电控燃油喷射系统的设计
摘要
随着排放法规的日益加严和市场对汽车性能、节能等要求的不断提高，发动机电控技术得到越来越广泛和深入地发展。作为汽车电子核心技术之一，发动机电控系统软硬件技术及其自主创新研究和开发，对于我国汽车工业的发展具有非常重要的现实意义。
本文以四缸汽油机电控燃油喷射系统为研究对象，结合对燃油喷射系统组成与控制策略的全面分析，基于89S51 8位单片机的捕捉比较单元、AD转换器ADC0809 单元及定时器等丰富的硬件资源，结合相应的控制策略，采用了嵌入式 C 语言，完成了多点燃油顺序喷射系统 ECU 的软件设计与调试，并对系统进行了初步的实验研究。系统经调试运行，能基本实现发动机的喷油控制功能，并为今后对发动机 ECU 的深入与扩展研究建立一个良好的软硬件平台。
关键词：发动机电控，汽油机，电控单元 ECU，多点燃油顺序喷射
ABSTRACT
With the increasingly rigorous emission regulation and more requirements in automotive performance and energy-saving, engine electronic control technologies have been developed more and more extensively and intensively. As a core technology of automotive electronics, hardware and software of engine electronic control system and its independent innovation has a profound and realistic significance to the development of automotive industry in our country. In the thesis, gasoline engine EFI system with 4 cylinders is the research subject. There is a rounded analysis to the composition and control strategy of EFI system. The software design and debugging of multi-point sequential EFI system is accomplished on the base of AT89S51 8bit MCU , relevant control strategies and embedded C language. Some functions of AT89S51MCU are used,and ADC0809 which include its ADC unit. Finally, the system is validated through some primary experiment. They prove that the injecting control function can be carried out right. The system will be a helpful hardware and software basement to more extensive and intensive study of engine ECU.
KEYWORDS: engine electronic control, gasoline, electronic control unit (ECU), multi-point sequential fuel injection
目录
1 引言 (1)
1.1电控燃油喷射系统的发展历程及现状 (1)
1.2电控燃油喷射系统的优点 (2)
1.3电控燃油喷射系统的研究内容 (3)
2 电控燃油喷射系统的组成 (4)
3 电控燃油喷射系统原理 (6)
3.1 起动时喷油控制 (6)
3.2 起动后喷油量控制 (6)
3.3 断油控制 (7)
3.4 空燃比反馈控制 (8)
3.5 喷油正时的控制 (8)
3.6 喷油量的控制 (8)
3.6.1 目标空燃比 (8)
4 电控燃油喷射系统的硬件电路设计 (10)
4.1 主控芯片 (10)
4.1.1 新功能 (10)
4.1.2 特性 (11)
4.1.3引脚功能 (12)
4.2 A/D转换器 (13)
4.3 串口通信电路 (15)
4.3.1对于低电压、集成ESD应用 (15)
4.4 复位电路 (17)
4.5 电源模块 (17)
4.6复位电路 (18)
4.7 喷嘴电磁阀驱动控制模块 (19)
4.8系统硬件电路的抗干扰设计 (20)
4.9信号处理 (21)
5 ECU的软件设计 (22)
5.1软件开发环境 (22)
5.2 任务管理和划分 (22)
5.3 任务流程图 (24)
5.3 软件抗干扰设计 (25)
6 仿真 (27)
6.1 查找所需原器件 (27)
6.2 绘制仿真电路 (27)
6.3 将程序编译为HEX文件 (28)
6.4 导入HEX文件 (29)
6.5 输出仿真结果 (29)
总结 (31)
附录 (31)
参考文献 (36)
致谢 (38)
1 引言
1.1电控燃油喷射系统的发展历程及现状
汽油喷射装置30年代开始用于军用飞机发动机，50年代才用于跑车和少数追求高功率的豪华轿车。由于其突出的优越性能，近年来在汽车发动机上得到日益广泛的应用，喷射装置本身的结构、功能也日趋完善。
1934年德国研制成功第一架装用汽油喷射发动机的军用战斗机。第二世界大战后期，美国开始采用机械式喷射泵向气缸内直接喷射汽油的供油方式。 1952年，曾用于二战德军飞机的机械式汽油喷射技术被应用于轿车，德国戴姆乐-奔驰(Daimler-Benz)300L型赛车装用了德国博世(Bosch)公司生产的第一台机械式汽油喷射装置。它采用气动式混合气调节器控制空燃比，向气缸直接喷射。 1957年，美国本迪克斯(Bendix)公司的电子控制汽油喷射系统问世，并首次装于克莱斯勒(Chrysler)豪华型轿车和赛车上。由于汽油喷射系统比起化油器来，计量更精确、雾化燃油更精细、控制发动机工作更为灵敏，因此，在经济性、排放性、动力性上表现出明显的优势。人们的注意力越来越集中在汽油喷射系统上。 1967年，德国博世公司研制成功K-Jetronic机械式汽油喷射系统，并进而成功开发增加了电子控制系统的KE-Jetronic 机电结合式汽油喷射系统，使该技术得到了进一步的发展。1967年，德国博世公司率先开发出一套D-Jetronic全电子汽油喷射系统并应用于汽车上，于20世纪70年代首次批量生产，在当时率先达到了美国加利福尼亚州废气排放法规的要求，开创了汽油喷射系统的电子控制的新时代。 D型喷射系统在汽车发动机工况发生急剧变化时，控制效果并不理想。 1973年，在D型汽油喷射系统的基础上，博世公司开发了质量流量控制的L-Jetronic型电控汽油喷射系统。之后，L型电控汽油喷射系统又进一步发展成为LH-Jetronic系统，后者既可精确测量进气质量，补偿大气压力，又可降低温度变化的影响，而且进气阻力进一步减小，使响应速度更快，性能更加卓越。 1979年，
德国博世公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的Motronic数字式发动机综合控制系统，它能对空燃比、点火时刻、怠速转速和废气再循环等方面进行综合控[1]。为了降低汽油喷射系统的价格，从而进一步推广电控汽油喷射系统，1980年，美国通用(GM)公司首先研制成功一种结构简单价格低廉的节流阀体喷射(TBI)系统，它开创了数字式计算机发动机控制的新时代。TBI系统是一种低压燃油喷射系统，它控制精确，结构简单，是一种成本效益较好的供油装置。随着排放法规的不断完善，使这种物美价廉的系统大有完全取代传统式化油器的趋势。1983年，德国博世公司也推出了自己的单点汽油喷射系统,即Mono-Jetronic系统。
1.2电控燃油喷射系统的优点
电控燃油喷射系统与传统的化油器装置相比具有以下优点。
（1）易于起动发动机且起动时间短。通常设有冷起动喷油器，故可改善低温起动性能，起动发动机的时间只是传统化油器的50%。
（2）动力性强。采用EFI后，发动机的进气可不必预热，可以吸入密度较大的冷空气，同时进气歧管阻力减小，所以充气系数提高。热效率和充气系数的提高，使发动机的输出功率提高，其功率可增大5%～10%，扭力可增大7%。
（3）加速性能好。由于汽油是直接喷射到发动机进气阀处，混合气经过的路程短，因此反应灵敏，减少滞后现象,加速性能得到改善。进行油门全开的加速试验，车速由0～100ｋｍ/ｈ的时间比传统化油器缩短7%。
（4）耗油量低,经济性好。EFI系统最突出的优势是能实现空燃比的高精度控制。因为汽油是在一定的压力下喷出的，燃油雾化品质好，且喷油量是精确地控制的，混合气的空燃比为最佳值且各缸分配较均匀，下坡时又可以完全不喷油，发动机只对空气进行压缩，所以可以降低燃油消耗量。装用EFI系统后比传统化油器省油5%～15%。
（5）减少排气污染。EFI系统可以分别控制汽油量与空气量，控制精度很高，能始终保持所需的最佳空燃比。该系统与三元催化剂配合使用时可以使废气中的CO、HC、
NOX控制在最低范围。而且，当发动机减速到一定值(约120r/min)时，会自动切断燃油供给，可以完全排除传统化油器减速时所无法清除的HC气体。
（6）整个系统体积小，而且不需要机械驱动，安装灵活方便。
电控燃油喷射系统的最大特点是，既可获得最大功率，又可最大限度地节油和净化排气，是节约能源、降低排污的有效措施之一。
1.3电控燃油喷射系统的研究内容
电控燃油喷射系统主要由空气供给系统，燃油供给系统，电控单元和各种传感器组成[2]。
空气供给系统的作用:根据发动机各个工况提供适量的空气，并根据ECU指令完成进气量的调节。
燃油供给系统的作用：根据发动机各个工况提供适量的燃油，并根据ECU的指令完成燃油量的调节[3]。
电控单元的作用：它是整个电子燃油喷射系统的核心，发动机状态信息通过各种传感器收集后进入电控单元，经电控单元处理里后发出相应的指令来控制执行元件[4]，设计者预先将发动机所有可能的工作状况进行优化，并以数据形式全部储存在电控单元。这样EFI系统就可以控制发动机总是在最佳的工况下工作。还可以按照汽车的使用目的，将确定的优化了的实验数据预先存储。如以节能、减排为目的的或以动力性为目的的发动机实验数据，将这些控制数据优化下来，发动机的工作性能也就不随发动机的使用而改变了[5]。
2 电控燃油喷射系统的组成
燃油喷射电子控制系统由各种传感器与控制开关、电子控制单元ECU和执行器3部分组成，如图2.1所示。
图2.1 系统原理图
汽车发动机燃油喷射电子控制系统，采用的传感器主要有空气流量传感器或歧管压力传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器和车速传感器等；电子控制单元ECU采集的控制开关信号主要有点火开关信号、起动开关信号、电源电压信号、空调开关信号和空挡开关信号等；执行器主要有电动燃油泵、电磁喷油器和油压调节器[8]。
在燃油喷射电子控制系统的控制部件中，空气流量传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和节气门位置传感器最关键，其信号是计算确定和控制燃油喷射量必不可少的传感器。冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器、车速传感器的信号以及各种开关信号主要用于判断发动机运行状态、修正燃油喷射量，增强控制效果[9]。
发动机工作时，安装在发动机上不同位置的传感器将检测到表示发动机运行状态的参数输送至单片机，单片机根据其内存程序进行分析、运算，然后向各执行器发出指令，使其按要求工作
[10]。
发动机电子控制单元（ECU ）主要由输入回路、单片机以及输出回路组成。其结构如图2.2所示。
图2.2 系统框图
3 电控燃油喷射系统原理
3.1 起动时喷油控制
当启动机驱动发动机启动时，发动机转速很低，且波动较大，导致空气流量传感器误差较大。因此，当ECU 根据曲轴位置传感器、点火开关和节气门位置传感器信号判断发动机处于启动工况时，将运行启动程序。ECU 根据冷却液温度传感器的信号确定基本喷油量，进气温度和蓄电池电压确定修正量，对喷油量进行开环控制。控制原理如图3.1所示.
图3.1 启动时总喷油量计算示意图
3.2 起动后喷油量控制 在起动后正常运转工况下，单片机主要根据空气流量传感器（AFS ）信号和曲轴位置传感器（CPS ）信号得到的发动机转速计算出基本喷油量，并经过进气温度、大气压力、蓄电池电压、发动机水温、怠速工况、加速工况以及全负荷工况等参数修正后，得出喷油脉宽，向喷油器发送喷油指令控制喷油。
喷油器的实际喷油量由基本喷油量、喷油修正量和喷油增量3部分组成。
基本喷油量由空气流量传感器（AFS ）信号、曲轴位置传感器（CPS ）信号、以及目标空燃比（A ／F ）计算确定。喷油修正量由氧传感器（EGO ）信号和蓄电池电压UBAT
信号计算确定。喷油增量由节气门位置传感器（TPS）信号、冷却液温度传感器（CTS）信号和点火开关（IGN）信号计算确定。启动后喷油量控制原理如图 3.2所示。
图3.2 启动后总喷油量计算示意图
3.3 断油控制
发动机断油控制系统根据断油条件的不同，可分为超速断油控制、减速断油控制和清除溢流控制等。
超速断油是指当发动机超过允许的极限转速时，ECU立即控制喷油器中断燃油喷射。
减速断油是指发动机在高速运转中突然减速时，ECU自动控制喷油器中断燃油喷射。
清除溢流是指当加速踏板踩到底，同时又接通点火开关起动发动机时，ECU自动控制喷油器中断燃油喷射，以便排除汽缸内的燃油蒸汽，使火花塞干燥以便能够跳火[11]。
3.4 空燃比反馈控制 为降低发动机有害气体的排放量，许多汽车上装备了三元催化转换装置。但三元催化转换装置只有在混合气浓度处于理想空燃比附近时才能使CO 、HC 的氧化反应和NO 的还原反应同时进行，才能最大限度地降低有害气体地排放量。为将混合气体浓度控制在理想空燃比1
4.7：1附近，在发动机的排气管中安装了氧传感器，单片机通过氧传感器的反馈信号对喷油量进行控制，从而控制混合气的浓度[12]。
3.5 喷油正时的控制 喷油正时控制就是控制喷油器何时开始喷油。发动机燃油喷射系统按喷油器安装部位分为单点喷射系统和多点燃油喷射系统两类。单点喷射系统只有一或两只喷油器，安装在节气门体上，发动机一旦工作就连续喷油。多点燃油喷射系统每个汽缸配有一只喷油器，安装在燃油分配管上。喷油器的控制电路决定着喷油正时，即喷油时刻与喷油顺序。喷油器的控制电路可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射3种方式。本设计采用顺序喷油的控制方式[13]。
顺序喷油控制系统，采用磁电式曲轴位置、凸轮轴位置一体式传感器，此传感器用来提供曲轴转交信号及气缸位置判断信号。ECU 根据这两个信号，可以准确的判断气缸位置，并及时驱动相应的喷油电磁线圈，开启喷油。
3.6 喷油量的控制
喷油量的控制即为喷射持续时间的控制，其目的是根据发动机燃烧时做设定的目标空燃比来精确配制燃油量，使其达到最佳空燃比。
3.6.1 目标空燃比
目标空燃比是指发动机在不同工况下，按照动力性、经济性、排放性和平顺性要求，吸入的空气量与喷入的燃油量之比，即
A/F=a G /f G
目标空燃比是通过发动机台架试验确定的，形成脉谱，储存在ROM 中供ECU 调用。
如果已知每一进气行程中吸入气缸内的空气质量与目标空燃比，就可以确定每循环燃烧所需的燃油质量，即
）
（F /A G G a f = 3.6.2 喷油持续时间
对于一定型号的发动机来说，当喷油器的喷油压力为定值时，喷油器的每一近期行程的喷油量仅与喷油器的喷油持续时间成正比。所以，在实时控制过程中，每循环燃烧所需的燃油量，是通过控制喷油器的喷油持续时间来实现的。
如果不考虑发动机启动这个特殊工况，按照目标空燃比决定的喷油持续时间可按下式计算，即
T=u c p T F +?T
式中： T ——喷油持续时间（ms ）；
p T ——基本喷射时间（ms ）；
u T ——喷油器无效喷油时间（ms ）；
c F ——基本喷射时间的修正系数，是考虑发动机各种工况及特殊要求后的喷油修正系数。
4 电控燃油喷射系统的硬件电路设计
硬件电路采用AT89S51作为核心处理芯片，AD转换器采用ADC0809，串口通信电
路使用MAX232芯片控制。89C51接受经过AD转换器转换的发动机的各种实时信号，经过事先设计好的程序，对喷油器驱动电路发出方波信号控制喷油器喷油。
4.1 主控芯片
本设计控制芯片采用89S51单片机，通过89S51分别进行喷油量计算，转速计算，和喷油时刻的计算。
产生背景
AT89C51 的性能相对于8051 已经算是非常优越的了。不过在市场化方面，89C51 受到了PIC 单片机阵营的挑战，89C51 最致命的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP 功能等新功能才能更好延续MCS-51 的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51 的，89S51 已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel 公司已经停产AT89C51，将用AT89S51 代替。
4.1.1 新功能
-- 相对于89C51,89S51新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51 更低！
-- ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。
-- 最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51 的极限工作频率是24M，就是说S51 具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。
-- 具有双工UART 串行通道。
-- 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51 那样外接看门狗计时器单元电路。
-- 双数据指示器。 -- 电源关闭标识。
-- 全新的加密算法，这使得对于89S51 的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
-- 兼容性方面：向下完全兼容51 全部字系列产品。比如8051、89C51 等等早期MCS-51 兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051 还是89C51 还是MCS-51 等等），在89S51 上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。
4.1.2 特性
89S51 在工艺上进行了改进，89S51 采用 0.35nm 新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX 可以像下兼容89CXX 等51 系列芯片。市场上见到的89C51 实际都是Atmel 前期生产的巨量库存而以。如果市场需要，Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。 AT89S51/LS51单片机是低功耗的、具有4KB在线课编程Flash 存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的Flash 可允许在线重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控制器。
AT89S51/LS51具有如下特性：
--指令架构：CISC（复杂指令）
--最大吞吐量：3MIPS
--片内程序存储器含有4KB的Flash存储器，允许在线编程，檫写周期可达1000次；--片内数据存储器内含128字节的RAM；
--I/O口具有32根可编程I/O线；
--具有两个16位I/O线；
--中断系统具有6个中断源、5个终端矢量、2个中断优先级的中断结构；
--串行口是一个全双工的串行通信口；--具有两个数据指针DPTR0和DPTR1；
--低功耗节电模式有节电模式和掉电模式；
--包含3级程序锁定位；
--AT89S51的电源电压为4.0-5.5V，AT89LS51的电源电压为2.7-4.0V；
--振荡器频率0-33MHz（AT89S51），0-16MHz(A-T89LS51);
--具有片内看门狗定时器（WatchDog）；
--灵活的在线片内编程模式（字节和页编程模式）；
--具有断电标志模式POF.
--具有6个中断源
--具有2个计数/定时器
--具有1个串口
4.1.3引脚功能
--P0口——8位、开漏极、双向I/O口。 P0口可作为通用I/O口，但必须外接上拉电阻；作为输出口，每个引脚可吸收8个TTL的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置1。 P0口也可用作外部程序存储器和数据存储器是的低八位地址/数据总线的复用线。在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接受代码数据；在编程校验时，P0口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻）。
--P1口——8位、双向I/O口、内部含有行拉电阻。 P1可作为普通I/O口。输出缓冲器可驱动4个TTL负载；用作输入时，先交引脚置1，有片内上拉电阻将其抬到高电平。P1口的引脚可由外部负载拉倒低电平，通过上拉电阻提供拉电流。在Flash并行编程和校验时，P1口可输入低字节地址。在串行编程和校验时，P1.0/MOSI,P1.6/OSI和P1.7/SCK分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。I/O具有内部拉电阻的8位双向I/O。
--P2口用作输出口时，可驱动四个TTL 负载；用作输入口时，先将引脚置1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。 CPU 访问外部16位地址的存储器时，P2口提供高8位的地址。当CPU 用8位地址寻址外部存储器时，P2口为P2特殊功能寄存器内容。 在FLASH 并行编程和校检时，P2口可输入高字节地址和某些控制信号。
--P3口——局有内部上拉电阻8位双向口。
P3口左忽出口时，输出缓冲器可吸收4个TTL 的灌电流；用作输入口时，手先将引脚置1，有内部上拉电阻抬为高电平。若外部负载是低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。 在与FLASH 并行编程和校检时，P3口可输入某些控制信号[16-17]。
4.2 A/D 转换器
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS 工艺8通道，8位逐次逼近式A/D 模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D 转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D 芯片[18]
。
A/D 转换器引脚如图4.1：
图4.1 ADC0809引脚图
ADC0809主要特性：
（1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
（2）具有转换起停控制端。
（3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）
（4）单个+5V电源供电
（5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。
（6）工作温度范围为-40～+85摄氏度
（7）低功耗，约15mW。
内部结构：
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
外部特性（引脚功能）：
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如上图所示。下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：基准电压。
Vcc：电源，单一+5V。
GND：地。
4.3 串口通信电路
串口通信电路以MAX232芯片为主控芯片，MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。
MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电[18]。
MAX220–MAX249系列线驱动器/接收器，专为EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口设计，尤其是无法提供±12V电源的应用。
这些器件特别适合电池供电系统，这是由于其低功耗关断模式可以将功耗减小到5uW 以内。MAX225、MAXX233、MAX235以及MAX245/MAX246/MAX247不需要外部元件，推荐用于印刷电路板面积有限的应用。
4.3.1对于低电压、集成ESD应用
MAX3222E/MAX3232E/MAX3237E/MAX3241E/MAX3246E：+3.0V至+5.5V、低功耗、最高1Mbps、真正的RS-232收发器，使用4个0.1µF外部电容(MAX3246E提供UCSP?封装)
2.对于低成本应用
MAX221E：±15kV ESD保护、+5V、1µA、单路RS-232收发器，带AutoShutdown?
引脚图表
MAX220–MAX249系列引脚图表
图4.2 MAX管脚图
引脚介绍
第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从11引脚（T1IN）、10引脚（T2IN）输入转换成RS-232数据从14脚（T1OUT）、7脚（T2OUT）送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从13引脚（R1IN）、8引脚（R2IN）输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚（R1OUT）、9引脚（R2OUT）输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。
主要特点：
1、符合所有的RS-232C技术标准
2、只需要单一 +5V电源供电
3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-
4、功耗低，典型供电电流5mA
成都理工大学工程技术学院毕业论文 航空发动机附件传动系统研究 作者姓名：vvvvvv 专业名称：机械工程及自动化 指导老师：xxxxx 讲师
摘要 现代航空发动机功率和附件转速日益提高，需要高转速的附件传动系统与之匹配。高转速的附件传动系统，不仅能够传递更大的功率，而且减轻发动机的重量，提高推重比。 首先，论文阐述了附件传动设计的基本方法，对航空附件传动系统的特点进行分析，研究了将起动传动系统与高转速附件传动系统联结成一个传动系统的结构设计方法，并阐明了实现这种设计的关键是高速斜撑超越离合器。论文分析了将起动传动系统与附件传动系统联结成一个传动系统的关键件——超越离合器的工作原理。滑油系统是航空发动机机械系统的重要组成部分。随着中国航空发动机的发展，对其滑油系统的研究逐步深入，在系统的设计原理“系统热分析”系统组成部件“润滑油”系统检测等几个方面正在从仿制走向自行研制的道路。对发动机滑油系统的发展现状进行了分类描述，总结了未来发动机研制滑油系统的发展方向。 关键词：航空发动机高速附件传动超越离合器润滑油系统
Abstract Modern aviation engine power and accessories speed increasing, need high speed matching accessories for transmission system. High speed transmission of attachment, not only can deliver more power, and reduce the weight of the engine, increase in esteem. First of all, the thesis expounds the attachment transmission design, the basic method to analyze the characteristics of aviation accessory drive system; Will start transmission system is studied with high speed accessory drive system connected into the structure of a drive system design method, and illustrates the key is to realize the design of high-speed sprang overrunning clutch. Papers will start transmission system are analyzed and the accessory drive system connected into a transmission key-module, overrunning clutch working principle; Lubricating oil system is an important part of mechanical aircraft engine! With the development of China's aviation engine, the lubricating oil system of research gradually thorough, the design principle of the system “system thermal analysis system" compo nents “lubricating oil" system test and so on several aspects are developed by from imitation to road! Development status of engine lubricating oil system are classified description, summarizes the development direction of engine lubricating oil system in the future。 Keywords: aero-engine, high-speed, Thehigh-speedtrans missionat tachment, Lubricating oil system
车辆排气系统设计规范
车辆排气系统设计规范 1、目的 随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。为使排气系统满足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。 2、设计规范 2.1 排气系统及消声器的设计输入 2.1.1 车辆产品的排气系统的配置和走向，依所配车辆的总体结构布置的需要来设计。而消声器的性能开发则需要依所配发动机及其对排气系统的具体要求。在初步设计选型时，应将发动机的有关性能参数及其上的关键件的基准要素等（如曲轴箱后端面与曲轴主轴线的交点坐标、动力线偏移量及倾角等），作为设计条件输入设计，作为消声器选型及性能开发的依据之一。并根据国家、地方及企业有关法规和标准的要求，对系统和消声器的性能设计目标提出要求，见附录1。 2.1.2 排气系统及其消声器在进行初步选型设计时，必须对系统进行结构方案分析和匹配计算分析，并提供选型设计分析报告，见附录2。 2.2 设计原则 2.2.1 排气系统及其消声器的设计，应使排气阻力尽可能的小，以使其对发动机的功率损失尽可能小。 2.2.2 排气系统及其消声器要有较好的音质和较低的音强，即应有较大的插入损失。 2.2.3 排气系统及其消声器要有较好的外观和内在质量及较长的使用寿命。 2.3 排气系统的设计要求和布置 2.3.1 排气管内径的确定在结构布置允许的情况下，排气管内径应尽可能大些，以降低管道内得气流速度，减少气流阻力产生的功率损失和再生噪声。一般应≥发动机排气歧管出口内径。或根据发动机排量等参数，按公式(1) 计算初步确定排气管内径。 D=2 √Q/(πV) (1) 式中：Q—发动机排量；V—气流速度，一般取50~60 m/s 。 2.3.2 排气管的布置和转弯，应使排气尽可能顺畅。管的中心转弯半径一般应≥（1.5~2）D，其折弯成型角应大于90o，以大于120o为宜。整个系统的管道转弯数应尽可能少，一 １
https://www.doczj.com/doc/543630445.html, 航空发动机燃油喷嘴实训和实验台技术要求 为完成我院教学大纲中关于发动机燃油系统实训内容的教学要求，使机电维修专业的学生实训更加接近实际工作要求。学生可以通过对航空发动机燃油喷嘴的检测试验过程，对发动机附件维修的整个过程有更加深入的了解。我们拟建设一个燃油喷嘴实验台，该实验台的技术要求详述如下： 1、总体设计要求 拟以三种型号发动机的燃油喷嘴作为实训和实验的附件，型号分别为CFM56-3发动机、涡喷6发动机和斯贝515发动机。采用航空煤油为实验用油液，模拟真实的燃油喷射过程，通过检测固定工况下燃油喷嘴的喷射角度来说明喷嘴的检测是否合格。发动机燃油喷嘴由我方提供。 实验台共分两个区域，一个是操作工作区，一个是实验观察区。操作区内包含操作面板和相应的显示仪表，以便控制和调节供油压力；实验观察区则包含固定工装和观察窗口，以便于学生们能够拆装和更换不同型号燃油喷嘴并清晰地观察到喷嘴的实验结果。故整体实验台需要采用不锈钢板材制作，观察窗口需要采用钢化透明玻璃制作，以保证观察效果和实验台寿命。显示仪表包括三个燃油喷嘴的供油压力表和一个流量表等。 依据发动机燃油喷嘴实际的工作情况，燃油喷嘴的供油压力分别为两种工况：15PSI,和120PSI，这两种工况下分别对应两种燃油喷射角度：64度和125度（针对CFM56机型）。故燃油供给压力应该可以在0到150PSI 之间可以调节，燃油供给流量也是可调的且最大供油量为10L/MIN.。 2、外观设计要求 外观设计以方便学生操作和观察为主，结实耐用和安全。 3、主要附件技术要求 供油泵：为齿轮泵，供油压力和流量都可以调节，最大供油压力为150PSI，最大供油量为10L/MIN。符合航空煤油为油液的特殊供压要求。 电动机：功率根据供油泵的型号配套。 供油管：不锈钢供油管。 压力表：最大显示压力为200 PSI即可 调压阀：全部采用不锈钢球阀。
航空活塞式发动机组成及工作原理 航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合,在密闭的容器(气缸)内燃烧,膨胀作功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨,由螺旋桨产生推(拉)力。所以,作为飞机的动力装置时,发动机与螺旋桨是不能分割的。(一)活塞式发动机的主要组成
主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方。气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴),以及进、排气门。发动机时气缸温度很高,所以气缸外壁上有许多散热片,用以扩大散热面积。气缸在发动机壳体(机匣)上的排列形式多为星形或V形。常见的星形发动机有5个、7个、9个、
14个、18个或24个气缸不等。在单缸容积相同的情况下,气缸数目越多发动机功率越大。活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动,并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。连杆用来连接活塞和曲轴。曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动时,通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。除此而外,曲轴还要带动一些附件(如各种油泵、发电机等)。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关
闭。 (二)活塞式发动机的原理 活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气缸完成一个循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀
冲程和排气冲程。发动机开始时,首先进入“进气冲程”,气缸头上的进气门打开,排气门关闭,活塞从上死点向下滑动到下死点为止,气缸内的容积逐渐增大,气压降低——低于外面的大气压。于是新鲜的汽油和空气的混合气体,通过打开的进气门被吸入气缸内。混合气体中汽油和空气的比例,一般是1比15即燃烧一公斤的汽油需要15公斤的空气。
发动机排气系统设计规范 1 范围 本规范规定了柴油车发动机排气系统的设计。 本标准适用于所有新开发的带发动机的车型。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 13094-2017 《客车结构安全要求》 GB 7258-2017 《机动车运行安全技术条件》 JB／T 1094 《营运客车安全技术条件》 3 定义 本文件所指排气系统，其定义为搭载传统汽、柴油或者天然气发动机的发动机排气系统，包括混合动力车型的发动机排气系统。 发动机排气系统由排气管路、催化消声器、后处理系统（包含尿素泵、填蓝罐、填蓝加热电磁阀、氮氧化物传感器等部件)、消声器悬置系统等组成。随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。为使排气系统满足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。 3.1 催化消声器 用于汽车尾气处理，是集气体净化、气体减噪等多功能于一体的设备。一般情况下，设备前部设置曲面造型多孔盘片将会有利于降低气动噪音；而尾气净化（即NOx脱除），则依赖于尿素溶液喷雾蒸发和后部催化剂层的共同作用下的SCR反应工艺。 3.2 插入损失 对于消音器来说，插入损失是指空间某固定点所测得的安装消声器前后的声压级或者声功率级之差。 3.3 排气背压 指发动机排气的阻力压力。一般在增压器废气口至消声器入口的管段处测得。 4 要求
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1. 主题与适用范围 1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发 2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB；
4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
航空涡轮发动机使用的喷油嘴有离心式喷油嘴、气动式喷油嘴、蒸发管式喷油嘴和甩油喷嘴。 离心式喷油嘴内装有一个旋流器，其工作原理如图所示。燃油从切向孔进入旋流室内，在旋流室内作急速的旋转运动，燃油从喷孔喷出后，受惯性力和空气撞击力的作用破裂成无数细小的油珠，从而获得良好的雾化结果。 由于发动机在不同的转速下工作时，所需油量的变化很大。大转速时的供油量，一般比小转速时的供油量大十几至几十倍。只有一条通路面积的单路喷油嘴就不能满足要求，所以目前有的发动机使用双路离心喷油嘴。 离心喷嘴的优点是能够形成均匀的混合气保证燃烧室在宽广的混合比例范围内工作，工作可靠，结构坚固易于调试，在航空发动机中使用广泛。 其缺点是1，供油压力要求高2，存在高温富油区，易造成发烟污染3，出口温度场不均匀4，与环形燃烧室不协调。
气动式喷油嘴的出现,克服了离心式喷油嘴的以下两个缺点：喷油量与喷油雾化质量都直接与供油压力相关：在大供油量时,由于雾化质量好，大部分是小直径的油珠,由于其动量小,都聚集在喷油嘴附近,容易形成积炭。而气动式喷油嘴油量的改变是依靠供油压力，而雾化质量则依靠另外的气动因素。 气动式喷嘴油气混合均匀，避免了主燃区的局部富油区，减少了冒烟和积碳；火焰呈蓝色，辐射热量少使火焰筒壁温较低，气动喷嘴不要求很高的供油压力，而且在较宽的工作范围内，喷雾锥角大致保持不变，所以容易使燃烧室出口温度场分布比较均匀稳定。气动式喷嘴简化了供油管道仅用单管供油。其缺点是：由于油气充分掺混贫油熄火极限大大降低，使燃烧室稳定工作范围变窄；在启动时，气流速度较低，压力较小，雾化不良。 在装用蒸发管的燃烧室内，油气的混合提前在蒸发管内进行，如图所示。经在 T 型热管壁加热蒸发，进一步与这部分高温空气掺合。实践证明使用蒸发管的燃烧室燃烧效率较高，不冒烟，出口温度场比较稳定。这种蒸发管式的供油装置与环形燃烧室相回合,得到广泛的应用。 甩油喷嘴在高转速、小流量的折流环形燃烧室中得到广泛运用
1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发
2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997 人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB； 4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
航空发动机的一种新型主燃油泵设计 离心泵是航空发动机燃油系统应用最多的增压泵，结构简单，体积小，质量轻，抗污染能力强，寿命长。具有同样优点的齿轮泵已成为采用最多的主燃油泵。若将离心泵和齿轮泵合为一体，设计成组合泵，既简化了传动机匣的设计，又减轻了质量，因此，这种组合泵的应用很有前途，尤其是在民航领域。但是，随着航空发动机推重比（或功质比）的不断增高，对泵的要求也在提篼，为此，在不断挖掘各种泵的潜力的同时，还要对新型燃油泵进行研究。 2航空发动机对主燃油泵的新要求寿命增压温升可靠性进口压力7Zm为满足上述要求，在泵的组合形式、设计计算、材料选择等方面均需有新的思路和创新。 3选型的创新众所周知，提高泵的转速是减轻泵的质量的主要途径，对现有广泛采用的离心-齿轮组合泵来说，离心增压泵提高转速的潜力很大，转速提高后，若要改善泵的吸人性能、提高汽蚀比转速，在其叶轮进口设置诱导轮即可。而齿轮泵则难以满足要求，其原因：一是齿轮栗在高速、高压、长寿命时值过大，滑动轴承设计困难，所以齿轮泵对转速的提高有一定的限制；二是在高流量比时，齿轮泵的大量回油将使低的温升目标难以实现。 经过俄罗斯和美国专家的共同研究试验，试制成功一种由带诱导轮的低压离心栗、变流量的高压离心泵和三级旋涡泵组合而成的新型
的主燃油泵，简称离心-高压变流量旋涡泵，如所示。这种泵的最大转速为27000r/min.为满足发动机对泵的新要求，这种组合泵中的离心泵在其设计思想上有着大胆的创新。 4.2航空发动机用离心泵的工作特点由于航空发动机有慢车、巡航、额定、最大（起飞）等工作状态，离心泵亦有与之相对应的不同的供油量，在这种情况下，传统设计把最大流量定为设计流量显然不合理，因为发动机在该状态下工作的时间短，高效率状态未充分显示出优越性。为了减少功率消耗，减轻泵的质量，应该选择发动机工作时间最长的巡航状态的流量作为设计流量。 4.3离心泵设计流量的确定发动机巡航状态的需油量约为最大流量的70%，这时离心泵的效率曲线如所示。在这种情况下，发动机最大状态时泵的效率还是比较高的，但由于设计流量是原来的70%，泵的体积就可明显减小，以利于泵的功质比的提高；而在发动机巡航状态，由于泵的效率的提高，则又可减少发动机的功率消耗。 4设计思想的创新设计思想的创新主要表现在离心泵设计点流量的选择与传统设计不同。 4.1民用泵的运行区间离心泵的特性曲线一般是指转速一定时，泵的扬程H（AP）、效率7、温升At、消耗的功率N与流量Q的关系曲线，心=/（<3）及JV=/（Q），如所示。设计理想的离心泵应该在设计流量Qd运行时，扬程达到设计要求Hd，同时效率要最高。为了扩大泵的使用范围，又不使效率过低，一般将设计流量的80% ~120%定为离心泵的运行区间。
发动机消音排气管设计 活塞式发动机排气系统主要由排气管、消音器、触媒转换器及其他附属元件构成。 工作原理和功能： 一般排气管材质大多为铁管，但在高温及湿度的反复作用下容易氧化生锈。而排气管属于外观部件，所以大都在表面喷上耐热的高温漆或者电镀。但是无行之中也增加了重量，因此现在许多改用不锈钢材质，甚至是竞技用钛合金排气管。 四冲程多缸发动机大多采用集合型式排气管，就是将各缸的排气管集结，再由一支尾管排出废气。 以四缸车举例，通常用4 in 1的型式，优点不仅是可以扩散消音更可以利用各缸的排气惯性提高排气效率来增加马力输出。 但这一效果只能在某个转速范围内有明显的发挥。因此必须从骑乘的需求目的来设置集合管实际发挥发动机马力的转速区域。 早期多缸摩托车的排气设计均采用各缸独立的排气系统。以此避免各缸的排气干涉，利用排气惯性与排气脉冲来提高效率。缺点是：在所设定的转速范围以外，扭力值下降比集合管更多。这是独立排气系统被集合管取代的最大之原因。 排气干涉 集合管在整体上表现优于独立管，但在设计上要有更高的技术含量来降低各缸的排气干涉。通常做法是先把点火相对缸（1~4；2~3）的两支排气管集中在一起，再集合两组点火相对缸的排气管。就是4 in 2 in 1型式，这是避免排气干涉的基本的设计方式。 理论上4 in 2 in 1比4 in 1要更有效率，外观上也不同。但实际上两者的排气效率区别很小，因为4 in 1的排气管里有导向隔离板，所以使用效果区别不大。不管是怎样设计都是为了使发动机有更大的马力输出和更宽广的动力范围。 4 in 2 in 1形式排气管 排气惯性 气体在流动过程中具有一定惯性，排气惯性比进气惯性来的大。因此可以利用排气惯性的能量来提高排气效率，在高性能发动机上排气惯性具有很大的作用。一般人认为废气是在排气行程时由活塞推挤出去的，当活
发动机原理部分 进气道 1.进气道的功用： 在各种状态下, 将足够量的空气, 以最小的流动损失, 顺利地引入压气机; 2.涡轮发动机进气道功能 冲压恢复—尽可能多的恢复自由气流的总压并输入该压力到压气机。提供均匀的气流到压气机使压气机有效的工作.当压气机进口处的气流马赫数小于飞行马赫数时, 通过冲压压缩空气, 提高空气的压力 3.进气道类型： 亚音进气道：扩张型、收敛型；超音速：内压式、外压式、混合式 4.冲压比：进气道出口处的总压与远前方气流静压的比值∏i=P1*/P0*。 影响进气道冲压比的因素：流动损失、飞行速度、大气温度。 5.空气流量：单位时间流入进气道的空气质量称为空气流量。 影响因素:大气密度, 飞行速度、压气机的转速 压气机 6.压气机功用：对流过它的空气进行压缩，提高空气的压力。供给发动机工作时所需 要的压缩空气，也可以为坐舱增压、涡轮散热和其他发动机的起动提供压缩空气。7.压气机分类及其原理、特点和应用 （1）离心式压气机：空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动. （2）轴流式压气机：空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方向流动. （3）混合式压气机： 8.阻尼台和宽叶片功用 阻尼台：对于长叶片，为了避免发生危险的共振或颤振，在叶身中部带一个减振凸台。 宽弦叶片：大大改善叶片减振特性。与带减振凸台的窄弦风扇叶片比，具有流道面积大，喘振裕度宽，及效率高和减振性好的优点。 9.压气机喘振： 是气流沿压气机轴向发生的低频率、高振幅的气流振荡现象。 10.喘振的表现: 发动机声音由尖锐转为低沉，出现强烈机械振动. 压气机出口压力和流量大幅度波动，出现发动机熄火. 发动机进口处有明显的气流吞吐现象，并伴有放炮声. 11.造成喘振的原因 气流攻角过大，使气流在大多数叶片的叶背处发生分离。 燃烧室 12.燃烧室的功用及有几种基本类型 功用：用来将燃油中的化学能转变为热能，将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许的温度，以便进入涡轮和排气装置内膨胀做功。 分类：单管（多个单管）、环管和环形三种基本类型 13.简述燃烧室的主要要求点火可靠、燃烧稳定、燃烧完全、燃烧室出口温度场符合要 求、压力损失小、尺寸小、重量轻、排气污染少 14.环形燃烧室的结构特点、优缺点 结构特点：火焰筒和壳体都是同心环形结构，无需联焰管 优点：与压气机配合获得最佳的气动设计，压力损失最小；空间利用率最高，迎风面积最小；可得到均匀的出口周向温度场；无需联焰管，点火时容易传焰。 缺点：调试时需要大型气源； 采用单个燃油喷嘴，燃油—空气匹配不够好； 火焰筒刚性差；
航空发动机设计的总体强度 众所周知，航空发动机是一种高温、高压、高转速的精密机械，那强度，必须刚刚的！！上一期的总体结构想必大家还念念不忘，本期借着结构的东风讲讲发动机的总体强度。 第一个问题，强度专业是干啥滴？通俗地讲，“大发”作为一个干得多吃得少的新时代好青年，没有一个强健的身体可不行呢，这个强健，既体现在普通意义的强度上面（抗拉抗弯还要抗扭），还体现在抗疲劳能力（怎么折腾都不坏）和抗打击能力（无知的小鸟呼啦啦地撞上来）等方方面面，总的来说，生活在 航空发动机这样一个地狱般的工作环境里，没有一副打不坏、耐力好、贼扛揍 的好身板是不行的。为了确保发动机方方面面的零组件都能符合这样变态的标准，我们的强度攻城狮们可谓是殚精竭虑。 今天，我们首先为大家介绍的是总体强度专业。 在国内，很少有总体强度这样一个概念，那总体强度是干什么的呢？其主要有三个方面：用洋文来说分别为Load, WEM and Rotor Dynamics。发动机行业内有句名言，载荷先行活看结构，这个载荷呢就是这里的Load；WEM作为一个 洋小伙，其全称为Whole Engine Model，凡是和整机模型相关的各种任务都 找他；最后一位就是本期的主角，RotorDynamics，转子动力学。 下面客官请听我娓娓道来。 1转子动力学的前生后世 为满足航空器日益增长的舒适性、经济性、高效率等要求，现代民用航空发动机被设计为带涡轮和压气机的旋转机械。为保障不同涡轮和压气机的工作性能，发动机主要采用双轴和三轴的结构布局，而转速往往达到每分钟几千（低压部件）或几万转（高压部件）。在这种严酷的工作条件下，发动机转子动力学设计就显得尤为重要了。 发动机转子动力学设计的优劣，直接影响着发动机整机振动的好坏与否。 如果将航空发动机拟化为一个人，涡轮、压气机、燃烧室等部件结构代表 着发动机的骨骼与肌肉，燃油和空气代表着食物与血液，性能等代表着物理特
航空发动机控制系统浅析 【摘要】航空发动机控制系统是一个多变量、时变、非线性、多功能的复杂系统，其性能的优劣直接影响发动机及飞机的性能。本文主要论述了航空发动机控制系统的发展历程、相关技术及其技术优缺点，并预测了国际发动机控制技术的未来发展。 【关键词】航空发动机控制系统;机械液压;FADEC;分布式;综合控制 1.概述 发动机的工作过程是极其复杂的气动热力过程，在其工作范围内随着发动机的工作条件和工作状态（如巡航、加速及减速等）的变化，它的气动热力过程将发生很大的变化，对于这样一个复杂而且多变的过程如果不加以控制，可以想象系统不但达不到设计的性能要求，而且根本无法正常工作。所以，航空发动机控制系统的目的就是使其在允许的环境条件和工作状态下都能稳定、可靠地运行，充分发挥其性能效益。 2.发展历程 随着航空发动机技术的不断进步和性能不断提高，其控制系统也由简单到复杂。航空发动机控制系统发展阶段的分类方法有很多种，目前，按发动机控制技术的发展和应用阶段大致分为以下4种，作简要介绍：（1）机械液压控制;（2）数字电子式控制;（3）分布式控制;（4）综合控制。 2.1 机械液压控制系统 机械液压控制系统：是使用基于开环控制或单输入单输出（SISO）闭环反馈控制等经典控制理论，采用由凸轮和机械液压装置组成的机械液压控制器即可成功地对发动机进行控制。 机械液压控制系统典型应用的机种：最典型的就是俄罗斯AN-*系列飞机。 这种简单的单输入单输出控制系统优点：（1）方法简单;（2）易于实现;（3）能保证发动机在一定使用范围内具有较好的性能。因此这种控制方法目前仍然应用于许多发动机的控制中。目前，国内运输机飞机上，发动机控制仍然用的是凸轮和机械液压装置组成的机械液压控制器。 随着发动机控制功能的增加，控制系统的复杂度也越来越大。这种简单的液压机械控制系统的缺点就显现了出来：（1）仅适用于：飞行速度比较小、飞行高度比较低、发动机的推力不大的飞机。（2）机械液压流量控制和伺服部件变得越来越大、越来越重、越来越昂贵。
汽车排气系统设计原则分析 摘要：汽车排气系统是传统燃油发动机管理系统的重要组成部分之一。排气系统承担了控制排气污染、降低排气噪声的重要功能，同时排气系统承受着500℃到900℃的高温，是汽车构造中最主要的热源之一。为了减少排气系统高温对周边件功能、耐久性能的影响，文章从总布置设计角度出发，分析了排气系统与周边件间隙确定方法及周边件隔热防护措施，从而避免了由于间隙过小及隔热防护不到位引发的火烧车现象和周边件功能、耐久性能失效问题。 关键词：排气系统；周边件；隔热防护；间隙 1引言 汽车排气系统是传统燃油发动机管理系统的重要组成部分之一，其负责将发动机工作过程中燃烧的废气排放到大气中，对尾气净化、噪声降低起着非常关键的作用[1]。排气系统与发动机增压器出口相连，布置在底盘下方，且承受着500℃到900℃的高温，是汽车构造中最主要的热源之一。排气系统主要分为热端和冷端。热端由三元催化转化器总成、颗粒捕捉器和支架等组成。冷端由消声器总成、连接管路和橡胶吊挂等组成。排气系统热端与增压器出口相连，最高温度可达到900℃以上，排气系统冷端通过法兰与热端相连，温度相对较低，但靠近热端处的最高温度也可达到500℃以上。排气系统周边件复杂多样，汽车工作时，排气系统表面温度很高，由于受到车身、底盘等系统的影响，排气系统周边难免会布置一些耐受温度较低的零部件。受周边件耐热、耐久性能要求的影响，周边件与排气系统的设计间隙在排气系统设计布置中至关重要。间隙过小，排气系统辐射到周边件上的温度超过其耐温要求易导致周边件功能失效、耐久老化，严重者可引发火烧车问题。间隙过大，易造成布置空间的浪费。为了更好地避免由于间隙问题及隔热防护不到位引发的火烧车现象和周边件功能、耐久性能失效问题，本文着重阐述了总布置设计时，排气系统与周边件间隙确定原则及周边件隔热防护措施。 2排气系统与周边件设计间隙确定原则 2.1设计要求对标法。总布置设计初期，排气系统与周边件间隙应满足保安防灾要求，如表1所示[2]。排气系统与周边件间隙要求主要是经过前期大量的设计验证及对标标杆车并参考各大车企设计要求总结而来。总布置设计初期，保安防灾要求是校核并确定数据设计间隙的第一依据。 2.2温度场仿真分析法。总布置设计初期，由于受整车布置空间的影响，排气系统与周边件间隙无法满足设计要求的方案是不可避免的。为了保证方案的可行性，需进行温度场仿真分析，以验证排气系统辐射到周边件上的温度是否满足其耐温要求，确保周边功能件正常
现代缸内直喷汽油机的燃油系统及维修 缸内直喷汽油机己被各大汽车制造商普遍采用，尤其是大众汽车公司近两年在国 内销售的新车己大部分采用TSI发动机，即涡轮增压缸内直喷汽油机。国内各汽车杂志都曾详尽地介绍过缸内直喷汽油机燃油系统的结构和工作原理，但由于此项技术发展很快，那些文章上很多内容己不符合当前实际。本文以大众TSI发动机和通用SIDI 发动机为例介绍目前实际装车用的缸内直喷汽油机的燃油系统结构、工作原理特点和维修注意事项。 目前实际装车用的缸内直喷汽油机的低压燃油系统和高压燃油系统都采用按需调节燃油系统，参见图1。所用的缸内直接喷射都取消了“分层”充气工作模式（压缩行程 喷射、稀混合汽），只有“均质”一种模式（进气行程喷射、入=1的混合汽）。这样可以不使用昂贵、且易损坏的存储型氮氧化物催化转化器，也能使排放达标。 一、低压燃油系统 1.低压燃油系统结构 与传统的进气道燃油喷射系统相比，其低压油路增加了燃油泵门控开关、燃油低压压力传感器G410油泵控制单元J538。燃油低压压力传感器采用传统三线式压力传感器燃油泵门控开关能使打开驾驶员侧车门时燃油泵即开始工作，车门开关信号被送至发 动机控制单元，燃油泵被触发2s。燃油泵提前工作是为了迅速建立高压以缩短启动时间。
有些汽车还具有碰撞燃油切断装置，它是通过燃油泵继电器断开燃油泵。 2.按需调节低压油路 低压油路在发动机工作时仅保持油压，以节电。在易汽阻状态则使油压保持在。然而，发动机工作时燃油消耗是不固定的，因此燃油低压压力传感器时刻将燃油压力信号发送发动机控制单元，发动机控制单元根据此信号向燃油泵控制单元发送一个有20Hz 频率的脉冲宽度调制信号。燃油泵控制单元根据这个指令，为电动燃油泵送去的脉冲宽度调制电流，形成闭环控制。换言之，此时燃油泵上的电压不是12V，而是由脉冲 宽度调制电流产生的较低的有效电压。即燃油泵转速是受控可变的，不需要燃油压力调节器，输出油压也保持在。 应注意，图1 中燃油泵上的回油管不是用于低压燃油系统的，它是仅用于高压燃油系 统的。低压燃油系统都采用无回油式的 二、高压燃油系统 1.高压油路系统结构 第二代高压泵高压油路系统如图2 所示，它由高压泵、燃油压力调节阀、燃油压力传感器、燃油分配管、喷油器、压力限制阀及低压回油燃油管等组成。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/543630445.html, 一型航空发动机燃油调节系统浅析 作者：缪建波陈福利王慧颖 来源：《中国科技纵横》2014年第05期 【摘要】航空发动机燃油调节系统主要用来向主燃烧室、加力燃烧室以及燃油液压控制系统供给燃油，并根据发动机状态和外界条件的变化，调节供油量，以保证发动机在各个状态下都能稳定工作。发动机在节流状态（即发动机油门手柄从最大位置移到慢车位置的移动区域所对应的发动机工作状态），由机械液压高压转子转速调节器控制；在最大和加力状态，由电子和机械液压调节器控制，采用闭环调节原理。 【关键词】燃油调节系统机械液压电子调节器节流状态最大状态 1 燃油调节系统工作原理 1.1 主燃烧室燃油调节系统的一般特性 节流状态燃油流量的调节由液压机械高压转子转速调节器来完成。最大和加力状态的调节，由电子和机械液压燃油调节系统共同完成。当系统工作正常时，由发动机电子调节器内燃油控制通道进行调节。通道调节器为模拟式，机械液压部分仅作为电子调节器的执行机构。当电子调节器故障时，系统自动转换为机械液压调节器进行工作，机械液压调节器根据高压转速=f（油门杆，进气温度）进行调节。 1.2 液压机械部分与高压转子转速控制相关机构的简介 高压转子转速调节器功用是在节流状态，或在最大和加力状态，发动机电子调节器故障完全失效、改由机械液压调节器工作时，根据给定的转速调节规律，自动保持给定的转速；当油门杆位置改变时，自动改变发动机的工作状态。 高压转子最大转速重调机构的功用是，当发动机电子调节器故障时，为保证发动机的安全，降低发动机高压转子的最大转速。 2 电子调节器 2.1 电子调节器工作原理 电子调节器是发动机电子—机械液压控制系统的一部分，用来调节发动机参数，向发动机控制附件、监控告警系统和机载记录系统发出指令。调节器根据发动机进口温度，调节最大状态和加力状态的高低压转子转速以及涡轮后温度。
目录 1.1．课题研究的目的和要求 (1) 1.2．航空发动机控制系统的发展 (2) 1.2.1．经典控制理论和现代控制理论在发动机控制中的应用 (2) 1.2.2．航空推进系统机械液压式控制器和数字式电子控制器 (4) 1.2.3．航空推进系统各部分独立控制与综合控制 (6) 1.3.航空发动机控制系统的基本类型 (6) 1.3.1.机械液压式控制系统 (7) 1.3.2.数字式电子控制系统 (7) 1.1．课题研究的目的和要求 航空发动机的工作过程是一个非常复杂的气动热力过程，随着环境条件和工作状态（如最大、巡航、加力及减速等）的变化，它要给飞机提供所需的时变推力和力矩，对这样一个复杂且多变的过程，如不加以控制，航空发动机是根本不能工作的。例如：某发动机在地面最大状态工作时，需油量是每小时2400kg；在15km高空、马赫数Ma为0.8时只有每小时500kg，需油量变化达5倍。若对供油量不加以控制，则发动机在飞机升高过程中，将发生严重的超温、超转，会使发动机严重损坏。因此，发动机控制的目的就是使其在任何环境条件和任何工作状态下都能稳定、可靠地运行，并且充分发挥其性能效益。 概括来说，航空发动机对控制的基本要求有： （1）在各种工作状态及飞行条件下，能最大限度地发挥动力装置的潜力，能有效的使用动力装置，以满足飞机
对动力装置的要求。具体来说，就是在最大状态下， 要能发出最大推力，以满足飞机起飞、爬高的要求； 在巡航状态下，耗油率要小，以满足经济性要求（即 飞机的航程要大）；慢车状态时则要求转速尽可能的 小，但又能保证发动机连续稳定的工作。 （2）过渡过程（启动、加速、减速、加力启动等）的调节时间尽可能地短，但又要保证动力装置能稳定、可靠 地工作。 （3）在各种工作状态及飞行条件下，保证动力装置不出现超转、过热、超载、喘振、熄火等不安全现象。 1.2．航空发动机控制系统的发展 航空发动机控制系统的发展大致可归纳为：由基于经典控制理论的单变量控制系统发展到基于现代控制理论的多变量控制系统，由机械液压式控制系统发展到数字式电子控制系统，由动力装置各部分的独立控制发展到各部分的综合控制。 1.2.1．经典控制理论和现代控制理论在发动机控制中的应用（一）经典反馈控制 早期飞机的飞行速度不高，发动机的推力也不大，所采用的亚声速进气道和收敛型喷管也不需要控制，这时的航空发动机采用的控制
汽车排气系统毕业设计 篇一：车辆排气系统设计规范 车辆排气系统设计规范 车辆排气系统设计规范 1、目的 随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。为使排气系统满(本文来自：小草范文网:汽车排气系统毕业设计)足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。 2、设计规范 2.1 排气系统及消声器的设计输入 2.1.1 车辆产品的排气系统的配置和走向，依所配车辆的总体结构布置的需要来设计。而消声器的性能开发则需要依所配发动机及其对排气系统的具体要求。在初步设计选型时，应将发动机的有关性能参数及其上的关键件的基准要素等（如曲轴箱后端面与曲轴主轴线的交点坐标、动力线偏移量及倾角等），作为设计条件输入设计，作为消声器选型及性能开发的依据之一。并根据国家、地方及企业有关法规和标准的要求，对系统和消声器的性能设计目标提出要求，
见附录1。 2.1.2 排气系统及其消声器在进行初步选型设计时，必须对系统进行结构方案分析和匹配计算分析，并提供选型设计分析报告，见附录2。 2.2 设计原则 2.2.1 排气系统及其消声器的设计，应使排气阻力尽可能的小，以使其对发动机的功率损失尽可能小。 2.2.2 排气系统及其消声器要有较好的音质和较低的音强，即应有较大的插入损失。 2.2.3 排气系统及其消声器要有较好的外观和内在质量及较长的使用寿命。 2.3 排气系统的设计要求和布置 2.3.1 排气管内径的确定在结构布置允许的情况下，排气管内径应尽可能大些，以降低管道内得气流速度，减少气流阻力产生的功率损失和再生噪声。一般应≥发动机排气歧管出口内径。或根据发动机排量等参数，按公式 (1) 计算初步确定排气管内径。 D=2 Q/(πV) ????????????????????（1） 式中：Q—发动机排量； V—气流速度，一般取 50~60 m/s 。 2.3.2 排气管的布置和转弯，应使排气尽可能顺畅。
汽车构造教案
空气滤清分为三种基本的滤清方法： 空气滤清器有惯性式、油浴式、过滤式三类。 惯性式是利用空气中所含尘土与杂质密度比空气大的特点，在空气吸入气缸的途径中使其急速旋转或改变方向，在离心力或惯性力的作用下，将尘土与杂质甩到外围而与空气分离； 油浴式它利用油浴把空气流在转折时甩出的尘土与杂质粘住，避免二次尘土与杂质吸入； 过滤式是引导气流通过带有细小孔的滤芯把尘土与杂质挡在滤芯外面，如纸质滤芯，金属丝滤芯．纤维，多孔瓷等。 惯性式空气滤清器以惯性原理构成的旋流器，它对清除空气中较大颗粒的尘土特别有效，其滤清效率约50％一60％，常用作多尘土地区工作的车用燃机上的空气粗滤器。 油浴式原理构成的油浴式空气滤清器，综合了惯性式和过滤式两种滤清原理，其滤清效率达95％~97％； 过滤式原理构成的纸质等空气滤清器，是在汽车，特别是在小轿车上用得十分广泛的一种，其滤清效率可达99．5％以上，且性能稳定。 纸质空气滤清器在标准含尘条件下正常使用寿命为2一5万千米。 二、进气管 1．进气管是连接空气滤清器和气缸盖进气道之间的管子。在汽油机上，有时把化油器或电子喷射节气门阀体与气缸盖进气道间的管子称为进气管。 进气管，特别是自然吸气车用高速燃机进气管，对燃机的油耗、功率、扭矩、排放等有重要。 2．分类：因而出现多种结构型式。大致可归结为：简单进气管、共振式进气管和带谐振腔的进气管三种(图6—13)。 简单进气管常用在车用柴油机和前几年的汽油机上，这种进气管结构简单，但
由于进入各气缸的气流阻力、路程长短和气流方向、速度的差异，致使各气缸进气不均匀。在电控喷射汽油机上由于喷油器直接在进气门附近喷射汽油，喷射的油雾颗粒细小，进气管无需采取预热措施。 共振式进气管较细长，与各气缸相连的各个管于长度大体一致，能很好的匹配。共振式进气管与各气缸单独连接，可利用进气气流的脉动效应以增强进气效果。进气效果的强弱取决于进气管长度，直径和燃机转速。 带谐振腔的进气管如图5－2c所示，有一个容积较大的谐振腔和无需过长的进气管，就可得到较低的谐振频率。它与共振式进气管的区别在于其谐振频率不必与进气冲程频率相同(或整数倍)，但与谐振腔相连的各个短的进气管间的进气间隔必须相等。改变谐振腔的容积，可调节燃机的最大扭矩和相应的转速，但不可能在燃机整个转速围增加扭矩。带谐振腔的进气管还能降低进气噪声。 5.2.2排气消声器 1．组成; 排气系统常由排气歧管、排气总管、催化反应器、排气消声器、排气尾管等组成。 目前在轿车上流行的排气消声器(图5—4)由前消声器2，中消声器4和后消声器6以及连接管等组成，并焊接成一个整体，以保持消声器的坚固性。 2．消音器原理： 前消声器采用谐振原理(图5－4a)．由三个大小不同的谐振室，彼此由穿孔管8贯通。穿孔管、隔板和断面的突变是谐振室的基本声学元件，它们作为声源的发射体．彼此间利用声波的相互干涉和在谐振室传播的声波又向这些声源反射，从而达到消声的效果。谐振器对抑制低频声波特别有效。中消声器采用谐振器和吸声原理(图5－4b)。两室之间为突然膨胀，从反射孔流出的气体再在穿孔管中折返后排出。采用吸声原理的后消声器(图5—4c)，在穿孔管外面装填了吸声材料。轿车和载货汽车排气消声器的总容积分别相当于燃机排量的4~10倍和3~8倍燃机排