汽车的基本工作原理.doc

发动机基本工作原理一、基本理论 汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。因此，汽车发动机是内燃机-燃烧在发动机内部发生。 有两点需注意： 1 内燃机也有其他种类，比如柴油机，燃气轮机，各有各的优点和缺点。 2 同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料（煤、木头、油）在发动机外部燃烧产生蒸气，然后蒸气进入发动机内部来产生动力。内燃机的效率比外燃机高不少，也比相同动力的外燃机小很多。所以，现代汽车不用蒸汽机。 相比之下，内燃机比外燃机的效率高，比燃气轮机的价格便宜，比电动汽车容易添加燃料。这些优点使得大部分现代汽车都使用往复式的内燃机。 二、燃烧是关键 汽车的发动机一般都采用4冲程。（马自达的转子发动机在此不讨论，汽车画报曾做过介绍） 4冲程分别是：进气、压缩、燃烧、排气。完成这4个过程，发动机完成一个周期(2圈)。 理解4冲程 活塞，它由一个活塞杆和曲轴相联，过程如下： 1活塞在顶部开始，进气阀打开，活塞往下运动，吸入油气混合气 2活塞往顶部运动来压缩油气混合气，使得爆炸更有威力。 3当活塞到达顶部时，火花塞放出火花来点燃油气混合气，爆炸使得活塞再次向下运动。 4活塞到达底部，排气阀打开，活塞往上运动，尾气从汽缸由排气管排出。 注意：内燃机最终产生的运动是转动的，活塞的直线往复运动最终由曲轴转化为转动，这样才能驱动汽车轮胎。 三、汽缸数 发动机的核心部件是汽缸，活塞在汽缸内进行往复运动，上面所描述的是单汽缸的运动过程，而实际应用中的发动机都是有多个汽缸的（4缸、6缸、8缸比较常见）。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类：直列、V或水平对置（当然现在还有大众集团的W型，实际上是两个V组成）。见下图 直列4缸 V6 水平对置4缸 不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺点，配备在相应的汽车上。 直列发动机概述直列发动机（Line Engine）：他的所有汽缸均肩并肩排成一个平面。优点是他的缸体和曲轴结构简单，而且使用一个汽缸盖，制造成本较低，稳定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛。缺点是功率较低。“直列”可用L代表，后面加上汽缸数就是发动机代号，现代汽车上主要有L3、L4、L5、L6型发动机。 L3型发动机一般用在1升以下的微型车上。他结构简单，维修方便，制造成本也低，重量轻，比较省油。如果一台直列3台机能达到一台直列4缸机的动力性能，那当然是3缸机要好些。 L4型发动机俨然已成了现代汽车的一种标准选择。他的适用范围极广，小到微型车，大到2升多的车型，均由四汽缸机为汽车提供动力。与6缸机相比，4缸机的体积小，结构简单，重量轻，但他的动力性和平稳性与同排量6缸机的差别并不十分显著；现代轿车大多为前置发动机前轮驱动方式，需要发动机横放在车头，要求发动机的体积不能太大，直列4缸机的体积尺寸正好，因而直列4缸机获得了广泛应用。 L4型发动机外形尺寸小巧，L6型发动机则运转平稳，如果把他们二者进行折衷，发动机的排量不大不小，如在2升出头，用L5型发动机应是不错的选择，我国长春一汽曾生产过的奥迪100也是用L5型发动机。由于L5型发动机存在很难解决的平衡问题，容易引起振动，因此L5型发动机现已不多见，笔者只知道现在沃尔沃S60、S80还在用L5型发动机。 L6型发动机现在主要用在前置发动机后驱方式的汽车上。从平衡角度来讲，L6比L4、L5，甚至V6的平衡性都要好。出于此原因，当你的机盖子下面的空间足够大时，就可以考虑采用L6型发动机，这也是宝马、沃尔沃、凌志等中高级车仍固执地使用L6型发动机的主要原因之一，现在宝马的每个系列几乎都有L6型发动机。 V型发动机概述将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定的夹角布置在一起，使两组汽缸形成两个有一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形，故称V型发动机。 V型发动机的高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便。尤其是现代汽车比较重视空气动力学，要求汽车的迎风面越小越好，也就是要求发动机盖越低越好。另外，如果将发动机的长度缩短，便能为驾乘舱留出更大的空间，从而提高舒适性。将汽缸分成两排然后“打斜”，便能缩小发动机的高度和长度，从而迎合车身设计的要求。 由于汽缸之间已相互错开布置，因此在汽缸之间有较大的空间，这样便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率。V型发动机的汽缸均成一角度对向布置，还可以抵消一部分振动。 V型发动机的缺点是必须使用两个汽缸盖，结构较为复杂。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。 V型发动机的汽缸数一般为5、6、8、10、12、16。 V5发动机 笔者第一次听说大众的V5发动机时，认为可能是搞错了，两侧汽缸数量不一样一定不利于发动机平衡。但据说用平衡块将平衡问题解决后它的优势就显现出来了。他不仅为车主多提供了一种选择，而且还能显示与众不同的个性来。笔者现只知道大众汽车公司生产V5发动机，并广泛装在新甲壳虫、高尔夫和宝来轿车上。 V6发动机 V6发动机的长度与直4相当，因此可以横放在前轮驱动的轿车上，从而使它的应用范围比直6较广，、现在中高级轿车上普遍采用V6发动机，就像普通轿车上使用直4一样常见。 V6发动机的汽缸夹角一般为60度或90度。60度的夹角对V6的平衡性较好。 使用V6发动机的轿车，机盖下一般都是“满当当”的，发动机周围空间紧张，要求设计师对发动机室空间要精打细算。 V8发动机 V8发动机应是高级车的“标配”了。虽然V8发动机的性能极其优秀，但他的制造成本太高，重量太大，油耗极高，厂家一般不敢轻易采用，只有在4升以上的车上才能见到V8的影子，国产车中现只有大切诺基拥有V8发动机，金杯通用豪放也是由V8发动机提供动力。美国车比较喜欢V8，这与美国人的喜好及不知柴米油盐贵有关。 V8发动机不论是放在前驱还是后驱车上，由于重量大，都容易造成汽车重心前移，即头重脚轻。因此，许多汽车制造商喜欢将V8用在四轮驱动的车上。 采用90度的夹角，可使V8发动机获得较佳的平衡性。 V10发动机 理论上讲，V10发动机的平衡性不是特好，因此一般市售版汽车上很少采用V10发动机，要用也是在高性能的跑车上。现在美国的道奇蝰蛇一直使用V10发动机作为其动力源泉，后来又有保时捷的Carrera GT跑车，大众辉腾5升V10柴油车，兰博基尼Gallardo也是采用V10发动机。 最常见到V10发动机的地方应是F1赛车场，那里每辆车上装配的都是V10发动机。F1比赛规则规定，所有赛车的发动机排量不能超过3升，当然车队都想达到最高排量以获得最大功率。如采用V8，汽缸数较少，不利于提高发动机转速，每个汽缸直径也太大，很难达到所要求的功率；如采用V12，功率是提高了，但发动机重量太大，整车性能又受到影响。综合考虑，还是用V10最合适，反正赛车追求的又不是平衡性，有点振动无所谓，只要发动机功率强大即可。 V12发动机 在我看来，V12发动机的象征性意义要大于实用意义。使用12缸发动机的汽车，主要集中在欧洲，并以德国、英国的顶级豪华车和意大利顶级跑车为主。V12发动机工艺复杂，造价昂贵，重量奇大，油耗高得你都找不到厂家提供的官方数据。也是，买这种车人怎会在乎其油耗高低！ 现在装配V12发动机的豪华轿车有：奔驰旗舰S600、宝马旗舰760Li、迈巴赫、劳斯莱斯新幻影；使用V12发动机的跑车有法拉利的456GT和ENZO、兰博基尼的“魔鬼”和Murcielago、阿斯顿马丁的V12 Vanquish、布加迪的EB16-4、埃多尼斯的BEX38等。 虽然V8在美国车上不少，但讲究派头、喜欢大气、不知油贵的美国人对V12却不感兴趣。这并不是因为他们的性格发生改变，而是他们要玩就玩最大最好的，这才导致卡迪拉克V16发动机今年在美国底特律亮相。 V16发动机 2003年元月，美国通用汽车公司在北美车展推出一款概念车凯迪拉克“16”，这款不可思义的轿车以一台V16型发动机为动力，发动机排量高达13.6升，能产生1000马力的功率和1000磅英尺的扭矩。 在行驶中的大部分时间里，这台V16发动机只有一半的汽缸工作，以减少燃料消耗。当需要增强功率时，如急加速或重载荷时，另一半汽缸会自动、自然地工作，以满足汽车对驱动力的需求。 凯迪拉克在上世纪30年代制造出世界第一台V16发动机，但与现在的V16发动机决不可相提并论，那时的V16发动机的排量只有7.4升，最大功率才165马力。 W型发动机概述许多人以为就像V型发动机的汽缸呈V形排列那样，W型发动机的汽缸排列形式也一定是呈W形，其实不然，它只是近似W形排列，严格说来还应属V型发动机，至少是V型发动机的一个变种。 将V型发动机的每侧汽缸再进行小角度的错开(如帕萨特W8的小角度为15度)，就成了W型发动机。或者说W型发动机的汽缸排列形式是由两个小V形组成一个大V形。 W型与V型发动机相比可以将发动机做得更短一些，曲轴也可短些，这样就能节省发动机所占的空间，同时重量也可轻些，但它的宽度更大，使得发动机室更满。 W型发动机相对V型发动机最大的问题是发动机由一个整体被分割为两个部分，在运作时必然会引起很大的振动。针对这一问题，大众在W型发动机上设计了两个反相转动的平衡轴，让两个部分的振动在内部相互抵消。 德国大众汽车公司现有三种W型发动机W8、W12和W16。 W8发动机 现在只有帕萨特W8使用W8型发动机，排量为4升，最大功率为270马力/6000rpm。由于W8的长度较短，因此它可以纵置在并不太大的发动机室，为驾乘舱留出更大空间。 W12发动机 装用大众W12发动机的汽车有大众的旗舰车型辉腾、本特利新车GT和奥迪旗舰车型A8L60 三款量产车。另外大众的W12概念跑车也装用W12发动机。大众的W12发动机排量为6升，最大功率为420马力/6000rpm。 W16发动机 大众公司在200年北美车展上推出的布加迪EB16-4Veyron.概念车，装配一种W16缸的发动机，排量为8升，冲程和缸径均为86mm，64气门，最大功率为1001马力/6000rpm。 其实在1928年，布加迪就曾制造出两款U16型发动机来，分别装配在布加迪T45(3.8升)和T47(3升)赛车上，最大功率分别只有270马力/5000rpm和240马力/5000rpm。那可能是最早的16缸发动机了。 W18发动机 1998年，世界名车布加迪(Bugatti)被大众汽车公司收购，就在当年的巴黎国际车展上，大众推出一款装有18个汽缸发动机的布加迪EB118。此台W18发动机由大众开发，是世界上轿车上使用的汽缸数最多的发动机。它的排量为6.3升，最大功率555马力。18个汽缸分成三排(而不是像上述的W型发动机那样“兵分四路”)，每排6个汽缸，就像是在V12发动机的中央又加了一台直6发动机。当时大众公司将此种发动机称为W型发动机，显然它与现在大众的W型发动机的汽缸排列方式有区别，不过笔者认为它的排列方式与W字母更近似。 VVT发动机概述发动机可变气门正时技术(VVT, Variable Valve Timing)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。 对于一台4冲程发动机，按照很多人的理解，做功冲程末，活塞处于下止点时排气门开始打开，发动机进入排气冲程，直到活塞到达上止点，排气门关闭，进气门打开，发动机进入吸气冲程。当活塞正好运行一周重新回到下止点时，进气门关闭，发动机进入压缩冲程。这样来理解气门的动作是否正确呢？差不多是吧。然而，可能和与人们的直觉不同的是，这样的气门正时效率并不是最优的。让我们先来考虑一下排气门开启的时机。如果比活塞到达下止点提前一点就开启排气门会怎么样呢？从直觉上，这时废气仍可推动活塞做功，如果打开排气门开始排气，此时气缸内的压强就会降低，能量的利用率也就降低了，发动机性能也会随之下降。是这样吗？其实也不一定。 我们知道，排气时活塞会压迫废气从而反过来对废气做功，这个过程会消耗一部分发动机已经获得的能量。如果在缸内压强相对较高时提前开始排气，排气过程就会更顺畅，从而在排气冲程减少了能量消耗。这样，一得一失，怎么才会最合算呢？考虑到活塞在下止点附近一定角度内垂直运动距离其实非常短，实际的发动机略微提前打开排气门效果会更好一些。再来看进气门关闭的时机。如果在活塞越过下止点一定角度，开始压缩冲程之后再关闭进气门。如何呢？直观的感觉可能是，这时活塞已经开始上升，刚刚吸入的可燃混合汽岂不是又要被排出去一部分？性能会不会下降？答案是：只要时机适当，这样做反而可以增加吸气量，改善性能。因为在吸气冲程可燃混合汽被活塞抽入汽缸，进气门附近的气流速度可以高达每秒两百多米，而我们前面说过，在下止点附近活塞的垂直运动相对很慢，汽缸内体积变化并不大。此时进气岐管内的可燃混合汽靠惯性继续冲入气缸的趋势还是占了上风。 那么排气门的关闭时机和进气门的开启时机又该如何呢？这是大家可能都想到了，排气时同样会形成高速气流，如果排气门也在活塞越过上止点一定角度之后再关闭，虽然活塞已经开始下降，排气门附近的废气仍就会继续排出。但是此时进气门不是已经开启了吗？废气难道不会涌入进气岐管？事实上，这又是个时机问题，燃烧室内的废气涡流的方向决定了废气短时间内是不会流向排气门对侧的进气门的，于是，一边进气一边排气的局面是完全可以实现的。事情还可以更理想。由于大部分废气在排气冲程中前期就已排出，并且在排气岐管中形成了高密度的高速气流，冲向排气管方向。这部分废气越是远离气缸，对于缸内尚未排出的废气来说，其需要填充的体积就越大，相应的平均压强也就越低。低到什么程度？低到活塞尚未到达上止点之前，缸内压强可能就已经低于进气岐管内可燃混合汽的压强了。如此看来，进气门也应当提前一点开启才好。 前边讲到了进气门和排气门同时打开的情况，也就是进气门和排气门的重叠。重叠持续的相对时程可以用此间活塞运行的角度来衡量，这样就可以抛开转速，把它作为系统的固有特性来看待了。重叠的角度通常都很小，可是对发动机性能的影响却相当大。那么这个角度多大为宜呢？我们知道，发动机转速越高，每个汽缸一个周期内留给吸气和排气的绝对时间也越短，但是前面讲到的进气岐管或排气岐管内的气流也越快。想想看，这时发动机需要尽可能长的吸气和排气时间，而且也有有利条件可以利用，还犹豫什么？只要重叠的角度大一些不就行了？当然，也不能太大，前边说了，这里有个时机问题，重叠角度太大肯定也不好，要不干脆让进气门和排气门同时开闭得了。很显然，这个时机是与转速有关的，转速越高，要求的重叠角度越大。 也就是说，如果配气机构的设计是对高转速工况优化的，发动机就容易得到较高的最大转速，也就容易获得较大的峰值功率。但在低转速工况下，这样的系统重叠角度肯定就偏大了，废气就会过多的泻入进气岐管，吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱，ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，最终的效果是怠速不稳，低速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况优化，发动机的峰值功率就会下降。所以传统的发动机都是一个折衷方案，不可能在两种截然不同的工况下都达到最优状态。 刚才讲的主要是发动机的动力性方面，下面让我们看看重叠角度对发动机的经济性和排放的影响。可能大家都知道，发动机的油耗转速特性曲线是马鞍形的，转速太高，超过了一定的范围，可燃混合汽的燃烧就会越发的不充分，发动机的经济性和排放特性都会恶化，尤其如今发达国家的环保法规日益严格，问题就变得更加严重。于是，很多厂商就采用复杂的废气再循环(EGR)装置来改善发动机的高转速经济性和排放。顾名思义，EGR装置的作用就是吸入部分废气，使其中的尚未燃烧的可燃物质有机会继续燃烧，部分有害中间产物得以分解。不难想到，如果此时将进气门和排气门的重叠角度调得高一点，略微超过原来所说的对动力性来讲最合适的角度一些，就会有部分废气和新鲜的可燃混合汽混合，提高了发动机的空燃比，使燃烧更充分，排放更清洁。大家可能发现了，这简直就是不需要额外装置的EGR技术嘛！然而很不幸，这种偏大的重叠角度设置，同样使发动机难以提供令人满意的低转速性能。 好了，现在不用我说，大家也知道为什么我们如此重视VVT技术了吧！各个厂家的VVT技术千差万别，共同之处就是都要对气门正时进行调节，使发动机在不同的转速下进气门和排气门能有不同的重叠角度，从而改善前面说的那些问题。改变气门正时可以有很多不同的方法，但最主要的无外乎两大类，一类是改变凸轮轴的相位，再一类就是直接改变凸轮的表面形状。想想看就知道，改变凸轮的表面形状哪可能容易呢？所以第一类VVT比较容易实现些。 回到Valvetronic，它依然保留了Double VANOS可变进、排气凸轮轴相位的气门正时调节系统，那么它又是如何实现对气门升程进行连续调节的呢？BMW为此增加了一种额外的偏心轴，凸轮轴则又通过一个额外的摇臂系统驱动传统的气门摇臂，并且该附加摇臂与气门摇臂的接触的角度取决于附加偏心轴的相位。附加偏心轴的相位可以由一个ECU控制下的调节装置来调整，从而使附加摇臂的角度发生变化，这样，对于相同的凸轮运动，传递到气门摇臂上的反应就可以不同，气门的升程也就会相应发生变化。从BMW的资料看，Valvetronic系统对气门开放时程的影响应当不大，调节的只是气门升程。不过，气门开度很小的时候，气体的进出效率是很低的，如果考察气门开度超过一定程度的持续角度，姑且称之为有效的气体交换时程，通常也是随气门升程的增加而增加的。为了限制发动机的复杂度，目前实际应用的Valvetronic系统在气门升程方面，调整的只是进气门。尽管理论上类似系统也可以作用于排气门，但那样的话整个配气机构就过于复杂了。就目前Valvetronic的发展情况来说，由于参与气门运动的机件还是太多，高转速下机械能损耗就大，不利于提高发动机的最大转速。所以在提高升功率方面，Valvetronic的表现是不及一些诸如VTEC之类的更简单的气门升程调节系统的，它的优势在于综合能力VVT发动机概述发动机可变气门正时技术(VVT, Variable Valve Timing)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。 对于一台4冲程发动机，按照很多人的理解，做功冲程末，活塞处于下止点时排气门开始打开，发动机进入排气冲程，直到活塞到达上止点，排气门关闭，进气门打开，发动机进入吸气冲程。当活塞正好运行一周重新回到下止点时，进气门关闭，发动机进入压缩冲程。这样来理解气门的动作是否正确呢？差不多是吧。然而，可能和与人们的直觉不同的是，这样的气门正时效率并不是最优的。让我们先来考虑一下排气门开启的时机。如果比活塞到达下止点提前一点就开启排气门会怎么样呢？从直觉上，这时废气仍可推动活塞做功，如果打开排气门开始排气，此时气缸内的压强就会降低，能量的利用率也就降低了，发动机性能也会随之下降。是这样吗？其实也不一定。 我们知道，排气时活塞会压迫废气从而反过来对废气做功，这个过程会消耗一部分发动机已经获得的能量。如果在缸内压强相对较高时提前开始排气，排气过程就会更顺畅，从而在排气冲程减少了能量消耗。这样，一得一失，怎么才会最合算呢？考虑到活塞在下止点附近一定角度内垂直运动距离其实非常短，实际的发动机略微提前打开排气门效果会更好一些。再来看进气门关闭的时机。如果在活塞越过下止点一定角度，开始压缩冲程之后再关闭进气门。如何呢？直观的感觉可能是，这时活塞已经开始上升，刚刚吸入的可燃混合汽岂不是又要被排出去一部分？性能会不会下降？答案是：只要时机适当，这样做反而可以增加吸气量，改善性能。因为在吸气冲程可燃混合汽被活塞抽入汽缸，进气门附近的气流速度可以高达每秒两百多米，而我们前面说过，在下止点附近活塞的垂直运动相对很慢，汽缸内体积变化并不大。此时进气岐管内的可燃混合汽靠惯性继续冲入气缸的趋势还是占了上风。 那么排气门的关闭时机和进气门的开启时机又该如何呢？这是大家可能都想到了，排气时同样会形成高速气流，如果排气门也在活塞越过上止点一定角度之后再关闭，虽然活塞已经开始下降，排气门附近的废气仍就会继续排出。但是此时进气门不是已经开启了吗？废气难道不会涌入进气岐管？事实上，这又是个时机问题，燃烧室内的废气涡流的方向决定了废气短时间内是不会流向排气门对侧的进气门的，于是，一边进气一边排气的局面是完全可以实现的。事情还可以更理想。由于大部分废气在排气冲程中前期就已排出，并且在排气岐管中形成了高密度的高速气流，冲向排气管方向。这部分废气越是远离气缸，对于缸内尚未排出的废气来说，其需要填充的体积就越大，相应的平均压强也就越低。低到什么程度？低到活塞尚未到达上止点之前，缸内压强可能就已经低于进气岐管内可燃混合汽的压强了。如此看来，进气门也应当提前一点开启才好。 前边讲到了进气门和排气门同时打开的情况，也就是进气门和排气门的重叠。重叠持续的相对时程可以用此间活塞运行的角度来衡量，这样就可以抛开转速，把它作为系统的固有特性来看待了。重叠的角度通常都很小，可是对发动机性能的影响却相当大。那么这个角度多大为宜呢？我们知道，发动机转速越高，每个汽缸一个周期内留给吸气和排气的绝对时间也越短，但是前面讲到的进气岐管或排气岐管内的气流也越快。想想看，这时发动机需要尽可能长的吸气和排气时间，而且也有有利条件可以利用，还犹豫什么？只要重叠的角度大一些不就行了？当然，也不能太大，前边说了，这里有个时机问题，重叠角度太大肯定也不好，要不干脆让进气门和排气门同时开闭得了。很显然，这个时机是与转速有关的，转速越高，要求的重叠角度越大。 也就是说，如果配气机构的设计是对高转速工况优化的，发动机就容易得到较高的最大转速，也就容易获得较大的峰值功率。但在低转速工况下，这样的系统重叠角度肯定就偏大了，废气就会过多的泻入进气岐管，吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱，ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，最终的效果是怠速不稳，低速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况优化，发动机的峰值功率就会下降。所以传统的发动机都是一个折衷方案，不可能在两种截然不同的工况下都达到最优状态。 刚才讲的主要是发动机的动力性方面，下面让我们看看重叠角度对发动机的经济性和排放的影响。可能大家都知道，发动机的油耗转速特性曲线是马鞍形的，转速太高，超过了一定的范围，可燃混合汽的燃烧就会越发的不充分，发动机的经济性和排放特性都会恶化，尤其如今发达国家的环保法规日益严格，问题就变得更加严重。于是，很多厂商就采用复杂的废气再循环(EGR)装置来改善发动机的高转速经济性和排放。顾名思义，EGR装置的作用就是吸入部分废气，使其中的尚未燃烧的可燃物质有机会继续燃烧，部分有害中间产物得以分解。不难想到，如果此时将进气门和排气门的重叠角度调得高一点，略微超过原来所说的对动力性来讲最合适的角度一些，就会有部分废气和新鲜的可燃混合汽混合，提高了发动机的空燃比，使燃烧更充分，排放更清洁。大家可能发现了，这简直就是不需要额外装置的EGR技术嘛！然而很不幸，这种偏大的重叠角度设置，同样使发动机难以提供令人满意的低转速性能。 好了，现在不用我说，大家也知道为什么我们如此重视VVT技术了吧！各个厂家的VVT技术千差万别，共同之处就是都要对气门正时进行调节，使发动机在不同的转速下进气门和排气门能有不同的重叠角度，从而改善前面说的那些问题。改变气门正时可以有很多不同的方法，但最主要的无外乎两大类，一类是改变凸轮轴的相位，再一类就是直接改变凸轮的表面形状。想想看就知道，改变凸轮的表面形状哪可能容易呢？所以第一类VVT比较容易实现些。 回到Valvetronic，它依然保留了Double VANOS可变进、排气凸轮轴相位的气门正时调节系统，那么它又是如何实现对气门升程进行连续调节的呢？BMW为此增加了一种额外的偏心轴，凸轮轴则又通过一个额外的摇臂系统驱动传统的气门摇臂，并且该附加摇臂与气门摇臂的接触的角度取决于附加偏心轴的相位。附加偏心轴的相位可以由一个ECU控制下的调节装置来调整，从而使附加摇臂的角度发生变化，这样，对于相同的凸轮运动，传递到气门摇臂上的、反应就可以不同，气门的升程也就会相应发生变化。从BMW的资料看，Valvetronic系统对气门开放时程的影响应当不大，调节的只是气门升程。不过，气门开度很小的时候，气体的进出效率是很低的，如果考察气门开度超过一定程度的持续角度，姑且称之为有效的气体交换时程，通常也是随气门升程的增加而增加的。为了限制发动机的复杂度，目前实际应用的Valvetronic系统在气门升程方面，调整的只是进气门。尽管理论上类似系统也可以作用于排气门，但那样的话整个配气机构就过于复杂了。就目前Valvetronic的发展情况来说，由于参与气门运动的机件还是太多，高转速下机械能损耗就大，不利于提高发动机的最大转速。所以在提高升功率方面Valvetronic的表现是不及一些诸如VTEC之类的更简单的气门升程调节系统的，它的优势在于综合能力FSI发动机概述FSI是Fuel Stratified Injection的词头缩写，意指燃油分层喷射，是直喷式汽油发动机领域的一项创新的革命性技术。燃油直喷技术在同等排量下实现了发动机动力性和燃油经济性的完美结合，是当今汽车工业发动机技术中最为成熟、最先进的燃油直喷技术，并引领了汽油发动机的发展趋势。 在设计上，FSI发动机与其它传统发动机的区别在于：与歧管喷射原理相反，FSI发动机配备了按需控制的燃油供给系统，每缸四气门，可变进气歧管以及进排气凸轮轴连续可调装置。汽油被直接喷入燃烧室，单活塞高压泵的共轨高压喷射系统负责提供精确的燃料，形成30到100巴之间的工作压力。同时，燃料室的几何设计以及毫秒级精确计算注入汽油量的功能大大提高了其压缩比，这也是高效新款发动机的必要先决条件。在进气道方面，FSI发动机采用可变进气歧管，由电子系统控制所需的空气流量，实现了无节流变质调节，提高了充气效率，从而获得更高的升功率，而发动机的动态响应也变得更为直接。 推动这种进步的主要因素是部分负荷状态下的分层进气原理。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于气缸内的电磁喷射器。喷油嘴将喷射时间控制在千分之一秒内，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。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其它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。这就是分层燃烧的精髓所在。直喷发动机的另一个好处在于隔绝了已燃混合气向气缸壁和气缸盖的散热，从而降低了发动机的热损耗。 直喷式汽油发动机原理的特点是可采用两种不同的注油模式，即分层注油和均匀注油模式。在油门半开状态下，分层注油方式可充分发挥燃料的经济效益，因为这时只在火花塞周围才需要富含汽油可触发的油气混合物。而在燃烧室的其它地方只需注入含高比例空气的油气混合物。在日常驾驶条件下，直喷式汽油发动机技术的节油性能将更加显着，因为驾驶员可不断地来回更换采用分层注油和均匀注油两种模式。直喷式汽油发动机技术之所以能够实现分层注油原理，是因为它可控制燃烧室内的注油过程，并在完成触发之前直接注入燃料。这样就可大幅度减少燃烧所需的燃料这是实现FSI发动机经济效益最重要的先决条件。 FSI发动机在提供更大的输出功率和扭矩的同时，进一步提高了发动机的燃油经济性并降低排放。与传统发动机相比，相同排量的FSI发动机燃油消耗量要显着降低，在能源日趋紧缺的今天更加凸现优势。 FSI发动机相比传统发动机，其优点在于： -动力性显着提高 -输出更高的功率和扭矩 -同时燃油消耗可降低15% 机械增压发动机概述所谓机械增压，就是利用发动机的动力带动一个罗兹压气机，通过发动机本身的动力来压缩空气，并且燃烧压缩空气的一种增压方式。它跟空调压缩机很相似。 机械增压器的原理与发动机机油泵有些类似，也是与发动机动力相连，只不过压缩的是空气。它与涡轮增压器在性能上最大的区别就是对压气机的转速没有限制。也就是说只要罗兹压气机在转，就可以压缩空气。而涡轮增压器由于是靠高速旋转产生的空气离心力来压缩空气，所以需要非常高的转速（通常TURBO的转速能接近10万转/分钟）。所以即便发动机怠速或者处于1000转左右的低转速，也能连接机械增压器压缩进气。 不过处于经济型考虑，怠速工况时电磁离合器是断开的，也就是说怠速时压缩比并没有与发动机动力相连，不过只要踩下油门电磁离合器可以迅速连接发动机动力。所以机械增压能够给汽车车带来很好的低转扭矩，让起步时冲劲十足。虽然克服了涡轮增压器迟滞的缺陷，单机械增压也并非完美。由于它需要消耗发动力动力，而且增压器中的两个转子相互摩擦会损耗大量的能量。在低转速时，由于转速低损耗也就小，但如果处于高转速工况，那么这样能量损耗是非常大的。不仅经济性差，高转动力性也要受到影响。 机械增压的优缺点： 优点：响应性好完全没有涡轮的迟滞现象，可以在任何时候都能输出源源不断的扭力，尤其在起步时能让汽车冲劲十足。 缺点：高转速时会产生大量的摩擦，能量损失大，影响经济性和高转动力性，并且噪音大。涡轮增压发动机概述 涡轮增压发动机由一个进气涡轮来压缩空气，进气涡轮的另一头连着一个废气涡轮。 我们知道发动机的排气是高温高压的，这就意味着排气中仍然含有巨大的能量。将废气涡轮装在排气管之中则能利用排气能量来驱动涡轮高速旋转，从而能够带动进气涡轮随之高速旋转，以获得压缩进气的能量。 涡轮增压器是不需要额外的消耗发动机能量的。而且发动机转速越高废气排放速度和能量也越大，使得涡轮的转速也越高，这样进气涡轮压缩空气的能力也越强，进气效率越高， 能够发挥出来的功率就越大。所以涡轮增压器对于发动机的高速运转是非常有好处的。但我们知道，涡轮也是有质量的，有质量的物体就会存在惯性。我们知道发动机在怠速工况时转速往往只有几百转，而且在怠速工况时涡轮是不能介入工作的。除了因为发动机转速低，排气能量不足以驱动涡轮高速运转，还有一个更重要的原因就是怠速时发动机负荷低，如果此时涡轮也参与工作那么发动机会过热，并且耗费更多不必要消耗的汽油。所以怠速工况时，进气和排气旁通阀会自动打开，此时进气和排气都没有经过涡轮，新鲜空气是直接被吸入气缸，废气也是直接排入大气中的。 由于增压发动机的压缩比都比较低（通常在8.0以下，压缩比低是因为空气被增压器压缩后会放热，如果压缩比过高会导致压缩行程时混合气继续放热，引起混合气自然），所以在涡轮介入之前发动机的动力性是非常差的。即便是低值增压，起码也要到将近1800转时涡轮才会起到作用。虽然2000转以后发动机能发挥出强大的功率，而且后劲十足，但起步时可以说毫无动力性可言，即使保时捷保时捷卡宴TURBO这样的V8涡轮增压发动机，起步同样拼不过自然吸气。这就是涡轮增压发动机的通病涡轮迟滞。这种状况是非常不适合城市驾驶的。因为我们知道城市开车经常要走走停停，所以从怠速到2000转这个转速范围段是使用得很频繁的，涡轮增压低扭差劲的缺点暴露无疑。 涡轮增压的优缺点： 优点：在不增加发动机排量的基础上，可大幅度提高功率和扭矩，提升发动机性能。 缺点：涡轮工作有迟滞现象，并且保养费用高。TSI发动机概述 TSI是一套双增压技术，其实从字面上就能理解其意思。前面的T和S分别代表Turbo和Supercharger的意思，也就是涡轮增压和机械增压的相结合。而国内媒体习惯叫它双增压。这个双增压跟双涡轮增压有很大的区别，可以说是完全两个概念。要了解双增压的优越性首先得了解涡轮增压和机械增压的优缺点。其实任何一种增压它的目的都是相同的，就是要把空气压缩以后再通入到气缸当中燃烧，这样做的好处很明显，压缩以后的空气密度更大，这就意味着单位体积内的氧气分子更多。在发动机排量不变的情况下，吸入的氧气分子越多，再配合燃油喷射系统提供的更多的汽油那么可以输出更高的动力。不管是涡轮增压还是机械增压都是为了达到这一目的而设计的,只不过两者的实现手段不相同。前面已经介绍过涡轮增压与机械增压，涡轮增压和机械增压都有着各自的先天缺陷，而这两种增压方式的优缺点又是相互互补的。利用这两种增压性能优缺点的互补性，将这种增压系统结合起来，就是TSI双增压系统。TSI发动机拥有两套增压系统，一套靠涡轮压缩进气，另一套靠罗兹压气机压缩进气。当然，它们什么时候起作用是由电脑说了算的。电脑即能够控制进排气旁通阀的开闭，也能控制机械增压器与发动机相连接的电磁离合器的开闭。 机械增压器和涡轮增压器在进气道中是被串联在一起的。空气从空气过滤器进入到进气管以后，首先要经过机械增压器，然后通过进气管的引导再经过涡轮增压器，最后进入到进气歧管当中去。虽然机械增压器和涡轮增压器是相互串联在一起的，但两者并不都是同时工作。 当发动机处于怠速工况时（通过节气阀开度传感器可以测得），机械增压器的电磁离合器是分离的，此时发动机与机械增压器之间动力是断开的（这就意味着增压器没有消耗发动机功率），而且机械增压器附近的进气旁通阀打开，空气并没有流经机械增压器，而是从旁通阀直接吸入；到了涡轮增压器的位置，涡轮增压的进气旁通阀也是打开的，这就相当于进气绕过了涡轮，直接被吸入气缸。也就是说在怠速工况时，涡轮增压器和机械增压器都是不工作的，这相当于一台自然吸气发动机。 当发动机在部分负荷工况下低转速运转时（通过节气阀传感器检测到又少许油门开度，而且通过发动机转速传感器检测到转速处于低速运转），电脑会接通机械增压器的电磁离分离，并且关闭机械增压旁通阀，让机械增压器开始工作，此时的增压值为1.2bar.我们知道机械增压器有增强低速扭矩的特点，而且在低转速时对发动机功率的消耗并不大。所以既能够获得良好的油门相应，又能够增大发动机扭矩输出。当发动机超过1500转时，涡轮开始介入，此时的增压值提高到2.5bar。当发动机转速达到3500转/分以上的高转速时，机械增压器开始停止增压，此时完全依靠涡轮增压来进行增压，增压值从2.5bar降到1.3bar。因为我们知道一旦转速上升，机械增压器会消耗大量发动机能量，而中高转速是涡轮增压的强项，这样不仅避免了涡轮迟滞，让涡轮有足够的加速时间，还在很大程度上增加了低转扭矩，降低高转速时机械增压器产生的噪音。这样彻底解决了两种增压方式的缺陷，达到了一种完美增压的效果。四、排量 混合气的压缩和燃烧在燃烧室里进行，活塞往复运动，你可以看到燃烧室容积的变化，最大值和最小值的差值就是排量，用升（L）或毫升（CC）来度量。汽车的排量一般在1.5L4.0L之间。每缸排量0.5L，4缸的排量为2.0L，如果V型排列的6汽缸，那就是V6 3.0升。一般来说，排量表示发动机动力的大小。 所以增加汽缸数量或增加每个汽缸燃烧室的容积可以获得更多的动力。 五、发动机的其他部分 凸轮轴 控制进气阀和排气阀的开闭 火花塞 火花塞放出火花点燃油气混合气，使得爆炸发生。火花必须在适当的时候放出。 阀门 进气、出气阀分别在适当的时候打开来吸入油气混合气和排出尾气。在压缩和 燃烧时，这两个阀都是关闭的，来保证燃烧室的密封。 活塞环 在气缸壁和活塞中提出密封： 1防止在压缩和燃烧时油气混合气和尾气泄漏进润滑油箱。 2防止润滑油进入汽缸内燃烧。 大多“烧机油”的汽车就是因为发动机太旧：活塞环不再密封引起的（尾气管冒青烟） 活塞杆 连接活塞环和曲轴，使得活塞和曲轴维持各自的运动。 润滑油槽 包围着曲轴，里面有相当数量的油. 引擎的基本构造凸轮轴与汽门凸轮轴： 在一支轴上有许多宛如蛋形凸轮，其被安装在汽缸盖的顶部，用来驱动进气汽门和排气汽门做开启与关闭的动作。 在凸轮轴的一端会安装一个传动轮，以链条或皮带与位在曲轴上的传动轮连接。在以链条传动的系统中此传动轮为一齿轮；在以皮带传动的系统中此传动轮为一具齿槽的皮带轮。 一般双顶置凸轮轴(DOHC)设计的引擎，其进气和排气的凸轮轴均挂上一个传动轮，由链条或皮带直接带动凸轮轴转动。有些引擎为了减少汽门夹角，而将凸轮轴的传动方式改变成以链条传动方式带动进气或排气的凸轮轴，再藉由安装在进气和排气的凸轮轴上的齿轮以链条带动另外一支凸轮轴。 Toyota独特的TWIN CAM设计方式，则是以链条或皮带去带动位在进气或排气的凸轮轴上的传动轮，之后再以安装在进气和排气的凸轮轴上的无间隙齿轮机构带动另外一支凸轮轴。 汽门： 控制空气进出汽缸的阀门。让空气或混合气进入的称为进气汽门。让燃料后的废气排出的称为排气汽门。引擎的基本构造缸径、冲程、排气量与压缩比引擎是由凸轮轴、汽门、汽缸盖、汽缸本体、活塞、活塞连杆、曲轴、飞轮、油底壳等主要组件，以及进气、排气、点火、润滑、冷却等系统所组合而成。以下将各位介绍在汽车型录的引擎规格中常见的缸径、冲程、排气量、压缩比、SOHC、DOHC等名词。 缸径： 汽缸本体上用来让活塞做运动的圆筒空间的直径。 冲程： 活塞在汽缸本体内运动时的起点与终点的距离。一般将活塞在最靠近汽门时的位置定为起点，此点称为上死点；而将远离汽门时的位置称为下死点。 排气量： 将汽缸的面积乘以冲程，即可得到汽缸排气量。将汽缸排气量乘以汽缸数量，即可得到引擎排气量。以Altis 1.8L车型的4汽缸引擎为例： 缸径：79.0mm，冲程：91.5mm，汽缸排气量：448.5 c.c. 引擎排气量汽缸排气量汽缸数量448.5c.c.41,794 c.c. 压缩比： 最大汽缸容积与最小汽缸容积的比率。最小汽缸容积即活塞在上死点位置时的汽缸容积，也称为燃烧室容积。最大汽缸容积即燃烧室容积加上汽缸排气量，也就是活塞位在下死点位置时的汽缸容积。 Altis 1.8L引擎的压缩比为10：1，其计算方式如下： 汽缸排气量：448.5 c.c.，燃烧室容积：49.83 c.c. 压缩比(49.84448.5)：49.849.998：110：1 引擎基本构造SOHC单凸轮轴引擎引擎的凸轮轴装置在汽缸盖顶部，而且只有单一支凸轮轴，一般简称为OHC (顶置凸轮轴，Over Head Cam Shaft)。凸轮轴透过摇臂驱动汽门做开启和关闭的动作。 在每汽缸二汽门的引擎上还有一种无摇臂的设计方式，此方式是将进汽门和排汽门排在一直在线，让凸轮轴直接驱动汽门做开闭的动作。有VVL装置的引擎则会透过一组摇臂机构去驱动汽门做开闭的动作。 引擎基本构造DOHC双凸轮轴引擎此种引擎在汽缸盖顶部装置二支凸轮轴，由凸轮轴直接驱动汽门做开启和关闭的动作。仅有少数引擎是设计成透过摇臂去驱动汽门做开闭的动作。有VVL装置的引擎则会透过一组摇臂机构去驱动汽门做开闭的动作。DOHC较SOHC的设计来得优秀的主要原因有二。一是凸轮轴驱动汽门的直接性，使汽门有较佳的开闭过程，而提升汽缸在进气和排气时的效率。另一则是火星塞可以装置在汽缸盖中间的区域，使混合气在汽缸内部可以获得更好更平均的燃烧。汽车的动力马力篇什么是马力 说到车的性能，一般人第一个想到的就是马力。什么是马力呢？马力是功率单位之一，而不是力量的单位。什么是功率呢？功率的定义是：