[科普中國(guó)]-汽油引擎

汽油引擎是用汽油作燃料的一種電火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。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(jī)構(gòu)、配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)等部分組成。

汽油引擎簡(jiǎn)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(guó)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(dòng)機(jī)中供油不勻，引起工作不穩(wěn)、不利于大功率設(shè)計(jì)。為了彌補(bǔ)這些缺陷，燃油噴射引擎應(yīng)運(yùn)而生。汽油噴射系統(tǒng)作為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械式燃油噴射向電子燃油噴射的變革，而機(jī)械噴射式是一種以機(jī)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(shì)，但由于其生產(chǎn)受當(dāng)時(shí)社會(huì)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)上采用了它。

50年代轎車用汽油噴射都是在柴油機(jī)燃油噴射泵的原理與基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來的機(jī)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(chǎng)。可以說：由于博世公司的積極研發(fā)，在汽車用汽油機(jī)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(jìn)氣歧管上安裝噴油嘴，燃油分組進(jìn)行噴射。在此噴射中，安裝有能調(diào)節(jié)的啟動(dòng)閥和控制暖車加溫時(shí)間的自動(dòng)控制開關(guān)，在起動(dòng)、暖車工況下能適當(dāng)增加燃油噴射量，增大空燃比，同時(shí)對(duì)進(jìn)氣溫度高低、行駛環(huán)境大氣壓力的變化，在空燃比補(bǔ)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(jiǎn)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(jī)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(guó)內(nèi)還可以找到機(jī)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(jī)械與電子混合控制）。1

工作原理汽油機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動(dòng)系組成；而汽油機(jī)工作原理則可簡(jiǎn)單理解為四部分進(jìn)氣-壓縮-做功-排氣。與柴油機(jī)最大不同的是，汽油機(jī)點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)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(dòng)活塞向下移動(dòng)，通過連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，然后完成排氣過程，整個(gè)汽油機(jī)就完成了一次做功的過程。以此類推，連桿帶動(dòng)著我們的車輪就開始運(yùn)行。

汽油指標(biāo)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)號(hào)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(diǎn)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(huì)造成汽車顛簸，并會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)際上指的就是，汽缸內(nèi)的活塞在運(yùn)行到汽缸內(nèi)的上止點(diǎn)后汽缸內(nèi)的空間大小與活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)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(dòng)機(jī)動(dòng)力越足，對(duì)于汽油抗爆性要求也越高。

3、汽油蒸發(fā)性。因在發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)造成汽油燃燒不完全，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定等一系列現(xiàn)象；當(dāng)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(dòng)機(jī)將無法點(diǎn)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(biāo)來加以控制。

相關(guān)技術(shù)指標(biāo)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(jìn)氣行程中并不進(jìn)行供油，而是在壓縮行程后段才進(jìn)行供油，利用高壓的供油泵以及特殊的噴油嘴設(shè)計(jì)，將油氣有效地集中在火星塞附近，讓燃油一口氣地點(diǎn)燒，達(dá)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(yùn)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(jìn)行供油，并配合特殊的活塞造型，以達(dá)成油氣導(dǎo)引的目的。關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)為以下三點(diǎn)：

1、提高壓縮比

采用緊湊型燃燒室，通過進(jìn)氣口位置改進(jìn)使缸內(nèi)形成較強(qiáng)的空氣運(yùn)動(dòng)旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點(diǎn)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(dá)到25：1以上，按照常規(guī)是無法點(diǎn)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(yùn)動(dòng)在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣，混合比達(dá)到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點(diǎn)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(shí)與分段噴射技術(shù)，即將噴油分成兩個(gè)階段，進(jìn)氣初期噴油，燃油首先進(jìn)入缸內(nèi)下部隨后在缸內(nèi)均勻分布，進(jìn)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(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)分層燃燒。

3、高能點(diǎn)火

高能點(diǎn)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(dòng)機(jī)采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達(dá)到上述目的。2

汽油引擎發(fā)展趨勢(shì)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(jìn)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(yáng)的是通過均勻燃燒和分層燃燒實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷、尤其是低負(fù)荷下的燃油消耗降低，動(dòng)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(gè)發(fā)展方向。傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是通過電腦采集凸輪位置以及發(fā)動(dòng)機(jī)各相關(guān)工況從而控制噴油嘴將汽油噴入進(jìn)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(jìn)氣氣流和氣門開關(guān)的影響較大，并且微小的油顆粒會(huì)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)多是每缸一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門，這種二氣門配氣機(jī)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，制造成本也低，對(duì)于輸出功率要求不太高的普通發(fā)動(dòng)機(jī)來說，就能獲得較為滿意的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與扭矩性能。排量較大、功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)要采用多氣門技術(shù)二最簡(jiǎn)單的多氣門技術(shù)是三氣門結(jié)構(gòu)，即在一進(jìn)一排的二氣門結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再加上一個(gè)進(jìn)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(jī)構(gòu)中，每個(gè)氣缸各有兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門。四氣門結(jié)構(gòu)能大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣、排氣效率，新款轎車大都采用四氣門技術(shù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門正時(shí)技術(shù)簡(jiǎn)單來說它的工作原理就是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)由低速向高速轉(zhuǎn)換時(shí)，電子計(jì)算機(jī)就自動(dòng)地將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)齒輪內(nèi)的小渦輪，這樣，在壓力的作用下，小渦輪就相對(duì)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(jìn)氣門開啟的時(shí)刻，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時(shí)的目的。所以在上述結(jié)構(gòu)的作用下，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)按照不同的路況改變氣門開啟、關(guān)閉時(shí)間，在保證輸出足夠牽引力的同時(shí)提高燃油經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時(shí)候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)來說，經(jīng)過增壓之后，動(dòng)力可以達(dá)到2.4L發(fā)動(dòng)機(jī)的水平，但是耗油量卻比1.8發(fā)動(dòng)機(jī)并不高多少，在另外一個(gè)層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放。

診斷排除方法和步驟1、打起動(dòng)檔，起動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)均不能轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)按起動(dòng)系故障進(jìn)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(shí)，檢查起動(dòng)線路、保險(xiǎn)絲及點(diǎn)火開關(guān)；

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

3、進(jìn)行外觀檢查。檢查進(jìn)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(diǎn)火線圈、分電器和電子點(diǎn)火器；

5、檢查點(diǎn)火順序是否正確；

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

7、檢查點(diǎn)火正時(shí)及各缸的點(diǎn)火順序；

8、檢查裝在空氣流量計(jì)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(diǎn)火正時(shí)，如點(diǎn)火正時(shí)不正確，應(yīng)進(jìn)一步檢查點(diǎn)火正時(shí)的控制系統(tǒng)。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李宗秀 - 副教授 - 黑龍江財(cái)經(jīng)學(xué)院