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1、第二章 发动机新技术现代汽车新技术现代汽车新技术白云学院白云学院 机电工程学院机电工程学院 韩韩 伟伟第一节第一节 发动机系技术概述发动机系技术概述发动机机电技术发展发动机机电技术发展现代汽车发动机新技术的发展方向现代汽车发动机新技术的发展方向现代汽车发动机新技术的应用现代汽车发动机新技术的应用发动机可变压缩比新技术发动机可变压缩比新技术一、发动机机电技术发展一、发动机机电技术发展1 1、发动机机电技术发展概况：发动机机电技术发展概况：汽车诞生至今的历汽车诞生至今的历程中，它集中体现了现代科技成果，程中，它集中体现了现代科技成果，2020世纪世纪7070年代年代后，微型计算机在性能和价格方面进
2、入实用阶段，后，微型计算机在性能和价格方面进入实用阶段，以微处理器为控制单元的数字式电子控制装置在汽以微处理器为控制单元的数字式电子控制装置在汽车上找到了广阔的应用前景。其电子控制装置开始车上找到了广阔的应用前景。其电子控制装置开始用于燃油喷射、电子点火控制等。用于燃油喷射、电子点火控制等。（1 1）机电技术发展进程：）机电技术发展进程：19531953年美国年美国BendixBendix公司着公司着手开发汽油电喷装置，这是电子控制汽油喷射发展手开发汽油电喷装置，这是电子控制汽油喷射发展的起点。的起点。车用发电机的出现车用发电机的出现从从19601960年起，美国克莱斯勒汽车公司和日本日产年起
3、，美国克莱斯勒汽车公司和日本日产汽车公司便开始采用结构紧凑、故障少、成本低汽车公司便开始采用结构紧凑、故障少、成本低的二极管整流式交流发电机。我国采用交流发电的二极管整流式交流发电机。我国采用交流发电机始于机始于7070年代，现已取代了直流发电机。年代，现已取代了直流发电机。电子装置和集成电路的广泛应用电子装置和集成电路的广泛应用19601960年美国通用汽车公司采用了年美国通用汽车公司采用了ICIC调节器。调节器。6060年代中期，年代中期，汽车上开始采用晶体管电压调节器和晶体管点火装置，汽车上开始采用晶体管电压调节器和晶体管点火装置，接着又逐步实现其集成化。接着又逐步实现其集成化。从从20
4、20世纪世纪7070年代到年代到8080年代，大规模集成电路的广泛应用。年代，大规模集成电路的广泛应用。特别是特别是8 8位、位、1616位微处理器的广泛应用，更提高了电子系位微处理器的广泛应用，更提高了电子系统的可靠性和稳定性。另外，应用电子装置还解决了机统的可靠性和稳定性。另外，应用电子装置还解决了机械装置所无法解决的复杂的自动控制问题。械装置所无法解决的复杂的自动控制问题。燃油电喷装置使发动机的效率极大提高：燃油电喷装置使发动机的效率极大提高：电喷装置以进气管内的空气流量做参数，可以直接按照电喷装置以进气管内的空气流量做参数，可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量，据此喷射出进
5、气流量与发动机转速的关系确定进气量，据此喷射出相应的汽油。相应的汽油。能源和环保问题使发动机采用电子控能源和环保问题使发动机采用电子控制成为必然趋势制成为必然趋势19761976年克莱斯勒汽车公司首创了由模拟计算机对发动机点年克莱斯勒汽车公司首创了由模拟计算机对发动机点火时刻进行控制的电控点火系统。使用了模拟计算机和一火时刻进行控制的电控点火系统。使用了模拟计算机和一系列电子传感器，可根据输入的空气温度、进气温度、转系列电子传感器，可根据输入的空气温度、进气温度、转速和负荷，计算出最佳点火时刻。速和负荷，计算出最佳点火时刻。19771977年通用公司开始采用数字式点火时刻控制系统。该系年通用公
6、司开始采用数字式点火时刻控制系统。该系统体积小，由中央处理器、存储器和数模转换器组成，是统体积小，由中央处理器、存储器和数模转换器组成，是一种真正的电子控制系统。一种真正的电子控制系统。19791979年德国博世公司推出年德国博世公司推出LHLH系统，美国通用公司推出系统，美国通用公司推出CC44系统，美国福特汽车公司推出系统，美国福特汽车公司推出EEC-3EEC-3系统。同时开发了系统。同时开发了能综合控制点火时刻、废气再循环、空燃比和怠速转速，能综合控制点火时刻、废气再循环、空燃比和怠速转速，并具有自我诊断功能的电子式发动机集中控制系统。并具有自我诊断功能的电子式发动机集中控制系统。（2
7、2）2020世纪世纪8080年代到年代到9090年代，发动机机电年代，发动机机电控制技术初步形成。控制技术初步形成。19801980年日本开发了能综合控年日本开发了能综合控制节油、点火时刻和怠速转制节油、点火时刻和怠速转速、并具有自我诊断功能速、并具有自我诊断功能TCCSTCCS系统；还开发了使用卡系统；还开发了使用卡尔曼涡旋式空气流量计，并尔曼涡旋式空气流量计，并具有自我诊断功能和后备电具有自我诊断功能和后备电路的系统。路的系统。19901990年以后美国通用、福特年以后美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司生和克莱斯勒三大汽车公司生产的汽车全部采用电控汽油产的汽车全部采用电控汽油喷射方式供油
8、。欧洲和日本喷射方式供油。欧洲和日本除出口东南亚的汽车有化油除出口东南亚的汽车有化油器供油外，其他均采用电控器供油外，其他均采用电控汽油喷射方式供油。汽油喷射方式供油。从从9090年代以来汽车电子控制技术日趋成熟年代以来汽车电子控制技术日趋成熟l广泛应用广泛应用1616位或位或3232位微处理器进行控制，位微处理器进行控制，控制技术向智能化方向发展。控制技术向智能化方向发展。l主要有发动机管理系统、牵引力控制系主要有发动机管理系统、牵引力控制系统、控制器区域网络统、控制器区域网络CANCAN通讯系统、四轮通讯系统、四轮转向控制系统、轮胎气压控制系统、声转向控制系统、轮胎气压控制系统、声音合成与
9、识别系统、自动防追尾碰撞系音合成与识别系统、自动防追尾碰撞系统、汽车自动导航系统和自动驾驶系统统、汽车自动导航系统和自动驾驶系统等。等。汽车电子应用现状汽车电子应用现状n汽车上汽车上70%70%的创新来源于汽车电子。国外每台汽车采用的创新来源于汽车电子。国外每台汽车采用汽车电子装置的费用汽车电子装置的费用19901990年为年为672672美元，美元，20002000年已达到年已达到20002000美元。在一些豪华轿车上，电子产品占到整车成本美元。在一些豪华轿车上，电子产品占到整车成本的的5050以上以上.汽车电子增长速度的对比汽车电子增长速度的对比2 2、现代汽车发动机新技术的发展方向、现代
10、汽车发动机新技术的发展方向低排放汽车发动机的开发低排放汽车发动机的开发日益受到高度重视。节能、日益受到高度重视。节能、环保技术的运用成为未来环保技术的运用成为未来汽车发动机技术发展的主汽车发动机技术发展的主旋律。旋律。现代汽车发动机迈入电子现代汽车发动机迈入电子时代，汽车控制更加智能时代，汽车控制更加智能化。智能巡航控制化。智能巡航控制 也称为也称为自适应巡航控制自适应巡航控制(ACC)(ACC)可自可自动完成驾驶、制动等。动完成驾驶、制动等。操作智能安全保护系统：操作智能安全保护系统：是将安全带、安全气囊、是将安全带、安全气囊、乘员感知系统和碰撞预测乘员感知系统和碰撞预测系统集成在一起。系统
11、集成在一起。1 1）电控燃油喷射技术。燃油）电控燃油喷射技术。燃油喷射适时喷射适时、适量。适量。2 2）进气增压技术。提高进气）进气增压技术。提高进气密度，满足燃烧，提高效率密度，满足燃烧，提高效率3 3）可变气门正时技术（）可变气门正时技术（VVT)VVT)。提高燃油经济性，增加功率。提高燃油经济性，增加功率。4 4）废弃再循环（）废弃再循环（EGR)EGR)技术。技术。5 5）燃料蓄电池与混合动力。）燃料蓄电池与混合动力。6 6）生物燃油与代用燃料。）生物燃油与代用燃料。3 3、现代汽车发动机新技术的应用、现代汽车发动机新技术的应用汽车电子新技术产品分类汽车电子新技术产品分类汽车电子控制装
12、置汽车电子控制装置 车载汽车车载汽车电子装置电子装置 动力传动总成控动力传动总成控制系统制系统 底盘电子控制系底盘电子控制系统统 车身电子控制车身电子控制系统系统 发动机管理系统发动机管理系统自动变速器控制系自动变速器控制系统统动力总成控制系统动力总成控制系统自动巡航控制系统自动巡航控制系统 电控悬架系统电控悬架系统电控动力转向系统电控动力转向系统四轮转向系统四轮转向系统防抱死制动系统防抱死制动系统牵引力控制系统牵引力控制系统驱动防滑控制系统驱动防滑控制系统电子稳定程序电子稳定程序轮胎压力监测系统轮胎压力监测系统碰撞警示与预防系碰撞警示与预防系统统 电控安全带电控安全带安全气囊安全气囊电动门窗
13、电动门窗电动座椅电动座椅电动后视镜电动后视镜自动照明系统自动照明系统自动空调系统自动空调系统自动雨刮系统自动雨刮系统智能防盗系统智能防盗系统倒车雷达倒车雷达疲劳监视报警系疲劳监视报警系统统红外夜视系统红外夜视系统 全球卫星定位系统全球卫星定位系统汽车导航系统汽车导航系统汽车音响汽车音响车载收音机车载收音机电子组合仪表电子组合仪表抬头显示器抬头显示器车载车载TV/DVD/VCDTV/DVD/VCD车载通信系统车载通信系统车载计算机车载计算机后座娱乐系统后座娱乐系统智能交通系统设备智能交通系统设备 第二节第二节 汽油发动机新技术汽油发动机新技术汽油发动机的电子控制系统按其功能分为：汽油发动机的电子
14、控制系统按其功能分为：电子控制汽油喷射系统电子控制汽油喷射系统电子控制点火系统电子控制点火系统辅助控制系统辅助控制系统一、电子控制汽油喷射系统一、电子控制汽油喷射系统电控汽油喷射系统按其功能又分为：电控汽油喷射系统按其功能又分为：空气供给系统；空气供给系统；燃油供给系统；燃油供给系统；电子控制系统；电子控制系统；电控汽油喷射系统电控汽油喷射系统工作循环示意图工作循环示意图汽油机对燃油供给系统的要求汽油机对燃油供给系统的要求混合气成分混合气成分 1kg 1kg 14.9kg14.9kg 混合气中空气与燃油的比例（质量比），称为混合气中空气与燃油的比例（质量比），称为空燃比（空燃比（A/FA/F）
15、。）。1kg1kg的汽油完全燃烧需要的汽油完全燃烧需要14.9kg14.9kg的空气，因此最佳的空燃比应为的空气，因此最佳的空燃比应为14.914.9（也称为理论空燃比）。（也称为理论空燃比）。1 1、空气供给系统空气供给系统关于过量空气系数关于过量空气系数燃烧燃烧1kg1kg燃油实际提供的空气量与理论上所需要的燃油实际提供的空气量与理论上所需要的空气量之比，称之为过量空气系数：空气量之比，称之为过量空气系数：=1=1；标准混合气。标准混合气。1 1 1；稀混合气，稀混合气，=1.031.1=1.031.1；功率混合气。功率混合气。=0.40.5=0.40.5；燃烧下限；燃烧下限；=1.31.
16、4=1.31.4；燃烧上限。燃烧上限。混合气的形混合气的形成成空气计量器（课本空气计量器（课本2929页）：页）：空气计量器的作用是对进空气计量器的作用是对进入气缸的空气质量进行计入气缸的空气质量进行计量，并将空气计量信息反量，并将空气计量信息反馈给电控单元。馈给电控单元。空气计量器主要有四种：空气计量器主要有四种：翼片式、卡门旋涡式、热翼片式、卡门旋涡式、热线式和热膜式线式和热膜式2 2、燃油供给系统、燃油供给系统电控汽油机燃油供给系统由油箱电控汽油机燃油供给系统由油箱、电动汽油泵电动汽油泵、燃油燃油滤清器滤清器、燃油分配管燃油分配管、喷油器和油压调节器等组成。喷油器和油压调节器等组成。理想
17、供油特性曲线理想供油特性曲线汽油喷射系统中可以由计算机精确地控制。汽油喷射系统中可以由计算机精确地控制。混合气的混合状态混合气的混合状态理想的混合气应是燃料蒸气和空气均匀混合。实际理想的混合气应是燃料蒸气和空气均匀混合。实际上燃料并不一定完全以蒸气状态混合，而很可能上燃料并不一定完全以蒸气状态混合，而很可能以油雾（细小油粒）、油滴（大油粒），甚至以以油雾（细小油粒）、油滴（大油粒），甚至以油膜状态存在。油膜状态存在。燃油供给系统燃油供给系统应尽可能使应尽可能使燃料以蒸气燃料以蒸气的形式与空的形式与空气均匀混合。气均匀混合。混合气的分配混合气的分配 混合气的分配是指气缸内的各个区域（单缸混合气的
18、分配是指气缸内的各个区域（单缸机）以及进入各个气缸的混合气的数量、混合机）以及进入各个气缸的混合气的数量、混合气的浓度及混合气中所含燃料的组成成分等的气的浓度及混合气中所含燃料的组成成分等的分布（多缸机）。分布（多缸机）。发动机电子控制系统的发展发动机电子控制系统的发展发动机电子控制（电控汽油喷射与电控点火）的迅猛发发动机电子控制（电控汽油喷射与电控点火）的迅猛发展并得到广泛应用，主要是因为：展并得到广泛应用，主要是因为：1 1）燃油经济性的要求；）燃油经济性的要求；2 2）排放法规的现实需要；）排放法规的现实需要；3 3、电子点火系统电子点火系统 电子点火系统：电子点火系统：电子点火系电子点
19、火系统是指利用半导体器件统是指利用半导体器件(如三如三极管、可控硅极管、可控硅)替代传统点火替代传统点火系的机械开关，接通或断开系的机械开关，接通或断开初级电流的点火系统。初级电流的点火系统。电子点火系统根据储能方电子点火系统根据储能方式不同可以分为式不同可以分为电感点火系电感点火系统和电容放电点火系统统和电容放电点火系统两大两大类。两者又各有无触点和有类。两者又各有无触点和有触点两种类型。无触点电子触点两种类型。无触点电子点火系统在分电器内没有断点火系统在分电器内没有断电触点，而由各种形式的点电触点，而由各种形式的点火信号发生器火信号发生器(或称传感器或称传感器)所代替。所代替。点火信号发生
20、器按其工作原理又可分为点火信号发生器按其工作原理又可分为磁电式、光电式、笛磁电式、光电式、笛尔元件式、电磁振荡式点火信号发生器尔元件式、电磁振荡式点火信号发生器等。其中等。其中磁电式磁电式和和笛尔元件式笛尔元件式应用较多。按所用电子器件不同，又可分为分应用较多。按所用电子器件不同，又可分为分立元件、集成电路、微电脑构成的电子点火系统。立元件、集成电路、微电脑构成的电子点火系统。触点式断电器已经被取代触点式断电器已经被取代(1)(1)磁电式无触点电子点火系统磁电式无触点电子点火系统 磁电式无触点电子点火系统应用广泛，现以日本磁电式无触点电子点火系统应用广泛，现以日本丰田汽车为例说明其工作原理。磁
21、电式元触点电子点丰田汽车为例说明其工作原理。磁电式元触点电子点火系统由点火信号发生器、电子组件、分电器、点火火系统由点火信号发生器、电子组件、分电器、点火线圈、及火花塞等组成。线圈、及火花塞等组成。点火信号发生器由转子、永久磁铁、铁心和绕在铁点火信号发生器由转子、永久磁铁、铁心和绕在铁心上的信号线圈组成。转子由分电器轴带动，其上齿心上的信号线圈组成。转子由分电器轴带动，其上齿数与发动机气缸数相同。数与发动机气缸数相同。磁电式点火信号发生器是利用电磁感应原理，当通磁电式点火信号发生器是利用电磁感应原理，当通过信号线圈的磁通发生变化时。在信号线圈内便产生过信号线圈的磁通发生变化时。在信号线圈内便产
22、生感应电动势。经放大作为控制点火线圈的初级绕组的感应电动势。经放大作为控制点火线圈的初级绕组的通和断，在次级绕组产生点火用高电压。通和断，在次级绕组产生点火用高电压。集成式电子点火组件集成式电子点火组件(2)(2)有触点电子点火系统：有触点电子点火系统：该系统又叫半导体辅助点火系统，与无触点电子点该系统又叫半导体辅助点火系统，与无触点电子点火系统唯一不同的是用一个机械开关代替上述信号发生器，火系统唯一不同的是用一个机械开关代替上述信号发生器，其他部分基本相同。它仍有有触点自身结构所带来的缺点。其他部分基本相同。它仍有有触点自身结构所带来的缺点。但它的触点只流过较小的控制电流，所以延长了触点寿命
23、，但它的触点只流过较小的控制电流，所以延长了触点寿命，并减少了触点的维护和调整时间，同时比一般点火提高了并减少了触点的维护和调整时间，同时比一般点火提高了点火性能。点火性能。(3)(3)电脑控制点火系统电脑控制点火系统 汽油发动机电火花点火后，混合气需要先经诱导期，汽油发动机电火花点火后，混合气需要先经诱导期，然后才进入猛烈的明显燃烧期，即混合气在发动机气缸然后才进入猛烈的明显燃烧期，即混合气在发动机气缸内的燃烧不是瞬时，而需要一定的时间，所以要使发动内的燃烧不是瞬时，而需要一定的时间，所以要使发动机发出最大功率，混合气不应在压缩行程上止点处点火，机发出最大功率，混合气不应在压缩行程上止点处点
24、火，而应适当地提早一些点火，即发动机应在最有利的时刻而应适当地提早一些点火，即发动机应在最有利的时刻最佳点火提前角点火。通常把发动机发出功率最大最佳点火提前角点火。通常把发动机发出功率最大和油耗最少的点火提前角称为最佳点火提前角。一般点和油耗最少的点火提前角称为最佳点火提前角。一般点火装置是无法达到最优控制的，只有用微机及自动控制火装置是无法达到最优控制的，只有用微机及自动控制技术才能使点火提前角控制在最佳状态。技术才能使点火提前角控制在最佳状态。电控点火原理图电控燃油喷射（电控燃油喷射（EFIEFI）电控点火装置（电控点火装置（ESAESA）怠速控制（怠速控制（ISCISC）排放控制排放控制
25、进气控制进气控制增压控制增压控制警告提示警告提示自诊断自诊断备用功能与失效保护备用功能与失效保护发动机电发动机电子控制子控制电子控制汽油喷射（电子控制汽油喷射（EFIEFI）装置装置电子控制汽油喷射（电子控制汽油喷射（Electronic Fuel InjectionElectronic Fuel Injection缩写缩写为为EFIEFI）装置与传统的化油器式供油系统相比具有以下装置与传统的化油器式供油系统相比具有以下优点：优点：1 1）能提高发动机的比功率；）能提高发动机的比功率；2 2）耗油量低，燃油经济性好；）耗油量低，燃油经济性好；3 3）能有效控制排放污染；）能有效控制排放污染；4
26、 4）在低速时仍可以输出较大扭矩；）在低速时仍可以输出较大扭矩；5 5）汽车的加速性能好；）汽车的加速性能好；6 6）体积小、无机械驱动、安装方便、便于布置。）体积小、无机械驱动、安装方便、便于布置。4.4.电子控制燃油喷射装置电子控制燃油喷射装置电子控制汽油喷射的基本原理电子控制汽油喷射的基本原理电子控制汽油喷射示意图电子控制汽油喷射示意图L L型汽油喷射系型汽油喷射系统示意图统示意图（BOSCHBOSCH公司）公司）D型汽油喷射系统 反馈式微机控制燃油喷射装置反馈式微机控制燃油喷射装置 典型的反馈式微机控制燃油喷射装置，它由典型的反馈式微机控制燃油喷射装置，它由传感器、微传感器、微机控制装
27、置和执行机构机控制装置和执行机构三部分组成。三部分组成。1)1)传感器传感器 可动叶片式空气流量传感器可动叶片式空气流量传感器 曲轴转角及位置传感器曲轴转角及位置传感器 氧传感器氧传感器 温度传感器温度传感器 开关型号传感器开关型号传感器 霍尔霍尔条纹同步信号传感器条纹同步信号传感器2)2)微机控制装置微机控制装置 微机控制装置由集成电路组成，目前国外微机控制装置由集成电路组成，目前国外CPUCPU多采用多采用 8 8位位通用型芯片。通用型芯片。3)3)执行机构执行机构霍尔效应是美国约翰霍尔效应是美国约翰?霍普金霍普金斯大学物理学家霍尔博士斯大学物理学家霍尔博士(Dr(DrE EH HHall
28、)Hall)于于18791879年首先发现年首先发现的。的。霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理，产生与曲轴霍尔效应的原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的，转角相对应的电压脉冲信号的，经放大整形后即为曲轴位置传经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。感器的输出信号。霍尔式传感器主要由触发叶轮、霍尔式传感器主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片霍尔集成电路、导磁钢片(磁轭磁轭)与永久磁铁等组成。触发叶轮与永久磁铁等组成。触发叶轮安装在转子轴上，叶轮上制有安装在转子轴上，叶轮上制有叶片叶片(在霍尔式点火系统中，叶在霍尔式点火系统中，叶片数与发动机气缸数相等片数
29、与发动机气缸数相等)。当。当触发叶轮随转子轴一同转动时，触发叶轮随转子轴一同转动时，叶片便在霍尔集成电路与永久叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动。磁铁之间转动。帕萨特轿车使用的帕萨特轿车使用的霍尔霍尔条条纹同步信号纹同步信号传感器传感器5.5.空燃比电子控制装置空燃比电子控制装置 汽油机的性能指标与空燃比、负荷、转速、点火正时、汽油机的性能指标与空燃比、负荷、转速、点火正时、配气相位、大气状况、燃油品质、磨损及调整状况有关，配气相位、大气状况、燃油品质、磨损及调整状况有关，其中空燃比是最重要的调整因素。空燃比的自适应控制系其中空燃比是最重要的调整因素。空燃比的自适应控制系统是采用搜索的方法
30、，不断地自动寻找系统当时所能达到统是采用搜索的方法，不断地自动寻找系统当时所能达到的最优运行点，并使系统保持在最优点附近运行。按控制的最优运行点，并使系统保持在最优点附近运行。按控制的方式不同又可分为下列几种：的方式不同又可分为下列几种：直接修正供油的方式直接修正供油的方式 间接修正供油的方式间接修正供油的方式 1)1)采用微机自适应控制汽油机的空燃比采用微机自适应控制汽油机的空燃比控制原理控制原理 自寻最优控制的基本原地是：在每个知道被控系统的数自寻最优控制的基本原地是：在每个知道被控系统的数学模型情况下微机在系统远行过程中采用搜索的分法，不学模型情况下微机在系统远行过程中采用搜索的分法，不
31、断地自动寻找系统当时所能达到的最优运行点，并使系统断地自动寻找系统当时所能达到的最优运行点，并使系统维持在这一点附近远行。维持在这一点附近远行。控制系统的硬件和软件控制系统的硬件和软件(i)(i)控制系统的硬件：制系统硬件由传感器、微机控制和控制系统的硬件：制系统硬件由传感器、微机控制和执行机构三部分组成执行机构三部分组成(ii)(ii)控制系统软件采用汇编语言编写，包含开环控制程序控制系统软件采用汇编语言编写，包含开环控制程序及其数据表、自适应控制子程序和主程序，总共及其数据表、自适应控制子程序和主程序，总共2K2K字节，字节，全部固化在全部固化在ROMROM中。中。6.6.柴油机的电子控制
32、特征柴油机的电子控制特征 电子控制化会使成本增加，因此，如果没有与电子控制化会使成本增加，因此，如果没有与成本增加相称的性能提高，生产企业是不会决定采成本增加相称的性能提高，生产企业是不会决定采用的。要是能够凭借电子控制化改善柴油机的弱点，用的。要是能够凭借电子控制化改善柴油机的弱点，或者予以有效地解决，那么成本和性能之间就可以或者予以有效地解决，那么成本和性能之间就可以获得平衡。获得平衡。（1 1）冷起动性）冷起动性 由于柴油机是压燃式，发动机在冷状态时，着由于柴油机是压燃式，发动机在冷状态时，着火相当困难，为此需使用预热塞。起动时，驾驶员火相当困难，为此需使用预热塞。起动时，驾驶员先使发动
33、机减压以提高转速，再返回压缩状态，启先使发动机减压以提高转速，再返回压缩状态，启动预热塞使之迅速着火，这一系列操作十分麻烦。动预热塞使之迅速着火，这一系列操作十分麻烦。如果操作不熟练，在起动反复失败的过程中，很容如果操作不熟练，在起动反复失败的过程中，很容易导致蓄电池把电放完。电子控制能够以最佳的程易导致蓄电池把电放完。电子控制能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作。序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作。2)2)控制控制NOxNOx的排放的排放 柴油机的柴油机的HCHC与与NOxNOx的排放量比汽油机少，由于过量空的排放量比汽油机少，由于过量空气系数大，无法使用能够有效减少气系数大，无
34、法使用能够有效减少NOxNOx的的3 3元催化剂。因元催化剂。因此，为了减少此，为了减少NOx NOx，有必要采用有必要采用EGR(EGR(排气再循环排气再循环)。而。而EGREGR会使烟度增加，其控制方法比汽油机要难得多。但会使烟度增加，其控制方法比汽油机要难得多。但是，若由电子控制承担，则将变得非常容易。是，若由电子控制承担，则将变得非常容易。3)3)涡轮增压控制涡轮增压控制 柴油机的转速不易提高，要提高其输出功率，必柴油机的转速不易提高，要提高其输出功率，必须增大柴油机的转矩。因此，涡轮增压作为一种有效的须增大柴油机的转矩。因此，涡轮增压作为一种有效的手段而出现。可是，为了用好增压柴油机
35、，有必要对排手段而出现。可是，为了用好增压柴油机，有必要对排气旁通进行细致的控制。气旁通进行细致的控制。平时在车的尾部都可以看到诸如平时在车的尾部都可以看到诸如1.4T1.4T、2.0T2.0T等字样，这等字样，这说明了这辆车的发动机是带涡轮增压的。说明了这辆车的发动机是带涡轮增压的。涡轮增压（涡轮增压（TurbochargerTurbocharger）简称）简称TurboTurbo或或T T。涡轮增压是。涡轮增压是利用发动机的废气带动涡轮来压缩进气，从而提高发动利用发动机的废气带动涡轮来压缩进气，从而提高发动机的功率和扭矩，使车更有劲。机的功率和扭矩，使车更有劲。关于涡轮增压关于涡轮增压4)
36、4)抑制烟度抑制烟度 油滴扩散燃挠时，燃料暴露在局部高温缺氧的环境油滴扩散燃挠时，燃料暴露在局部高温缺氧的环境中，产生热分解，不可避免地出现游离碳。在低负荷时，中，产生热分解，不可避免地出现游离碳。在低负荷时，游离碳不以黑碳的形态排出，因为它在膨胀过程中重新烧游离碳不以黑碳的形态排出，因为它在膨胀过程中重新烧掉掉 加速时供油量较大，踩加速踏板时会冒黑烟。依靠加速时供油量较大，踩加速踏板时会冒黑烟。依靠电子喷射，则可以配合速度的上升，把明油量控制在不超电子喷射，则可以配合速度的上升，把明油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时调节喷油时刻，在加速性过冒烟界限的适当范围内，同时调节喷油时刻，在加
37、速性不致过分恶化的前提下，尽可能抑制排烟。不致过分恶化的前提下，尽可能抑制排烟。5)5)游车游车 当发动机在负荷急剧变动和轻负荷低速运转时，会当发动机在负荷急剧变动和轻负荷低速运转时，会产生游车。这是由于喷油泵调速器的反馈控制系统的响应产生游车。这是由于喷油泵调速器的反馈控制系统的响应特性差而引起的。电子式反馈控制电路的响应特性很好，特性差而引起的。电子式反馈控制电路的响应特性很好，故不会产生游车。故不会产生游车。6)6)怠速控制：怠速控制：怠速控制是在保证发动机排放要怠速控制是在保证发动机排放要求且运转稳定的前提下尽量使发求且运转稳定的前提下尽量使发动机的怠速转速保持最低动机的怠速转速保持最
38、低,以降低以降低怠速的燃油消耗。怠速的燃油消耗。发动机怠速运行时，节气门处于发动机怠速运行时，节气门处于全关位置，即进入发动机的空气全关位置，即进入发动机的空气量不再由节气门进行调节。量不再由节气门进行调节。怠速控制的实质就是通过怠速执怠速控制的实质就是通过怠速执行器调节进气量，同时配合喷油行器调节进气量，同时配合喷油量及点火提前角的控制，改变怠量及点火提前角的控制，改变怠速工况燃料消耗所发出的功率，速工况燃料消耗所发出的功率，以稳定或改变怠速转速。以稳定或改变怠速转速。在电子控制的情况下，无论负荷在电子控制的情况下，无论负荷怎样增减，都能把怠速转速保持怎样增减，都能把怠速转速保持在最低的状态
39、，从而能够改善柴在最低的状态，从而能够改善柴油机的经济性油机的经济性8 8）废气再循环控制系统）废气再循环控制系统废气再循环（废气再循环（EGREGR）是）是为了减少排气中的氮为了减少排气中的氮氧化物。直喷系统的氧化物。直喷系统的缸内温度相对较高，缸内温度相对较高，而且柴油机工作在富而且柴油机工作在富氧的环境下，因此排氧的环境下，因此排气中产生大量的氮氧气中产生大量的氮氧化物。部分的排气通化物。部分的排气通过过EGREGR阀与新鲜空气混阀与新鲜空气混合进入发动机，这样合进入发动机，这样缸内混合气的含氧量缸内混合气的含氧量就降低，从而降低氮就降低，从而降低氮氧化物排放。废气再氧化物排放。废气再循
40、环率要受到限制，循环率要受到限制，因为过多的废气会使因为过多的废气会使碳氢、一氧化碳和微碳氢、一氧化碳和微粒排放恶化。二、汽车柴油机发动机新技术二、汽车柴油机发动机新技术1 1、柴油机电控技术的特点：、柴油机电控技术的特点：柴油机电控系统由传感器、电控单元柴油机电控系统由传感器、电控单元和执行器三大部分组成。和执行器三大部分组成。柴油机电控技术的关键和难点是柴油柴油机电控技术的关键和难点是柴油机喷射电控执行器，其主要控制量是机喷射电控执行器，其主要控制量是喷油量和喷油正时。喷油量和喷油正时。柴油机电控技术具有以下两个明显的柴油机电控技术具有以下两个明显的特点：特点：（1 1）柴油机电控技术关键
41、和难点是柴）柴油机电控技术关键和难点是柴油机喷射电控执行器油机喷射电控执行器（2 2柴油机电控喷射系统具有多样化特柴油机电控喷射系统具有多样化特点。点。2 2、现代柴油机燃油喷射控制的主要内容、现代柴油机燃油喷射控制的主要内容（1 1）在各种工况下对循环喷油量进行精确的控制，并）在各种工况下对循环喷油量进行精确的控制，并保证各缸喷油量的均匀。保证各缸喷油量的均匀。（2 2）在各种工况下对喷油正时进行控制。）在各种工况下对喷油正时进行控制。（3 3）在各种工况下对喷油速率和喷油规律进行精确的）在各种工况下对喷油速率和喷油规律进行精确的控制，以获得燃烧过程理想的放热率。控制，以获得燃烧过程理想的放
42、热率。（4 4）在各种工况下对喷油压力进行精确地控制，以得）在各种工况下对喷油压力进行精确地控制，以得到足够高的燃油喷出的初速度，使燃油雾化质量提高到足够高的燃油喷出的初速度，使燃油雾化质量提高并加快燃烧速度。并加快燃烧速度。3 3、柴油机燃油喷射系统的分类：、柴油机燃油喷射系统的分类：（1 1）位置控制系统。位置控制系统。用执用执行机构（电磁液压或电磁行机构（电磁液压或电磁式）控制油量调节和喷油式）控制油量调节和喷油提前器。实现喷油正时和提前器。实现喷油正时和喷油量电子控制。喷油量电子控制。（2 2）时间控制系统。时间控制系统。是指是指用高速电磁阀直接控制高用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时
43、喷射。压燃油的适时喷射。（3 3）时间时间-压力控制系统。压力控制系统。即电控共轨式喷油系统。即电控共轨式喷油系统。高压共轨喷油量控制系统工作过程高压共轨喷油量控制系统工作过程电控单元分析发动机电控单元分析发动机转速、加速踏板位置转速、加速踏板位置和冷却水温等传感器和冷却水温等传感器的信号，确定所需喷的信号，确定所需喷油量，并发相应控制油量，并发相应控制信号给喷油泵中的油信号给喷油泵中的油量调节器通过安装在量调节器通过安装在油量调节器上的油量调节器上的活塞活塞位移传感器的反馈，位移传感器的反馈，实现油量的闭环控制。实现油量的闭环控制。高压油泵并不控制喷高压油泵并不控制喷油，而是仅仅向油，而是仅
44、仅向共轨共轨供油维持所需的共轨供油维持所需的共轨压力，通过调节压力，压力，通过调节压力，利用电磁阀的开闭控利用电磁阀的开闭控制燃油喷射过程，喷制燃油喷射过程，喷射压力完全独立于发射压力完全独立于发动机转速，能实现理动机转速，能实现理想喷射。想喷射。高压共轨喷油控制系统高压共轨喷油控制系统示意图示意图高压共轨喷油系统的高压共轨喷油系统的增压压力控制系统增压压力控制系统 控制单元根据进气管控制单元根据进气管压力传感器、进气管温压力传感器、进气管温度传感器和海拔传感器度传感器和海拔传感器等信号确定增压压力控等信号确定增压压力控制电信号，传给增压压制电信号，传给增压压力控制阀。增压压力控力控制阀。增压
45、压力控制阀把电信号转化成真制阀把电信号转化成真空度信号，传给空度信号，传给废气涡废气涡轮增压器轮增压器上的增压压力上的增压压力调节阀，控制增压压力调节阀，控制增压压力沿理想的特性曲线运行。沿理想的特性曲线运行。4 4、电控泵喷油系统、电控泵喷油系统电控泵喷油系统的喷油循环电控泵喷油系统的喷油循环一般包括：进油过程一般包括：进油过程、泵油泵油过程过程、喷油过程和停油过程。喷油过程和停油过程。（1 1）当泵油柱塞向上移动时，）当泵油柱塞向上移动时，压油腔容积增大形成真空，压油腔容积增大形成真空，电控泵喷油器进油。电控泵喷油器进油。（2 2）当泵油柱塞向下移动时，）当泵油柱塞向下移动时，电控泵喷油器泵油。电控泵喷油器泵油。（3 3）泵油过程中，）泵油过程中，ECUECU对高对高速电磁阀发出指令，喷油器速电磁阀发出指令，喷油器的针阀在高压作用下喷油。的针阀在高压作用下喷油。（4 4）喷油过程中，一旦令断）喷油过程中，一旦令断油，喷油器的针阀立即停止油，喷油器的针阀立即停止喷油。喷油。5 5、电控单体泵（课本、电控单体泵（课本5151页）页）