基本介紹
- 中文名：汽油引擎
- 外文名：gasoline engine
- 採用：往復活塞式結構
- 組成：本體、曲柄連桿機構
汽油引擎簡介,工作原理,汽油指標的評判標準,汽油引擎的關鍵技術,汽油引擎發展趨勢,缸內直噴技術,發動機可變氣門正時技術,渦輪增壓技術,診斷排除方法和步驟,
汽油引擎簡介
早期汽車的引擎燃油控制系統主要是以傳統的化油器為主，在我國這種控制系統甚至一直到現在依然存在。但是化油器存在諸如易發生氣阻、結冰、節氣門回響不靈敏等現象，在多缸發動機中供油不勻，引起工作不穩、不利於大功率設計。為了彌補這些缺陷，燃油噴射引擎應運而生。汽油噴射系統作為汽油發動機的燃油輸送系統，已有多年的發展歷史。從噴射控制發展來看，經歷了兩次階段性的發展歷程：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。
儘管汽油噴射技術有諸多優勢，但由於其生產受當時社會生產力、生產工藝、技術的制約，其製造成本非常高，因此汽車用汽油噴射裝置最初只能套用在數量很少的賽車上，它能滿足賽車所要求的大發動機輸出功率和靈敏的油門回響性能。到50年代末期，大多數賽車都已經採用了汽油噴射作為燃油輸送系統。
汽油噴射套用於民用批量生產的轎車發動機上，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衝程發動機上安裝了汽油噴射（缸內噴射）裝置。1957年賓士公司又在4衝程發動機上採用了它。
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上發展演變而來的機械汽油噴射，由世界著名汽車配套生產商博世公司研發生產並投入市場。可以說：由於博世公司的積極研發，在汽車用汽油機械噴射領域內，博世公司起著領袖與旗艦的作用。1958年，賓士公司在200SE上首次採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，安裝有能調節的啟動閥和控制暖車加溫時間的自動控制開關，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、行駛環境大氣壓力的變化，在空燃比補償控制中根據變化，做較精確的控制。正是這種有部分電子元件感應參與，有初步簡單電子控制的汽油噴射方式，為現在的EFI電子燃油控制奠定了功能基礎。
目前機械燃油噴射系統已經被電控燃油噴射系統EFI所取代，但是在國內還可以找到機械噴射引擎，主要是著名的博世公司研製開發的K-E型系統（機械與電子混合控制）。
工作原理
汽油機由兩大機構和五大系統組成，即由曲柄連桿機構、配氣機構、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，汽油機點火方式為點燃式，即空氣與汽油噴油嘴噴出的油氣混合物進入氣缸，氣缸排氣門關閉後，活塞由下向上壓縮油氣混合物，氣體被壓縮後，汽缸內的混合氣壓力與溫度隨之升高。而後火花塞點火，混合氣劇烈燃燒，汽缸內的溫度、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，然後完成排氣過程，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，汽油在汽缸裡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汽油提前燃燒，且燃燒火焰急劇傳播，引發爆震，俗稱敲缸。爆震會造成汽車顛簸，並會影響發動機的壽命。這就是我們為什麼如此關注辛烷值的原因。
2、汽油壓縮比。汽油壓縮比實際上指的就是，汽缸內的活塞在運行到汽缸內的上止點後汽缸內的空間大小與活塞運行到下止點後汽缸內空間大小的比例（百度解釋為：氣體壓縮前的容積與氣體壓縮後的容積之比），壓縮比越大，往往代表發動機動力越足，對於汽油抗爆性要求也越高。
3、汽油蒸發性。因在發動機壓縮的油氣混合物，這就要求汽油必須有一定蒸發性。如果汽油蒸發性過低會造成汽油燃燒不完全，發動機運行不穩定等一系列現象；當然過高也不好，一旦汽油蒸發性過高而形成氣阻而堵塞汽油輸送管路，發動機將無法點火。
以上三條均是調配汽油過程中應該注意的重中之重，也都是通過汽油指標來加以控制。
相關技術指標如下表：
汽油餾出體積 | 餾出溫度(℃) | |||
車用汽油 | 中石油外采汽油追加標準 | |||
10% | 不高於70℃ | 外界環境溫度℃ | ||
50% | 不高於120℃ | >15 | 5-15 | 5以下 |
90% | 不高於195℃ | 570 | 565 | 560 |
乾點 | 不高於205℃ | 計算公式：DI=1.5*T10+3*T50+T90+11*氧含量%（質量分數） | ||
汽油引擎的關鍵技術
使用稀薄燃燒的引擎，在進氣行程中並不進行供油，而是在壓縮行程後段才進行供油，利用高壓的供油泵以及特殊的噴油嘴設計，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，使用稀薄燃燒技術的引擎，便需要導入缸內燃油直噴技術，以便在壓縮行程進行供油，並配合特殊的活塞造型，以達成油氣導引的目的。關鍵技術總結為以下三點：
1、提高壓縮比
2、分層燃燒。
如果稀燃技術的混合比達到25：1以上，按照常規是無法點燃的，因此必須採用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內空氣的運動在火花塞周圍形成易於點火的濃混合氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃後，燃燒迅速波及外層。為了提高燃燒的穩定性，降低氮氧化物，現在採用燃油噴射定時與分段噴射技術，即將噴油分成兩個階段，進氣初期噴油，燃油首先進入缸內下部隨後在缸內均勻分布，進氣後期噴油，濃混合氣在缸內上部聚集在火花塞四周被點燃，實現分層燃燒。
3、高能點火
高能點火和寬間隙火花塞有利於火核形成，火焰傳播距離縮短，燃燒速度增快，稀燃極限大。有些稀燃發動機採用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達到上述目的。
汽油引擎發展趨勢
缸內直噴技術
缸內直噴技術，是指將噴油嘴設定在進排氣門之間，高壓燃油直接注入燃燒室平順高效地燃燒，缸內直噴所宣揚的是通過均勻燃燒和分層燃燒實現了高負荷、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。缸內直噴即燃料分層噴射技術，代表著傳統汽油引擎的一個發展方向。傳統的汽油發動機是通過電腦採集凸輪位置以及發動機各相關工況從而控制噴油嘴將汽油噴入進氣歧管。但由於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的影響較大，並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。在近來各汽車廠商採用的發動機科技中，最炙手可熱的技術非缸內直噴莫屬。這套由柴油發動機衍生而來的科技目前已經大量使用在包含大眾（含奧迪）、寶馬、梅賽德斯-賓士、通用以及豐田車繫上。
傳統的發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相對比較簡單，製造成本也低，對於輸出功率要求不太高的普通發動機來說，就能獲得較為滿意的發動機輸出功率與扭矩性能。排量較大、功率較大的發動機要採用多氣門技術二最簡單的多氣門技術是三氣門結構，即在一進一排的二氣門結構基礎上再加上一個進氣門。近年來，世界各大汽車公司新開發的轎車大多採用四氣門結構。四氣門配氣機構中，每個氣缸各有兩個進氣門和兩個排氣門。四氣門結構能大幅度提高發動機的吸氣、排氣效率，新款轎車大都採用四氣門技術。
發動機可變氣門正時技術
簡單來說它的工作原理就是當發動機由低速向高速轉換時，電子計算機就自動地將機油壓向進氣凸輪軸驅動齒輪內的小渦輪，這樣，在壓力的作用下，小渦輪就相對於齒輪殼旋轉一定的角度，從而使凸輪軸在60度的範圍內向前或向後旋轉，從而改變進氣門開啟的時刻，達到連續調節氣門正時的目的。所以在上述結構的作用下，可以保證發動機按照不同的路況改變氣門開啟、關閉時間，在保證輸出足夠牽引力的同時提高燃油經濟性。
渦輪增壓技術
渦輪增壓的主要作用就是提高發動機進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩，讓車子更有勁。一台發動機裝上渦輪增壓器後，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台的發動機在經過增壓之後能夠產生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發動機來說，經過增壓之後，動力可以達到2.4L發動機的水平，但是耗油量卻比1.8發動機並不高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經濟性和降低尾氣排放。
診斷排除方法和步驟
1、打起動檔，起動機和發動機均不能轉動，應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線和接觸情況；如果蓄電池正常時，檢查起動線路、保險絲及點火開關；
2、踏下油門到中等開度位置，再打起動機。如果此時，發動機能夠發動，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，仍然發動不著，應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；檢查各軟管及其連線處是否完好；檢查曲軸箱通風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，應進一步檢查點火正時的控制系統。
