发动机电控系统的结构与维修2章汽油机对燃料供给与控制的基本要求.ppt

,,,第2章汽油机对燃料供给与控制的基本要求,,主讲朱明高级技师.经济师,工程师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员,（一）教学内容,细致地解释在发动机构造课中应该已经认识了的空气与燃料混合所形成的混合气中的空气与燃料的混合比例空燃比在发动机不同的运行工况时的不同要求，也就是建立起对所谓的“控制目标”和“控制要求”的认识。1、空燃比对汽油机稳定工况性能的影响2、对稳定工况空燃比的控制要求3、对热机怠速工况进气量和空燃比的控制要求4、变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求5、点火提前角与空燃比的关系及对点火提前角的控制要求6、三效催化转化器对空燃比控制的要求7、混合气分配均匀性,（二）考试重点,1、空燃比对汽油机稳定工况性能的影响2、对稳定工况空燃比的控制要求3、对热机怠速工况进气量和空燃比的控制要求4、变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求5、点火提前角与空燃比的关系及对点火提前角的控制要求6、三效催化转化器对空燃比控制的要求,汽油机的燃料供给方式及其对应的可燃混合气性质与功率调节方式如表21所示。,汽油机的燃料供给方式,第1种供油方式化油器供油自20世纪初就被普遍应用，并在几十年间不断完善，但由于其固有的一些缺陷限制了车用汽油机性能更大幅度的提高，近二十几年来已逐渐地被第2种供油方式电子控制向进气管或进气道喷油所取代。采用第3、4两种燃料供给方式的稀燃汽油机，在节能方面有很大优势，但目前尚处于研究阶段，一些关键问题尤其是NOx排放较多的问题还有待解决。,汽油机的燃料供给方式.,第1种供油方式化油器供油,,,第2种供油方式电子控制向进气管或进气道喷油*,.,,汽油机功率的调节.,汽油机功率的调节以均质可燃混合气为工质的汽油机来说，其依靠节气门改变吸入空气量来实现，而燃料供给系的基本任务就是控制供给的汽油量，使之能与发动机吸入空气量相适应，以形成空燃比适当的可燃混合气。,,,节气门开大小,汽油量多少,,,,,气,油,空燃比适当可燃混合气,,,功率调节,空燃比影响.,1空燃比对于汽油机的动力性、燃料经济性和有害排放物数量，以及怠速稳定性、加减速圆滑性、冷机启动难易等运行性能都有很大影响。2.发动机不同的转速、负荷工况和过渡工况所适宜的空燃比值是不同的，而且同一工况在不同的运行条件下燃料理化性质、环境温度、蓄电池电压、发动机磨损程度等所适宜的空燃比值也不同。3.汽油机的燃料供给系应能随着节气门开度和转速的变化控制燃料量的变化，使各种工况能以各自适宜的空燃比运行，并且最好还能自动适应运行条件的变化，以保证发动机的总体性能最佳。,汽油机的怠速工况控制.,1.在汽油机的怠速工况下，控制系统首先要调整好怠速进气量，然后相应调整燃料量和点火提前角。怠速工况发动机的指示功率全部用于维持其自身的运转以及一些与汽车驱动无关的汽车附件的运转，如发电机、空调压缩机、动力转向泵等。2.要维持一定的怠速转速，显然必须相应改变发动机的指示功率，即必须改变怠速工况进气量和相应的燃料量。最理想的当然是燃料供给系具有能适应条件的随机变化自动控制怠速进气量的功能，至少也应能针对一些长期性条件变化进行怠速进气量的调整。3.在启动、暖机、减速等过渡工况中，也需要燃料供给系同时控制进气量和进油量。,发动机对燃料供给与控制的要求,一、空燃比对汽油机稳定工况性能的影响；二、空燃比对汽油机稳定工况控制的要求；三、空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求；四、变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求；五、点火提前角与空燃比；六、混合气分配的均匀性；七、三元催化转化器与空燃比。,什么是空燃比,过量空气系数（相对空燃比）,空燃比，是混合气中空气与燃料之间的质量的比例，记作α。从理论上说，每克燃料完全燃烧所需的最少的空气克数，叫做理论空燃比，汽油为14.7。α14.7的混合气叫做稀混合气；α1．1时CO排放量少，HC排放量在Φa≈1．2左右时最少，而氮氧化物NOx排放量则在Φa≈l．1时最多。从3种排放都要减少考虑，汽油机可用较稀的混合气，同时用推迟点火和EGR排气再循环来减少氮氧化物NOx。不过这种措施的效果因EGR使燃烧速率降低、油耗和HC排放增加而受到限制。国家开始实施较严格的排放法规，只靠机内净化措施和氧化型催化转化器就不能满足排放要求而必须采用三效催化转化器了。,,,,2.2空燃比对汽油机稳定工况控制的要求P10,稳定工况空燃比控制要求1、在节气门全开和接近全开时供给较浓的混合气，保证获得较大的功率；2、在节气门部分开启时，供给较稀的经济混合气理论空燃比混合气，保证燃油经济性排放环保性；,2．2空燃比对汽油机稳定工况控制的要求,如图2-4所示。汽油机各稳定转速负荷工况以什么样的空燃比运行最为有利，必须综合考虑到各方面的要求才能合理确定。,2．2空燃比对汽油机稳定工况控制的要求,在汽油机排放问题还没有引起足够重视、没有法规严格限制的年代，主要考虑的是汽油机的动力性和燃料经济性。合理的稳定工况空燃比的控制要求1.在节气门全开和接近全开时供给相对空燃比为Φa.Pmax或接近于Φa.Pmax的较浓混合气，以保证外特性上各点功率达到可能的最大值或者只比最大可能值低2％一3％少许兼顾be，以满足汽车加速、爬坡、高速超车等情况下的功率需要；2.在节气门部分开启时，供给相对空燃比为Φa.bmin的最经济混合气，使汽车发动机多数运行工况的燃油消耗率尽可能的低。,,,2．2空燃比对汽油机稳定工况控制的要求,实际上，采用化油器供油的汽油机不可能在部分负荷工况实现以最经济混合气运行。化油器的供给特性与图2-2所示的Φa.bmin变化规律不一致，公差带又宽，还不能随着使用条件的变化自动调整，同时各缸混合气浓度分配也不均匀，为了保证在最不利的情况下不出现个别汽缸混合气过稀失火，化油器在多数情况下提供的部分负荷工况混合气只能比前述最经济混合气浓一些。,,,2．2空燃比对汽油机稳定工况控制的要求,电子控制汽油喷射系统EFI系统的空燃比控制精度高，并能自动适应一些使用条件下的变化而调整空燃比，各缸混合气分配均匀性在多点喷油时也有改善，使汽油机部分负荷工况以最经济混合气运行的可能。,,,2．2空燃比对汽油机稳定工况控制的要求,20世纪80年代中期以后，环境保护问题突出，各国法定的排放限额降低，采用三效催化转化器，而这就要求在部分负荷工况采用空燃比反馈闭环控制，把空燃比限制在化学计量比附近的一个狭窄范围内以确保排气净化。只是在节气门全开和接近全开时才用Φa等于或接近于Φa.Pmax，的浓混合气以充分发挥发动机的功率潜力。由于节气门全开工况在市区内汽车运行中所占时间比例小，这时用浓混合气对发动机排放总量的影响不大。,,,,2．2空燃比对汽油机稳定工况控制的要求,汽油机对稳定运行工况的空燃比控制要求大体上可归纳如表2-2所示。实际确定目标空燃比时，需要考虑，例如高负荷工况还要考虑催化器载体是否过热，如果载体温度有超过850C的可能，应采用比Φa.Pmax更小的空燃比以保护催化器。,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求P12,1、进气量怠速进气通路面积在运行中以保持一定的怠速转速为目标而自动增减；2、空燃比化油器空燃比Φa在0.8左右，开环控制Φa略小于1，闭环控制Φa约等于1；3、怠速转速根据不同情况设置高低两個目标值。一般情况下以低转速800r900r/min为控制目标，当汽车附件负荷增大时，以高转速1000r1100r/min为控制目标。,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求,热机怠速运行工况城市汽车停车，离合器分离或者自动变速器放在空挡，发动机只维持自身连带自动变速器的变矩器泵轮以及发电机、空调压缩机、动力转向泵等汽车附件运转，即热机怠速工况的燃油消耗和排放在汽车总的耗油量和排放量中占有相当大的比例。当汽车重新起步加速时，发动机能否迅速平稳地从热机怠速工况过渡到所需要的转速负荷工况，对汽车的驾驶舒适性至关重要。,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求,怠速时驾驶员不接触加速踏板，节气门关闭到一个最小开度位置，或者全闭而让空气经过一个旁通空气道流入进气管。*改变节气门最小开度位置或改变旁通空气道的通路面积，可以改变怠速进气量随转速变化的关系Gafn，而单位时间怠速混合气量和相应的混合气浓度则基本上决定了发动机的指示功率pi。对应于某一节气门最小开度或某一旁通空气道通路面积的指示功率曲线Pfn与发动机自身及所带汽车附件消耗功率Pmfn曲线的交点就决定了怠速转速，如图25所示。,,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求,化油器供油并没有把排放作为首要关注问题，对于热机怠速工况的要求主要是从燃料经济性和加速过渡平稳性两方面考虑的。1.为了节省怠速耗油量，通常把怠速转速调得相当低轿车发动机600r／min左右，货车400r／min左右，即节气门最小开度很小，对应的吸气量Ga也小，2.而Φa.bmin只有0．8～0．9，而为了避免在混合气分配不均的情况下个别汽缸的混合气浓度超过点火稀限，并为了能由怠速向负荷工况较平稳地过渡，实际上可用的混合气还要更浓一些，通常要加浓到能使该最小节气门开度下的指示功率达到最大值的程度，混合气浓度Φa大约为0．7～0．8，用这样的浓混合气显然会使怠速排放情况变得很恶劣。,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求,发动机自身消耗的功率也因机器技术状况、环境温度和机油而异，汽车附件消耗功率中还有一些是随机增减的如空调压缩机、动力转向泵的接通或断开等。1.用化油器供油时调整节气门最小开度限位螺钉和相应的怠速油系出油能力相应调整空燃比以达到预定的怠速转速，2.这种调整一般是在使用条件有较大变化时才进行，不可能及时频繁地调整。一经调定之后就只有一个确定的Pifn，对应不同使用条件下的Pmfn就不能保持怠速转速不变；3.对于接入空调、动力转向等突加的附件负荷，怠速转速更会有较大的降幅。因此，用化油器供油时热机怠速转速变动较大，这也影响排放情况和由怠速向负荷过渡的平稳性。,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求,排放成为人们首要关注的问题，汽油机的热机怠速工况必须能接近于化学计量比的空燃比运行，并且要保持很高的怠速稳定性。电控汽油喷射系统为实现这些要求提供了条件首先，喷油器射出的汽油雾化较细，有助于迅速汽化而减少各缸混合气浓度的差别，多点喷油时各缸混合气浓度更加均匀，再加上对点火正时和点火能量的优化控制，使得可燃混合气的点火稀限Φa值在汽油机整个工况范围内都有提高，Φa.bmin值相应加大。电控喷油时把怠速转速提高到800r／min～900r／min，在冷却水温高于500C时，对应于怠速工况Ga的点火稀限Φa值就略大于1而Φa.bmin则略小于1。怠速转速的提高以及变速工况过程中空燃比控制精度的提高保证了电控汽油机能迅速平稳地向负荷工况过渡，没有必要加浓怠速混合气。因此，电控汽油喷射式发动机的热机怠速工况就可以用Φa略小于1的经济混合气来运行无三效催化转化器时，或者用Φa≈1的混合气运行而满足三效催化器的要求。,。,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求,排放成为人们首要关注的问题，汽油机的热机怠速工况必须能接近于化学计量比的空燃比运行，并且要保持很高的怠速稳定性。电控汽油喷射系统为实现这些要求提供了条件其次，电控喷油系统能实行怠速转速的反馈闭环控制。1.当热机怠速转速低于或高于设定的目标转速值时，能相应地自动加大或减小怠速进气通路面积，从而加大或减小只以适应Pm的变化而维持怠速转速基本稳定波动小于50r／min。2.电控喷油系统通常都设定两个怠速转速目标值，800r／min～900r／min为低怠速，1000r／min～1100r／min为高怠速当汽车附件负荷突然增大如接入空调压缩机、动力转向泵等，以及汽车自动变速器由空挡改为前进挡或倒挡使曲轴输出端受载时，怠速转速目标值即自动改变为高值，使怠速进气通路迅速加大，可避免转速瞬时降幅过大；当使用的汽车电器增多如电动冷却风扇、前后灯、刮水器等，使蓄电池电压下降较多时，也改为高怠速以迅速充电。,。,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求,汽油机对热机怠速工况进气量和空燃比的控制要求如表2-3所示,2.3空燃比对汽油机怠速工况进气量控制的要求,在冷机启动以后的暖机过程中发动机也是怠速运行，但怠速暖机工况与上述热机怠速工况不同，怠速暖机工况是一种动态的过渡工况，发动机从冷态不断升温，在此期间怠速进气量和空燃比的控制要求完全不同于热机怠速工况。,2.4变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求P14,加速、减速、冷机启动和暖机都是变工况过程，也叫过渡工况。1、加速时按照比稳定状况下更浓的空燃比进行喷油，保证加速的迅速响应性；2、减速时减低节气门关闭速度（化油器）或加大怠速旁通道，甚至可以停止供油，保证燃油经济性和排放环保性；3、冷机启动按照很小的空燃比（Φa0.2）供油，并适当增大进气量，保证顺利启动；4、暖机随着机器的暖化减少进气量和供油量，使之顺利进入热机怠速状态。,2.4变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求P14,在加大节气门开度使发动机加速和关小节气门以减速的过程中，发动机吸气量会随着节气门开度的变化而立即发生变化，但进汽缸的燃料量却不能立即相应改变。原因有两点1.从化油器吸出的汽油量因油流惯性大于空气而落后于吸气量的变化，从电控喷油器喷出的油量由于获得变油量的信息滞后也会落后于吸气量的变化；2.由于在进气管壁上凝聚油膜的影响。采用化油器供油或采用一个中央喷油器在节气门前喷油单点喷油时，后一方面的影响是主要的。,2.4变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求,从化油器出油口吸出或从节气门前中央喷油器喷出的汽油，并不是全部蒸发、全部进入进气管气流中随空气一起进入汽缸的，而是只有小部分汽油颗粒进入气流，大量汽油则落到进气管壁上，形成油膜，沿管壁运动直至进气门，如图26所示。油膜运动的速度比气流慢得多约为150，在其流动过程中受管壁加热和气流吹拂，从油膜表面不断蒸发出汽油蒸气进入气流。发动机吸进的汽油包括3部分1.从化油器或中央喷油器出来后直接进入气流的油粒及其蒸气，2.从附壁油膜蒸发的油蒸气，3.在进气门处还残留的为数很少的油膜。在同一单位时间内吸进汽缸的燃油量不等于化油器或中央喷油器的出油量。,2.4变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求,当发动机工况稳定时，进气管内气流速度、气体压力与温度、管壁温度等均稳定，油膜沿进气管全长的分布情况、蒸发速率等也都稳定不变，这时在同一单位时间内被吸进汽缸的燃油总量化油器或中央喷油器的供油量保持平衡。在工况变动时，这两种燃油量是不一致的。1.当节气门急速打开时2.当关闭节气门使车辆减速时3.冷机启动时，,2.4变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求,当节气门急速打开时，即使供油量能随着进气量的急增而无滞后地同步增多实际上有一定滞后，吸进汽缸的燃油量也要比同一单位时间的供油量少。因为1.进气管内气体压力增高，油膜过分加厚，2.厚油膜布满进气管全长需要一定时间，在打开节气门后的一个短时间内发动机吸进的燃油量就少于燃料供给装置的供油量，缸内混合气变稀，要过一段时间才能达到新的下衡状态。这种混合气暂时变稀的现象，在节气门开启得很急而原来开度小、发动机转速低的时候尤其显著，这种现象会影响汽车加速性，甚至导致失火。汽油机要求燃料供给系在急加速过程中按照比对应的稳定工况空燃比更浓的配比多供给一些燃油，以利用其中容易蒸发的比较轻的成分使发动机缸内混合气不至于过稀。额外多供的燃油应主要在打开节气门的初期供给，而且节气门的开启速度越快，环境气温和冷却水温越低，多供的燃油量应越多。,2.4变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求,当关闭节气门使车辆减速时，进气量急减，进气管内气压急降而管壁温度降低缓慢，油膜蒸发更快，吸进汽缸的燃料量也会在一个短时期内多于供油系统给油量，使缸内混合气变浓，CO和未燃HC排放增多，车辆也不能平稳减速。在减速时宜1.用化油器时利用阻尼器使节气门关闭较慢2.电控喷油时特别加大怠速旁通空气道的通路面积，以延缓进气量的减少而防止缸内混合气过浓。3.电控喷油的汽油机在高速运行中突然关闭节气门时，还宜索性停止喷油，让汽车依其惯性滑行而拖动发动机，等发动机转速降到稍高于怠速转速时再恢复供油，这样对节省燃料和降低排放最有利。,2.4变工况过程中对空燃比和进气量的控制要求,冷机启动时，燃油蒸发条件恶劣，大部分燃料以油膜状态流进汽缸，而在冷汽缸中能汽化的只是燃油中的轻馏分，大部分燃油会沿缸壁流失和随排气排出。1.要使冷机启动时缸中实际形成的混合气浓度落到着火界限之内，就需要按很小的名义空燃比供油Φa0．2，启动之后再在怠速暖机过程中随着发动机的暖化冷却水温升高而逐渐减少供油量。2.为适应冷机较大的机械损失功率，启动时汽油机进气量应大于热机怠速进气量，启动后在怠速暖机过程中再随着机器暖化逐渐减小节气门开度或怠速旁通空气道的通路面积。最好在冷却水温升到700C左右时，怠速进气量和供油量都能减小到热机怠速状态。,2．5点火提前角与空燃比的关系及对点火提前角的控制要求,什么是点火提前角,,从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。一般设置在560以内。,2．5．1点火时间与发动机性能的关系P15,2．5．1点火时间与发动机性能的关系,汽缸内压力的曲轴转角变化曲线如图2-7所示。P16,,,,,2．5．1点火时间与发动机性能的关系,爆震在火焰传播到整个汽缸范围之前，在汽缸内出现了除点火之外的另外的发火点。爆震对于汽油机来讲是破坏性的1.造成机械性的损坏，2.会产生更多的NO，而使排放恶化。解决爆震的办法之一就是1.减小点火提前角，推迟点火2.使用添加了抗爆性燃烧抑制剂的高辛烷值高标号汽油。爆震是否发生，是汽油机点火调整的最主要的约束。点火提前角与发动机性能的关系如图2-8所示。,2．5．1点火时间与发动机性能的关系,点火提前角与发动机性能的关系如图2-8所示。P16,,,,爆震在火焰传播到整个汽缸范围之前，除点火点外在另一处产生着火点，造成燃烧的震动。,解决方法减小点火提前角或使用辛烷值高的汽油。,2．5．1点火时间与发动机性能的关系,点火时刻与汽缸压力关系图,从图2-9所示点火时刻与汽缸压力的关系曲线圈中可以看出，A是没有燃烧的单纯压缩压力线，B、C、D则分别是不同点火提前角所形成的压力线。压力线下方所包含的面积是可以做功的压力，1.最佳的点火提前角是C。2.B过早，容易发生爆震3.D过晚，可以做功的有效压力太小。,2．5．1点火时间与发动机性能的关系,点火时刻与汽缸压力关系图,过大或者过小的点火提前角都不好。只有选择合适的点火提前角才能得到合适的最高压力及压力升高率，使最高压力出现在上止点后12～15曲轴转角内，保证发动机运转平稳、功率大、油耗低，这时的点火提前角称为最佳点火提前角。,2．5．1点火时间与发动机性能的关系,2.5.2点火提前角与混合气浓度空燃比的关系1、混合气浓度比较稀时，需要比较大的点火提前角；2、混合气浓度比较浓时，需要比较小的点火提前角；,稀混合气浓度时对点火提前角的要求严格，相差一点就会对转矩产生很大的影响，而浓混合气浓度时，点火提前角的变化对转矩的影响不大。,2.5.2点火提前角与混合气浓度空燃比的关系,由图2-10可以看出，从最大功率点火提前角来讲，1.混合气越浓，点火提前角越小，对点火提前角的变化越不敏感。当混合气浓度在理论空燃比附近时，往往点火提前角变化50一100曲轴转角，对转矩的影响还没有超过1％。2.在稀混合气区，点火提前角只要差10～20对转矩就可能产生很大的影响。只有在稀混合气区才需要精确控制点火提前角。为了尽量避免爆震发生，不管什么浓度的混合气，都要选择比最大转矩小1％以内转矩的最小点火提前角。,,,,,,,,空燃比与保证着火1、混合气浓度过稀或过浓都不利于点火；（着火浓限和着火稀限）2、追求的目标保证稀燃能着火条件下良好的排放。,2．5．3对着火保证的要求,5．3对着火保证的要求,汽缸内的混合气没有着火称为失火，失火对于装有催化转化器的发动机是必须绝对防止的。因为在汽缸内没有燃烧的燃料，会在排气管中或是在催化器处被催化点燃并在催化器处产生高温，致使催化器陶瓷载体高温熔融，导致催化器失效或碎裂。失火的原因是点火系统没有点火，可能是当混合气过浓或过稀时点了火但混合气没有被点着。1.使用浓混合气时油耗很高，不到万不得已是不会采用的。2.稀混合气既可以省油，又可以得到比较少的CO和THC排放。为了把很稀的混合气可靠地点燃，高能点火系统自然就应运而生了，并出现了4万伏以上的高压点火系统。高的电压系统一旦绝缘失效，产生漏电，应该产生在汽缸内的火花就可能产生在绝缘破坏处，将产生严重的后果。,2．5．3对着火保证的要求,理论空燃比混合气最容易被点燃的，不需要电压太高的点火系统。当汽车尾气排放控制要求日益严格，必须控制NOx的排放量时，不可能只采用“稀燃”来达到要求，混合气的浓度必须为保证三效催化转化剂的最高转化效率而被严格控制在理论空燃比附近。虽然牺牲了节油，但放松了对点火能量的要求，大大地降低了成本。目前，人们奋斗的目标是在稀燃条件下的良好排放，希望能够做到既能清洁又节能，当缸内直喷达到空燃比为3040时，如何保证着火是非常重要的问题。因为着火保证对燃烧与排放关系重大，在汽车的故障诊断系统和控制排放状况的车载诊断系统OBD中，都有失火检测项目。,2.5.4对点火提前角的控制要求,点火提前角的选择，应该在不发生爆震的前提下综合考虑各方面的要求。因为混合气浓度在理论空燃比附近是最容易发生爆震的，在此浓度下，最大功率点火提前角和发生爆震的点火提前角很接近，爆震对有经验的技术人员来讲又是可以“听见”的也可以用爆震传感器来识别，点火提前角的标定时，通过试验，用发生轻微爆震作为试验条件，然后再确定一个必要的角度。影响点火提前角的因素除了运行工况外，冷却水温、进气温度、大气状况等对其都有影响，要逐个工况试验标定，再加上可以做到的各种“修正”就可以了。试验获取的比较好的点火提前角三维图如图211所示。,2.5.4对点火提前角的控制要求P18,起动期间固定值起动后A基本点火提前角的控制由转速和负荷确定；B点火提前角的修正a部分负荷工况根据冷却水温、进气温度和节气门位置等信号进行修正。b满负荷工况要特别小心控制点火提前角，以免产生爆震。c最大和最小提前角的控制微处理器计算的点火提前角必须控制在一定范围内，否则发动机很难正常运转。,1、当节气门开度一定时，点火提前角应随发动机转速升高而增大；2、当发动机转速一定时，点火提前角随负荷加大而减小。,2.6混合气分配的均匀性P18,混合气分配的不均匀程度以各缸混合气量的最大差值与平均值的百分比来衡量。,混合气浓度分配不均匀的原因1、进气管的结构设计；2、燃料供给装置类型；3、供油组件的差异。,2.6混合气分配的均匀性,多缸汽油机各缸实际得到的混合气在数量上、浓度上以及燃料成分上组分与添加剂往往不一致，使各缸不能都以最佳匹配状态工作，导致整机功率下降，油耗增多，有害排放增多，甚至可能出现个别缸爆震或失火等现象。混合气量分配的不均匀程度以各缸混合气量的最大差值与平均值的百分比来衡量。混合气量分配的不均匀程度主要决定于进气管的结构设计。,2.6混合气分配的均匀性,混合气量分配的不均匀程度主要决定于进气管的结构设计。以4缸机为例，如果4个缸的排气管是独立而且等长的，则各排气管内不稳定流动情况一致，各缸进气开始时的缸内压力基本一致。在此条件下1.如果采用如图2-12c所示的各缸独立而等长的进气管结构，则各进气管内的流动情况基本一致，混合气量的分配就比较均匀。2.如果采用如图2-12a或图212b所示的相邻两缸共用一个进气支管的结构，则同一支管的两个汽缸的进气量就不会相同。,2.6混合气分配的均匀性,混合气浓度的分配不均匀与燃料供给装置的类型有关。以4缸机为例，如果采用化油器或中央喷油器供油，则可能引起混合气浓度分配不均匀的原因主要有以下两方面1.当相邻两缸共用一个进气支管时图2-12a或图2-12b，在两个缸都不进气的间歇期间支管壁上的油膜继续蒸发，在支管中聚集的燃料蒸气会被先吸气的汽缸吸入。因此按1-3-4-2顺序工作时，2缸所得混合气比1缸浓，3缸比4缸浓；按1-2-4-3顺序工作时，则正相反，1缸混合气比2缸浓，4缸比3缸浓；,2.6混合气分配的均匀性,混合气浓度的分配不均匀与燃料供给装置的类型有关。以4缸机为例，如果采用化油器或中央喷油器供油，则可能引起混合气浓度分配不均匀的原因主要有以下两方面2.如果节气门轴线不平行于发动机汽缸中心线平面，而是如图2-6中所示那样与之垂直，或者进气管中有一些不对称布置的凸台，则1、2两缸进气管中的油膜以及汽流携带油粒的情况就与3、4两缸进气管中的油流情况不一样，使1、2缸的混合气浓度不同于3、4缸。,2.6混合气分配的均匀性,混合气浓度的分配不均匀与燃料供给装置的类型有关。当采用多点喷油系统时，每一汽缸会有一个喷油器在其进气门开启之前向进气门附近喷油。由于从喷油到进气所经历的时间对各汽缸都一样，因此前述引起混合气浓度不均的第1种原因已不存在，第2种原因也不存在，3.但是各个喷油器流量特性的差别同一喷油持续期内喷油量不一致以及各缸吸气量不一样，也会造成混合气浓度分配有所不均。相对于化油器供油和单点喷油来说，多点喷油配合各缸独立而等长的进气管是最有利于分配均匀的。,2.6混合气分配的均匀性,减少油膜凝聚和提高蒸发速率都可以改善混合气浓度分配均匀性。使燃料出了化油器或中央喷油器后即迅速“雾化”，即分散成许多细小油粒平均粒径约0．1mm一0．2mm，能0．1mm更好。主要措施是1.使燃料在出化油器或喷油器之前即与少许空气混合成“泡沫”，出来后再被高速气流分散；2.选择适当的进气管截面尺寸，保持足够的气流速度，以利于携带油粒和加速燃料蒸发。3.进气管截面宜取方形以加大油膜的面积容积比，管道转弯处不要圆角，甚至可设置图2-6所示的导流板，以利于油膜的吹散。4.在油膜集中的地方如节气门下方管壁，通常利用排气加热进气管壁，并设有手动转换阀，在夏季或发动机走热之后遮挡排气，以免过分加熟。总之，多缸机各缸所得混合气量和混合气浓度的均匀性与进气管系设计、燃料供给系类型及供油组件设计都有关系。,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求P20,1.20世纪70年代，当时在美国对汽车尾气排放的控制仅限于CO及HC，于是便开发出各种能够改善燃烧以降低CO及HC发生量的技术，其中以稀燃和高能点火比较有效，2.采用氧化型催化转化器来氧化处理排气中尚存的CO及HC见表11p4。3.在要求控制NOx后，出现的降低NOx的有效技术是废气再循环EGR，即采用适量的废气回流以稀释新鲜空气，恶化燃烧以降低NOx的发生量。4.对于进入排气管中的已经生成的NOx，则只能在还原气氛下借助于还原催化剂的作用使其还原成无害的氮和氧。,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求,一旦一个地区或国家开始实施较严格的排放法规类似于美国1984午、欧共体1992年以后的法规，只靠机内净化措施和氧化型催化转化器不能满足排放要求，则必须采用三效催化转化器。三效催化转化器的典型结构和基本功能如图213所示。,2.7三元催化转化器与空燃比,该装置安在汽车的排气系统内，其作用是减少发动机排出的大部分废气污染物。三元催化转换器由一个金属外壳，一个网底架和一个催化层含有铂、铑等贵重金属组成，可除去HC碳氢化合物、CO一氧化碳和NOx氮氧化合物三种主要污染物质的90所谓三元是指除去这三种化合物时所发生的化学反应。,NOxHCCO,,CO2H2ON2,,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求,由排气管向大气中排放的气体物质取决于三效催化转化器的转化效率，混合气的浓度空燃比和温度是影响转化效率的最主要因素，如图214所示。,,,三元催化转化器的工作条件1、混合气的浓度围绕着理论空燃比时浓时稀地波动；2、工作温度要达到250以上才能高效地转化废气；,三元催化转化器空燃比特性,三元催化转化器的工作,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求,当Φa值在接近于1．0的一个很窄的区间之内时，3种排放物才能同时高效率地被净化。当混合气的浓度围绕着理论空燃比即化学计量比，亦即曲广1．0时浓时稀地波动变化时，就创造了一个规律变化的时而氧化气氛，时而还原气氛的环境，使得CO及HC在氧化气氛下得以氧化成二氧化碳C02和水H20，而NOx则在还原气氛下得以还原成氮和氧。1.这个波动变化的频率一般选择在1赫兹1次/秒以上，而波动变化的幅值为0．5个空燃比单位以上。2.波动变化的频率和幅值的加大，对催化转化器转化率的提高有些许的好处，但技术难度则会增加，而价格也会大幅提升，3.降低波动变化的频率和幅值则将使催化转化器的转化率大幅下降。,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求,催化转化器的转化效率与混合气空燃比的关系叫做催化器的空燃比特性。通常把CO转化效率曲线与NOx转化效率曲线的相交点所对应的相对空燃比值视为对排放最有利的Φa下文记作Φa.Emin，而把以该Φa.Emin为中心的一个窄小区间叫做高效转化所需的空燃比“窗口”。三效催化转化器的空燃比特性主要决定于1.催化剂的成分和工艺，2.同汽油机排气体积流量与催化剂载体容积的比值SV叫做催化器空间速度，它反比于气体在催化器中停留的时间有关，3.还会受到空燃比波动频率及幅值大小的影响。多数情况还是Φa.Emin略偏浓，但近年来已有一些三效催化转化器能做到Φa.Emin略偏稀了接近1．01，这有利于在改善排放的同时兼顾节油。如图2-15所示为三效催化转化器的静态燃比特性与动态空燃比特性的比较。,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求,图2-15所示为三效催化转化器的静态燃比特性与动态空燃比特性的比较,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求,影响三效催化转化器的转化效率的另一个重要因素是温度，如图2-16所示为三效催化转化器的转化效率与排气温度的关系，称之为起燃温度特性。将达到50％转化率的温度T50定义为该催化剂的起燃温度。,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求,图2-16中所示的催化器新鲜时CO、THC和NOx3种成分的起燃温度大约都是250C左右，经过相当于行驶8万千米的100小时快速老化后，3种成分的起燃温度全都升高到300C以上了，也就是说，排气温度没有达到300C以上时，尤其是在冷启动后，催化器是不会起作用的。,2．7三效催化转化器及其对空燃比控制的要求,催化剂老化后起燃温度升高解决的办法1.尽量降低催化剂的起燃温度；2.在发动机冷启动以后，采用非正常燃烧迅速提高排气温度，目前已经能够在冷启动着车后十几秒之内将排气温度提高到350C以上，待催化器的温度高于起燃温度以后，再恢复正常燃烧。整个过程持续时间很短，必须依靠电脑的精确控制来完成。,