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Chapter8.汽車電子引擎()

 

 

 

8.1噴油系統的種類

 

 

 

8.2進氣系統

 

 

 

空燃比λ

即是空氣與燃料重量的混合比,然而不同大小的空燃比所排放的廢氣濃度不一,且廢氣的排放量與空燃比的關係也不太一樣,故理想的空燃比以14.71為我們的一個平衡點。
 
 
 
圖片1

空燃比λ的計算公式

 

 

圖片2  

 

 

 

 

The fuelling map

該圖是空燃比λ、引擎轉速與引擎負荷的三向關係圖,其是由多次的測試所得來的資料;將該資料輸入ECU後,可供ECU做為日後引擎運作的參考數據。

圖片3  

 

進油量

進油量先知道引擎轉速及引擎負荷,再經fuelling map對照後知道合適的

空燃比,再經由空氣流量計知道進氣量,計算後得所需的噴油量多寡。

圖片4  

 

 

8.1噴油系統的種類

 
現代噴油系統是以確保能獲得引擎的最大效用,同時產生最小量的廢氣排放為目的所設計的。
為了達到此目的,所以我們的噴油量、噴油時間的控制,都是經由ECU來做最精準的控制。

圖片5  

 

噴油系統的基本組成元件

1.空氣流量計:提供空氣流量訊號給ECU
 
2.節氣門:控制流量的大小,同時將其位置訊號提供給ECU
 
3.:給供油系統提供適當的油量與油壓。
 
4.濾油器:過濾燃油減少雜質流進燃燒室中。
 
5.噴油嘴:將混合的油氣以適當的量、適當的時機噴入燃燒室中。
 
6.ECU:作為一個系統的主宰,從各感知器接收需要的資訊,控制各元件

          做適當的運作。

 

早期的噴油系統並沒有回授,所以在廢氣的控制上不容易掌控,因此現代的噴油系統都是採用有回授的系統,主要可以分成以下三種:單點噴射多點噴射以及缸內直噴

 

1.單點噴射

由單一個噴嘴噴油,供應給多個汽缸使用,其控制方式不是依照空氣流量計,而是利用各感知器(如:空氣溫度感知器、壓力感知器等)傳訊號到ECU後,利用速度密度法計算後決定之,構造簡單適用於許多機構中。

圖片6  

 

單點噴射系統的基本構造

圖片7圖片8  

 

速度密度法

圖片9  

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2.多點噴射

每個汽缸都各自有一個噴嘴,方便對應每個氣缸的運作狀態(進氣、壓縮、爆炸、排氣)

圖片14  

3.缸內直噴

為了更有效地減少廢氣的排放,及得到更高的轉換效率所衍生出來的新方法。

圖片15

圖片16  

 

Bosch (VW)為例-type direct petrol injection

圖片17  

電子節氣門

根據油門踩的角度訊號送給ECU後,決定節氣門的位置,以控制所需要的空氣流量大小。

圖片18  

 

 

8.2進氣系統

進氣系統由空氣濾清器、PCV閥、進氣歧管等組成。發動時,駕駛員透過油門操縱節氣門的開起角度,以此來改變進氣量,控制引擎的運轉。冷車發動或怠速運轉時,部份空氣經PCV閥或輔助空氣閥繞過節氣門進入氣缸。

 

 

進氣系統的基本結構圖

 

圖片19  

 

1.空氣濾淨器Air filter

 

空氣濾淨器顧名思義就是用來過濾空氣的元件,內具有層層的多孔結構,能將外部空氣中的雜質去除後供引擎燃燒使用,另外由於工作過程中會因震動而產生噪音,顧通常會加裝消音器使用。

 

圖片20圖片21  

2.吹漏氣Blow-by

燃燒室中的油氣經活塞旁的間隙洩漏至曲軸箱,稱為吹漏氣。

 

3.PCV(positive crankcase ventilationvalve)

 

在引擎負荷過大時,部分吹漏氣與進氣系統的空氣混合後,再經由PCV閥進入歧管後給燃燒室使用,無空氣汙染的問題,現為各車皆須採用。

 

圖片22圖片23  

 

進氣的溫度控制

為了使引擎能夠更快的熱起來,同時盡可能的維持在同一個溫度下運作,所以必要時進氣最好能有個加熱的機制。故我們讓過濾後的空氣流經排氣歧管,利用燃燒室燃燒後廢氣的溫度,來預熱進氣的溫度再送入進氣歧管中。

 

進氣的溫度控制之動作原理

圖片24  

當洩氣閥關上時,進氣控制膜片因真空度提高,使得進氣控制門開啟,讓熱空氣經進氣歧管進入引擎燃燒室。

 

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當洩氣閥開啟時,進氣控制膜片因真空度下降,使得進氣控制門關閉,指讓冷空氣經進氣歧管進入引擎燃燒室。

 

進氣歧管manifold

 

進氣歧管位於節氣門與引擎進氣門之間,之所以稱為「歧管」,是因為空氣進入節氣門後,經過歧管緩衝統後,空氣流道就在此「分歧」了,對應引擎汽缸的數量,並將空氣分別導入各汽缸中。
 
為了引擎每一汽缸的燃燒狀況相同,每一缸的歧管長度和彎曲度都要盡可能的相同。為了配合引擎運轉程序,所以引擎每一缸會以脈衝方式進氣;依據經驗,較長的歧管適合低轉速運轉,而較短的歧管則適合高轉速運轉。所以有些車型會採用可變長度進氣歧管,使引擎在各轉速域都能發揮較佳的性能。

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可變長度型進氣歧管

 

進氣歧管的長度對引擎的運作效率也有一定的影響;在引擎中低轉速時適合空氣流速較慢的長型進氣歧管,高轉速時因為需要大量的空氣,故適合空氣流速高的短型進氣歧管。
 
 
一般而言改變歧管長度的方法有兩種,一種是增加長度並多加上一個電子節氣門,另一種就是把歧管做成圓弧狀且中間額外裝一個空氣閘門。

 

長型進氣導管通常會在節氣門與引擎之間在多裝上一個電子空氣控制閥;引擎在中低轉速時會關上,加速時會打開以改變歧管長度的大小。

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藉由在進氣管路中設置閥門來使進氣管路改變成長、短二種路徑。以滿足引擎在高轉速運轉時需要流速快、動能大的氣流;並且在低轉速時供給引擎適當流量的空氣。這樣就能夠使引擎在高轉速時獲得較大的馬力,而在較低轉速時有較佳的油耗表現。

 

圖片31圖片32  

 

 

渦輪turbine

(1)概述

 

早在1970-1980年代成為日本車廠提升性能的渦輪增壓,受到越來越嚴苛的法規,及材質、技術等不成熟,導致冠上耗油、不環保的惡名,但經過長達20年的努力,所有問題都獲得解決,甚至還能和小排氣量引擎搭配,創造大排氣量自然進氣引擎的功率表現,且達到環保節能的目的,而NISSAN不僅將渦輪增壓運用在強悍的GT-R上,甚至還以小排氣量的方式提升JukeTiida的性能,同時也陸續成為NISSAN強化性能並兼顧環保節能的利器。

圖片33圖片34  

 

(2)突破

 

197910月對於日本車壇來說,是動力技術的新紀元,也開啟渦輪增壓的時代,因為在NISSAN的研發下,代號L20ET的渦輪增壓電子噴射引擎,搭載於430車系Cedric/Gloria上,馬力從115hp飆升至145hp,性能明顯提升也讓其他車廠跟進。

圖片35

430Cedric/Gloria

圖片36  

L20ET引擎

 

(3)未來

 
21世紀NISSAN渦輪策略
 
在節能環保的年代,各車廠多在動力系統下工夫,當然NISSAN也不例外,尤其在渦輪增壓技術越趨成熟下,業已納入開發計畫,第一砲就是最新推出的小型跨界Juke,所搭載的MR1.6L直列四缸直噴汽油引擎與渦輪增壓組合,能輕易創造出190hp/24.5kgm的超強功率,等同於過去2.0-2.5L動力心臟的表現,且在燃燒效率更佳下降低NOx的排放量,這也完全符合Downsizing的環保效率。

 

圖片37

Nissan Juke Nismo

 

圖片38  

MR16DDT引擎

 

渦輪增壓的種類

 

1.機械增壓系統:這個裝置安裝在引擎上並由皮帶與引擎曲軸相連接,從引擎輸出軸獲得動力來驅動渦輪的轉子旋轉,從而將空氣增壓吹到進氣岐管裡。

   其優點是渦輪轉速和引擎相同,故沒有滯後現象,動力輸出非常流暢,但是由於裝在引擎轉動軸裡面,因此還是消耗了部分動力,增壓出來的效果並不高。

圖片39圖片40  

 

2.氣波增壓系統:

   利用高壓廢氣的脈衝氣波迫使空氣壓縮。這種系統增壓性能好、加速性好但是整個裝置比較笨重,不太適合安裝在體積較小的轎車裡面。

 

圖片41  

3.廢氣渦輪增壓系統:


這就是我們平時最常見的渦輪增壓裝置了,渦輪與引擎無任何機械聯繫,實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。
其利用引擎排出的廢氣來推動渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動同軸的壓縮機,壓縮機將空氣增壓後送進氣缸。當引擎轉速越快,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快,壓縮機就壓縮更多的空氣進入氣缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量就可以增加引擎的輸出功率。

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4.複合增壓系統:

   即廢氣渦輪增壓和機械增壓並用,這種裝置在大功率柴油引擎上採用比較多,其引擎輸出功率大、燃油消耗率低、雜訊小,只是結構太複雜,
技術含量高,維修保養不容易,因此很難普及。

圖片44  

 

渦輪的缺點

 

由於葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩,也就是說從你腳踩油門加大馬力,到葉輪轉動將更多空氣壓進發動機獲得更大動力之間存在一個時間差,一般經過改良的渦輪增壓也要至少2秒左右來增加或者減少發動機動力輸出。
 
此外渦輪增壓還有維護保養方面的問題,就拿寶來的1.8T來說,6萬公里左右就要更換渦輪了,雖然次數不算多,畢竟給自己的車無形之中又增加了一筆維護保養費。

圖片45  

 

洩壓閥wastegate

 
當我們放開油門時,節氣門會關上引擎會進入怠速的狀態,而此時的引擎是不需要大量進氣的,但由於慣性的原理渦輪還是維持在每分鐘上萬轉的轉速,並不會馬上停下來導致空氣依舊不斷地在加壓;若不能把渦輪的轉速降下來的話,過度的壓力容易造成元件毀損,故需要一個洩壓閥,將渦輪的轉速降低。

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中間冷卻器intercooler

 
經壓縮後的空氣必須是符合引擎的工作溫度否則可能會傷及引擎,故在壓縮後需要一個冷卻器來調節壓縮空氣的溫度;其原理是用空氣或是水等進行熱交換以達控溫效果。

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曾教授與古董保時捷

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