張?zhí)? 王愛斌

摘要：發(fā)動機(jī)在動態(tài)負(fù)載下易發(fā)生掉速或超速，燃油經(jīng)濟(jì)性變差。本文通過對自動調(diào)速的原理進(jìn)行分析，并建立了控制系統(tǒng)模型。仿真結(jié)果表明，自動調(diào)速技術(shù)能很好地將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī);動態(tài)負(fù)載;自動調(diào)速

1汽油發(fā)動機(jī)的基本原理和構(gòu)造

發(fā)動機(jī)是一種由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機(jī)器。無論是汽油機(jī)，還是柴油機(jī);無論是四行程發(fā)動機(jī)，還是二行程發(fā)動機(jī);無論是單缸發(fā)動機(jī)，還是多缸發(fā)動機(jī)。

1.1配氣機(jī)構(gòu)。配氣機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機(jī)工作順序和過程，定時開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實(shí)現(xiàn)換氣過程。配氣機(jī)構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)。

1.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動零件。它由機(jī)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?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)作直線運(yùn)動，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并從曲軸對外輸出動力。而在進(jìn)氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成活塞的直線運(yùn)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(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機(jī)的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。

1.4燃料供給系統(tǒng)。汽油機(jī)燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機(jī)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(nèi)排出到大氣中去;柴油機(jī)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(nèi)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(yùn)動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實(shí)現(xiàn)液體摩擦，減小摩。

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

1.7起動系統(tǒng)。要使發(fā)動機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機(jī)的曲軸，使活塞作往復(fù)運(yùn)動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運(yùn)動使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機(jī)開始自動地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機(jī)的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機(jī)的起動系。

2發(fā)動機(jī)自動調(diào)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(shè)負(fù)載不變，則其發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在額定狀態(tài)。實(shí)際中負(fù)載是變化的，其波動會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)脫離額定點(diǎn)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(diǎn)轉(zhuǎn)移到開度為時的點(diǎn)或時的點(diǎn)。這樣發(fā)動機(jī)就始終工作在額定轉(zhuǎn)速下，經(jīng)濟(jì)性得到改善。

汽車的動力傳動系統(tǒng)包括有一個內(nèi)燃機(jī)、一個多齒輪比變速器及車輪。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩及速度會因汽車所需的牽引動力而在變速器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此外，汽車的變速器還可控制車輪的轉(zhuǎn)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(dá)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(yùn)行。自動變速箱油（ATF）的主要功能為：把動力從發(fā)動機(jī)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(zhuǎn)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(fù)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(jī)、泵、離合器總泵、液壓管路及管道來進(jìn)行控制，作為行星齒輪、軸承、伺服機(jī)、離合器和軸襯的潤滑劑及冷凍劑。

3自動調(diào)速控制方法

3.1調(diào)速控制方案

根據(jù)調(diào)速原理，發(fā)動機(jī)負(fù)載增大，節(jié)氣門開度也應(yīng)增大某一個相應(yīng)的值，使扭矩與負(fù)載達(dá)到新的平衡;反之亦然。以負(fù)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(zhuǎn)換輸出到發(fā)動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.2 發(fā)動機(jī)子系統(tǒng)

3.3 節(jié)氣門控制子系統(tǒng)

根據(jù)調(diào)速原理，假設(shè)發(fā)動機(jī)載荷增加，則轉(zhuǎn)速向左偏移，此時由反饋得到的轉(zhuǎn)速差為正，控制器就會適當(dāng)?shù)卦黾又担瑥亩固匦郧€上移，使得轉(zhuǎn)速回到設(shè)定值;反之亦然。

4自動變速器的類型及優(yōu)缺點(diǎn)

4.1有級式電子控制機(jī)械式自動變速器

電控機(jī)械式自動變速器是在原有機(jī)械變速器基本結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過加裝微機(jī)控制的自動操縱機(jī)構(gòu)，駕駛員通過加速踏板和選擇器向微機(jī)表達(dá)意圖，各種傳感器時刻檢測車輛的現(xiàn)狀，微機(jī)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(jié)合及換擋三者進(jìn)行控制，以實(shí)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(jī)械自動變速器既能使換擋操作簡化，又保留了齒輪式機(jī)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(guān)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(gòu)成，金屬帶位于兩部分間的凹槽內(nèi)。當(dāng)主動輪旋轉(zhuǎn)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(dá)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(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了無級變速。由于CVT可以使發(fā)動機(jī)始終再起經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)運(yùn)行，從而改善了燃油經(jīng)濟(jì)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(jī)構(gòu)和自動換擋控制系統(tǒng)組成。在一定范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無級變速的能力。一般分四或五個擋個別的汽車已達(dá)到六個擋，目前它是國內(nèi)、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(nèi)實(shí)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(jī)械式變速器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高。

5汽車發(fā)動機(jī)自動變速器在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀及國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展前景

不可否認(rèn)，自動變速技術(shù)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(shí)：國外自動變速技術(shù)已相當(dāng)成熟，并且占據(jù)著絕大部分的市場，也得到了消費(fèi)者的信任。國內(nèi)自主品牌難以撼動這一現(xiàn)實(shí)。但是，國外的自動變速技術(shù)并非無缺點(diǎn)。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(fèi)大量油液。為了進(jìn)一步增大起步時的扭矩及提高燃油的經(jīng)濟(jì)性，還需改進(jìn)和提高變矩器的性能。再者，檔位越多，雖然操作性和經(jīng)濟(jì)性越好，但是自動變速器的結(jié)構(gòu)會越復(fù)雜，安全可靠性越差。因此，設(shè)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(shù)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(jìn)同時考慮到國外技術(shù)的壟斷與技術(shù)封鎖國內(nèi)技術(shù)要想超越幾近頂尖的國外技術(shù)，難度很大。

6結(jié)語

電控技術(shù)在發(fā)動機(jī)自動變速器中的改進(jìn)，不僅要改善其本身的性能，而且應(yīng)該考慮與發(fā)動機(jī)相匹配。因此應(yīng)進(jìn)一步提高電子控制的精度，研發(fā)與發(fā)動機(jī)匹配的綜合控制系統(tǒng)，使車輛的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性及廢氣排放這些難以兼顧的性能達(dá)到優(yōu)化處理，從而顯著提高車輛的綜合性能。同時，電控機(jī)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(shù)主導(dǎo)技術(shù)的潮流。由于近些年我國的電子技術(shù)飛速發(fā)展，甚至超越某些發(fā)達(dá)國家。因此，如果自主品牌企業(yè)以電控機(jī)械式自動變速器為主攻方向的話，趕上甚至超越國外技術(shù)的可能性更大些。

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