制汽油机的燃油供给汽油机的点火系统微处理器控制时代的汽油机空燃比与发动机性能的关系化油器式燃油供给系统汽油喷射式燃油供给系统理论空燃比经济空燃比功率空燃比空燃比与汽油机排放空燃比（A/F）---可燃混合气中空气质量与燃料质量之比。理论上1kg汽油完全燃烧所需要的空气为14.7kg，所以把空燃比为14.7的混合气称为标准混合气，14.7的被称为理论空燃比。空燃比大于14.7的混台气称为稀混合气，反之为浓混合气。汽油机运行的工况复杂、多变，各工况对空燃比A/F的要求也不同。使汽油机在运行的任何时刻都具有最佳的空燃比，以保证获得最佳的动力性、经济性及排放性能，是追求的目标。第三章汽油发动机的电子控制混合气的空燃比在此范围内时，汽油机的燃油消耗率最低，具有最佳的经济性。概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制汽油机的燃油供给汽油机的点火系统微处理器控制时代的汽油机空燃比与发动机性能的关系化油器式燃油供给系统汽油喷射式燃油供给系统理论空燃比经济空燃比功率空燃比空燃比与汽油机排放经济空燃比的范围是l6~18:1。为保证燃料充分燃烧，需要供给比理论上稍多的空气量，使燃料与空气更加容易混合。第三章汽油发动机的电子控制具有功率空燃比的混合气是较浓的混合气，发火时燃烧速度快，有利于达到最大的输出功率。概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制汽油机的燃油供给汽油机的点火系统微处理器控制时代的汽油机空燃比与发动机性能的关系化油器式燃油供给系统汽油喷射式燃油供给系统理论空燃比经济空燃比功率空燃比空燃比与汽油机排放功率空燃比的范围是12~13:1。功率空燃比是指在一定转速下，能使发动机发出最大功率的空气与燃料的质量比。第三章汽油发动机的电子控制排气中主要有CO2和H2O。还N2、O2、HC、CO以及NOx。NOx中主要为NO2和NO。对大气构成污染的是CO、HC和NOx。以理论空燃比为界，随混合气变浓，HC和CO几乎呈直线增加，而在稀混合区时，在低浓度区段它们几乎为定值，当混合气过稀时，由于燃烧不佳HC的浓度剧增。NOx则在比理论空燃比稍大的一侧显示最大值。概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制汽油机的燃油供给汽油机的点火系统微处理器控制时代的汽油机空燃比与发动机性能的关系化油器式燃油供给系统汽油喷射式燃油供给系统理论空燃比经济空燃比功率空燃比空燃比与汽油机排放第三章汽油发动机的电子控制化油器供油方式工作原理为：随活塞下行，空气流经喉口处形成一定的真空度，在真空度的作用下，汽油从化油器的浮子室内被吸出，并被喉口处的高速气流所雾化。在进气管内，汽油和空气进一步混合后一同进入气缸。概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制汽油机的燃油供给汽油机的点火系统微处理器控制时代的汽油机空燃比与发动机性能的关系化油器式燃油供给系统汽油喷射式燃油供给系统多点喷射系统电动燃油泵燃油滤清器活性炭罐电磁阀活性炭罐带输出驱动级的点火线圈相位传感器喷油器燃油压力调节器节气门控制部件空气流量计氧传感器冷却液温度传感器爆震传感器转速传感器进气温度传感器发动机控制单元第三章汽油发动机的电子控制电控汽油喷射的基本原理电控汽油喷射的燃料与空气系统电控喷射系统的组成及工作过程汽油喷射量的控制策略概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制电子控制汽油喷射的类型控制方式空气量的检测方式喷射位置喷射方式单点喷射系统在进气管节气门上方装一个中央喷射装置，用一到两只喷油器集中喷射，汽油喷入进气流中，与空气混合后由进气歧管分配到各个气缸。又称为节气门体喷射(TBI)或中央燃油喷射(CFI)。多点喷射系统在每缸进气口处装有一只电磁喷油器，由电控单元控制按一定的模式喷射。缸内直喷系统在进气或压缩行程中将汽油喷入气缸。第三章汽油发动机的电子控制电控汽油喷射的基本原理电控汽油喷射的燃料与空气系统电控喷射系统的组成及工作过程汽油喷射量的控制策略概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制电子控制汽油喷射的类型喷射位置喷射方式缸内直喷所需喷射压力高(5.0MPa)。GDI首先用于二冲程机，解决扫气过程中新鲜混合气的损失，提高经济性，降低有害气体的排放。GDI加上先进的控制系统，使空燃比为40的稀薄燃烧得以实现，从而使汽油发动机的性能达到了又一个新的高峰。控制方式空气量的检测方式第三章汽油发动机的电子控制电控汽油喷射的基本原理电控汽油喷射的燃料与空气系统电控喷射系统的组成及工作过程汽油喷射量的控制策略概述点火系统的电子控制电控汽油喷射的原理怠速控制与EGR控制电子控制汽油喷射的类型喷射位置喷射方式控制方式空气量的检测方式第三章汽油发动机的电子控制电控汽油喷射的基本原理电控汽油喷射的燃料与空