2007-8-19 9:42:39 阅读291 评论0 192007/08 Aug19
汽车变速器的现状和发展方向-----兼论变径齿轮无级变速器
本帖被 shuwangyin 设置为精华(2007-08-15)
在硝烟弥漫的汽车大战中,汽车厂家纷纷推出自动变速车和无级变速车。
由于有了内燃机,汽车才得以诞生。然而,内燃机的动力特性表现为低转速时功率小、扭矩低、耗油大。而大功率、高扭矩、低油耗的理想工作状态要在中高转速范围内才能实现。内燃机的这种动力特性曲线与汽车对动力特性的要求并不一致,甚至背离。汽车起步时的速度为零,为了尽快提速,需要有最大的动力和最大的扭矩。而为了提供最大的动力和最大的扭矩,内燃机必须在中高速的理想工作状态下工作。内燃机的特性和汽车的要求产生了矛盾。为了使汽车顺利起步,必须要减变速,于是变速器(Transmission)出现了。
汽车行驶的速度是不断变化的,这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多,这就要求是无级变速(Continuously Variable Transmission简称“CVT”) 。
所以,汽车刚刚诞生,汽车设计师们就把V型橡胶带(三角胶带)无级变速箱装在汽车上。然而V型橡胶带无级变速箱受效率低、寿命短、功率小等问题的困扰,一直没有在汽车上得到实际的应用,取而代之的是齿轮变速箱。
传统齿轮变速箱以不同的齿轮搭配组成几个固定的变速比。用几个固定的变速比(档位)当然无法满足内燃机转速与各种汽车行驶速度变化之间的匹配。唯一的办法是不断的改变内燃机的转速以适应车速的变化。结果是使内燃机脱离了最佳工作区域,动力下降,油耗增加,污染增加。
尽管传统的齿轮变速箱并不理想,但其以结构简单、效率高、功率大三大显著优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。这种状态一直延续到现在。
但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情,极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题,也是汽车变速器的研究的终极目标。
围绕汽车变速箱五个研究方向,各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。
1. 摩擦传动CVT
1886年,德国Daimlar—Benz公司生产的汽油机汽车上装备了V型橡胶带无级变速箱。这是汽车CVT的雏形。
100年后1987年,H.Van Doorne博士才研制成功了实用的汽车金属带式无级变速箱(简称“VDT-CVT”)。这个古老的CVT传动方式得以再显风光并非是传动原理上的突破,而是随着材料科学的进步和加工工艺的进步,解决了传动材料的摩擦系数和抗压强度及抗拉强度这对难以兼容的矛盾。现在,金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车的实用要求,装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据最新消息:大排量6缸内燃机(2.8L)的奥迪A6轿车上装备上的金属带式无级变速箱Multitronic CVT ,能传动142kw(193bhp)功率,280Nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。
这种CVT最典型的代表就是保时捷的CVTip(CVT+Tiptronic)和奥迪的Multitronic系统。Multitronic是奥迪为2.8L的A 6设计的。
附图一:VDT-CVT结构示意 附图二:奥迪A6使用的钢带
另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示,新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330Nm/194kw)搭配使用,这是汽车变速箱发展史上又一重要进步。
附图三:滚轮转盘式CVT原理图
滚轮转盘式CVT是利用两个对置的内凹锥形转盘和一对滚轮组合而成,一个内凹锥形转盘连接内燃机而另一个内凹锥形转盘连接车轮。连续改变滚轮的角度,就可以连续改变传动转速比和传动扭矩比。
从V 形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT,摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪,尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平,也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山,这至少说明了四个问题:
(1)无级变速是汽车变速箱始终追逐的目标。
从原始的橡胶带无级变速箱开始,到有级的齿轮变速箱过渡,再到现代的金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT,百年大回转说明只有无级变速箱才是汽车最理想的变速箱。
(2)摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。
为产生足够的静摩擦力,避免打滑烧毁,对传动带的压力要非常大。只有研究出能够承受极高屈服强度的金属,才能制造出传输大功率的摩擦传动无级变速箱。这是大功率摩擦传动无级变速箱迟迟不能问世的主要原因。从20KW发展到142KW用了整整一个世纪的时间,要想再大幅度地提高摩擦传动的传动功率那是极为困难的。
(3)摩擦传动CVT传动效率低是必然的。
在如此大的压力下摩擦传动必然要消耗较多的功率,这是不可避免的。无法克服。摩擦传动无级变速箱汽车的油耗高说明了这一点。
2. 液力自动变速器
液力自动变速器(Automatic Transmission简称“AT”) 已有60多年的历史,美国自动变速车比例超半。
人们经常把液力自动变速器(AT)和无级变速器(CVT)两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。
这种被称为AT的自动变速器,主要利用液力变扭器配合差动轮系齿轮箱实现换挡功能。传动过程中,液力变扭器中液体分子在高压,高速运动中有相当大的相对运动,造成明显的发热和功率损失。所以,传动效率低(一般小于80%),油耗高是液力自动变速器不可克服的缺点。而且液力变扭器对加工精度要求极高,制造工艺复杂,增加了成本。液力自动变速器比手动变速箱要贵4040马克(约2000美元或约16000元人民币)。
2.电磁传动。
这种混合动力汽车的动力系配有内燃机、发电机、蓄电池、电动机。优点是当汽车在交岔路口等待时或下坡时利用内燃机无效工作时向蓄电池充电。虽然发电,充电都要损失能量,但总比空转时不利用要好。当汽车需要较大功率时,蓄电池可以带动电动机与内燃机共同提供动力,比如起步时或上坡时。但由于目前蓄电池的容量有限,自重又大,使用寿命有限,目前只能装备在微型车辆上。
3. 电控机械式自动变速器。
电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称“AMT”)和液力自动变速器(AT)一样,不是无级变速器,是有级变速器的自动控制。和液力自动变速器(AT)不同的是:(AMT)是模仿人的动作,自动控制传统的排档变速箱。由于传动结构依然是齿转变速箱,所以传动效率高、传动功率大、结构简单等优点被很好的保存下来。其设计上的难点在于自动控制的参量太多,最困难的是离合器“离和合”中间过程的控制(所谓的半离挂)。虽然世界上许多国家投入了对电控机械式自动变速器(AMT)的研究与开发,这是事倍功半的事,就算搞成了,也还是有级变速,也不能满足汽车的要求。也还是过渡产品。
5.变径齿轮无级变速器。
变径齿轮无级变速器(Varied Diameter Gear type Continuously Variable Transmission简称 “VDG-CVT ”)是一种全新的设计思想,目的是利用齿轮传动原理实现效率高、大功率无级变速传动。
传统的传动原理认为:齿轮的齿数只能是正整数,无论齿数如何变化,传动比永远等于齿数比,传动比是分数,不是任意数。不可能形成连续的曲线。所以齿轮不能实现无级变速。
当许多汽车厂商投巨资研究前四种汽车变速器时,当许多学者还在对自动变速箱的许多性能进行探讨时,一些敢于冲破传统理论束缚的设计师们正尝试着利用齿轮传动原理实现无级变速。他们认为:只有利用齿轮传动原理实现的无级变速才是汽车变速箱的完美结局。
一种“变径齿轮无级变速装置” (Varied Diameter Gear type Continuously Variable Transmission简称 “VDG-CVT ” )已经试制成功,并已经进行了多次样机试验。“变径齿轮无级变速装置”结构相当简单。
附图四:变径齿轮无级变速装置原理性样机 附图五:变径齿轮无级变速装置结构性样机
最大速比:4 最大速比:4
输入转速750转/分 输入转速1500转/分
外径240mm 外径220mm
附图五:变径齿轮无级变速装置优化结构样机 附图六:变径齿轮无级变速装置优化结构样机
外径168mm 最大速比:2.2 外径220mm 最大速比:2.2
输入转速1500转/分 输入转速:1500转/分
功率:4.33 KW/1500rpm 功率:2.2KW/1500rpm
最大扭矩:23.5Nm 最大扭矩:12.5Nm
附图六:输入转速恒定时 变径齿轮无级变速箱不同的输出转速
“变径齿轮无级变速装置” “VDG-CVT ”成功地解决了齿轮传动从有级向无级的飞跃,这是对传统传动理论的成功挑战,走在了无级变速器研究开发的最前沿。
变径齿轮无级变速器的优势表现为:
(1)传动功率大,100KW以上的传动功率应是很容易达到的;
(2)传动效率高,90%以上的传动效率应是很容易达到的;
(3)结构简单,大幅度的降低了生产成本;
(4)对汽车而言,提高传动效率,节油20%;
(5)发动机在理想状态下工作,燃料燃烧完全,排放干净,极大的减少了对环境的污染。
变径齿轮无级变速器虽然还未达到工业生产的水平,但给彷徨了100年的汽车无级变速器带来了新的希望。一道天堑已经飞跃,一个禁区已经突破,一个机械传动上的哥德巴赫猜想已被破解。
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2007-8-19 9:56:30 阅读161 评论0 192007/08 Aug19
电控CNG发动机性能分析及试验研究
2007-06-27 14:06:32 作者: 来源:互联网 浏览次数:0 文字大小:【大】【中】【小】
简介: 一、背景为了解决由车用发动机排放造成的环境污染问题和日益严峻的能源问题,世界各国在制定各种严格的车辆排放法规来规范汽车生产和使用的同时,开始大力发展代用燃料汽车。由于天然气在资源和成本等方 ...
一、背景
为了解决由车用发动机排放造成的环境污染问题和日益严峻的能源问题,世界各国在制定各种严格的车辆排放法规来规范汽车生产和使用的同时,开始大力发展代用燃料汽车。由于天然气在资源和成本等方面的优势,所以天然气汽车迅速发展起来,汽车改装、天然气储存及加气站的全套技术也日趋成熟。与汽油相比,用天然气作为汽车发动机燃料,不仅可以节约石油资源,降低燃料费用,而且作为一种清洁燃料,可以大大降低环境污染[1]。在天然气发动机中采用电子控制多点顺序喷射、稀燃闭环控制及高能电子点火等先进技术是天然气发动机技术的发展方向。其中燃料喷射、高能电子点火、稀燃技术和点火控制等方面是发动机研究的主要内容;是保证天然气发动机正常工作的基础和提高其各方面性能的关键,因此有必要对这方面进行研究[3]。
二、电控CNG发动机性能台架试验研究
试验是发动机性能开发的重要手段,为了探索电控CNG发动机在燃料喷射和点火方面的控制规律、开发性能优良的稀燃系统,确定最优的控制参数等进行了大康姆⒍芏员仁匝椤O旅婢偷缈谻NG发动机性能的部分台架试验结果进行简单的分析。
(一)试验发动机的主要性能参数
试验机型是以潍坊柴油机厂生产的WT615型柴油机为基础研制的电控增压单一燃料压缩天然气发动机。该天然气发动机主要性能指标和结构参数见表1。
(二)喷射定时试验
电控天然气喷射系统所控制的参数有喷射提前角和喷射脉宽,喷射提前角是从喷射开始时刻到进气冲程上止点曲轴转过的角度,该参数的选择对发动机的性能有一定影响[3]。
本实验分别在1400r/min和1800r/min,调节喷射延迟角,测量发动机的功率、燃气消耗率,NOx和HC,结果如图1所示。
1.喷射延迟角过大时,发动机的动力性、经济性和排放性都明显下降。在低速工况下,喷射延迟角过大时,发动机的经济性和动力性有所下降,经济性下降比较明显。
2.低速工况下,在喷射延迟角400之后,HC排放量和燃油消耗率急剧增加,而NOx逐渐减小。这主要是因为喷射延迟角过大,燃料燃烧不完全,缸内温度低,功率低,所以,HC排放量和燃油消耗率急剧增加,NOx逐渐减小。高速工况下,NOx和HC的排放量在延迟角300左右达到最大。
3.在1400r/min同一转速下,喷射脉宽增加0.6ms时,如图1(b),NOx急剧增大,功率上升5kW,而其他性能参数变化较小,说明喷射脉宽较大时,混合气浓度较浓,燃烧温度急剧上升,从而生成大量的NOx。
本天然气发动机是进气歧管喷射方式,由于存在一段进排气门同时开启的气门重叠角,如果喷射开始时刻过早,在扫气过程中有一部分混合气进人排气管,这不仅使天然气消耗量增加,还会导致发动机排放恶化,且进入炙热排气管的混合气还有可能在排气管内燃烧,使进人增压的废气温度增高。如果喷射停止时刻晚于进气门关闭时刻,则会在进气管中积存天然气,可能产生回火现象。本文所使用的发动机进气门开启时刻在上止点前2°,排气门关闭时刻在上止点后5°。根据实验结果分析和考虑喷射开启本身具有一定的时滞,所以将天然气进气时刻定位进气门开启时刻[3]。
(三)点火能量的试验
在点火能量的试验中,分别选取1250r/min,1400r/min和1800r/min的转速,点火能量从41~400W,分析其对功率,HC和CO的影响情况,如图2所示,从图2中可以看出:
1.对本文研究的天然气发动机,在点火能量大于41mJ以后,发动机能稳定工作,继续增大点火能量,在转速为1400r/min,节气门开度75%时,发动机的功率下降7kW,而HC急剧下降。在转速为1400r/min,节气门开度50%时,HC有上升的趋势。
2.在各个工况下,点火能量的变化对CO的排放和功率的影响较小。
3.在大负荷或高速工况下,点火能量较小时HC排放会上升。
综合经济性、动力性和排放性,在低速或低负荷下,天然气发动机的较佳点火能量范围在41~84mJ;在大负荷下和高速工况下,较佳的点火能量范围为110~160mJ。在此基础上确定了各工况下点火初级线圈优化的通电时间。根据实验结果,本系统将初级线圈的通电时间控制在约5ms,从而保证发动机的点火能量E大于140mJ[3]。
(四)稀薄燃烧试验
在稀薄燃烧的试验中,分别在1400r/min和1800r/min时,部分负荷时,过量空气系数(间从1.2变化到1.65时,分析其功率、燃气消耗率,NOx和HC的影响情况,如图3所示,从图3中可以看出:
1.稀燃对于发动机经济性和动力性有明显影响。当过量空气系数为1.5时,燃料消耗量最低,发动机输出功率最大。
2.NO二排放量最大值所对应的过量空气系数为1.3~1.4,并随着过量空气系数增加而降低,主要是过量空气系数增加,缸内燃烧的温度降低,进而NOx降低。
3.HC排放随着过量空气系数增大而增大,在过量空气系数大于1.5以后开始急剧增加,主要是因为稀燃,燃料燃烧不完全所致。研究表明,天然气发动机HC排放物的主要成分是未燃烧的甲烷,而甲烷燃烧温度高,很难氧化。
三、小结
1.从喷射定时试验的数据分析中可以看出,在喷射延迟角过大时,发动机的功率下降,HC的排放量升高,燃油消耗率升高,所以发动机的喷射延迟角应小些为宜。
2.综合经济性、动力性和排放性,在低速或低负荷下,满足发动机稳定工作的前提下,天然气发动机较佳的点火能量小些,在大负荷下和高速工况下,较佳的点火能量比较大些。
3.从试验结果中可以看出,最佳的过量空气系数在约1.5。
参考文献:
1.邱先文,吴华杰.火花点火式天然气发动机技术分析.小型内燃机与摩托车,2001,34(4)
2.宁智,刘建华,翟洪祥.YC6108天然气/柴油双燃料改型发动机的性能研究.小型内燃机,2000,29(3)
3.郭林福,张欣,李国岫.电控天然气发动机燃料喷射和点火的控制方法.北京交通大学学报,2005,29(4)
4.宋均,张武高,黄震.天然气发动机混合气形成与燃烧特点及性能评述。柴油机.dieselenginer,2002(3)
5.HassaneenAhmedE.,VardeKeshavS.,etal.
StudyoftheFlameDevelopmentandRapidBurnDurationsinaLeanburnFuelInjectedNaturalGasS.I.Engine.
SAEPaperNo.981384
详解大众双增压发动机
2007-06-27 13:56:43 作者:卫东 来源:互联网 浏览次数:0 文字大小:【大】【中】【小】
简介: 装备在大众Golf GT上的1.4升双增压发动机 发动机增压是很传统的提升动力和燃油经济性的措施,同时它还能减少发动机有害废气排放量,随着新技术的不断发展增压技术也在不断进步。传统的涡轮增压和机械增 ...
装备在大众Golf GT上的1.4升双增压发动机
发动机增压是很传统的提升动力和燃油经济性的措施,同时它还能减少发动机有害废气排放量,随着新技术的不断发展增压技术也在不断进步。传统的涡轮增压和机械增压都存在着不如人意的地方,把两种技术结合在一起不失为一种解决方法。
今天用在汽车发动机上的增压器根据结构的不同主要分为两类——机械增压和涡轮增压。早期的增压器都属于机械增压,被称作“超级增压器”(Supercharger),后来涡轮增压器发明了,就被称为了Turbocharger。
Golf GT上增加的增压显示表头
一、机械增压器就像空气压缩机
机械增压器就像发动机的附件转向助力泵一样安装在发动机上,并由发动机皮带驱动,将压缩空气输送到进气歧管。机械增压器结构简单,工作温度介于70度~100度,不需特殊冷却系统,机件维护简单。不过增压值会随发动机转速的提高而降低,当达到某一界限时,由于本身的阻力增压器反而会成为发动机的负担,严重影响发动机转速的提升。因此,目前欧洲生产的机械增压系统多半采取低增压。它的优点是转子的速度与发动机转速是相对应的,没有滞后,动力输出流畅,成本低。缺点是要消耗发动机动力,机械增压容易产生噪音。
像奔驰公司的小排量汽油发动机就使用了机械增压器。SLK两款机械增压4缸发动机输出12OkW和145kW,强调了低速高扭矩,SLK 2 OCKOMPRESSOR在2500rpm时就达到了最大扭矩230Nm,综合油耗只有8.8L/1OOkm,以4缸发动机的燃油特性达到6缸发动机的扭矩特性。这种机械增压器是奔驰和Eaton公司联合开发的,性能非常出色.增压器的最大转速达到14000rpm。
大众的1.4升双增压引擎结构图
涡轮增压是利用发动机排出的废气驱动增压器,由于废气有上千度,需要增设空气中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。优点是增压效率高于机械增压,缺点是受发动机转速影响,低转速时效果不明显,待发动机提升到一定转速时才会有出色表现。涡轮迟滞也是涡轮增压发动机面临的最大难题。在低转速时,涡轮增压器没有介入,同时废气仍然要驱动涡轮旋转,排气没有自然吸气发动机顺畅,此时的发动机扭力输出要比同等排量的自然吸气式发动机还要弱。随着发动机的转速升高.例如突破3000转以后,涡轮增压器突然介入,这个时候产生的动力将陡增。这种动力的突然增加影响了动力输出的平顺性。尽管涡轮增压能给发动机带来更强的动力输出,但是作为一台民用汽车,流畅的动力输出是非常重要的,而涡轮迟滞会给驾驶舒适性带来一定影响。
机械增加器结构图
二、以双增压技术来克服缺陷
机械增压有助于低转速时的扭力输出,但是高转速时功率输出有限;而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出,但低转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起,来解决两种技术各自的不足,同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。
2005年,大众开始将这套技术装配到量产的民用车型高尔夫1.4 TSI上,这套系统被称作“双增压”,兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。在低转速时,由机械增压提供大部分的增压压力,在1500rpm时,两个增压器同时提供增压压力,其总增压值达到2.5bar(如果涡轮增压器单独工作,只能产生1.3bar的增压压力)。随着转速的提高,涡轮增压器能使发动机获得更大的功率,与此同时,机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制,它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时,由涡轮增压器提供所有的增压压力,此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离,防止消耗发动机功率。
1.4升双增压发动机外观图片
1.4升的高尔夫“双增压”(Twincharger)发动机在双增压器的作用下最大输出功率为125kW,最大扭矩为240Nm。从O~1OOkm/h只需7.9秒。1.4L动力达到2.5L发动机水平,但油耗却降低了20%,平均油耗只有7.2L/1OOkm。在1750rpm就发出了最大扭矩240Nm,并一直到4500rpm。优点是适合全部工况。
缺点是结构复杂,在高转速区域的动力表现并不突出。按大众公司的解释,性能并非这台发动机的主要诉求,动力输出的顺畅度与经济性才是重点。看来其他各大汽车公司都没有力推此技术是因为它缺少鲜明的个性。
2007-8-19 9:58:22 阅读1816 评论0 192007/08 Aug19
2007-06-27 14:17:09 作者: 来源:互联网 浏览次数:0 文字大小:【大】【中】【小】
简介:一、简介电子燃油喷射控制系统(简称EFI或EGI系统),以一个电子控制装置(又称电脑或ECU)为控制中心,利用安装在发动机不同部位上的各种传感器,测得发动机的各种工作参数,按照在电脑中设定的控制程序,通 ...
一、简介
电子燃油喷射控制系统(简称EFI或EGI系统),以一个电子控制装置(又称电脑或ECU)为控制中心,利用安装在发动机不同部位上的各种传感器,测得发动机的各种工作参数,按照在电脑中设定的控制程序,通过控制喷油器,精确地控制喷油量,使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气。
此外,电子控制燃油喷射系统通过电脑中的控制程序,还能实现起动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制断油、自动怠速控制等功能,满足发动机特殊工况对混合气的要求,使发动机获得良好的燃料经济性和排放性,也提高了汽车的使用性能。
电子控制燃油喷射系统的喷油压力是由电动燃油泵提供的,电动燃油泵装在油箱内,浸在燃油中。油箱内的燃油被电动燃油泵吸出并加压,压力燃油经燃油滤清器滤去杂质后,被送至发动机上方的分配油管。分配油管与安装在各缸进气歧管上的喷油器相通。喷油器是一种电磁阀,由电脑控制。通电时电磁阀开启,压力燃油以雾状喷入进气歧管内,与空气混合,在进气行程中被吸进气缸。分配油管的末端坝腥加脱沽Φ鹘谄鳎美吹髡峙溆凸苤腥加偷难沽Γ谷加脱沽Ρ3帜骋欢ㄖ担嘤嗟娜加痛尤加脱沽Φ鹘谄魃系幕赜涂诜祷厝加拖洹?/P>
进气量由驾驶员通过加速踏板操纵节气门来控制。节气门开度不同,进气量也不同,进气歧管内的真空度也不同。在同一转速下,进气歧管真空度与进气量成一定的比例关系。进气管压力传感器可将进气歧管内真空度的变化转变成电信号的变化,并传送给电脑,电脑根据进气歧管真空度的大小计算出发动机进气量,再根据曲轴位置传感器测得信号计算出发动机转速。根据进气量和转速计算出相应的基本喷油量。电脑根据进气压力和发动机转速控制各缸喷油器,通过控制每次喷油的持续时间来控制喷油量。喷油持续时间愈长,喷油量就愈大。一般每次喷油的持续时间为2~10ms。各缸喷油器每次喷油的开始时刻则由电脑根据安装于离合器壳体上的发动机转速(曲轴位置)传感器测得某一位置信号来控制。这种类型的燃油喷射系统的每个喷油器在发动机每个工作循环中喷油两次,喷油是间断进行的,属于间歇喷射方式。
二、电子燃油喷射控制的原理
(一)各种工况控制简介
发动机在不同工况下运转,对混合气浓度的要求也不同。特别是在一些特殊工况下(如起动、急加速、急减速等),对混合气浓度有特殊的要求。电脑要根据有关传感器测得的运转工况,按不同的方式控制喷油量。喷油量的控制方式可分为起动控制、运转控制、断油控制和反馈控制。
(二)起动喷油控制
起动时,发动机由起动马达带动运转。由于转速很低,转速的波动也很大,因此这时空气流量传感器所测得的进气量信号有很大的误差。基于这个原因,在发动机起动时,电脑不以空气流量传感器的信号作为喷油量的计算依据,而是按预先给定的起动程序来进行喷油控制。电脑根据起动开关及转速传感器的信号,判定发动机是否处于起动状态,以决定是否按起动程序控制喷油。当起动开关接通,且发动机转速低于300转/分时,电脑判定发动机处于起动状态,从而按起动程序控制喷油。
在起动喷油控制程序中,电脑按发动机水温、进气温度、起动转速计算出一个固定的喷油量。这一喷油量能使发动机获得顺利起动所需的浓混合气。冷车起动时,发动机温度很低,喷入进气道的燃油不易蒸发。为了能产生足够的燃油蒸气,形成足够浓度的可燃混合气,保证发动机在低温下也能正常起动,必须进一步增大喷油量。由电脑控制,通过增加各缸喷油器的喷油持续时间或喷油次数来增加喷油量。所增加的喷油量及加浓持续时间完全由电脑根据进气温度传感器和发动机水温传感器测得的温度高低来决定。发动机水温或进气温度愈低,喷油量就愈大,加浓的持续时间也就取长。这种冷起动控制方式不设冷起动喷油器和冷起动温度开关。
(三)运转喷油控制
在发动机运转中,电脑主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量。此外,电脑还要参考节气门开度、发动机水温、进气温度、海拔高度及怠速工况、加速工况、全负荷工况等运转参数来修正喷油量,以提高控制精度。
由于电脑要考虑的运转参数很多,为了简化电脑的计算程序,通常将喷油量分成基本喷油量、修正量、增量三个部分,并分别计算出结果。然后再将三个部分叠加在一起,作为总喷油量来控制喷油器喷油。
基本喷油量:基本喷油量是根据发动机每个工作循环的进气量,按理论混合比(空燃比14.7:1)计算出的喷油量。
修正量:修正量是根据进气温度、大气压力等实际运转情况,对基本喷油量进行适当修正,使发动机在不同运转条件下都能获得最佳浓度的混合气。修正量的内容为:
1.进气温度修正
2.大气压力修正
蓄电池电压修正(电压变化时,自动对喷油脉冲宽度加以修正)
增量:增量是在一些特殊工况下(如暖机、加速等),为加浓混合气而增加的喷油量。加浓的目的是为了使发动机获得良好的使用性能(如动力性、加速性、平顺性等)。
起动后增量:发动机冷车起动后,由于低温下混合气形成不良及部分燃油在进气管上沉积,造成混合气变稀。为此,在起动后一段短时间内,必须增加喷油量,以加浓混合气,保证发动机稳定运转而不熄火。起动后增量比的大小取决于起动时发动机的温度,并随发动机的运转时间增长而逐渐减小为零。
暖机增量:在冷车起动结束后的暖机运转过程中,发动机的温度一般不高。在这样较低的温度下,喷入进气歧管的燃油与空气的混合较差,不易立即汽化,容易使一部分较大的燃油液滴凝结在冷的进气管道及气缸壁面上,结果造成气缸内的混合气变稀。因此,在暖机过程中必须增加喷油量。暖机增量比的大小取决于水温传感器所测得的发动机温度,并随着发动机温度的升高而逐渐减小,直至温度升高至80度时,暖机加浓结束。
加速增量:在加速工况时,电脑能自动按一定的增量比适当增加喷油量,使发动机能发出最大扭矩,改善加速性能。电脑是根据节气门位置传感器测得的节气门开启的速率鉴别出发动机是否处于加速工况的。
大负荷增量:部分负荷工况是汽车发动机的主要运行工况。在这种工况下的喷油量应能保证供给发动机的混合气具有最经济的成分,通常应稀于理论混合比。在大负荷及满负荷工况下,要求发动机能发出最大功率,因而喷油量应比部分负荷工况大,以提供稍浓于理论混合比的功率混合气。大负荷信号由节气门开关内的全负荷开关提供,或由电脑根据节气门位置传感器测得的节气门开度来决定。当节气门开度大于70度时,电脑按功率混合比计算喷油量。
(四)断油控制
断油控制是电脑在一些特殊工况下,暂时中断燃油喷射,以满足发动机运转中的特殊要求。它包括以下几种断油控制方式:
1.超速断油控制
超速断油是在发动机转速超过允许的最高转速时,由电脑自动中断喷油,以防止发动机超速运转,造成机件损坏,也有利于减小燃油消耗量,减少有害排放物。超速断油控制过程是由电脑将转速传感器测得的发动机实际转速与控制程序中设定的发动机最高极限转速(一般为6000~7000转/分)相比较。当实际转速超过此极限转速时,电脑就切断送给喷油器的喷油脉冲,使喷油器停止喷油,从而限制发动机转速进一步升高;当断油后发动机转速下降至低于极限转速约100转/分时,断油控制结束,恢复喷油。
2.减速断油控制
汽车在高速行驶中突然松开油门踏板减速时,发动机仍在汽车惯性的带动下高速旋转。由于节气门已关闭,进入气缸的混合气数量很少,在高速运转下燃烧不完全,使废气中的有害排放物增多。减速断油控制就是当发动机在高转速运转中突然减速时,由电脑自动中断燃油喷射,直至发动机转速下降到设定的低转速时再恢复喷油。其目的是为了控制急|减速时有害物的排放,减少燃油消耗量,促使发动机转速尽快下降,有利于汽车减速。
减速断油控制过程是由电脑根据节气门位置、发动机转速、水温等运转参数,作出综合判断,在满足一定条件时,执行减速断油控制。这些条件是:
节气门位置传感器中的怠速开关接通
发动机水温已达正常温度
发动机转速高于某一数值
该转速称为减速断油转速,其数值由电脑根据发动机水温、负荷等参数确定。通常水温愈低,发动机负荷愈大(如使用空调时),该转速愈高。当上述三个条件都满足时,电脑就执行减速断油控制,切断喷油脉冲。上述条件只要有一个不满足(如发动机转速己下降至低于减速断油转速),电脑就立即停止执行减速断油,恢复喷油。
3.溢油消除
起动时汽油喷射系统向发动机提供很浓的混合气。若多次转动起动马达后发动机仍末起动,淤集在气缸内的浓混合气可能会浸湿火花塞,使之不能跳火。这种情况称为溢油或淹缸。此时驾驶员可将油门踏板踩到底,并转动点火开关,起动发动机。电脑在这种情况下会自动中断燃油喷射,以排除气缸中多余的燃油,使火花塞干燥。电脑只有在点火开关、发动机转速及节气门位置同时满足以下条件时,才能进人溢油消除状态:
点火开关处于起动位置。
发动机转速低于500转/分。
节气门全开。
因此,电子控制汽油喷射式发动机在起动时,不必踩下油门踏板,否则有可能因进入溢油消除状态而使发动机无法起动。
4.减扭矩断油控制
装有电子控制自动变速器的汽车在行驶中自动升档时,控制变速器的电脑会向汽油喷射系统的电脑发出减扭矩信号。汽油喷射系统的电脑在收到这一减扭矩信号时,会暂时中断个别气缸(如2、3缸)的喷油,以降低发动机转速,从而减轻换档冲击。
(五)电子燃油喷射控制的原理
反馈控制
汽油喷射系统进行反馈控制的传感器是氧传感器,使用氧传感器的发动机必须使用无铅汽油。反馈控制(闭环控制)是在排气管上加装氧传感器,根据排气中氧含量的变化,测定出进入发动机燃烧室混合气的空燃比值,把它输入计算机与设定的目标空燃比值进行比较,将误差信号经放大器控制电磁喷油器喷油量,使空燃比保持在设定目标值附近。因此,闭环控制可达到较高的空燃比控制精度,并可消除因产品差异和磨损等引起的性能变化,工作稳定性好,抗干扰能力强。但是,为了使三元催化装置对排气净化处理达到最佳效果,闭环控制的汽油喷射系统只能运行在理论空燃比14。7附近很窄的范围内。因此对特殊的运行工况,如启动、暖机、怠速、加速、满负荷等需加浓混合气的工况,仍需采用开环控制,使电磁喷油器按预先设定的加浓混合气配比工作,充分发挥发动机的动力性能,所以采用开环和闭环相结合的控制方式。
发动机爆燃与电子爆震限制器的使用
2007-06-24 21:19:46 作者:谷志杰,王坤平 来源:汽车电器 浏览次数:0 文字大小:【大】【中】【小】
简介:一、发动机爆燃原理由汽车发动机燃烧理论可知,当气缸中的可燃混合气被电火花点燃之后,形成火焰传播,它是以10~30m/s的速度进行的。火焰前方的未燃混合气因受已燃混合气的压缩和热幅射,压力和温度都相应地 ...
一、发动机爆燃原理
由汽车发动机燃烧理论可知,当气缸中的可燃混合气被电火花点燃之后,形成火焰传播,它是以10~30m/s的速度进行的。火焰前方的未燃混合气因受已燃混合气的压缩和热幅射,压力和温度都相应地升高,发生了化学反应,称为焰前反应。如果火焰及时传到,并把它引燃,直到把它烧完为止,这就是正常燃烧。但在某种条件下,燃烧的进行离开了正常的过程,有时离火花塞最远部分的混合气还未等到正常的火焰前锋到达,就已完成了化学准备过程而自行燃烧。这个因自燃而形成的火焰中心(有时不止一个)产生新的火焰传播,这种火焰传播的速度达1500~2000m/s,使未燃的混合气瞬间燃烧完毕。由于这种燃烧极为迅速,气体容积来不及膨胀,而温度和压力则急剧增加,因此,压力来不及传给气缸内其他部分气体,形成气缸内局部气体压力过高,因压力不平衡而产生压力波。这种压力波以超音速的速度向前推进,撞击燃烧室壁、活塞、气缸壁,而使之振动,发出尖锐的敲缸声,这种现象称为爆震燃烧,简称爆燃或爆震。
爆燃是由于早燃烧的部分气体膨胀压缩未燃部分的混合气,使其温度上升到自燃温度,而突然全部起火造成的。发生爆燃时,由于温度急剧升高,在高温的作用下,将使燃烧产物CO2发生热分解,不仅分解出CO,还析出游离碳C,使排气管中出现黑烟和火星。通常在气缸壁等固体的表面附着一层气膜,而稳定的气膜是不易传热的,气缸壁表面气膜的隔热作用,使高温气体向气缸壁传递的热量减少。在发生爆燃时,由于压力波及灼热气体对燃烧室和气缸壁表面的往复冲击,破坏了附在它们表面的气膜,使高温气体向气缸壁的传热增加,导致气缸等机件的温度升高,热量的交换和损失增大,其结果使发动机过热,功率降低,油耗增加。与此同时,因机件所受的载荷增加而加速磨损,缩短使用寿命,严重时还会引起活塞和气门的烧坏、轴瓦破裂、火花塞绝缘体损坏等故障,对发动机极端有害。
发生爆燃的另一种原因是由汽油品质引起的,通常可以通过辛烷值选择器改变点火提前角加以校正。
二、BX-1型爆震限制器
(一)BX-1型爆震限制器结构原理
为了消除不正常燃烧所引起的爆燃,解放CAl41汽车上安装了一个BX-1型爆震限制器,装用该装置后,可使原来的传统点火系变为受爆震控制的有触点电子点火系。它能限制发动机的爆震,防止铝合金活塞顶部烧蚀,从而保护发动机不会早期损坏,并可适当地提高发动机的压缩比,降低油耗。另外流过分电器的断电器触点的电流可由原来的3~4A降低到0.1A,因此触点不易烧蚀。又因晶体管开关速度快,次级电压上升速率快,故对火花塞积炭也不敏感。此外,发动机停转后,还有自动断电保护点火线圈的功能。
BX-1型爆震限制器由爆震传感器和爆震限制器组成,它在点火系中的接线如图1所示,原理如图2所示。
爆震传感器为压电共振式,装在发动机气缸盖上,结构如图3所示。其内装有压电陶瓷元件,它可灵敏地检测出多缸发动机任何气缸所出现的爆震信号。
爆震限制器为一铝压铸的盒体,内装印刷电路板,并接有一个8孔插接器。它实际是一个电子控制器,由基本正时电路、延时电路、爆震识别电路、闭合角控制电路以及自动断电保护电路等组成。
发动机不发生爆震时,点火时刻与原来分电器的点火时刻一样。而当发动机出现爆震燃烧时,压力波传到气缸盖上,气缸盖发出特定频率的振动,同时爆震传感器发生共振,输出的电压信号就会突然增大,此信号输至爆震限制器,使分电器的断电器触点在打开瞬间,功率放大开关三极管并不立即截止,则点火线圈不立刻产生次级高压,而是经过爆震限制器延时后,功放开关三极管才截止,点火线圈才产生次级高压,从而将点火提前角推迟。爆震越强烈,爆震传感器输出交变电压信号越大,则传至爆震限制器后,使功放三极管截止时刻推迟,点火线圈产生次级高压越晚,则点火延迟时间越长。由于点火推迟,爆震随之消失,爆震消除后,点火提前角自动恢复原来调定的数值。
由此可见,汽车装用BX-1型爆震限制器后,在发动机不发生爆震燃烧时,点火时刻与原来分电器的点火时刻相同,而将发生爆震时,则点火时刻推迟,使点火提前角自动减小,从而消除爆震。
(二)安装使用BX-1型爆震限制器注意事项
安装使用BX-1型爆震限制器时,图1中的搭铁螺钉必须分两点搭铁,不可接在一点,并且搭铁一定要牢靠。
爆震限制器的盒体内不允许水浸入。
爆震传感器内因有压电陶瓷元件,不准用金属物敲击和从高处跌落在坚硬的物体上,以防影响压电效应。
传感器的棕色导线不准与点火系的高压线接触,否则会出现点火推迟现象。
当在车上检查、调整发电机及电压调节器时,应先将点火电路恢复为普通的传统点火系(拔开插接器,把图1中虚线所示的两接线柱用导线连接),以免出现过电压而损坏爆震限制器。
接通点火开关5s内发动机不起动,则爆震限制器自动断电,保护点火线圈,点火线圈无高压,并非故障。
(三)爆震限制器的调节
爆震限制器盒体上表面有推迟角和灵敏度两个调节电位器,装在橡皮塞的孔内。典型的调定位置如图4所示,出厂时已经调好,使用中一般不需调整。如长期工作推迟角和灵敏度发生变化,可根据需要进行调整。取下橡皮塞,用小螺丝刀轻轻转动电位器即可。
顺时针转动推迟角电位器,则点火推迟角增大;逆时针转动推迟角电位器,则点火推迟角减小。电位角每格的推迟角增(减)量约为2°曲轴转角。电位器顺时针转到底,点火推迟角为22.5°曲轴转角;逆时针转到底,点火推迟角为3.5°曲轴转角。
顺时针转动灵敏度电位器,灵敏度增高,即对轻微爆震就可起控制作用;对压缩比较低的发动机,短时间内有轻微的爆燃现象是允许的,可使燃烧时间缩短,有助于热效率的提高,有利于提高功率,不要调节灵敏度电位器。如果逆时针转动灵敏度电位器,则灵敏度降低,强烈爆震才起控制作用。盒体红灯的亮度指示爆震及其强度。
2010-11-16 11:05:20 阅读21 评论0 162010/11 Nov16
2010-11-16 11:04:48 阅读7 评论0 162010/11 Nov16
2010-11-15 0:04:42 阅读14 评论0 152010/11 Nov15
2010-11-13 0:42:43 阅读25 评论0 132010/11 Nov13