汽車發(fā)動機自動調速技術研究

張?zhí)? 王愛斌

摘要：發(fā)動機在動態(tài)負載下易發(fā)生掉速或超速，燃油經(jīng)濟性變差。本文通過對自動調速的原理進行分析，并建立了控制系統(tǒng)模型。仿真結果表明，自動調速技術能很好地將發(fā)動機轉速維持在設定值。

關鍵詞：發(fā)動機;動態(tài)負載;自動調速

1汽油發(fā)動機的基本原理和構造

發(fā)動機是一種由許多機構和系統(tǒng)組成的復雜機器。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。

1.1配氣機構。配氣機構的功用是根據(jù)發(fā)動機工作順序和過程，定時開啟和關閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內排出，實現(xiàn)換氣過程。配氣機構大多采用頂置氣門式配氣機構。

1.2曲柄連桿機構。曲柄連桿機構是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內作直線運動，通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線運動。

1.3冷卻系統(tǒng)。冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等組成。

1.4燃料供給系統(tǒng)。汽油機燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內排出到大氣中去;柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。

1.5潤滑系統(tǒng)。潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩。

1.6點火系統(tǒng)。在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內。能按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設備稱點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。

1.7起動系統(tǒng)。要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。發(fā)動機才能自行運轉，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。

2發(fā)動機自動調速原理

汽車在某一擋位和某一節(jié)氣門開度下恒速行駛，假設負載不變，則其發(fā)動機運轉在額定狀態(tài)。實際中負載是變化的，其波動會導致發(fā)動機脫離額定點工作，出現(xiàn)掉速或超速現(xiàn)象。

此時可對節(jié)氣門施加控制，使其工作點轉移到開度為時的點或時的點。這樣發(fā)動機就始終工作在額定轉速下，經(jīng)濟性得到改善。

汽車的動力傳動系統(tǒng)包括有一個內燃機、一個多齒輪比變速器及車輪。發(fā)動機轉矩及速度會因汽車所需的牽引動力而在變速器中進行轉換。此外，汽車的變速器還可控制車輪的轉動方向。

變速器一般分為手動及自動變速兩種。自動變速可自動控制磨擦單元、齒輪比的選擇及換檔。

自動變速會采用液壓油來達到潤滑及冷凍的效果，液壓油是一種非常特別的液體，可在任何惡劣的環(huán)境下運行。自動變速箱油（ATF）的主要功能為：把動力從發(fā)動機變矩器傳送到動力傳動裝置，吸收由變矩器產(chǎn)生的熱力并轉移到汽車前端的冷凍裝置;作為離合器磨擦的冷凍劑，它可吸收及散發(fā)由離合器或帶嚙合所產(chǎn)生的熱能;通過一個復雜的液壓控制系統(tǒng)把液體壓力傳送開去，該系統(tǒng)采用汽門、伺服機、泵、離合器總泵、液壓管路及管道來進行控制，作為行星齒輪、軸承、伺服機、離合器和軸襯的潤滑劑及冷凍劑。

3自動調速控制方法

3.1調速控制方案

根據(jù)調速原理，發(fā)動機負載增大，節(jié)氣門開度也應增大某一個相應的值，使扭矩與負載達到新的平衡;反之亦然。以負載為動態(tài)輸入量，節(jié)氣門開度值作為控制系統(tǒng)的輸出量，通過信號轉換輸出到發(fā)動機執(zhí)行機構。

3.2 發(fā)動機子系統(tǒng)

3.3 節(jié)氣門控制子系統(tǒng)

根據(jù)調速原理，假設發(fā)動機載荷增加，則轉速向左偏移，此時由反饋得到的轉速差為正，控制器就會適當?shù)卦黾又?，從而使特性曲線上移，使得轉速回到設定值;反之亦然。

4自動變速器的類型及優(yōu)缺點

4.1有級式電子控制機械式自動變速器

電控機械式自動變速器是在原有機械變速器基本結構不變的情況下，通過加裝微機控制的自動操縱機構，駕駛員通過加速踏板和選擇器向微機表達意圖，各種傳感器時刻檢測車輛的現(xiàn)狀，微機接受和處理信號，并輸出最佳控制信號，通過電動和液壓或氣壓分別對節(jié)氣門開度、離合器結合及換擋三者進行控制，以實現(xiàn)最佳匹配，從而獲得優(yōu)良的行駛性能、平穩(wěn)的起步性能和迅速換擋的能力。有級式機械自動變速器既能使換擋操作簡化，又保留了齒輪式機械變速器傳動效率高、廉價、易于制造的長處，但其控制系統(tǒng)要求較高的控制精度，使得自動換擋的難度大。

4.2金屬帶式無級自動變速器

金屬帶無級自動變速器屬摩擦式無級變速器，其傳動與變速的關鍵件是具有V型槽的主動錐輪、從動錐輪和金屬帶，每個帶輪都由可以相對滑動的兩部分構成，金屬帶位于兩部分間的凹槽內。當主動輪旋轉時，通過金屬帶將主動輪的扭矩傳遞給從動輪，來自液壓系統(tǒng)的壓力分別作用到主、從錐輪的可動錐盤上，通過改變作用到主、從動錐輪可動錐盤上液壓力的大小，便可使主、從動錐輪傳遞扭矩的節(jié)圓半徑連續(xù)發(fā)生變化，從而達到無級改變傳動比的目的。CVT具有傳動比連續(xù)、操縱方便等特點，真正實現(xiàn)了無級變速。由于CVT可以使發(fā)動機始終再起經(jīng)濟轉速區(qū)內運行，從而改善了燃油經(jīng)濟性;無需切斷動力，汽車舒適性好，超車加速性能好。但是，CVT采用摩擦傳動，傳動效率低，可靠性差。

4.3液力自動變速器

液力自動變速器主要由液力變矩器和行星齒輪變速機構和自動換擋控制系統(tǒng)組成。在一定范圍內可以實現(xiàn)無級變速的能力。一般分四或五個擋個別的汽車已達到六個擋，目前它是國內、外用得最多的自動變速器，其優(yōu)越性在常用的速度范圍內實現(xiàn)無級變速。電子控制也使自動切換速度柔和、平順，因此汽車具有良好的乘坐舒適性和安全性、優(yōu)越的動力性和方便的操縱性。但這液力變矩器耗油量大，傳動效率不如機械式變速器，結構復雜，成本也較高。

5汽車發(fā)動機自動變速器在我國的應用現(xiàn)狀及國內技術的發(fā)展前景

不可否認，自動變速技術的出現(xiàn)為汽車行業(yè)帶來了新的血液。同時，我們也必須面對一現(xiàn)實：國外自動變速技術已相當成熟，并且占據(jù)著絕大部分的市場，也得到了消費者的信任。國內自主品牌難以撼動這一現(xiàn)實。但是，國外的自動變速技術并非無缺點。目前的液力自動變速器主要采用液力變矩器，變矩器在工作過程中，攪動油液生熱做了大量無用功，同時耗費大量油液。為了進一步增大起步時的扭矩及提高燃油的經(jīng)濟性，還需改進和提高變矩器的性能。再者，檔位越多，雖然操作性和經(jīng)濟性越好，但是自動變速器的結構會越復雜，安全可靠性越差。因此，設法在增加檔位的同時保持安全可靠性，也是可以超越國外技術的方面。但，經(jīng)過70多年不斷地完善，液力自動變速器的功能與潛力的開發(fā)已接近了極限，其長期存在的不足如：起動速度慢、工作效率低、油耗大等，很難取得突破性的改進同時考慮到國外技術的壟斷與技術封鎖國內技術要想超越幾近頂尖的國外技術，難度很大。

6結語

電控技術在發(fā)動機自動變速器中的改進，不僅要改善其本身的性能，而且應該考慮與發(fā)動機相匹配。因此應進一步提高電子控制的精度，研發(fā)與發(fā)動機匹配的綜合控制系統(tǒng)，使車輛的動力性、燃油經(jīng)濟性及廢氣排放這些難以兼顧的性能達到優(yōu)化處理，從而顯著提高車輛的綜合性能。同時，電控機械式自動變速器生產(chǎn)繼承性好，改造的資金投入少，其硬件開發(fā)與軟件研制對各種車型在理論上是相通的，成果可推廣到各類型汽車上，也適合于電子技術主導技術的潮流。由于近些年我國的電子技術飛速發(fā)展，甚至超越某些發(fā)達國家。因此，如果自主品牌企業(yè)以電控機械式自動變速器為主攻方向的話，趕上甚至超越國外技術的可能性更大些。

參考文獻：

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