[科普中國]-汽油引擎

汽油引擎是用汽油作燃料的一種電火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機。汽油引擎一般采用往復(fù)活塞式結(jié)構(gòu)，由本體、曲柄連桿機構(gòu)、配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和點火系統(tǒng)等部分組成。

汽油引擎簡介早期汽車的引擎燃油控制系統(tǒng)主要是以傳統(tǒng)的化油器為主，在我國這種控制系統(tǒng)甚至一直到現(xiàn)在依然存在。但是化油器存在諸如易發(fā)生氣阻、結(jié)冰、節(jié)氣門響應(yīng)不靈敏等現(xiàn)象，在多缸發(fā)動機中供油不勻，引起工作不穩(wěn)、不利于大功率設(shè)計。為了彌補這些缺陷，燃油噴射引擎應(yīng)運而生。汽油噴射系統(tǒng)作為汽油發(fā)動機的燃油輸送系統(tǒng)，已有多年的發(fā)展歷史。從噴射控制發(fā)展來看，經(jīng)歷了兩次階段性的發(fā)展歷程：從機械式燃油噴射向電子燃油噴射的變革，而機械噴射式是一種以機械液力控制的噴射技術(shù)。

盡管汽油噴射技術(shù)有諸多優(yōu)勢，但由于其生產(chǎn)受當時社會生產(chǎn)力、生產(chǎn)工藝、技術(shù)的制約，其制造成本非常高，因此汽車用汽油噴射裝置最初只能應(yīng)用在數(shù)量很少的賽車上，它能滿足賽車所要求的大發(fā)動機輸出功率和靈敏的油門響應(yīng)性能。到50年代末期，大多數(shù)賽車都已經(jīng)采用了汽油噴射作為燃油輸送系統(tǒng)。

汽油噴射應(yīng)用于民用批量生產(chǎn)的轎車發(fā)動機上，是在1950—1953年高利阿特（Goliath）與哥特勃羅特（Gutorod）兩公司首先在2缸2沖程發(fā)動機上安裝了汽油噴射（缸內(nèi)噴射）裝置。1957年奔馳公司又在4沖程發(fā)動機上采用了它。

50年代轎車用汽油噴射都是在柴油機燃油噴射泵的原理與基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來的機械汽油噴射，由世界著名汽車配套生產(chǎn)商博世公司研發(fā)生產(chǎn)并投入市場?？梢哉f：由于博世公司的積極研發(fā)，在汽車用汽油機械噴射領(lǐng)域內(nèi)，博世公司起著領(lǐng)袖與旗艦的作用。1958年，奔馳公司在200SE上首次采用在進氣歧管上安裝噴油嘴，燃油分組進行噴射。在此噴射中，安裝有能調(diào)節(jié)的啟動閥和控制暖車加溫時間的自動控制開關(guān)，在起動、暖車工況下能適當增加燃油噴射量，增大空燃比，同時對進氣溫度高低、行駛環(huán)境大氣壓力的變化，在空燃比補償控制中根據(jù)變化，做較精確的控制。正是這種有部分電子元件感應(yīng)參與，有初步簡單電子控制的汽油噴射方式，為現(xiàn)在的EFI電子燃油控制奠定了功能基礎(chǔ)。

目前機械燃油噴射系統(tǒng)已經(jīng)被電控燃油噴射系統(tǒng)EFI所取代，但是在國內(nèi)還可以找到機械噴射引擎，主要是著名的博世公司研制開發(fā)的K-E型系統(tǒng)（機械與電子混合控制）。1

工作原理汽油機由兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；而汽油機工作原理則可簡單理解為四部分進氣-壓縮-做功-排氣。與柴油機最大不同的是，汽油機點火方式為壓燃式，即空氣與汽油噴油嘴噴出的油氣混合物進入氣缸，氣缸排氣門關(guān)閉后，活塞由下向上壓縮油氣混合物，氣體被壓縮后，汽缸內(nèi)的混合氣壓力與溫度隨之升高。而后火花塞點火，混合氣劇烈燃燒，汽缸內(nèi)的溫度、壓力急劇上升，高溫、高壓氣體推動活塞向下移動，通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，然后完成排氣過程，整個汽油機就完成了一次做功的過程。以此類推，連桿帶動著我們的車輪就開始運行。

汽油指標的評判標準1、汽油抗爆性。汽油抗爆性由汽油辛烷值決定，越高汽油抗爆性就越好，90#、93#、97#汽油標號就是以汽油的抗爆性來命名。剛才我們說了，汽油在汽缸里面的點燃方式為壓燃式，如果汽油不具備好的抗爆性，那么在壓燃過程中就有可能提前造成氣缸內(nèi)汽油提前燃燒，且燃燒火焰急劇傳播，引發(fā)爆震，俗稱敲缸。爆震會造成汽車顛簸，并會影響發(fā)動機的壽命。這就是我們?yōu)槭裁慈绱岁P(guān)注辛烷值的原因。

2、汽油壓縮比。汽油壓縮比實際上指的就是，汽缸內(nèi)的活塞在運行到汽缸內(nèi)的上止點后汽缸內(nèi)的空間大小與活塞運行到下止點后汽缸內(nèi)空間大小的比例（百度解釋為：氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比），壓縮比越大，往往代表發(fā)動機動力越足，對于汽油抗爆性要求也越高。

3、汽油蒸發(fā)性。因在發(fā)動機壓縮的油氣混合物，這就要求汽油必須有一定蒸發(fā)性。如果汽油蒸發(fā)性過低會造成汽油燃燒不完全，發(fā)動機運行不穩(wěn)定等一系列現(xiàn)象；當然過高也不好，一旦汽油蒸發(fā)性過高而形成氣阻而堵塞汽油輸送管路，發(fā)動機將無法點火。

以上三條均是調(diào)配汽油過程中應(yīng)該注意的重中之重，也都是通過汽油指標來加以控制。

相關(guān)技術(shù)指標如下表：

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汽油引擎的關(guān)鍵技術(shù)使用稀薄燃燒的引擎，在進氣行程中并不進行供油，而是在壓縮行程后段才進行供油，利用高壓的供油泵以及特殊的噴油嘴設(shè)計，將油氣有效地集中在火星塞附近，讓燃油一口氣地點燒，達成最佳的燃燒效果，而空氣與燃油的比例，最多可以降低至40:1以下，大幅降低了引擎運轉(zhuǎn)的油耗。而為了讓燃油能夠精確地集由在火星塞的附近，使用稀薄燃燒技術(shù)的引擎，便需要導(dǎo)入缸內(nèi)燃油直噴技術(shù)，以便在壓縮行程進行供油，并配合特殊的活塞造型，以達成油氣導(dǎo)引的目的。關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)為以下三點：

1、提高壓縮比

采用緊湊型燃燒室，通過進氣口位置改進使缸內(nèi)形成較強的空氣運動旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點火距離；提高壓縮比至13：1左右，促使燃燒速度加快。

2、分層燃燒。

如果稀燃技術(shù)的混合比達到25：1以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混合氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。為了提高燃燒的穩(wěn)定性，降低氮氧化物，現(xiàn)在采用燃油噴射定時與分段噴射技術(shù)，即將噴油分成兩個階段，進氣初期噴油，燃油首先進入缸內(nèi)下部隨后在缸內(nèi)均勻分布，進氣后期噴油，濃混合氣在缸內(nèi)上部聚集在火花塞四周被點燃，實現(xiàn)分層燃燒。

3、高能點火

高能點火和寬間隙火花塞有利于火核形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，燃燒速度增快，稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動機采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達到上述目的。2

汽油引擎發(fā)展趨勢缸內(nèi)直噴技術(shù)缸內(nèi)直噴技術(shù)，是指將噴油嘴設(shè)置在進排氣門之間，高壓燃油直接注入燃燒室平順高效地燃燒，缸內(nèi)直噴所宣揚的是通過均勻燃燒和分層燃燒實現(xiàn)了高負荷、尤其是低負荷下的燃油消耗降低，動力還有很大提升的一種技術(shù)。缸內(nèi)直噴即燃料分層噴射技術(shù)，代表著傳統(tǒng)汽油引擎的一個發(fā)展方向。傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機是通過電腦采集凸輪位置以及發(fā)動機各相關(guān)工況從而控制噴油嘴將汽油噴入進氣歧管。但由于噴油嘴離燃燒室有一定的距離，汽油同空氣的混合情況受進氣氣流和氣門開關(guān)的影響較大，并且微小的油顆粒會吸附在管道壁上，所以希望噴油嘴能夠直接將燃油噴入汽缸。在近來各汽車廠商采用的發(fā)動機科技中，最炙手可熱的技術(shù)非缸內(nèi)直噴莫屬。這套由柴油發(fā)動機衍生而來的科技目前已經(jīng)大量使用在包含大眾（含奧迪）、寶馬、梅賽德斯-奔馳、通用以及豐田車系上。

傳統(tǒng)的發(fā)動機多是每缸一個進氣門和一個排氣門，這種二氣門配氣機構(gòu)相對比較簡單，制造成本也低，對于輸出功率要求不太高的普通發(fā)動機來說，就能獲得較為滿意的發(fā)動機輸出功率與扭矩性能。排量較大、功率較大的發(fā)動機要采用多氣門技術(shù)二最簡單的多氣門技術(shù)是三氣門結(jié)構(gòu)，即在一進一排的二氣門結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再加上一個進氣門。近年來，世界各大汽車公司新開發(fā)的轎車大多采用四氣門結(jié)構(gòu)。四氣門配氣機構(gòu)中，每個氣缸各有兩個進氣門和兩個排氣門。四氣門結(jié)構(gòu)能大幅度提高發(fā)動機的吸氣、排氣效率，新款轎車大都采用四氣門技術(shù)。

發(fā)動機可變氣門正時技術(shù)簡單來說它的工作原理就是當發(fā)動機由低速向高速轉(zhuǎn)換時，電子計算機就自動地將機油壓向進氣凸輪軸驅(qū)動齒輪內(nèi)的小渦輪，這樣，在壓力的作用下，小渦輪就相對于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使凸輪軸在60度的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變進氣門開啟的時刻，達到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的目的。所以在上述結(jié)構(gòu)的作用下，可以保證發(fā)動機按照不同的路況改變氣門開啟、關(guān)閉時間，在保證輸出足夠牽引力的同時提高燃油經(jīng)濟性。3

渦輪增壓技術(shù)渦輪增壓的主要作用就是提高發(fā)動機進氣量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發(fā)動機在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發(fā)動機來說，經(jīng)過增壓之后，動力可以達到2.4L發(fā)動機的水平，但是耗油量卻比1.8發(fā)動機并不高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。

診斷排除方法和步驟1、打起動檔，起動機和發(fā)動機均不能轉(zhuǎn)動，應(yīng)按起動系故障進行檢查。首先，檢查蓄電池存電情況和極柱連接和接觸情況；如果蓄電池正常時，檢查起動線路、保險絲及點火開關(guān)；

2、踏下油門到中等開度位置，再打起動機。如果此時，發(fā)動機能夠發(fā)動，則說明故障為怠速控制閥及其線路故障或者是進氣管漏氣，如果踏下油門到中等開度位置時，仍然發(fā)動不著，應(yīng)進行下一步驟的檢查；

3、進行外觀檢查。檢查進氣管路有無漏氣之處；檢查各軟管及其連接處是否完好；檢查曲軸箱通風(fēng)裝置軟管有無漏氣或破裂；

4、檢查高壓火花。如果高壓火花不正常，應(yīng)檢查高壓線、點火線圈、分電器和電子點火器；

5、檢查點火順序是否正確；

6、檢查供油系統(tǒng)的供油情況。在確認油箱有淚的情況下，檢查燃油管中的供油壓力；

7、檢查點火正時及各缸的點火順序；

8、檢查裝在空氣流量計上的燃油泵開關(guān)的工作情況；

9、檢查各缸火花塞的工作情況；

10、檢查點火正時，如點火正時不正確，應(yīng)進一步檢查點火正時的控制系統(tǒng)。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李宗秀 - 副教授 - 黑龍江財經(jīng)學(xué)院