淺析汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)原理及應(yīng)用
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或許你對(duì)各種車(chē)型了解已經(jīng)到了出神入化的地步,甭管什么車(chē),只要看一眼車(chē)燈,關(guān)于這輛車(chē)的概念化常識(shí)便會(huì)像水銀瀉地一般在記憶里汩汩流出。但這只是膚淺的理解,也許你并未真正懂得汽車(chē)的含義。要想真正的理解汽車(chē),你必須向更深的層次探索,譬如發(fā)動(dòng)機(jī)。這就好比要看一個(gè)人,首先要看他是否有一顆善良的心一樣。
如果你承認(rèn)自己是一個(gè)車(chē)迷,那么你對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)就肯定不會(huì)陌生。因?yàn)樗鼘?duì)于汽車(chē)而言簡(jiǎn)直是太重要了,以至于我們無(wú)法忽視它的存在。不過(guò),絕大多數(shù)人對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的了解是很難用“精通”來(lái)形容的,其實(shí)這也很正常。因?yàn)?,就連許多被稱(chēng)作“專(zhuān)家”的業(yè)內(nèi)人士也不見(jiàn)得把每一款發(fā)動(dòng)機(jī)都說(shuō)得入木三分。
其實(shí),了解發(fā)動(dòng)機(jī)才是了解汽車(chē)的充要條件。換句話說(shuō),你只有了解了發(fā)動(dòng)機(jī)才算真正了解了汽車(chē)。我們?cè)?ldquo;世界”范圍內(nèi)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了一次“地毯式的搜索”,之后將各式各樣的發(fā)動(dòng)機(jī)網(wǎng)羅在一起,形成了這篇“搜索引擎”。我們的目的只有一個(gè)??通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)全方位的介紹以及對(duì)比,讓您可以更系統(tǒng)更全面的了解并掌握有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)的知識(shí)。
引擎常識(shí)
簡(jiǎn)單上講發(fā)動(dòng)機(jī)就是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu),即將汽油(柴油)的熱能,通過(guò)在密封汽缸內(nèi)燃燒氣體,氣體膨脹時(shí)推動(dòng)活塞作功,轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,這是發(fā)動(dòng)機(jī)最基本原理。發(fā)動(dòng)機(jī)所有結(jié)構(gòu)都是為能量轉(zhuǎn)換服務(wù)的,雖然發(fā)動(dòng)機(jī)伴隨著汽車(chē)走過(guò)了100多年的歷史,無(wú)論是在設(shè)計(jì)上、制造上、工藝上還是在性能上、控制上都有很大的提高,其基本原理仍然未變,這是一個(gè)富于創(chuàng)造的時(shí)代,那些發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者們,不斷地將最新餛技與發(fā)動(dòng)機(jī)融為一體,把發(fā)動(dòng)機(jī)變成一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品,使發(fā)動(dòng)機(jī)性能達(dá)到近乎完善的程度。
發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)
現(xiàn)代高科技在發(fā)動(dòng)機(jī)上得到完美的體現(xiàn),一些新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上。如V12、V8、V6發(fā)動(dòng)機(jī):它們均指氣缸排列成V型,這種發(fā)動(dòng)機(jī)充分利用動(dòng)力學(xué)原理,具有良好的平穩(wěn)性,增大發(fā)動(dòng)機(jī)排量,降低發(fā)動(dòng)機(jī)高度。如:Audi A8 6.0使用W12-12缸V型排列發(fā)動(dòng)機(jī),BENZS600使用V12-12缸IV型排列發(fā)動(dòng)機(jī)等。
一般情況下,按照排量大小的不同發(fā)動(dòng)機(jī)分為3缸、4缸、6缸、8缸幾種類(lèi)型。目前1.3L-2.3L排量的車(chē)大多采用直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī),其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便;2.5L以上的排量一般采用多缸設(shè)計(jì),其中有直列6缸,如寶馬;也有呈一定角度分兩邊排列的V型6缸發(fā)動(dòng)機(jī),可有效果降低震動(dòng)和噪音,如別克車(chē)系;一般來(lái)說(shuō)排量越大,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率就越高。但現(xiàn)在也有些小排量的車(chē)通過(guò)渦輪增壓、多氣門(mén)、可變正時(shí)器等技術(shù)來(lái)提高功率。
發(fā)動(dòng)機(jī)的性能
發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)也就是最能體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作能力的參數(shù),主要包括:排量、最大功率、最大扭矩。
排量往往與發(fā)動(dòng)機(jī)功率聯(lián)系在一起,排量的大小影響著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的高低,通常也把它作為劃分高、中、低檔車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)?;钊跉飧變?nèi)作往復(fù)上下運(yùn)動(dòng),這樣往復(fù)運(yùn)動(dòng)必然有一個(gè)最高點(diǎn)和最低點(diǎn),活塞從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)所掃過(guò)的氣缸容積,稱(chēng)為單缸排量,所有氣缸排量總和稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)排量。最大功率與最大扭矩最容易混淆的兩個(gè)概念,有人認(rèn)為車(chē)的功率越大,力就越大,其實(shí)不然。同樣300匹馬力,在跑車(chē)上可以讓車(chē)跑到250公里/小時(shí)以上的速度,但在一部貨柜車(chē)上,可能最多只有150公里/小時(shí)的速度,但它能拖動(dòng)30-40噸重的貨柜。這里面的奧秘就在于兩部車(chē)的扭矩有很大的不同,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),功率表現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速,在發(fā)動(dòng)機(jī)性能曲線圖上,隨著轉(zhuǎn)速上升而明顯上升,它決定了車(chē)子能跑多快,扭矩不一定在高轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)揮,在曲線圖上較為平直,它可以決定車(chē)行駛時(shí)的力量,包括加速性。
在解讀發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)時(shí),需要注意的是,不要單看功率有多大,同時(shí)也要看到扭力參數(shù),并注意當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大功率、最大扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速,當(dāng)然以轉(zhuǎn)速值稍低為好。
V10引擎的基本特征
1.是用鈦合金螺栓把離合器殼固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上。
2.向發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣噴射系統(tǒng)供氣的碳纖維氣罐,位于車(chē)手頭部上方。
3.引擎配氣系統(tǒng)中,每個(gè)汽缸有4個(gè)氣門(mén)。
4.發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油嘴是用整塊金屬加工出來(lái)的。
5.凸輪軸現(xiàn)在由齒輪驅(qū)動(dòng),而1989年RS1雷諾V10的輪軸是用皮帶驅(qū)動(dòng)的。
6 配氣系統(tǒng)已經(jīng)不用氣門(mén)彈簧,氣門(mén)現(xiàn)在是用壓縮空氣控制的。
7.為了盡量不用鋼管,汽缸壁內(nèi)部鑄進(jìn)了油和水的循環(huán)通道。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部使用什么材料?
鋁是當(dāng)今一級(jí)方程式賽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)使用最普遍的材料。在80年代,鑄鐵已全部被較輕的鋁取代。鋁還取代了鎂,因?yàn)殒V接觸水會(huì)腐蝕。只有必須承受強(qiáng)大作用力的運(yùn)動(dòng)件才用鋼來(lái)制造。材料基本分配如下:
鋁:63%(汽缸蓋、機(jī)油盤(pán)、活塞)
鋼:29.5%(凸輪軸、曲輪、定時(shí)齒輪)
鎂:1.5%(油泵殼)
碳素纖維:1%(空氣罐、線圈罩)
鈦:5%(連桿、緊固件)
制造一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)需要150名以上的職工,其中28名工程師、20名制圖員、35名發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械師、8名電子專(zhuān)家、20名機(jī)械工和裝配工、4名系統(tǒng)工程師、6名臺(tái)架實(shí)驗(yàn)技術(shù)員、15人從事采購(gòu)、生產(chǎn)和檢驗(yàn),另有15人為管理人員。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī):這些年來(lái),一級(jí)方程式發(fā)動(dòng)機(jī)變得更緊湊、更輕和更省油。同時(shí),功率增加,渦輪增壓在1977~1988年達(dá)到了巔峰。當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī),包括寶馬、保時(shí)捷、雷諾、法拉利和本田的核實(shí)功率達(dá)到1200馬力以上。這種發(fā)動(dòng)機(jī)改變了一級(jí)方程式車(chē)賽的面貌。1977年沒(méi)有人相信1.5升的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)能擊敗3升的自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。這也許是一級(jí)方程式最好的發(fā)動(dòng)機(jī)吧。
名詞解釋
我們明確一下和發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的幾個(gè)概念
>> 活塞止點(diǎn)與行程:
a)活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極端位置稱(chēng)為止點(diǎn)?;钊x曲軸放置中心最遠(yuǎn)位置稱(chēng)為上止點(diǎn),離曲軸放置中心的位置稱(chēng)為下止點(diǎn)。
上下止點(diǎn)之間的距離稱(chēng)為活塞的行程。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)半圈,相當(dāng)于活塞移動(dòng)一個(gè)行程。
>> 排量
a)活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng),氣缸內(nèi)的容積不斷變化。當(dāng)活塞位于上止點(diǎn)位置時(shí),活塞頂部與氣缸蓋內(nèi)表面所形成的空間稱(chēng)為燃燒室。這個(gè)空間容積稱(chēng)為燃燒室容積。
活塞從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)所通過(guò)的空間容積稱(chēng)為氣缸排量,如果發(fā)動(dòng)機(jī)有若干個(gè)氣缸,所有氣缸工作容積之和稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)排量。
c)當(dāng)活塞在下止點(diǎn)位置時(shí),活塞頂上部的全部氣缸容積稱(chēng)為氣缸總?cè)莘e。
>> 壓縮比
a)氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值稱(chēng)為壓縮比。壓縮比表示了活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí),氣體在氣缸內(nèi)被壓縮的程度。
壓縮比越大,氣體在氣缸內(nèi)受壓縮的程度越大,壓縮終點(diǎn)氣體的壓力和溫度越高,功率越大,但壓縮比太高容易出現(xiàn)爆震。
c)壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于燃料性質(zhì)不同,不同類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)壓縮比有不同的要求。柴油機(jī)要求較大的壓縮比,一般在12-29之間,而汽油機(jī)的壓縮比較小,在6-11之間。
根據(jù)凸輪軸位置數(shù)量劃分的發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型,SOHC表示單頂置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī),適用于2氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)。
>> DOHC
DOHC表示雙頂置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī),適用于多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)。通常發(fā)動(dòng)機(jī)每缸有2個(gè)氣門(mén),近幾年來(lái)也不斷出現(xiàn)了4氣門(mén)、5氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī),這無(wú)疑為提高發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣效率功率開(kāi)辟了途徑。此類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī),并可適當(dāng)降低高轉(zhuǎn)速時(shí)的燃油消耗。
>> Turbo
即渦輪增壓,其簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén),一般在車(chē)尾標(biāo)有1.8T、2.8T等字樣。渦輪增壓有單渦輪增壓和雙渦輪增壓,我們通常指的渦輪增壓是指廢氣渦輪增壓,一般通過(guò)排放的廢氣驅(qū)動(dòng)葉輪帶動(dòng)泵輪,將更多空氣送入發(fā)動(dòng)機(jī),從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率,同時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗。
>> VTEC
在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的雅閣轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)就是采用了VTEC技術(shù),“VTEC”為英文“Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System”的縮寫(xiě),中文意思為“可變氣門(mén)正時(shí)及升程電子控制系統(tǒng)”。VTEC是可變進(jìn)氣門(mén)控制技術(shù),通過(guò)改變進(jìn)氣門(mén)開(kāi)度來(lái)改變進(jìn)氣量,提高發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。
整個(gè)VTEC系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ECU)控制,ECU接收發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器(包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、車(chē)速、水溫等)的參數(shù)并進(jìn)行處理,輸出相應(yīng)的控制信號(hào),通過(guò)電磁閥調(diào)節(jié)搖臂活塞液壓系統(tǒng),從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制,影響進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)度和時(shí)間。
VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)是每缸4氣門(mén)(2進(jìn)2排),不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法,是世界上第一個(gè)能同時(shí)控制氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)間及升程等兩種不同情況的氣門(mén)控制系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的氣門(mén)正時(shí)和氣門(mén)升程系統(tǒng),可以大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率和性能。本田公司在它的幾乎所有的車(chē)型當(dāng)中都使用了VTEC技術(shù),從高性能跑車(chē)S2000到混合動(dòng)力汽車(chē)INSIGHT,都采用了VTEC技術(shù)。
>> 電子油門(mén)技術(shù)
電子油門(mén)取消了傳統(tǒng)油門(mén)拉線,通過(guò)油門(mén)踏板傳感器,微電腦對(duì)節(jié)氣門(mén)進(jìn)行控制,反應(yīng)更靈敏,控制更精確。
>> 多段式可變進(jìn)氣歧管技術(shù)
通過(guò)電腦控制進(jìn)氣管長(zhǎng)度,滿足低速時(shí)提供大的扭矩,高速時(shí)提供大的功率。
>> F.I.R.E
F.I.R.E意指“一體化發(fā)動(dòng)機(jī)”,在意大利、巴西、土耳其等國(guó)均有生產(chǎn),每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)百萬(wàn)臺(tái),是一種技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)型發(fā)動(dòng)機(jī),廣泛地應(yīng)用在菲亞特的各種經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)上。
以裝載在菲亞特派力奧轎車(chē)188A4000發(fā)動(dòng)機(jī)為例,發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量1242ml,壓縮比為9.5±0.2 1。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)ECU為意大利瑪瑞利公司Magneti Marelli?IAW 59F多點(diǎn)電噴系統(tǒng)。采用靜電點(diǎn)火、順序噴射、無(wú)回油供油系統(tǒng)及雙氧傳感器技術(shù),使發(fā)動(dòng)機(jī)排放水平輕松超過(guò)歐洲2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)并提高了整車(chē)的安全性。這個(gè)系統(tǒng)具有以下功能:調(diào)節(jié)噴油時(shí)間、控制點(diǎn)火提前角、控制散熱器電子風(fēng)扇、控制和管理怠速、控制冷啟動(dòng)補(bǔ)償、自診斷及自學(xué)習(xí),并具有跛行功能。
>> VVT-i
近年生產(chǎn)的豐田轎車(chē),包括最新的威姿大都裝配了標(biāo)注有“VVT-i”字樣的發(fā)動(dòng)機(jī)。VVT-i,是英文“Variable Valve Timing intake”的縮寫(xiě),意思是“智能可變配氣正時(shí)”。由于采用電子控制單元(ECU)控制,因此豐田起了一個(gè)好聽(tīng)的中文名稱(chēng)叫“智慧型可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)主要控制進(jìn)氣門(mén)凸輪軸,又多了一個(gè)小尾巴“i”,就是英文“Intake”(進(jìn)氣)的代號(hào)。這些就是“VVT-i”的字面含義了。
VVT-i是一種控制進(jìn)氣凸輪軸氣門(mén)正時(shí)的裝置,它通過(guò)調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角配氣正時(shí)進(jìn)行優(yōu)化,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性,降低尾氣的排放。而豐田在2000年發(fā)表的全新一代Celica則進(jìn)一步地發(fā)展了VVT-i引擎,創(chuàng)造出新一代的VVTL-i引擎,它也用類(lèi)似Honda VTEC的原理,比原來(lái)VVT-i引擎上的凸輪軸多了可以切換大小不同角度的凸輪,也利用“搖臂”的機(jī)置來(lái)決定是否頂?shù)礁呓腔蛐〗嵌鹊耐馆?,而作?ldquo;可連續(xù)式”地改變引擎的正時(shí),重疊時(shí)間與“兩階段式”的升程。VVTL-i結(jié)合了VVT-i的連續(xù)式可變正時(shí)與重疊角,與VTEC式的凸輪軸切換,而首先達(dá)到第一具可以說(shuō)是“近似”完美的引擎,VVT-i加入可以變化valve升程后的新引擎VVTL-i,果然在性能版的Celica身上有超過(guò)每公升100hp以上的實(shí)力,1.8升的它能有180hp/7800rpm的超強(qiáng)實(shí)力,而且它還保有扭力曲線高而平原式的表現(xiàn),0-96km/hr。應(yīng)該說(shuō)VVTL-i是Toyota劃時(shí)代的力作。