课文A 汽车的基本组成
今天的一般汽车含有15000多个相互独立的零件，这些零件必须相互配合才能工作。这些零件可以被划分为四大类：发动机、车身、底盘和电气设备。
1.发动机
发动机是汽车的动力装置。内燃机是最常见的动力装置，它使燃料在气缸内燃烧，从而获得动力。发动机有两种类型：汽油机（也叫做点燃式发动机）和柴油机（也叫做压燃式发动机）。这两种发动机均被称为热机。燃料的燃烧产生了热量，这将导致气缸内的气体压力的升高，从而带动与变速器相连接的一根轴旋转。
所有的发动机都设有燃料供给系统、排气系统、冷却系统和润滑系统。汽油机还设有点火系统。点火系统的作用是提供点燃气缸内的空气-燃油混合气必须的电火花。当点火开关接通时，电流从12V蓄电池流到点火线圈。点火线圈将电压提高，以便产生点燃燃料所必须的20000V的高电压。
汽车通过其电气系统提供它所需要的全部电流。例如，汽车电气系统要为点火系统、喇叭、车灯、加热器和起动机提供电流。电压的高低由充电系统来维持。
燃料系统贮存液体燃料，并将液体燃料输送给发动机。燃料贮存在燃油箱内，燃油箱通过燃油管与燃油泵相连。在燃油泵的作用下，将燃料从燃油箱吸上来，并通过燃油管，穿过滤清器，到达化油器（在这里，燃料与空气进行混合），或者进入燃油喷射系统。燃料在化油器内、进气歧管内或者就在各个气缸内与空气混合，从而形成了可燃混合气。 冷却系统将多余的热量从发动机上搬走。发动机燃烧室内的温度约为2000℉（1094℃）。由于钢铁在大约2500℉（1354℃）时就会熔化，为了防止发动机损坏，必须将这些热量移走。散热器内充满冷却液，水泵将使这些冷却液反复通过发动机气缸体和气缸盖内的空心薄壁层。冷却液不停地流过发动机和散热器，从而将发动机的热量散发出去。也可以通过散热器风扇将热量散发掉，因为风扇能使空气从散热器叶片的狭小缝隙中穿过。冷却系统还能为乘客舱和车窗除霜器提供热量。
润滑系统对保持发动机平稳运转极为重要。该系统所用的润滑剂叫做机油。润滑系统有四个功能：
1）在运动部件表面涂覆机油，降低摩擦；
2）加强了活塞环与气缸壁之间的密封； 3）带走残渣、尘土和酸类物质；
4）使机油循环流动，以便对发动机进行冷却。
为了保持冷却系统工作具有高效率，必须定期更换机油滤清器和机油。汽车上所有的其他运动部件都必须得到润滑。
2.车身
汽车车身是一个上面装有车窗、车门、发动机罩和行李箱盖的壳体类薄钢板零件。车身对发动机、乘客和货物能够起到保护作用。车身的设计应能保证乘客安全而舒适。车身的造型使汽车具有引人注目、丰富多彩、充满现代气息的外表。车身的流线型减小了空气阻力，并在行车时防止车辆横摆。
四门轿车采用封闭式车身，该车身带有可让乘客进出的车门（多达四个）。这种封闭式车身设计还可存放行李或其他货物。四门轿车（sedan）在英文中也被称为saloon，并一直具有固定车顶。同样的封闭式车身设计出了具有2门设计外，还有软顶式设计，并且常常被称为敞篷汽车。
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多用途厢式车（MPV）设计以常见的四门轿车设计或改进的设计为基础，这样就可获得最大的装货空间。
皮卡用来运送货物。通常，皮卡的底盘部件和悬架比轿车更加坚固，以便承受更大的汽车总质量。
用来运送货物的商用汽车车身是为专门用途而设计。 通常，公共汽车和长途客车是整体式车身的四轮汽车，但是，也可以采用多个车轮和多个车桥。有时，使用铰接式公共汽车来增大载客量。公共汽车和长途客车可以是单层式或者是双层式。公共汽车通常用在市内，作为月票使用者的运输工具，而长途客车更加豪华，并且用于长途客运。
3.底盘
底盘总成包括一辆汽车的主要工作系统，这些系统包括传动系统、悬架系统、转向系统和制动系统。
1）传动系统
转动系统包括离合器、变速器、传动轴、后桥差速器和驱动轮。
离合器或液力变矩器的作用是切断或连接发动机与汽车驱动轮之间动力传送。动力的切断或连接可以通过人力控制或者是自动控制来实现。
变速器的主要作用是在发动机与驱动轮之间提供可供选择的若干传动比，从而使汽车能够在各种行车条件下都能满意的工作。档位可以由驾驶员通过手动方式进行选择，或者通过液压控制系统实现自动选择。
传动轴的作用是将来自变速器的动力传送给后桥总成的输入轴。柔性万向节允许后桥和车轮的转速上下波动，而不会影响正常工作。
后桥总成的作用是将来自传动轴的发动机的旋转动力改变90°，再传给半轴和驱动轮。后桥总成的另一个作用是允许两个驱动轮以不同的转速转动，这一点在转弯时很重要，因为转弯时外侧车轮必须比内侧车轮转得快。第三个作用是增加了传动比，以实现转矩的放大。
2）悬架系统 车桥与和车轮与底盘之间用悬架隔开。悬架的基本作用是吸收路面不平所引起的振动，否则的话，使其不会传递给车辆及其承载的乘员。这样，不管路面状况如何，都能使车辆具有可控的、笔直的行驶路线。
3）转向系统
在驾驶员通过转向盘的操控下，转向系统就能使前轮偏转。转向系统可以采用动力辅助，以便减轻转动转向盘所需的力，使车辆转向操纵更加容易。
4）制动系统
汽车制动系统由三个主要功能：必要时，应能够降低车速；应能够在尽可能短的距离内停车；应能够使汽车保持不动。固定表面（制动衬快）与转动表面（制动鼓或制动盘）接触产生摩擦，因而产生了制动作用。
每个车轮上均装有制动器总成， 其型式或为鼓式或为盘式。当驾驶员踩下脚制动踏板时，制动器在液压力的作用下动作。
4.电气设备
电气系统为点火系统、喇叭、车灯、加热器和起动机提供电能。电压的高低由充电系统来维持。充电电路由蓄电池和发电机构成。蓄电池的作用是存储电能。发电机将发动机的机械能转变成电能，并为蓄电池充电。
第2单元 发动机机械
课文A 发动机工作原理、主要部件及分类
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汽车发动机基本上都是热机。汽车上所用的热机都是内燃机。
1.发动机工作原理
点燃式发动机是一种采用外部点火的内燃机。汽油机是一种点燃式发动机。 四冲程循环汽油机工作循环包含四个活塞冲程。这四个冲程有（图2-1）：
发动机的第一个冲程被称为进气冲程。在活塞下行之后，进气门不只是打开，而且会随活塞的下行，开度还在进一步增大。这样，可使空气在整个活塞下行期间能将燃料吸出来。
记住，进气行程在活塞位于气缸顶部（进气门开启，排气门关闭）时开始，在活塞到达气缸的底部时结束。这个行程需要曲轴转半圈。
随着活塞继续运动，活塞在气缸中向上运动。如果两个气门都保持关闭，当活塞到达顶部时，含有燃油的混合气就会受到挤压，即压缩。这个过程被称为压缩行程。这个行程也需要曲轴转半圈。
压缩行程用来将燃油粉碎成较小的颗粒。这是混合气受到压缩时，突然出现涡流运动和受到搅动的结果。
当混合气突然受到急剧增长的压缩压力时，其温度就会上升。这种温度的增长使混合气更容易点火，爆发力更大。当活塞到达其压缩行程的顶点时，它就回到了将要受到爆发力而被向下推动的适当位置。
记住，压缩行程在活塞位于气缸底部（两个气门均关闭）时开始，在活塞到气缸的顶部时结束。这个行程需要曲轴再转半圈。
当活塞到达压缩行程顶部时，混合气被粉碎成许多微小颗粒，温度升高。当点火时，混合气就会爆炸，产生极大的爆发力。这个时刻就是混合气爆炸性燃烧的最佳时机。火花塞能在燃烧室内产生火花。靠点火系统火花塞才能产生火花。这个系统将在第6单元讨论。 设想一下，在燃油空气混合气中有一个灼热的火花的情形。混合气将会爆炸，并将推动活塞沿气缸下行。这将对曲轴产生一个快速而有力的推动作用。这就是作功行程。在作功行程期间，两个气门必须保持关闭，否则，燃料燃烧的压力就会通过气门口产生泄漏。记住，作功行程在活塞位于气缸顶部（两个气门都关闭）时开始，在活塞到达气缸的底部时结束。这个行程需要曲轴再转半圈。
当活塞到达作功行程的底部时，排气门开启，旋转的曲轴迫使活塞向上运动，将燃烧废气驱赶出去。这个行程叫做排气行程。
记住，排气行程在活塞位于气缸底部（排气门开启，进气门关闭）时开始，在活塞到达气缸的顶部时结束。这个行程又需要曲轴转半圈。
如果你数着进气、压缩、作功和排气行程所经历的半圈的个数，你就会知道总共有4个半圈。也就是，曲轴正好转两圈。尽管曲轴转过两圈，但是只有半圈，即四分之一的时间，曲轴能够得到动力。
一旦活塞到达排气行程的顶部，它就会另一个进气、压缩、作功、排气循环。这个循环反复进行。每个完整的循环都是由四个活塞行程所组成，因而得名四冲程循环。
2.发动机主要部件
1）气缸体
气缸体是安装发动机所有部件的一个刚性金属基础件。它内含气缸，支承曲轴和凸轮轴。在老式发动机上，气门座、气道、气门导管均在气缸体上直接制成。一些附件总成和离合器壳用螺栓固定在气缸体上。
气缸体或由铸铁制成，或由铝制成。气缸体越轻（倘若具有足够的强度）越好。现代薄壁铸造工艺的型心尺寸精度和位置精度要比老式铸造工艺高得多，从而能够铸造出更薄的气缸体间隔层，降低了气缸体的重量。由于气缸体间隔层更均匀，维修期间的气缸体变形将会减轻。
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2）气缸
气缸是在气缸体上加工形成的圆孔，它对活塞起导向作用的，同时用作一个容器，来实现空气-燃油混合气的吸入、压缩、点火和排气。气缸既可以用钢也可以用铸铁来制造，到目前止，使用铸铁的最多。在铝气缸体内希望采用钢质气缸时，这些气缸就会以气缸套（圆管形）的形式安装在铝气缸体上。这些气缸套或者铸入或者压入气缸体。有些发动机采用可更换式气缸套。当气缸磨损时，可将旧气缸套拉出来，再压入新气缸套。这些气缸套要压入到加大尺寸的气缸孔中。气缸套广泛用于重型货车发动机和工业发动机。铸铁气缸体中的一个气缸磨损或者开裂，也可用气缸套进行修复。
3）活塞
活塞必须在气缸内向下运动，从而产生真空，将含燃油的混合气吸入气缸。然后再向上运动，压缩混合气。当混合气点火之后，膨胀气体的压力就作用于活塞顶上，在这个强大的压力下活塞向下运动，从而将膨胀气体的能量传递给曲轴。然后，活塞再在气缸内向上运动，是燃烧废气排出去。
通常，活塞由铝制成。铝活塞的表面常常镀锡，以便在发动机开始运转阶段能进行适当的磨合。铝活塞可以用锻造的方法制成，但常用的制造方法是铸造。铸铁活塞是制造低速发动机活塞的好材料。它具有优异的耐磨性，因而具有良好的可靠性。
4）连杆
顾名思义，连杆用于连接活塞与曲轴。连杆的上端来回运动（上下来回摆动），而下端（即大端）轴承转动。
上端轴承运动量小，因此轴承表面积可以适当减小。下端转动非常快，并且曲轴轴颈在连杆内转动。这种转动的速度往往会产生热量和磨损。为了使连杆磨损不能过大，需要较大的轴承表面积。
连杆的上端有一个孔，用于安装活塞销。必须将连杆大端的底部移走，才能使连杆安装到曲轴轴颈上。被移走的部分叫做连杆盖。
通常，连杆是由合金钢制成。制造时，先将连杆进行锤锻成型，然后再进行机加工。
5）曲轴
发动机的曲轴连续不断地为车轮提供旋转力。曲轴上有用于连接连杆的曲柄。曲轴的作用是将活塞的往复运动转变成驱动车轮的旋转运动。曲轴用合金钢或铸铁制成。
曲轴的位置通过一系列的主轴承来保持。曲轴主轴承的最大数目要比气缸数目多一个。曲轴主轴承数可以比气缸数少。大多数发动机使用精密的轴瓦，其结构与连杆轴承一样，只是更大些。除了制成曲轴外，主轴承中有一个必须能够控制曲轴的前后运动。
6）飞轮
曲轴的后端用螺栓固定一个重重的飞轮。飞轮的作用是使发动机转速均匀并在做功行程之间维持曲轴转动，在有些发动机上，飞轮还用作离合器的安装表面。飞轮的外缘装有一个上面制有齿轮牙齿的大圈。起动机的牙齿与这些齿啮合，因而带动飞轮旋转，使发动机起动。当采用自动变速器时，液力变矩器总成与飞轮一起工作。
7）凸轮轴
凸轮轴用于打开和关闭气门。在发动机上每个气门对应着凸轮轴的一个凸轮。大多数发动机一般只有一根凸轮轴。新型发动机越来越多地采用两根甚至更多的凸轮轴（见图2-2）。
8）气门
一般，发动机的每个气缸具有两个气门。然而，现代发动机常常采用每缸四气门（两个进气门，两个排气门）。有些小型汽车采用的发动机采用每缸三个或五个气门：两个进气门和一个排气门，或者三个进气门和二个排气门。
由于排气门的头部的工作温度高达1300℉（704℃），因此排气门由耐热钢制成。为了
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防止烧蚀，气门必须将热量传给气门座和气门导管。气门与气门座之间必须接触良好，与导管之间具有最小间隙。
9）气门挺杆
机械式气门挺杆通常由铸铁制成，并且与凸轮轴接触的底部经过淬火而变硬。有些挺杆制成空心结构，以便降低重量。大多数采用机械式挺杆的配气机构都设有调节气门间隙的某种机构。机械式气门挺杆用于老式发动机上。
液力式气门挺杆的作用于机械式气门挺杆相同。然而，液力式气门挺杆能够自行调节功能，工作时挺杆与摇臂之间无间隙，并且利用发动机润滑油压力来工作。液力挺杆工作时噪声小。
3. 发动机分类
1）按照工作循环进行分类
发动机常常按照工作循环予以分类。大多数活塞式内燃机采用二冲程循环或四冲程循环。所有现代汽车发动机均采用四冲程循环发动机。
二冲程循环发动机在曲轴旋转一圈内即可完成进气、压缩、作功和排气过程。
2）按照气缸布置进行分类
直列式发动机的各个气缸排成一条直线。这些气缸处于垂直位置或接近垂直位置。大多数现代直列式发动机都是四缸发动机。
V型发动机将两列气缸布制成具有相互之间具有一定的夹角（一般为60°或90°）。V型发动机具有若干优点：长度缩短，气缸体刚度增大，曲轴短而重，发动机外廓尺寸小，有助于降低发动机罩轮廓线。气缸体长度缩短有助于缩短汽车长度，而不损害乘客舱空间。
水平对置式发动机与V型发动机是一样的，只不过是两列气缸在同一个水平面内。这样，水平对置式发动机的优点是发动机总高度特别小，因而非常适合于空间受到限制的场合。
3）按照冷却方式进行分类
正如你所学过的那样，发动机或采用水冷，或采用风冷。大多数车辆采用水冷式发动机。在现代汽车上，风冷式发动机只获得了有限的应用。
第3单元 燃油喷射系统
课文A 电子控制燃油喷射系统
燃油喷射系统通过加压力的方法，将燃油输送到进气流中（见图3-1）。燃油喷射系统要对进入的空气量进行实际测量，并提高燃油的压力，从而直接根据空气量的测量值输送精确数量的燃油。由于将具有压力的燃油输送给进气管，喷油量可以得到更加有效的控制。因此，燃油供给就比较容易地得到控制，从而满足了极端工作条件下的独特的要求。这就使发动机在更宽广的工作范围上具有更高的效率。
在电子控制燃油喷射系统中，空气燃油混合气的控制有两种方法。喷油器的开启和关闭受电信号的控制。这是一种间歇式燃油喷射系统。在另一种系统中，喷油器的开启受燃油压力的控制。根据系统的不同，燃油压力或受电子控制装置的控制，或受空气流量计量阀的控制。这是连续燃油喷射系统。
1.间歇式燃油喷射
在间歇式燃油喷射系统中，通过喷油器的燃油流速保持不变。总的喷油量取决于喷油器开启时间的长短。间歇式燃油喷射系统可以按照所用的正时次序和喷油器位置进行分类。 2.间歇式燃油喷射系统的类型
下面将讨论一些常见的燃油喷射系统，这些系统是现在正在使用的间歇式系统的典型代表。通常，间歇式喷射系统采用电子控制。虽然各种间歇式燃油喷射系统之间在设计上存
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在许多差异，但是它们的工作原理非常相似。
节气门体喷射系统采用了一个装有一个或两个喷油器的总成。该总成安装在进气歧管的入口处，并将燃油喷射在节气门之前。这些系统也叫做单点喷射系统或叫做中央喷射系统。
多点喷射系统在进气门附近的进气道口处输送燃油给发动机。这就意味着进气歧管只输送空气，而在化油器或单点喷射系统中，进气歧管输送的是空气与燃油的混合气。因此，多点喷射系统具有下列优点：
·由于避免了化油器的节流损失，并允许采用调谐进气支管来获取更好的转矩，所以提高了发动机的功率。
·由于燃油从节气门体运动到进气道过程中所存在的节气门响应滞后现象得到了缓解，因此，改善了发动机的运行性能。
·由于避免了燃油在进气歧管内壁上冷凝（进气歧管湿润），因而，提高了燃油经济性。 ·由于涡轮增压器的压气机只需要处理纯空气，因此简化了涡轮增压器的涂敷工艺。 3.间歇式燃油喷射系统组成
典型的间歇式燃油喷射系统可分为三个基本部分： ·进气系统；
·燃油供给系统；
·电子控制系统（包括发动机控制计算机和电子传感器）。 1）进气系统
进气系统包括空气滤清器总成、节气门体和进气歧管。节气门体内含有节气门，驾驶员打开和关闭节气门，以便控制进入进气歧管的空气量。
对节气门体燃油喷射系统，节气门体上也装有燃油喷射部件。进气歧管在节气门体与气缸盖之间形成一条封闭的进气通道。
2）燃油供给系统
燃油供给系统（图3-2）供给与空气混合的燃油。燃油压力由电动燃油泵产生。有些系统采用两只燃油泵：低压燃油泵的作用是将燃油输送给能产生压力的另一只燃油泵。
（1）燃油压力调节器
有些节气门体燃油喷射系统的压力低达7psi，而有些多点式系统却能产生60psi（55kPa~380kPa）或者更高的压力。喷射系统的压力受压力调节器的控制。压力调节器控制压力的方法是将多余的燃油放回到进油管中或燃油箱中。通常，多点燃油喷射系统的压力调节器通过一根软管与进气歧管相连。
（2）喷油器
喷油器接受来自燃油泵和压力调节的燃油，再将燃油喷入进气歧管。喷油器可以是节气门体的组成部分，或者安装在进气歧管上，并通过油轨（燃油分配管）与燃油供给系统相连。油轨是一个将燃油输送给各缸喷油器的刚性的钢管。有些喷射系统的喷油器与油轨采用软管连接。
3）发动机控制计算机
发动机控制计算机由许多不同的电子电路和电子部件组成。由于系统不同，发动机控制计算机的尺寸和复杂性也不同。除了喷油器外，现代发动机计算机还控制着一些其他的发动机的系统。通常，计算机位于一个受到保护的区域，以免受到发动机振动和热辐射。同时，借助于一个密封的线束插头，计算机还与喷射系统的其余部分相连接。
无论发动机何时运转，计算机都将接受来自许多传感器的信号。根据这些输入，计算机计算出发动机的燃油需要量，并相应地调整喷油器的脉冲宽度。有些计算机还能在冷起动之前，让燃油泵通电2~5s，以便使燃油系统建立油压。许多燃油喷射系统以此来替代冷起动喷油器。
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4）电子传感器
电子传感器监测发动机的各种功能，并将这种信息送给发动机计算机。传感器的类型和数目因系统而异。
（1）氧传感器
氧传感器监测发动机排气中的氧的数量。当排气中氧含量变化时，传感器所产生的电压信号也跟着变化。氧传感器一般安装在排气歧管中。大多数电子控制燃油喷射系统依赖氧传感器来获取更多的发动机工作信息。
（2）发动机转速传感器
发动机转速传感器监测发动机转速。许多转速传感器安装在分电器内，依靠旋转的分电器轴来获取转速信号。在某些情况下，点火线圈或霍尔效应开关将转速信号提供给计算机。在另外一些情况下，发动机转速传感器的安装位置能使该传感器监测到曲轴或者凸轮轴的转动。
发动机转速传感器还能指示曲轴和凸轮轴的位置，这样在进气门开启之前，计算机就能打开盘油器。计算机利用这个信息（以及其他的传感器输入）来确定喷油器脉冲的脉冲定时和脉冲宽度。
（3）节气门位置传感器
节气门位置信息通过节气门位置传感器传送给计算机。节气门位置传感器安装在节气门体上，用于监测节气门的运动。节气门位置传感器可以是电阻型传感器。电阻型传感器内含有可变电阻器，根据节气门位置的不同，它可以将一个变化的信号送给计算机。
（4）进气歧管绝对压力传感器
通过进气歧管绝对压力传感器，可将发动机负荷信号传送给计算机。该传感器能将进气歧管真空转变成一个微弱的电信号。当发动机在大负荷，需要加浓混合气时，这个输入信号能使计算机增加喷油量；当发动机在小负荷时，能减小喷油量。
（5）大气压力传感器
许多喷油系统采用了一只测量车外空气压力的传感器，该传感器通常被称为大气压力传感器。计算机将大气压力与进气歧管真空度进行比较，从而能更紧密的监视发动机负荷。当车辆行驶在低海拔或者高海拔地区时，大气压力传感器的输入信号就显得非常重要。有时，大气压力传感器与进气歧管绝对压力压力传感器组合为一个总成。
（6）温度传感器
温度对燃油喷射系统的工作有很大的影响。为了克服低温的燃油冷凝成不能燃烧的液体燃油，低温发动机必须获得浓混合气，才能正常运转。每个燃油喷射系统都装有一只温度传感器，来测量发动机冷却液温度。许多燃油喷射系统还装有另一只传感器，来测量进气温度。
（7）空气流量计
某些新型的燃油喷射系统利用一只空气流量计来监测进入发动机的空气量。计算机接受这个输入信号，并将其余发动机转速信号和进气歧管真空度信号进行比较，从而确定喷油量。空气流量计有三种：热线式、叶片式和卡曼涡旋式。
4.连续喷射系统（CIS）
连续喷射系统有时被称为机械式喷射系统或者叫做流体力学系统，这是因为燃油计量取决于空气流量计与燃油分配器之间的机械关系。
最早的连续喷射系统明显不同于EFI系统，它们对基本喷油量并没有采用电子控制。现在，连续喷射系统已经得到发展，并出现了比较先进的变型产品。自1980年以后，电子控制已经成为几乎所有的CIS喷射系统的组成部分。
第4单元 汽油直接喷射
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课文A 汽油直接喷射（GDI）和线控油门
1.汽油直接喷射
普通的汽油机设计用电子控制燃油喷射系统替代传统机械汽化系统。目前，将燃油喷入各个进气道口的多点喷射系统（MPI）是应用最为广泛的系统之一。尽管MPI大大提高了响应性和燃烧质量，但是由于燃油和空气在进入气缸之前进行混合而形成混合气，这种优越性也会受到限制。
为了进一步提高响应性和燃烧效率，同时降低燃油消耗，提高输出，系统可以采用直接喷射。汽油直接喷射发动机被设计成将汽油直接喷射进气缸内，喷射的方法与直接喷射式柴油机相似。
直接喷射可设计成具有更大的控制灵活性和更高的精确度，因而提高了燃油经济性。这一点是通过使许多工况下能够进行超稀薄混合气的燃烧来实现的。直接喷射的设计还允许采用更高的压缩比，因而提高了动力性，并降低了燃油消耗。目前，直接喷射汽油机在全世界范围正在在轿车上得到推广应用。
1）三菱GDI
三菱汽车公司的目标是取得低油耗、高输出。MMC（三菱汽车公司）是世界上缸内直接喷射汽油机开发的先驱者。它的缸内直接喷射汽油机叫做“GDI”，最早安装在1996年款戈兰特轿车上。GDI系统将燃油直接输送到气缸内。
随着喷油定时的变化，就能形成各种各样的空气-燃油混合气。利用三菱独到的方法和技术，GDI发动机及降低了燃油消耗，同时又提高了输出。这种看来相互矛盾而又难以实现的目标通过采用两种燃烧模式而得到实现。三菱独辟蹊经，使喷油定时的变化与发动机负荷相匹配。
（1）超稀薄燃烧模式
在大多数正常行驶条件（车速最高达120km/h）下，三菱GDI发动机运行在超稀薄燃烧模式，从而降低了燃油消耗。在这种模式时，燃油喷射发生在压缩冲程的后期，点火发生在空燃比30~40（包括EGR时为5~55）的超稀薄混合气中。
（2）高输出模式
当GDI发动机在高负荷或高转速工作时，在进气行程中进行喷油。这样，确保混合气更加均匀且温度较低（减小爆燃的倾向），使燃烧得到了优化。
这两种工作模式如图4-1所示。GDI发动机的活塞如图4-2所示。 另外，2000年款兰瑟轿车上首次装用的GDI-CVT动力总成采用了综合控制，充分利用了GDI的特性，因而大大降低了能量损失。高精度转矩控制和宽广的低油耗转速范围，以及CVT大传动比的快速、连续控制的特性，是实现最高水平的燃油经济性和特别平稳的乘坐舒适性成为可能。
2）大众的直接喷射
奥迪的新款2L I-4发动机大大改善了它所取代的1.8T发动机所建立的高标准。尽管奥迪放弃了1.8T发动机独特的每缸5气门结构，但是，2L FSI发动机通过将喷油器安装到燃烧室中，对更传统的4气门布置进行了补充。安装喷油器的这个位置过去被奥迪的第五气门所占据。
在动力装置领域，汽油直接喷射（DIG）技术是出现最快的改善动力性和经济性的新技术，并且用2L FSI（大众燃油直接喷射的英文首字母），奥迪及其母公司大众正在引领这项技术。
奥迪说，FSI将是汽油机走向未来的关键。不久，每个奥迪品牌的发动机都将装有FSI系统。
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FSI将功率和转矩提高到一个新的水平，并能提高燃油经济性。燃油经济性的增加量至少能够抵消掉因提高发动机功率一般所损失的那部分燃油经济性。例如，尽管2L FSI发动机的功率和转矩比1.8T分别增加30马力和40多磅力·英寸（41Nm），但是一台装有这种新型发动机的A4 CVT轿车的燃油经济性在城市行驶时提高了20%，在公路行驶时提高了10%。
据声称，2L I-4发动机是世界上第一种将DIG技术与涡轮增压相结合的汽车发动机。如果奥迪令人瞩目的新型4缸发动机都能获得直接喷射技术与涡轮增压技术结合在一起所带来的典型结果的话，我们期望能看到更多的汽车厂家紧跟奥迪的创新步伐。
3）丰田的DI发动机
丰田汽车公司已经开发了一种4缸直接喷射（DI）汽油机。与这种新型发动机一起开发成功的另一个项目是一种即将投产的新型三效催化转化器，该催化转化器能对稀燃发动机所特有的富含NOX的废气进行氧化。
这种新型发动机（丰田称其为D-4）是一种2L DOHC直列4缸发动机。其压缩比为10:1，使用普通无铅汽油就能正常工作。
D-4发动机具有精心优化的燃烧室。活塞顶采用带唇缘的杯形结构，这种结构势空气-燃油混合气集中在火花塞周围，以便混合气点燃。
进气经过螺旋气道后，形成了强烈的水平涡流。丰田公司说，这种涡流与带有唇缘的燃烧室相结合，不仅使燃烧保持极高的稳定性（稀燃发动机的重要问题），而且还会使空气-燃油混合气分层。在特殊的涡流型高压喷油器的作用下，还会形成另一个涡流。最终的结果是，就在火花塞的附近是富含燃料的混合气，在气缸壁的附近是极端稀薄的空燃比。
D-4发动机能在空燃比高达50:1的情况下稳定工作，而该公司目前现有的非直接喷射稀燃发动机的最大空燃比大约只有24:1。
丰田公司说，由于加强了燃油的气化，这种新型发动机还有进气温度低的优点。进气温度低能提高充气效率，该发动机还装有丰田公司的VVT-i（智能型可变气门定时）系统，从而对每个气缸的进气能够给予更加精确的控制。
众所周知，稀燃发动机的NOX排放值高。丰田公司说，新型D-4发动机采用高EGR率的废气再循环（当发动机工作在稀薄燃烧模式时，EGR率高达40%）以及使VVT-i系统像EGR一样地操作，从大大降低了NOX的形成。
为了在理想配比时使所吸收的NOX得到净化，新型的三效催化转化器采用贮存/还原式设计——当发动机工作在稀薄状态时，将过多的NOX贮存起来，直到这些NOX与理想配比工作期间所形成的废气相结合而得以净化为止。
这种新型发动机依靠功能强大的精密的发动机管理软件，以便精确地设计喷油定时和喷油持续期。在大负荷时，例如急加速期间，压缩行程中将喷油时可提早，自从形成了均质混合气，获得了最大功率。介于均质和分层混合气之间的交叉点处就产生了能使转矩均匀过渡的半分层混合气。
与普通的发动机相比，低、中速转矩提高了10%，用日本10-15城市燃油经济性试验所测得的燃油经济性得到了30%以上的大幅度提高。此外，丰田宣布，由于DI设计所表现出来的快速响应性使0~62mile/h（0~100km/h）的加速时间和超车加速时间缩短了10%。
2.电子节气门——线控油门 有些最新的Motronic系统采用了电子节气门（也叫做线控油门系统）。电子节气门在加速器踏板与节气门之间没有机械联系。的确，如图4-3所示，加速传感器检测到加速踏板的运动即位置，然后将关于踏板运动的信号发送给控制单元。电子节气门（博世将其称之为EGAS）听起来好像是某种我们都不需要的东西，但是它却具有许多优点。
节气门开度信号可以按照发动机转速和发动机温度进行调整。电子节气门还能提供简化
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的巡航控制功能，还能控制最低转速（替代怠速稳定器）和控制最高转速（替代喷油器的交替断油）。
然而，还有更多的优点。为了实现牵引力控制，电子节气门会与ABS（防抱死制动系统）进行通信。同样的ABS轮速传感器也为ASR（防滑调节装置）提供信号。
当任何一只车轮开始打滑时，略施制动即可阻止这个车轮打滑。当一个车轮打滑严重时，差速器就不再将功率传送给另一个车轮。如果两个驱动车轮都出现打滑的迹象，电子节气门就减小功率，以便获得最大牵引力。牵引力控制能使汽车获得最大加速度。如果让轮胎产生尘土飞扬的场面是你的乐趣，那么就要关闭ASR。但是为了得到最快的起步加速，你就不要关闭ASR。
你能相信电子节气门吗？他会产生意料之外的加速吗？在汽车起步前，该系统首先对安全电路进行检查，并将故障报告给驾驶员。如果发现一个故障，故障安全电路就会关闭某些功能，但是，仍然能够让你将车开回家，或者开到维修店。电子节气门比某些拉索操纵的节气门更加可靠。
第5单元 柴油机燃油喷射
课文A 柴油机燃油喷射概述
某些轿车和货车采用了柴油机。柴油机利用压缩高温而不是火花塞来点燃混合气。柴油机燃油喷射系统与汽油机燃油喷射类似，但却需要更高的喷油压力。吸入气缸的是空气，并且空气受到更大程度的压缩。压缩比之高，足以使被压缩的空气达到1000℉（538.2℃）。在活塞完成压缩行程的某个精确时刻，柴油燃料被喷入燃烧室，或者喷入偏置的预燃室。受压缩的空气的高温足以将燃料点燃，继而作功行程开始。
1.柴油机燃油供给系统一般介绍
柴油机燃油供给系统的布置如图5-1所示。典型的柴油机燃油供给系统的组成包括：燃油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器和必要的油管。图5-1所示的系统是一种采用计算机控制电子喷油泵的新型柴油机燃油供给系统。
1）燃油中含水量传感器
有些汽车安装了一只燃油中含水量传感器。该传感器能够通知驾驶员燃油中有水。然后，通过一只安装在有水分离器底部的阀将水吸出去。水对燃油喷射系统会产生极其严重的破坏作用。
2）柴油滤清器
为了避免喷油系统发生故障，必须使柴油燃料保持清洁靠。即使很小的颗粒也足以堵塞喷油嘴。柴油机燃料系统一般采用一只或几只滤清器，以便过滤掉尘土和其他沉积物。
3）喷油泵 在压缩行程的终了，柴油被直接喷入汽缸。由于柴油机采用高压缩鼻（大约22:1），喷油泵必须能够产生高压。喷油泵的压力因泵的不同和发动机的不同而存在很大的差异。喷油压力的范围为3000~15000磅力/平方英寸（20685~103425kPa）。
4）喷油泵怎样产生压力
喷油泵通过在一个圆筒内安装一只柱塞的方法，将燃油封闭在柱塞上方。当柱塞向上运动时，就会对燃油产生压力。压力的增加使喷油器开启，因而将燃油喷入发动机。对应于每个喷油器，喷油泵上就有一个柱塞，或者一个泵（常常由两个或者几个对置柱塞组成）为所有的喷油器供油。
2.喷油泵的类型
喷油泵的设计有若干种类型。最常用的轿车和轻型货车柴油机喷油泵属于直列式或分
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配式喷油泵。喷油泵首先提高燃油压力，然后以适当的时刻将高压柴油输送到各个气缸。 3.直列式喷油泵
对于每个汽缸来说，直列式喷油泵采用一套单独的柱塞副-凸轮组件。这些柱塞副-凸轮组件在同一个壳体内排成一行。这些凸轮是一根共用的凸轮轴的组成部分。凸轮轴由发动机驱动，并以一半的发动机转速转动。驱动方式有链传动、带传动和齿轮传动。来自输油泵的燃油被输送到所有的柱塞总成。随着凸轮轴的转动，每个柱塞都在各自的缸筒内上、下运动。
一根控制齿条既一根一侧带有齿轮牙齿的杆与每个柱塞组件啮合。通过移动控制齿条，所有柱塞的有效泵油行程（泵油量）都能得到调节（图5-2）。
（1）直列式喷油泵计量控制
每个柱塞均在一个单独的缸筒内工作。柱塞的上一部分具有一个宽带即切掉的凹槽区。凹槽的一边形成一条螺旋线。柱塞还有一个垂直槽，此垂直槽从柱塞的顶部向下伸到凹陷区。
柱塞的底部借助于凸缘与带齿的控制套相连，控制套的齿与控制齿条啮合。当控制齿条来回移动时，柱塞就会在缸筒内旋转，因此柱塞得有效泵油行程将会发生变化。
（2）喷油泵出油阀 从喷油泵缸筒流出的燃油会供给输油阀。燃油流动迫使出油阀离开阀座。当螺旋部分开启缸筒进油孔时，泵筒中的燃油压力瞬间下降，这就导致了出油阀快速落座。在此期间，高压供油管路（喷油器壳体、到喷油器的管路和出油阀弹簧室）的容积突然增加了出油阀行程对应的体积。这部分容积的增加导致了输油管路压力的突然下降，这就使喷油器针阀能快速而干脆地关闭，无滴油现象发生。直列式和分配式喷油泵都采用出油阀。
4.分配式喷油泵
分配式喷油泵如图5-3所示。你会发现一台双柱塞式喷油泵能为所有的喷油器供油。转子上有一个出油阀。
1）喷油泵吸油循环
燃油从串接式燃油泵进入输油泵。经过输油泵后，燃油经过转子油道，进入泵油室和燃油计量阀区。过多的燃油流经输油泵压力调节器，再回到进油侧。
为了让燃油流过转子油道，转子必须转动到足以使转子油道与燃油进油孔对正的位置。凸轮环所处的位置能使泵的柱塞在进入泵油室的燃油的作用下被迫分开。喷油泵柱塞移开的距离决定着供油量的大小。柱塞移开的距离受到调速器操纵的计量阀的控制。
2）喷油泵排油循环
当有一定角度的进油道不再与进油孔对正时，燃油就被封闭在泵油室中。凸轮环滚子已被向内挤压，从而迫使两个柱塞向内相向移动，因而被封闭的燃油通过出油阀，进入喷油器高压油管，从而打开喷油嘴，将燃油喷入汽缸。
3）喷油泵回油
输油泵压力迫使燃油通过液压头中的通气孔。该孔被一根线部分堵塞，防止流量过大和压力损失。来自输油泵的的任何空气夹杂着燃油，穿过通气孔，进入调速器连杆室，然后回到燃油箱。
4）电控断油
在柴油机上使用电控燃油切断阀（图5-4），目的就是关闭发动机。此电控断油阀通电时，它就将一个计量阀转至关闭位置，因而停止供油。
5.喷油泵的其他装置
喷油泵上还可以装有一个粘度补偿阀。该阀能够在使用轻柴油或重柴油（或低温）时，保持功能不变。为了对发动机转速和（或）负荷的变化进行补偿，可以自动提前或推迟供油定时。自动供油提前机构如图5-3所示。
6.柴油机喷油器类型
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燃油压力、燃油粘度、喷嘴设计和喷嘴状况必须全都正确，这样才能形成适当的喷注型式。喷油器设计有多种，但都归属于两种基本类型，一种是孔式喷油器，另一种是轴针式喷油器。柴油机喷注的型式将随发动机的设计的不同而变化。
7.预热塞和进气加热器
为了在冷起动期间，容易点燃压缩的空气-燃油混合气，柴油机采用了预热塞和进气加热器。预热塞是一种伸入到燃烧室内的电操纵装置。通电时，预热塞的尖部被加热到暗红色。涡旋运动的、高度压缩的空气-燃油混合气被预热器端部加热。这种增加的热量有助于发动机起动，从而使混合气更容易点燃。
对于老式车辆，预热塞必须靠操作者来接通，并且允许在发动机起动之前，将燃烧室加热几秒钟。在新型发动机上，预热塞自动接通和关闭。在大多数起动情况下，预热塞通电时间很短。发动机可能在钥匙接通之后的数秒钟之内就能起动起来。在发动机起动之后，预热塞仍然可以短时通电。进气加热器能够加热流经它的空气，这些空气然后进入进气歧管。加热元件是一个用电来加热的丝网。起动前，计算机给加热元件通电。
第6单元 发动机电气系统
课文A 充电、起动和点火系统
1.充电系统
充电系统利用发动机的转动来产生电流。这种电流能为蓄电池充电并提供操纵各种汽车电气系统的电能。现代汽车充电系统由发电机和调节器所组成。
1）发电机
发电机是一种带传动的电磁装置。发动机起动之后，发电机产生的电流能够满足车辆的需要，并保持蓄电池处于充足电状态。现代汽车上有许多电路，这些电路对电气系统形成大负载。由于许多车辆在拥挤的城市行驶，这使它很难以保持蓄电池处于充足电状态。因此，发电机必须在所有转速时，都具有极高的工作效率。
在怠速时，转子转动速度相对较慢，发电机能够满足汽车电气系统的需要。在正常车速时，发电机会产生的电压和电流比需要量高得多。为了保护发电机和其余电气系统不受损害，必须有一种降低输出的措施。
2）电压调节器
为了降低发电机输出电压，采用了电压调节器。电压调节器通过调整流经转子的电流的大小来控制发电机的输出电压。这就控制了定子绕组的磁场强度。电压调节器通过识读发电机的输出电压的方法对磁场强度进行控制。如果输出电压太高，调节器就会降低磁场强度；如果输出电压降下来，调节器就会增加磁场强度。
（1）电磁振动式电压调节器
老式的电压调节器使用了由电磁线圈控制的触点。这些电压调节器被称为电磁振动式电压调节器。
（2）电子式电压调节器（EVR）
最近15年内所生产的所有汽车都采用了电子式电压调节器。电子式电压调节器采用功率晶体管、集成电路、二极管以及其他的控制发电机输出的固态电路。电子式电压调节器去掉了容易发生粘结、氧化、磨损的触点和运动部件。有些电子式电压调节器采用远距离安装。然而，电子式电压调节器的特点是可靠性、耐久性好，并且体积小，足以装在发电机内。 （3）内装式电子调节器的工作原理
图6-1给出了采用内装式电子调节器的充电系统电路。一个来自定子线圈的小电流经过二极管（三件套）到达调节器，从而使充电指示灯两侧的电压相等，指示灯熄灭，同时电流
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企图经过R3搭铁。
当定子电压达到一定值时，经过R3而搭铁的电压将增加到足以使整流二极管D1导通的程度。正向偏置（沿着产生电流的方向加的电压）的晶体管TR2导通，而晶体管TR3反向偏置而截止。随着TR1的截止，磁场电流和系统电压立即下降。
当系统电压下降时，经过R3的电压下降，D1停止导通。这将引起TR2处于反向偏置而截止，晶体管TR1和TR3正向偏置而导通。这样输出电压和磁场电流将会增加。这种工作循环每秒钟重复数千次，从而使发电机输出电压保持在一个预定值上。
电容器C1的作用是防止R3两端的电压发生突变，而R4的作用是防止高温时有过大的反向电流流经TR1。D2作用是防止在TR1截止时磁场绕组中自感高电压到达TR1，从而对TR1起到保护作用。热敏电阻（温度升高时，电阻值下降）的作用是对电压控制进行温度补偿。
（4）计算机控制的电压调节
今天的许多汽车都装有若干个用来控制发动机和其他系统的电子控制单元（ECU）或叫做动力控制模块（PCM）ECU还能够用来控制加给磁场绕组的电压，这样，也就不再需要一只单独的电压调节器。该系统的缺点是如果ECU的控制电压调节的那部分电路发生故障，就必须更换整个ECU。
2.起动系统
为了起动内燃机，必须先（用外部能源）摇转它。小型的二冲程发动机常常用拉动一根绳索的方法来起动，拉动绳索时，这种内燃机的部件会旋转。早期的汽车使用手摇柄起动。然而，这种方法既危险又不切实际。不久，人们采用了一种新方法，即用电起动机来起动发动机。起动机安装在变速器壳上，其小齿轮与一个大齿圈相啮合，大齿圈安装在飞轮上。为了给起动机通电，驾驶员应将点火开关转到起动（Start）位置，这样就可接通到起动机的电路。当起动机的电枢开始转动时，起动机小齿轮箱外移动并于齿圈啮合，从而带动曲轴转动。当发动机起动后，驾驶员松开点火开关，从而将起动电路切断。这将引起起动机小齿轮的移动，从而脱离与齿圈的啮合。
3.点火系统
点火系统的作用是产生火花，将发动机气缸内的空气-燃油混合气点燃。点火系统必须在精确的时刻点火，并且对于发动机的每只气缸来说，每分钟必须点火几千次。点火时刻即使有微小偏离，也将导致发动机工作状况的恶化，甚至根本不能运转。
当活塞到达压缩上止点时，点火系统将极高的电压送给每只气缸的火花塞。每个火花塞的端部都含有一个间隙。为了搭铁，高电压必须跳过这个间隙。这个间隙就是产生火花的地方。
火花塞所得到的电压在20000~50000V之间，甚至还要高些。点火系统的作用就是要利用12V电源来产生那个高电压，并使高电压按照特定的顺序，在适当的时刻，到达各个气缸。
点火系统有两个任务需要完成：第一，必须产生足以在火花塞间隙处产生电弧放电的高电压，这样才能产生一个足以点燃混合气，使混合气燃烧起来的强火花。第二，必须控制点火正时，使点火时刻正确，并将火花输送给适当的气缸。
点火系统分为两个部分：即初级电路和次级电路。低压初级电路的工作电压为蓄电池电压（12~14.5V）。低压初级电路的作用是在正确的时刻产生使火花塞点火的信号，并将该信号送给点火线圈。点火线圈是将12V电压信号转变成20000V以上的高电压。在电压升高之后，该电压就进入次级电路，然后在适当的时刻将此高电压送给适当的火花塞。
75年来，这种电火花点火系统的基本原理并没有改变。改变的是火花产生的方法和火花分配的方式。
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1）三种点火系统
目前，点火系统有三种不同的型式。1975年前，使用机械式（传统式）点火系统。这是一种将机械与电气结合而并没有电子部件的点火系统。首先理解这些早期的点火系统，将会更容易地掌握新型的电子点火系统和计算机控制点火系统，所以不要忽视这些早期的点火系统。电子点火系统在20世纪70年代开始应用于批量生产的汽车上，并且在出现了排放控制装置，对点火系统的控制要求更加精确、更加可靠的时候，才开始普及起来。最后，于20世纪80年代中期，无分电器点火系统开始应用。这种系统总是应用计算机进行控制，并且没有运动部件，因此可靠性大大提高。除了达到一定间隔里程（60000~100000英里）时需要更换火花塞外，大部分无分电器点火系统无需维护。
2）机械式点火系统
分电器是机械式点火系统的神经中心，它需要完成两项任务。第一，负责控制点火线圈，从而在精确的时刻产生一个电火花。第二，负责将电火花分配给适当的气缸。驱动点火系统的电路很简单（图6-2）。当将钥匙插入点火开关，并将其转至运转（Run）位置时，就使来自蓄电池的电流经过一根导线直接引向点火线圈的正极侧。线圈内，有一个有许多匝的铜线绕组，电流在离开线圈负极侧之前，绕过许多圈。从点火线圈出来，一根导线将这个电流送给分电器，并且与一个叫做触点的专用双位开关相连。当触点闭合时，该电流直接搭铁。当电流从点火开关经过点火线圈绕组，然后再搭铁时，就会在线圈内形成一个强大的磁场。
触点由固定触点和活动触点组成，固定触点被紧固在分电器内侧的一个板上，活动触点安装在弹簧压紧的触点臂的端部。活动触点臂压在一个4、6或8角（取决于发动机缸数）凸轮上，凸轮又安装在分电器内的一根转轴上。分电器的转动与发动机节拍一致，发动机每转两圈，分电器转一整圈。随着分电器的转动，凸轮推动触点，时而打开，时而关闭。每当触点打开时，经过线圈的电流就会中断，从而使磁场消失，通过线圈的次级绕组输出一个高电压脉冲。这个高电压脉冲从线圈顶部输出，并流过点火线圈高压线。
现在，我们已经有了使火花塞跳火所必需的电压，但是，我们还是必须让电压到达各个气缸。点火线圈高压线从点火线圈直接到达分电器盖的中心。在分电器盖的下面有一个安装在转轴顶部的分火头。分火头顶部的金属条与分电器盖的中央电极始终接触。分电器的分火头接受来自点火线圈高压线送来的高压电，并将高压电送到分火头的另一端。分火头在分电器盖内旋转并从通往各个火花塞的旁电极旁边经过。随着分火头在分电器轴上转动，它将电压送给相应的火花塞高压线，火花塞高压线在江高电压送给火花塞，从而产生适合于点燃那个气缸内空气-燃油混合气的电火花。
3）电子点火系统
在电子点火（EI）系统中，触点和电容器都被电子部件所替代。在这些系统上，为了激发点火线圈进行点火，替代触点和电容器所用的方法有若干种。一种方法是采用带牙齿的金属轮，通常情况下每缸一轮。这个轮被称为电枢或叫磁阻轮。一个电磁式传感线圈检测牙齿什么时候通过，并将一个信号送给控制模块，从而使点火线圈产生高电压。
其他一些系统使用一只光电池和遮光轮，从而在需要触发线圈来产生高电压的时刻将信号送给电子控制模块。这些系统仍然需要有通过转动分电器壳来调节的初始点火提前角。 该系统的优点除了免维护外，还有控制模块操纵的电压比机械式触点要高得多。甚至在送到点火线圈之前，就可以提高电压，因此，点火线圈就能产生电压更高的电火花，电压高达50000V，而不是机械式点火系统常见的20000V。由于初级电路电阻器不在被需要，因此这系统从点火开关到点火线圈仅有一根导线。
在有些汽车上，这个控制模块安装在过去常常安装触点的分电器内。在另外一些设计上，控制模块安装在分电器外侧，用外部导线将它连接到感传线圈上。在许多通用汽车公司发动机上，控制模块位于分电器内侧，并且对于单件的整体点火系统来说，点火线圈安装在
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分电器顶部上。GM（通用汽车公司）将其称为高能点火或者缩写为HEI。
这些系统所提供的高电压能使火花塞采用比原来快得多的间隙，有利于获取更长、更强的电火花。这样还能允许使用更稀薄的混合气来提高燃油经济性，并仍能确保发动机运转平稳。
早期的电子点火系统的计算能力有限甚至根本没有计算能力，因此，点火正时仍然要手动调整，并且在分电器内仍然采用离心式或者真空式点火提前调节调节装置。
对某些新型的电子点火系统，分电器内部空空，所有的点火触发控制都由一只传感器来完成，传感器的带槽磁阻轮或者与曲轴相连或者与凸轮轴相连。这种传感器叫做曲轴位置传感器或叫做凸轮轴位置传感器。在这些系统中，分电器的作用仅仅是通过分电器盖和分火头，将电火花分配给正确的气缸。计算机控制点火定时以及发动机平稳运转所需要的点火提前角。
4）无分电器点火系统
新型的汽车的点火系统已经从机械式点火系统（分电器）演变为没有运动部件的完全固态的电子系统。这些系统完全受车载计算机的控制。用多个线圈来替代分电器，每个线圈为一只或者两只火花塞供电。一台典型的6缸发动机有3个点火线圈，这3个线圈装在一起，成为一个线圈组件。各个点火线圈的每一侧均伸出一根火花塞高压线，并通往相应的火花塞。一个点火线圈同时为两只火花塞提供高电压。一只火花塞在压缩行程点火，点燃混合气而产生动力，而另一只火花塞在排气行程点火，不做任何事情。在某些汽车上，每个气缸都有一只点火线圈，这些线圈直接安装在火花塞的顶部。这种设计彻底去掉了火花塞高压线，取得了更好可靠性。这些系统中的大部分所采用的火花塞的设计寿命在100000英里以上，这就降低了维护费用。
第7单元 排放控制系统
课文A 排放控制系统概述
为了减小不完全燃烧和蒸发气体对大气的污染，并保持良好的运行性能和燃油经济性，所有的汽车上都采用了多种排放控制系统。这些系统包括强制式曲轴箱通风（PCV）系统、蒸发排放控制（EVAP）系统、废气再循环（EGR）系统、空气喷射（AIR）系统和三元催化转化器（TWC）系统。
1.PCV系统 PCV系统的作用是收集曲轴箱产生的蒸汽和气缸窜气，并将这些气体引入到进气系统，以便在燃烧期间将其烧掉。这些蒸汽稀释了混合气，因此必须对它们进行精心的控制和计量，以便不影响发动机的性能。这就是PCV阀的任务。怠速时，空气燃油混合气非常关键，只允许一点点蒸汽进入到进气系统。高速时，混合气得浓度就不那么重要了，并且发动机气缸压力也升高，因而允许有更多的蒸汽进入进气系统。当PCV阀或PCV系统赌塞时，蒸汽就会倒流回到空气滤清器，甚至更糟的是，过大的压力会破坏密封件，导致发动机润滑油的泄漏。如果使用了不正确的PCV阀，或者PCV系统存在漏气现象，发动机将会怠速不稳，甚至出现将发动机润滑油从发动机内吸出来的现象。
2.EGR系统
废气再循环（EGR）系统能降低燃烧过程中所产生的氮氧化合物。EGR系统使用数量可控的废气来稀释空气-燃油混合气。由于废气不会燃烧，所以EGR将降低燃烧温度。在燃烧温度降低的情况下，空气中只有极少的氮与氧结合，而形成氮氧化合物（NOX）。大部分氮只是随废气而排出气缸。为了获得良好的运行性能，最好让EGR阀的开度（以及废气流量）与节气门开度呈正比例。为了改善运行性能，在发动机低温起动、怠速以及节气门全开
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时，要停止EGR。由于在不同的发动机上NOX控制要求不同，因此就有使用各种控制装置来提供这些功能的若干不同的EGR系统。
1）EGR阀
大多数这样的系统都采用了真空操纵的EGR阀，来调节进入进气歧管的废气流量（图7-1和图7-2）。进气歧管下面的交叉排气通道将废气通道EGR阀（有些直列式发动机通过一根外部气管将废气通到EGR阀）。EGR阀一般安装化油器下面的一根板上，或者直接安装在进气歧管上。
EGR阀是一个真空操纵的流量控制阀。借助膜片处的控制真空打开EGR阀，就能让废气流过该阀而进入进气歧管。在这里，废气与空气-燃油混合气混合，稀释了混合气，尽管仍能完全燃烧，但燃烧室温度却降低了。
为了确保EGR系统该工作的时候能工作，采用了许多不同的控制装置。理想的情况是，当发动机达到工作温度时，以及发动机在除了怠速和大节气门开度之外的工况下工作时，EGR系统应该正常工作。在今天的汽车上所能见到的各种EGR控制装置有：温控真空开关（TVS）、喉管真空放大器（VVA）、背压传感器、EGR真空调节器（EVR）、压力反馈EGR（PFE）传感器和压力传感器（EPT）。
EGR阀有各种设计。正背压EGR阀在膜片的中央部位有一个通气阀。一个小弹簧保持该通气阀开启，废气的通道从锥形阀通过阀杆到达放气阀。当发动机运转时，废气压力加给放气阀。发动机在低速时，废气压力不足以打开放气阀，发保持关闭。
随着发动机转速和车速的增加，废气压力也会增加。达到预定的节气门开度时，废气压力将EGR阀通气孔关闭。当控制真空加给膜片时，膜片和阀就被向上提升，因而阀开启。如果在发动机不运转的情况下，来自外部真空源的真空就被加到正背压EGR阀上，由于真空通过通气孔而放掉，因此阀将不会打开。
在负背压EGR上，常闭的通气孔位于膜片的中心。废气的通道从锥形阀的下端，经过阀杆到达通气阀。当发动机低速运转时，排气系统中就存在高压脉冲。然而，在这些高压脉之间存在着低压脉冲。随着发动机转速的增加，在给定的时间内，气缸点火的次数会增加，因而排气系统中各个高压脉冲会靠得很近。
在发动机和车速较低时，排气系统中的负脉冲使通气阀保持开启。当发动机转速和车速增加到预定值时，排气负压脉冲就会下降，通气阀关闭。在这种情况下，EGR阀开启。当在发动机不运转的情况下，将来自外真空源的真空加给负背压EGR阀时，通气孔关闭，真空应该将EGR阀打开。
一个数字式EGR阀内含有多达三个由PCM直接操纵的电磁阀。每个电磁阀都含有一个可动柱塞，柱塞的锥形端与一个节流孔贴合。当给任何一个电磁阀通电时，其柱塞就会升起，废弃就会通过节流孔进入进气歧管。电磁阀和节流孔具有不同的尺寸。PCM可以操纵其中一个、两个或者全部三个电磁阀动作，从而提供所需要的废气循环量，获得最佳的NOX控制效果。
EGR阀内含有一个EGR阀位置即EGR阀升程传感器，该传感器是一个线性电位计。该传感器的信号电压在1V（EGR阀关闭时）到4.5V（EGR阀全开时）之间变化。 为了用脉冲宽度调节原理对EGR阀柱塞和EGR流量进行精确控制，PCM给EGR电磁阀线圈发送通/断脉冲信号。EGR阀位置（EVP）传感器为PCM提供一个反馈信号，告诉PCM EGR阀的指令位置是否达到。
2）内部废气再循环
EGR降低了部分负荷时发动机废气中的氮氧化合物（一氧化氮NO和少量的二氧化氮NO2，合称为氮氧化合物NOX）。内部废气再循环系统的目的是在没有采用发动机外部管路的情况下，来控制废气的再循环。
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在传统的增压箱节流发动机上，在部分节气门开度时，进气道与排气道之间存在一个压力差。对四冲程发动机，排气行程接近终了时，进气门开启，后面接着一个进气门和排气门同时开启的时期。在这个气门重叠期内，进气道的低压促使燃烧室内的残余废气倒流入进气道。结果，燃烧室内的压力下降又促使排气道内的废气倒流回燃烧室。这些残余废气稀释了进入的空气-燃油混合气。
对新鲜进气的稀释降低了峰值燃烧温度和压力，因而降低了废气中的NOX含量。过度的稀释会导致不完全燃烧或不稳定燃烧，从而引起了碳氢化合物（HC）的增加。稀释的最佳程度随着发动机的转速和负荷的变化而变化。按照常规，利用一种外部废气再循环系统就能获得最佳运行状况所需要的稀释要求。这种外部废气再循环系统借助于外部管路和控制阀，使数量得到计量的废气进行再循环。
3.蒸发排放控制系统
汽油易挥发。过去，这些蒸发的排放物被放到大气中。来自汽车的全部HC排放物中有20%来自汽油箱。1970年，限制汽油箱排放物排放到大气中的排放法规获得通过。为了消除这个污染源，研制了蒸发排放控制系统。该系统的作用是收集和保存来自汽油箱和化油器的蒸发排放物。活性炭罐用来收集燃油蒸汽。燃油蒸汽吸附在活性炭上，一直到发动机起动时，在发动机真空的作用下，这些蒸汽才被吸入发动机，与空气-燃油混合气一起燃烧掉。使用该系统要求使用密封的汽油箱盖。这个汽油箱盖对系统工作如此重要，以至于现在许多州都将汽油箱盖的监测纳入州排放检测计划中。1970年前的小汽车通过一个通气式汽油箱盖，将燃油蒸汽放到大气中。今天，采用了密封式汽油箱盖，并采用了改进设计的汽油箱。汽油箱内必须有汽油蒸汽聚集的空间，以便能将这些蒸汽通往活性炭罐。一只清污阀用来控制进入发动机的蒸汽流量。此清污阀受发动机真空的控制。该系统的一个常见故障就是清污阀损坏和发动机的真空直接将燃油吸进进气系统。这将加浓混合气并使火花塞被脏污。大多数活性炭罐都有一个滤网，应将其定期更换。当燃油经济性变差时，应该对该系统进行检查。
在某些发动机上，动力控制模块（PCM）允许在某些工况下，进气歧管真空将汽油蒸汽吸入燃烧室。所有这些发动机都采用占空比清污控制系统。PCM通过操纵占空比EVAP清污电磁阀来控制蒸汽流量（图7-3）。
4.空气喷射系统
由于没有内燃机效率能够达到100%，所以排气中总是存在某些未燃燃料，这就增加了碳氢化合物排放。为了消除这个排放源，研制了空气喷射系统。燃烧需要有燃料、氧和热。三者缺一，燃烧就无法进行。在排气歧管内，有足够的热量来支持燃烧。如果引入一些氧，那么任何未燃的燃料都会燃烧。这种燃烧不会产生动力，但却会使过多的碳氢化合物排放得到降低。与在燃烧室里的情况不同，这种燃烧是不可控制的，因此，如果废气中的燃油含量过多的话，就会出现爆炸，并发出爆裂声。有时，在正常情况下（如减速），肺气肿的燃油含量也过高。在这些情况下，我们会要求关闭空气喷射系统。这是通过分流阀来实现的。使用分流阀，而不是关闭空气泵，即可使空气不流向排气歧管，而转移到别处。由于所有这些都是在燃烧过程完成之后进行的，所以这是一种对发动机性能没有影响的排放控制。
新型的空气喷射系统采用了ECM控制（图7-4）。当发动机在低温时，PCM就会给控制电磁阀通电。这就使空气流到空气转换阀。空气转换阀通电，从而将空气引入到排气道。 发动机升温后，即在闭环模式，PCM就会给控制电磁阀断电，从而使空气流到催化转化器的两个催化床之间。这就给氧化催化剂提供了额外的氧，从而降低了HC和CO排放，同时还使第一个催化床保持较低的氧量水平。这就使还原催化剂能更有效地降低NOX排放值。
5.催化转化器
汽车排放物的控制有三种方法。一是促成更加完全的燃烧，使燃烧的有害副产物减少；
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二是使过多的碳氢化合物返回到发动机进行燃烧；三是提供一个可供氧化或进行燃烧的额外场所。这种额外的场所就使催化转化器。催化转化器的外观像一只消声器。它位于排气系统中消声器的前面。在催化转化器内，有用铂或钯制成的很多小球或一个蜂窝结构。铂和钯用作催化剂（催化剂是一种用于加速化学反应过程的物质）。当废气中的碳氢化合物和一氧化碳从催化剂上经过时，就会被氧化而转变成二氧化碳和水。随着催化转化器工作，就会产生热。废气中有害成分越多，催化转化器工作就越艰难，产生的热量就越多。在某些情况下，由于过热，可能会看到转化器发光。如果转化器难以净化污浊的废气，它将自我损毁。含铅汽油也会在铂和钯催化剂层上形成一个涂层，而导致转化器失效。
第8单元 离合器、手动变速器和传动系统
课文A 离合器和手动变速器
1.离合器
在采用手动变速器或手动变速驱动桥的小汽车和货车上，离合器总成的功能是连接或切断从发动机到传动系统的动力传送。虽然离合器设计有许多种，但是它们的工作原理都基本相同。
1）离合器的作用
离合器是一个为连接或切断从一个工作部件到另一个工作部件的动力传递而设计的机构。在车辆上，离合器用来传递发动机动力，并在换档时，使发动机与变速器之间分离。当汽车停止行驶，却没有将变速器置于空档的情况下，离合器还能使发动机运转。
2）离合器的构造
现代离合器为单片、干盘式（图8-1）。它有5个主要部件：飞轮、离合器从动盘、压盘组件、分离轴承和离合器分离杠杆。构成离合器总成的其他部件有变速器输入轴和离合器壳。
（1）飞轮 除了用来安装起动机齿圈外，飞轮还构成了安装离合器其他部件的基础件。与手动变速器一起使用的飞轮较厚，从而能使它吸收离合器工作时所产生的大量的热。
飞轮的离合器一侧经过机械加工，表面平整，用作摩擦表面。飞轮上钻有若干孔，以便安装离合器总成。通常，有一个孔直接钻到曲轴中心，这个孔可使一个轴承装入飞轮中心。
飞轮中心内的这个轴承将用来支承变速器输入轴的外端。该轴承被称为导向轴承。导向轴承可以是球轴承，或是青铜衬套。
（2）双质量飞轮
有时，柴油机采用双质量飞轮。为了吸收发动机作功行程的脉动，当飞轮两部分相对压缩时，飞轮内安装的弹簧起到了减震器的作用，从而使功率流均匀分布。这些弹簧还有助于降低离合器和变速器部件的应力。
（3）从动盘
从动盘为圆形部件，它是由优质薄钢片与位于中心部位的花键毂构成。花键毂的花键与变速器输入轴上的花键相啮合。从动盘可以在变速器输入轴上来回滑动，而当从动盘转动时，变速器输入轴也必须转动。
从动盘外缘两侧覆盖有摩擦材料。摩擦材料常常为石棉或其他耐高温材料与铜丝编制或模压在一起所形成的材料。摩擦材料用铆钉铆接到从动盘上。
为了平稳啮合，从动盘的外缘常常做成分开式的，并且每一段钢片均呈弧形。每一段钢片上都铆有摩擦材料。当从动盘受压时，弧形钢片起到弹簧缓冲垫的作用。
（4）压盘
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在每一种压盘总成中，压盘具有相同的特点。它是一块厚厚的铸铁块（以获取最大的吸热效果），它呈圆形并与从动盘具有相同的直径。压盘的一侧加工成平面，该侧将把从动盘的摩擦区压向飞轮。压盘的外侧有各种形状，以便于安装弹簧和分离机构。
（5）操纵机构
操纵机构包括通常被称为分离轴承的球轴承。该轴承安装在一个套筒上，并随这个套筒在一个毂（与变速器前轴承改制成一体）上来回滑动。
分离轴承已在制造厂注入润滑脂，在使用期间无需维修。还有一种分离轴承是石墨型分离轴承。该轴承采用一个石墨圈，从而可以推压一个固定到离合器分离杠杆上的平板。分离轴承套筒在分离叉即离合器拨叉的作用下移动。分离叉通常支承在球头支销上。回位弹簧的作用是拉动分离叉，使之离开压盘。
（3）离合器工作原理
飞轮、离合器盖、分离杠杆和压盘作为一个部分一起旋转。变速器输入轴和离合器从动盘用花键连接在一起，形成另一个部分。
离合器从动盘只有在挤紧在飞轮与压盘之间时，才会转动（汽车静止）。当分离杠杆拉动压盘，使之离开飞轮后，离合器从动盘才停止不转，而其他的每个零件都继续转动。当压盘重新移向飞轮时，从动盘又被挤紧，从而带动变速器输入轴转动，见图8-2。
2.手动变速器（M/T） 1）变速器速比
现代手动变速器能够为驾驶员提供多达6个前进速比。减速齿轮为1档提供大约3.5:1的速比，为最高档提供大约1.5:1的速比。直接档的速比为1:1。超速档的速比约为0.7:1。
通过在若干速比中进行选择，就可能使汽车在所有的正常情况下工作。另外，通过这些不同的档，转矩又得到放大。不同的汽车，根据发动机功率和车辆重量情况，速比也是变化的。还要用到倒档，倒档的速比通常约为3:1。5速变速器设有超速档。超速档速比加入新型变速器，提高了燃油经济性，降低了排放。
2）变速器构造 一台典型的手动变速器是由变速器箱体、四根轴、轴承、齿轮、同步器和换档机构组成。图8-3给出了四根轴及其齿轮在箱体中的相对位置。
（1）变速器箱体
变速器箱体用于保持变速器齿轮、轴、轴承和垫圈的位置。变速器箱体固定到发动机的后部，或者固定到离合器壳上。许多变速器箱体和离合器壳制成一体。大多数变速器箱体用铸铁或铝制成，并采用一个单独的后壳，来支承输出轴。后壳内还装有车速表传感器齿轮。发动机后支撑通常也装到后壳上。
（2）变速器齿轮
变速器齿轮是由高质量钢制成，经过精心的热处理，从而使轮齿表面平滑、坚硬，而轮齿内部较软、韧性很好。齿轮在赤热状态时下，经过锤锻加工（机械锻造成形）。轮齿以及其他重要区域在精密机床上进行切削加工。
变速器齿轮被加工成直齿型或者斜齿型。斜齿齿轮比较优越，原因在于它同时有多个轮齿接触，不仅运转噪声小，而且坚固耐用。由于斜齿齿形的原因，相啮合的齿轮存在相互分开的趋势，因此，斜齿齿轮必须安装牢固。塔齿轮、其他齿轮和轴的端隙通过采用黄铜和钢推力垫圈加以控制。这些垫圈安装在齿轮轴的端部，位于转动的齿轮与固定的变速器壳之间。
考虑到润滑、膨胀以及可能的尺寸误差，轮齿之间必须留有间隙。这个间隙非常小（千分之几英寸）
（3）同步器
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汽车行驶之后，传动系统就会连续不停的带动变速器输出轴转动。结果，滑动齿轮也跟着转动。当企图使滑动齿轮与任何一个塔齿轮（踏下离合器踏板时，就会停止转动）啮合时，轮齿就会受到破坏性的冲击作用。换档时的齿轮撞击声就是来自于滑动齿轮轮齿与塔齿轮轮齿之间的猛烈撞击。
显然，要让一个齿轮与另一个齿轮平稳安静地啮合并且没有损坏，这两个齿轮必须以几乎相同的转速转动。现代手动变速器和变速驱动桥均采用同步器（见图8-4），用内离合装置来防止换档时的齿轮冲击。同步器的作用就是先将一个齿轮移到另一个待啮合齿轮的跟前，然后保持该齿轮不动，并使两个齿轮的转速逐步接近。 第9单元 自动变速器 课文A 自动变速器（AT）
在今天的汽车上，自动变速器是迄今为止最为复杂的机械部件。自动变速器是一种自行换档的变速器。自动变速器或自动变速驱动桥有四个基本系统：液力变矩器、齿轮变速系统、液压系统和电子控制系统（图9-1）。
1.液力变矩器
液力变矩器用来替代离合器，其功能有三个：
1）在汽车静止的情况下，甚至变速器或变速驱动桥挂在档位上，液力变矩器可使发动机怠速运转。
2）能使变速器或变速驱动桥换档平稳，换档期间驾驶员无需关闭节气门。
3）车速下降和节气门开度增大时，将发动机转矩增大。这样的结果使变速器或变速驱动桥更加灵敏，并减少了需要的换档的次数。
液力变矩器的金属壳形似一个在相对两侧被挤扁的球。它用螺栓固定在发动机曲轴的后端。一般来说，整个金属壳的转速与发动机相同，因而可用作发动机的飞轮。
金属壳内含有三组叶片（图9-1）。一组直接与壳相连，形成环形结构即泵轮；另一组直接与输出轴相连，形成涡轮；第三组安装在一个毂上，这个毂又通过一只单向离合器安装在一个固定轴上，这一组被称为导轮。
泵轮由变矩器毂以发动机转速驱动，它使液力变矩器始终充满自动变速器液。变矩器内液流持续不停，对变矩器起到冷却作用。
在低速加速时，液力变矩器的功能如下：
此时，泵轮转速高于涡轮。泵轮接收来自变矩器中部的液体，并借助于离心力，将其向外抛出。由于变矩器外缘的速度高于中心部位，液体速度加快。
然后，这些液体进入涡轮叶片的外缘，接着，再沿着涡轮叶片流回到变矩器壳的中部。在撞击涡轮叶片之后，液体将从泵轮上吸收的能量释放出来。
如果现在液体再直接流回到泵轮，变矩器的泵轮与涡轮必须始终以大致相同的转速转动，因而输入转矩与输出转矩也相同。
液体在流过泵轮和涡轮时，具有两种流动形式，即在两个方向上流动，既要流过涡轮叶片，还要随着发动机旋转。在汽车低速加速时，导轮叶片固定不动。导轮的作用就是将一种液流转变成另一种液流。导轮弯曲的叶片不让液体直接流回泵轮，而是将液流方向几乎改变90°，朝向发动机旋转方向。这样液流就不会像流向泵轮那样快，但是当泵轮接受液流时，液流已经做旋转运动。这样就产生了使泵轮转动得比涡轮快的效果。二者之间的速度差好比任何一个齿轮传动机构的小齿轮与大齿轮之间的速度差。结果，发动机的功率输出增加，发动机转矩得到放大。
随着涡轮转速的增加，液流沿着发动机的旋转方向的速度越来越快。因此，导轮改变液流方向的能力减弱。在常速情况下，导轮实际上被迫沿着发动机旋转的方向，在单向离合器上旋转。在这些情况下，液力变矩器几乎就像一根整体轴，泵轮与涡轮的速度几乎相等。
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2.行星齿轮机构
液力变矩器放大发动机转矩的能力是有限的。另外，当涡轮以较高的转速转动时，液力变矩器的效率往往更高。因此，使用行星齿轮变速器将涡轮的输出功率传送给传动轴。
行星齿轮的作用与普通的变速器齿轮非常类似。然而，它们的结构不同，三个元件构成一个齿轮传动机构，并且这三个元件相互不同。这三个元件是：齿圈、太阳轮和一组四个行星齿轮。齿圈呈环形，其内表面上制有轮齿。太阳轮安装在一根轴上，并正好位于齿圈的中心处。行星齿轮靠行星架上的轴销定位，并同时与太阳轮、齿圈啮合（图9-3）。对于一个行星齿轮机构，或者将齿圈固定，或者将太阳轮固定，便可提供不止一个可能的转矩放大系数。此外，如果让三个齿轮以相同的转速转动，这个齿轮机构实际上相当于一个整体轴。
大多数自动变速器使用行星齿轮机构来提供各种各样的减速传动比。制动带和离合器用来将齿轮机构的各个部分与变速器壳或变速驱动桥壳固定一起，或者与安装它们的轴固定一起。然后，通过改变每个行星齿轮机构的与变速器壳或变速驱动桥壳或者与轴固定一起的部分，即可完成换档。
3.液压系统
1）换档执行机构和蓄能器
换档执行机构（图9-4）包括液压活塞与工作缸。它们与许多其他机械（如推土机）上使用的液压执行器类似。具有一定压力的液压油进入工作缸，使活塞运动，从而使制动带或离合器接合。
蓄能器用于缓和换档执行机构啮合时的冲击。自动变速器液（ATF）在进入换档执行机构的途中，必须先经过蓄能器。蓄能器壳内含有一个薄薄的活塞，活塞在弹簧的作用下离开蓄能器的放油孔。当液体通过蓄能器时，必须克服弹簧弹力，使活塞移动，然后才能到达蓄能器。蓄能器的这个动作，使换档执行机构的作用过程变得平缓。
2）液压控制系统
操纵换档执行机构所用的油压来自于主油泵。来自主油泵的油液经过换档阀而到达各种换档执行机构。换档阀包括手动换档阀和自动换档阀，手动换档阀有变速杆操纵，自动变速器用于变速器或变速驱动桥的自动升档。
影响这些阀的工作有两个压力。一个是受车速影响的调速器压力，另一个是受进气歧管真空或节气门位置影响的调节器压力。调速器压力随着车速的增加而增加，调节器压力随着节气门开度的加大而增加。换档阀受这两个压力的支配，在节气门开度增大的情况下，使换档点向后推迟，以便充分利用发动机的输出功率。
调节器还要控制着主油路压力，主邮路压力用来控制换档执行机构。这样，离合器和制动带的操纵油压将与发动机的输出转矩相适应。
3）电子控制系统
许多新型变速器或变速驱动桥采用了电子控制（图9-5）。在这些变速器上，用电磁阀对液压油实行更好的控制。通常，电磁阀由电子控制模块予以控制。
在现代汽车上，主油路压力、变矩器锁止、换档点和换档质量全都由电子控制单元进行控制。
第10 单元 制动系统
课文A 基本的制动系统与ABS
为了降低汽车速度，制动器必须将汽车存储的动能转变成热能。制动系统的组成包括供能装置、控制装置、传动装置和制动器。
今天使用的制动系统有三种类型：行车制动系统、驻车制动系统和辅助的缓速制动系
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统。行车制动系统和驻车制动系统装有各自独立的控制装置和传动装置。行车制动系统通常用脚来操纵，而驻车制动系统用手操纵。
1.液压制动系统的基本工作原理
液压系统用来操纵所有小型汽车的制动器。该系统将迫使制动系统的摩擦表面压在一起所需的力，从制动踏板传递给各个车轮制动器。
主缸由储油室和双主缸-活塞组件构成。双式主缸的设计能使前、后制动系统各自独立，以防万一漏油。
钢质油管将制动液输送到车架上靠近车轮的位置，然后，再通过软管将制动液送到制动钳和轮缸，以便允许悬架和转向系统部件的运动。
液压系统的工作原理如下：当静止时，从主缸中的活塞到轮缸或制动钳中的活塞，整个液压系统充满制动液。一旦踏下制动踏板，主缸活塞前方被密封起来的制动液就会经过油管到达轮缸。在轮缸内，制动液使活塞向外张开（鼓式制动器）或向里移向制动盘（盘式制动器）。活塞的运动受到安装在轮缸外面的回位弹簧（鼓式制动器）和弹性油封（盘式制动器）的阻碍作用。
放松制动踏板后，主缸内的弹簧立即使主缸活塞返回到正常位置。活塞上有单向阀，而主缸上钻有补偿孔。随着活塞到达正常位置，单向阀和补偿孔都处于打开状态。随着活塞回位，活塞单向阀可让制动液流向轮缸或制动钳。然后。随着回位弹簧使制动衬片或制动蹄进入放松位置，多余的制动液经过补偿孔流回储油室储存起来。正是在制动踏板处于放松位置期间，系统泄漏的任何液体都将通过补偿孔得到补充。
双管路主缸采用两个活塞，一个在前，一个在后。主活塞由制动踏板推杆经过动力助力器直接操纵。副活塞由两个活塞之间的制动液进行控制。如果副活塞前方发生泄漏，那么，副活塞就会前移，直到顶到主缸前端为止，并且两只活塞之间的制动液将操纵后制动器工作。如果后制动器系统发生泄漏，主活塞将前移，直至与副活塞直接接触为止。这样，副活塞将操纵前制动器工作。在这两种情况同时出现的情况下，踏下制动踏板，制动踏板将快速前移，但却不会得到任何制动力。
2.盘式制动器
盘式制动器不是传统的（制动蹄）向外压向一个圆鼓的膨胀式制动器，而是采用一个制动盘和制动盘两侧各安置一个制动衬块的结构。制动效果的取得就像用手指从两侧积压一张旋转着的留声机唱片一样。制动盘是一个在两个制动表面之间带有冷却翼片的铸件。这就能使空气从两个制动表面之间流过，从而使制动表面对摩擦生热不敏感，提高了抗热衰退的能力。由于赃物会在制动盘离心离德作用下被甩掉，或者被衬块刮掉，因此，尘土和水不会对制动效果产生影响。另外，两个制动衬块的持续相等的夹紧作用往往会确保均匀的直线停车。盘式制动器具有自动调节的特性。盘式制动器有三种类型：固定制动钳式、浮动制动钳式和滑动制动钳式。
固定式制动钳式设计在制动盘的两侧各采用一个活塞。制动钳刚性安装，并不移动。滑动制动钳和浮动制动钳式设计特别相似。实际上，这两种常常被混在一起。在这两种设计中，制动盘内侧的衬块在油压的作用下移动并与制动盘接触。并没有固定在一个固定位置的制动钳略微发生移动，就使外侧的制动衬块与制动盘接触。
3.鼓式制动器
鼓式制动器的两个制动蹄安装在固定的底板上。这两个制动蹄安装在圆形制动鼓内，而制动鼓又随着车轮一起旋转。制动蹄靠弹簧保持在正确的位置上，既能保证在制动时使制动蹄滑向制动鼓，又能保证摩擦衬片与制动鼓对正。制动蹄由轮缸操纵，轮缸安装在制动底板的顶部。当应用制动器时，油压使轮缸推杆向外移动。由于这些杆直接顶在制动蹄的顶部，所以制动蹄的顶部接着就压向制动鼓。因此，通过整个制动蹄组件轻微转动（叫做伺服作用），
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使两个制动蹄的底部与制动鼓接触。当轮缸内的压力减小后，回位弹簧拉动制动蹄，使之离开制动鼓。
4.ABS 1）组成
（1）轮速传感器
轮速传感器装在每个车轮部位，从而将车速参考信号提供给控制单元。轮速传感器是永磁式感应传感器，它们根据每个轮毂上的齿圈的转动情况，向外输出脉冲信号。每当一个轮齿从磁场通过时，就会产生一个电压信号。传感器是可单独更换的部件，而齿圈与轮毂制成一体，必须与整个轮毂一起更换。
（2）控制单元
控制单元内含有所有的信号调节电路和输出电路。输出电路控制液压单元，调节给每个制动钳的主油路压力。控制单元位于仪表板下方左侧、杂物箱上方和发动机室内的电子控制盒的前段部分内。如果检测到一个故障，控制单元就会点亮仪表板警告灯。
（3）液压泵与电磁阀
安装在发动机室内的液压单元（图10-2）（也叫做液压执行器）其内含有电磁阀和液压泵。电磁阀有三个位置：升压、保压和降压。当车轮抱死时，控制单元就通知电磁阀保持压力。如果车轮仍然处于抱死状态，控制单元就会让电磁阀降低压力，直至车轮开始转动为止。控制单元还将允许电磁阀启动进入降压位置，以便再次启动调压循环。
扎起防抱死系统工作期间，在制动踏板上会感到抖动，并且可以听到来自液压单元的“喀喀”响声。这是正常的现象，这些现象告诉驾驶员，ABS正处在起作用模式。
2）工作原理 ABS系统由许多不同的型式和不同的控制算法。我们将讨论一种简单的系统是怎样工作的。
控制器始终监视着轮速传感器，看车轮减速度是否超出正常值。一个车轮在将要抱死之前，该车轮会急剧减速。如果对此不加以阻止，该车轮将会比任何一辆汽车更早的停止转动。在理想条件下，一辆汽车从60mph（96.6km/h）到停车需要5秒钟时间，但是，一个抱死的车轮会在不足1秒钟内停止转动。
ABS控制器知道这样的快速减速是不可能的，因此，它就降低那个车轮制动器的压力，直至出现加速为止。然后，ABS控制器再次增加压力，直至再次出现减速为止。在车轮实际明显改变转速之前，ABS控制制动器压力的增减非常快。结果，车轮与汽车能以相同的速度减速，制动器使车轮始终保持在即将抱死的状态。这就能使系统产生最大制动力。
当ABS系统处于工作状态时，你将会感到制动踏板的抖动，这是电磁阀快速开、关所致。有些ABS系统的电磁阀每秒钟能开、关达15次。
3）防抱死制动系统的类型
防抱死制动系统根据使用的制动器类型采用了不同的方案。我们将按照通道数（即，单独控制的电磁阀的数目）和轮速传感器的数目来称谓它们。
·四通道四传感器ABS——这是一种最好的方案。这种ABS在全部四个车轮上各有一只轮速传感器和电磁阀。采用这种布置，控制器单独地监视着每个车轮，以便查明它们是否获得了最大制动力。
·三通道三传感器ABS——这种方案常见于采用内四轮ABS的皮卡货车上。这种ABS对于每个前轮均有一只轮速传感器和一个电磁阀，两只后轮共用一只传感器和一个电磁阀。后轮的这个轮速传感器装在后桥上。
该系统对两只前轮进行单独控制，因此，两只前轮能获得最大制动力。然而，两只后轮一起监控，在ABS系统对后桥进行调节之前，两只后轮有可能要抱死。采用这种系统，
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停车制动期间一只后轮有可能要抱死，从而降低了制动效能。
·单通道一传感器ABS——这种系统常见于采用后轮ABS的皮卡货车上。该系统有一只电磁阀和一只轮速传感器，电磁阀控制两只后轮，轮速传感器安装在后桥上。
该系统的工作原理与三通道ABS系统的后桥部分相同。两只后轮一起监控，在ABS系统进行调节之前，两只后轮有可能要抱死。采用这种系统，一只后轮有可能要抱死，从而降低了制动效能。
该系统易于识别。通常，一根制动管路经过一个T型管接头到达两个后轮。查找后桥壳上的差速器附近有一个导线连接器，只要找到它你就能找到轮速传感器。
第11单元 悬架与转向系统
课文A 悬架与转向系统的基本组成与类型
1.悬架系统
如果将一辆汽车的车桥直接固定到车架或车身上，道路上的每个凹凸不平的点都会将一个冲击力传递给车辆。乘客会觉得不舒适，高速操纵极为困难。现代汽车乘坐舒适、操控性好就是悬架系统的直接作用结果。
尽管轮胎和车轮必须随着道路的凹凸不平而上、下跳动，但对车身的影响应尽可能小。采用任何一种悬架系统的目的都是允许车身向前移动，而将上、下运动减到最小程度。悬架还应允许汽车转弯，但不能有过大的车身横摇或轮胎侧滑。
2.悬架系统的组成 1）车架
汽车的车架或车身应为悬架系统形成一个刚性结构基础，并未该系统提供坚固的锚固点。今天常见的车身结构有两种：车身在车架上的结构（非承载式车身）和整体式结构（承载式车身）。前者采用了单独的钢车架，车身的各个点通过连接螺栓固定到车架上；后者的车身各部分均用作结构件。承载式车身结构最常见，而非承载式仍然用在皮卡及大型轿车上。
2）弹簧
弹簧是悬架系统的最明显的部分。每辆汽车在其车架或车身与车桥之间都有某种弹簧。今天，使用的弹簧有三种：钢板弹簧、螺旋弹簧和扭杆弹簧。一辆汽车可以使用两种不同的弹簧。空气弹簧一度用来替代其他的弹簧，但现在已经过时。许多现代汽车都采用空气悬架，但它们只是用于对弹簧的补充。
3）减振器
当汽车在一水平路面上向前行驶，并且车轮碾压到道路上的凸起时，悬架系统的弹簧就会快速压缩（螺旋弹簧）或者扭转（钢板弹簧和扭杆弹簧）。弹簧试图返回到原来的正常安装位置。因此，弹簧回弹，使车身抬高。由于弹簧已经存储了能量，所以弹簧的回弹会超过其正常长度范围。汽车的向上跳跃运动也将有助于弹簧的回弹超过弹簧的正常长度范围。
弹簧回弹之后，汽车的重量将使弹簧压缩。由于汽车向下运动，下行的车身所积累的能量将推动压缩弹簧，使其高度低于正常的安装高度。这就导致了弹簧的再次回弹。这个过程（叫做弹簧震荡）逐渐减弱，直至汽车最后静止为止。弹簧的震荡会影响操纵性和乘坐舒适性，因而必须加以控制。
4）空气减振器
有些悬架系统采用两个可调的空气减振器，这两个减振器安装在后悬架上，并且用软管连接到空气阀上。
空气减振器采用液压减振系统，其工作方式与普通减振器相同。此外，空气减振器内还有密闭的空气室，空气室的气压与来自高度控制传感器的压力相互作用。改变到空气室的
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压力就会引起减振器长度即工作范围的增、减。
通过塑料管将压缩空气输送到空气减振器。此管将减振器与空气阀相连。用于升高减振器的压缩空气一般取自外部气源（如维修站压缩机），并通过空气阀进入。为了将不需要的空气从减振器放掉（降低汽车高度），要压下空气阀芯，使空气放出。
5）悬架摆臂 所有的汽车都有或摆臂或滑柱，以便保持车轮总成处于正确的位置。摆臂与滑柱可让车轮上、下移动，同时阻止其他方向的运动。在汽车加速、制动或转弯时，车轮往往会产生不希望有的运动。汽车悬架可以只有摆臂，或者将摆臂与滑柱结合使用。
3.悬架的类型
1）前悬架系统
几乎所有的前悬架系统都是独立悬架。采用独立悬架，每个前轮都能自由地上、下运动，对其他的车轮影响最小。在独立悬架系统中，加给车架的扭转作用要远远小于采用整体式车桥的悬架系统。然而，一些非道路四轮驱动车辆和大型货车仍然采用整体式车桥前悬架。两种主要的独立前悬架是传统式独立前悬架麦弗逊滑柱式独立前悬架。
（1）传统式独立前悬架
在传统式独立前悬架中，每个车轮采用一个或两个摆臂。在大多数系统中，螺旋弹簧安装在车架与下摆臂之间。而在老式悬架系统中，螺旋弹簧安装在上摆臂与车身之间。在扭杆弹簧前悬架中，下摆臂上移，从而使扭杆弹簧发生扭转变形。
（2）螺旋弹簧独立前悬架 图11-1是一种采用橡胶轴套摆臂支轴的典型的独立前悬架。螺旋弹簧的顶部置入一个杯形件中，并且顶靠在车架上（未画出）。螺旋弹簧的底部支撑在下摆臂上的弹簧衬垫上。每个减振器的顶部都固定到车架上，底部都固定到下摆臂上。
当车轮碰到道路上的凸起部位时，车轮就会被向上顶起。这就使摆臂绕支轴向上转动，从而使弹簧和减振器被压缩。橡胶缓冲垫限制摆臂的最大行程，并在到达极限位置时，对摆臂的运动起到缓冲作用。对于转向系统而言，前轮转向节绕球形接头转动。
（3）扭杆弹簧独立前悬架
扭杆弹簧位于汽车前部车架两侧。下摆臂与扭杆的自由端相连。当车轮向上弹起时，下摆臂向上运动，从而使长长的钢质弹簧杆受到扭转作用。
（4）麦弗逊滑柱式独立前悬架
大多数现代汽车（特别是前轮驱动汽车）采用了麦弗逊滑柱式独立前悬架，图11-2。注意，麦弗逊滑柱内含有一个螺旋弹簧，该弹簧装在大打得滑柱-底座组件的顶部上。螺旋弹簧顶部和底部的橡胶衬垫减轻了冲击。整个麦弗逊滑柱总成在底座的底部与转向节相连。麦弗逊滑柱组件的底部通过球形接头与单件的摆臂相连。
车轮转动时，整个滑柱总成转动。装在滑柱总成顶部的一个轴承即推力垫圈使滑柱总成与车身之间可以相对运动。球节使滑柱总成能相对于摆臂发生转动。滑柱内含有减振器，此减振器的工作方式与普通减振器相同。大多数减振器总成都装有保护盖，以防尘土和水粘到减振器的活塞杆上。
麦弗逊滑柱的优点是设计紧凑，从而对小汽车车身可以有更大的空间，方便维修。
（5）整体式车桥前悬架
一般说来，整体式车桥前悬架（即非独立悬架）的应用仅局限于货车和非道路车辆。这种悬架系统采用整体式钢质从动桥（前轴不随车轮转动），两侧均采用钢板弹簧。前轴与轮轴之间的枢轴布置使车轮能在每一端摆动。由于两侧前轮共用一根车轴，因此它们的上、下运动会引起自身的垂直倾斜。
2）后悬架系统
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在采用整体时后桥壳的车辆上，后悬架采用了螺旋弹簧或钢板弹簧。当车辆采用非独立后悬架系统时，可以采用螺旋弹簧、麦弗逊滑柱、单个横置钢板弹簧或者扭杆弹簧。
4.转向系统
转向系统的设计目的是让驾驶员用最小的力，并且在不过度转动转向盘的情况下，能使前轮向左或向右摆动。虽然驾驶员能轻而易举地使车轮摆动，但是不能让道路的冲击传递给驾驶员。这种无道路冲击传递的特征被称为转向系统的不可逆性。
基本的转向系统可以被分为三个主要的部分：
·转向节和转向臂组件；
·连接转向臂与转向器的转向传动机构； ·转向盘、转向轴和转向器组件。 5.转向器
转向器的设计目的是放大驾驶员的转向力矩，使前轮摆动容易。当采用平行四边形传动杆系时，驾驶员所加的力矩通过转向器进行放大，然后通过转向传动机构传递给转向节。对于齿轮齿条式转向系统，转向轴直接与转向齿轮轴相连。转动转向齿轮即可使齿条移动，从而带动传动杆件运动。新型车辆或者采用人力转向器或者采用动力转向器。
目前使用的转向器有三种：循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器和齿轮齿条式转向器。 6.动力转向
动力转向的设计目的是利用液压力来加大转向器输出的正常力矩，从而减小转动转向盘所需的作用力。动力转向系统应能减小转向盘的操纵力，同时提供足够的转动阻力，以便保持有一定的路感。动力转向系统可以与普通的转向系统器或者齿轮齿条转向系统器配合使用（图11-3）。 整体式动力转向器总成内含有控制阀机构、动力活塞和齿轮。该转向器输出的力加给转向摇臂轴。
齿轮齿条动力转向机构还采用了一个旋转控制阀，从而可将转向液从动力转向泵送给齿条式活塞的一侧。该系统的总体布置见图11-3所示。转向盘的运动被传递给转向齿轮。转向齿轮与齿条啮合。与齿条相连的一体式齿条式活塞将油压转变成直线作用力（沿一直线来回运动），从而将齿条向右或向左推动。通过内、外横拉杆，再将这个力传给转向节，转向节再带动车轮摆动。
第12单元 车身电气系统
课文A 乘员辅助约束保护系统
1.系统工作原理
乘员辅助约束保护系统（SRS）的设计目的是与座椅安全带配合工作，从而进一步防止与另一个物体正面碰撞期间导致的人员伤害。SRS采用了安全气囊模块、前碰撞传感器、时钟弹簧和诊断模块。
在蓄电池电缆连接的情况下，SRS系统获得蓄电池的电压，从而监视前碰撞传感器和用于碰撞信息确认的保险传感器。当汽车碰撞到一个物体（如黍、墙壁、其它车辆等）或被一个物体撞击时，前碰撞传感器和保险传感器便将脉冲信号传送给诊断模块，诊断模块确定碰撞力的大小和方向。依据这个信息，诊断模块确定是否张开气囊。当碰撞力等于以10~15mile/h（16~24km/h）的速度撞向一堵砖墙时的撞击力时，安全气囊充气开始。安全气囊的充气系统（图12-1）使叠氮化钠（NaN3）与硝酸钾（KNO3）反应，产生氮气。氮气快速充入安全气囊。
2.系统组成
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1）控制模块
安全气囊控制模块即SRS ECU是系统中最明显的部件之一，其内装有安全气囊保险传感器和储能电容器。该模块安装在客厢通道地板盘上中央控制台的前方。有些保险传感器位于控制模块内。保险传感器提供了碰撞确认功能，但却不能确定碰撞的严重程度。
控制模块监视系统，以便确定系统的准备就绪的状况。控制模块将存储足够的能量，以便在蓄电池电缆连接脱开后的2分钟内，能将安全气囊张开。控制模块内含有车载诊断电路，从而在故障发生后，将仪表板上的安全气囊（AIR BAG）警告灯点亮。每当汽车起动时，将用几秒钟的时间对该警告设备进行检测。
2）正面碰撞传感器
按照功能来分，正面碰撞传感器有两种类型：前碰撞传感器和保险传感器。
前碰撞传感器位于乘客室前面的各种位置上。有些位于翼子板内侧，有些位于车颈板上，有些位于散热器前方的支架上。
后传感器也叫做保险传感器，因为它们的功能是确定是否已经发生碰撞。由于制造厂家的不同，后保险传感器位于乘客室内的各种不同位置上。有些与控制模块（诊断模块）制成一体。
为了避免在碰撞程度不足以使气囊张开的情况下出现气囊张开现象，后保险传感器必须在前碰撞传感器之前首先闭合。当汽车点火开关关闭、车辆停驶之后，由于张开电路断电，所以安全气囊张开几乎是不可能的。这两种正面碰撞传感器确定碰撞的方向和严重程度。碰撞传感器是阈值敏感开关，这些开关在碰撞力足够大时会闭合，因而会将电路接通（见图12-2）。这些传感器要针对具体车型进行校准，因而才能对碰撞的严重程度和方向做出反应。
3）时钟弹簧 时钟弹簧安装在转向盘后面的转向柱上，其作用是在线束与驾驶员安全气囊模块之间构成连续不间断的电路。时钟弹簧组件中有一个带状的扁平导电条，在转向盘转动时，这个导电条或卷起或伸开。
4）安全气囊模块 安全气囊模块位于转向盘上，并且是系统中最显眼的部分。它由气囊缓冲垫和支撑件组成。衬垫和充气器连接到安全气囊模块的外壳上，并与安全气囊模块之间进行密封。 驾驶员侧充气器组件安装在安全气囊模块壳的背面上。当提供一个合适的电信号时，充气器组件就会产生气体，并将这种气体直接充入气囊缓冲垫。一个保护盖装在驾驶员安全气囊模块的前部，并在转向盘的中心形成了装饰盖。驾驶员安全气囊模块直接安装到转向盘上。
乘客侧安全气囊模块位于仪表板装饰盖下面，朝向乘客座椅。乘客充气器位于模块外壳之内。该模块安装到上仪表板和下仪表板上。一个护盖装在仪表板上，与乘客安全气囊模块相对。这个该会转动，而给气囊让路，因而允许气囊缓冲垫充满气。
3.安全气囊的解除
为了解决因为安全气囊误张开或者张开过猛而导致的儿童（以及其它的人，特别是个子矮的人）死亡或严重伤害的问题，美国公路交通安全局（NHTSA）于1997年颁布了一条最后法律，允许汽车制造厂家使用低爆发力的安全气囊。这条法律允许安全气囊的爆发力减小20%~35%。此外，自1998年开始，维修店以及销售商允许安装双位（on/off）开关，将安全气囊关闭。
4.智能系统
未来的智能安全气囊不仅在于气囊，而是当前气囊系统的再设计。智能安全气囊的技术特点是：
1）重量传感器
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这是一种用于乘客座椅的新型传感器，它能对重量进行分级，从而确定哪类乘客（是成人，还是儿童）坐在座位上。
2）红外乘客检测
该系统将使用红外光束（就像家用电视遥控器一样），来检测乘客离气囊的距离，并采用相应的张开力。
3）电容反射乘客检测
这些传感器位于座椅靠背内和仪表板内，用于识别驾驶员或乘客到仪表板的距离。这些传感器能够区分是人类乘客还是像杂货这样的死气沉沉的物品。在驾驶员是前排座椅的唯一乘客时，仅就这一项既可节省数千美元。
4）最新的传感器
新型的传感器将有能力使座椅安全带收紧器更快地张开。因此，在碰撞情况下，你将处于最佳位置，从而从安全气囊的张开获得益处。
5）集中化的电子控制单元
新的控制单元将能够使用来自这种新传感器技术的所有输入，并且通过新的软件使你所需要的气囊在需要时张开。
5.维修预防措施
当维修SRS和任何需要拆卸安全气囊的部件时，应阅读所有这些预防措施，以便减小人身伤害或部件损坏的危险性。
·诊断、拆卸或安装安全气囊系统部件前，必须首先拆下蓄电池负极搭铁线，并将其绝缘。不这样做会导致气囊的事故性张开，可能造成人身伤害。
·当准备将一只未张开的气囊组件从转向盘上拆下时，在拆下蓄电池负极搭铁线之后，要让系统电容器放电2分钟（克莱斯勒），方可开始拆卸安全气囊系统部件。
·只能用规定的替换部件或类似物来替换气囊部件。替代部件可能看起来可以互换，但是内部差别会导致乘员保护性能的下降。
·原来用于SRS的紧固件、螺钉和螺栓均有专门的镀层，专门为SRS而设计。它们绝不能用任何替代品替换。只要需要一只新的紧固件，就应该换装维修包中提供的正确的紧固件或者是配件手册中所列出的紧固件。
6.尚未张开的气囊模块的处理
决不允许任何电源靠近气囊模块背部上的充气器。当携带一只尚未张开的气囊模块时，应使装饰盖一侧背离身体，以便在气囊发生事故性张开时，减小伤害。此外，如果将模块放在工作台或其它平面上，应将塑料装饰盖朝上，以便在气囊发生事故性张开时，减小气囊的运动距离。
当处理气囊模块没有拆下的转向柱时，如果将转向柱放在地板上或者其他表面上，千万不要让转向盘或模块朝下。
7. 已经张开的气囊模块的处理
气囊内饰可能含有少量的氢氧化钠粉末，这种粉末是安全气囊张开的副产品。由于这种粉末能刺激皮肤、眼睛、鼻子和咽喉，所以清理期间一定要戴安全眼镜、橡胶手套和穿长袖衣服。
如果你发现清理期间感到皮肤疼痛，应使用冷水流过患处，进行冲洗。如果患了鼻喉刺激，应退出汽车，呼吸新鲜空气，直至刺激停止为止。如果刺激仍在继续，应去医院治疗。
开始清理时，首先用胶袋封住安全气囊的两个排气孔，这样就不会有额外的粉末再进入车内。然后再将安全气囊和安全气囊模块从车上拆下。
使用真空吸尘器，从汽车内饰件上除去任何残余粉末。清理工作应从外向里进行，这样就会避免跪到或坐到未清理区。
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一定要用真空吸尘器对暖风和冷气出口进行清理。让鼓风机低速运转并用真空吸尘器清理掉通风系统排出的粉末，实际上，这倒是一个不错的想法。为了清理掉所有的粉末，必须用真空吸尘器将车内清理两遍。
应与地方当局达成一致，方可处理废品中的已经张开的安全气囊和模块。
在安全气囊已经张开后，安全气囊模块和时钟弹簧不能重复使用，必须予以更换。安全气囊系统的其它部件如果损坏也应予以更换。
8.安全气囊系统的功能解除
警告：在维修和（或）拆卸系统附近区域内的任何部件（包括气囊本身）时，必须解除乘员辅助约束保护系统（SRS）。否则可能会引起安全气囊的事故性张开，从而导致不必要的SRS系统维修和人员伤害。
1）拆下蓄电池负极搭铁线，用合适的绝缘材料将电缆线包扎绝缘（用高质量绝缘胶带包缠）。
当操作安全气囊系统或在安全气囊周围进行作业时，应总是戴好安全眼镜。
2）先让系统电容器放电2分钟（克莱斯勒），然后方可开始维修安全气囊系统或相关部件。让系统电容器放电2分钟将使安全气囊系统不能工作。 9.安全气囊系统的功能恢复
为了恢复安全系统的正常功能，应重新连接好蓄电池负极电缆线。这样，安全气囊系统的功能将会自动恢复。
第13单元 汽车计算机与通信系统
课文A 现代汽车上的计算机
最近10~15年制造的几乎每一辆汽车都至少装有一个车载计算机。现在，有些汽车装有多达6个不同的计算机。车载计算机控制点火和燃油喷射系统、排放控制、冷却风扇、空调压缩机、液力变矩器锁止离合器和变速器换档点。
另外还有一些汽车计算机控制安全气囊系统、防抱死制动系统、牵引力控制系统、车内空气温度与空气输送、悬架与转向系统和防盗系统。许多现代汽车将发动机控制计算机与其他汽车计算机组合成一个大的微处理器，来监控汽车的大多数功能。
现代汽车上使用车载计算机的主要原因是为了满足燃油经济性法规和排放控制法规。计算机的使用能使点火、燃油供给和排放控制系统的工作得到精确的控制。最终的结果是获得尽可能接近14.7:1的理想的空燃比。
此空燃比对获取最佳的催化转化器转化效果以及良好的燃油经济性和排放性能是必需的。新型的车载计算机还要控制变矩器离合器、变速器换档点以及空调系统的运行，以便提高燃油经济性和降低排放。计算机控制系统可以分为三个主要的子系统：计算机、输入传感器和输出装置。
1.计算机
汽车计算机通常被称为电子控制单元，即ECU。ECU有许多不同的名称： ·控制器； ·微处理器；
·车载计算机；
·发动机控制计算机（ECC）；
·发动机控制模块或电子控制模块（ECM）； ·动力控制模块（PCM）。
这些名称最常见，并且对不同的制造厂家和不同的车辆控制系统，所用名称不同，另
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外一些特殊的名称也有采用。ECU通常装在一个盒内。大多数ECU装在汽车内部，远离发动机室的热辐射和振动，但是也可能装在任何部位，具体部位因车型、系统和制造厂家而异。
有的ECU制造成两个部分，其中微处理器装在乘客室内，输出部分装在发动机机罩下面。
无论它们的实际位置在哪，所有的ECU都包括两个主要部分：中央处理单元和存储器。存储器又包括两个相互独立的部分：永久性存储器和临时性存储器。 1）中央处理单元
中央处理单元（CPU）是电子控制单元中完成运算和进行决策的部分。CPU有时被称为控制器，它是由一个或几个集成电路（IC）构成。来自输入传感器的输入信息必须经过CPU，经过CPU处理之后，并给输出装置发送调节信号。如果CPU发生故障，必须更换ECU，因为CPU附在ECU电路板上。
2）永久性存储器
永久性计算机存储器又四种基本类型：只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦可编程只读存储器（EPROM）核电可擦可编程只读存储器（EEPROM）。ROM中存储有一个程序，告诉ECU做什么和什么时候做。
ROM还含有在各种工作条件下用作工作标准的一般信息。一旦这个信息被置于存储器，就不能对其进行更改。ROM是ECU的不可分割的组成部分。如果ROM发生故障，必须更换ECU。可编程只读存储器（PROM）是ROM的一个变种。在有些汽车上，PROM插在ECU上，因而，如果PROM发生故障或者需要一个修改版的PROM，都可以更换PROM。这就消除了更换整个ECU的费用。在大多数新型车辆上，PROM永久性地附装在ECU上。ROM和PROM都是易失存储器。也就说，这些存储器中存储的信息即使在蓄电池连线脱开后仍会保留下来。
将EPROM暴露在紫外线下，然后便可重新对其进行编程。这项工作只能由制造厂家来进行。使用电子扫描设备即装有计算机的诊断设备，用电子的方法便可将EEPROM的信息擦除并进行重新编程（即所谓的“烙上”）。
3）临时性计算机存储器
ECU使用随机存取存储器（RAM）作为传感器数据的临时性存储空间。当接收到来自传感器的新的信息时，就用这些新的信息将RAM内的老信息覆盖起来。在发动机运转期间，ECU连续不停地接收来自传感器的新的信息。如果ECU没有接收到信号或者接收到错误的信号，一个故障码就会存储到RAM中。
RAM装在ECU内。如果RAM发生故障，必须更换ECU。RAM有一个易失存储器，这就是说如果蓄电池、熔断器或者ECU电源的连接被断开，那么RAM内的所有数据（包括任何存储的故障码）将被擦除。有些ECU使用被称为可保持存储器（KAM）的另一种存储器。
KAM是一个能让ECU通过对传感器和部件磨损进行补偿的方法来保持汽车的正常性能的存储器芯片。这种功能也叫做自适应策略。如果到ECU的电源被切断，保存在KAM内的任何数据也将丢失。
4）计算机控制系统原理
虽然计算机控制系统非常简单，但其工作方式很像人类神经系统。如果你碰到烫手的发动机部件，你的手中的神经就会将一个信号送给你的大脑。根据这个信号，你的大脑就会判定你的手会被烫伤，并告诉你的手臂肌肉将手拉回来。
ECU接收来自传感器（神经）的、以电信号的形式的输入数据。ECU（电脑）将输入数据与ROM中的标准进行比较。根据运算结果，ECU将指令传送给输出装置（手臂肌肉）。随着发动机、环境和车辆状况的变化，这个过程反复进行。
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5）开环与闭环控制原理
当发动机处于冷态时，燃油经济性和排放控制能力就不能达到最佳状态。另外，有些输入传感器也必须升温而达到工作温度之后，才能提供可靠的读值。因此，在一个或几个输入传感器告诉ECU，发动机的温度低于一定值的同时，ECU将以开环模式工作。在这种模式下，ECU将根据预置的信息来控制空燃比，同时检测输入传感器的读值。有些计算机控制系统在节气门完全开启时，也进入闭环控制模式，这种模式常常叫做节气门全开模式。
当输入传感器告诉ECU发动机升温已经足够时，ECU就会进入闭环模式。在闭环模式时，ECU开始处理输入传感器的信息，并根据传感器信息确定给输出装置的指令。结果，获得了最佳的燃油经济性和发动机性能，排放降低。
2.输入传感器
电子控制单元每秒钟接收数百个输入信号。这些信号由输入传感器产生。每个传感器都测量发动机或传动系统的一个工作参数。然后，传感器再将代表这个测量值的一个电信号传送给ECU。有些传感器产生自己的电压信号，另一些传感器则对ECU供给的电压进行调节。ECU送给这些传感器的电压叫做参考电压。
传感器电阻值的大小决定了送给ECU的电压有多高。然后，ECU将参考电压与传感器的输出电压进行比较。这样就确定了传感器的测量值。有些给ECU的输入信号本来就是电信号，不需要单独的传感器来产生这些信号。这样的信号的例子有充电系统电压和加给空调离合器的电压。
3.输出装置 由ECU控制的电器设备叫做输出装置。输出装置控制着汽车的燃油供给、点火、排放控制和其它部件。输出装置可以是电磁线圈、继电器、电动机或其它的电子装置。 怠速电动机或电磁线圈、混合气控制电磁线圈、喷油漆、点火线圈、点火模块、EGR系统、空气喷射系统、燃油泵继电器和电动风扇继电器都是输出装置。
第14单元 未来的动力装置与替代燃料
课文A 混合动力汽车与替代燃料
汽油汽车产生大量的污染物，并且一般来说燃油经济性较差。然而，电动汽车几乎不产生污染，但是充电一次它只能行驶50~100mile（80~161km），并且行驶速度非常慢，充电不方便。
汽油-电力混合动力汽车将这两套装置组合成一个系统，该系统一边是汽油动力装置，另一边是电驱动装置。
1.混合动力装置的结构
汽油-电力混合动力汽车装有下列部件：
汽油机——混合动力汽车的汽油机极像大多数汽车安装的汽油机，然而，混合动力汽
车上的发动机更小，并使用先进的技术来降低排放和提高效率。
燃油箱——混合动力汽车上的燃油箱是汽油机的能量储存装置。汽油的能量密度比蓄
电池要高得多。例如，存储1加仑（7磅）汽油所含能量就需要大约1000磅的蓄电池重量。
电动机——混合动力汽车的电动机非常复杂。先进的电子控制器件能使电动机即可用作一台电动机，又可用作一台发电机。例如，当需要时，它能从蓄电池汲取能力，使汽车加速。而用作发电机时，它能使汽车减速，并使能量返回到蓄电池。
发电机——发电机的结构与电动机类似，但却只能用来发电。发电机主要用于串联混
合动力装置。
蓄电池——混合动力汽车中的蓄电池是电动机的能量储存装置。与燃油箱中的汽油（只
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能驱动汽油机）不同，混合动力汽车上的电动机能将能量存入蓄电池以及从蓄电池吸取能量。
变速器——混合动力汽车上的变速器的基本功能与普通汽车的变速器相同。有些混合
动力汽车[像本田·因塞特（Insight）]采用了普通的变速器。另外的一些混合动力汽车（像丰田·普锐斯）采用了独特新颖的变速器，这种变速器将在后面讨论。
2.混合动力装置的分类 你可以将混合动力汽车上的两种动力源以不同的形式组合起来。一种方式叫做并联混合动力，它利用汽油箱将汽油提供给发动机，利用一组蓄电池将电力提供给电动机。发动机和电动机在同一个时间都能带动变速器转动，而变速器又带动车轮转动。
在一种典型的并联混合动力汽车上（图14-1），汽油机与变速器相连。蓄电池和电动机也都单独地连接到变速器上。这样，在并联混合动力装置中，电动机和汽油机都能提供推进动力。
相比之下，在串联混合动力装置中（图14-2），汽油机带动发电机转动，而发电机或给蓄电池充电或带动电动机运转，电动机再驱动变速器。这样，汽油机决不直接驱动汽车。 3.伊顿混合动力采用液压装置 伊顿、联合包裹服务（UPS）和美国环保局的一家联合企业已经生产了两辆UPS送货车。这两辆汽车的效率已经取得了令人瞩目的改进。这两辆货车采用液压混合动力技术，据说这种技术能使重型货车油耗降低高达70%。UPS货车中的混合动力系统用发动机驱动的液压泵替代变速器。液压泵将氮气压入高压蓄能器，从而存储了能量。蓄能器用铅封方法固定到与驱动桥相连的液压泵马达上。需要动力时，液压泵马达将液压力转变成车轮的旋转动力。加速时，液压泵马达颠倒其功能，将压力能存储到蓄能器中。蓄能器所存储的能量足以让该货车行驶几百英尺的距离，这样在经常停车的城市送货运行条件下，能使发动机运行时间减少50%。据美国环保局说，该系统如果生产的话，能使这样的货车的成本增加约7000美元（不到基本型货车成本的15%），但是，在这种货车的20年使用寿命期间，燃油节省的回报可达50000美元。
4.替代燃料
1）石油的重整
为了保护环境，人们的主要努力一直集中在开发替代燃料上。但是，最近，为了实现这个目标，石油燃料重整得到更多地注意，并且在将来可能成为主要的研究目标。
我们认为，不仅是从排放控制的角度，而且从提高发动机性能的角度来看，都应该对燃料的重整进行研究。高辛烷值燃料能提高压缩比，因而改进了热效率，这实际上等于创造了新的清洁燃料。迄今为止，缸内现象已经相当清楚，并且到研究人员能够解释清楚包括爆燃在内的燃烧现象已经为期不远了。另外，由于使用先进的燃油直接喷射系统实现了混合气的精确控制，所以有效地控制燃烧不再是一个梦。
2）替代燃料
目前，人们考虑使用像甲醇、乙醇、天然气和氢这样的替代燃料来替代正在减少的石油。对任何一种替代燃料来说，从能源保护和环境两个方面来看，其资源的可利用性以及排放的污染物（包括CO2）都是最重要的，而从发动机技术角度来看，它对发动机性能的潜在影响和它的贮存形式将是重要的问题。
（1）甲醇
甲醇可以从煤、天然气这样的自然资源来生产，因此是最有吸引力的燃料之一。甲醇燃料的最大优点是它在正常温度范围呈液态，并且既可用于点燃式发动机又可用于压燃式发动机。甲醇的能量密度几乎是汽油或柴油燃料的一半。
在甲醇供应设施尚未建立的情况下，灵活燃料汽车（FFV）作为一种过渡技术正在开发中。灵活燃料汽车可以使用M85、汽油（M0）或者汽油与甲醇以任何比例混合的燃料。图
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14-3为FFV系统示意图。在这种汽车上，采用了一只光导式燃油组分传感器来检测燃油中的甲醇含量，以便获取最佳燃油比例控制和最佳点火提前控制。
就甲醇燃料对环境的影响而言，点燃式灵活燃料甲醇发动机的CO排放水平与汽油机相当，并且，尽管这种发动机的排气道出口处的NOX略低，但在催化转化器的下游，NOX的排放水平与汽油机也不相上下。甲醇对臭氧减少的影响是不确定的，因为臭氧排放量随排气中的未燃甲醇和甲醛含量而变化。
甲醇燃料发动机的甲醛排放量是普通燃料发动机的几倍。由于甲醛与臭氧的具有极强的反应能力和对健康有害，所以甲醛排放量已经得到法规的控制。当然，就目前的技术来说，只能对甲醛进行催化处理。
因此，在发动机起动后升温的过程中，由于催化剂尚未起作用，甲醛的排放量较大。此外，在催化剂尚未达到最大转化效率之前的某一温度下，甚至在催化剂内部会形成甲醛。所以，为了解决这些问题，需要对催化剂的应用继续进行研究和试验。
（2）乙醇
对应用于汽车来说，由生物体生产的乙醇具有与甲醇类似的特性。甲醇在美国和巴西已经使用多年。但是，由于与甲醇相比，宜春生产成本高，并且与臭氧的反应能力比较强，因此作为一种代用燃料，它并没有引起人们太多的注意。这样，认为生物产量不会按期望的速度增长，并且在可预见的未来，乙醇将不可能成为一种有前途的轿车燃料是有道理的。
（3）天然气
天然气的主要成份是甲烷。天然气在地球中的储量按照能量来计的话，估计为当前石油储量的80%左右。因而，天然气被认为是一种很有吸引力的替代燃料。
然而，从控制全球变暖问题的角度来看，天然气就没有那么重要了，因为甲烷本身的温室效应要比CO2高许多倍，因而通过使用天然气来降低CO2的效果可能几乎被抵消。此外，即使将燃料箱的压力提高到高达20MPa的话，行驶半径也会被限制在汽油车的1/6。这个问题以及与高压天然气罐有关的难题，都使压缩天然气（CNG）实际应用于轿车几乎不能接受。因此，将来CNG会在特种车队得到使用。
（4）氢
氢是一种理想的清洁燃料，它既不排放CO2，也不排放形成臭氧的HC。但是，今天的氢大部分是由甲烷生产，因而会产生大量的CO2，作为副产品。如果利用太阳能，通过电解水来生产氢的话，那么这样的氢才是真正洁净的取之不尽的能源。
使用氢作为替代燃料的最大的问题是燃料在汽车上的存储问题。另一个头痛的问题是续驶里程短。即使能量密度最高的液化氢也最多达到汽油车续驶里程的四分之一。这就使得氢燃料的使用在可预见的将来还是非常悲观的。
（5）燃料电池
燃料电池是一种电化学能转化装置。它将化学物质氢和氧转变成水，因而在此过程中产生了电。
另外的一种我们都熟悉的电化学装置就是蓄电池。蓄电池的所有化学物质都存储在蓄电池内部，因而它也将这些化学物质转变成电。这就意味着蓄电池实际上会“耗干而死亡”，要么将其丢弃，要么将其再充电。
对于燃料电池来说，化学物质不停地流入电池，电流不停的流出电池。今天使用的大多数燃料电池都使用氢和氧作为化学物质。
燃料电池将与许多其他类型的能量转换装置进行竞争，这些能量转换装置包括城市发电厂的燃汽轮机、汽车上的汽油机和膝上电脑中的蓄电池。像燃汽轮机和汽油机这样的内燃机都要燃烧燃料，并利用气体膨胀所产生的压力来作机械功。需要时，电池再将化学能转变成电能。燃料电池做这两项工作都要有较高的效率。
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燃料电池提供直流电压，以便用来为电动机、车灯和许多其它电器设备供电。 燃料电池有几种不同的类型，它们使用不同的化学物质。燃料电池通常按照所用电解液的类型进行分类。有些类型的燃料电池适用于固定发电的电厂，另外一些适用于小型便携式设备，或者适用于驱动汽车。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种前景最好的技术。这是一种竖着为小汽车、公共汽车，甚至还有你的家供电的燃料电池。PEMFC使用了燃料电池中最简单的一种反应。首先，让我们来看一下质子交换膜（PEM）燃料电池的结构。
在图14-4中，你可以看到，PEMFC有以下四个基本元件：
阳极（燃料电池的负极桩）有若干作用。它传导从氢分子脱离下来的电子，从而使这些电子在外电路中得到利用。阳极板上刻有若干槽，从而将氢气均匀地分布在催化剂的表面上。
阴极（燃料电池的正极桩）板上刻有若干槽，从而将氧气均匀地分布在催化剂的表面上。它将外部电路的电子传导给催化剂。然后这些电子再重新与氢离子和氧离子结合而形成水。
质子交换膜为电解质。这种看起来有些像普通的厨用包装塑料膜的进过专门处理的材料只允许带正电的离子通过，而阻挡电子通过。
催化剂是一种能加速氧与氢的反应的特种材料。催化剂材料通常是由薄薄地涂敷在复写纸或是织物上的铂粉末制成。这种催化剂结构粗糙且具有多孔性，从而能使铂与氢和氧具有最大接触表面积。催化剂上涂有铂的一面朝向质子交换膜（PEM）。 具有压力的氢气（H2）从阳极进入燃料电池。在压力作用下，这些气体流经催化剂。当H2分子与催化剂上的铂接触时，便分解成H+离子和两个电子（e-）（2H2→4H++ 4e-）。电子通过阳极，经过外电路（做有用功，如驱动电动机运转），在返回燃料电池的阴极侧。
同时，在燃料电池的阴极侧上，氧气进过催化剂，从而形成了两个氧原子。这些原子中的每一个都带有极强的负电荷。负电荷吸引两个H+，使它们穿过交换膜，与氧原子和来自外电路的两个电子结合，从而形成水分子（O2+4H++4e-→2H2O）。 在单个燃料电池中，这种反应仅产生约0.7V的电压。为了将这个电压增加到合适的程度，必须将多块单个的燃料电池组合起来，形成燃料电池堆。
PEMFC的工作温度相当低（约176℉，即80℃），这就意味着能够快速升温，不需要昂贵的绝热结构。对这些地电池所进行的持续的设计改进和材料改进，已经大大提高了功率密度，使一个小行李包大小的燃料电池堆就能驱动一辆小汽车行驶。
燃料电池存在的问题：
我们已经学过，燃料电池利用氧和氢来产生电。燃料电池所需的氧来自空气。实际上，在PEM燃料电池中，将普通的空气泵入阴极。然而，氢并非这样容易得到。由于有许多限制因素，使氢在大多数应用场合的使用并不实际。例如，不会有氢管路通到你的家中，而且在当地加油站你也不会得到一个加氢泵。
氢很难存储和供应，因此，如果燃料电池使用更容易得到的燃料，就会更加方便。这个问题通过一个被称为转化设备的装置而得到解决。转化设备将碳氢化合物或乙醇燃料转变成氢，然后再输送给燃料电池。可惜，转化设备不够完善，它们会发热病产生除氢之外的其它气体。尽管利用各种装置来净化氢，但从转化设备出来的氢还是不够纯，因而降低了燃料电池的效率。
某些前景更好的燃料是天然气、丙烷和甲醇。许多人的家里都有天然气管路或丙烷罐，因此这些燃料是最可能用于家用燃料电池的燃料。甲醇是一种性质与汽油类似的液态燃料。甲醇刚好运输和输送都很方便，所以，甲醇是驱动燃料电池汽车的一种可能的替代燃料。
燃料电池的发展目标：
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降低污染是燃料电池的主要目标之一。通过将燃料电池汽车与汽油汽车和蓄电池驱动的电动汽车进行比较，你就会看到燃料电池是怎样提高今天的汽车的效率的。
由于全部三种汽车都有一些相同的部件（轮胎、变速器等），所以我们要忽略掉汽车的这些部件，而是从产生机械功率的多少，来对它们的效率进行比较（所有这些效率都是大约数，但是用于粗略比较应该足够精确）。 如果燃料电池使用纯氢，其效率有可能达到80%。也就是它会将氢的能量的80%转变成电能。但是，正像我们前面所学过的，氢在汽车上很难存储。当增加一个转化设备，将甲醇转变成氢的时候，总效率会下降到大约30%~40%。我们还需要将电能转变成机械功，这是通过电动机和变换器来完成的。电动机/变换器的效率一般约为80%。这样总效率约为24%~32%。
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