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發動機(Engine)是一種能夠把其它形式的能轉化為機械能的機器,包括如內燃機(汽油發動機等)、外燃機(斯特林發動機、蒸汽機等)、電動機等。如內燃機通常是把化學能轉化為機械能。發動機既適用於動力發生裝置,也可指包括動力裝置的整個機器(如:汽油發動機、航空發動機)。發動機最早誕生在英國,所以,發動機的概念也源於英語,它的本義是指那種「產生動力的機械裝置」。

1簡介

有人把引擎稱為發動機,其實,發動機是一整套動力輸出設備,
發動機(圖1)

  發動機(圖1)

包括變速齒輪、引擎和傳動軸等等,可見引擎只是整個發動機的一個部分,但卻是整個發動機的核心部分。人們不斷地研製出各種不同類型的發動機,主要可分為:內燃機、外燃機、電動機三類。

2發展歷史

回顧發動機產生和發展的歷史,它經歷了蒸汽機、外燃機和內燃機三個發展階段。
內燃機
明白了什麼是外燃機,也就知道了什麼是內燃機。
發動機結構示意圖(圖1)

  發動機結構示意圖(圖1)

這一類型的發動機與外燃機的最大不同在於它的燃料在其內部燃燒。內燃機的種類十分繁多,常見的汽油機、柴油機是典型的內燃機。不常見的火箭發動機和飛機上裝配的噴氣式發動機也屬於內燃機。不過,由於動力輸出方式不同,前兩者和后兩者又存在著巨大的差異。一般地,在地面上使用的多是前者,在空中使用的多是後者。當然有些汽車製造者出於創造世界汽車車速新紀錄的目的,也在汽車上裝用過噴氣式發動機,但這總是很特殊的例子,並不存在批量生產的適用性。
排量
首先來看看最常見的一個發動機參數——發動機排量。發動機排量是發動機各汽缸工作容積的總和,一般用升(L)表示。而汽缸工作容積則是指活塞從上止點到下止點所掃過的氣體容積,又稱為單缸排量,它取決於缸徑和活塞行程。發動機排量是非常重要的發動機參數,它比缸徑和缸數更能代表發動機的大小,發動機的許多指標都同排氣量密切相關。一般來說,排量越大,發動機輸出功率越大。
汽缸排列形式
氣缸排列形式,顧名思義,是指多氣缸內燃機各個氣缸排布的形式,直白的說,就是一台發動機上氣缸所排出的隊列形式。
目前主流發動機汽缸排列形式:
L:直列
V:V型排列
其他非主流的汽缸排列方式:
W:W型排列
H:水平對置發動機
R:轉子發動機
直列發動機:
直列發動機,一般縮寫為L,比如L4就代表著直列4缸的意思。
內燃機

  內燃機

直列布局是如今使用最為廣泛的氣缸排列形式,尤其是在2.5L以下排量的發動機上。這種布局的發動機的所有氣缸均是按同一角度並排成一個平面,並且只使用了一個氣缸蓋,同時其缸體和曲軸的結構也要相對簡單,好比氣缸們站成了一列縱隊。
具體來說,我們常見的大致有L3、L4、L5、L6型四款(數字代表氣缸數量)。這種布局發動機的優勢在於尺寸緊湊,穩定性高,低速扭矩特性好並且燃料消耗也較少,當然也意味著製造成本更低。同時,採用直列式氣缸布局的發動機體積也比較緊湊,可以適應更靈活的布局。也方便於布置增壓器類的裝置。但其主要缺點在於發動機本身的功率較低,並不適合配備6缸以上的車型。
V型發動機:
所謂V型發動機,簡單的說就是將所有汽缸分成兩組,把相鄰汽缸以一定夾角布置一起(左右兩列氣缸中心線的夾角γ<180°),使兩組汽缸形成一個夾角的平面,從側面看汽缸呈V字形(通常的夾角為60°),故稱V型發動機。
與直列布局形式相比,V型發動機縮短了機體的長度和高度,而更低的安裝位置可以便於設計師設計出風阻係數更低的車身,同時得益於汽缸對向布置,還可抵消一部分振動,使發動機運轉更為平順。比如一些追求舒適平順駕乘感受的中高級車型,還是在堅持使用大排量V型布局發動機,而不使用技術更先進的「小排量直列型布局發動機+增壓器」的動力組合。
W型發動機:
許多人以為就像V型發動機的汽缸呈V形排列那樣,
發動機(圖2)

  發動機(圖2)

W型發動機的汽缸排列形式也一定是呈W形,其實不然,它只是近似W形排列,嚴格說來還應屬V型發動機,至少是V型發動機的一個變種。
W型發動機,W型發動機是德國大眾專屬發動機技術。將V型發動機的每側汽缸再進行小角度的錯開,就成了W型發動機。或者說W型發動機的汽缸排列形式是由兩個小V形組成一個大V形,兩組V型發動機共用一根曲軸。嚴格說來W型發動機還應屬V型發動機的變種。
W型與V型發動機相比可將發動機做得更短一些,曲軸也可短些,這樣就能節省發動機所佔的空間,同時重量也可輕些,但它的寬度更大,使得發動機艙更滿。
W型發動機最大的問題是發動機由一個整體被分割為兩個部分,在運作時必然會引起很大的振動。針對這一問題,大眾在W型發動機上設計了兩個反向轉動的平衡軸,讓兩個部分的振動在內部相互抵消。
水平對置發動機:
在上面介紹氣缸V型排列發動機的時候已經提過,V型布局形成的夾角通常為60°(左右兩列氣缸中心線的夾角γ<180°),而水平對置發動機的氣缸夾角為180度。但是水平對置發動機的製造成本和工藝難度相當高,所以目前世界上只有保時捷和斯巴魯兩個廠商在使用。
轉子發動機:
相比常見的L型、V型氣缸布局形式,可能很多朋友會對三角轉子發動機感到陌生。轉子發動機又稱為米勒循環發動機,由德國人菲加士·汪克爾發明,之後這項技術由馬自達公司收購。我們都知道:傳統的氣缸往複運動式發動機,工作時活塞在氣缸里做往複直線運動,而為了把活塞的直線運動轉化為旋轉運動,必須使用曲柄連桿機構。轉子發動機則不同,它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。與往複式發動機相比,轉子發動機取消了無用的直線運動,因而同樣功率的轉子發動機尺寸較小,重量較輕,而且振動和雜訊較低,具有較大優勢。
VR發動機:
VR發動機是大眾的專屬產品,1991年,大眾公司開發了一種15°夾角的V6 2.8L發動機,稱做VR6,並安裝在第三代高爾夫上。這種發動機結構緊湊,寬度接近於直列發動機,長度不比直列4缸發動機長多少。
眾所周知,對於V型6缸發動機而言,60度夾角是最優化的設計,這是經過無數科學實驗論證過的結果。因而絕大多數的V6發動機都是採用這種布局形式的。但為了能在更小的空間內放下V6發動機,大眾集團另闢蹊徑的研發出了夾角為15度、體積更小的VR6發動機。而從動力參數來看,它並不遜色與普通的V6發動機,但在研發之初就暴露了明顯的抖動問題。通過一系列的平衡穩定手段雖使問題得以明顯改善。但這依然無法超越改變其本身結構上的特性,就像普通直列發動機的震動通常都會大於V型發動機一樣,夾角更小的VR6從結構本身就決定了它的震動會大於V6。諸如大眾旗下的高爾夫R32、EOS等車型都曾裝配過這款發動機。
VR發動機的汽缸夾角非常小,兩列汽缸接近平行,汽缸蓋上火花塞的孔幾乎並在一條直線上。VR發動機的特點就是體積特別小,所以非常適用於大眾車系的前置發動機平台,因為大眾的前置發動機前輪驅動底盤都是縱置式的設計,而且發動機在前軸之前所以發動機不能過長否則難以布置前懸挂。這款發動機非常緊湊,雖然是V缸機,但由於兩列汽缸相離很近所以只需要一個汽缸蓋就可以搞定,比90度和60度夾角的V6成本低很多(因為普通V缸機必須加工兩個汽缸蓋如果是DOHC的V缸機還需要加工4根凸輪軸,所以成本很高)。

3基本結構

氣缸體
水冷發動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體,
發動機(圖3)

  發動機(圖3)

稱為氣缸體——曲軸箱,也可稱為氣缸體。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成,氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸,下半部為支承曲軸的曲軸箱,其內腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋,冷卻水套和潤滑油道等。
氣缸體應具有足夠的強度和剛度,根據氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同,通常把氣缸體分為以下三種形式。
1、一般式氣缸體:其特點是油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度。這種氣缸體的優點是機體高度小,重量輕,結構緊湊,便於加工,曲軸拆裝方便;但其缺點是剛度和強度較差
2、龍門式氣缸體:其特點是油底殼安裝平面低於曲軸的旋轉中心。
發動機機構示意圖(圖2)

  發動機機構示意圖(圖2)

它的優點是強度和剛度都好,能承受較大的機械負荷;但其缺點是工藝性較差,結構笨重,加工較困難。
3、隧道式氣缸體:這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式,採用滾動軸承,主軸承孔較大,曲軸從氣缸體後部裝入。其優點是結構緊湊、剛度和強度好,但其缺點是加工精度要求高,工藝性較差,曲軸拆裝不方便。
為了能夠使氣缸內表面在高溫下正常工作,必須對氣缸和氣缸蓋進行適當地冷卻。冷卻方法有兩種,一種是水冷,另一種是風冷。水冷發動機的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工有冷卻水套,並且氣缸體和氣缸蓋冷卻水套相通,冷卻水在水套內不斷循環,帶走部分熱量,對氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。
氣缸蓋
氣缸蓋安裝在氣缸體的上面,從上部密封氣缸並構成燃燒室。
按照進氣系統分類

  按照進氣系統分類

它經常與高溫高壓燃氣相接觸,因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發動機的氣缸蓋內部制有冷卻水套,缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環水來冷卻燃燒室等高溫部分。
缸蓋上還裝有進、排氣門座,氣門導管孔,用於安裝進、排氣門,還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔,而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔,用以安裝凸輪軸。
氣缸蓋一般採用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成,鋁合金的導熱性好,有利於提高壓縮比,所以近年來鋁合金氣缸蓋被採用得越來越多。
氣缸蓋是燃燒室的組成部分,燃燒室的形狀對發動機的工作影響很大,由於汽油機和柴油機的燃燒方式不同,其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在氣缸蓋上,而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。這裡只介紹汽油機的燃燒室,而柴油機的燃燒室放在柴油供給系裡介紹。
汽油機燃燒室常見的三種形式。
1)半球形燃燒室
半球形燃燒室結構緊湊,火花塞布置在燃燒室中央,火焰行程短,
按照氣缸數目分類

  按照氣缸數目分類

故燃燒速率高,散熱少,熱效率高。這種燃燒室結構上也允許氣門雙行排列,進氣口直徑較大,故充氣效率較高,雖然使配氣機構變得較複雜,但有利於排氣凈化,在轎車發動機上被廣泛地應用。
2)楔形燃燒室
楔形燃燒室結構簡單、緊湊,散熱面積小,熱損失也小,能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運動,有利於提高混合氣的混合質量,進氣阻力小,提高了充氣效率。氣門排成一列,使配氣機構簡單,但火花塞置於楔形燃燒室高處,火焰傳播距離長些,切諾基轎車發動機採用這種形式的燃燒室。
3)盆形燃燒室
盆形燃燒室,氣缸蓋工藝性好,製造成本低,但因氣門直徑易受限制,進、排氣效果要比半球形燃燒室差。捷達轎車發動機、奧迪轎車發動機採用盆形燃燒室。
OHV
發動機的凸輪軸布局形式分為OHC(頂置凸輪軸)和OHV(底置凸輪軸)這兩種。目前日本及歐洲的汽車廠家較為青睞頂置凸輪軸這種設計;而底置凸輪軸,通常只有在美國車上才能看見。
OHC(頂置凸輪軸),歷經發展現在被分成SOHC(單頂置凸輪軸)和DOHC(雙頂置凸輪軸)。單頂置凸輪軸就是依靠一根凸輪軸來控制進、排氣門的開合。通常來說單頂是配合兩氣門發動機的設計,由於兩氣門發動機在進、排氣效率比多氣門要低,氣門間角布置局限性大。而雙頂置凸輪軸就能把這些問題優化,因為一根凸輪軸只控制一組氣門(進氣門或排氣門),因此省略了氣門的搖臂,簡化了凸輪軸到氣門之間的傳動機構。總的說來,雙頂置凸輪軸由於傳動部件少,進、排氣效率高,更適合發動機高速時的動力表現。對於追求高功率的日本、歐洲廠商,凸輪軸頂置設計當然是最合適不過了。
底置凸輪軸這種設計的發動機一般都是大排量、低轉速、追求大扭矩輸出,因為底置凸輪軸,是依靠曲軸帶動,然後凸輪與氣門搖臂採用一根金屬桿來連接,是凸輪頂起連桿,連桿推動搖臂來實現發動機氣門的開合,所以過高的轉速會使頂桿承壓過大以致折斷。但是這種用頂桿的設計,也有它的優點,結構簡單,可靠性高、發動機重心底、成本低等。因為發動機轉速低,強調的是扭矩表現,所以底置凸輪軸設計是足夠滿足這種需求的。
既然這兩種設計偏向不同,前者是最求大功率,後者是追求大扭矩。我們知道汽車提速快、牽引力強靠的是扭矩,而實現最高速度是依靠功率。這裡還有一個簡單的公式:功率=轉速X扭矩。自然吸氣時發動機提升功率最簡單的辦法,就是提高轉速,轉速越高升功率自然就越高。
鉑金火花塞
火花塞分很多種,就材料而言主要有:鎳合金、鉑金等,這些材料本身都有良好的導電性。火化塞散熱形式有冷型火花塞和熱型火花塞,火花塞的電極結構主要有單極、雙極、四極等。其中出於想提升車輛點火性能方面的考慮,很多人都會想著把自己的單極火花塞改為多極的,或者將自己的鎳合金火花塞改為鉑金的。
火花塞是由絕緣體和金屬殼體兩部分組成,金屬殼體帶有螺紋,擰在發動機氣缸上,在金屬殼體中有一個中心電極,它通過絕緣材料與金屬殼體絕緣,在中心電極上端有接線螺母,連接從分電器的過來的高壓線,在金屬殼體下面還焊有接地電極,在中心電極與接地電極之間有很小的間隙,脈衝高壓電擊穿兩個電極之間的空氣,產生電火花點燃可然混合氣做功,由於火花塞工作在高溫高壓的惡劣環境,對它的材料和製造工藝都要求十分高,但在大多經濟型車常採用鎳合金火花塞,只有中高檔車才會使用鉑金火花塞或白金火花塞。
分電器
汽油發動機點火系統中按氣缸點火次序定時的將高壓電流傳至各氣缸火花塞的部件。在蓄電池點火系統中,通常將分電器和點火器安裝在同一軸上,並由凸輪軸驅動,同時它還帶有點火提前角調整裝置和電容器等。
點火器的斷電臂用彈簧片使觸點閉合,凸輪軸帶動斷電凸輪使觸點開啟,開啟間隙約為0.30~0.45毫米。斷電凸輪的凸起數與氣缸數相同。當觸點開啟時,分電器的分電臂正好對準相應的側電極,感應產生的高壓電由次級線圈經過分電臂、側電極、高壓導線傳至相應氣缸的火花塞。
活塞
發動機好比是汽車的「心臟」,而活塞則可以理解為是發動機的「中樞」,除了身處惡劣的工作環境外,它還是發動機中最忙碌的一個,不斷的進行著從下止點到上止點、從上止點到下止點的往複運動,吸氣、壓縮、做工、排氣等,活塞的內部為掏空設計,更像是一個帽子,兩端的圓孔連接活塞銷,活塞銷連接連桿小頭,連桿大頭則與曲軸相連,將活塞的往複運動轉化為曲軸的圓周運動。
每個活塞的裙體處都有三條皺紋,是為了安裝兩道氣環和一道油環,且氣環在上。在裝配時,兩道氣環的開口需要錯開,起到密封的作用。油環的作用主要是刮除飛濺到缸壁上的多餘潤滑油,並將潤滑油刮布均勻。目前廣泛應用的活塞環材料主要有優質灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵等。
機濾
機濾全稱機油濾清器,它的作用是去除機油中的灰塵、金屬顆粒、碳沉澱物和煤煙顆粒等雜質,保護髮動機。
在發動機工作過程中,金屬磨屑、塵土、高溫下被氧化的積碳和膠狀沉澱物、水等不斷混入潤滑油。機油濾清器的作用就是濾掉這些機械雜質和膠質,保待潤滑油的清潔,延長其使用期限。機油濾清器應具有濾清能力強,流通阻力小,使用壽命長等性能。
機油冷卻器
機油冷卻器的作用是冷卻潤滑油,保持油溫在正常工作範圍之內。在大功率的強化發動機上,由於熱負荷大,必須裝用機油冷卻器。發動機運轉時,由於機油粘度隨溫度升高而變稀,降低了潤滑能力。因此,有些發動機裝用了機油冷卻器,其作用是降低機油溫度,保持潤滑油一定的粘度。機油冷卻器布置在潤滑系循環油路。
節溫器
節溫器是根據冷卻水溫度的高低自動調節進入散熱器的水量,改變水的循環範圍,以調節冷卻系的散熱能力,保證發動機在合適的溫度範圍內工作。節溫器必須保持良好的技術狀態,否則會嚴重影響發動機的正常工作。如節溫器主閥門開啟過遲,就會引起發動機過熱;主閥門開啟過早,則使發動機預熱時間延長,使發動機溫度過低。
噴油嘴
噴油嘴其實就是個簡單的電磁閥,當電磁線圈通電時,產生吸力,針閥被吸起,打開噴孔,燃油經針閥頭部的軸針與噴孔之間的環形間隙高速噴出,形成霧狀,利於燃燒充分。
噴油嘴本身是一個常閉閥,當ECU下達噴油指令時,其電壓訊號會使電流流經噴油嘴內的線圈,產生磁場來把閥針吸起,讓閥門開啟好使油料能自噴油孔噴出。 噴射供油的最大優點就是燃油供給之控制十分精確,讓引擎在任何狀態下都能有正確的空燃比,不僅讓引擎保持運轉順暢,其廢氣也能合乎環保法規的規範。
起動系統
為了使靜止的發動機進入工作狀態,必須先用外力轉動發動機曲軸,使活塞開始上下運動,氣缸內吸入可燃混合氣,然後依次進入後續的工作循環。而依靠的這個外力系統就是啟動系統。
目前幾乎所有的汽車發動機都採用電力起動機啟動。當電動機軸上的驅動齒輪與發動機飛輪周緣上的環齒嚙合時,電動機旋轉時產生的電磁轉矩通過飛輪傳遞給發動機的曲軸,使發動機起動。電力起動機簡稱起動機。它以蓄電池為電源,結構簡單、操作方便、起動迅速可靠。
曲柄連桿機構
曲柄連桿機構是發動機實現工作循環,完成能量轉換的主要運動零件。曲柄連桿機構的主要零件可以分為三組,機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。
發動機共有進氣、壓縮、做功、排氣四個行程,在做功行程中,曲柄連桿機構將活塞的往複運動轉變成曲軸的旋轉運動,對外輸出動力,而在其他三個行程中,由於慣性作用又把曲軸的旋轉運動轉變成活塞的往複直線運動。總的來說曲柄連桿機構是發動機藉以產生並傳遞動力的機構。通過它把燃料燃燒后發出的熱能轉變為機械能。
潤滑系統
發動機工作時,各運動零件均以一定的力作用在另一個零件上,
發動機(圖4)

  發動機(圖4)

並且發生高速的相對運動,有了相對運動,零件表面必然要產生摩擦,加速磨損。因此,為了減輕磨損,減小摩擦阻力,延長使用壽命,發動機上都必須有潤滑系統。
潤滑系統的功用就是在發動機工作時連續不斷地把數量足夠、溫度適當的潔凈機油輸送到全部傳動件的摩擦表面,並在摩擦表面之間形成油膜,實現液體摩擦,從而減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損,以達到提高發動機工作可靠性和耐久性的目的。潤滑方式有壓力潤滑、飛濺潤滑、潤滑脂潤滑三種方式。
前置發動機
前置發動機,即發動機位前輪軸之前。前置發動機的優點是簡化了車子變速器與驅動橋的結構,特別是對於目前占絕對主流的前輪驅動車型而言,發動機將動力直接輸送到前輪上,省略了長長的傳動軸,不但減少了功率傳遞損耗,也大大降低了動力傳動機構的複雜性和故障率。
另外,將發動機置駕駛員的前方,在正面撞車時,發動機可以保護駕駛員免受衝擊,從而提高了車的安全性。
後置發動機
一般來說,最純正的後置發動機就是將發動機布置在後軸之後,最有代表性的就是大客車,而後置發動機的乘用車屈指可數,最有代表性的就是保時捷911,當然smart也是後置發動機。曾經的經典車型大眾甲殼蟲和菲亞特126P也是後置發動機。
縱置發動機
縱置發動機是指發動機與汽車的前橋垂直,簡單的講就是你站在車頭前面向發動機,如果發動機豎著放在你眼前,那就是縱置式發動機。
一般來說后驅車都採用了縱置發動機,因為動力要傳遞到後橋上,在傳動距離無法縮短的情況下,就要儘可能減少動力的方向轉換。如果採用橫置的話,因為曲軸和傳動軸的方向垂直,所以先要轉換一次方向,以通過傳動軸傳輸動力,但是傳動軸的方向和後橋的方向也是垂直的,所以在後橋需要再將旋轉方向轉換過來,這無疑降低了傳動系統的效率。而使用縱置發動機就可以使得曲軸與傳動軸平行,減少了一次傳動方向的轉換,無疑是降低了能量的損失。
保養注意事項
清理空氣濾清器
空氣濾清器直接關係到汽車在行駛過程中發動機的進氣問題,廣本經銷店的經理告訴記者說,車輛只在城市中行駛,空氣濾清器還不會堵塞,但是汽車如果在灰塵較多的路面上行駛后,就需要特別關注一下空氣濾清器的清潔問題了。
如果空氣濾清器發生堵塞或積塵過多就會致使發動機進氣不暢,而且大量的灰塵進入汽缸,會加快汽缸積炭速度,使發動機點火不暢,動力不足,車輛的油耗就自然會升高。如果在正常的城市公路上行駛,空氣濾清器在汽車行駛5000公里時就應該進行檢查,如果濾清器上積塵過多,可以考慮用壓縮空氣從濾芯內部向外吹,將灰塵吹凈。但壓縮空氣的壓力也不能過高,以防濾紙被損壞。他告訴記者,在清潔空氣濾清器時切不可用水或油,以防止油水浸染濾芯。
驅除節氣門油泥
節氣門處油泥產生的原因是多方面的,有些是燃料燃燒的廢氣在節氣門處形成積炭;再就是沒有被空氣濾清器過濾的雜質在節氣門處殘留形成。油泥多了進氣會產生氣阻,從而導致油耗的增加。
他說,車一般在行駛1萬到2萬公里時就應該對節氣門進行清洗。在清洗節氣門時,首先要拆除進氣喉管,露出節氣門,拆掉電瓶負極,關閉點火開關,把節氣門翻板扳直,往節氣門內噴少量「化油器清洗劑」然後用滌綸抹布或者高紡「無紡布」小心擦洗,節氣門深處,手夠不著的地方可以用夾子夾住抹布小心擦洗,清洗乾淨后裝好進氣喉管和電瓶負極就可以點火了!
清洗噴油嘴積炭
因為燃燒室容易產生積炭,而積炭會導致啟動困難;噴油嘴積炭也會導致油道堵塞、汽油噴射變形、霧化差,燃油消耗自然也會增大。
對於燃燒室的清洗可以採用專用退炭劑,使燃燒室和噴油嘴上的積炭軟化並與零件表面脫離,然後將軟化的積炭除去。這種除炭方法效果好,比起以前直接擦拭相比有不損傷零件表面等優點,並且除炭的效率也得到了大大的提高。
進氣衝程
進入汽缸的工質是純空氣。由於柴油機進氣系統阻力較小,進氣終點壓力pa= (0.85~0.95)p0,比汽油機高。進氣終點溫度Ta=300~340K,比汽油機低。
做功衝程
當壓縮衝程接近終了時,在高壓油泵作用下,將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中,在很短的時間內與空氣混合后立即自行發火燃燒。汽缸內氣體的壓力急速上升,最高達5 000~9 000kPa,最高溫度達1 800~2 000K。由於柴油機是靠壓縮自行著火燃燒,故稱柴油機為壓燃式發動機。
油耗過大
發動機耗油過大故障:
發動機油耗過大是指它的百公里油耗超過規定的標準值。
發動機(圖7)

  發動機(圖7)

油耗過大,發動機的經濟性就差。影響發動機油耗的因素很多,有發動機技術狀況方面的因素,也有底盤技術狀況方面的因素。
1、故障現象:發動機耗油量過大。
2、常見的故障原因
1)冷卻液溫度感測器失常。
2)空氣流量計或進氣壓力感測器失常。
3)節氣門位置感測器失常。
4)燃油壓力過高。
5)冷起動噴油器漏油或冷起動控制失常。
6)噴油器漏油。
7)氧感測器失效。
8)點火系統故障。
9)發動機機械部件故障(缸壓過低等)。
10)配氣相位不正確。
11)ECU及連接器故障。
3、故障診斷與排除
1)測量冷卻液溫度感測器,其不同溫度下的電阻值應符合標準。電阻太大,會使電腦誤認為發動機處於低溫狀態,從而進行冷車加濃控制,使油耗增加。也可以用電腦解碼器來檢測,將檢測儀所顯示的冷卻液溫度感測器傳給電腦的冷卻液溫度數值與發動機實際冷卻液溫度相比較。如有差異,說明冷卻液溫度感測器有故障,應更換。
2)檢測空氣流量計或進氣壓力感測器,其數值應符合標準。空氣流量計或進氣壓力傳 感器的誤差會直接影響噴油量。檢測結果如有異常,應更換空氣流量計或進氣壓力感測器。
3)檢查節氣門位置感測器。在節氣門處於中小開度時,全負荷開關應斷開。若全負荷開關始終閉合或閉合時間過早,會使電腦始終或過早地進行全負荷加濃,從而增大油耗。
4)測量燃油壓力。怠速時的燃油壓力應為250kPa左右。隨著節氣門的開啟,燃油壓力應逐漸上升。節氣門全開時的燃油壓力約為 300kPa左右。若燃油壓力能隨節氣門開度變化而改變,但壓力始終偏高,則說明油壓調節器有故障,應更換。若燃油壓力不能隨節氣門開度變化而改變,而始終保持 300kPa左右,則說明油壓調節器的真空軟管破裂或脫落,或燃油壓力調節控制電磁閥有故障,進氣管真空度沒有作用在油壓調節器的真空膜片室上,導致油壓過高。對此,應更換軟管或電磁閥。若燃油壓力過高,達 400kPa以上,說明回油管堵塞或油壓調節器有故障,應檢測回油管或更換油壓調節器。
5)檢查點火高壓與能量、點火正時。
6)檢查冷起動噴油控制是否正常。用電壓表或試燈接在冷起動噴油器線束插頭上,檢 查發動機起動時冷起動噴油器工作的持續時間是否符合標準值。若工作時間過長或起動后一直工作,則說明冷起動噴油器控制失常,應檢查冷起動溫度開關及控制電路。
7)拆卸噴油器,檢查各噴油器有無漏油。如有異常,應清洗或更換噴油器。
8)檢查發動機械故障(氣缸壓力、氣門是否止滯或泄漏、凸輪軸面磨損、氣門正時、氣門 間隙、氣門密封性等),檢查排氣系統是否堵塞、冷卻系節溫器的工作情況。
故障診斷、排除的相關要點:
電控發動機的噴油量是發動機ECU根據感測器和開關信號經精確計算而輸出控制信號控制噴油器的,所以電控發動機的優點之一是油耗低。造成油耗大的原因有:感測器或開關信號錯誤,燃油壓力過多或噴油器故障,點火系故障,發動機機械部件故障等。
1、判斷故障是否確為發動機故障造成的油耗大。
由於人們對油耗過大通常是用每百公 里耗油量來評定的,而不是單指發動機的比油耗,所以診斷油耗過大的故障時,首先就確診故障是否在發動機。駕駛員的駕駛習慣不良、輪胎氣壓過低、車輛負載過大、制動拖滯、傳動系打滑、自動變速器不能升到高檔、液力變矩器無鎖止等均會導致油耗過大。
2、檢查發動機是否還存在明顯的故障現象,如冒黑煙、動力不足、加速不良等。
凡是 造成動力不足、混合氣過濃、冷卻液溫度過低的故障都將導致發動機油耗過大。發動機怠速過高也是油耗過大的原因之一。混合氣偏濃不會導致動力下降,相反地,動力可能略有增大,但發動機對混合氣過濃沒有混合氣過稀敏感,一些人是難以察覺的,除非過濃達到了排氣冒黑煙的地步了。要檢查混合氣是否過濃,最好用廢氣分析儀。當然拆檢火花塞也不失為一種簡單可行的方法。
用專用電腦診斷儀進行故障碼與數據流的讀取,充分注意氧感測器信號數值的變化情 況,並注意觀察長期燃油校正係數和短期燃油校正係數的變化,其變化規律是否與氧感測器信號變化相適應。
所謂短期燃油校正係數,是指發動機電腦對所控制的混合氣 濃度的短期校正的程度。氧感測器檢測混合氣濃度,電腦增加或減小噴油量的控制程度以燃油校正係數的方式表示出來。而所謂短期校正則是表示電腦對混合氣濃度變化立即做出反應的校正過程。而燃油長期校正係數則是指發動機電腦對所控制的混合氣濃度的長期校正的程度。它取決於燃油短期校正係數在一段時間內的變化情況。若電腦發現燃油短期校正係數在一段時間內一直太大或太小,就會相應地增大或減小燃油長期校正係數,這表明電腦在一段時間內一直按加濃或減稀的混合氣控制發動機的工作。此時,短期燃油校正係數又恢復為中間值。這種對混合氣濃度的長時間的校正工作稱為長期校正,其校正的程度用燃油長期校正係數來表示。如果拆下蓄電池接頭或拔下發動機 ECU插頭,則其內保存的長期校正係數通常會消失。
3、要重視基本檢查,進氣管是否漏真空可參考前述「怠速不穩的故障」中的方法進行 檢查。
電控發動機燃油噴射系統按進氣量檢測方式一般分為流量型 L型和壓力型D型兩種。流量型用空氣流量計直接檢測進氣量,壓力型用進氣壓力間接計算出進氣量。因此不論是流量型還是壓力型,只要進氣系統不密封就會影響噴油量,其影響程度要比化油器式發動機更大,所以對進氣系統檢修時應注意。油耗過大的其他影響因素還有以下幾點:
1)發動機量油尺、機油加油Vl蓋必須安裝好,否則會影響發動機運行。
2)進氣軟管不能有破裂,箍固要安裝緊固。因為漏氣會影響空氣流量計或進氣壓力傳 感器的信號,從而影響噴油量,使發動機怠速不穩,易熄火,動力性和加速性能差。
3)真空管不能破裂、扭結,也不能插錯。真空管插錯會使發動機怠速不穩,甚至使各 缸無規律地交替工作不良。
4)噴油器應安裝舒貼,密封圈完好。如果安裝不舒貼或密封圈損壞,上部安裝密封不 良會漏油造成嚴重事故,下部密封不良會造成漏氣使發動機真空度下降,運行不良。
5)觀察數據流時要仔細,維修前後要對比,最好能先記錄下來。
6)對燃油蒸氣蒸發控制系統的工作情況要全面檢查。
7)有時,如果一個爆燃感測器擰得過緊,它會變得過於靈敏並導致減少點火提前角導 致燃料經濟性下降。當爆燃感測器被拆下並重新安裝時,按規定力矩對感測器進行緊固是十分重要的。對感測器檢查的程序取決於汽車的型號及生產年份。一定要按照汽車廠建議的試驗程序及技術標準進行檢查。

自動熄火

發動機自動熄火故障:
1、故障現象
發動機運轉或汽車行駛過程中自動熄火,而再起動並沒有多大困難的現象。
2、常見的故障原因:
1)進氣管路真空泄漏。
2)怠速調整不當、節氣門體過臟、怠速控制系統不良等造成的怠速不穩。
3)燃油壓力不穩定,例如電動燃油泵電刷過度磨損或接觸不良,或燃油泵濾網堵塞等。
4)廢氣再循環閥門阻塞或底部泄漏。
5)燃油泵電路、噴油器驅動電路等電路有接觸不良等故障。
6)燃油泵繼電器、EFl繼電器、點火繼電器不良等。
7)點火系工作不良。例如高壓火弱,火花塞使用時間過久,點火正時不對,點火線圈接觸不良或熱態時存在匝間短路導致沒有高壓火花或高壓火花弱,低壓線路接觸不良,絕緣膠損壞間歇搭鐵等。
8)節氣門位置感測器不良。
9)空氣流量計或進氣壓力感測器有故障。
10)冷卻液溫度感測器、氧感測器有故障。
11)曲軸位置感測器有故障,如無轉速信號(插頭未插好、曲軸位置感測器信號線斷、傳 感器定位螺釘鬆動、間隙失調、感測器損壞等 );曲軸位置感測器信號齒圈斷齒,會引起加速 時熄火;曲軸位置感測器內電子元件溫度穩定性能差,會導致信號不正常,會引發間歇熄火故障。
12)ECU有故障。
3、故障診斷的一般步驟
1)先進行故障自診斷,檢查有無故障碼出現。如有,則按所顯示的故障碼查找故障原因。要特別注意會影響點火、噴油、怠速、配氣相位變化的感測器和執行器 (如發動機轉速及曲軸位置感測器、凸輪軸位置感測器、冷卻液溫度感測器、節氣門位置感測器、怠速控制閥等 )有無故障。
2)如自動熄火僅發生在怠速工況,且熄火后可即起動可按怠速不穩、易熄火進行檢查(參見怠速不穩、易熄火的檢 查程序 )。
3)採用故障模擬徵兆法振動熔絲盒、各線柬接頭,看故障能否出現。然後進一步檢查各線束接頭有無接觸不良、各搭鐵線有無搭鐵不良、目視檢查線束絕緣層有無損壞和間歇搭鐵等現象。
4)採用故障模擬徵兆法改變ECU、點火器等的工作環境溫度,重現故障,進而診斷故障原因。
5)試換點火線圈、火花塞等。
6)在不斷的試車過程中,用多通道示波器同時監測發動機轉速及曲軸位置感測器、空氣流量計、電腦的 5V輸出參考電源電壓等信號。
7)如果在熄火前有喘振、加速不良的現象再慢慢熄火的話,故障可能發生在供油不暢上。可接上燃油壓力表,最好能將壓力表用透明膠固定於前風窗玻璃上,再試車確定。如存在熄火時油壓過低的現象,則檢查油箱、電動燃油泵、燃油濾清器、油壓調節器及燃油泵控制電路。
8)試車時接上專用診斷儀,讀取故障出現前後的數據,進行對比分析,從而找 出故障。
9)按故障原因逐個檢查排除。
故障診斷的相關要點:
在對電控系統引進故障診斷時,千萬別忘記先進行基本檢查。例如:在試圖診斷電控單元控制的燃油噴射系統故障之前,一定要確保進氣管路無泄漏、配氣正時、點火正時。如果存在這些不良現象,發動機的抗負荷交變能力就差,在工況突變的情況下可能熄火,如加速熄火、制動熄火、開空調熄火、掛檔熄火。
1、有些汽車的間歇性故障是難於診斷的,除非是檢查汽車時正好故障顯現。
2、檢查不定時的怠速熄火故障時,有時換火花塞是必要的。
3、當懷疑空氣流量計不良(如空氣流量計熱線過臟;內部電路連接焊點脫落、接觸不良等 )時,可用示波器檢查空氣流量計信號電壓波形。在發動機穩定運轉時用一個螺釘旋具柄輕輕地敲打空氣流量計殼體並觀察示波器。如果波形變化較大或發動機熄火,則要更換空氣流量計。有些空氣流量計出現內部連接的鬆動,這會導致電壓信號突變,從而導致熄火。這個測試要先用振動法確定線束接頭接觸良好。
4、當懷疑進氣壓力感測器不良時,應先檢查感測器真空膠管,看其是否破裂、彎折,是否有時漏氣,有時不漏氣,使進氣壓力感測器信號時而正常,時而不正常,造成發動機收加速踏板時熄火。
5、還應檢查對噴油量影響較大的感測器,如冷卻液溫度感測器、氧感測器。冷卻液溫度感測器不僅對噴油量有影響,也是修正點火提前角的信號之一,故也應重視。有時某些車型的氧感測器信號電壓無變化,容易造成加速時發動機熄火。
6、如在較高速行駛過程中先出現加速不良然後熄火,這就要著重檢查油路;如在較高速行駛過程中突然熄火則著重查找電路方面的原因,高壓火花是否過弱是必檢項目之一。
7、突然熄火、間歇熄火還應對控制點火的主要感測器發動機轉速及曲軸位置感測器進行檢查。
8、故障徵兆模擬試驗方法。在故障診斷中最困難的情形是有故障,但沒有明顯的故障徵兆。在這種情況下必須進行徹底的故障分析,然後模擬與用戶車輛出現故障時相同或相似的條件和環境。無論維修人員經驗如何豐富,也無論他技術如何熟練,如果他對故障徵兆不經驗證就進行診斷,則將會在維修工作中忽略一些重要的東西,這必將導致車輛的運行故障。
在故障徵兆模擬試驗中,故障徵兆固然要驗證,而且故障部位或零件也必須 找出。為了做到這一點,在預先連接試驗和開始試驗之前,必須把可能發生故障電路範圍縮小,然後進行故障徵兆模擬試驗,判斷被測試的電路是否正常,同時也驗證了故障徵兆。
1)振動法。當振動可能是引起故障的原因時,即可採用振動法進行試驗。基本試驗方法主要有:
①連接器。在垂直和水平方向輕輕搖動連接器,
②配線。在垂直和水平方向輕輕地擺動配線。連接器的接頭、振動支架和穿過開口的連接器體都是應仔細檢查的部位。
③零件和感測器。用手指輕拍裝有感測器的零件,檢查是否熄火,如圖7—1 c所示。切記不可用力拍打繼電器,否則可能會使繼電器開路。
2)加熱法。有些故障只是在熱車時出現,則可能是由有關零件或感測器受熱而引起的。
3)水淋法。當有些故障是在雨天或高濕度的環境下產生時,可用水噴淋在車輛上,檢查是否發生故障。
4)電器全接通法。當懷疑故障可能是因用電負荷過大而引起時,可接通車上全部電器設備檢查是否發生故障。
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