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发动机结构形式就是汽缸的排列形式,主要有以下几种方式:
◆直列发动机(LineEngine)
发动机所有汽缸均按同一角度肩并肩排成一个平面,是按直线排列的,我们称这样的发动机为直列发动机。
直列发动机特点:
它的优点是缸体和结构十分简单,而且使用一个汽,制造成本较低,尺寸紧凑。
直列发动机稳定性高,低速特性好并且燃料消耗也较少;
但缺点是随排量汽缸数的增加长度大大增加。
所以直列发动机一般都是4缸机,少数有6缸机,比如著名的直列6缸发动机。
◆V型发动机
将所有汽缸分成两组,把相邻汽缸以一定夹角布置一起,使两组汽缸形成有一个夹角的平面,从侧面看汽缸呈V字形,故称V型发动机。
因为V型发动机是两组汽缸,所以汽缸数均是偶数,如常见的:
V6、V8、V10、V12等,而且V型发动机排量都比较大,一般都在2.5L以上。
V型发动机特点:
V型发动机高度和长度尺寸小,在汽车上布置起来较为方便,也能够为驾驶舱留出更大的空间。
V型发动机汽缸对向布置,还可抵消一部分震动,使发动机运转更平顺;
V型发动机的缺点则是必须使用两个汽,结构较为复杂、成本较高。
另外其宽度加大后,发动机两侧空间较小,不易再安排其它装置。
◆W型发动机
W型发动机是德国专属发动机技术。
其原理是:
将V型发动机的每侧汽缸再进行小角度的错开,简单点说,W型发动机的汽缸排列形式是由两个小V形组成一个大W形,严格说来W型发动机还应属V型发动机的变种。
W发动机特点:
W型比V型发动机做得更短一些,有利于节省空间,同时重量也可轻些;
缺点是它的宽度更大,使得发动机室更满。
旗下的6.0和的A8L6.0都采用了W12发动机,布加迪则是采用了8.0LW16发动机,W型发动机一般都是大排量的发动机。
◆H型水平对置发动机
如果将直列发动机看成夹角为0度的V型发动机,当两排汽缸的夹角扩大为180度,汽缸排列,就是发动机了。
发动机特点:
由于它的汽缸为“平放”,因此降低了汽车的重心,同时又能让车头设计得又扁又低。
这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。
的汽缸布局是一种对称稳定结构,这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好,运行时的损耗也是最小。
不过由于两排汽缸水平放置,所以造成发动机缸体很宽,使得发动机舱排列会变的比较复杂,所以很少有厂家采用。
目前只有两家公司采用发动机,分别是和。
◆转子发动机
上面我们讲解的几种都是通过汽缸内的往复运动最终驱动车子前进,都是往复式式发动机,发动机及本身都是相对不动的。
而则是一种三角旋转式发动机,它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放。
与往复式发动机相比,取消了无用的直线运动,因而同样的尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。
的运动特点是三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时,三角转子本身又绕其中心自转。
在三角转子转动时,以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合,齿轮固定在缸体上不转动,内齿圈与齿轮的齿数之比为3比2。
上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即汽缸壁的形状)似“8”字形。
三角转子把汽缸分成三个独立空间,三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气,三角转子自转一周,发动机点火做功三次。
由于以上运动关系,输出轴的转速是转子自转速度的3倍,这与往复运动式发动机的与1:
1的运动关系完全不同。
特点:
的优点十分明显,它尺寸较小、重量较轻、很大,并且震动和噪声极低。
缺点是转子技术复杂,制造成本极其高昂,耐用性也低于传统发动机。
经典实例:
现在使用的仅有一家厂家,RX-8跑车使用的就是1.3L的。
◆混合动力系统
故名思意,系统就是在传统的汽柴发动机的基础上,加上一种其他能源的动力系统。
现在普遍应用的是油电混合系统,即在汽柴发动机的车上,再加上一个电动机,两个发动机一起工作。
系统其实是一种在未研究出替代能源之前的一种折中方案,他的最大优点是能够有效地降低油耗。
现在市场上比较常见的车型有:
、、400H等。
◆自然吸气
我们一般常见的发动机多数为自然吸气式发动机,自然吸气发动机是利用汽缸内产生的负压力,将外部空气吸入,跟人类吸取空气一样,这种吸气方式的发动机称为自然吸气发动机。
自然吸气发动机特点是:
动力输出非常平顺,不会因为转速的变化而出现骤然的猛加速,而且使用寿命更长,维修更为简便。
◆涡轮增压
发动机是依靠器来加动机进气量的一种发动机,器(Tubro)实际上就是一个空气压缩机。
它是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内),涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道内,叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气,再送入。
当发动机转速加快,废气排出速度与涡轮转速也同步加快,空气压缩程度就得以加大,发动机的进气量就相应地得到增加,就可以增加发动机的输出了。
一般增压后的发动机动力能比原发动机增加40%或更高;
而缺点就是我们常说的“迟滞性”。
不过目前经过技术改进,发动机在较低转速时增压器就可以介入,“迟滞性”感觉已很小。
目前,除了单涡轮发动机外,很多运动型车为追求高性能还会搭载了双涡轮甚至四涡轮发动机。
典型实例:
是发动机的最初应用者,他的全系车型都是用发动机。
比较常见的还有:
SI,的2.0T、1.6T都是发动机,宝35i使用的是双发动机,布加迪则搭载了8.0LW16四发动机。
◆机械增压
器采用皮带与发动机皮带盘连接,利用发动机转速来带动器内部叶片,以产生增压空气送入引擎内,以此达到增压并使发动机输出动力变高的目的。
优点是“全时介入”,使其在低转速下便可获得增压,加速感受相当线性化没有增压迟滞感;
缺点就是依靠发动机带动的器,将损耗一定量发动机的动力,高转速损耗明显,燃油经济性降低,这点就不如系统好了。
目前,普通轿车多采用单,而一些超跑为了获取更大动力,还搭载装配两台增压器的双增压发动机,这两个增压器各为一半汽缸服务。
现在国内比较常见的发动机有C200k上的1.8L发动机,的上的3.0L发动机等。
●混合气形成方式
◆化油器
化油器式是一种已经被淘汰的燃油供给方式,主要利用高速气流将汽油雾化,并与空气充分混合,然后汽缸将混合气吸入并点燃做工。
化油器的缺点是控制不够精确,在正常驾驶时不能迅速对发动机负荷的改变作出反映,调整混合气浓度。
致使发动机经常处于不充分燃烧的状态,所以尾气排放中有害物质含量无法满足日益严格的排放法规,同时会产生较高的油耗,到上世纪90年代末,即被国家明令禁止生产,现在已经完全被淘汰了。
使用车型:
1994年产普桑JV化油器发动机、90年代的夏利等。
◆单点电喷
以取代了化油器,进气总管中的节流阀体内设置一只喷射器,对各缸实施集中喷射,汽油被喷入进气气流中,形成可燃混合气,由进气岐观分配到各个内。
单点电喷实现了电子控制,供油量精确度有所提高。
但是,化油器和单点喷射存在一个共性的缺陷,燃油雾化与进气混合的位置处于进气管距离的最远端,油气混合后,要分配给各个,无法实现精确的按比例并且均匀的油气混合,所以油耗高且动力低。
所以单点电喷现在基本也被淘汰了,使用的车型很少。
吉利豪情1.3L三缸单点电喷发动机、奇瑞首款风云1.6L发动机。
◆多点电喷
与单点电喷不同,多点电喷每个都由单独的喷射燃油。
燃油喷嘴安装于进气管最靠近的位置,燃油喷射与进气混合在进之前,实行各缸分别供油。
多点电喷是现在的主流技术,目前大多数车型都采用了多点电喷发动机。
。
多点喷射能够按照每个的需求实现精确的按需供油,因此,显著降低了油耗和排放。
但是,这种“缸外喷射混合”的缺点在于,进入的混合气只能够通过的开闭来被动控制,不能完全适应发动机不同工况的需求。
并且,油气混合受进气气流的影响较大,还会吸附在进气管壁和上形成积碳,造成浪费,并影响发动机性能。
◆直喷式
燃油喷嘴安装于内,直接将燃油喷入内与进气混合。
喷射压力也进一步提高,使燃油雾化更加细致,真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合,并且消除了缸外喷射的缺点。
传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制将汽油喷入。
汽油在歧管内开始混合,然后再进入到汽缸中燃烧。
空气跟汽油的最佳混合比是14.7/1(也叫理论空燃比),传统发动机由于汽油跟空气是在内混合,那么他们只能均匀的混合在一起,所以必须达到理论空燃比才能获得较好的动力性和经济性,但由于离燃烧室有一定的距离,汽油同空气的混合情况受进气气流和开关的影响较大,并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上,这就的理论空燃比很难达到,这是传统发动机无法解决的一个问题。
要想解决这一难题,就必须把燃油直接喷射到汽缸中去,直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通过一个泵提供所需的100bar以上的压力,将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。
然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室,通过对燃烧室内部形状的设计,让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。
然后使周围区域能有较浓的混合气,其他周边区域有较稀的混合气,保证了在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。
现在很多厂家都开始采用汽油直喷技术,比如的SI,的3.2,的3.0L双直喷发动机,上的3.0L汽油直喷发动机等。
●排气量
指从上止点到下止点所扫过得气体容积,又称为单缸排量,它取决于和行程。
发动机排量是各缸工作容积得总和,一般用于毫升(ml)来表示,排气量是发动机最重要的结构参数之一。
排气量简单计算公式:
直径mm×
行程mm×
0.7854(为一固定常数)/1000(换算为cc数)×
汽缸数
理论上排气量越大,和扭距就会越大。
但这也不是绝对的,关键看对发动机的调校。
同一款发动机,用在跑车上调教就会比用在越野车上高,反之越野车的会比跑车上的高。
追求的目的不同,对发动机的调教也会有差别。
同时,由于增压技术的介入,小排量已拥有超越更高排量发动机动力的水平。
●最大
最大也叫最大马力,的单位是千瓦(kw),马力的单位是匹(PS),1千瓦=1.36匹。
输出与发动机的转速关系很大,随着转速的增加,发动机的也相应提高。
到了一定的转速以后,就不会在增加了,而会成下降趋势。
所以,最大的标注会同时标注千瓦数与相应的发动机转速,转速的表达方式是每分钟多少转(rpm)。
所以,完整的发动机最大表达方式是:
千瓦(匹)/转速,例如100kw(136ps)/6000rpm。
通常最大决定了汽车的最高速度。
是发动机性能的一个重要参数,是指发动机运转时从端输出的平均力矩,俗称为发动机的“转劲”。
的大小也是和发动机转速有关系的,在不同的转速会有不同的,所以的单位是牛顿.米/转速(N.m/rpm)。
越大,发动机输出的“劲”就越大。
决定了汽车的加速能力,爬坡能力和牵引力量。
●
就是发动机混合气体被压缩的程度,用压缩前的总容积与压缩后的容积(即燃烧室容积)之比来表示。
为了能更直观全面的了解,我们还需要明白以下几个相关的概念。
往复式发动机:
简单地讲,就是在发动机中,有一只周而复始地做着直线往复运动,且一直循环不已。
在周而复始又持续不断的工作行程之中有其一定的运动行程范围。
最大行程容积与最小行程容积:
就发动机某个而言,当的行程到达最低点,此时的位置点便称为下止点,整个包括燃烧室所形成的容积便是最大行程容积。
当反向运动,到达最高点位置时,这个位置点便称为上止点,所形成的容积为整个运动行程是最小行程容积。
压缩比的表示和范围:
就是这最大行程容积与最小容积的比值。
常见的汽油发动机表示方法为9.0:
1、9.5:
1或10.5:
1等。
汽油发动机一般是8-11,柴油发动机一般是18-23。
压缩比与发动机性能的关系:
越高就意味着发动机的动力越大。
通常低压一般在10以下,高压在10以上。
目前所知汽油发动机的最高已经达到了12:
1。
压缩比与冷却系统的关系:
发动机的运转正常的工作温度都设计在80—110℃之间。
太高可能会导致汽油自燃、预燃,而引起的发生,使发动机无力、损坏机械元件。
所以,在提升的同时又能使发动机保持正常的工作温度是至关重要的。
发动机冷却系统
爆震:
正常燃烧是由的电极间隙附近形成火焰核心,此火焰燃烧速度为30—40米/秒。
而则是远离的末端未燃混合气经过压缩后达到自燃温度,自身产生火焰提前引燃,此火焰燃烧速度为200—1000米/秒以上。
比正常燃烧的火焰传播速度高几十倍,很容易造成发动机损坏。
压缩比与90号、93号、97号汽油:
汽油发动机越高,引发的可能性越大。
我们通常说的标号90号、93号、97号汽油,标号越高,越高,抗爆性能就越强,当然价钱也越贵。
增压与可变压缩比:
增压就是将空气预先压缩然后再供入,以期提高空气密度、增加进气量的一项技术。
现今运用在汽车的增压系统有两大主流:
、。
发动机在低速时,增压作用滞后,等发动机加速至一定转速后,增压系统会开始工作,在同等行程容积下,空气密度的提升就相当于的提高。
压缩比与环保:
众所周知,发动机的高时,燃烧的温度也相对的升高,则排放出来的废气中氮氧化合物的含量也就增加,会引起污染。
如何才能达到动力与环保的最佳平衡点,也是现今发动机技术的着重研究课题。
●汽缸数
汽缸:
举个简单的例子,见过医院打针用的针管吧?
里面推药的是,那个外壳就可以看做是汽缸。
按照冷却方式分为水冷发动机体和风冷发动机体。
汽缸数:
汽车发动机常用缸数有3、4、6、8、10、12、16缸。
一般家用轿车发动机采用4缸居多,售价多在20万以下。
6缸以上的车型售价基本都高于20万元。
而8缸甚至更多缸数的发动机则是被中大型豪华车和超级跑车所采用。
这其中,具备1001匹马力的布加迪威龙就是16缸发动机的典型代表车型。
布加迪威龙
汽缸数与发动机性能的关系:
一般来说,在同等下,缸数越多,排量越大越高,也就是最高速越高。
在同等排量下,缸数越多,越小,转速越高越大,也就是加速度越快。
●每缸数
气门:
指汽缸的进和排。
进直接连接是发动机用来吸入混合气(或新鲜空气)的入口;
排则连接着排气歧管,是发动机排出燃烧废气的出口。
每缸气门数:
是指发动机每个汽缸所拥有的数,有两,三,四和五几种。
达到或超过六不仅使配气结构过于复杂,还会导致发动机寿命缩短,开启的空间帘区(的圆周和的升程)也较小,效率下降。
因此,四技术目前使用最为普遍。
气门数与发动机性能的关系:
一般来说,同等排量情况下,越多,进排气效率越好,就像一个人跑步,累得气喘吁吁时,需要张大嘴巴呼吸。
排量较大、较大的发动机要采用多技术。
汽缸和数可以作为判断发动机优劣的标准之一,但不是唯一标准。
公司的直列4缸2.0升发动机,由于其独特的可变技术,在和输出上丝毫不逊于普通的6缸机,这也是318轿车动力性广受好评的原因。
公司长期采用每缸3技术,也达到了很好的、和环保水平。
●和的布置
凸轮轴:
是发动机里的一个部件。
它的作用是控制的开启和闭合动作。
其材质一般是特种铸铁,偶尔也有采用锻件的。
的主体是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体。
上面套有若干个凸轮,用于驱动。
的一端是轴承支撑点,另一端与驱动轮相连接。
凸轮:
凸轮侧面呈鸡蛋形,目的在于保证汽缸充分的进气和排气。
一般来说直列式发动机中,一个凸轮都对应一个,V型发动机或式发动机则是每两个共享一个凸轮。
而和无阀配气发动机由于其特殊的结构,并不需要凸轮。
凸轮轴和气门的布置:
在以前很长的一段时间里,底置式在内燃机中最为常见。
而现在大多数量产车的发动机配备的是顶置式。
顶置式气门与顶置凸轮轴(OHC):
发动机的安装位置有下置、中置、顶置三种形式。
轿车发动机由于每分钟转速可达5000转以上,为保证进排气效率,都采用进和排倒挂的形式,即顶置式装置。
轿车发动机将配置在发动机的上方,相比中、下置更为合理。
既缩短了与之间的距离,又省略了的挺杆和挺柱,将发动机的结构变得更加紧凑。
更重要的是,这种安装方式可以减少整个系统往复运动的质量,提高了传动效率。
顶置凸轮轴分类:
按数目的多少,一般可分为单顶置()和双顶置()两种比较常见,当然还有制作工艺更复杂的四顶置。
单顶置()就是SingleOverheadCamshaft。
在双顶置出现之前,就叫OHC,单顶置的置于汽缸顶部,在之上。
有些还配有可变正时凸轮用来调整发动机曲线,满足不同的使用要求。
双顶置()就是DoubleOverheadCamshaft。
每个汽缸头有两个,V型汽缸因为分坐左右两块,就会总共有4个,这样对每缸4的设计就很便利,同时发动机也可达到更高的转速。
而的位置更有利于高马力输出,但是这样的设计,其缺点就是重量加大,构造复杂且较昂贵。
四种常见的气门和凸轮轴布置:
第一种:
顶置,侧置。
即在侧面,由正时齿轮直接驱动。
由于此布置必须使用挺杆来传递动力,往复运动的零件较多,惯性质量大,容易引起振动,所以现在已经基本不采用这种布置了。
如今比较常见的两种布置类型是:
顶置,顶置()和顶置,双顶置()。
这两种顶置布置各有优势,单顶置()的成本要低于双顶置()。
单顶置()在低转速的马力较好,比较适合市区行车;
而双顶置()则在高转速时马力较佳,比较适合高速行驶。
汽车厂商会根据发动机成本预算和车型受众对象的不同来选择相应布置,所以我们并不能单纯以发动机的排量大小、车型的分类或是车价的高低来简单界定单还是双顶置。
例如,虽然是发动机只有1.0L排量微小型车,但使用的就是顶置,双顶置。
而第八代中的2.0车型考虑到各方面因素,发动机所用的是顶置,单顶置也很正常。
不过,就未来的发展趋势而言,顶置,双顶置将是更为主流的布置。
第四种:
顶置,四顶置。
这是一种更高端的布置,一般用在采用V型或W型发动机的顶级跑车上面。
像就是典型的四顶置代表车型。
●×
行程(mm)
缸径、行程:
是的直径。
行程是运动行程上止点和下止点的距离。
发动机工作时在汽缸中往复运动,从汽缸的一端到另一端的距离叫做一个行程。
也叫。
缸径×
行程:
×
行程﹙Bore×
Stroke﹚所得到的乘积,就是单缸的排气量。
再乘以汽缸数目,所得到的乘积,就是整具发动机的排气量。
四冲程发动机:
按发动机在一个工作循环期间往复运动的行程数,分为四和二发动机。
在一个工作循环中往复四个行程的内燃,称作四往复式内燃机,完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作循环。
而往复两个行程完成一个工作循环的则称作二往复式内燃机。
“大缸径×
短行程”与“小缸径×
长行程”:
在排气量不变的前提下“大×
短行程”的设计,缺点是在发动机室里会占掉比较大的地方。
优点是行程短,发动机高度低,整车的重心低,对高速稳定度、操控表现都有助益。
相对的,“小×
长行程”的设计优点是发动机占用空间小,车头有机会设计得较短,把宝贵的空间让出来给乘客。
缺点是发动机的高度会变高,车头降低风阻和流线造型的设计不容易实现。
“缸径×
行程”与发动机性能的关系:
“小×
长行程”峰值扭力出现的转速会比较低,适于低转速马力发动机,起步加速快。
这是因为每在汽缸内跑一次的行程较长,因此产生的动力加速度较高,扭力也就容易变大!
用最简单的解释,就好比拳击手,直拳比刺拳有力,勾拳又会比直拳有力,是因为出拳前行程较长的缘故。
反之,“大×
短行程”设计的发动机,因为的每个行程较短,产生的动力加速度较低,因此必须靠多跑几次才能获得等量的力道输出,适于高转速马力发动机,更高的极限速度是它的专长。
而想要起步加速快的话,就只能靠提高发动机转速来实现了。
●排放水平
排放水平是指从发动机排出的废气中CO(一氧化碳)、HC+NOx(碳氢化合物和氮氧化物)、PM(微粒,碳烟)等有害气体不得高于国家规定的标准。
从2004年1月1日起,对机动车的尾气排放标准由欧洲I号改为欧洲II号,到2008年,正式实施欧洲III号标准。
欧洲I号标准:
汽油车一氧化碳不得超过3.16克/公里,碳氢化合物不得超过1.13克/公里。
柴油车的颗粒物标准不得超过0.18克/公里,耐久性要求为5万公里。
欧洲II号标准:
汽油车一氧化碳不超过2.2克/公里,碳氢化合物不超过0.5克/公里。
柴油车一氧化碳不超过1.0克/公里,碳氢化合物不超过0.7克/公里,颗粒物不超过0.08克/公里。
欧洲III号标准(等同于国三):
汽车排放从欧Ⅱ到欧Ⅲ,不是像欧Ⅰ到欧Ⅱ那样简单,提升幅度大了很多。
欧Ⅲ排放标准比欧Ⅱ在NEDC和燃油蒸发排放检测项目上的内容有所变化,欧Ⅲ标准中增加了低温HC/CO排放检测、车载诊断系统检测和在用车排放检测。
从欧Ⅱ到欧Ⅲ执行不同的排放控制技术,欧Ⅱ排放标准只要求器及发动机改进措施两项,而欧Ⅲ排放则还包括改进的催化转化器涂层、催化剂加热及二次空气喷射。
可以看出,欧Ⅲ排放控制技术要比欧Ⅱ复杂和困难得多。
器
欧洲Ⅳ号标准:
欧洲Ⅲ号标准污染物排放限值比Ⅱ号标准降低约30%,而Ⅳ号标准则降低60%。
7辆执行欧Ⅱ标准的汽车,相当于1辆化油器车的污染物排放量;
14辆执行欧Ⅲ标准的汽车,才相当于1辆化油器车的污染物排放量;
而欧Ⅳ标准要求更高,更臻完美。
排放水平与标识:
排放水平达到欧Ⅱ与欧Ⅲ但是不带OB
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