中国汽车技术论坛现代汽车发动机进气控制技术Word文件下载.docx

1、VVT传感器测量进气凸轮轴相对于齿形带轮的转角。它们的信号输入发动机电子控制单元（ECU），ECU根据转速和负荷的要求控制进气凸轮轴正时控制阀，控制器根据指令使进气凸轮轴相对于齿形带旋转一个角度，达到进气门延迟开闭的目的，用以增大高速时的进气迟后角，从而提高气缸的充气效率。本田可变气门正时升程电子控制系统（VTEC）：VTEC系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温）的数据、参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。一般情况下，汽车发动机每缸气

2、门组只由一组凸轮驱动，而VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的智能控制，进行自动转换。它保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发动机不论在任何转速情况下运转均能达到动力性、经济性与低排放的统一和极佳状态。萨博（SAAB）可变压缩比技术：一般情况下，发动机气缸的压缩比是不可变动的，原因是燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数，在设计中已经确定。不过，为了使得现代发动机能在各种不断变化的工况中发挥更高的效率，来改善发动机的运行性能；气门可变驱动技术已经实现，压缩比这一重要参数虽然过去也曾经有人尝试过，试图由固定不变改为随机应变，但由

3、于改变气缸压缩比必然会涉及到整个发动机结构的改变，难度非常大，因此，这一技术革新进展得非常缓慢。绅宝（SAAB）开发的SVC发动机以改变气缸压缩比的方式来达到控制发动机的燃油消耗量的目的。它的核心就是在缸体与缸盖之间安装楔型滑块，缸体可以沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧室的容积，从而改变气缸压缩比。其压缩比可从8:1至14:1之间范围变化。在发动机小负荷时采用高压缩比以实现节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅以机械增压器以实现大功率和高转矩输出。SVC发动机采用5缸1.6排量，气缸缸径68mm，冲程88mm，最大功率166kw，最大扭矩305Nm，综合

4、工况油耗比常规发动机降低30%，并能够满足苛刻的欧洲排放标准。2、可变进气系统若要提高发动机动力性能只有提高充气效率，提高充气效率的途径除了采用增压之外，可以采用适当的配气相位并能随发动机转速不同而变化，也可以利用进气的惯性及谐振效应；这些都是提高充气效率的最佳方式。进气惯性及谐振效应是随着发动机转速、进气管长度及管径大小的变化而变化。在不同转速下，进气管长度应有所不同，才能获得良好的进气惯性效应。因此，只有结合可变配气相位控制，可变进气系统才能适应不同工况的要求，比较全面的提高发动机性能。可变进气系统分为两类：多气门分别投入工作和可变进气道系统；目的都是为了改变进气涡流强度、提高充气效率；或

5、是为了形成谐振及进气脉冲惯性效应，以适应低速及中高速工况都能提高性能的需要。多气门分别投入工作：多气门分别投入工作的方式有以下两种：一是通过凸轮或摇臂控制气门按时开或关；二是在气道中设置旋转阀门，按需要打开或关闭该气门的进气通道；后者比采用凸轮、摇臂控制简单。可变进气道系统：可变进气道系统是根据发动机不同工况，采用不同长度及容积的进气管向气缸内充气，以便能形成惯性充气效应及谐振脉冲波效应，从而提高充气效率及发动机动力性能。它有三种工作形式：双脉冲进气系统、四气门二段进气系统和三段进气系统。（1）双脉冲进气系统：双脉冲进气系统由空气室及两根脉冲进气管组成，空气室的入口处设置节气门，与两根直径较大

6、的进气管相连接，作用是在于防止两组（每三缸一组）进气管中谐振空气柱的相互干扰。每根脉冲管子成为形成谐振空气波的通道，分别连接两组气缸。将六缸机的进气道分成前后两组，这就相当于两个三缸机的进气管，每个气缸有240的进气冲程，各气缸之间不会产生进气脉冲波的相互干扰。该系统能够使每个气缸都会产生空气谐振波的动力效应，而直径较大的空气室、中间产生谐振空气波的通道与歧管一起，形成脉冲波谐振循环系统。它的工作分为两段：即低速段（转速4400r/min）。（2）四气门二段进气系统：二段即低中速段（转速3800r/min）；该进气系统由弯曲的长进气管和短的直进气管与空气室相连接，分别连接到缸盖的两个进气门上。

7、在发动机低、中速工况，动力阀关闭短进气管的通道，空气通过长的弯曲气道向气缸供气，使气流速度增加，并且形成较强的涡流，促进良好混合气的形成。而在高速工况，动力阀打开，额外的空气从空气室经过短进气管进入气缸，改善了容积效率，并且由另一气门进入气缸的这股气流，将低、中速工况形成的涡流改变成滚流运动，更能满足高速高负荷时改善燃烧的需要。可提高气缸充气率，实现提高发动机动力性能的目的。另外，进气管的长度能够在进气门即将关闭时，形成较强的反射压力波峰，增加进入气缸的空气量。这都有助于提高发动机低速时的转矩。（3）三段进气系统：三段即低速段（转速4000r/min）和高速段（转速5000r/min）；与两段

8、进气系统不同，它由末端连在一起的两根空气室管组成，并布置在V形夹角之间。每根空气室通过三根单独的脉冲管连接到左侧或者右侧的气缸上。每一侧气缸形成独立的三缸机，各缸的进气冲程相位为均匀隔开的240。两根空气室的入口处有各自的节流阀，在两根空气室中部有用阀门控制的连接通道，在空气室末端U形连接管处布置有两个蝶形阀门，在发动机低速工况，两空气室管之间的阀及高速工况用阀关闭。每根空气室管及与其相连接的三根脉冲进气管形成完整的谐振系统，将在一定转速工况下（转速3500r/min），将惯性及波动效应综合在一起，从而使充气效率及转矩达到峰值。当发动机转速高于3500r/min时，谐振压力波的波幅值变小，因此

9、可变系统的效果也变差，相应地每个气缸的充气效率也会变小。当发动机转速处于40005000r/min之间，即中速工况时，连接两根空气室的阀门打开，因此部分损坏了低速工况谐振压力波频率，然而却在转速为4500r/min的工况下，形成新的谐振压力波峰，从而使更多的空气或混合气进入气缸。当发动机转速进一步提高，如达到5000r/min以上时，短进气道中蝶阀打开，在两个空气室之间的短的及直接通道的空气流动，影响了第二阶段的惯性及脉冲效应。然而在高速范围（50006000r/min）内，通过各缸进气管的脉冲及谐振作用，建立了新的脉冲压力波及效果。于是三阶段的可变进气系统在三段转速范围内都能形成一个高的转矩

10、峰值，从而提高了整个转速范围内的转矩，使转矩特性更平坦，数值更高。气缸燃烧所必需的空气通过进气歧管进入气缸。较长的进气歧管能使发动机在低转速时获得较大转矩，但在高转速时却会出现较低的最大输出功率这一矛盾；而较短的进气歧管可以使发动机在低转速时获得较小的转矩，但在高转速时却会出现较高的最大输出功率的矛盾。这些矛盾可以通过双级可变进气歧管来解决，可以保证在相应的转速范围内始终具有一定的有效长度，保证低转速时具有较大转矩的同时，在高转速时也具有较高的最大输出功率，保证发动机在高速行驶时具有较好的加速性。可变进气歧管长度控制技术能兼顾高速及低速的不同工况，改善发动机怠速及低速时的性能及稳定性；提高发动

11、机的动力性和经济性；降低发动机的排放。前汽车及发动机排放控制研究的主要内容随着排放法规的日益严格及开发、应用的清洁燃料日益增多，促使排放控制技术研究范围扩展、深度加深。1 排放系统及三元催化器为了使汽车发动机的排放达到较低的法规限值要求，仅仅*改善燃料品质及发动机工作过程是不能实现的。需要通过排气后处理系统才能达到目的。目前国内大部分汽车还没有排气后处理装置，然而根据国外汽车排放控制技术发展的趋势，汽车不仅需要装后处理器，而且要设计控制排放的整个系统，成为发动机供油、冷却、润滑等系统之外的一个新系统，简称为排放系统。国外汽车发动机研究及生产部门正投入更多的人力及财力，从事有关排放系统的基础研究

12、、应用技术研究及产品设计开发。1.1 排放系统发动机排放系统包括排气管、后处理装置及消声器等在内。1.1.1 设计排放系统的必要性及其功能将发动机排气管、后处理装置及消声器等作为一个单独的系统设计，除了因为降低排放日益显得重要外，还有下列原因：（1） 低排放、低油耗及高功率是现代车用发动机追求的主要目标，然而有些发动机参数的控制及措施对实现这三大目标是矛盾的，例如混合气空燃比的控制，为了实现低油耗及低CO2排放，需要采用稀混合气燃料，而当前使用的三元催化剂并不能适应稀混合气的燃烧。如果将三者统一作为单独的系统处理，就能较好地解决矛盾。（2） 现有排气系统除了要考虑低排放外，还要考虑降低噪声及排

13、气热量的利用，因此要将三者统一起来，纳入一个新的系统排放系统。（3） 至今无论发动机排气系统或者后处理装置的方案及型式较多，随着公司及发动机系列不同而不同。同时现代汽车使用燃料的种类又增多，使用的燃料不同，排放物的组成及降低排放物的对策也不同，很有必要将排放问题从一个系统角度考虑，逐步实现规范化、标准化或者模块化。（4）现代电子技术及发动机可变技术的发展，有可能将原来发动机排气管路的设计与降低排放结合起来，成为一个单独的排放系统进行设计。1.1.2 排气后处理所要研究解决的主要问题研究和设计汽车发动机排放系统必须要了解存在的问题。目前车用发动机排气后处理存在的主要问题如下：（1）“点火”温度较

14、高催化剂都要在较高的温度下才能对排放物起催化作用，即所谓“点火”温度较高。因此在发动机冷启动及低温下工作时，排气温度低，HC及CO排放高，而催化剂却不能对它们起催化、转化的作用。（2）不能同时适应理论空燃比及稀混合气的需要一般三元催化剂适合在发动机使用理论空燃比混合气时，同时对HC、CO及NOx起催化转化作用。而在使用稀混合气时，排气中氧含量多对NOx的还原作用就低。（3）微粒过滤器工作一段时间后，其中微粒增多，使排气阻力增加，需要将其中微粒烧掉并排除掉，尽管已有多种技术可使微粒过滤器的功能恢复，但是仍需研究出一种更简单的办法。（4）贵重金属价格高催化剂中需要有铂（Pt）、钯（Pd）及铑（Rh

15、）等贵金属，这些金属资源不丰富，价格高。需要寻求资源丰富、价格低的金属作催化剂用。（5）催化剂被毒害的问题催化剂在高温作用下长期使用容易老化，转化效率降低。另外更重要的问题是受排气中硫化物、铅等毒害，显著损坏催化效率。此外还会产生臭味大的硫化氢。1.1.3 排放系统设计及催化剂发展的趋势根据未来排放法规的要求，目前排气后处理的有关技术、排放系统设计及催化剂的发展将着重如下几个方面：（1）重视催化机理的基础研究过去较长的时间内，提高催化剂的效率主要*选择、配对及不同质量比例等进行试验、筛选。今后将要进行更多的基础研究及微观分析。催化剂现代理论是以“活性部位”学说为基础。活性部位就是指催化材料晶体

16、上的点。在这些点上，催化剂促使排气中一些成分，被吸附在上面进行化学反应。现代排放系统的设计与研究人员正在着手研究催化剂不同反应能力模式的基本原因，了解在不同氧化物体系中，专门起催化作用的活性部位的本质。从而能通过这些微观的基础研究，形成一个专门的催化反应学说领域，将研究成果应用到未来排放催化系统的设计中，获得更高的催化反应效率。（2）加强排放系统的空气动力学研究过去对发动机缸内气体流动研究得较多。现代及未来将致力于排放系统气体动力学的研究，该研究包括以下三方面内容：一是催化反应器中排气流动的研究、二是排气动能及可变技术的研究、三是降低排气阻力及噪声的研究。这三个方面的研究要达到多种目的，会有一

17、些干扰的矛盾产生，必要时如何采取折衷方案，妥善解决这些矛盾，以便使综合效果最佳，这也是研发工作者的主要任务之一。（3）单独进行排放系统所需空燃比的调节提高发动机性能，降低油耗所需要的空燃比与提高催化效率所需要的空燃比是不一样的，存在一些矛盾。未来发展的趋势是采取一些措施，调节排放催化系统中的“空燃比”，或者说调节其含氧量，这样使发动机本身及排放系统空燃比的调节分开，使两者都能得到最大的效益。（4）研究适合稀燃需要的催化剂发动机采用稀混合气快速燃烧技术日益受到重视，采用燃油直接喷入气缸及稀燃的技术，可以使发动机兼备高比功率及低油耗的优点。然而需要开发适应稀燃发动机的新型催化剂，以便能在含氧量较多

18、的排气中，也能使NOx还原转化。（5）研究开发适合清洁燃料发动机的排放系统使用醇燃料、气体燃料及灵活燃料的汽车排气中的成分与汽油、柴油相比，有一定变化，增加了未燃醇、甲烷、甲醛及乙醛等，这些排放物同样污染大气环境，影响人类健康及生态的平衡。现有催化剂不能很好的抑制、消除这些排放物。需要根据这些排放物生成的特点、氧化转化机理及条件，研究新的催化剂及排放系统。电控喷油器喷雾测试系统开发及应用一、前言汽油机可燃混合气的形成是燃油的空间分布特性问题，取决于燃油的喷雾、进气道气流运动之间的密切配合等因素。汽油机电控喷油器是由电路子系统、磁路子系统、机械运动子系统和流体运动子系统组成的复杂系统，在喷油器的

19、诸多特性中，喷雾特性是至关重要的。目前测量喷雾特性的方法一般采用以激光为光源的高速摄影法，但该测试系统价格昂贵。作者自行设计了一套电控喷油器喷雾特性测试系统，对某一型号喷油器的喷雾锥角大小和均匀性进行了测试和分析。二、测试系统的组成及原理图1 喷油器喷雾测试系统示意图电控喷油器喷雾特性测试系统主要由供油系统、测试系统及电控单元组成（图1）。供油与测试系统由电动燃油泵、燃油滤清器、压力表、压力调节器、燃油分配管、喷油器、电磁阀、电子天平、喷雾锥角测试装置及喷雾均匀性测试装置等组成。其中，燃油泵用于给供油系统输送具有一定压力的燃油；燃油滤清器用于滤除燃油中的杂质；压力表用于监控油路的压力是否稳定；

20、压力调节器用于保持油路与燃油分配管之间的压差恒定，并把多余的燃油送回油箱；喷油器由控制单元通过驱动电路控制其开启或关闭，并喷出适量的燃油；电磁阀用于被测油路的选择性通过；电子天平用于测量燃油的质量流量。在电控单元中，计算机作为监视/控制单元，通过Visual Basic 6.0编制的界面来设定喷油脉宽、喷油周期、喷油次数和选择需要测试的喷油器，同时可以通过控制电磁阀驱动电路选择其开启与关闭。通信单元的功能就是确保电控单元和计算机之间的数据传输，它包括1个双端口RAM、1个通信单片机和1个串行接口电路。控制单元采用89C52单片机，通过内部脉冲计数来定时，当其计数满后自动溢出中断，以此达到单片机

21、给驱动电路发出通电和断电信号，从而控制喷油器的打开或关闭。电磁阀驱动电路采用继电器控制，通过I/O开关量板卡（与计算机ISA插槽相连）对电磁阀开启或关闭进行控制。图2 喷油器驱动电路喷油器驱动电路见图2。该电路采用光电耦合器将控制信号输出电路与喷油器驱动电路相隔离，从而抑制喷油器驱动电路的高频干扰进入控制电路部分，以保证其正常工作。电阻R6和二极管D在喷油器关闭时构成放电通路，以防止功率三极管损坏，它们和喷油器线圈组成喷油器的消弧电路。三、喷雾特性参数测试1喷雾测试条件及准备措施（1）如图1所示，等分扇形圆盘收集器必须位于喷油器喷孔的正下方。（2）设计、加工和装配精度必须保证喷油器的安装基准和

22、同心圆盘收集器的中心线之间的误差控制在0.025mm以内。（3）试验中供给喷油器的驱动电压为12.0V0.05V直流电。（4）测试前用测试液清洗喷油器和测试装置，以除去系统中的空气、蒸汽和杂质；让喷油器以5ms为喷油脉宽、10ms为一喷油周期持续喷射测试液1500次；用以清洗的测试液仅可一次性使用。2喷雾锥角测试原理采用空心锥角喷雾测试方法测试喷雾锥角，定义的喷雾锥角为所覆盖的喷雾角度中最大喷油量对应的角度。图3描述了喷雾锥角测试装置的原理。图3 喷雾锥角测试装置原理图喷雾锥角测试装置由同心圆盘和有机玻璃罩组成。同心圆盘收集器由8个同心圆腔构成，在加工时采用线切割。每个腔壁的高度为15mm，并

23、且前缘逐渐变小，这样设计的优点是可以把燃油的反弹降低到最低。每个圆腔都有一个小孔与连接管相连，将燃油通往天平，用于计量所收集的油量多少。运用几何原理可以得出每个同心圆腔对应的喷雾锥角的计算公式为=2arctand/（2h）（1）式中d为同心圆腔的直径，h为喷油器顶端的喷孔片到收集圆盘腔壁前缘的垂直高度。表1列出了不同的同心圆腔的直径，以及在不同的喷油器安装高度下每个同心圆腔所对应的喷雾锥角。在作者设计的测试系统中，h=180mm1mm，该测试系统适用于喷雾锥角范围在624的喷油器，大部分汽油机喷油器均被涵盖在这个角度范围内。如果喷雾锥角太小，则油仅喷入内圆的1、2圆腔，而外圆圆腔所收集的油量非

24、常有限，从而无法准确地分析喷雾角的分布。反之如果喷雾锥角过大，则大部分油被第8圆腔所收集，也无法分析。3喷雾均匀性测试原理表1 喷油器的安装高度和相应的喷雾锥角喷雾均匀性测试装置由等分扇形圆盘、有机玻璃罩、耐油密封圈和喷油器等组成，主要用于单束喷油器的测试。为了与喷雾锥角测试装置安装相匹配，喷油器的定位高度选定180mm。等分扇形收集盘由6块面积相等、分布均匀的扇形区域组成，如图4，其中的分隔挡板厚度设计为1mm，顶端逐渐变小，可以减小油束的反弹。图4 等分扇形圆盘每个扇形区都有一个小孔与连接管相连，电子天平计量所收集油量的多少。当喷油器在给定的脉宽下连续喷射一段时间后，通过比较每个扇形区收集

25、的油量多少来分析油束的分布情况。亦可通过透明的有机玻璃罩观察喷雾的雾化形状。对于双油束喷油器，由于喷雾形状为两个圆锥形油束，可依据本测试装置另设计一划分数个等分单元的方形收集盘来收集其油束分布流量。四、测试结果分析以某型喷油器为例，分别测试其喷雾锥角与喷雾均匀性。通过计算机操作界面输入喷油器的喷射周期以及连续喷射次数（多组试验中设定为一恒值），喷油量可通过质量法直接从电子天平上读出。1喷雾锥角测试结果图5 各同心圆腔对应的油量百分比通过多组试验，分别记录下各个同心圆腔所收集的喷油量，并计算出其平均值占总喷油量平均值的百分比，如图5所示，编号18分别对应由内到外分布的各个同心圆腔。由图可以看出，

26、从中心到外圆，油量先增加后减少，最大值出现在第4个同心圆腔，则该喷油器的最大锥角分布在圆腔4，第4个同心圆腔的直径d4=40mm，由式（1）可求出喷雾锥角=12.7312喷雾均匀性测试结果图6 各扇形区对应的油量百分比记录试验中各个扇形区对应的油量并计算其平均值占总喷油量均值的百分比，如图6所示，编号16分别代表6个均匀分布扇形区。通过试验数据可以看出，6个等分扇形区对应的喷油量百分比分布在16.52%16.83%之间，该组数据的平均偏差为1%，每个扇形区的喷油量基本相等，反映该喷油器的喷雾均匀性较好。五、结论电控喷油器喷雾特性是衡量喷油器性能的主要指标，作者设计的喷油器喷雾特性测试系统具有结

27、构简单、造价低的特点，基本达到测试精度的要求，并且具有方便的计算机控制操作界面。对某一型号喷油器的喷雾锥角和均匀性进行了初步测试研究，试验结果表明，该测试系统能满足测试需要滤清器常识：机油滤清器的配套技术详解滤清器的技术配套技术具有小范围内边缘学科的性质，因而易被忽视。在实际中往往可以看到这样的现象：安装在主机上设计精良的滤清器不能最大限度地发挥应有的作用。而主机用户又不满意所选滤清器的性能。这便是滤清器配套不当的问题。本文试图从配套角度对机油滤清器的选型、设计、安装与使用等方面作一些讨论，涉及的题目有以下十一项： 1.通过机油滤清器的流量。 2.内燃机的使用条件。 3.润滑油的品质。 4.内

28、燃机操作者的使用水平。 5.机油滤清在地内燃机上的安装位置。 6.机油滤清器同机油散热器的联接。 7.旁通阀开启压力的确定。 8.保养指示器的应用。 9.复合式机油滤清器的结构。 10.大流量机油滤清器。 11.调压阀问题。 机油滤清器位于内燃机润滑系统中。上游是机油泵。下游是主油道。随着近代内燃机向高速高输出方向发展，润滑系统容量扩大，油温提高。并普遍采用机油散热器和活塞喷油冷却等装置而使结构复杂化。同时，润滑油品质提高，添加剂种类增多，对滤清器的过滤作用提出了新的要求。所有这些都给机油滤清器的配套技术赋予了新的内容。 1.通过机油滤清器的流量 确定机油滤清器的配套流量有如下四个根据： A用户要求的滤清器流量数据。 B配套内燃机的类型、功率和强化程度。 C机油泵流量。 D主油