【汽车科普】汽车构造与原理 3.1 发动机-基本构造
汇总
目录
- 1.引言
- 2.发动机基本原理
- 3.气缸排列形式
- 4.发动机工作过程
- 5.发动机燃烧原理
- 6.发动机工作循环
- 7.进气和排气系统
- 8.气门和气门正时
- 9.可变气门技术
- 10.可变气缸
- 11.涡轮增压器
- 12.机械增压器
1.引言
Engine
如果汽车有生命,发动机就是它的“心脏”,是它的动力之源。
人的心脏差别较小,但汽车不同.
汽车心脏不仅大小不一,而且构造差别也很大,导致力量和性格都千差万别,甚至排出的废气都不是一个味儿
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2.发动机基本原理
Engine Principle
2.1 汽车动力来源
气缸
- 汽车动力来源:发动机。
- 发动机的“心脏”:气缸!
- 气缸:是产生汽车驱动力的源头,一切动力都来自气缸内部
- 由燃料在气缸内部燃烧后推动活塞运动;
- 再通过连杆、曲轴、变速器、传动轴、差速器和半轴等,将动力传递到车轮上
- 从而推动汽车前进。
汽油发动机构造剖视图
直列4缸汽油发动机构造图
2.2 气缸数不能太多
气缸数增加的好处
- 在同样功率的要求下,缸数越多,缸径就可越小,转速就可提高,发动机的运转平衡性也更好。
气缸数增加的弊端
- 随着气缸数的增加,发动机的零部件数也成比例增加
- 从而使发动机结构更复杂、可靠性降低、重量增加、制造成本和使用费用增加、油耗增加等。
气缸数选择
- 汽车发动机的气缸数都是根据 车型定位、发动机用途和性能要求 等,在权衡各种利弊之后做出的合适选择。
- 随着增压技术和燃油喷射技术的进步,现在汽车发动机的 气缸数有减少的趋势,最少的汽车发动机气缸数只有3缸。
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3.气缸排列形式
Cylinder Arrangement
3.1 内燃机和外燃机
外燃机
- 利用燃料在发动机气缸的外部燃烧来产生动力的。
- 如早期的蒸汽机,它利用燃料(木材、煤、煤气、柴油等)烧开锅炉中的水,使之产生高压蒸汽并进入气缸内,利用蒸汽压力推动活塞做功,从而产生动力。
- 比如原来火车上用的蒸汽机,发电厂和轮船上使用的汽轮机等,都是外燃机。
内燃机
- 是相对外燃机而言的,它的燃料在气缸内燃烧。
- 现在,汽车上用的汽油发动机和柴油发动机,都是内燃机。
外燃机(左)和内燃机(右)工作原理图示
- -------
3.2 发动机气缸的排列形式
3种气缸排列形式
- 在往复式活塞发动机中,汽车发动机一般由多个圆筒状的气缸组成,每个气缸可以独立工作。
- 所有气缸的动力汇合在一起,共同驱动汽车前进。
- 气缸可按不同形式组合,从而产生出不同形式的发动机。
- 目前,最常见的有3种气缸排列形式:直列、V形和水平对置。
- 注:W形气缸排列形式,较为少见,且与V形发动机较为相似
3种气缸的演变
- V形发动机和水平对置发动机,都可看成是由直列发动机演变而来的。
- V形发动机:
- 将所有气缸分成两组,把相邻气缸以一定的夹角布置在一起(一般为90°),从侧面看气缸呈V字形
- 水平对置发动机:
- 将V形发动机的夹角继续扩大到180°,让相邻气缸成对立设置
- 将V形发动机的夹角继续扩大到180°,让相邻气缸成对立设置
直列发动机气缸排列示意图
水平对置发动机气缸排列示意图
宝马V8发动机构造示意图
3.3 V形发动机的优缺点
优点:
- 高度和长度相对直列发动机较小,在汽车上布置起来较为方便 (发动机舱盖更低,驾驶舱更大)
- 气缸成一角度对向布置,还可以抵消一部分振动
缺点:
- 必须使用两个气缸盖,结构较为复杂。
- 宽度加大后,发动机两侧空间较小,不易再安排其他装置。
3.4 W形发动机应用少
W形发动机的构成
- 将V形发动机的每侧气缸再进行小角度的错开(如大众汽车W8发动机为15 °),就成了W形发动机。
与V形发动机相比,W形发动机
- 发动机和曲轴更短,能节省空间,减轻重量。
- 但是,宽度更大,使得发动机舱更满
W形发动机最大的问题:
- 发动机由一个整体被分割为两个部分,在运作时引起的振动更大
- 现在应用极少。
针对这一问题,大众汽车:
- 在W形发动机上设计了两个反向转动的平衡轴,让两个部分的振动在内部相互抵消。
- 现在,只有大众汽车集团某些品牌车型采用W形发动机,如W8、W12和W16等发动机
3.5 W形发动机构造图
- 奥迪W12发动机构造图
- W形发动机气缸夹角示意图
- W12发动机气缸排列示意图
- W12发动机气缸体
3.6 水平对置发动机
水平发动机
- Boxer Engine,“拳击手发动机”,简称为B型发动机。比如B6、B4发动机,分别代表水平对置6缸和4缸发动机
- 所有气缸呈水平对置排列,就像是拳击手在搏斗,活塞就是拳击手的拳头
水平发动机的优点:
- 相邻两个气缸水平对置,相互抵消振动,使发动机运转更平稳。
- 重心低,能让车头设计得又扁又低,增强行驶稳定性。
- 发动机左右对称,变速器等可放置在车身正中,让汽车左右重量对称
- 而大多数汽车的重心偏向一侧
- 动力输出轴方向与传动轴方向一致,不需要改变动力传递方向,直接与离合器、变速器对接,提高动力传递效率,起动和加速更迅猛。
水平发动机的缺点:
- 维修不方便,而且各缸点火间隔不一致,使其排气声音比较怪异。
- 普通汽车极少装配水平对置发动机,现在只有保时捷、斯巴鲁和丰田等仍在生产和使用这种发动机
水平对置6缸发动机构造图
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4.发动机工作过程
Engine Working Process
4.1 发动机动力来自于爆炸
汽车的动力来源
- 汽车的动力来源:
- 来自于汽油或柴油燃烧时产生的爆炸力。
- 汽车发动机的原理设计:
- 如果在一个密封容器中装入汽油和空气,然后点燃它们,便会产生爆炸现象。
合适的燃烧比例
- 汽油和空气按照最适合的燃烧比例(1∶14.7)混合,并大力压缩使温度上升
- 此时点燃它们就会产生更大的爆炸力
- 将这种力量通过一系列的机构“引导”到车轮上,便会推动汽车前进。
汽油在气缸内燃烧爆炸示意图
4.2 动力与排量
发动机排量
- 气缸排气量是指活塞 从下止点到上止点 所扫过的气体容积,它取决于缸径和活塞行程。
- 发动机排量是各气缸排量的总和,一般用cc(立方厘米)、mL(毫升)或L(升)来表示。
- 发动机排量可近似标示为2.0L、2.4L等
- 由于气缸体是圆柱体,它的容积不太可能正好是整升数。
排量与动力成正比
- 发动机的排量越大,每次吸入的可燃混合气就越多,燃烧时产生的动力就越强。
发动机排气量和压缩比计算方式
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5.发动机燃烧原理
Engine Combustion Principle
5.1 发动机燃烧反应的化学物质转换
燃油和氧气一起燃烧爆炸,释放能量来驱动汽车前进,同时还排放出水和二氧化碳等物质
- 汽油中最主要的成分是碳氢化合物。
- 在汽油爆炸燃烧时,碳氢化合物与氧产生反应,生成 二氧化碳和水分子。
- 吸入空气量不足时,会生成一部分 一氧化碳。
- 另外,高温使得 氮原子被氧化生成 一氧化氮和二氧化氮。
- 因此,汽车排气中的主要成分就是 一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮和二氧化氮 等。
5.2 汽油蕴含巨大能量
- 同等重量情况下,汽油所含能量大约是糖的3倍,木头的5倍,电池的200倍。
- 要想用电池取代汽油,还需要电池技术研发人员加倍努力。
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6.发动机工作循环
Engine Working Cycle
6.1 气缸结构及相关概念
- 上止点与下止点:
- 活塞在气缸中上下移动(默认如图倒扣状)
- 活塞下行到的最低点叫下止点,上行到顶点的位置称为上止点。
- 行程:
- 上止点与下止点之间的距离称为行程。
- 燃烧室:
- 当活塞在上止点时,活塞顶端的空间称为燃烧室。
- 气缸结构示意图:
6.2 工作循环与四个行程
工作循环与四个行程
- 一个工作循环:
- 活塞在气缸中要完成 吸气、压缩、燃烧和排气 四个行程
- 活塞和曲轴:各2次
- 在此期间,活塞要在气缸内上下各两次,曲轴则同时要旋转两周。
汽车转速表与工作循环
- 转速表的指针指向6:
- 表明发动机转速为每分钟6000转,合计每秒钟100转,
- 一个活塞每秒钟完成50个工作循环(一个工作循环内曲轴要转2周)
- 一个气缸内要爆炸50次。
- 如果是一台4缸发动机,那么在1秒内4个气缸则要产生200次爆炸。
- 转速表指针指向3:
- 表明发动机转速为每分钟3000转,合计每秒钟50转,
- 一个活塞每秒完成25个工作循环,
- 一个气缸内要爆炸25次。
- 如果是一台4缸发动机,那么在1秒内4个气缸则要产生100次爆炸
- 转速表含义
- 转速表表面上是发动机转速,实际是发动机气缸内爆炸次数的体现。
- 转速越高,说明发动机内发生的爆炸次数越多,动力输出就越大
进气行程
- 活塞在气缸内自上止点向下行到下止点时,进气门打开,排气门关闭
- 气缸内可以产生部分的真空,将新鲜的空气和汽油的混合气吸进气缸内
压缩行程
- 进气门和排气门都关闭,活塞由下止点上行移动到上止点,将气缸的混合气压缩
- 进入气缸的混合气越多,活塞越接近上止点位置,压缩力越大。
- 在压缩行程内,气缸中混合气的最大压力称为压缩力。
- 将混合气压缩是为了使混合气混合得更均匀,且提高温度易于燃烧,得到较大的动力。
做功行程
- 进气门和排气门都关闭
- 火花塞跳出高压电火花适时将混合气点燃,使其燃烧并爆发出强大压力,将活塞从上止点推到下止点。
- 火花塞的高压电火来自高压线圈,它能将火花能量放大,
- 再由控制电脑(ECU)将高压火按顺序分配到各个气缸,从而点燃被压缩的混合气。
排气行程
- 活塞自下止点上行到上止点,此时进气门关闭,排气门打开
- 气缸中已经燃烧过的废气由活塞向上移动时,经排气门和排气歧管排入大气。
- 燃烧过的废气经过消声器的消声后,才不会产生太大的噪声
发动机工作原理示意图
6.3 冲程
四冲程发动机
- 活塞在气缸中移动四个行程,曲轴转720°(2周)才完成一次动力输出。
二冲程发动机
- 活塞在气缸中移动两个行程,曲轴转360°(1周)就可完成一次动力输出。
- 二冲程发动机的 进气和压缩 在一个行程中完成,燃烧做功和排气 在另一个行程完成。
- 二冲程发动机现在只在摩托车上使用。
发动机内部构造图
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7.进气和排气系统
Intake and Exhaust System
7.1 发动机进气和排气
发动机进气系统
- 作用:为发动机燃烧提供新鲜而充足的空气。
- 进气系统主要包括两大部件:
- 一是空气滤清器,它主要滤清空气,去除空气中的杂质;
- 二是进气道,它将空气与燃油的混合气引入气缸。
- 空气由进气口进入,通过空气滤清器过滤后,经进气歧管进入气缸,
- 进气歧管内布置有 节气门 和 空气流量计 来控制和调节进气量。
发动机排气系统
- 作用:将已燃烧的废气排入大气。
- 它主要由 排气歧管、排气管和排气消声器 组成,并在排气管段布置有 三元催化转化器,以净化排气
汽油发动机进气和排气系统构造图
7.2 节气门
节气门的作用
- 在进气道中有节气门,它可控制进入气缸的混合气的多少。
节气门与加速踏板
- 节气门与驾驶人脚下的加速踏板(俗称“油门踏板”)直接相连,
- 加速踏板踏下越深,节气门开度越大,混合气进入就越多,发动机的转速就越高。
电子节气门
- 当加速踏板和节气门是通过电信号控制的,那么就称其为 电子节气门(俗称“电子油门”)
- 而不是加速踏板和节气门通过拉索硬性连接时
节气门图示
- 节气门体
- 节气门体和进气歧管
- 节气门在发动机上的位置图
- 进气歧管系统实物
7.3 理想空燃比
理想空燃比
- 空气与汽油的混合比也称空燃比。
- 理想空燃比:值大概在 14.7∶1左右 (单位:kg)
- 按体积比:大概为 9000∶1,就是说要燃烧1升的汽油,必须吸入9000升的空气。
- 即,汽车每分钟要吸入3000~5000升的空气
提高进气量
- 要想增强发动机的动力输出,让更多的汽油充分燃烧,就要加大进气量
- 各种方法:增大发动机的排气量、采用进气歧管可变技术、采用气门可变技术、配备增压器等。
- 可以说,现在的发动机技术,基本就是指怎样精确调节进气的技术
- 使发动机顺畅呼吸,让燃油得到充分燃烧,从而提高动力,节省燃油,降低排放
7.4 进气歧管
进气歧管的位置
- 进气歧管是指从空气滤清器到气缸进气道那段弯弯曲曲的管子
- 为调节进气量,进气歧管可调节
可调节的进气歧管
- 长度可变:
- 根据需要 打开或关闭 进气歧管中的一些阀门,改变进气行程,从而调节 进气量和进气速率
- 粗细可变:
- 根据进气需求关闭副进气歧管,以改变进气歧管“粗细”。
- 可变进气歧管长度示意图
- 可变进气歧管发动机
7.5 排气歧管和排气管
排气歧管
- 排气歧管是指从排气门出来的七扭八歪的那部分金属管。
- 设计排气歧管时要遵循四项基本原则:
- 1)排气歧管要尽可能长。
- 2)各缸排气歧管要尽可能等长。
- 3)各缸排气歧管要尽可能独立,互不干涉。
- 4)排气歧管内表面要尽可能光滑
- 发动机排气歧管图示
排气管
- 排气管是指从排气歧管一直到车尾排气口的那部分金属管。
- 排气管上的部件:氧传感器(2个)、三元催化转化器(1~2个)、消声器(1~2个),等
氧传感器
- 氧传感器:测量排气中氧气含量的部件
- 当排气中氧气含量高于或低于规定时(也就是空燃比偏离理想值时),氧传感器就会向发动机ECU报告
- ECU就会根据情况自动调节喷油量。
- 氧传感器与三元催化转化器的位置排布
- 两个氧传感器,在三元催化转化器前后方各有一个
- 前方氧传感器的作用:
- 检测发动机不同工况的空燃比,同时ECU根据该信号调整喷油量和计算点火时间。
- 后方氧传感器的作用:
- 主要是检测三元催化转化器的工作好坏,即催化器的转化率。
- 通过与前氧传感器数据的比较,来检测三元催化转化器是否工作正
发动机排气系统图示
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8.气门和气门正时
Valve and Valve Timing
8.1 气缸构造与气门示意图
- 进气门与排气门
- 气缸内部构造图
8.2 进气门比排气门大
气门开合结构
- 气门由凸轮负责压开,气门弹簧负责关闭。
- 气门构造及其辅助零件
进气门比排气门大的设计
- 进气比排气更困难:
- 进气是被“吸”进去的,而排气是被“推”出去的
- 进气越多,燃烧得越好,发动机的性能也越好
- 更有多一个进气门的设计:3气门(2进1排)和5气门(3进2排)
气门数不宜过多
- 多气门发动机:具有高转速、高效率的优点
- 由于气门较多,高转速时进排气效果较好,且火花塞放在中央可提高压缩比,因此发动机性能也较好。
- 多气门设计的缺点:
- 较复杂,气门驱动方式、燃烧室构造和火花塞位置都要精密安排
- 制造成本高,工艺要求先进,维修也较困难
- 效果并不是特别明显,或者说不太划算
- 现在多采用更为流行的每缸4气门设计。
汽油发动机构造图
8.3 凸轮轴
凸轮轴原理
- 功能:
- 凸轮轴是一根可以不断旋转的金属杆,具有控制进气门和排气门开启和关闭的功能
- 原理:
- 在凸轮轴上,有数个圆盘形的凸轮。
- 当凸轮轴旋转时,凸轮便会依序下压而使气门运动,使发动机产生四行程循环运动。
- 同时,通过灵活控制凸轮轴的运行,还可调节气门的升程和正时,从而提高发动机的性能。
顶置凸轮轴
- 顶置凸轮轴 OHC
- 凸轮轴位于 气缸的顶部
- Over Head Camshaft,简称OHC
- 单顶置凸轮轴 SOHC
- 在顶部只有 一根 凸轮轴 同时 负责进气门和排气门的开关的凸轮轴
- Single Over Head Camshaft,简称SOHC
- 一根凸轮轴为了控制分布在左右两边的进气门和排气门,必须使用 摇臂 间接地操纵气门的开启
- 不能灵活地控制气门的开启,也对燃烧室的形状有影响
- 双顶置凸轮轴 DOHC
- 在顶部有 两根 凸轮轴 分别 负责进气门和排气门的开关,
- Double Over Head Camshaft,简称DOHC
- 增大了进气门面积,改善了燃烧室形状,提高了气门运动速度,非常适合高速汽车使用
凸轮轴示意图
- 双顶置凸轮轴(DOHC)构造图
- V12发动机双顶置凸轮轴(DOHC)构造图
8.4 发动机正时
发动机正时的必要性
- 在进气、压缩、做功和排气四个行程中,曲轴要转两周,而进气门或排气门只动作一次。
- 因此,凸轮轴的转速必须是曲轴转速的一半,才能上下合拍,也就是 达到正时。
- 因此,凸轮轴齿(带)轮齿数是曲轴齿(带)轮齿数的两倍,以使它的转速慢下一半来。
正时示意图
- 配气正时机构示意图
- 奥迪V6发动机正时机构示意图
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9.可变气门技术
Variable Valve Technolog
9.1 可变气门技术的需求
为什么需要可变气门?
- 发动机高转速时,需要吸入更多的空气(混合气):
- 改变升程:把气门提得更高些
- 改变正时:延长气门的打开时间
- 发动机低速时:
- 降低气门的升程 或 缩短打开时间:
- 少吸入混合气,从而节省燃料。
- 可变气门的优点:
- 使气门在低速时进排气少点,在高速时进排气多点
- 从而使供给的燃料不浪费,也不亏欠,使燃烧更完全
- 这对 动力、节油和排放 都有好处。
可变气门的实现原理
- 气缸的进气量或排气量:
- 主要取决于气门的升程和正时
- 作用基本原理:
- 控制气门的升程或正时,
- 或对气门正时和升程同时进行控制
宝马V12发动机可变气门发动机
9.2 不同车型的可变气门实例
宝马的Valvetronic电子气门机构
- 利用一个 步进电动机 来控制一个偏心轴
- 以实现一个由转速到角度的转换,从而使偏心轴更精确地转动,
- 再由它控制一个异形中间臂
- 中间臂的运动轨迹同时受凸轮轴运动的影响,
- 中间臂再带动进气门摇臂动作,可以实现对进气门的无级调节。
- 当驾驶人踩加速踏板:
- 步进电动机根据所收集的信号进行适当的运转,
- 然后驱动偏心轴、异形中间臂、可变正时凸轮轴和气门摇臂
- 对进气门的正时和升程进行无级调节
- 宝马Valvetronic电子气门示意图
- 宝马Valvetronic电子气门构造图
奥迪AVS可变气门
- 气门的运动是由凸轮轴来控制的,而凸轮轴上的凸轮形状决定了气门工作的正时和升程。
- 奥迪AVS可变气门机构:
- 在凸轮轴上装备两级不同的凸轮,以实现对气门运动特性的调节
- AVS的核心部件有两个:
- 两组不同角度的凸轮,负责控制进气门的凸轮轴;
- 负责改变升程的螺旋沟槽套筒
- 螺旋沟槽套筒由电磁驱动器加以控制,以切换使用两组不同的凸轮,改变进气门的正时和升程。
- 奥迪发动机可变气门构造图
- 奥迪发动机可变气门AVS工作原理
- 发动机高负载:
- AVS将凸轮向右推动7毫米,使角度较大的凸轮得以推动气门顶杆。
- 在此情况下,气门升程可达到11毫米,以提供燃烧室最佳的进气流量和进气流速,实现更加强劲的动力输出。
- 发动机低负载:
- 为了追求发动机的节油性能,AVS将凸轮推到左侧,以较小角度的凸轮推动气门顶杆。
- 此时,气门升程可在2~5.7毫米间进行调整
- 图示
- 发动机高负载:
本田VTEC可变气门
- 本田的可变气门简称VTEC,在常规只有两个凸轮的地方设计了三个凸轮:
- 一个高转角凸轮在中间;
- 两个高度相同的低转角凸轮在两侧
- 工作原理:关键是摇臂串联与否
- 当发动机低速运转时(图A):
- 三个摇臂相互独立运动,其中高转角凸轮对应的摇臂悬空不工作,低转角凸轮正常工作,
- 发动机的气门升程很小,进气量减小
- 转速升高后:
- 高转角凸轮的摇臂和低转角凸轮的摇臂“串”为一体(图C)
- 低转角凸轮不起作用了,而是由高转角凸轮来带动摇臂控制气门升程。
- 此时,气门升程也就自然而然地变大了,进气量增大。
- 当发动机低速运转时(图A):
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10.可变气缸
Variable Cylinder
10.1 可变气缸技术
- 可变气缸技术(或称可变排量技术):
- 当日常使用的低负载时:关闭一部分气缸的工作,以减少燃油的消耗;
- 当需要加速而深踩加速踏板时:自动开启更多或全部气缸开始工作,以提高动力输
- 可变气缸技术一般用于:
- 多气缸大排量的发动机,如V6、V8、W12等发动机。
- 可变气缸技术的关闭气缸方法:
- 基本采用 关闭气门 和 停止喷油 的方式来关闭气缸的
10.2 排气凸轮轴与可变气缸
- 在进排气凸轮轴上安装一套 零行程 的凸轮
- 当需要关闭部分气缸时:
- 指挥步进电动机使凸轮轴左右移动,使部分气门处于零行程的工作状态,也就是停止工作,使对应的气缸也停止工作
- 指挥步进电动机使凸轮轴左右移动,使部分气门处于零行程的工作状态,也就是停止工作,使对应的气缸也停止工作
10.3 奥迪气缸按需运行系统 COD
- 奥迪气缸按需运行系统(Cylinder on Demand)
- 当发动机冷却液处于30℃以上、变速器处于3档以上、车辆对转矩的需求处于发动机最大转矩的25%~40%时:
- 会自动将发动机由 8气缸切换到4气缸 工作状态,相当于一台2.0升排量的V4发动机。
- 该系统可以最大限度地改善8缸发动机在经济工况下的表现
- 奥迪可变气缸发动机构造示意图:
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11.涡轮增压器
Turbocharger
11.1 涡轮增压的原理
增压器的作用
- 配备增压器的根本原因:提高进气压力也可以让 发动机吸入更多空气
- 同样体积下,密度越高,其氧气含量也越高。
- 将进气压缩后再吸入气缸,可以大幅增大进气量,从而提高发动机的动力输出。
涡轮增压(Turbocharger)发动机
- 是指利用排气冲击涡轮来压缩进气的增压发动机,简称Turbo或T。
- 排气的冲击力:来自活塞上升时挤压燃烧废气的力量
- 当燃烧废气被“挤出”气缸时,废气就会带有一定的冲击力
- 如果在一些轿车尾部看到字母Turbo或T,就表明该车采用涡轮增压发动机
- 大众汽车涡轮增压发动机构造图:
- 奥迪2.5升直列5缸涡轮增压发动机:
涡轮增压的过程
- 发动机排放出废气的能量:冲击装在排气系统中的涡轮,使之高速旋转
- 高速旋转的涡轮:通过一根转轴带动进气涡轮以同样的速度高速旋转,使之压缩进气
- 强制将增压后的进气压送入气缸。
- 发动机功率与进气量成正比,因此可提高发动机功率。
- 利用发动机排出的废气,整个过程基本不消耗发动机本身的动力
- 涡轮增压发动机原理示意图:
涡轮增压的优缺点
- 优点:
- 涡轮增压拥有良好的加速持续性,即后劲十足
- 最大转矩输出的转速范围宽广,转矩曲线平直。
- 缺点:
- 低速时由于涡轮不能及时介入,导致动力性稍差
中冷器
- 气体的特性:
- 当受到压缩时:随着密度增加,温度会上升,从而影响发动机的充气效率。
- 如果想要进一步提高增压发动机的充气效率,就要降低进气温度。
- 未经冷却的增压空气进入燃烧室,造成的负面影响:
- 影响发动机的充气效率;
- 导致发动机燃烧温度过高,造成爆燃等非正常燃烧;
- 增加废气中氮氧化物的含量,加重排放污染。
- 中冷器:作为散热器
- 放置在通风良好的位置,吸收进气被压缩时产生的热量,从而降低进气温度
- 有中冷器的涡轮增压器工作原理示意图:
- 褐色:代表气体的温度较高,蓝色:代表气体的温度较低
- 中冷器对压缩后的气体进行冷却,然后气体以常温、高压的形式进入发动机气缸
11.2 双涡管单涡轮增压器
宝马直列6缸3.0升发动机最先采用 “双涡管单涡轮增压” 技术
- 把三个气缸分成一组,每组在排气歧管和涡轮增压器中都有单独的气道,
- 当废气将要进入涡轮增压器时,两组废气合成一个涡管,共同吹动同一个涡轮旋转,驱动涡轮对进入气缸中的空气进行压缩。
- 发动机原理示意图
双涡管单涡轮增压系统
- 将发动机排气管道按点火时刻相邻气缸的排气管道分成两组,具有更强的脉冲增压,而且排气更为充分。
- 相对于普通的涡轮增压发动机的优势:
- 有效缓解低速时的迟滞性,使得发动机峰值转矩爆发得更早,燃油经济性更佳。
宝马直列4缸双涡管单涡轮发动机
- 将点火时间相邻的两个气缸的排气歧管两两分开(1和4一组,2和3一组)
- 这样当3缸完成做功进行排气时,1缸进入进气行程。
- 由于1缸和3缸的排气歧管不相连,3缸的排气不会影响1缸的进气效果。
- 其他缸工作时原理相同。
- 点火相邻的两个缸的进排气不受干涉影响,可以提高各个气缸的进排气量,从而有效提高发动机的效率
- 直列4缸双涡管单涡轮增压器构造示意图:
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12.机械增压器
Supercharge
12.1 机械增压的原理
原理
- 通过 发动机曲轴 的动力带动一个 机械式的空气压缩机 旋转来压缩进气
- 压缩机是通过两个转子的相对旋转来压缩进气的。
- 机械增压会对 发动机输出的动力 造成一定程度的损耗
- 因为需要通过曲轴转动的能量来压缩进气
原理图示
- 机械增压发动机工作原理示意图:
- 机械增压器构造图:
12.2 机械增压器的特性
优势
- 发动机低 转速 时,其转矩输出就十分出色:
- 由于机械增压器始终在“增压”
- 整个发动机运转过程与自然吸气发动机极为相似,加速过程呈线性
- 由于进气压缩量完全是 按照发动机转速线性上升 的
- 因此没有涡轮增压发动机在涡轮介入那一刻的唐突,以及低速迟滞。
劣势
- 高转速时,其作用就不太明显了
- 因为高转速时机械增压器对发动机动力的损耗巨大
相关发动机构造图示
- 奔驰机械增压发动机构造图
- 带中冷器的机械增压发动机进气示意图