汽油引擎運轉原理與燃油系統的介紹 國立東港海事水產職業學校輪三甲黃琮筆蘇嶸洪琮和
壹 : 前言 汽油引擎每個循環過程必定包含了二或四個衝程, 所謂 循環 是指每完成一次燃料爆發所經過的所有步驟而言, 衝程則是指活塞每上或下一次在汽缸內的動作 雖然二衝程引擎燃燒不完全 效率差, 但構造簡單, 造價低廉, 而且輸出功率較同樣大小的四衝程引擎為大 因為四衝程引擎每四衝程才有一次動力輸出, 二衝程引擎則有兩次 也就是說, 在同一 c.c. 數時, 二行程引擎的馬力和扭力較大, 因此在 50 / 90 c.c. 的車型為了避免動力不足, 大多採用二行程引擎 而 125 / 150 c.c. 級的車型則全面採用四行程引擎 由於二行程採用機油混合燃燒的方法, 容易燃燒不完全產生白煙 近年來環保意識高漲, 台灣的機動車輛排氣管制法令已經號稱全球最嚴格, 但是政府限制機車排氣量在 150 c.c. 以下, 國人也習慣於 50 c.c. 的大小, 所以國內也有車廠研發出全球唯一的 50 c.c. 四行程引擎 內燃機之作用原理包括 :
1. 將燃燒之熱能轉變成機械能 2. 將活塞之往復 ( 或迴轉 ) 運動轉變成曲軸之選轉運動 3. 包含進氣 壓縮 動力 排氣等缺一不可的循環作用 其中曲軸迴轉兩圈完成一次循環者稱為四行程引擎 ; 由軸迴轉一圈完成一次循環者稱為二行程引擎
貳 : 正文 四行程引擎 四衝程的引擎完成一次循環必須經過 進氣 壓縮 動力 排氣 四個衝程 四行程顎圖循環引擎 : 1. 進氣行程 : 活塞自上死點下行至下死點, 進氣門打開 排氣門關閉, 此時汽缸內產生部份真空, 將汽油和空氣的混合氣吸入汽缸內 2. 壓縮行程 : 活塞自下死點上行至上死點, 進 排氣門均關閉 將汽缸中之混合氣壓縮 3. 動力行程 : 進排氣門均關閉, 火星塞跳火花, 混合氣燃燒產生強大的推力, 將活塞由上死點推到下死點, 產生動力 4. 排氣行程 : 活塞自下死點上行至上死點, 此時進氣門關閉, 排氣門打開, 汽缸中已燃燒過之廢棄, 經排氣門和排氣歧管等排至大氣中 5. 實際上進氣門在上死點前約 5~25 度, 開始打開, 而再下
死點後約 36~92 度才完全關閉 ; 排氣門也是在下死點前約 37~70 度開始打開, 而在上死點後 5~42 後完全關閉, 即氣門有早開晚關的現象 6. 進氣門早開晚關的目的為使進入汽缸的混合氣更充足, 若晚開早關則引擎動力和容積效率均會減少 ; 若早開太多, 晚關太多會浪費汽油 四行程狄塞爾循環引擎 : 1. 進氣行程 : 活塞自上死點下行至下死點, 此時進氣門打開, 排氣門關閉, 汽缸產生真空吸入新鮮空氣 2. 壓縮行程 : 活塞自下死點上行至上死點, 進排氣門均關閉, 純空氣被活塞壓縮, 壓力增至 30~40kg/cm2, 溫度則上升至 500 左右 3. 動力行程 : 壓縮將近終了, 柴油自噴油嘴以高壓 ( 約 100 ~180kg/cm2 ) 霧化狀噴入燃燒室中, 隨即與高壓高溫空氣混合而自行燃燒, 產生強大的推力推動活塞由上死點移至下死點 4. 排氣行程 : 活塞由下死點移到上死點, 排氣門打開, 進氣門關閉, 將廢氣除入大氣中 5. 實際上進氣門在上死點前約 10~30 度提前打開, 在下死點
後 40~50 度延後關閉 ; 排氣門在下死點前 40~50 度提前打開, 在上死點後 10~30 度延後關閉, 即所謂的氣門早開晚關 6. 進氣門早開之目的為利用進氣之衝力將廢氣完全排出, 而晚關之目的為使進入汽缸的空氣量更充足 ; 排氣門早開之目的為減少汽缸之溫度及活塞上行之阻力, 而晚關之目的為使廢氣完全排出 二行程引擎 二衝程引擎將進氣及排氣合併在動力衝程的末端進行, 實 際上只有壓縮及動力兩個衝程, 但仍具備爆發所需要經過的 過程
二行程鄂圖循環引擎 : 1. 活塞由上死點移至下死點 ( 含動力 排氣 驅氣 ) a 活塞在上死點時, 壓縮混合氣被火星塞高壓電火花點燃, 混合氣爆炸燃燒, 膨脹的氣體推動活塞下行 b 排氣口打開, 燃燒後的氣體以本身壓力吹出 c 驅氣口打開, 由軸箱內預壓的混合氣被送入汽缸內 由於驅氣的動作, 而繼續排出廢氣 2. 活塞由下死點移至上死點 ( 含壓縮 進氣 ) a 活塞上升, 關閉驅氣口, 由於曲軸箱空間逐漸擴大, 產生真空, 打開單向進氣口, 吸入混合氣 b 排氣口關閉, 將汽缸內的混合氣予以壓縮 3. 活塞走二個行程完成一個循環 二行程狄塞爾循環引擎 : 1. 活塞由下死點移至上死點 ( 含進氣 壓縮 ) a 活塞由下死點位置, 排氣口 驅氣口打開, 鼓風機將新鮮純空氣壓入汽缸內, 趕出廢氣 b 活塞上行, 排氣口, 驅氣口均關閉, 純空氣被壓縮 2. 活塞由上死點移至下死點 ( 含動力 排氣 ) a 活塞到達上死點前, 柴油經噴油嘴噴入汽缸中, 與
高溫的空氣混合燃燒, 產生極大的推力 b 壓動活塞下行至下死點前, 排氣口打開, 廢氣靠本 身極高之壓力, 排至大氣中 圖一 化油器的構造與拆解圖
一. 化油器原理 : 是應用文氏管原理設計的, 利用空氣流動產生的壓力變化, 把汽油吸上來. 在引擎的進氣行程中 ( 吸入混合氣的期間 ) 因活塞往下降的時候, 燃燒室內的壓力也就跟著下降, 於是空氣就順著化油器的吸入管, 經過進氣岐管, 汽門流入燃燒室內, 在文氏管上設置燃料噴嘴的話, 汽油就可被吸上了, 被吸上的汽油因為空氣流動的壓力, 使汽油和空氣的混合氣成為霧狀, 與空氣流動的原理情形一樣, 因活塞作用產生負壓 ( 低於大氣壓力 ) 所以混合氣就被吸進燃燒室裡去了. 二. 化油器功能 : 適當的給予引擎所須的混合氣 ( 汽油與空氣混合 ), 因為要配合引擎於惰轉, 高速, 低速, 載重, 各種不同的 : 環境與因素, 化油器必須適時的給予適當的油. 氣. 混合氣. 化油器的基本元件 一. 化油器本體 : 化油器的主體, 構成材料以鋁為主, 內含基本管路. 二. 節流閥 :
與加油導線連動, 藉閥之開閉控制輸送到引擎之混合氣, 以調整引擎之出力. 節流閥在吸入側 ( 靠近空氣濾清器端 ) 有切口用來調整油針噴嘴所受的負壓, 但只在怠速 (SLOW) 與 1/4 開度之區域內有效果. 切口越大則噴嘴所受之負壓變化小, 混合比越薄, 切口小則越濃. 三. 噴口調節針 : 裝置在節流閥內與節流閥同時動作, 由噴口調節針和針座 ( 噴口 ) 構成的間隙噴出燃料供幾引擎. 噴口調節針上方才 ( 無錐度之部份 ) 控制低開度, 下方 ( 錐度部份 ) 控制中高速度, 最高速之全開側則由主噴嘴控制混合比. 一般噴口調節針夾溝槽有五段, 槽由上至下算 1 段 2 段..., 夾子越下面, 相對的噴口調節針位至昇高, 混合比越濃. 四. 噴合調節針座 : 與噴口調節針構成間隙控制混合比, 孔徑深度精確的控制所受之負壓. 因與噴口調節針磨擦頻繁, 故須有越硬之表面處理. 五. 高速噴油嘴 : 節流閥全開時, 控制燃料流出量及混合比, 但在 1/2 開度附近亦略有影響.
六. 低速噴嘴 : 控制怠速及節流閥低開度時之燃料流量, 且由滲氣孔 ( 空氣孔 ) 吸入空氣造成混合氣, 加強霧化效果. 七. 空氣噴嘴 : 從低速噴嘴及噴口調節針座之滲氣管送入空氣, 以加強混合氣之霧化效果, 且空氣噴嘴亦限制空氣量. 八. 空氣調整螺絲 : 調整惰轉空氣通路之空氣之流量, 限制供給低速噴嘴滲氣孔之空氣, 使低速噴嘴所流過的汽油與空氣混合做適當的調整而噴出. 九. 節流閥調整螺絲用以微量調整節流閥之定位開度, 而改變文氏管口徑, 使獲得穩定之惰轉. 十. 混合氣量調整螺絲 : 用以調整惰轉時低速混合氣出油量多少之節制螺絲, 調整後, 會改變引擎惰轉速度及行駛之加速性能. 尤其是起動性最敏感. 十一. 乳化液管 : 由滲氣孔滲入空氣與汽油混合, 液體粒子分散成乳液狀, 故
稱乳化液管, 在低速噴嘴 ' 中高速噴嘴 ' 起動氣之下均有乳化液管之構造, 以加強霧化效果. 十二. 自動阻風門 : 功能為 : 天冷時汽油不易氣化, 利用阻風門, 阻擋過多空氣進入化油器使混合氣變濃, 幫助引擎較容易起動 包含熱膨脹體 ' 起動閥 ' 噴口調節針 ' 噴嘴等購成獨立的起動燃料供給系統, 配合引擎溫度自動的開閉 ' 供給適當混合比的混合氣以因應起動之需.( 打檔車或舊車款使用手動阻風門 ) 十三. 墊片 : 墊在須氣密 ' 水密之部位, 防止氣體或液體洩漏. 十四. 浮筒 : 隨著汽油之昇降而上下浮動, 與三角針閥連動控制汽油之進入量, 而精確的構成油面. 油面之高度是化油氣控制混合比之基準, 極為重要. 十五. 三角油針與浮筒連動同時對燃料通路之三角油針座產生開閉作用, 以控制汽油之進入量. 三角油針上之小彈簧輕輕頂住浮統, 吸收行駛時浮筒之震動, 防止三角油針輕易的時開時閉, 而影響油面.
十六. 三角油針座 : 針座與三角油針搭配, 控制從油箱流入化油器之汽油流入或停止. 行駛中是由浮筒上下來控制汽油量. 針座孔徑之設定是為對應節流閥全開時, 從化油器流向引擎之混合氣量之不足而設定針座孔徑. 十七. 浮筒室 : 儲存化油器之燃料之油室, 內有浮筒及三角油針, 調整燃料之油面在一定之高度 化油器內油路的種類 一. 浮筒油路 : 供應和儲存汽油, 保持一定的油面高度二. 起動油路 : 天冷時汽油不易氣化, 利用起動油路使混合氣變濃, 幫助引擎較容易起動三. 怠轉油路 : 引擎怠速時使用的供油回路四. 低速油路 : 引擎低速時使用的供油回路五. 中速油路 : 引擎中速時使用的供油回路六. 高速油路 : 引擎高速時使用的供油回路
參 : 結論 希望看完這篇文章可以更瞭解內燃機引擎的構造及 動的方式. 肆 : 引註資料 1. 化油器構造與說明 : http://www.geocities.com/motorcity/garage/7447/carb urtor.htm( 檢索日期 :20081012) 2. 化油氣圖說明 : http://bearclub.idv.tw/html/yamaha/20020202.shtml ( 檢索日期 :20081012) 3. 內燃機內部構造說明 : http://content.edu.tw/vocation/agri_mech/tn_ag/03/3 _2.htm ( 檢索日期 :20081012) 4. 二行程與四行程引擎構造說明 :
http://www.education.ntu.edu.tw/wwwcourse/chneduw eb/r-11-engn.htm ( 檢索日期 :20081012)