汽油引擎

更新时间:2022-08-25 15:32

汽油引擎是用汽油作燃料的一种电火花点火式内燃发动机。汽油引擎一般采用往复活塞式结构,由本体、曲柄连杆机构、配气系统、供油系统、润滑系统和点火系统等部分组成。

汽油引擎简介

早期汽车的引擎燃油控制系统主要是以传统的化油器为主,在我国这种控制系统甚至一直到现在依然存在。但是化油器存在诸如易发生气阻、结冰、节气门响应不灵敏等现象,在多缸发动机中供油不匀,引起工作不稳、不利于大功率设计。为了弥补这些缺陷,燃油喷射引擎应运而生。汽油喷射系统作为汽油发动机的燃油输送系统,已有多年的发展历史。从喷射控制发展来看,经历了两次阶段性的发展历程:从机械式燃油喷射向电子燃油喷射的变革,而机械喷射式是一种以机械液力控制的喷射技术。

尽管汽油喷射技术有诸多优势,但由于其生产受当时社会生产力、生产工艺、技术的制约,其制造成本非常高,因此汽车用汽油喷射装置最初只能应用在数量很少的赛车上,它能满足赛车所要求的大发动机输出功率和灵敏的油门响应性能。到50年代末期,大多数赛车都已经采用了汽油喷射作为燃油输送系统。

汽油喷射应用于民用批量生产的轿车发动机上,是在1950—1953年高利阿特(Goliath)与哥特勃罗特(Gutorod)两公司首先在2缸2冲程发动机上安装了汽油喷射(缸内喷射)装置。1957年奔驰公司又在4冲程发动机上采用了它。

50年代轿车用汽油喷射都是在柴油机燃油喷射泵的原理与基础上发展演变而来的机械汽油喷射,由世界著名汽车配套生产商博世公司研发生产并投入市场。可以说:由于博世公司的积极研发,在汽车用汽油机械喷射领域内,博世公司起着领袖与旗舰的作用。1958年,奔驰公司在200SE上首次采用在进气歧管上安装喷油嘴,燃油分组进行喷射。在此喷射中,安装有能调节的启动阀和控制暖车加温时间的自动控制开关,在起动、暖车工况下能适当增加燃油喷射量,增大空燃比,同时对进气温度高低、行驶环境大气压力的变化,在空燃比补偿控制中根据变化,做较精确的控制。正是这种有部分电子元件感应参与,有初步简单电子控制的汽油喷射方式,为现在的EFI电子燃油控制奠定了功能基础。

目前机械燃油喷射系统已经被电控燃油喷射系统EFI所取代,但是在国内还可以找到机械喷射引擎,主要是著名的博世公司研制开发的K-E型系统(机械与电子混合控制)。

工作原理

汽油机由两大机构和五大系统组成,即由曲柄连杆机构配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成;而汽油机工作原理则可简单理解为四部分进气-压缩-做功-排气。与柴油机最大不同的是,汽油机点火方式为点燃式,即空气与汽油喷油嘴喷出的油气混合物进入气缸,气缸排气门关闭后,活塞由下向上压缩油气混合物,气体被压缩后,汽缸内的混合气压力与温度随之升高。而后火花塞点火,混合气剧烈燃烧,汽缸内的温度、压力急剧上升,高温、高压气体推动活塞向下移动,通过连杆带动曲轴旋转,然后完成排气过程,整个汽油机就完成了一次做功的过程。以此类推,连杆带动着我们的车轮就开始运行。

汽油指标的评判标准

1、汽油抗爆性。汽油抗爆性由汽油辛烷值决定,越高汽油抗爆性就越好,90#、93#、97#汽油标号就是以汽油的抗爆性来命名。刚才我们说了,汽油在汽缸里面的点燃方式为压燃式,如果汽油不具备好的抗爆性,那么在压燃过程中就有可能提前造成气缸内汽油提前燃烧,且燃烧火焰急剧传播,引发爆震,俗称敲缸。爆震会造成汽车颠簸,并会影响发动机的寿命。这就是我们为什么如此关注辛烷值的原因。

2、汽油压缩比。汽油压缩比实际上指的就是,汽缸内的活塞在运行到汽缸内的上止点后汽缸内的空间大小与活塞运行到下止点后汽缸内空间大小的比例(百度解释为:气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比),压缩比越大,往往代表发动机动力越足,对于汽油抗爆性要求也越高。

3、汽油蒸发性。因在发动机压缩的油气混合物,这就要求汽油必须有一定蒸发性。如果汽油蒸发性过低会造成汽油燃烧不完全,发动机运行不稳定等一系列现象;当然过高也不好,一旦汽油蒸发性过高而形成气阻而堵塞汽油输送管路,发动机将无法点火。

以上三条均是调配汽油过程中应该注意的重中之重,也都是通过汽油指标来加以控制。

相关技术指标如下表:

汽油引擎的关键技术

使用稀薄燃烧的引擎,在进气行程中并不进行供油,而是在压缩行程后段才进行供油,利用高压的供油泵以及特殊的喷油嘴设计,将油气有效地集中在火星塞附近,让燃油一口气地点烧,达成最佳的燃烧效果,而空气与燃油的比例,最多可以降低至40:1以下,大幅降低了引擎运转的油耗。而为了让燃油能够精确地集由在火星塞的附近,使用稀薄燃烧技术的引擎,便需要导入缸内燃油直喷技术,以便在压缩行程进行供油,并配合特殊的活塞造型,以达成油气导引的目的。关键技术总结为以下三点:

1、提高压缩比

采用紧凑型燃烧室,通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流,提高气流速度;将火花塞置于燃烧室中央,缩短点火距离;提高压缩比至13:1左右,促使燃烧速度加快。

2、分层燃烧

如果稀燃技术的混合比达到25:1以上,按照常规是无法点燃的,因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气,混合比达到12:1左右,外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后,燃烧迅速波及外层。为了提高燃烧的稳定性,降低氮氧化物,现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术,即将喷油分成两个阶段,进气初期喷油,燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布,进气后期喷油,浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃,实现分层燃烧。

3、高能点火

高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成,火焰传播距离缩短,燃烧速度增快,稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。

汽油引擎发展趋势

缸内直喷技术

缸内直喷技术,是指将喷油嘴设置在进排气门之间,高压燃油直接注入燃烧室平顺高效地燃烧,缸内直喷所宣扬的是通过均匀燃烧和分层燃烧实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油消耗降低,动力还有很大提升的一种技术。缸内直喷即燃料分层喷射技术,代表着传统汽油引擎的一个发展方向。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离,汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大,并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上,所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸。在近来各汽车厂商采用的发动机科技中,最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含大众(含奥迪)、宝马、梅赛德斯-奔驰、通用以及丰田车系上。

传统的发动机多是每缸一个进气门和一个排气门,这种二气门配气机构相对比较简单,制造成本也低,对于输出功率要求不太高的普通发动机来说,就能获得较为满意的发动机输出功率与扭矩性能。排量较大、功率较大的发动机要采用多气门技术二最简单的多气门技术是三气门结构,即在一进一排的二气门结构基础上再加上一个进气门。近年来,世界各大汽车公司新开发的轿车大多采用四气门结构。四气门配气机构中,每个气缸各有两个进气门和两个排气门。四气门结构能大幅度提高发动机的吸气、排气效率,新款轿车大都采用四气门技术。

发动机可变气门正时技术

简单来说它的工作原理就是当发动机由低速向高速转换时,电子计算机就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮,这样,在压力的作用下,小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度,从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转,从而改变进气门开启的时刻,达到连续调节气门正时的目的。所以在上述结构的作用下,可以保证发动机按照不同的路况改变气门开启、关闭时间,在保证输出足够牵引力的同时提高燃油经济性。

涡轮增压技术

涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量,从而提高发动机的功率和扭矩,让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后,其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说,经过增压之后,动力可以达到2.4L发动机的水平,但是耗油量却比1.8发动机并不高多少,在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。

诊断排除方法和步骤

1、打起动档,起动机和发动机均不能转动,应按起动系故障进行检查。首先,检查蓄电池存电情况和极柱连接和接触情况;如果蓄电池正常时,检查起动线路、保险丝及点火开关;

2、踏下油门到中等开度位置,再打起动机。如果此时,发动机能够发动,则说明故障为怠速控制阀及其线路故障或者是进气管漏气,如果踏下油门到中等开度位置时,仍然发动不着,应进行下一步骤的检查;

3、进行外观检查。检查进气管路有无漏气之处;检查各软管及其连接处是否完好;检查曲轴箱通风装置软管有无漏气或破裂;

4、检查高压火花。如果高压火花不正常,应检查高压线、点火线圈、分电器和电子点火器

5、检查点火顺序是否正确;

6、检查供油系统的供油情况。在确认油箱有泪的情况下,检查燃油管中的供油压力;

7、检查点火正时及各缸的点火顺序;

8、检查装在空气流量计上的燃油泵开关的工作情况;

9、检查各缸火花塞的工作情况;

10、检查点火正时,如点火正时不正确,应进一步检查点火正时的控制系统。

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