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等骏捷不如一起学技术-关于发动机及车用传感器以下内容全部为转贴，看不见骏捷的时候。一起学习技术吧一、汽车发动机的运行平稳性有网友问，汽车发动机气缸的数目如何选择？为什么同样缸数的发动机，有的品牌很安静，而有的品牌振动明显。一般来讲，气缸数目越多，运行越平稳，发动机的价格也越贵。以往复活塞式内燃机为例，燃料在气缸中燃烧，推动活塞做功，使汽车克服阻力运动。发动机要连续运行，就必须有循环周期，按照吸气、压缩、做功、排气的动作周而复始地运行。其中吸气、压缩、排气都是耗功的。一般的四冲程发动机每个气缸的活塞来回四次，也就是曲柄要旋转两周才做功一次。因此单靠一个气缸工作是比较困难的。就象我们踩自行车，单脚踩很费劲。踩过自行车的人都知道，踏板从上到下运动时脚能用上力，踏板从下往上运动时脚就用不上劲了，要靠惯性使车连续运动。实际上，蹬自行车最有效的位置大约只有90度左右，如图所示。即使两只脚一起蹬，中间一些位置仍然是空的，要靠惯性维持运动。发动机也一样，如果气缸的数目比较少，就会产生动力不连续现象，影响运行的平稳性。 如果两个人踩一部自行车，情况就不同了。可以把四只脚用力的时间均匀分布在90度间隔，四个90度刚好是一周，动力就不会出现断续现象了。四冲程汽车发动机的一个气缸做功一次对应曲柄转两周，即720度。所以，一般4缸发动机曲轴的相位角为180度，6缸发动机的曲轴相位角为120度，而8缸则是90度。缸数越多，前后依次做功的间隔角度就越小，就越不会发生动力断续的情况，运行的平稳性就越好。但是，为什么同样缸数的发动机，运行状况有很大不同？多缸是发动机运行平稳的一个重要条件，但不是唯一的条件，其实影响发动机振动的原因是很多的，其中惯性力就是一个重要的因素。发动机内高速运动的零部件会产生很大的惯性力，造成发动机的剧烈振动。虽然对于定轴转动的构件如曲柄可以通过动平衡方法减少由于惯性力对轴承产生的动压力，但对于缸数多曲轴长的情况，会因旋转惯性力而产生内力矩，使曲轴产生弯曲，影响运行平稳性。因此现在6缸以上高速发动机气缸大都采用V型排列，缩短曲轴长度。而对于非定轴转动的构件，如曲柄连杆机构中活塞和连杆的运动所产生的惯性力是无法在构件内部得到平衡的，这些惯性力的存在会使发动机发生摇晃。对于这种类型惯性力的平衡称为“机构在机座上的平衡”，涉及更加复杂的技术。此外，对于多缸发动机而言，由于结构的差异、各零件制造尺寸加工误差及材料密度的均匀性，都会影响到整机的平稳性。惯性力的平衡是发动机设计和制造中的一个关键问题，只有通过精心的设计和精确的测试手段，才能够把惯性力的影响减至最小，品牌的差异在此亦可以略见一斑了。二、发动机负荷特性发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性，它是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。在了解负荷特性前，首先要知道有效比燃油消耗量是什么。衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量（升）计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数，这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标，工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标，简称油耗率，用ge表示，它指每小时单位有效功率消耗的燃油量，单位是g/kw.h。当然，衡量发动机经济性还有其它指标，由于与本文关系不大不作介绍。发动机分为汽油机和柴油机两大类。汽油机是依靠节气门调节负荷的，因此汽油机负荷特性又称节流特性；柴油机是靠改变喷油量来调节负荷的，通过喷油量变化改变混合气成份，因此柴油机负荷特性又称燃油调整特性。由于发动机转速是经常变化的，需要测定发动机不同转速下的负荷特性，才能全面评价不同转速和不同负荷下发动机的燃油经济性。发动机负荷特性的读取在试验台架上进行。以汽油机为例，启动发动机后逐渐开启节气门，直至最大，同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行，测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量。然后再关小节气门，调整载荷使发动机保持转速不变再测定。如此依次进行下去，直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度，得到不同负荷和转速下的燃油消耗量。不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的趋势是差不多，只是具体数值的不同。普通汽油机负荷特性曲线的特征，开始启动时ge最大（此时需要浓混合气），但随节气门逐渐开启负荷增大而ge减少直至最低点，此时节气门接近全开。继续开大节气门，ge又会开始上升，曲线呈现一条内凹抛物线。曲线的最小ge值越低越好，同时ge随负荷的变化越平缓，发动机在不同负荷下工作的经济牲越好。从曲线的形状，可以分析出哪一个负荷区域是最经济的。柴油机负荷特性曲线的走向特征与汽油机基本一样。但两者对比，柴油机的负荷特性曲线比较平坦，这也就是为什么柴油机比汽油机省油的重要原因。汽油机负荷特性曲线三、衡量发动机性能的重要指标升功率体现发动机品质高低主要是看动力性和经济性，也就是说发动机要具有较好的功率、良好的加速性和较低的燃料消耗量。影响发动机功率和燃料消耗量的因素有很多，其中影响最大的因素有排量、压缩比、配气机构。但这只是泛指而言。具体到发动机的比较，由于用途、设计、材料及制造工艺的差别，往往造成显著差别。有一些排量大的发动机功率不一定比排量小的发动机功率大，例如以排量比较，甲车是2.0升发动机最大功率是97千瓦，乙车是2.2升发动机最大功率可能只有79千瓦。同样，有些车排量相同，同是2.0升发动机但输出功率却不一样。因此，就产生了一个衡量指标，称为“升功率”。发动机以曲轴输出功率为基础的指标称有效指标，这种指标表示整个发动机性能的高低。有效指标包括有效功率、有效扭矩、升功率等等。一般以为，功率和扭矩这两项指标就能够反映发动机的优劣，其实不然。不是功率和扭矩越大的发动机就越好，真正能够反映发动机动力的指标是每升气缸工作容积所发出的功率，即“升功率”。升功率表示了单位气缸工作容积的利用率，升功率越大表示单位气缸工作容积所发出的功率越大。那么，当发动机功率一定时，升功率越大发动机的重量利用率就越高，相对而言发动机就越小，材料也就越省。升功率的高低反映出发动机设计与制造的质量。因为升功率（N）大小主要决定于气缸平均有效压力（P）和转速（n）的乘积，即N=（P）（n）。提高升功率就要从提高气缸压力和转速入手，因此提高升功率的具体措施也就有：（1）提高充气量。这是四冲程发动机增加热量的首要条件，因为燃料燃烧需要空气，燃料与空气比较，后者更难以充入气缸，所以就要改善换气条件，减少进气阻力增大气门通道截面积，有些发动机就采用4气门形式。当多气门结构布置困难时，首先要满足进气门的需要，不管气门布置形式怎么样，都是进气门数量等于或者大于排气门数量。 （2）提高转速以增加单位时间内的充气量。现在轿车的发动机一般都是高转速发动机，每分钟转速在5千转以上。（3）改善混合气质量和燃烧过程。采用电控燃油喷射系统，在所有工况下混合气的质量尽可能达到最佳，空气与燃油的混合地点从节气门处移至喷油嘴处，燃油直接与吸入的空气混合，从本质上改善了混合气的均匀性。（4）提高发动机机械效率增加有效功的输出，减少机械损失主要是减少零件之间的摩擦，涉及到零件加工的精度、表面加工质量、润滑质量、温度控制及减少附件等。这里指出的是，多气门与2气门设计的结构上最大差异，就是多气门的配气结构复杂，增加气门、导管、凸轮轴摇臂等，有些还要专门增加一支凸轮轴，即双顶置凸轮轴（DOHC），这些增加的装置必然会增加机械损失。因此，一些讲究实际的厂家仍然在中小型汽车发动机上采用2气门设计。以上四点是相互关联的，例如发动机转速越高引起的每次循环充气量减少问题也越突出，这就要采用增大气门通道截面积的措施，加大进气门头直径或者采用多进气门形式。但采用多气门形式又会涉及到发动机机械效率的问题。世界上的事物总是矛盾并存的，厂家工程师怎样调整平衡点，尽量完善地处理各种矛盾，就体现在各种发动机的性能表现上了。四、涡轮增压器参加竞赛的跑车或方程式赛车一般在发动机上装有涡轮增压器，以使汽车迸发出更大的功率。发动机是靠燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。构造 涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器，涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。原理 涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。技术 涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上，处在高温，高压和高速运转的工作状况下，其工作环境非常恶劣，工作要求又比较苛刻，因此对制造的材料和加工技术都要求很高。其中制造难度最高的是支承涡轮轴运转的“浮式轴承”，它工作转速可达10万转分以上，加上环境温度可达六、七百度以上，决非一般轴承所能承受，由于轴承与机体内壁间有油液做冷却，又称“全浮式轴承”。缺点 另外涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的缺点，其中最明显的是，“滞后响应”，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，即使经过改良后的反应时间也要1.7秒，使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。改进 但是涡轮增压器毕竟是无本生利的事情，它是利用发动机的废气工作的，这些废气的能量如果不加以利用也会白白地浪费掉。因此，自从涡轮增压器面世以来，人们就经常对它进行技术改造，例如提高加工精度，尽量减少涡轮与涡轮室内壁的间隙，以便提高废气能量利用率；采用新型材料陶瓷，利用陶瓷的耐热高，刚度强，重量轻的优点，可以将涡轮增压器做得更加紧凑，体积更少，而且能减少涡轮的“滞后响应”时间。在最近30年时间里，涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，会发动机在不改变气缸工作容积的情况下可以提高输出功率10%以上，因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现轿车的高性能化。提高压缩比是提高发动机功率的措施之一。而提高压缩比有两种途径，一种是采用高顶活塞及改变曲轴行程或者改变燃烧室形状，这是牵一动百的举措，花费较大；另一是增加进气量的方法，采用强制性方式加大空气灌输量，就是涡轮增压器的方法，这是一种不改变发动机基本结构，花费较少的做法。在“涡轮增压器”一文，已经简单介绍了它的构造、原理等方面的知识，现在再谈一谈它的具体形式。（1）电磁阀、（2）气缸燃烧室、（3）中冷器、（4）空气滤清器、（5）叶轮、（6）涡轮、（7）排气旁通阀 Last edited by 彗星撞日本 on 06-04-17 at 18:51 06-04-17 18:48点击查看原图(4.53 KB)五、汽油机上的涡轮增压器汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易爆燃。因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另一个是点火时间控制。强制性增压后，汽油机压缩和燃烧时的温度和压力都会增加，爆燃倾向增加。另外，汽油机排气温度比柴油机高，而且不宜采用增大气门重叠角（进、气排门同时开启的时间）方式来加强排气的降温，降低压缩比又会造成燃烧不充分。还有，汽油机的转速比柴油机高，空气流量变化大，很容易造成涡轮增压器反应滞后。针对汽油机使用涡轮增压器出现的一系列问题，工程师有针对性地一一做了改进，使汽油机也能用上废气涡轮增压器。中冷器 涡轮增压器吸进的空气经压缩温度增高了，在流动时与进气管壁摩擦还会进一步增高，这样不仅影响充气效率，还容易产生爆燃。因此要装置降低进气温度的设备，这就是中间冷却器（参阅“涡轮增压器之二”插图）。它安装在涡轮增压器出口与进气管之间，对进入气缸的空气进行冷却。中间冷却器就象散热器，用风冷却或者水冷却，空气的热量通过l冷却而逸散到大气中去。据测试，性能良好的中间冷却器不但可以使发动机压缩比能保持一定值而不会产生爆燃，同时降低温度也可提高进气压力，进一步提高发动机的有效功率。叶轮 由于汽油发动机转速范围宽，空气流量变化大，因此涡轮增压器的压缩叶轮外形是复杂的三元曲面超薄壁叶轮片，一般有1230片叶，呈放射线状曲线排列，叶片厚度在0.5毫米以下，采用铝材用特殊铸造法制作。叶片形状的优劣直接影响到到涡轮增压发动机的性能。叶轮形状角度越合理，质量越轻，叶轮的启动就越灵敏，涡轮增压器的天生缺陷“反应滞后”也就越小。爆燃传感器 除了降低温度来减少爆燃的可能外，还要采用爆燃传感器，它的作用就是在产生爆燃之时，传感器感到不正常的振动会立即将信息反馈至发动机ECU（电子控制单元）控制系统，将点火定时稍推迟一点，不产生爆燃的时候再恢复正常点火定时。由于轿车汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，因此它的涡轮增压器有更高的要求。现代轿车发动机已普遍采用电子喷射系统，在电子控制技术及新材料的配合下，涡轮增压器在汽油机上的应用也会日益普遍。六、轿车故障自检装置一辆宝马牌轿车徐徐开进某维修中心，服务小姐走近轿车旁边，请驾驶者打开发动机舱盖，只见她手持一台便携式电子解码器，将插头插入车上发动机旁边的一个插座上，拨动电子解码器的开关，电子解码器就开始逐项检查全车50多个检测点，遇到有故障的检测点时，电子解码器会自动警示，液晶显示屏上即显示出具体的数码和数据，修理人员凭数码从资料室取出软片，在阅读机上放大阅读这个项目的检修内容，包括使用的工具和修理步骤等。这是现代轿车检查故障的一个小镜头。所谓电子解码器，实际上就是一台微处理机，它能够与车上的电子计算机沟通，显示出计算机中所储存的信息，如故障检索等。电子计算机控制着全车电子装置的运行，包括发动机电子控制装置，底盘电子控制装置，安全控制装置，警报控制装置等，涉及电子监测元件上百种，它们的运行正常与否，都会由电子计算机瞬间判断出来，不需要再象十几年前那样，靠人的嗅觉，视觉，听觉和触觉去判断某运行部位是否正常。今天，大部份的中高级轿车发动机都装置了电子燃油喷射系统。厂家在设计和制造时就考虑到不需用专门检测工具就能够迅速准确地确定发动机及其它部件的故障。从90年代起生产的轿车，许多都带有故障自测装置，可以将故障信息显示在仪表板上，仪表板上的警告灯会发生闪烁，直至故障被排除后才能熄掉。带有故障自测装置的轿车，重点检查对象是发动机。设计者事先将发动机各个关键部份故障的信号编码储存在电子计算机的存储器内，如果电子计算机判断出某部位有故障时，故障编码就会通过警告灯的闪烁时间和次数来表示。例如丰田皇冠3.0轿车上的故障自测装置，就是利用仪表板上警告灯用闪烁方式来表达某部位的故障。当无故障时，警告灯每闪烁一次约0.5秒，循环不断。有故障指示时，警告灯每闪烁一次约 0.5 秒 ，每一次闪烁次数是编码的前一位数字，隔1.5秒后再显示编码后一位数字(编码由两位数组成)。警告灯闪烁的信号及所表示的编码都已列入轿车的发动机故障诊断代码表，检查范围包括发动机的转速，点火，水温，进气温度，真空度，起动机，开关，爆震，油泵，变速器等部位的运行问题，确定故障范围，十分快捷，省时又省力。当然，利用故障自测装置确定故障范围后，还需要做进一步检查才能最后确定故障是由哪个元件引起的，根据维修手册的指示，能迅速准确地确定故障原因及排除方法。七、轿车上的传感器汽车传感器将有关汽车运行的变化量传递到有关的仪表或者控制器，在汽车上起到了“耳目”的作用。1970年以前，一般汽车上只有油压，水温，油量等三种传感器，分别监测发动机的润滑压力，冷却水温度和燃油箱的储量。从70年代开始，伴随着汽车电子化的发展，汽车性能的提高和人们对环境保护意识的加强，传感器在现代汽车上的应用范围和使用数目也不断增加，目前轿车上的传感器已经广布全车，从发动机到变速器，从转向到安全气囊，从制动到悬架,从照明到空调都已经有了传感器的踪影。据统计，现在中级的轿车已有传感器20个左右，高级的轿车已达80个以上，而且趋势还在不断增加。目前汽车传感器有两大类，一类是使驾驶者直接了解汽车各部分状态的仪表传感器，另一类是用于控制汽车运行状态的控制传感器。前一种早就有了，后一种是现代汽车电子技术的发展产物。控制传感器也是一种转换器，它将物理量，电量或者化学量等信号转换成一种计算机能够理解的电信号，传感器是控制系统的关键部件，如果没有各种传感器，计算机根本无法工作，汽车电子化也就无从谈起。例如现代轿车的电子燃油喷射发动机上，都安装有进气温度传感器，真空传感器等多种传感器，它们各得其位，分别安置在进气管道，节流阀，分电器轴等位置上，监测进气温度，压力，流量以及发动机转速，将这些信号变成电信号传递给计算机，又称中央控制器(ECU)，它根据信号和储存在固定存储器中的信号进行比较，计算出当前工况下最佳的点火时刻及最佳的喷油量，从而输出脉冲电流去控制操纵有关元件。汽车的工作环境是十分恶劣的，因此对传感器的要求也十分严格。这些传感器必须要经受住从40c到150c的温度变化，而且要求精度高，可靠性好，反应快，抗干扰和抗震能力强，才能准确地将汽车运行上的有关量值进行实时检测，将它们转换成电信号供给中央控制器。世界上一些著名的汽车电器制造商十分重视传感器的研究和开发工作。例如德国西门子公司和波许公司都设有汽车传感器的研究与开发中心，研制经费占年利润的10%以上。目前汽车传感器已从一般的电磁式发展成为用磁敏，气敏，力敏，热敏，光电，激光等多种形式的传感器，传感器的材料也从金属发展成为用半导体，陶瓷，光学纤维等材料。尤其是以光学纤维做成的光纤传感器，由于具有容量大，体积小，绝缘好，稳定性高，不怕电磁干扰等优点，已在一些轿车上应用。目前轿车上的传感器所监测信号的范围越来越大，已从过去单纯监测车内物理变化到现在监测车内外的物理变化和化学变化，包括环境温度的变化，驾驶者的身体及精神变化，车辆的位置变化等等。传感器是电子控制系统的“探头”，传感器用得越多，车上的电子化越全面，轿车的自动控制程度也就越高现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。例如电控喷油喷射、废气排放、刹车防抱死系统、自动空调、大灯亮度控制、驾驶座位自动调整、转向控制、电控悬挂，等等。电子自动控制的工作要依赖传感器的信息反缋。据统计，目前一般轿车上大约有几十只传感器，高级轿车有100多个传感器，预计到2005年，全球的车用传感器需求量将达到12.7亿只。根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器，它们各司