可燃混合气成分与汽油机性能的关系..

主 转速信号 控 信 负荷信号 信 号 号 输 入 装 修正信号 臵
执行器 电子控制单元 喷油 点火 怠速 排放 自诊
反馈信号
发动机
ECU
反馈传感器
反 馈 参 数 基本参数
基本 传感器
ECU
修 正 参 数
执行参数
执行器
修正传感器
(1).传感器：
任务：将与发动机运行工况有关的各种非电量信号转变为相应 的模拟或数字电信号
修正参数
(4).排气净化控制：
开环与闭环控制，废气再循环控制，二次空气喷射控制，燃油蒸 发控制。
(5).进气控制： 进气惯性增压控制（ACIS），废气涡轮增压控制 (6).警告提示、故障自诊和失效保护： 警告提示：控制系统发生故障时，ECU控制各种指示和警告装臵 发出警告和信号，使驾驶员能根据故障情况适时做出处理。
故障自诊：控制系统发生故障时,除了警告提示，故障信息还以 代码的形式存入存储器，以供检修时调用和参考。
失效保护：控制系统发生故障时，除了完成以上功能外，并自动 按ECU中预臵的程序和设定的控制值，使汽车继续运行（性能差） 至汽修厂进行检修。
发动机电子控制系统
二 电控汽油喷射系统的分类
传感器直接或间接 测量进气量
电控系统的基本组成及控制功能 电控汽油喷射系统的分类 电控汽油喷射系统的优点
一 电控发动机系统的基本组成及控制功能
概念：电子技术对发动机进行控制
标志：Bosch D-Jetronic
发展：模拟电路
简单控制
数字电路
微机控制
单一控制
综合控制
1.系统的基本组成：
传感器（控制基础） ECU（控制核心） 执行器（控制对象）
减小2%
减小8% 显著减小
增大4%
最小 显著增 大 回火、发动机过 热、加速性变坏 混合气不燃烧， 发动机不工作
3、发动机各工况对可燃混合气浓度的要求
1) 发动机工况和负荷的概念 (1)发动机工况：是其工作情况的简称，它包括发动机的转速和 负荷情况。 (2)发动机负荷：是指汽车所施加给发动机的阻力矩，包括匀速、 变速运动的阻力矩。 汽车行驶时，发动机要发出等量的扭矩Me与阻力矩相平衡，因Me 随节气门开度而变化，所以节气门开度即代表负荷的大小，如节气 门全关、半开、全开分别为0负荷、中等负荷、全负荷。
(3)汽车发动机工作特点 a 工况变化范围大，负荷从0——100%，转速从最低——最高， 有时变化非常迅速，且工况间的变化是连续的。 b 汽车在行驶的大部分时间内，发动机是在中等负荷下工作。 发动机各种工况要求有多种混合气成分，以满足不同工况对其动 力性、经济性和排放的不同要求。
2)汽油机各种工况对可燃混合气成份的要求 作为车用汽油机，其工况（负荷和转速）是复杂的，例如，超车、 刹车、高速行驶、汽车在红灯信号下，起步或怠速运转、汽车满载 爬坡等，工况变化范围很大，负荷可0→100%，转速可最低→最高。 不同工况对混合气数量和浓度都有不同要求，具体要求如下： (1)怠速工况 怠速是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转，此 时混合气燃烧后所作的功，只用以克服发动机的内部阻力，使发 动机保持最低转速稳定运转。汽油机怠速运转一般为600～ 800r/min，转速很低，化油器内空气流速也低，使得汽油雾化不 良，与空气的混合也很不均匀。另一方面，节气门开度很小，吸 入气缸内的可燃混合气量很少，同时又受到气缸内残余废气的冲 淡作用，使混合气的燃烧速度↓↓，因而发动机动力不足。因此 要求提供较浓的混合气α=0.6～0.8 。
1 1
稀混合气 浓混合气
2、可燃混合气成分对发动机性能的影响
可燃混合气的浓度对发动 机的性能影响很大，直接 影响动力性和经济性。通 过试验(发动机转速一定， 节气门全开，改变汽油量 孔尺寸，以获得不同α) 证明，发动机的功率和耗 油率都是随着过量空气系 数α变化而变化的。
1.燃油消耗率 2.功率
2)按有无反馈信号
A、开环控制系统 传感器信号 计算机 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ油器
接受传感器信号与预先存储的各工况下的最佳供油参数对比，计算最佳 供油量，后经功率放大器控制喷油器的喷油时间，从而控制空燃比
开环控制方式是把在台架试验获得的发动机各运行工况的最 佳控制参数(包括喷油量和点火提前角等)存入Ecu的存储器中， 发动机运行时根据由各个传感器所采集的反映发动机运行工况的 参数(转速、进气流量、空气温度、冷却水温度等)．由计算机判断 发动机的实际运行工况，并从事先存入计算机的数据中查出最佳控 制参数，发出控制指令，由执行机构控制喷油器的喷油星，其优点 是控制过程简单，计算机计算工作量小。但控制系统复杂，需要较 多的传感器，当使用条件发生变化时(如电磁喷油器的精度因使用 和其他原因发生变化)，其控制精度就会下降低，因此，开环控制 方式对发动机和控制系统本身各组成部分的精度要求较高，否则就 不能实现最佳控制。
极浓=0.2-0.6 随温度升高
及时加浓
结论：通过上述分析，可以看出 ①发动机的运转情况是复杂的，各种运转情况对可燃混合气 的成分要求不同。 ②起动、怠速、全负荷、加速运转时，要求供给浓混合气 α<1。 ③中负荷运转时，随着节气门开度由小变大，要求供给由浓 逐渐变稀的混合气α=0.9～1.1
第一章 电控汽油发动机概述
反 馈 参 数 执行参数
ECU
修 正 参 数
执行器
点 火 无 1 线 分 圈 电 器 1 有 1 多缸 2 1
空气流量传感器 节气门位臵传感器 水温传感器 转速传感器
同时 点火 单独 点火
(3).怠速控制：
转速
反 馈 参 数 启动信号
怠速开关 车速
ECU
ECT A/C P/N PS HL
执行参数
怠速马达
1.燃油消耗率 2.功率
(3) 浓混合气（α<1）： 值在 0.85——0.95范围内时，燃烧速 度最快，热量损失小，平均有效 压力和发动机功率大，称功率成 分混合气。 当 α<0.88时，则燃烧不完全， 排气管冒黑烟、放炮、燃烧室积 碳，功率下降，耗油量显著增大， 排放污染严重。 (4) 燃烧极限：当 α=0.4、1.4 时，因混合气太浓或太稀，虽能 着火，但火焰无法传播，导致发 动机熄火，此值为燃烧上极限和 下极限(浓、稀着火界限)。 由此可知，动力性和经济性存在 着矛盾， 在0.88-1.11范围内最 有利，不获得动力性就获得经济 性，或两者都较好。
B、闭环控制系统 传感器信号 计算机
喷油器
氧传感器
反馈
闭环控制方式是在发动机排气管安装氧传感器，根据废气中氧含 量的变化，计算出燃烧过程中混合气的空燃比，并与计算机存储 器中所设定的目标值进行比较，发出控制喷油量的指令，由执行 机构控制喷油器的喷油量。在运行过程中控制系统不断进行测试 和调整．使实际中空燃比保持在最佳值附近，达到最佳控制的目 的
1.燃油消耗率 2.功率
混合气种类 火焰传播上限
空气过量系数 发动机功率 0.4
耗油率
性能 混合气不燃烧， 发动机不工作
过浓混合气
0.43-0.87
减小
激增
燃烧室积炭、排 气管冒黑烟，放 炮
输出最大功率
功率混合气
0.88
最大
增大； 10-15%
标准混合气
经济混合气 过稀混合气 火焰传播下限
1.0
1.11 1.13-1.33 1.4
(1)标准混合气（α=1）：由 于混合时间和空间的限制以 及气缸内废气的影响，这种 混合气并不能完全燃烧。 (2) 稀混合气（α>1）:为实 际上可能完全燃烧的混合气, 它可保证所有汽油分子获得 足够的空气而完全燃烧.因而 经济性最好,故称经济混合气， 值多在1.05——1.15范围内。 但若α>1.05——1.15，将会 使燃烧速度减小，热量损失 增大，发动机过热，加速性 变坏，化油器回火，排气管 出现突噜声。
5)起动工况 起动工况-要求供给极浓的混合气α=0.2～0.6。 因为发动机起动时，由于发动机处于冷车状态，混合气得不到足够 地预热，汽油蒸发困难。同时，由于发动机曲轴被带动的转速低， 因而被吸入化油器喉管内的空气流速较低。难以在喉管处产生足够 的真空度使汽油喷出。既使是从喉管流出汽油，也不能受到强烈气 流的冲击而雾化，绝大部分呈油粒状态。混合气中的油粒会因为与 冷金属接触而凝结在进气管壁上，不能随气流进入气缸。因而使气 缸内的混合气过稀，无法引燃，因此，要求化油器供给极浓的混合 气进行补偿，从而使进入气缸的混合气有足够的汽油蒸汽，以保证 发动机得以起动。
(1).汽油喷射控制：
氧传感器O2
反 馈 参 数
最佳喷油时间
执行参数
空气流量传感器 转速传感器
基本参数
ECU
修 正 参 数
执行器
节气门位臵传感器 水温传感器
(2).点火控制：（点火提前角控制，通电时间和爆震控制）
爆震传感器
上止点 定 TDC 位 基本参数 曲轴转角 传 CKP 定位参数 感 器 凸轮轴 CMP TDC:凸轮（上止点前某角度） CKP:转速（角） 提前控制 CMP:一缸压缩上止点
1.按控制原理分类：
基本参数
ECU 计算空燃比
执行参数
执行器
(1).机械控制式汽油喷射系统（K, KE） 气流感知板通过机械机构 控制供油管路油压，从而 控制汽油喷射量
连续喷射
机电混合控制系统
(2).电控汽油喷射系统（EFI）
特点：喷油器由电磁线圈驱动，喷油量和时机完全由电控单元控制
1）据控制功能分： 单一电控汽油喷射系统；发动机集中管理系统
6)加速工况 发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。要求混合气量要突增， 并保证浓度不下降。当驾驶员猛踩踏板时，节气门开度突然加大， 以期发动机功率迅速增大。在这种情况下，空气流量和流速以及喉 管真空度均随之增大。汽油供油量，也有所增大。但由于汽油的惯 性>空气的惯性，汽油来不及足够地以喷口喷出，所以瞬时汽油流 量的增加比空气的增加要小得多，致使混合气过稀。另外，在节气 门急开时，进气管内压力骤然升高，同时由于冷空气来不及预热， 使进气管内温度降低。不利于汽油的蒸发，致使汽油的蒸发量减少， 造成混合气过稀。结果就会导致发动机不能实现立即加速，甚至有 时还会发生熄火现象。 为了改善这种情况，就应该采取强制方法。在化油器节气门突然开 大时，强制多供油，额外增加供油量，及时使混合气加浓到足够的 程度。
数目：取决于控制功能的数目和控制精度 (2).电控单元(ECU)： 任务：接受、转换、运算分析、输出执行命令 (3).执行器：
任务：受ECU控制，用于完成某项控制功能
控制方式：ECU直接控制执行元件电磁线圈的搭铁回路 ECU控制的电子控制电路操纵执行器
2.系统的控制功能：
据发动机形式制造厂家生产年份不同有很大差异
稳定工况对混合气的要求
工况
怠速和小负荷 中等负荷 大负荷和全负荷
混合气浓度
=0.6-0.8 =0.9-1.1 =0.85-0.95
怠速： 发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转，此 时混合气燃烧释放的功，只用以克服发动机内部的阻力。
过渡工况对混合气的要求
工况 冷起动 暖机 加速 混合气
2)小负荷工况 小负荷工况-要求供给较浓混合气α=0.7～0.9，因为，小负荷时， 节气门开度较小，进入气缸内的可燃混合气量较少，而上一循环残 留在气缸中的废气在气缸内气体中所占的比例相对较多，不利于燃 烧，因此必须供给较浓的可燃混合气。
3)中负荷工况(节气门开度在25%——85%之间) 中负荷工况-要求经济性为主，混合气成分α=0.9～1.1，发动机大 部分工作时间处于中负荷工况，所以经济性要求为主。中负荷时， 节气门开度中等，故应供给接近于相应耗油率最小的α值的混合气， 主要是α>1的稀混合气，这样，功率损失不多，节油效果却很显著。 4)全负荷工况(节气门开度达85%以上) 全负荷工况-要求发出最大功率Pemax，α=0.85～0.95,汽车需要克 服很大阻力（如上陡坡或在艰难路上行驶）时，驾驶员往往需要将 加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工作，显然要 求发动机能发出尽可能大的功率，即尽量发挥其动力性，而经济性 要求居次要地位。故要求化油器供给Pemax时的α值。
一 可燃混合气成分与汽油机性能的关系
1、混合气浓度描述
空燃比：可燃混合气中，空气与燃料的质量比。（国外常用）
空气质量(kg) 空燃比(A/F) 燃油质量(kg)
理论混合气：空燃比为14.7的可燃混合气。 大于14.7为稀混合气；小于14.7为浓混合气 过量空气系数(我国常用) 燃烧过程实际供给得空 气质量 (燃烧1kg汽油) 完全燃烧所需的理论空 气质量 1 标准混合气