在以汽油機和柴油機為動力的現(xiàn)代汽車上,發(fā)動機管理系統(tǒng)(Engine Management System,簡稱EMS)以其低排放、低油耗、高功率等優(yōu)點而獲得迅速發(fā)展,且日益普及。
汽油發(fā)動機包括五大系統(tǒng)和兩大機構(gòu),五大系統(tǒng)分別是:點火系統(tǒng),啟動系統(tǒng),潤滑系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),燃油供給系統(tǒng),兩大機構(gòu)分別是:曲柄連桿機構(gòu),配氣機構(gòu)。
隨著世界范圍內(nèi)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,采用EMS系統(tǒng)已成為不可阻擋的潮流。因此,UAES的產(chǎn)品在推進中國汽車工業(yè)現(xiàn)代化的進程中,具有廣闊的應(yīng)用前景。
EMS采用各種傳感器,把發(fā)動機吸入空氣量、冷卻水溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速與加減速等狀況轉(zhuǎn)換成電信號,送入控制器。控制器將這些信息與儲存信息比較,精確計算后輸出控制信號。EMS不僅可以精確控制燃油供給量,以取代傳統(tǒng)的化油器,而且可以控制點火提前角和怠速空氣流量等,極大地提高了發(fā)動機性能。
通過噴油和點火的精確控制,可以降低污染物排放50%;如果采用氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化器,在λ=1的一個狹小范圍內(nèi),可以降低有毒排放物90%以上。在怠速調(diào)節(jié)范圍內(nèi),由于采用了怠速調(diào)節(jié)器,怠速轉(zhuǎn)速降低約100~150rpm,并使油耗得到進一步下降3~4%。如果采用爆震控制,在滿負(fù)荷范圍內(nèi)可提高發(fā)動機功率3~5%,并可適應(yīng)不同品質(zhì)的燃油。
汽油發(fā)動機
汽油發(fā)動機(Gasoline Engine ),是以汽油作為燃料的發(fā)動機。由于汽油粘性小,蒸發(fā)快,可以用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸,經(jīng)過壓縮達(dá)到一定的溫度和壓力后,用火花塞點燃,使氣體膨脹做功。汽油機的特點是轉(zhuǎn)速高,結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕,造價低廉,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),使用維修方便。汽油機在汽車上,特別是小型汽車上大量使用,至今不衰。
相對于柴油機,汽油機熱效率低于柴油機,且油耗較高,點火系統(tǒng)比柴油機復(fù)雜,可靠性和維修的方便性也不如柴油機。
汽車發(fā)動機(指往復(fù)式內(nèi)燃機)根據(jù)不同的特征分為以下幾類:
● 按活塞運動方式分類:活塞式內(nèi)燃機可分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。前者活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)直線運動,后者活塞在汽缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動。(后者應(yīng)用于轉(zhuǎn)子發(fā)動機)
● 按照進氣系統(tǒng)分類:內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機和強制進氣(增壓式)發(fā)動機。若進氣是在接近大氣狀態(tài)下進行的,則為非增壓內(nèi)燃機或自然吸氣式內(nèi)燃機;若利用增壓器將進氣壓力增高,進氣密度增大,則為增壓內(nèi)燃機。增壓可以提高內(nèi)燃機功率。
● 按照氣缸排列方式分類:內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式、雙列式和三列式。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列,一般是垂直布置的,但為了降低高度,有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的。雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列,兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機,若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機。三列式把氣缸排成三列,成為W型發(fā)動機。
柴油發(fā)動機
柴油發(fā)動機的優(yōu)點是功率大、經(jīng)濟性能好。柴油發(fā)動機的工作過程與汽油發(fā)動機有許多相同的地方,每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸發(fā),而其自燃溫度卻較汽油低,因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。不同之處主要是,柴油發(fā)動機氣缸中的混合氣是壓燃的,而不是點燃的。柴油發(fā)動機工作時進入氣缸的是空氣,氣缸中的空氣壓縮到終點時,溫度可達(dá)500-700℃,壓力可達(dá)40—50個大氣壓?;钊咏现裹c時,發(fā)動機上的高壓泵以高壓向氣缸中噴射柴油,柴油形成細(xì)微的油粒,與高壓高溫的空氣混合,柴油混合氣自行燃燒,猛烈膨脹,產(chǎn)生爆發(fā)力,推動活塞下行做功,此時的溫度可達(dá)1900-2000℃,壓力可達(dá)60-100個大氣壓,產(chǎn)生的功率很大,所以柴油發(fā)動機廣泛的應(yīng)用于大型柴油汽車上。
發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機器。無論是汽油機,還是柴油機;無論是四行程發(fā)動機,還是二行程發(fā)動機;無論是單缸發(fā)動機,還是多缸發(fā)動機。要完成能量轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)工作循環(huán),保證長時間連續(xù)正常工作,都必須具備以下一些機構(gòu)和系統(tǒng)。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)、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點火系統(tǒng)和起動系統(tǒng)組成;柴油機由以上兩大機構(gòu)和四大系統(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、冷卻系和起動系組成,柴油機是壓燃的,不需要點火系。
發(fā)動機是將某一種型式的能量轉(zhuǎn)換為機械能的機器,其作用是將液體或氣體燃燒的化學(xué)能通過燃燒后轉(zhuǎn)化為熱能,再把熱能通過膨脹轉(zhuǎn)化為機械能并對外輸出動力。發(fā)動機是一部由許多結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機器,其結(jié)構(gòu)型式多種多樣,但由于基本工作原理相同,所以其基本結(jié)構(gòu)也就大同小異。
發(fā)動機分為活塞發(fā)動機,沖壓發(fā)動機,火箭發(fā)動機,渦輪發(fā)動機。工作過程:進氣-壓縮-噴油-燃燒-膨脹做功-排氣。
● 進氣沖程
進入汽缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機進氣系統(tǒng)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。
● 壓縮沖程
由于壓縮的工質(zhì)是純空氣,因此柴油機的壓縮比比汽油機高(一般為ε=16~22)。壓縮終點的壓力為3000~5000kPa,壓縮終點的溫度為750~1 000K,大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。
● 做功沖程
當(dāng)壓縮沖程接近終了時,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(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。汽缸內(nèi)氣體的壓力急速上升,最高達(dá)5 000~9 000kPa,最高溫度達(dá)1 800~2 000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒,故稱柴油機為壓燃式發(fā)動機。
● 排氣沖程
柴油機的排氣與汽油機基本相同,只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr=700~900K。對于單缸發(fā)動機來說,其轉(zhuǎn)速不均勻,發(fā)動機工作不平穩(wěn),振動大。這是因為四個沖程中只有一個沖程是做功的,其他三個沖程是消耗動力為做功做準(zhǔn)備的沖程。為了解決這個問題,飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動慣量,這樣又會導(dǎo)致整個發(fā)動機質(zhì)量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動機可以彌補上述不足?,F(xiàn)代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動機。