柴油发动机几种典型预热系统的工作原理

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起动机开关在“START” (起动) 位 置 时 ,由 预 热 塞 继 电 器“ST”端 子 →线圈 L2→接地,构成电路,使线圈 L2 吸引并接通 P2 点。这样又构成另 一个电路:蓄电池“+”极端子→ 预热
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起动机开关
将 点 火 开 关 扭 至“START”位 置 时,预热定时器接通 1 号预热继电器 和 2 号预热继电器,以防止在发动机 起动过程中预热塞温度下降,从而提 高了起动能力。
发动机起动后,放电警告灯熄
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灭。这时预热定时器感知来自调压器 L 接线柱的信号,使预热继电器断 路,由于预热定时器仍使 2 号预热塞 继电器接通,电源继续从蓄电池通过 预热塞电阻流至预热塞,发出余辉, 余辉会持续一段时间,其时间的长短 决定于冷却液的温度。发动机起动 后,如冷却液温度低于 20℃,则余辉 可持续 120s。如冷却液温度等于或 高于 55℃,余辉不会产生。
Charger) 更因为会造成进气温度上
是发动机产生爆震最主要的原因。
升,所以有中冷器(Inter-Cooler)的出
2.发动机过度积碳
现,以降低进气温度提高容积效率并
如图 1 所示。燃烧室内过度积
减少爆震的发生。
碳,除了会使压缩比增大,末端混合
6.空燃比不正确
气也因此受到更大的压力;同时积碳
油气混合比过稀或混合不均匀
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现代汽油机爆震控制技术与检修
顾雨
一、爆震及爆震的影响因素 烷值越高,抗爆震性越强。高压缩比
4.燃烧室的设计
(一)爆震产生的机理和危害
的发动机如果选用低标号汽油,则容
火花塞的位置影响了完成燃烧
爆震是发动机工作时一种不正 易发生爆震。但低压缩比的发动机若 所需的时间,这段时间就是尾气所受
根据施加在预热塞上的电压,在 预定的一段时间之后,预热定时器将 1 号预热塞继电器断路,但来自 2 号
继电器的电流通过电阻继续使预热 塞发热,并使其温度保持在可以起动 发动机的水平。发动机不工作时,即 使 将 起 动 机 开 关 偶 然 置 于 “ON”位 置,如果冷却液温度在 20℃以下,预 热也会在 120s 之后停止。如冷却液 温度高于 55℃时,预热塞不发热,这 种情况下,指示灯只亮片刻。
图 4 丰田 COROLLA(CE90)固定延迟型预热装置的电路原理

图 5 丰田 Crown(LS130)可变延迟型预热装置电路原理
塞继电器“B”端子 →P2 点 → 预热塞 继电器“S”端子→预热塞→接地。这 时,预热塞监测器未接通。这就避免 了在起动过程中,由于预热塞监测器 电阻造成的电压降而影响预热塞。
三、可变延迟型 此预热系统由预热定时器来控 制。预热定时器则根据冷却液温度及 交流发电机电压(作为发动机运转信 号)运作。预热指示灯发亮时间和预 热塞预热时间则根据冷却液温度而 异。可变延迟型预热装置电路原理如 图 5 所示。工作过程如下: 起 动 机 开 关 扭 至“ON”位 置 时 , 预热定时器开始工作,使预热指示灯 发光,也将预热塞继电器接通,预热 塞迅速发热。根据所通过冷却液温度 传感器的温度,在预定的一段时间之 后,预热定时器关掉预热指示灯。这 时,预热塞的温度已升至足以起动发 动机的水平;在预定的另一段时间之 后,预热塞继电器断路,以防止烧坏 预热塞。起动开关扭至“START”位置 时,预热继电器不受预热定时器控 制,仍保持接通状态,这就防止了发 动机起动过程中预热塞温度下降,从 而提高了起动能力。 发动机起动之后,放电警告灯 熄灭。这时,预热定时器感知来自调 压器 L 端子的信号,使预热塞继电器 断路,预热塞停止加热。 四、新式超级预热型 新式超级预热系统,靠温度自控 预热塞迅速完成预热,以缩短驾驶员 等待起动发动机的时间。新式超级预 热系统包括:温度自控预热塞、2 个 预热继电器(主、副继电器)、1 个预 热塞电阻、1 个冷却液温度传感器和 1 个预热定时器。新式超级预热系统
发生,但也导致燃料用量增加,热效 率下降,同时降低发动机出力。
..................................................
复以上步骤,就可将预热塞的温度控 速预热。为了使预热塞的温度保持在 压从 0 升至蓄电池电压。然后,预热
制在一个固定范围(750℃~900℃)。
在一些新式发动机中,采用了自 动控制温度的预热塞-陶瓷预热塞, 这是一种陶瓷加热元件,它能够缩短 预热时间,而 2 号预热塞继电器和电 阻器也不需要了。
五、常规式超级预热型 在常规式超级预热系统中,通过 向额定电压低的预热塞施加较高的 蓄电池电压,迅速完成预热,以缩短 驾驶员等待起动发动机的时间。同 时,该系统将预热塞保持在预定温度 之下,以防止预热塞过热。 常规式超级预热系统包括低额 定 电 压 预 热 塞 、2 个 预 热 塞 继 电 器 (主、副继电器)、1 个预热塞电阻、一 个冷却液温度传感器、1 个预热塞电 流传感器和 1 个电热定时器。常规式 超级预热系统电路原理见图 7。工作 过程如下: 当起动机开关扭至“ON”位置 时,根据冷却液温度,预热指示灯发 光。在预热指示灯发光的同时,1 号 预热塞继电器也接通,使来自蓄电池 的电流通过预热塞电流传感器至预 热塞,预热塞快速加热。1 号预热塞 继电器接通的同时,2 号预热塞继电 器也接通,但预热塞电阻只允许电流 通过 1 号预热塞继电器,当预热塞温 度上升至 900℃时,预热定时器将预 热塞电流传感器的电流变化感知为 温度变化,并将 1 号预热塞电阻器断 路,以防止预热塞过热。当 1 号预热 塞继电器断路时,电流通过预热塞电 阻器至预热塞,故预热塞温度下降。 当预热塞温度达到 750℃时,1 号预 热塞继电器再次接通,预热塞温度迅 速上升。根据预热塞的温度变化,重
汽车的低温起动装置包括冷机 起动装置和预热起动装置。根据车 型、发动机型号及使用地区的不同, 柴油发动机采用各种不同的预热装 置。目前经常使用的 5 种预热装置
是:预热塞监测器型、固定延迟型、可 变延迟型、新式超级预热型、常规式 超级预热型。图 1 是柴油发动机的预 热装置。
一、预热塞监测器型
a)直接喷射式发动机
的环境下自燃(高温主要来自火焰波 车应使用 97 号汽油。目前国产轿车 没有死角,并采用热传导效率较高的
热辐射、高压主要是来自于被已燃混 的压缩比一般都在 9 以上,最好使用 材料(如铝合金),让气缸内的温度不
合气的膨胀所压缩),自燃产生的一 93 号汽油。此外对于带涡轮增压的 易累积,使尾气保持较低的温度也可
750℃~900℃之间,就需要 1 号预热 定时器将 1 号预热塞继电器切断。
当起动机开关扭至“START”位 塞继电器根据温度变化重复其接通、
由于预热定时器仍使 2 号预热
光,同时将预热塞继电器接通。预热 塞迅速发热。在预热一段时间之后, 预热塞的温度已升至足以起动发动 机,这时预热塞继电器断路,防止烧 坏预热塞。当将起动机开关旋转至 “START” (起动)位置时,预热塞继电 器不受预热定时器的控制,仍保持接 通状态。这样就防止了在发动机起动 过程中预热塞温度下降,从而提高了 起动能力。发动机起动之后,放电警 告灯熄灭。这时,预热定时器检测到 来自调压器 L 端子的信号,断开预热 塞继电器,使预热塞停止加热。
变差,严重时甚至会损害气缸壁及其
燃烧所需的时间增长,亦即尾气被加
他零件。
压及加热的时间增长,增加尾气的温
(二)爆震的影响因素
度和压力,造成爆震。进气压力提高
造成爆震最主要有以下几点原
可使油气密度变大,燃烧所产生的总
因:
热量较多,会使燃烧的最后温度上
1.点火角过于提前
升,易于产生爆震。这说明了使用进
较大的点火提前角,使得活塞还
起动机开关在“G”位置时,由蓄 电池“+”端子→起动机开关的“AM” 端 子 → 起 动 机 开 关“G”端 子 → 预 热 塞继电器“g”端子→线圈 L1→接地, 构成电路,使线圈 Ll 吸引并接通 P1 点。这样又构成另一电路:蓄电池 “+”极→预热塞继电器“B”端子→P1 点→预热塞监测器→预热塞接地。流 经两电路的电流使预热塞发热,并使 仪表板上的预热塞监测器发出红光, 表明预热塞正在变热。
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图 6 丰田 COROLLA(CE90)新式超级预热系统电路原理
图 7 丰田 LANDCRUISER(LJ7)常规式超级预热系统电路原理
电路原理见图 6 所示,工作过程如 下:
起 动 机 开 关 扭 至“ON”位 置 时 , 预热定时器开始工作,使预热指示灯 发光,同时将 1 号预热塞继电器和 2 号预热塞继电器接通。1 号继电器和 2 号继电器将电流输送至预热塞,使 预热塞迅速发热。根据冷却液温度, 在预定的一段时间之后,预热定时器 关掉预热指示灯,这时预热塞的温度 上升至足以起动发动机水平。
电器仍然保持接通状态,使电流流过 预热塞继电器继续预热,直至起动机 开关扭至“START”位置为止。在预热 完成后,如果偶然将起动机开关再次 置于“G”位置,而且这时定时器中的 电容器如尚未完全放电,预热指示灯 会在较短的时间内发光。
2.起动机开关上未设有 G 位 在这种固定延迟型预热装置中, 预热定时器控制预热指示灯发光时 间(约 5s)和预热塞继电器工作时间 (约 18s)。 电路原理如图 4 所示。当起动机 开 关 拧 至“ON”(接 通)位 置 时 ,预 热 定时器开始工作,使预热指示灯发
b)涡流燃烧室式发动机
图 1 柴油发动机的预热装置


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预柴 热油 系发 王统动 的 机 远

军工几 作种 原典 理型
图 2 预热塞监测器型预热装置的电路原理

图 3 丰田 LANDCRUISER60 型固定延迟型预热装置的电路原理
预热塞监测器型预热装置由预 热塞、预热塞监测器、预热塞继电器 等部件构成。预热塞发热时,仪表板 上的预热塞监测器即显示出来。电路 原理如图 2 所示,工作过程如下。
表面容易产生高温热点,使发动机产
都会造成爆震。较浓的油气将使尾气
生爆震。发动机过度积碳也是产生爆
的自燃点火延迟时间增加,但也会使
震的主要因素。
燃烧较不完全,产生的热量较少,使
3.燃油辛烷值过低
1-火花塞 2-喷油器 3-进气门
得燃烧最后的温度降低,减少爆震的
辛烷值是燃油抗爆震的指标,辛
4-爆 震 传 感 器 图 2 BMW 燃烧室结构示意图
常燃烧的现象。一般的爆震是因为燃 用高标号油,会出现“滞燃”现象。压 的加压和加热时间,时间的长短直接
烧室内混合气点火后,火焰波传播过 缩比在 8.5~9.5 之间的轿车一般应使 影响爆震发生的趋势。因此燃烧室的
程中,远程未燃混合气在高温和高压 用 93 号汽油;压缩比大于 9.5 的轿 形状若能让压缩时油气的流动性佳、
气增压装置时,不论涡轮增压或机械
在压缩行程中,比理论上的最佳点火 提前角燃烧更多的混合气。此时未燃
图 1 燃烧室内积碳实物图
增压常要适度地配合降低压缩比,并 结合爆震控制系统以防止爆震的发
烧的混合气同比承受更多的压力和
生 。 其 中 涡 轮 增 压 系 统(Turbo
热辐射而自燃。点火时间过于提前,
个或多个的火焰波与正规燃烧的火 车型,如高尔夫 6(1.4T)、迈腾(1.8T) 减少爆震的发生。
焰波撞击而产生极大压力,使得发动 等,应使用高标号的汽油。
5.进气温度与气缸温度
机产生不正常的敲击声。它会使发动
进气温度与气缸温度的增加会
机工作粗暴,功率下降,燃油经济性
使发动机的容积效率降低,从而完成
二、固定延迟型 1.起动机开关设有 G 位 固定延迟型预热装置的电路原 理如图 3 所示。将起动机开关置于 “G”位 置 时 ,预 热 塞 继 电 器 工 作 ,使 电流从蓄电池流过预热塞进行预热。 这时,预热指示灯也根据定时器的运 作情况发光,大约 17s 后,定时器将 指示灯关掉,提示发动机已做好起动 准备。在指示灯熄灭之后,预热塞继
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