细说发动机

蓝色童话 发表于 2005-10-25 11:12:40

一、发动机是什么？
　　发动机，也就是我们平时所说的引擎了，英文名字是“Engine”。简单来说，发动机其实就是一个能量转换的装置，将密封气缸里面燃烧汽油（柴油），产生热能的同时气体发生了膨胀，同时推动活塞作功转变为机械能，这就是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，因此虽然已经发明了100多年，发动机的基本原理还是没有变化的，只不过无论是设计、制造还是工艺和性能、控制上都比以前的发动机有了很大的提高。现代的发动机已经不再是简单的机械装置了，而是一个复杂的机电一体化产品，性能也达到近乎完美的程度。  
二、发动机的种类 　　发动机的种类根据燃料不同有可以分为汽油机、柴油机两种。当然目前还有混合发动机，可以燃烧氢气以及汽油燃料的，这些都并非主流的发动机。而我们平时在网上看车型的时候经常会看到某辆车的发动机是采用了V6、V8之类的发动机，那这些又是怎么回事呢？所谓“V”，其实就是发动机的气缸呈V字型排量，这种V型发动机比起常见的气缸直列的发动机更加能够充分利用动力学原理，具有良好的平稳性，便于增大发动机排量和降低发动机高度。至于V后面的数字就是指发动机的气缸。譬如V6就是指6气缸V型发动机，V8，V12等等也是如此类推。这一点和直列气缸的发动机是一样的。目前1.3L-2.3L排量的车大多采用直列四缸发动机，其特点是体积小、结构简单、维修方便。2.5L以上的排量一般采用多缸设计，其中有直列6缸，如宝马车系，不过也有呈一定角度分两边排列的V型6缸发动机，可有效果降低震动和噪音，如别克车系。一般来说排量越大，气缸越多，燃料燃烧越充分，发动机的功率就越高。当然现在也有很多小排量的车通过涡轮增压、多气门、可变正时器等技术来提高功率，譬如大家都熟悉的宝来1.8T。  
三、发动机的性能参数 　　发动机的参数有很多种，不过最能体现性能的参数只有三个，那就是排量、最大功率和最大扭矩。排量往往与发动机功率联系在一起，排量的大小直接影响着发动机功率的高低，通常也把它作为划分高、中、低档车的标准。活塞在气缸内作往复上下运动，这样往复运动必然有一个最高点和最低点，活塞从最低点到最高点所扫过的气缸容积，称为单缸排量，所有气缸排量总和就被称为发动机排量。 　　最大功率则是发动机能够发出的最大的马力，不过它经常和最大扭矩被混淆在一起，特别是对汽车不太熟悉的朋友。简单来说，最大功率就是说车的力气有多大，而最大扭距就代表车的爆发力有多大。最大马力通常决定车子能够跑多快，不过一般来说最大功率都要在发动机转速很高的时候才会出现。而扭距则不是了，扭距主要决定车行驶时的力量，包括加速性。不少买车的时候只看最大功率而不看最大扭距，这是很片面的，我们不单看功率有多大，同时也要看到扭力参数，并注意当发动机处于最大功率、最大扭矩时的转速是多少，这个转速越低越好。 
 四、发动机名词解释
　　1、活塞止点与行程 　　活塞在气缸内作往复运动的两个极端位置称为止点。活塞离曲轴放置中心最远位置称为上止点，离曲轴放置中心的位置称为下止点。上下止点之间的距离称为活塞的行程。曲轴转动半圈，相当于活塞移动一个行程。行程越长，往往代表了气缸容积越大，马力也越大。
　　2、排量 　　我们都知道，活塞在气缸内作往复运动，而气缸内的容积不断变化。当活塞位于上止点位置时，活塞顶部与气缸盖内表面所形成的空间称为燃烧室，这个空间容积称为燃烧室容积。也就是说活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为气缸排量，如果发动机有若干个气缸，那么将所有气缸工作容积之和称为发动机排量。
　　3、压缩比 　　通常我们将气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。压缩比表示了活塞从下止点移动到上止点时，气体在气缸内被压缩的程度。压缩比越大，气体在气缸内受压缩的程度越大，压缩终点气体的压力和温度越高，功率越大，但压缩比太高就容易出现爆震。压缩比是发动机的一个重要结构参数。由于燃料性质不同，不同类型的发动机对压缩比有不同的要求。柴油机要求较大的压缩比，一般在12-29之间，而汽油机的压缩比较小，在6-11之间。我们选择汽车的时候，通常都要看清楚发动机的压缩比，压缩比太高的车只能选用质量很高的汽油，经济不充裕的“准车主”们一定要注意。
　　4、SOHC 　　我们在划分发动机种类的时候，也会根据凸轮轴位置数量划分的发动机类型，SOHC表示单顶置凸轮轴发动机，适用于2气门发动机。
　　5、DOHC 　　DOHC表示双顶置凸轮轴发动机，适用于多气门发动机。通常发动机每缸有2个气门，近几年来也不断出现了4气门、5气门发动机，这无疑为提高发动机高转速时的进气效率功率开辟了途径。此类发动机适用于高速发动机，并可适当降低高转速时的燃油消耗，大家常见的伊兰特就是DOHC发动机了。
　6、Turbo 　　就是涡轮增压了，其简称为T，一般在车尾标有1.8T、2.8T等字样。涡轮增压有单涡轮增压和双涡轮增压，我们通常指的涡轮增压是指废气涡轮增压，一般通过排放的废气驱动叶轮带动泵轮，将更多空气送入发动机，从而提高发动机的功率，同时降低发动机的相对燃油消耗。帕萨特1.8T，宝来1.8T都是国内很常见的采用涡轮增压发动机的车型。 　　7、VTEC 　　在广本雅阁的车尾后面我们经常可以看到VTEC几个英文字母，“VTEC”为英文“Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System”的缩写，中文意思为“可变气门正时及升程电子控制系统”。VTEC简单来说就是可变进气门控制技术，通过改变进气门开度来改变进气量，提高发动机扭矩。整个VTEC系统由发动机电子控制单元(ECU)控制，ECU接收发动机传感器(包括转速、进气压力、车速、水温等)的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。VTEC发动机是每缸4气门（2进2排），不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法，是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。通过计算机控制的气门正时和气门升程系统，可以大大提高发动机的燃烧效率和性能。本田公司在它的几乎所有的车型当中都使用了VTEC技术，从高性能跑车S2000到混合动力汽车INSIGHT，都采用了VTEC技术。 8、电子油门技术 　　电子油门取消了传统油门拉线，通过油门踏板传感器，微电脑对节气门进行控制，反应更灵敏，控制也更精确。
　　9、多段式可变进气歧管技术 　　就是可以通过电脑控制进气管长度，满足低速时提供大的扭矩，高速时提供大的功率。     可变进气歧管长度：燃烧所必须的空气通过进气歧管进入汽缸。较长的进气歧管使发动机在低转速下获得较大的扭矩，但在高转速下却会出现较低的最大输出功率；较短的进气歧管使发动机在低转速下获得较小的扭矩，但在高转速下却会出现较高的最大输出功率。通过双级可变进气歧管，可以保证在相应的转速范围内具有有效长度，保证低转速具有较大的扭矩的同时，在高转速区也具有较高的最大输出功率，保证发动机在高速行驶时具有较好的加速性。
10、F.I.R.E 　　F.I.R.E指的是“一体化发动机”，是一种技术成熟、性能稳定的经济型发动机，广泛地应用在菲亚特的各种经济型轿车上。以装载在菲亚特派力奥轿车上面的188A4000发动机为例，发动机排气量为1242ml，压缩比为9.5，发动机控制系统ECU为多点电喷系统，采用静电点火、顺序喷射、无回油供油系统及双氧传感器技术，使发动机排放水平轻松超过欧洲2号标准并提高了整车的安全性。此外这个系统还具有诸如调节喷油时间、控制点火提前角、控制散热器电子风扇 11、VVT-i 　　今年丰田的轿车上面都装配了VVT-i发动机。VVT-i是英文“Variable Valve Timing intake”的缩写，意思是“智能可变配气正时”，中文名称是“智慧型可变气门正时系统”。该系统主要控制进气门凸轮轴，因此“i”就是英文“Intake”（进气）的代号。VVT-i是一种控制进气凸轮轴气门正时的装置，它通过调整凸轮轴转角配气正时进行优化，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性，降低尾气的排放。而丰田在2000年推出的全新Celica进一步地发展了VVT-i引擎，创造出新一代的VVTL-i引擎，它采用类似本田VTEC技术的原理，比原来VVT-i引擎上的凸轮轴多了可以切换大小不同角度的凸轮，也利用“摇臂”的机置来决定是否顶到高角或小角度的凸轮，从而做到“可连续式”地改变引擎的正时，重叠时间与“两阶段式”的升程。VVTL-i结合了VVT-i的连续式可变正时与重叠角，与VTEC式的凸轮轴切换，可以说达到了近乎完美的境界。1.8L排量的VVTL-i引擎足以产生180KW的最大功率，而且还具有扭力曲线高而平的表现。 12、VDE 　　VDE就是指可变排量发动机，这种发动机技术适合于多汽缸的发动机使用。譬如对12缸发动机来说，采用这种技术后等于装了两个独立的6缸发动机，可以根据驾驶的需要让一台发动机运行，而让另一台处在怠速状态。这样就可以随时调整发动机的排气量，从而达到减少燃油消耗的目的。 13、转子发动机 　　我们常见的发动机其实都是往复式活塞发动机，而除了这种活塞发动机之外，还有一种很有名的发动机，那就是三角活塞旋转式发动机，我们平常称为转子发动机。        一般发动机是往复运动式发动机，工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同，它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。 转子发动机由茧形壳体（一个三角形转子被安置在其中）组成。转子和壳体壁之间的空间作为内部燃烧室，通过气体膨胀的压力驱动转子旋转。和普通内燃机一样，转子发动机必须在其工作室中相继形成进气、压缩、燃烧和排气四个工作过程。如果将三角形的转子放置在圆形壳体的中心部，工作室将不会随着壳体内部转子的旋转而在体积上发生变化。即使空燃混合气在那里点燃，燃烧气体的膨胀压力也仅作用在转子的中部，不会产生旋转。这就是为什么壳体的内侧圆周被设计成旋轮线外形并和安装在偏心轴上的转子组装在一起的原因。因此，每转一圈，工作室的体积变化两次，从而实现内燃机的四个工作过程。 　优点一：体积小重量轻。转子发动机有几个优点，其中最重要的一点是减小了体积和减轻了重量。在运行安静性和平稳性两方面，双转子RE相当于直列六缸往复式发动机。在保证相同的输出功率水平前提下，转子式发动机的设计重量是往复式的三分之二，这个优点对于汽车工程师们有着无比的吸引力。
　　优点二：精简结构。由于转子发动机将空燃混合气燃烧产生的膨胀压力直接转化为三角形转子和偏心轴的转动力，所以不需要设置连杆，进气口和排气口依靠转子本身的运动来打开和关闭；不再需要配气机构，包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等，而这在往复式发动机中是必不可少的一部分。综上所述，转子发动机组成所需要的部件大幅度减少。
优点三：均匀的扭矩特性。根据研究结果，转子发动机在整个速度范围内有相当均匀的扭矩曲线，即使是在两转子的设计中，运行中的扭矩波动也与直列六缸往复式发动机具有相同的水平，三转子的布置则要小于V型八缸往复式发动机。
　　优点四：运行更安静，噪音更小。对于往复式发动机，活塞运动本身就是一个振动源，同时气门机构也会产生令人讨厌的机械噪音。转子发动机平稳的转动运动产生的振动相当小，而且没有气门机构，因此能够更平稳和更安静的运行。
　　优点五：可靠性和耐久性。转子的转速是发动机转速的三分之一。因此在转子发动机以9000rpm的转速运转时，转子的转速约为该转速的三分之一。另外由于转子发动机没有那些高转速运动部件，如摇臂和连杆，所以在高负荷运动中，更可靠和更耐久。在1991的勒芒汽车赛中的大获全胜就充分证明了这一点。
　　而目前采用转子发动机的车型代表就是马自达的RX-8跑车了。  
 五、著名的发动机技术简介
　　每年国际上都有一个“国际发动机年奖”大奖，自1999年起推出，每年举办一次，评委会成员包括17个国家的38位国际一流专家。而在每年的评选之中都有不少有名的发动机获奖，其中在2001年度的“国际发动机年奖”中，宝马发动机就获得全部12个奖项中的5项，其中包括最重要的“全面优胜奖”，事实上这项被誉为“发动机奥斯卡奖”的评选自推出以来，宝马一直是最成功和最有力的竞争者。在这项被业界专家誉为“发动机奥斯卡奖”中获胜，再次确认了宝马发动机强大的实力和竞争力。
　　1、宝马电子气门技术（VALVETRONIC） 　　日本汽车研究者及新闻工作者学会将“RJC 2003年度科技奖”颁给了宝马的“VALVETRONIC”。宝马杰出技术的当选是因其创新的汽车工程学、卓越的动力性能和燃料高效能。 VALVETRONIC处于21世纪初汽车技术领域的最前沿。Valvetronic少了气门的设计，如同我们鼻子或肺在作呼吸动作时一样地跟空气直接接触，而省略掉气门引擎在进新鲜空气时将更顺畅，少掉因为空气流动的一些磨擦力，而使引擎在运转时省去不必的损失。一般的车子当我们用脚踏加油门时，油门驱动着钢索而通到气门，而踏油门的深浅正控制著气门的开或关的程度，而引进的就是将进入引擎燃烧室燃烧的新鲜空气，所以气门正控制著燃烧室的空气量与流动速率；然而取代这“机械式”的气门之后，取而代之的则是“电子式”的气门，根据电子感应我们踏油门的深浅来决定进气量
　　2、大众涡轮增压直喷柴油发动机 　　德国大众汽车集团开发出的一种10缸涡轮增压直喷柴油发动机（TDI），该公司称这是世界上动力最为强劲的柴油发动机。这款5升发动机能产生230千瓦/313马力，最大扭力为750牛顿/米。目前，大众集团生产最常见的柴油发动机是2.5升的TDI，在采用先进的五气阀技术的基础上，还采用了可变相位技术、可变进气歧管技术，以及当今最先进的废气涡轮增压发动机技术，并匹配了BOSCH公司最新多点燃油喷射技术，使发动机动力更强劲、更经济，排放污染更小。能产生133KW功率，用于奥迪和宝来系列轿车，其中最著名的就是奥迪A6 2.5 TDI了。
3、日产VQ V6引擎 　　日产3.5升VQ V6引擎多次被评为年度10佳引擎，这也是唯一的一款每年都被ward评为10佳的引擎。成熟的VQ引擎广泛运用于日产以及无限的众多车型，2004年包括日产Altima以及Maxima轿车，350Z运动力，日产Murano多用途车，Quest MPV，Pathfinder多用途车以及无限I35，G35以及FX35多用途车上面。Ward评选的这款3.5升VQ引擎是用在无限G35车型上面的。该引擎在4门轿车上产生260匹马力，260磅扭力，在2门coupe车上产生280匹马力以及270磅的扭力，日产天籁3.5 V6也是用此款发动机。

聂德平 发表于 2006-6-10 23:01:33

Re: 细说发动机

非常感谢！

sucheng 发表于 2006-6-13 19:51:58

Re: 细说发动机

我来顶一下,
希望楼主再上来发表!

玉海发表于 2008-4-5 13:10:40

好顶了

小黑的世界 发表于 2008-4-6 12:47:28

十分感谢........

yusixway 发表于 2009-10-23 15:28:43

真是很详细的帖子啊！

单热源 发表于 2009-10-27 12:04:07

细说发动机：发动机就是气体低温与高温下的内能转为动力的一种装置。进入冷气体后机械改变它的内能，这就是进气、压缩。化学能释放热量是热量改变物质的内能。排气是因内部的气体无法使化学第二次产生燃烧。所以要排出。如不产生化学反应。排出的热量可做热传导。使气体重新受热。但是不会回到原温。细想现在的发动机，它所用油产生的热量=发动机的散热量+气体膨胀散热。也就是说现在的发动机只用上了气体膨胀散热的这一部份。其它都由发动机自己把热量散发走了。如没散尽是对发动机有反作用的。对进气压缩有很大的反作用。所以现在的发动机把散热系统做得很好。任何热气机都离不开冷低压、冷高压、热高压、热低压。这是气体内能表现方式。高压到低压能体现气体内能。冷到热能提高物质的内能。现在的发动机从力学上讲在上止点是最不理想的。因为化学能释放热量时改变了它的内能。使内部的压力增大。这时对曲轴的压力也相应的增大。使得机械的机械能增大。使能量转为了机械的磨檫力。我们要从另一种思维出发。要从力学上改进。要从热循环上改进。所以我认为现在的发动机有很大的空间能改进。能使发动机的能量利用得到大大的提高。

xiaochun37 发表于 2009-10-30 21:53:19

不错啊，我喜欢

早雨发表于 2009-11-2 10:14:15

我来顶一下

xiaoyuan108 发表于 2009-12-16 21:49:09

路过看看，不错:lol

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