1、 本文由大唐監理貢獻 ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 第三章 汽車發動機節能技術 ? ? ? ? ? ? ? 概述 影響汽車發動機節能的因素 提高充量系數的技術 汽油機稀薄燃燒技術 廢氣渦輪增壓發動機 汽油機燃油噴射與點火系統電子控制 柴油機燃油噴射系統電子控制 發動機其他節能技術 第一節 概述 1、能源壓力 根據世界石化巨頭BP集團在2004 BP世界能源統計年 世界能源統計年 鑒中提供的數字表明，世界目前探明的石油總儲量為1.15 萬億桶，以目前的開采速度計算，可供全球石油生產41年。 萬億桶 年 2、環保壓力 據研究，目前大氣中 大氣

2、中21.7%的HC、38.5%的CO、87.6% 大氣中 的NOx、11.7%的CO2、6.2%的SO2和32%的微粒來自汽車， 而在城市大氣中 城市大氣中，這一比例更高，大概87%的HC、61%的 城市大氣中 CO和55%的NOx來自于汽車。 3、發動機節能技術發展 在汽油機方面主要應用電子控制燃油噴射系 統（EFI）；為了提高發動機充氣效率，增加氣門 數量，并應用可變配氣相位裝置, VVT-i發動機、 同時采用渦輪增壓系統、進氣諧波增壓系統；稀 薄混合氣燃燒，缸內直噴;靈活燃料發動機等。此 外還有發動機柴油機化。 思考：如何看待節能與排放之間的關系。 思考：如何看待節能與排放之間的關系。

3、第二節 影響汽車發動機節能的因素 k ? 1 1 一、影響汽車發動機熱效率的因素 tm = 1 ? k ?1 ( ? 1) + k ( ? 1) 汽油機定容加熱循環的熱效率：tv = 1 ? 低速柴油機定壓加熱循環的熱效率： tp = 1 ? 1 k ?1 k ?1 k ( ? 1) 1 k ?1 高速柴油機混合加熱循環的熱效率： 式中：壓縮比；k絕熱指數； 壓力升高比；預脹比。 提高發動機熱效率的主要措施有： 提高壓縮比，稀燃技術，直噴技術，增壓、 中冷技術，可變進氣技術，改善進排氣過程， 改善混合氣在氣缸中的流動方式，改進點火 配置提高點火能量，優化燃燒過程，電控噴 射技術，高壓共軌技術，

4、絕熱發動機技術等。 二、影響發動機輕量化的因素 影響發動機產品制造過程中材料消耗多少的指標是比質 量 me （發動機質量功率比），而影響比質量大小的主要因 素又是升功率 PL 。PL 越高，表面發動機工作容積利用率越 高；發出一定數量的有效功率的發動機尺寸就越小。 H it ?m 1 PL ? ? ? c ? n ? s lo a 式中：H燃料低熱值；lo化學計量空燃比，即燃燒1kg燃料所需 的理論空氣質量；it指示熱效率；m機械效率；a過量空氣 系數；行程數；c充量系數；n發動機轉數；s發動機 進氣管的空氣密度。 提高升功率 主要的措施有 ： 通過合理組織燃燒過程，以降低過量空 氣系數 a

5、； ? 改善發動機換氣過程，提高充量系數 c ； ? 提高轉速 n ，以增加發動機單位時間內 發動機每個氣缸作功的次數； ? 采用增壓技術，以增加進氣密度 s 。 第三節 提高充量系數的技術 充氣效率的含義： 充氣效率是指在發動機進氣行程進，實際進 入氣缸內的新鮮氣體（空氣或可燃混合氣）的質 量與在進氣行程進口狀態下充滿氣缸工作容積的 氣體質量的比值。 一、采用多氣門機構 優點：增加進排氣門流通面積，從而減小了進排 氣阻力 ，提高了充氣效率；可以使火花塞中央布 置，以縮短火焰傳播距離，提高發動機的抗爆性， 因而可以采用更高的壓縮比，提高汽油機的燃油 經濟性。 圖33 四氣門與二氣門發動機 的性

6、能比較 圖34 五氣門發動機與四氣門 發動機性能比較 煙 度 pme （0. 1M Pa ） be be /g （ k W·h ） 1 /g 微 粒 （ kW· /g （ kW· h）1 h）1 轉速/r·min1 NOx 排放量?g（kW·h）1 圖35 二氣門及四氣門柴油機 性能指標比較圖 四氣門； 二氣門 圖36 二氣門及四氣門柴油機油耗及 有害排放物對比圖 二氣門； 四氣門 二、采用可變配氣系統技術 控制發動機充量交換過程的特性參數主要是三個：氣門 開啟相位，氣門開啟持續角度和氣門升程。 進氣門開啟相位提前，一方面為進氣過程提供了較多的

7、 時間，特別有利于解決高轉速時進氣時間不足的問題；另一 方面，氣門疊開角增大，有更多的廢氣進入進氣管，隨后又 同新鮮充量一起返回氣缸，造成了較高的內部排氣再循環率， 可降低油耗和 NOx 排放，但同時也導致起動困難、怠速不穩 定和低速工作粗暴。 進氣門關閉相位推遲，一方面在高轉速時有利于利用高速 氣流的慣性提高體積效率；另一方面在低轉速時又會將已經 吸入氣缸的新鮮充量重又推回到進氣管中。 氣門升程增大，一方面在高負荷時有利于提高體積效率； 另一方面在低負荷時又不得不將節氣門關得更小，造成更大 的泵氣損失和節流損失。 思考： 為了提高標定功率、低速轉矩、 改善起動性能和提高怠速穩定性，應 如何調

8、整進氣門特性參數？ 可變配氣系統的效果 ： ? ? ? ? ? 提高標定功率。 提高低速轉矩。 改善起動性能。 提高怠速穩定性。 提高燃油經濟性達 15。 降低排放。 1. 可變氣門正時 凸輪軸的相位借助一個螺旋花鍵 的移動來改變。 套 1 的移動來改變。花鍵套內孔 的直齒花鍵與凸輪軸 3 端頭的花 鍵嚙合， 鍵嚙合，它的外螺旋花鍵與驅動 的螺旋花鍵孔嚙合。 鏈輪 4 的螺旋花鍵孔嚙合。當 花鍵套 1 在油壓作用下克服回位 的彈力軸向移動時， 彈簧 2 的彈力軸向移動時，3 與 4 相對角位移c10°20°。 相對角位移 ° ° 油壓用電磁閥控制， 油壓

9、用電磁閥控制，機油通過中 空的凸輪軸供給。 空的凸輪軸供給。 圖37 相位可變的凸輪軸構造示意 l螺旋花鍵套；2回位彈簧；3凸輪 軸；4驅動鏈輪 圖38 VVT 對發動機性能的影響 2. 氣門升程可變 可變凸輪機構一般都是通過兩套凸輪或搖臂 來實現氣門升程與持續角的變化，即在高速時采 用高速凸輪，氣門升程與持續角都較大，而在低 速時切換到低速凸輪，升程與持續角均較小。 圖39 MIVEC的凸輪及搖臂機構 a）高速凸輪模式；b）低速凸輪模式；c）氣門不工作模式 發動機在高速工況，壓力高的液壓油進入搖臂軸的右端油道（ 發動機在高速工況，壓力高的液壓油進入搖臂軸的右端油道（圖3 9a），將其中活塞

10、），將其中活塞 向上推，使高速搖臂桿與搖臂軸卡緊在一起， ），將其中活塞H 向上推，使高速搖臂桿與搖臂軸卡緊在一起，于是 形桿，控制氣門的開關。 高速凸輪通過高速搖臂桿及 T 形桿，控制氣門的開關。此時搖臂軸左端并 無壓力高的液壓油進入，其中液壓小活塞L并未被壓上去 并未被壓上去， 無壓力高的液壓油進入，其中液壓小活塞 并未被壓上去，于是左端低速 搖臂桿并未起作用。發動機低速工況，液壓油則進入搖臂軸左端油孔， 搖臂桿并未起作用。發動機低速工況，液壓油則進入搖臂軸左端油孔，將其 中小活塞向上壓，使低速凸輪能帶動左端低速搖臂桿工作。 中小活塞向上壓，使低速凸輪能帶動左端低速搖臂桿工作。此時右端高速

11、搖 臂桿中小活塞并無液壓油將其壓上去，因此不工作（ ）。當搖臂軸 臂桿中小活塞并無液壓油將其壓上去，因此不工作（圖39b）。當搖臂軸 ）。 兩端都無高壓液壓油輸入時，于是兩個氣門都不工作（ 兩端都無高壓液壓油輸入時，于是兩個氣門都不工作（圖39c）。 ）。 圖311 進氣門升程和曲線連續可變的凸輪機構 l偏心軸；2杠桿；3凸輪軸；4杠桿的滾輪；5回位扭簧；6氣門擺臂 一個特殊形狀的杠桿 2插在凸輪軸 3 與氣門擺臂 6 之 插在凸輪軸 杠桿受偏心軸1控制 控制。 間。杠桿受偏心軸 控制。通過偏心軸移動杠桿 2 的位置 即可改變氣門升程曲線和開啟持續角， 即可改變氣門升程曲線和開啟持續角，從而改

12、變發動機進 氣量和負荷高低，因而不必用節氣門控制負荷。 氣量和負荷高低，因而不必用節氣門控制負荷。 3. 電磁氣門機構 電磁氣門驅動（electromagnetic valve actuation） 是利用電磁鐵產生的電磁力驅動氣門。 圖312 電磁式氣門驅動原理 a）未通電； b）氣門全閉； c）氣門全開 1氣門；2、5線圈；3電磁鐵；4街鐵；6彈簧；7氣門導管 電磁氣門驅動機構主要由兩個相同的電磁鐵（共用一個 銜鐵）。兩個相同的彈簧和氣門組成（圖312）。發動機 不工作時，激磁線圈 2 和 5 均不通電，氣門 1 半開半閉； 發動機啟動時，氣門驅動裝置初始化，控制系統根據曲軸 轉角，判定氣

13、門在這一時刻應有的開、關狀態，使兩線圈 中的一個通電。電磁力克服彈簧力，將氣門 1 關閉或開啟。 氣門處于開啟狀態時，線圈 5 斷電，線圈 2 通電，使電磁 力等于或大于彈簧力，以保持氣門開啟。要使氣門關閉時， 線圈 2 斷電，銜鐵和氣門在彈簧力的作用下向上運動；在 氣門接近關閉位置時，線圈 5 通電，電磁力幫助氣門（銜 鐵）快速運動至關閉位置。此后線圈 5 繼續通電，使氣門 保持在關閉狀態。需要開啟時，線圈 5 斷電，銜鐵和氣門 在彈簧力作用下向下運動。如此循環往復。 電磁氣門驅動控制方便，結構較為簡單，是比較容易 想到的無凸輪軸氣門驅動方式。它的主要問題是氣門落座 沖擊大，電磁響應速度不夠

14、高，能量消耗及尺寸過大。 4. 電液氣門驅動 電液氣門驅動（electrohydraulic valve actuation）的工作原理，是將氣門與一個液壓 活塞相連接，通過電磁閥控制液壓缸內高壓和 低壓液體的流入和流出，從而控制液壓活塞 氣門的運動。 這種電液式無凸輪軸氣門驅動系統，可使 發動機的氣門的定時、升程與速度連續變化。 它既不需要凸輪也不需要彈簧，而利用壓縮油 液的彈性能，在氣門的開啟與閉合期間，使氣 門加速或減速，這就是液壓擺或液壓振動體的 原理。 該系統有高壓油源和低壓油源。 該系統有高壓油源和低壓油源。一個 雙作用、 雙作用、單活塞桿的液壓缸的活塞與 發動機氣門導桿頂部相連。

15、 發動機氣門導桿頂部相連。活塞上腔 既可以與高壓油源相連， 既可以與高壓油源相連，也可以與低 壓油源相連， 壓油源相連，活塞下腔始終與高壓油 源相通。活塞無桿腔的油壓作用面積， 源相通。活塞無桿腔的油壓作用面積， 比有桿腔的油壓作用面要大。 比有桿腔的油壓作用面要大。發動機 氣門開啟由一個高壓電磁閥控制， 氣門開啟由一個高壓電磁閥控制，氣 門加速時開啟，減速時關閉。 門加速時開啟，減速時關閉。低壓電 磁閥的開關控制氣門的閉合。 磁閥的開關控制氣門的閉合。該系統 圖313 Ford 公司的電液式氣門驅動原理 還包括高壓單向閥和低壓單向閥。 還包括高壓單向閥和低壓單向閥。 1高壓電磁閥；2高壓單向

16、閥； 3低壓單向閥；4低壓電磁閥 圖315 Ford 公司的電液式氣門驅動系統的氣門運動過程 a）高壓電磁閥開啟，氣門開啟加速；b）低壓單向閥開啟，氣門開啟減速； c）高、低壓電磁閥和高、低壓單向閥全關閉，氣門全開；d）低壓電磁閥開啟，氣門關閉加速； e）高壓單向閥開啟，氣門關閉減速； f）低壓電磁閥再次開啟，氣門落座 三、合理利用進氣動態效應 進氣門的開啟和活塞的運動是一種擾動，會在進氣系統 產生膨脹波。這個膨脹波從進氣門出發，以當地聲速傳播到 管端。因為進氣系統的管端是敞開的，膨脹波在此膨脹變成 壓縮波并同樣以當地聲速反向傳回進氣門。如果這個壓縮波 傳到進氣門時進氣門開啟著，那么由于這個壓

17、縮波引起的質 點振動方向與進氣氣流方向一致，進氣氣流因此而得到增強， 氣缸充量系數將會提高，轉矩也將增大。這種效應稱為進氣 管動態效應。 四沖程發動機要利用好這一效應必須滿足下列條件： L= c ? ? se 24 ? n L進氣管長度（m）； 進氣管長度（ ）； 進氣管長度 c當地聲速（ms）； 當地聲速（ ）； 當地聲速 se進氣有效持續角（A）； 進氣有效持續角（ ）； 進氣有效持續角 n發動機轉速（r/min）。 發動機轉速（ ）。發動機轉速 圖316 進氣管長度對進氣波動效應的影響 圖317 Audi V6發動機的可變長度進氣管 1活門；2膜片閥 發 動 機 轉 矩 TTq / N&

18、#183;m 轉矩進氣管 功率進氣管 圖319 長度無級可變進氣系統示意圖 1可活動的圓筒（空氣分配器）；2固定的殼 體；3進氣道；4側壁（用于圓筒的支承）； 5圓筒中的空氣進口；6進氣道中的空氣進口 7密封墊（如彈簧片）；8進氣門 圖318 可變進氣管長度電子控 制 帶來的轉矩增益 第四節 汽油機稀薄燃燒技術 稀薄燃燒汽油機是一個范圍很廣的概念，只要 17，且保證動力性能，就可以稱為稀薄燃燒汽 油機。 稀燃汽油機可分為兩大類，一類是均質稀燃， 另一類為分層稀燃。而分層稀燃又可分為：進氣 道噴射分層稀燃方式和缸內直噴分層稀燃方式。 空燃比 圖321不同燃燒方式的性能對比 一、均質稀薄燃燒技術

19、1. 火球高壓縮比燃燒室 圖322 火球燃燒室 圖323 各種發動機油耗比較 2.碗形燃燒室 圖324 碗形燃燒室 圖325 HRCC發動機與常規發動 機油耗和排污的比較 實線HRCC；虛線常規 二、分層燃燒技術 （一）分層燃燒系統 為合理組織燃燒室內的混合氣分布，即在 火花間隙周圍局部形成具有良好著火條件的較 濃混合氣，空燃比在 1213.4 左右，而在燃燒 室的大部分區域是較稀的混合氣，兩者之間， 為了有利于火焰傳播，混合氣濃度從火花塞開 始由濃到稀逐步過渡，這就是所謂的分層燃燒 系統。 分層燃燒可分為進氣道噴射的分層燃燒方 式和缸內直噴分層燃燒方式 。分層燃燒方式又 有軸向分層燃燒系統和

20、橫向分層燃燒系統 。 1. 進氣道噴射的分層燃燒方式 （1）軸向分層燃燒系統 此燃燒系統利用強 烈的進氣渦流和進氣過 程后期進氣道噴射， 程后期進氣道噴射，使 利于火花點火的較濃混 合氣留在氣缸上部靠近 火花塞處， 火花塞處，氣缸下部為 稀混合氣， 稀混合氣，形成軸向分 層，它可以在空燃比 22 下工作， 下工作，燃油消耗率可 比均燃降低 12。 。 圖326 軸向分層燃燒系統 （2）橫向分層燃燒系統 橫向分層稀燃系統是利用滾流 來實現的。 來實現的。在一個進氣道噴射 的汽油生成濃混合氣， 的汽油生成濃混合氣，在滾流 的引導下經過設置在氣缸中央 的火花塞，在其兩側為純空氣， 的火花塞，在其兩側

21、為純空氣， 活塞頂做成有助于生成滾流的 曲面。 曲面。此燃燒系統經濟性比常 8， 規汽油機提高 6 ， ，NOx 含量（體積分數）下降80。 含量（體積分數）下降 。 圖327 橫向分層燃燒系統 2. 缸內直噴分層燃燒方式 缸內直噴（GDI）燃燒系統可實現均質混合氣燃燒、分 層混合氣燃燒以及均質混合氣壓燃燃燒（HCCI）。 缸內直噴分層混合氣燃燒主要依靠由火花塞處向外擴展 的由濃到稀的混合氣，目前實現方法有三種，即借助于燃燒 室形狀的壁面引導方式，依靠氣流運動的氣流引導方式和依 靠燃油噴霧的噴霧控制方式。前兩種方式都有可能形成壁面 油膜，是造成碳氫排放高的主要原因；后一種方式則與噴霧 特性、噴

22、射時刻關系密切，但控制起來比前兩種要難。 GDI發動機具有以下優點： 由于稀混合氣燃燒時 N2 和 O2 雙原子分子增多， 氣體的比熱容比增大，可使理論循環熱效率有 較大提高。 ? 由于燃油在缸內氣化吸熱使壓縮終點溫度降低， 因而爆燃可能性減小，壓縮比可以提高，由此 可使燃油消耗率改善 5 以上。 ? 由于燃燒放熱速率提高等，可使燃油消耗率改 善 23，而怠速改善 10 以上。 ? 由于取消了進氣節流閥，泵氣損失可降低 15。 ? 中小負荷時，周邊區域參與燃燒的程度較小， 氣體溫度降低，使傳熱損失減小。 GDI發動機存在的主要問題： 難以在所要求的運轉范圍內使燃燒室內混合氣實 現理想的分層。分

23、層燃燒對燃油蒸氣在缸內的分 布要求很高，通常噴油時刻、點火時刻、空氣運 動、噴霧特性和燃燒室形狀配合必須控制得十分 嚴格，否則很容易發生燃燒不穩定和失火。 ? 噴油器內置氣缸內，噴孔自潔能力差，容易結垢， 影響噴霧特性和噴油量。 ? 低負荷時 HC 排放高，高負荷時 NOx 排放高，有 碳煙生成。 ? 部分負荷時混合氣稀于理論空燃比，三效催化器 轉化效率下降，需采用選擇性催化轉化 NOx 。 ? 氣缸和燃油系統磨損增加。 （二）典型缸內直噴燃燒系統 1. 三菱缸內直噴分層充量燃燒系統 圖328 三菱公司 GDI 發動機結構圖 轉 矩 變 動 ?% 燃 料 消 耗 量 ?L?h be?g? （k

24、 W·h） 空載轉速?r?min a） 空燃比 b） NOx 空燃比 c） 圖329 三菱公司 GDI 發動機性能改善效果 2.豐田缸內直噴分層充量燃燒系統 VVT -i 圖230 豐田D-4缸內直噴式稀燃汽油機 a） b） 圖331 豐田 D-4 燃燒室混合氣形成 a）燃氣混合過程；b）缸內混合氣濃度分 布 轉 矩 ? N·m 發動機轉速r?min 圖332 D-4稀燃發動機控制方法 低速低負荷時， 低速低負荷時，在壓縮 行程后期噴油， 行程后期噴油，形成明 顯的分層燃燒， 顯的分層燃燒，而在高 速大負荷時， 速大負荷時，進氣行程 就開始噴油， 就開始噴油，以形成完 全的

25、均質化學計量比燃 燒。在分層燃燒與均質 化學計量比燃燒領域之 間，有弱分層燃燒和均 質燃燒兩個區域。 質燃燒兩個區域。 第五節 廢氣渦輪增壓發動機 一、廢氣渦輪增壓發動機性能 1. 增壓柴油機 功率 （ k W） 轉矩 （N· m） Be （ g/k W·h） 發動機轉速（r/min） 圖333 增壓后發動機性能的提高 NA自然吸氣；TC渦輪增壓；TC+IC增壓加中冷 經濟性： 柴油機增壓后，平均指示壓力 大大增加，而其平均機械 損失壓力 卻增加不多，因此，機械效率m 提高； ? 由于增壓適當加大了過量空氣系數 a，使燃燒過程得到 一定改善，其指示熱效率i t往往也會有所提

26、高； ? 增壓機大多作泵氣正功，也會使指示熱效率提高； ? 如果增壓和非增壓發動機功率相同，則增壓發動機可以減 少排量，顯然，這樣使機械損失減少，燃油消耗率降低。 另外，由于發動機排量減少，整臺發動機體積、質量都會 減少，這樣降低整車油耗也有利； ? 發動機采用增壓后，還可以在保證原有功率和一定轉矩下， 適當降低轉速。這樣，由于機械損失和磨損減少，對改善 燃料經濟性有利。 排氣污染和噪聲 ： 由于增壓柴油機有較充足的過量空氣系數，有害 氣體排放量（HC、CO）一般為非增壓機的1/3 1/2 ； ? 由于增壓適當加大了過量空氣系數 a，使燃燒過 程得到一定改善，其指示熱效率i t往往也會有所 提

27、高； ? 如果采用增壓中冷技術，可顯著減少 NOx 排放 ； ? 由于增壓后，柴油機著火延遲期縮短，壓力上升 率降低，可以使燃燒噪聲減少 ； ? 由于渦輪增壓器的設置，使進、排氣噪聲也有所 減少 缺點： 面。 主要體現在低速轉矩特性和加速性下降等方 低速時，由于增壓壓力下降，轉矩 TTq 的增 量明顯比高速時低，這就使轉矩特性的低速段很 不理想，影響汽車加速性能及爬坡性能。 起動時，由于未建立增壓壓力，而增壓機的 壓縮比又比較低，所以起動、著火有一定困難。 此外，動態過程中，氣體壓力反應緩慢，增壓 器葉片也有較大慣性，致使各種響應都變慢，不 僅進一步影響了加速及起動性能，也因過渡過程 拖長而使

28、此時的排放和經濟性能變差。 2. 增壓汽油機 存在的主要問題：汽油機增壓后，壓縮終點和溫 度都加大，爆燃傾向加劇，熱負荷更加嚴重。若 燃料辛烷值不提高，就必須采取降低壓縮比，推 遲點火等相應措施，其結果會導致熱效率的下降。 此外，汽油機增壓同樣存在低速轉矩特性和加速 性能下降的問題。 ? 可采取的措施：電子可變渦輪噴嘴環截面控制、 電控增壓壓力控制等技術的應用可以有效改善低 速轉矩特性和動態特性；電控燃油噴射技術，實 現了定時和轉矩特性（油量特性）的優化；特別 是電控爆燃控制、電控廢氣再循環控制以及增壓 中冷技術 二、增壓壓力控制 發動機增壓時要防止增壓器超速及增壓壓力 過高。渦輪增壓器超速可

29、能損壞壓氣機及渦輪旋 轉零部件，造成嚴重事故。增壓壓力過高則可能 使汽油機發生爆燃；使柴油機機械負荷及熱負荷 過高。 控制增壓壓力有三種辦法： ? 排氣旁通，減少進入渦輪的排氣及其能量； ? 部分增壓空氣返回到壓氣機入口或大氣中，減少 入缸的空氣量； ? 通過電腦自動控制。 l. 排氣旁通 增 壓 壓 力 （ bar ） 最高發動機轉速的百分率（%） 圖334 控制增壓壓力與發動機轉速 渦輪增壓發動機的離心式壓氣 機，通常在 14 發動機額定轉速 以下的轉速范圍內，出口空氣壓力 增加甚微。高于該轉速后，壓力逐 步上升，如果不采用排氣旁通，則 壓力沿著虛線上升，會超過發動機 能承受的最高增壓壓力

30、。因此要采 取排氣旁通或別的措施，使其壓力 控制在允許值以下。在一定具體條 件下，采用大的渦輪及渦殼，也可 以使壓力較低，如圖中虛線所示， 但這是不經濟的。 為了防止渦輪增壓器的超速及 增壓壓力過高，可以采用提升閥等 措施來控制排氣旁通的通道。 a） b） 圖335 排氣旁通增壓系統 a）旁通閥關； b）旁通閥開 用軟管將壓氣 機渦殼空腔與膜片 作用器的空腔連接 起來，傳遞壓氣機 出口處空氣壓力變 化信號。當發動機 在正常的穩定狀態 下工作，增壓壓力 不高，提升閥是關 閉的。當增壓壓力 超過某一規定值時， 提升閥打開，部分 排氣不進入渦輪， 而由旁通管直接排 入大氣中，因此渦 輪轉速不會上升，

31、 壓氣機出口壓力也 保持在限定值以下。 圖336 旁通閥及膜片作用器的冷卻 提升閥的閥桿較長而且與排氣直接接觸，因此殼體外部應設計散熱翅 片，以提高散熱效果。提升閥桿的上部有中心孔通道，將從壓氣機出口有 壓力的空氣引入旁通閥的殼體內，冷卻閥后排出。另一方面，從閥桿與閥 導向管間隙滲入的排氣，也由壓縮空氣從排氣旁通管路中壓到排氣管中， 減輕旁通閥及膜作用器的熱負荷。 a） c） 圖337 排氣背壓及壓氣機入口處真空度控制的增壓系統 a）旁通閥關；b）旁通閥部分打開；c）旁通閥全開 在用排氣背壓及 壓氣機入口處真空度 聯合控制時，當發動 機在中等轉速部分負 荷工作時，排氣背壓 通過鋼管傳遞，作用

32、在膜片作用器的膜片 上，使旁通閥部分打 開（圖337b），實 現控制增壓壓力的目 的。如果發動機在中 速、高速大負荷工況 工作，輸入渦輪的排 氣能量增加，使壓氣 機轉速及出口壓力進 一步上升，此時壓氣 機入口處真空度增大， 其影響與排氣背壓同 時作用在膜片作用器 上；使旁通閥打開 （圖337c），更多 的排氣從旁通閥排入 大氣中，使增壓壓力 保持在一定范圍內。 2. 空氣旁通 將化油器的節氣 門通過桿件與空氣直 接進入氣缸的旁通進 氣道中一閥門連接在 一起。當節氣門開度 很小，例如小于13 開度，那么旁通進氣 道中的閥門打開（圖 338a），大部分空 氣不經過壓氣機直接 進入氣缸中。當節氣 門

33、開度大于13開度 時，旁通進氣道中閥 門關閉，空氣進入壓 氣機，從而發動機在 一定增壓壓力下工作 （圖338b）。 a） b） 圖338 空氣旁通的增壓系統 a）低速輕負荷工況；b）高速重負荷工況 3. 自動控制 該系統主要由微處理機、壓力傳感器、轉 速傳感器（圖中表示通過分配器提供轉速變化 信號）及敲缸傳感器組成。輸入信號經過處理 后，微處理器給電磁線圈發出指令，控制旁通 閥開或者關。 由于采用了微處理器控制，在發生敲缸征 兆時，可以自動推遲點火提前角，避免爆燃， 因此采用這種控制系統的汽油機增壓后，可以 不降低壓縮比，采用原先使用的汽油。 三、可變渦殼通道及噴嘴環流通截面的渦輪 1. 雙渦

34、殼通道的渦輪 a） b） 圖339 雙通道渦殼增壓系統 a）低速輕負荷工況；b）高速重負荷工況 2. 可變渦殼通道的渦輪增壓系統 a） 圖340 可變渦殼通道截面的增壓系統 a）低速運轉閘閥關；b）高速運轉閘閥開 b） 3. 可變噴嘴環流通截面的渦輪 a） b） 圖341 噴嘴環流通截面可變的渦輪 a）噴嘴葉片接近關閉狀態；b）噴嘴葉片接近全開狀態 四、汽油機增壓系統的常用措施 電控汽油噴射系統 成功地擺脫了增壓器與化油器匹配的困難，為汽油機 增壓技術奠定了基礎。還為在汽油機增壓系統中實現 爆燃控制、放氣控制、排放控制、增壓器可變技術的 應用等綜合控制帶來了方便。 電控爆燃控制 采用爆燃控制以

35、后，可以在避免發生爆燃的前提下， 最大限度地發揮整機潛力 增壓中冷 增壓空氣進行中冷，對增加充量、降低熱負荷、消除 爆燃均十分有利。 1. 電控汽油噴射系統 圖343 增壓汽油機的電子控制系統 1空氣濾清器；2空氣流量計；3渦輪增壓器；4放氣閥；5爆燃傳感器；6水溫傳感器； 7增壓壓力傳感器；8節流閥位置傳感器；9EGR閥；10中冷器；11噴嘴；12點火線 圈；13火花塞；14比例式壓力控制電磁閥；15電動汽油泵；16變速器空檔位；17車速 傳感器；18點火正時控制信號；19曲軸轉角傳感器 2. 電控爆燃控制 點 火 時 刻 346 爆燃控制 l爆燃 燃控制 103 r/min 347 2 M

36、BT 3 爆燃 爆燃控制 4 爆 3. 增壓中冷 （°） pk （ MP a） Pe （ kW ） be g / （ k W·h ） tk（） 增壓空氣溫度tk（） 圖349 增壓空氣溫度對 發動機性能的影響 圖348 tk對pk、a、燃料辛烷值的影響 第六節 汽油機燃油噴射與點火系統電子控制 一、系統發展簡述 化油器 ： 1）排污嚴重，難于同時消除各種氣體排放污染物。2）油 和氣的響應速度都較慢，而且彼此間還有差別，致使動態 過程時各種性能惡化。3）存在化油器喉管，致使進氣系 統阻力加大，充量系數降低。4）由于難兼顧各缸進氣和 油膜分配的均勻性，以致各缸工作不均勻性較為嚴

37、重。5） 增加了汽油機增壓的困難等 ? 電控汽油噴射 ： 能準確控制混合氣的質量，保證氣缸內的燃料燃燒完全， 使廢氣排放物和燃油消耗都能夠降得下來，同時它還提高 了發動機的充氣效率，增加了發動機的功率和扭矩。 二、 復合功能的電控多點燃油噴射與 點火系統 電控汽油噴射系統分為單點噴射與多點噴射。 a） b） 圖350 汽油機單點與多點電控燃油噴射系統 a）單點噴油系統示意圖；b）多點噴油系統示意圖 l燃油入口；2空氣入口；3節氣門；4進氣歧管；5噴油器；6發動機 多點燃油噴射與電子點火相結合，使用同一電控 單元（ECU）控制，并且具有發動機和動力傳動系 統的管理功能，這種系統就叫復合功能的電控

38、多點 復合功能的電控多點 燃油噴射與點火系統。 燃油噴射與點火系統 （一）工作原理 各傳感器及有關的信息都輸送到圖上 21 所示的電控單 元 ECU 中。ECU 接受信號后，根據系統中儲存的數據（軟 件），求出對應于該工況的點火提前角、噴油持續時間（供 油脈寬）和點火閉合角等參數，再命令執行器完成上述指令 而進行正常運行。而本系統的執行器，就是圖351 上的電 動汽油泵 2、噴油器 11、油箱通風閥 6 、怠速調整器 9 、點 火線圈 16 、壓力調節器 17 和廢氣再循環閥 18等件。 圖352 Motronic特 性場 1點火提前角；2閉 合 角 ； 3 燃 空 比 （1/）；4怠速調節

39、器開度；5廢氣再循 環閥門位置；6加速 加濃 （二）控制功能 1. 噴射控制 1）穩定工況供油控制 2）冷起動及起動后暖機的供油控制 噴 油 時 間 加 濃 系 數 F 水溫? t?s 圖353 起動時冷卻水溫度與噴油時間的關系 圖354 暖車加濃系數 F 隨時間的變化 a時間因素占主要部分；b發動機溫度因素有關的部分 3）加、減速工況的供油控制 增 量 比 增量持續時間?s 圖355 加速增量示意圖 4）怠速轉速與怠速油量控制 5）大氣狀態及蓄電池電壓的油量修正 溫度修正 進氣量與進氣溫度有關，高于 20 要減油，低于 20 則要加油。 ? 大氣壓力修正 大氣壓力下降，空氣稀薄 要減油。這對

40、高原行車有較大意義。 ? 蓄電池電壓修正 電壓下降會引起噴油率 下降，故要增大噴油脈寬來補償。 2. 點火控制 點火提前角控制 點火閉合角的控制 ? 爆燃控制 3. 其它參數的控制 油箱通風調節。 ? 進行廢氣再循環控制。 其它如凸輪軸控制（配氣相位）、離合 器控制、滅缸控制等。 三、多點燃油噴射系統的噴射時序對性能的影響 圖356 噴油定時示意圖 a）同時噴射方式；b)分組噴射方式；c) 順序噴射方式 第七節 柴油機燃油噴射系統電子控制 一、系統發展簡述 環境污染 能源危機 CO2 柴油機電噴系統 直列式 轉子式 高壓共軌 噴油嘴型 單體泵型 與機械控制方式相比，柴油機電控噴射有 以下優點：

41、 電控技術能使控制更為全面和精確，比之原有的機械 或機、液控制更易實現性能優化并對相互矛盾的要求 進行合理的折中，這樣就能使燃油消耗率和有害物的 排放量大幅度下降。 ? 由于機械或機、液控制在結構、工藝上的復雜性和局 限性，很多已被證明是有效的改善性能的措施，如預 噴射或多次噴射、噴油率與噴油壓力的精確控制等均 難以實現，采用電控后有助于滿足這些控制要求。 ? 采用電控技術后，控制對象和目標大為擴展，除常規 穩態性能調控外，還可擴展到各種過渡過程的優化控 制、故障自動監測與處理、操作過程自動化以及自適 應控制等，最終發展成為整機的電腦管理系統，從而 使整機性能與可靠性得到大幅度的提高。 圖35

42、7 柴油機燃油消耗與相應的技術措施 二、 類型與性能特點 （一）位置控制式電控燃油噴射系統 圖358 日本電裝公司 ECDV1電控噴油系統 1溢油控制電磁線圈；2溢油環位置 傳感器；3斷油線圈；4供油定時控 制閥；5供油提前器位置傳感器；6 發動機轉速傳感器 圖359 定時控制閥 在電子控制系統中，在定 時活塞的高、低壓腔之間用了 一個定時控制閥，如圖359 所 示。該控制閥是一個二位二通 的電磁開關閥，該閥根據電控 單元的指令實現開、關，從而 實現噴油定時控制。定時活塞 位移傳感器檢測定時活塞的位 置，并將此位置反饋給電控單 元，以實現噴油定時的閉環控 制。該位移傳感器也是差動變 壓器式位移

43、傳感器。 （二）時間控制式電控燃油噴射系統 1. 時間控制式柱塞泵脈沖噴油系統 1）時間控制型電子控制分配式噴油泵 圖360 日本電裝公司 ECDV3 系統 1發動機轉速傳感器；2溢油控制閥；3發火定時傳感器；4 發動機；5噴油定時控制閥 圖361 油量控制原理圖 l泵角度脈沖發生器；2泵驅動軸；3泵角位移傳感器；4電子控制器； 5電磁溢流閥；6高壓腔；7柱塞；8平面凸輪；9滾輪 圖363 噴油定時控制時的泵油角度與柱塞行程圖 1泵角位移傳感器；2滾輪環；3提前器活塞；4泵角度脈沖發 生器 圖365 電磁溢流閥的工作原理 a）壓縮噴射；b）輔助噴射；c）主溢流 2）電控單體泵 主要優點： 能承

44、受很高的泵端壓力。 由于分列泵的結構特點，泵體具有很好的剛度； 單體泵可以分別安裝在距噴油器的最近處；只需很短 的高壓油管，因此油管的剛度很好 可以減小高壓系統的有害容積； 凸輪和軸承受力較大的部件，都有一定的空間進行加 強。 功率覆蓋面大。 3）電控泵噴嘴 泵噴嘴就是將泵油柱 塞和噴油嘴合成一體，安 裝在缸蓋上。泵噴嘴由于 無高壓油管，所以可消除 長的高壓油管中壓力波和 燃油壓縮的影響，高壓容 積大大減少，因此噴射壓 力可很高。它的驅動機構 比較特殊，必須是頂置式 凸輪驅動機構。電控泵噴 嘴則像電控單體泵一樣， 也是采用一個兩位兩通的 高速電磁開關閥。 圖368 DDEC 電控泵噴嘴噴射系統

45、 1轉速和曲軸位置傳感器；2噴油定時傳感器 ； 3電控泵噴嘴；4控制電磁閥；5電子分配器； 6加速踏板位置；7傳感器 圖369 DDEC 系統電控泵噴嘴結構和工作原理 a）結構； b）工作原理 l鍛造殼體；2電磁閥閥芯；3燃油通道；4銜鐵；5接線柱；6電磁 鐵；7柱塞 圖370 電磁閥關閉點檢測 圖371 電信號和噴射之間的關系 2. 時間控制式共軌噴油系統 這種系統不再應用傳統的柱塞脈動供油泵原 理，而是先將柴油或者其它傳遞壓力的工質，如 機油，以高壓（噴油壓）或中壓（10MPa 左右） 狀態蓄集在被稱為共軌（ commonrail ）的容器中， 然后利用電磁三通閥將共軌中的壓力油引到噴油

46、器中完成噴射任務。 l）共軌中若為與噴油壓力相同的柴油，則此 油直接進入噴嘴盛油槽（針閥腔）開啟針閥進行 噴射，這就是“高壓共軌”系統。 圖373 ECDU2 系統示意圖 1加速踏板位置傳感器；2油泵壓力控制閥（PCV）；3電控裝置；4燃油壓力傳感 器；5共軌管；6三通閥（TWV）；7燃油箱；8節流孔；9控制室；10液壓活 塞；11噴嘴；12噴油器；13高壓供油泵；14發動機轉速傳感器；15氣缸識別傳 感器 高壓輸油泵的結構如圖374 所示，和傳統系統的直列泵結構 相似，通過凸輪和柱塞機構使燃 油增加，各柱塞上方配置控制閥。 凸輪有單作用型、雙作用型、三 作用型及四作用型等多種。圖3 74 中

47、所示為三作用型。采用三作 用型凸輪，可使柱塞單元減少到 l3 。向共軌中供油的頻率和噴 油頻率相同，這樣可使共軌中的 壓力平穩。 圖346 ECDU2 系統的高壓輸油泵結構 l三次工作凸輪；2挺柱體；3柱塞彈簧；4柱塞； 5柱塞套；6油泵壓力控制閥（PCV）；7接頭； 8出油閥；9溢流閥 圖375 高壓輸油泵的控制 供油泵的基本工作原理見 圖375。柱塞下行，控制 閥開啟，低壓燃油經控制閥 PVC 流入柱塞腔；柱塞上行， 但控制閥中尚未通電，控制 閥仍處于開啟狀態，吸進的 燃油并未升壓，經控制閥又 流回低壓腔；滿足必要的 供油量定時，控制閥通電使 其關閉，則回油流路被切斷， 柱塞腔內燃油被升壓

48、。因此， 高壓燃油經出油閥（單向閥） 壓入共軌內。控制閥關閉后 的柱塞行程與供油量對應。 如果使控制閥的開啟時間 （柱塞的預行程）改變，則 供油量隨之改變，從而可以 控制共軌壓力；凸輪越過 最大升程后，則柱塞進入下 降行程，柱塞腔內的壓力降 低。這時出油閥關閉，壓油 停止。控制閥處于斷電狀態， 控制閥開啟，低壓燃油將被 吸入柱塞腔內，既恢復到 狀態。 圖376 共軌部件 l封套；2高壓溢流閥；3共軌壓力傳感器；4液流緩沖器 共軌將供油泵輸出的高壓燃油經穩壓、濾波后，分配到各個氣缸的噴油器中去。 在共軌上裝有共軌壓力傳感器、液流緩沖器和高壓溢流閥。液流緩沖器和高壓油管相 連，將高壓燃油送入噴油器

49、中。和高壓溢流閥相連的油管可使燃油流回油箱。液流緩 沖器也可使共軌內和高壓管路內的壓力波動減小，以穩定的壓力將高壓燃油供入噴油 器。而且一旦發生流出的油量過多等情況時，為了不至于損壞發動機，液流緩沖器可 將燃油通路切斷，停止供油。 圖379 二位二通高速電磁閥控制的噴油器 a）二位二通高速電磁閥開啟狀態； b）二位二通 高速電磁閥閉合狀態 噴油器控制噴油 量和噴油定時，通過 二位二通電磁閥的開 啟和關閉進行控制。 當二位二通閥開啟時 （圖379a），控制 腔內的高壓燃油經出 油節流孔流入低壓腔 中，控制室中的燃油 壓力降低，但是，噴 油嘴壓力腔的燃油壓 力仍是高壓。壓力室 中的高壓使針閥開啟，

50、 向氣缸內噴射燃油。 當二位二通閥關閉時 （圖379b），共軌 高壓油經控制室的進 油節流孔流入控制室， 控制室的燃油壓力升 高，使針閥下降，噴 油結束。 2）若泵入共軌腔中的是中壓機油，則它進入噴油器后將類似傳統 泵噴嘴中的凸輪，對噴油器中的活塞上方施壓。此活塞再通過柱 塞壓縮下方的柴油，使其增為噴射的高壓而通到噴油嘴中類似常 規噴嘴進行噴射。此種系統另有燃油供油及回油油路。此系統又 稱為“液壓泵噴嘴系統”。 圖381 美國 Caterpillar 公司 HEUI 系統 1高壓機油泵；2機油油管； 3高壓機油共軌；4HEUI 噴 油器；5燃油濾清器；6輸油 泵；7燃油箱；8燃油回油管； 9ECU 電控模塊；10RPCV 壓力控制閥；11機油箱；12機 油泵；13機油冷卻器；14機 油濾清器 圖 383 HEUI 響應特性圖 圖384 HEUI 系統的預噴射結構 l控制閥；2增壓活塞；3活塞套； 4噴油嘴；5進油孔；6精密回油孔 三、以電控噴射為主的柴油機 電子管理中心的主要功能 ? ? ? ? ? ? 目標噴油量控制 目標噴油定時控制 油量及噴油定時的補償控制 冷起動及怠速穩定性控制 過渡性能與煙度控制 噴油規律與噴油壓力的控制 圖385 E