发表于 2007-08-04 23:38 IP属地：未知
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汽车教室：破解汽车移动的魔法－－引擎详论
对于多数车辆使用人，对于车辆引擎是否有力、耐用、安静、省油等，都十分关心。然而打开引擎盖，林列于引擎室内的引擎及其它机构，实在也让人眼花撩乱。大家都知道引擎的重要性，但却因为对引擎不够认识，关于引擎的知识也很少能有系统的按各机构、系统来了解，更遑论每一个机构是如何运作的了。
为了满足广大TX对引擎进一步认识，特地从台湾站点转帖此单元，希望能借着「引擎详论」这单元，除了增加关于引擎的知识外，也让TX更能掌握爱车引擎的状况。
一、进气系统：空气滤清器与进气感知器
我们都知道，引擎的动力来自燃料的燃烧，而燃烧需要大量的空气，所以引擎不仅需要能适当的供给燃油，还需要源源不断的将空气引入引擎中，好完成燃烧以产生动力。一具2000c.c.引擎于2000rpm运转，理论上每秒钟需要约30公升的空气进入引擎，所以进气系统在引擎运转中，扮演着举足轻重的角色。
(一)进气口
引擎的进气系统从进气口开始，经过空气滤清器再到节流阀(油门)，并连接至进气其管将空气导入汽缸内，而进气口是整个进气系统的最前端。进气是进气导管的开口，进气导管通常采用黑色塑料材质，而进气口通常位于引擎室的前端，好导入新鲜且较低温的空气。也有些越野车为了涉水时不至于将水从进气导管吸入引擎，会将进气口设置在较高的位置。
自然进气引擎是借着活塞进气行程成的真空将空气吸入的，而增压引擎的空气则是由增压器的低压端所产生的真空吸入。
(二)空气滤清器
空气由进气口吸入，第一站就来到空气滤清器。顾名思义，空气滤清器是用来过滤空气中的灰尘、杂质，以确保进入引擎的空气质量来保护引擎。空气滤清器通常以棉纸为材质，空气穿过时会由棉纸将灰尘档下，所以空气滤清器使用一阵子后，棉纸会沾上许多灰尘，影响空气流动的顺畅。一般空气滤清器在车辆行驶3000至5000公里后，最好能拆下将灰尘抖落，或用高压空气吹走灰尘，若是滤纸太脏则必须更换。
有些竞技车辆的引擎因为需要较高的进气顺畅度，以获取更大动力，通常会改装阻力较小的空器滤清器，然而阻力较小也意味着滤清器的孔目较大，而降低灰尘的阻挡能力。
(三)进气感知器
进气感知器又称为进气流量计，通常位于空气滤清器后方的进气导管上，用来测量进气量的感知器。为了让引擎燃烧更完全，引擎必须借着进气感知器来得知进气量，借着引擎控制模块(ECU)的计算，而给予引擎正确的喷油量。
进气感知器要如何得知进气量呢？有几种方式：
1.机械式
使用机械方式，如翼板式，当空气流过时会推动翼板，由其位移量来计算空气流量。
2.热线式
热线式的原理是当空气流过一个高温热线式，将热线热量带走，流速越大带走的热量越多，使得维持热线发热的电流产生变化，由电流的变化量，即可得知空气的流量。
3.压力式：
压力式感知器通常装设于进气歧管上，藉由歧管的压力(真空度)来计算空气流量。
其中以热线式进气感知器的准确性较高，但是也较为昂贵。而进气感知器为非损耗品，在正常使用下几乎不会损坏。
二、进气系统：节气门与进气歧管
（一）节气门
新鲜空气自进气道、空气滤清器一路往引擎前进，下一个会碰到的就是节气门，也就是俗称的「油门」。这是整个引擎，唯一由驾驶人所控制的机构，在化油器引擎中，这个任务则由化油器担任；而在喷射供油引擎中，节气门阀体取代了化油器。在采用了喷射供油系统后，燃油直接在进气门前由喷射器射出，节气门阀体便少了使燃油与空气混合的任务。但为了能精确控制油气混合，节气门阀体机构并不比化油器简单。
一个典型的节气门体，应具备主进气道及节气门，而节气门是由一弹簧控制，当驾驶者未踩下油门时，节气门处于关闭状态，使大部分的空气被排除在阀门外；而当驾驶踏下油门踏板时，油门拉线便会拉动节气门弹簧，使阀门打开让空气从主进气道进入引擎中。除此之外，还有一个节气门感知器来把节气门开度转成电子讯号，使得引擎监理系统(ECU)能依据此来控制燃油喷量。
节气门阀体上还有一个怠速控制阀，是由一步进马达控制，引擎ECU会在冷车、启闭冷气、空档与D档变换等时机，控制怠速马达的作动，以调整引擎怠速之合适的进气量。
传统的节气门(油门)是以油门拉线采机械方式驱动，然而为了全车控制的整体性，许多新推出的车型已采用了电子控制的节气门(电子油门)。
（二）进气歧管
在谈到进气歧管之前，我们先来想想空气是怎样进入引擎的。在引擎概论中我们曾提到活塞在汽缸内的运作，当引擎处于进气行程时，活塞往下运动使汽缸内产生真空(也就是压力变小)，好与外界空气产生压力差，让空气能进入汽缸内。举例来说，大家都应该有被打过针，也看过护士小姐如何将药水吸入针桶内吧！假想针桶就是引擎，那么当针桶内的活塞向外抽出时，药水就会被吸入针桶内，而引擎就是这样把空气吸到汽缸内的。
好了，回到主题，进气歧管位于节气门与引擎进气门之间，之所以称为「歧管」，是因为空气进入节气门后，经过歧管缓冲统后，空气流道就在此「分歧」了，对应引擎汽缸的数量，如四缸引擎就有四道，五缸引擎则有五道，将空气分别导入各汽缸中。以自然进气引擎来说，由于进气歧管位于节气门之后，所以当引擎油门开度小时，汽缸内无法吸到足量的空气，就会造成歧管真空度高；而当引擎油门开度大时，进气歧管内的真空度就会变小。因此，喷射供油引擎都会在进气歧管上装设一个压力计，供给ECU判定引擎负荷，而给予适量的喷油。
歧管真空不只可用来供给判定引擎负荷的压力讯号，还有许多用处呢！如煞车也需要利用引擎的真空来辅助，所以当引擎发动后煞车踏板会轻盈许多，就是因为有真空辅助的缘故。还有某些形式的定速控制机构也会利用到歧管真空。而这些真空管一旦有泄漏或者不当改装，会造成引擎控制失调，也会影响煞车的作动，所以奉劝读者尽量不要于真空管上作不当的改装，以维护行车的安全。
进气歧管的设计也是大有学问的，为了引擎每一汽缸的燃烧状况相同，每一缸的歧管长度和弯曲度都要尽可能的相同。由于引擎是由四个行程来完成运转程序，所以引擎每一缸会以脉冲方式进气，依据经验，较长的歧管适合低转速运转，而较短的歧管则适合高转速运转。所以有些车型会采用可变长度进气歧管，或连续可变长度进气歧管，使引擎在各转速域都能发挥较佳的性能。
三、供油系统
（一）化油器
我们在「进气系统」这个单元时有约略谈过化油器，化油器最主要的功用是控制进入进气歧管的燃料流量，以及使燃料与空气正确混合。化油器主要是利用「文氏管 (Venturi) 效应」将燃油吸入化油器内与空气混合，供引擎燃烧。什么是文氏管效应呢？依据流体力学中的「白努利 (Bernoulli) 定律」，在一个连续固定的流场中，当流体流速增加时，流体的压力会下降。而文氏管效应就是利用流体 (空气) 流速增加所产生的低压吸力，而将燃油吸入空气中。在化油器中，空气流经口径较窄的喉部被加速，因加速产生的低压会将燃油吸出与空气混合。
常见的化油器设计，是将燃油送至化油器浮筒室中储存，当节流阀板开启时，燃油会因文氏管效应而从主油孔让燃油被吸至空气流道中，除此之外，还有怠速控制系统来控制怠速及低负荷的燃油供应；副文氏管系统则在引擎油门全开时将油气增浓；加速泵会在突然大脚油门时，给予引擎更多的燃料好维持正确的燃烧，以提供实时的加速性；阻风门在冷车启动时，会挡住大部分的空气进入化油器，以提供较浓的油气，使引擎能正常启动。
虽然化油器的成本低、可靠度高，而且维修、保养容易，但由于化油器几乎是以机械方式供油，其供油精准度已无法应付严苛的环保法规，所以这几年市售的新型汽车，已经不再使用化油器了。
（二）喷射供油
近年来上市的车辆，几乎都是采用喷射供油系统，最主要的原因也是因为要因应日趋严苛的环保法规。喷射供油系统从早期的机械式单点喷射一直演化至目前的电子式多点喷射，那么，何谓单点喷射及多点喷射呢？假设一个四缸的引擎，由单个喷油嘴至于进气歧管分支之前，油料由一处喷入后在随着进气分布到四个汽缸内，这是单点喷射；而喷油嘴置于四个汽缸之各器缸的进气道者，因为每一汽缸各有一个喷油嘴，四缸引擎则有四个喷油嘴，这称为多点喷射，本单元将谈论目前广泛使用之多点喷射的原理。
从燃油路径来看，首先燃油泵浦自油箱中将油料送至输油管中，输油管再将油料送至油轨内，而油轨由调压阀来控制燃油压力，并且确保送至各缸的燃油压力皆能相同。另一方面，调压阀也会借着泄压将过多的油料送至回油管而流回油箱中。而喷油嘴一端连接于油轨上，喷嘴则为于各个器缸的进气道上。引擎ECU根据引擎运转状况会对喷油嘴下达喷油指令，喷油量是由燃油压力及喷油嘴喷油时间所决定，燃油压力在油轨处已由调压阀所控制，而燃油调压阀之压力是由歧管真空 (引擎负荷) 调整，所以ECU能控制的就是喷油时间，当引擎需要较多的燃油时，喷油时间就会较长，反之则喷油时间较短。
喷油嘴本身是一个常闭阀 (常闭阀的意思是当没有输入控制讯号时，阀门一直处于关闭状态；而常开阀则是当没有输入控制讯号时，阀门一直处于开启状态)，由一个阀针上下运动来控制阀的开闭。当ECU下达喷油指令时，其电压讯号会使电流流经喷油嘴内的线圈，产生磁场来把阀针吸起，让阀门开启好使油料能自喷油孔喷出。
喷射供油的最大优点就是燃油供给之控制十分精确，让引擎在任何状态下都能有正确的空燃比，不仅让引擎保持运转顺畅，其废气也能合乎环保法规的规范。
[ 本帖最后由 特氟龙 于 07-08-10 23:56 编辑 ]
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