现代汽车电子控制技术第5-6章课件.ppt
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1、第5章缸内直接喷射系统第6章电控液力自动变速器第5章缸内直接喷射系统5.1工作原理及特点5.2基本结构组成5.3大众公司缸内直喷发动机3.2FSI缸内直喷发动机燃油喷射系统的组成如图5-27所示,分为低压系统和高压系统两部分。2.0T FSI缸内直喷发动机废气涡轮增压系统采用模块式结构,包含排气歧管和涡轮增压器壳体,如图5-34所示。这种模块式结构方便拆装排气歧管以及连接靠近发动机的催化转化器,既可以用在纵向布置的各种驱动形式上,也可以用于横向布置的各种驱动形式上。第5章缸内直接喷射系统1.4TSI缸内直喷发动机的MED9.5.10型电控系统是在MED7.1.1型电控系统(参见图5-5)的基础
2、上改进而来的。由于采用了32位微处理器和新的印制电路板布置,使MED9.5.10型ECU具有更高的运算能力。第5章缸内直接喷射系统1.4TSI汽油机也采用与FSI自然吸气汽油机一样的高压喷油起动。当燃油系统中的压力达到大约2.5MPa时,才开始进行第一次喷油,因此即使发动机尚处于冷态,但由于其已经具有良好的混合气准备,只需要较少的喷油量就能顺利起动,从而获得了较低的原始排放。采用二次喷射能迅速加热催化转化器,在废气涡轮增压器与催化转化器之间的排气连接管采用空气隙绝热的双层排气管,部分补偿了通过废气涡轮增压器的温度损失。综合上述各种降低排放的措施,1.4TSI汽油机能够可靠而低成本地达到欧排放标
3、准要求。5.1工作原理及特点5.1.1稀薄燃烧5.1.2结构与性能特点5.1工作原理及特点图5-1汽油缸内直接喷射5.1.1稀薄燃烧1.进气道喷射分层稀薄燃烧2.缸内直喷稀薄燃烧1.进气道喷射分层稀薄燃烧2.缸内直喷稀薄燃烧(1)混合气的分层缸内直喷发动机依靠燃烧室形状、气流运动和喷雾形态的相互配合形成所需要的分层混合气。(2)缸内流场在进气行程和压缩行程中缸内瞬时流场的组织是缸内直喷发动机燃烧系统的关键,用来产生混合气分层的缸内流场主要有进气滚流和进气涡流两种。(3)喷油器与火花塞的相对位置对于缸内直喷发动机,不但需要从宏观上对燃油喷束、气流运动和燃烧室形状三者进行优化匹配,而且需要对喷油器
4、和火花塞之间的空间相对位置、喷油正时和点火正时等细节进行充分的研究。(4)混合气控制策略典型的缸内直喷发动机混合气控制策略如图5-3所示。(1)混合气的分层缸内直喷发动机依靠燃烧室形状、气流运动和喷雾形态的相互配合形成所需要的分层混合气。1)喷射油束引导。2)壁面引导。3)气流引导。(1)混合气的分层缸内直喷发动机依靠燃烧室形状、气流运动和喷雾形态的相互配合形成所需要的分层混合气。图5-2分层混合气形成的三种形式1)喷射油束引导。2)壁面引导。3)气流引导。(2)缸内流场在进气行程和压缩行程中缸内瞬时流场的组织是缸内直喷发动机燃烧系统的关键,用来产生混合气分层的缸内流场主要有进气滚流和进气涡流
5、两种。(3)喷油器与火花塞的相对位置对于缸内直喷发动机,不但需要从宏观上对燃油喷束、气流运动和燃烧室形状三者进行优化匹配,而且需要对喷油器和火花塞之间的空间相对位置、喷油正时和点火正时等细节进行充分的研究。图5-3典型的混合气控制策略(4)混合气控制策略典型的缸内直喷发动机混合气控制策略如图5-3所示。5.1.2结构与性能特点1.结构特点2.性能特点1.结构特点(1)燃油喷束、气流运动和燃烧室形状如何有效而稳定可靠地实现部分负荷时缸内混合气的分层与稀薄燃烧是缸内直喷式汽油机成功的关键技术,其重点是必须在不同的发动机负荷(喷油持续时间)和转速(活塞速度)情况下,协调喷射油束、活塞顶燃烧室凹坑几何
6、形状和充量运动三者之间的关系,确保在火花塞附近及时、可靠和稳定地形成足够数量和良好品质的可燃混合气。(2)燃油喷射系统1.结构特点(3)电子控制系统由于必须在部分负荷时形成分层混合气,而在高负荷和全负荷时形成均质混合气,并在这两种运行方式之间进行瞬态转换,而且必须做到响应快、转换平顺,因此,这种缸内直喷式汽油机对喷油系统、发动机电子控制系统提出了很高的要求,而且还必须专门配用吸附式NOx催化转化器以及低硫汽油。(1)燃油喷束、气流运动和燃烧室形状如何有效而稳定可靠地实现部分负荷时缸内混合气的分层与稀薄燃烧是缸内直喷式汽油机成功的关键技术,其重点是必须在不同的发动机负荷(喷油持续时间)和转速(活
7、塞速度)情况下,协调喷射油束、活塞顶燃烧室凹坑几何形状和充量运动三者之间的关系,确保在火花塞附近及时、可靠和稳定地形成足够数量和良好品质的可燃混合气。(2)燃油喷射系统图5-4共轨式高压燃油直喷系统(3)电子控制系统由于必须在部分负荷时形成分层混合气,而在高负荷和全负荷时形成均质混合气,并在这两种运行方式之间进行瞬态转换,而且必须做到响应快、转换平顺,因此,这种缸内直喷式汽油机对喷油系统、发动机电子控制系统提出了很高的要求,而且还必须专门配用吸附式NOx催化转化器以及低硫汽油。2.性能特点(1)充气效率和压缩比较高,动力性、经济性好缸内直喷发动机将汽油直接喷入气缸,油滴的蒸发主要依靠从缸内空气
8、中吸热,而非从壁面吸热,因而能起到冷却充质的效果使混合气的温度降低和体积减小,从而有利于抑制爆燃倾向、提高压缩比,并且有利于提高充气效率。(2)燃烧充分,排放(特别是HC)较低缸内直喷发动机可解决进气道喷射汽油机变工况和冷起动时油气混合不足、HC排放较高的问题。2.性能特点(3)泵气损失小,热效率高由于汽油直接喷入气缸内,可实现稀薄混合气分层燃烧,使得中小负荷工况时的空燃比可提高到40%以上,从而采用像柴油机那样的质调节方式,利用喷入缸内的燃油数量调节负荷大小,不需要关小节气门来限制进气量,可以显著改善中小负荷时的泵气损失(减少15%左右),有利于降低燃油消耗。(1)充气效率和压缩比较高,动力
9、性、经济性好缸内直喷发动机将汽油直接喷入气缸,油滴的蒸发主要依靠从缸内空气中吸热,而非从壁面吸热,因而能起到冷却充质的效果使混合气的温度降低和体积减小,从而有利于抑制爆燃倾向、提高压缩比,并且有利于提高充气效率。(2)燃烧充分,排放(特别是HC)较低缸内直喷发动机可解决进气道喷射汽油机变工况和冷起动时油气混合不足、HC排放较高的问题。(3)泵气损失小,热效率高由于汽油直接喷入气缸内,可实现稀薄混合气分层燃烧,使得中小负荷工况时的空燃比可提高到40%以上,从而采用像柴油机那样的质调节方式,利用喷入缸内的燃油数量调节负荷大小,不需要关小节气门来限制进气量,可以显著改善中小负荷时的泵气损失(减少15
10、%左右),有利于降低燃油消耗。5.2基本结构组成5.2.1进气系统5.2.2燃油喷射系统5.2.3点火系统5.2.4排气后处理系统5.2基本结构组成图5-5BOSCH Motronic MED7型电控直接喷射系统5.2.1进气系统图5-6双进气道可切换式进气歧管的正反面5.2.2燃油喷射系统1.电动燃油泵2.高压燃油泵3.燃油共轨4.共轨压力调节器5.共轨压力传感器6.喷油器5.2.2燃油喷射系统图5-7可调节供油量的燃油喷射系统1.电动燃油泵图5-8供油系统高压部件1.电动燃油泵图5-9滚柱式低压电动燃油泵2.高压燃油泵图5-10径向柱塞式高压燃油泵(只画出一缸柱塞)2.高压燃油泵图5-11
11、由3个柱塞构成的三缸泵2.高压燃油泵图5-12HDP2型单柱塞高压燃油泵的结构及其工作原理3.燃油共轨4.共轨压力调节器图5-13燃油共轨4.共轨压力调节器图5-14共轨压力调节器4.共轨压力调节器图5-15安装在汽油滤清器内的燃油压力调节器1燃油箱2电动燃油泵3燃油滤清器4燃油计量器5燃油压力调节器6高压燃油泵7高压油管8燃油共轨9共轨压力传感器10燃油压力调节器11喷油器5.共轨压力传感器6.喷油器(1)电磁阀控制式喷油器缸内直喷式汽油机通常采用电磁阀控制式喷油器,主要由电磁线圈、压力弹簧、阀针、阀座、供电接头等构成,如图5-16所示。(2)压电控制式喷油器近几年,常规的电磁喷油器越来越多
12、地被高速开关的压电喷油器所替代,其更迅速的针阀开关特性能够获得更精确的燃油计量和更小的喷油量,不但能够降低噪声和燃油消耗,而且还能减少有害物排放。6.喷油器图5-16喷油器及其燃油旋流腔(1)电磁阀控制式喷油器缸内直喷式汽油机通常采用电磁阀控制式喷油器,主要由电磁线圈、压力弹簧、阀针、阀座、供电接头等构成,如图5-16所示。(2)压电控制式喷油器近几年,常规的电磁喷油器越来越多地被高速开关的压电喷油器所替代,其更迅速的针阀开关特性能够获得更精确的燃油计量和更小的喷油量,不但能够降低噪声和燃油消耗,而且还能减少有害物排放。图5-17压电喷油器图(2)压电控制式喷油器近几年,常规的电磁喷油器越来越
13、多地被高速开关的压电喷油器所替代,其更迅速的针阀开关特性能够获得更精确的燃油计量和更小的喷油量,不但能够降低噪声和燃油消耗,而且还能减少有害物排放。图5-18压电执行器5.2.3点火系统1.标准型火花塞2.半表面放电型火花塞3.新型半表面放电型火花塞1.标准型火花塞图5-19用于缸内直喷汽油机的火花塞1.标准型火花塞图5-20三种长寿命半表面放电型火花塞2.半表面放电型火花塞3.新型半表面放电型火花塞5.2.4排气后处理系统1.存储式NOx催化转化器2.NOx传感器及其控制单元3.废气温度传感器5.2.4排气后处理系统图5-21缸内直喷发动机排气系统的组成1.存储式NOx催化转化器图5-22存
14、储式NOx催化转化器工作原理2.NOx传感器及其控制单元图5-23NOx传感器结构原理3.废气温度传感器5.3大众公司缸内直喷发动机5.3.13.2 FSI缸内直喷发动机5.3.13.2 FSI缸内直喷发动机1.进排气系统2.燃油喷射系统5.3.13.2 FSI缸内直喷发动机图5-243.2 FSI缸内直喷发动机的电子控制系统1.进排气系统(1)双进气道可切换式进气歧管3.2 FSI缸内直喷发动机进气系统的两个显著特点,一是采用可变进气歧管长度增压系统,二是采用双进气道可切换式进气歧管。(2)凸轮轴正时连续调节系统进、排气凸轮轴的连续调节是通过可逆电动机来实现的,发动机控制单元(J361)通过
15、进气凸轮轴调节阀(N205、N208)、排气凸轮轴调节阀(N318、N319)等控制调节过程,霍尔传感器G40、G163传送的是进气凸轮轴的位置信号,霍尔传感器G300、G301传送的是排气凸轮轴的位置信号。1.进排气系统图5-25双进气道可切换式进气歧管在发动机上的布置1.进排气系统图5-26进气歧管翻板的切换a)进气歧管翻板关闭下部进气道b)进气歧管翻板打开下部进气道(1)双进气道可切换式进气歧管3.2 FSI缸内直喷发动机进气系统的两个显著特点,一是采用可变进气歧管长度增压系统,二是采用双进气道可切换式进气歧管。(2)凸轮轴正时连续调节系统进、排气凸轮轴的连续调节是通过可逆电动机来实现的
16、,发动机控制单元(J361)通过进气凸轮轴调节阀(N205、N208)、排气凸轮轴调节阀(N318、N319)等控制调节过程,霍尔传感器G40、G163传送的是进气凸轮轴的位置信号,霍尔传感器G300、G301传送的是排气凸轮轴的位置信号。2.燃油喷射系统3.2FSI缸内直喷发动机燃油喷射系统的组成如图5-27所示,分为低压系统和高压系统两部分。(1)单活塞高压泵单活塞高压泵位于发动机右侧缸体的进气凸轮轴端部,由一个三联凸轮驱动,泵内集成有燃油低压传感器G410和油量控制阀N290,其位置如图5-29所示。(2)燃油压力传感器燃油压力传感器的作用是检测高压系统内的燃油压力并输送给发动机控制单元
17、ECU。(3)压力限制阀压力限制阀在一定工况下将油轨的压力限制在12MPa,起到安全阀的作用。(4)高压喷油器高压喷油器的任务是在精确的时刻将精确的燃油量喷入燃烧室,其结构如图5-31所示。5.3.22.0T FSI缸内直喷发动机3.2FSI缸内直喷发动机燃油喷射系统的组成如图5-27所示,分为低压系统和高压系统两部分。图5-273.2 FSI缸内直喷发动机燃油喷射系统的组成3.2FSI缸内直喷发动机燃油喷射系统的组成如图5-27所示,分为低压系统和高压系统两部分。图5-283.2 FSI缸内直喷发动机高压管路与元件(1)单活塞高压泵单活塞高压泵位于发动机右侧缸体的进气凸轮轴端部,由一个三联凸
18、轮驱动,泵内集成有燃油低压传感器G410和油量控制阀N290,其位置如图5-29所示。图5-29单活塞高压泵(2)燃油压力传感器燃油压力传感器的作用是检测高压系统内的燃油压力并输送给发动机控制单元ECU。(3)压力限制阀压力限制阀在一定工况下将油轨的压力限制在12MPa,起到安全阀的作用。(4)高压喷油器高压喷油器的任务是在精确的时刻将精确的燃油量喷入燃烧室,其结构如图5-31所示。图5-30燃油压力传感器(4)高压喷油器高压喷油器的任务是在精确的时刻将精确的燃油量喷入燃烧室,其结构如图5-31所示。图5-31高压喷油器5.3.22.0T FSI缸内直喷发动机1.按需要调节的燃油喷射系统2.废
19、气涡轮增压系统5.3.22.0T FSI缸内直喷发动机图5-32MED9.1发动机电子控制系统1.按需要调节的燃油喷射系统图5-33按需供给燃油控制系统2.废气涡轮增压系统2.0T FSI缸内直喷发动机废气涡轮增压系统采用模块式结构,包含排气歧管和涡轮增压器壳体,如图5-34所示。这种模块式结构方便拆装排气歧管以及连接靠近发动机的催化转化器,既可以用在纵向布置的各种驱动形式上,也可以用于横向布置的各种驱动形式上。5.3.31.4TSI缸内直喷发动机2.0T FSI缸内直喷发动机废气涡轮增压系统采用模块式结构,包含排气歧管和涡轮增压器壳体,如图5-34所示。这种模块式结构方便拆装排气歧管以及连接
20、靠近发动机的催化转化器,既可以用在纵向布置的各种驱动形式上,也可以用于横向布置的各种驱动形式上。图5-34模块式废气涡轮增压器5.3.31.4TSI缸内直喷发动机1.进气系统2.燃油喷射系统3.电子控制系统1.进气系统(1)机械增压器(2)复合增压装置的工作状况在不考虑低速转矩的情况下,废气涡轮增压非常适合于在适当的排气背压下获得高的比功率,而机械增压首先由于其具有良好的响应特性已应用于低转速场合。(1)机械增压器图5-35机械式增压器及内部齿轮传动机构(2)复合增压装置的工作状况在不考虑低速转矩的情况下,废气涡轮增压非常适合于在适当的排气背压下获得高的比功率,而机械增压首先由于其具有良好的响
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