汽车发动机基本知识.ppt

发动机的分类发动机的分类按照所用燃料分按照所用燃料分类 按照行程分按照行程分类 按照冷却方式分按照冷却方式分类 按照气缸数目分按照气缸数目分类 按照气缸排列方式分按照气缸排列方式分类按照按照进气系气系统是否采用增是否采用增压方式分方式分类 发动机的组成发动机的组成（汽油发动机）（汽油发动机）1.起起动系系统；2.燃料供燃料供给系系统；进气系气系统、排气系、排气系统、燃油系、燃油系统3.点火系点火系统；4.配气机构；配气机构；气气门组、气、气门传动组和气和气门驱动组组成。成。5.曲柄曲柄连杆机构；杆机构；活塞活塞连杆杆组、机体、机体组、曲、曲轴飞轮组 6.冷却系冷却系统；风扇、水箱、水扇、水箱、水泵、节温器、水管、水温温器、水管、水温传感器感器7.润滑系滑系统；机油机油泵、机油格、油道、机油格、油道起动系统起动系统 要使要使发动机由静止状机由静止状态过渡到工作状渡到工作状态，必必须先用外力先用外力转动发动机的曲机的曲轴，使活塞作，使活塞作往复运往复运动，气缸内的可燃混合气燃，气缸内的可燃混合气燃烧膨膨胀作作功，推功，推动活塞向下运活塞向下运动使曲使曲轴旋旋转。发动机机才能自行运才能自行运转，工作循，工作循环才能自才能自动进行。因行。因此，曲此，曲轴在外力作用下开始在外力作用下开始转动到到发动机开机开始自始自动地怠速运地怠速运转的全的全过程，称程，称为发动机的机的起起动。完成起。完成起动过程所需的装置，称程所需的装置，称为发动机的起机的起动系系。燃料供给系统燃料供给系统 进气系统进气系统排气系统排气系统供油系统供油系统汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的功用是根据发动机的要求，配制出一定的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排后的废气从气缸内排出到大气中去。出到大气中去。点火系统点火系统点火系通常由蓄点火系通常由蓄电池、池、发电机、分机、分电器、器、点火点火线圈和火花塞等圈和火花塞等组成。成。配气机构配气机构配气机构的功用是根据发动配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组气门传动组和气门驱动组组成。成。曲柄连杆机构曲柄连杆机构 作用：作用：曲柄连杆机构是发动机实现工曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运作循环，完成能量转换的主要运动零件。动零件。组成：组成：机体组、活塞连杆组和曲轴飞机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等轮组等工作原理：工作原理：在作功行程中，活塞承受燃气在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞直线运动动转化成活塞直线运动。冷却系统冷却系统水冷水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、扇、水箱、节温器等温器等组成。成。冷却系的功用是将受冷却系的功用是将受热零件吸收的部分零件吸收的部分热量及量及时散散发出去，保出去，保证发动机在最适宜的温机在最适宜的温度状度状态下工作。下工作。润滑系统润滑系统润滑系的功用是向作相滑系的功用是向作相对运运动的零件表面的零件表面输送定量的清送定量的清洁润滑油，以滑油，以实现液体摩擦，液体摩擦，减小摩擦阻力，减减小摩擦阻力，减轻机件的磨机件的磨损。并。并对零件零件表面表面进行清洗和冷却。行清洗和冷却。润滑系通常由滑系通常由润滑油滑油道、机油道、机油泵、机油、机油滤清器和一些清器和一些阀门等等组成。成。一些常见的概念一些常见的概念空燃比空燃比过量空气系数量空气系数点火提前角点火提前角气气门重叠角重叠角发动机排量机排量部分部分负荷与全荷与全负荷荷压缩比比 空燃比空燃比 燃烧时的空气质量与燃烧时的空气质量与燃料质量的比例，理论燃料质量的比例，理论值为值为14.9。在空燃比为在空燃比为13.514.0时，燃烧火焰温度时，燃烧火焰温度出现最高值，称为功率出现最高值，称为功率空燃比；空燃比；在空燃比为在空燃比为16左右时，左右时，燃油燃烧最完全，发动燃油燃烧最完全，发动机的油耗率最低，称为机的油耗率最低，称为经济空燃比。经济空燃比。过量空气系数过量空气系数：发动机工作过程中，燃发动机工作过程中，燃烧烧1kg燃油实际供给的燃油实际供给的空气质量与理论空气量空气质量与理论空气量的比值。的比值。过量过量空气系数空气系数是反映是反映混合气形成和完善程度混合气形成和完善程度及整机性能的一个重要及整机性能的一个重要参数，在保证完全燃烧参数，在保证完全燃烧的前提下，应力求使过的前提下，应力求使过量空气系数小。量空气系数小。发动机排量发动机排量活塞活塞从从上止点上止点移动移动到到下止点下止点所通过的空所通过的空间容积称为间容积称为气缸排量气缸排量；如果发动机有若干如果发动机有若干个气缸，所有气缸工个气缸，所有气缸工作容积之和称为作容积之和称为发动发动机机排量。排量。部分负荷与全负部分负荷与全负荷荷 油门踏板传感器中将油门踏板传感器中将约约 10 至至 90%的回的回转范围定为部分负荷转范围定为部分负荷,超过超过90%的回转范围则的回转范围则定为全负荷定为全负荷.点火提前角：点火提前角：从发出电火花到活塞运从发出电火花到活塞运动到上止点之间的曲轴动到上止点之间的曲轴转角。转角。气门重叠角气门重叠角 进气门早开，排气进气门早开，排气门迟闭，两者之间的门迟闭，两者之间的曲轴转角。曲轴转角。气门重叠角的作用与气门重叠角的作用与影响影响压缩比压缩比概念：概念：发动机混合气体被机混合气体被压缩的程度，即的程度，即压缩前前的气缸的气缸总容容积与与压缩后的气缸容后的气缸容积（即燃（即燃烧室容室容积）的比例的比例发动机的机的压缩比比较高，高，压缩时所所产生的气缸生的气缸压力力与温度相与温度相对地提高，混合气中的汽油分子能汽化得地提高，混合气中的汽油分子能汽化得更完全，更完全，颗粒能更粒能更细密，当火花塞点火密，当火花塞点火时就能使得就能使得这混合气在瞬混合气在瞬间内完成燃内完成燃烧的的动作，作，释放出最大的放出最大的爆爆发能量，来成能量，来成为发动机的机的动力力输出；出；燃燃烧的的时间延延长，能量会耗，能量会耗费并增加并增加发动机的温机的温度而并非参与度而并非参与发动机机动力的力的输出；出；高高压缩比的比的发动机就意味着可具有机就意味着可具有较大的大的动力力输出。出。是不是是不是压缩比越大越好？比越大越好？压缩比的选择压缩比的选择通常的低通常的低压压缩比指的是比指的是压缩比在比在10以下，高以下，高压缩比在比在10以上，相以上，相对来来说压缩比越高，比越高，发动机的机的动力就越大力就越大；压缩比越高比越高发动机抖振越机抖振越厉害；害；发动机的机的压缩比越高，通比越高，通常伴随着的就是常伴随着的就是发动机工作机工作时抖振会抖振会较明明显增大，即使是增大，即使是多缸多缸发动机也是如此。机也是如此。压缩比太高会比太高会导致自燃，从而引致自燃，从而引发爆震；爆震；压缩比太低混合气的汽化不良，燃比太低混合气的汽化不良，燃烧效果效果变差。差。压缩比比较高高时，对整个燃整个燃烧室密封性要求室密封性要求较高高 压缩比越高的比越高的发动机，要求汽油的抗爆性指机，要求汽油的抗爆性指标越越高，即汽油的高，即汽油的标号也就越高。号也就越高。热膜式空气流量计热膜式空气流量计Hot film mass airflow sensor功能：功能：把把发动机吸入的空气机吸入的空气质量量传送送给ME控制控制单元元N3/10，N3/10根据根据该数数值确定主确定主喷油量，油量，每一个气缸都配有一个每一个气缸都配有一个喷油器，油器，N3/10通通过控制控制喷油器的油器的通通电时间提供所需要的提供所需要的喷油油量。量。长短进气歧管示意图长短进气歧管示意图长的进气歧管长的进气歧管短的进气歧管短的进气歧管长短长短进气歧管转换进气歧管转换ME电脑根据来自以下根据来自以下传感器的信号促感器的信号促动进气歧管气歧管转换来切来切换长短短进气管道，达到更好地气管道，达到更好地优化化发动机扭矩的目的。机扭矩的目的。1、热膜式空气膜式空气质量流量量流量传感器感器(B2/5),发动机机负荷荷 2、曲、曲轴霍霍尔传感器感器(B70),发动机机转速速长进气通道气通道(气缸高度气缸高度处的横截面的横截面)1 可可变长度度进气歧管气歧管转换阀关关闭 2 翻翻转活活门 可可变长度度进气歧管气歧管转换阀在以下情况下关在以下情况下关闭:-发动机机转速低于速低于 3500 rpm 进气采用气采用长进气通道气通道.这样可以可以实现发动机扭矩和机扭矩和输出功率的增加出功率的增加.短短进气通道气通道(气缸高度气缸高度处的横截面的横截面)1 可可变长度度进气歧管气歧管转换阀打开打开 可可变长度度进气歧管气歧管转换阀在以下情况下打开在以下情况下打开:-发动机机负荷高于荷高于 50%-发动机机转速高于速高于 3500 rpm 空气通空气通过短短进气通道气通道进入入.这样可以可以实现发动机扭矩和机扭矩和输出功率的增加出功率的增加.当促当促动转换阀时,从真空罐从真空罐对真空真空组件加注真空件加注真空.并一起由真空并一起由真空组件促件促动.这引起引起转换风门关关闭,空气从空气从长进气通道气通道进入入.喷油量喷油量热膜式空气膜式空气质量流量量流量传感器感器(MAF)(B2/5),发动机机负荷荷进气温度气温度传感器感器(B2/5b1)冷却液温度冷却液温度传感器感器(B11/4)压力力传感器感器(B28),进气歧管气气歧管气压进气歧管左气歧管左侧翻翻转活活门位置位置传感器感器(B28/9),左左侧翻翻转活活门位置位置进气歧管右气歧管右侧翻翻转活活门位置位置传感器感器(B28/10),右右侧翻翻转活活门位置位置左左侧和右和右侧进气凸气凸轮轴霍霍尔传感器感器(B6/4,B6/5),进气凸气凸轮轴位置位置左左侧和右和右侧排气凸排气凸轮轴霍霍尔传感器感器(B6/6,B6/7),排气凸排气凸轮轴位置位置油油门踏板踏板传感器感器(B37),驾驶员的的发动机机负荷荷请求求油油门踏板踏板传感器感器,油油门踏板操作踏板操作(快快,慢慢)曲曲轴霍霍尔传感器感器(B70),发动机机转速速催化催化转换器上游的左器上游的左侧和右和右侧 O2 传感器感器(G3/3,G3/4),氧氧传感器信号感器信号电控多端控多端顺序燃料序燃料喷注注/点火系点火系统(ME-SFI)ME控制控制单元中的海拔元中的海拔压力力传感器感器,用于海拔用于海拔调节的大气的大气压力力接合的接合的进气歧管气歧管长度度使用使用诊断断辅助系助系统(DAS)进行的修正行的修正编程程(用于加速用于加速)发动机扭矩要求功能的各种条件也被考机扭矩要求功能的各种条件也被考虑在内在内.起动加浓起动加浓为什么要起什么要起动加加浓？起起动时发动机机转速很低，速很低，进入汽缸的气流速度小，汽油入汽缸的气流速度小，汽油雾化条件差；化条件差；冷起冷起动时发动机各部分温度低，燃油不易蒸机各部分温度低，燃油不易蒸发汽化，致使混合气汽化，致使混合气过稀稀无法燃无法燃烧。为了保了保证发动机的机的顺利起利起动，必，必须供供给多而多而浓的混合气。的混合气。对于起于起动时的混合物加的混合物加浓，ME 控制控制单元使用以下元使用以下传感感器和信号器和信号计算算喷射射时间:1、冷却液温度、冷却液温度传感器感器(B11/4)2、曲、曲轴霍霍尔传感器感器(B70),发动机机转速速 3、通、通过 电路路 30 的的车载电气系气系统蓄蓄电池池(G1)的的电压 4、电子点火开关子点火开关(EIS)控制控制单元元(N73),通通过底底盘控制器区域网控制器区域网络(CAN)(控制器区域网控制器区域网络总线 E 级(CAN E)传送送电路路 50 信号信号 5、发动机关机关闭时间一旦空燃比控制被启用一旦空燃比控制被启用,则它将它将监视喷射射时间.起动加浓起动加浓原因：原因：起起动时发动机机转速很低，流速很低，流经化油器的气流速度小，汽油化油器的气流速度小，汽油雾化条化条件差；冷起件差；冷起动时发动机各部分温度低，燃油不易蒸机各部分温度低，燃油不易蒸发汽化。大部分燃汽化。大部分燃油呈油粒状油呈油粒状态凝凝结在在进气管内壁上，只有极少量易气管内壁上，只有极少量易挥发的燃油汽化的燃油汽化进入气缸，致使混合气入气缸，致使混合气过稀无法燃稀无法燃烧。为了保了保证发动机的机的顺利起利起动，必，必须供供给多而多而浓的混合气。的混合气。上游氧传感器上游氧传感器为什么叫什么叫宽频氧氧传感器？感器？通通过与集成在与集成在 ME-SFI 控制控制单元内的控制元内的控制电子器件子器件协同工作同工作,传感器感器可以在极大的可以在极大的过量空气系数范量空气系数范围内内(0.7 4.0)提供准确信号。提供准确信号。工作原理工作原理ME-SFI 控制控制单单元中的元中的电电路会控制通路会控制通过过氧氧泵电泵电池的池的泵泵流量流量,从而将从而将扩扩散散间间隙中的气体隙中的气体组组合合维维持在持在=1。这这与与 Nernst 浓浓差差电电池池 UN=450 mV 的的电压电压相一致。相一致。完成此完成此项工作工作(泵泵流量流量)所需要的所需要的电电流会由流会由 ME-SFI 控制控制单单元元转换转换成成过量空气系数量空气系数值。三元催化三元催化转换器器(TWC)上游的上游的 O 2 氧氧传感器感器(控制控制传感器感器)是是宽频带氧氧传感器感器,可以可以检测废气中残留的氧气含量气中残留的氧气含量,从而完成以下任从而完成以下任务:1、氧、氧传感器控制感器控制 2、混合气的自适、混合气的自适应 3、功能、功能链测试 1 Nernst 浓差电池浓差电池 2 氧泵电池氧泵电池 3 扩散间隙扩散间隙4 参照空气通道参照空气通道 5 传感器加热器传感器加热器 6 控制电路控制电路A 排气排气 IP 泵流量泵流量 UH 加热器电压加热器电压 Uref 参考电参考电压压1、如果废气太稀、如果废气太稀,则则 UN 450 mV,泵电泵电池会进行相应操作池会进行相应操作,从而将氧气泵出扩散间从而将氧气泵出扩散间隙。隙。当废气太稀的时候，扩散间隙中的氧气浓度高，扩散当废气太稀的时候，扩散间隙中的氧气浓度高，扩散间隙中的氧气浓度与环境空气中的氧气浓度差减小，间隙中的氧气浓度与环境空气中的氧气浓度差减小，UN 会会降低，降低，UN 450 mV,流动会反向进行流动会反向进行,从而使泵电池将氧从而使泵电池将氧气泵入扩散间隙。气泵入扩散间隙。3、根据扩散法则、根据扩散法则,此时的泵流量与此时的泵流量与废气中的氧气浓度成比例。废气中的氧气浓度成比例。下游氧传感器下游氧传感器平面氧平面氧传感器感器,它可以它可以检测废气中残留的氧气含量气中残留的氧气含量,以完成下述任以完成下述任务:1、双、双传感器控制感器控制 2、监视催化催化转化器效率化器效率 工作原理工作原理 在大在大约约 300 以上的温度下以上的温度下,传传感器陶瓷可以感器陶瓷可以传导传导氧离子。氧离子。如果如果传传感器陶瓷两感器陶瓷两侧侧的氧气的氧气浓浓度出度出现现差差别别,传传感器陶瓷的特性可以使感器陶瓷的特性可以使边边界区界区产产生生电压电压(Nernst 电压电压)。Nernst电压产电压产生生O2 传传感器信号感器信号,该该信号信号可以可以测测量量废废气中残留的氧气含量。气中残留的氧气含量。O2 传传感器信号的感器信号的评评估估电电路路(ME 控制控制单单元中元中)将一个大将一个大约约 450 mV的的传传感器反感器反电压发电压发送到送到O2 传传感器。感器。废气中的氧气气中的氧气浓度越高，与外界空气的氧气度越高，与外界空气的氧气浓度差越小，所度差越小，所产生的生的电压也就越小。也就越小。Lambda control氧传感器电压降低氧传感器电压降低ME控制混合气加浓控制混合气加浓氧传感器电压增加氧传感器电压增加混合气变稀混合气变稀排气管中的氧气浓度高排气管中的氧气浓度高喷油量增加喷油量增加混合气变浓混合气变浓排气管中的氧气浓度低排气管中的氧气浓度低LAMBDA控控制制环环喷油量减少喷油量减少ME控制混合气变稀控制混合气变稀根据以下图示，假如进气量调节系数显示的根据以下图示，假如进气量调节系数显示的是是20%，发动机正处在一种什么情况？，发动机正处在一种什么情况？混合气的自调节混合气的自调节怠速时怠速时 怠速时自调节值以毫秒表示的怠速时自调节值以毫秒表示的值是指发动机吸入的空气质量加值是指发动机吸入的空气质量加上或减去显示的值上或减去显示的值,以便于确定以便于确定喷射时间喷射时间.最大修正值为最大修正值为 1 毫毫秒秒.例如：例如：计算的喷射时间计算的喷射时间(特性图特性图):3.0ms 显示的修正值显示的修正值:+0.3 ms ME利用利用 3.3(3.0+0.3)ms的计的计算值算值.部分负荷时部分负荷时 部分负荷下的自调节值的表部分负荷下的自调节值的表示示 因数表达的含义是用于确定因数表达的含义是用于确定喷射时间的显示值乘以发动机喷射时间的显示值乘以发动机吸入的空气吸入的空气 质量质量.修正因数为修正因数为 0.68 1.32 例如例如:计算得到的空气质量计算得到的空气质量:150 kg/h 显示的修正值显示的修正值:1,10 ME利用（利用（150*1.1）165kg/h的空气质量值确定喷射时间的空气质量值确定喷射时间(燃油喷射量燃油喷射量).在油气混合期间可能发生下列错误：在油气混合期间可能发生下列错误：-混杂气混杂气-喷油嘴喷油嘴(Y62)磨损或积碳磨损或积碳-压力传感器压力传感器(B28)发生故障发生故障(进气歧管气压进气歧管气压)-热膜式空气质量流量传感器热膜式空气质量流量传感器(B2/5)中出现过渡电阻中出现过渡电阻-净化控制阀净化控制阀(Y58/1)发生故障发生故障-燃油压力调节器发生故障燃油压力调节器发生故障-发动机磨损发动机磨损(如气门泄漏如气门泄漏)如果发生故障如果发生故障,则则 ME控制单元控制单元(N3/10)自动修正油气混合气自动修正油气混合气.这种情况下这种情况下,空燃比特性图仅在规定的限值范围内变化空燃比特性图仅在规定的限值范围内变化,从而避免从而避免空燃比控制达到上限或下限空燃比控制达到上限或下限.ME控制单元通过评估哪些因素来确定控制单元通过评估哪些因素来确定点火角？点火角？发动机机负荷荷（转速不速不变时负荷增大，点火提前角减小）荷增大，点火提前角减小）转速（速（点火交随着点火交随着转速的增大而增大，非速的增大而增大，非线性关系）性关系）曲曲轴位置位置凸凸轮轴位置位置水温水温进气温度气温度爆震爆震传感器感器(监测到某个气缸爆震到某个气缸爆震时，相关气缸的点火角将被推，相关气缸的点火角将被推迟)节气气门位置位置爆震时点火角调节功能顺序爆震时点火角调节功能顺序爆燃爆燃:火焰火焰锋面未到达之前末端混合气即以低温多面未到达之前末端混合气即以低温多阶段方式段方式开始自燃。开始自燃。在以下工况下会启用爆震控制在以下工况下会启用爆震控制:-冷却液温度高于冷却液温度高于 40 -发动机机负荷荷 40%根据相根据相应的的输入信号入信号,电控多端控多端顺序燃料序燃料喷注注/点火系点火系统(ME-SFI)ME 控制控制单元元计算特定气缸的点火角修正算特定气缸的点火角修正值.如果爆震如果爆震传感器感器检测到某个气缸出到某个气缸出现爆震爆震,则在下一次点火在下一次点火时会将会将该气缸的点火角朝着气缸的点火角朝着 延延迟(取决于取决于发动机机转速速)调节约 3CKA(曲曲轴转角角).如果仍然存在爆震如果仍然存在爆震,则将点火角朝着将点火角朝着 延延迟 再再调节3CKA,以此以此类推推,直至达到最大直至达到最大调节值(约 10-15CKA).如果不再如果不再发生爆震生爆震,则经过数次点火之后数次点火之后,会以增量会以增量为 0.75曲曲轴转角逐步角逐步还原原,直至达到正常的特性直至达到正常的特性图值或再次或再次发生爆震生爆震.发动机常见故障的诊断与分析发动机常见故障的诊断与分析发动机灯亮机灯亮发动机抖机抖发动机功率不足机功率不足发动机无法起机无法起动发动机不起动发动机不起动起起动系系统：蓄：蓄电池池电压、起、起动机、机、线路路电：点火：点火线圈、火花塞圈、火花塞气：气：压缩压力力油：油油：油泵功率与油功率与油压控制：控制：ME、起、起动许可、曲可、曲轴传感器感器发动机功率不足发动机功率不足混合气形成的自适混合气形成的自适应G3/3、G3/4（尾气催化（尾气催化净化器前化器前侧氧氧传感器）感器）B2/5（热膜式空气膜式空气质量流量量流量计）B11/4（冷却液温度（冷却液温度传感器）感器）废气背气背压过高。高。发动机抖发动机抖检测汽油汽油质量。量。检测混合气形成的自适混合气形成的自适应。检查部件部件B2/5（热膜式空气膜式空气质量流量量流量计）尾气催化尾气催化净化器前化器前侧氧氧传感器感器检查部件部件B70（曲（曲轴霍霍尔传感器）感器）点火点火电压压缩压力力 发动机灯亮发动机灯亮缺火缺火混合气混合气凸凸轮轴调节