很多人都想了解更多的汽車知識,以加深對汽車的了解,只是無奈汽車結(jié)構(gòu)之復(fù)雜,機(jī)械知識之乏味,都一一放棄了。下面給大家準(zhǔn)備了一組圖解汽車文章,結(jié)合圖片剖析汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu),讓復(fù)雜的原理變得通俗易懂。
一、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)種類解析
發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的動(dòng)力源泉,就像人的心臟一樣。不過不同人的心臟大小和構(gòu)造差別不大,但是不同汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就有著千差萬別,那不同的發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造都有哪些不同?下面我們一起了解一下。
● 汽車動(dòng)力的來源
汽車的動(dòng)力源泉就是發(fā)動(dòng)機(jī),而發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力則來源于氣缸內(nèi)部。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸就是一個(gè)把燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的場所,可以簡單理解為,燃料在氣缸內(nèi)燃燒,產(chǎn)生巨大壓力推動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng),通過連桿把力傳給曲軸,最終轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),再通過變速器和傳動(dòng)軸,把動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)車輪上,從而推動(dòng)汽車前進(jìn)。
● 氣缸數(shù)不能過多
一般的汽車都是以四缸和六缸發(fā)動(dòng)機(jī)居多,既然發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力主要是來源于氣缸,那是不是氣缸越多就越好呢?其實(shí)不然,隨著氣缸數(shù)的增加,發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件也相應(yīng)的增加,發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)會(huì)更為復(fù)雜,這也降低發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性,另外也會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)制造成本和后期的維護(hù)費(fèi)用。所以,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的用途和性能要求進(jìn)行綜合權(quán)衡后做出的選擇。像V12型發(fā)動(dòng)機(jī)、W12型發(fā)動(dòng)機(jī)和W16型發(fā)動(dòng)機(jī)只運(yùn)用于少數(shù)的高性能汽車上。
● V型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)
其實(shí)V型發(fā)動(dòng)機(jī),簡單理解就是將相鄰氣缸以一定的角度組合在一起,從側(cè)面看像V字型,就是V型發(fā)動(dòng)機(jī)。V型發(fā)動(dòng)機(jī)相對于直列發(fā)動(dòng)機(jī)而言,它的高度和長度有所減少,這樣可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)蓋更低一些,滿足空氣動(dòng)力學(xué)的要求。而V型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸是成一個(gè)角度對向布置的,可以抵消一部分的震動(dòng),但是不好的是必須要使用兩個(gè)氣缸蓋,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)的高度減低了,但是它的寬度也相應(yīng)增加,這樣對于固定空間的發(fā)動(dòng)機(jī)艙,安裝其他裝置就不容易了。
● W型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)
將V型發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)的氣缸再進(jìn)行小角度的錯(cuò)開,就是W型發(fā)動(dòng)機(jī)了。W型發(fā)動(dòng)機(jī)相對于V型發(fā)動(dòng)機(jī),優(yōu)點(diǎn)是曲軸可更短一些,重量也可輕化些,但是寬度也相應(yīng)增大,發(fā)動(dòng)機(jī)艙也會(huì)被塞得更滿。缺點(diǎn)是W型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上被分割成兩個(gè)部分,結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,在運(yùn)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng),所以只有在少數(shù)的車上應(yīng)用。
● 水平對置發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)
水平對置發(fā)動(dòng)機(jī)的相鄰氣缸相互對立布置(活塞的底部向外側(cè)),兩氣缸的夾角為180°,不過它與180°V型發(fā)動(dòng)機(jī)還是有本質(zhì)的區(qū)別的。水平對置發(fā)動(dòng)機(jī)與直列發(fā)動(dòng)機(jī)類似,是不共用曲柄銷的(也就是說一個(gè)活塞只連一個(gè)曲柄銷),而且對向活塞的運(yùn)動(dòng)方向是相反的,但是180°V型發(fā)動(dòng)機(jī)則剛好相反。水平對置發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以很好的抵消振動(dòng),使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn);重心低,車頭可以設(shè)計(jì)得更低,滿足空氣動(dòng)力學(xué)的要求;動(dòng)力輸出軸方向與傳動(dòng)軸方向一致,動(dòng)力傳遞效率較高。缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維修不方便;生產(chǎn)工藝要求苛刻,生產(chǎn)成本高,在知名品牌的轎車中只有保時(shí)捷和斯巴魯還在堅(jiān)持使用水平對置發(fā)動(dòng)機(jī)。
● 發(fā)動(dòng)機(jī)為什么能源源不斷提供動(dòng)力
發(fā)動(dòng)機(jī)之所以能源源不斷的提供動(dòng)力,得益于氣缸內(nèi)的進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣這四個(gè)行程的有條不紊地循環(huán)運(yùn)作。
進(jìn)氣行程,活塞從氣缸內(nèi)上止點(diǎn)移動(dòng)至下止點(diǎn)時(shí),進(jìn)氣門打開,排氣門關(guān)閉,新鮮的空氣和汽油混合氣被吸入氣缸內(nèi)。
壓縮行程,進(jìn)排氣門關(guān)閉,活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)至上止點(diǎn),將混合氣體壓縮至氣缸頂部,以提高混合氣的溫度,為做功行程做準(zhǔn)備。
做功行程,火花塞將壓縮的氣體點(diǎn)燃,混合氣體在氣缸內(nèi)發(fā)生“爆炸”產(chǎn)生巨大壓力,將活塞從上止點(diǎn)推至下止點(diǎn),通過連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。
排氣行程,活塞從下止點(diǎn)移至上止點(diǎn),此時(shí)進(jìn)氣門關(guān)閉,排氣門打開,將燃燒后的廢氣通過排氣歧管排出氣缸外。
● 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力源于爆炸
發(fā)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生動(dòng)力其實(shí)是源于氣缸內(nèi)的“爆炸力”。在密封氣缸燃燒室內(nèi),火花塞將一定比例汽油和空氣的混合氣體在合適的時(shí)刻里瞬間點(diǎn)燃,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的爆炸力,而燃燒室是頂部是固定的,巨大的壓力迫使活塞向下運(yùn)動(dòng),通過連桿推動(dòng)曲軸,在通過一系列機(jī)構(gòu)把動(dòng)力傳到驅(qū)動(dòng)輪上,最終推動(dòng)汽車。
● 火花塞是“引爆”高手
要想氣缸內(nèi)的“爆炸”威力更大,適時(shí)的點(diǎn)火就非常重要了,而氣缸內(nèi)的火花塞就是扮演“引爆”的角色。其實(shí)火花塞點(diǎn)火的原理有點(diǎn)類似雷電,火花塞頭部有中心電極和側(cè)電極(相于兩朵帶相反極性離子的云),兩個(gè)電極之間有個(gè)很小的間隙(稱為點(diǎn)火間隙),當(dāng)通電時(shí)能產(chǎn)生高達(dá)1萬多伏的電火花,可以瞬間“引爆”氣缸內(nèi)的混合氣體。
● 進(jìn)氣門要比排氣門大
要想氣缸內(nèi)不斷的發(fā)生“爆炸”,必須不斷的輸入新的燃料和及時(shí)排出廢氣,進(jìn)、排氣門在這過程中就扮演了重要角色。進(jìn)、排氣門是由凸輪控制的,適時(shí)的執(zhí)行“開門”和“關(guān)門”這兩個(gè)動(dòng)作。為什么看到的進(jìn)氣門都會(huì)比排氣門大一些呢?因?yàn)橐话氵M(jìn)氣是靠真空吸進(jìn)去的,排氣是擠壓將廢氣推出,所以排氣相對比進(jìn)氣容易。為了獲得更多的新鮮空氣參與燃燒,因而進(jìn)氣門需要弄大點(diǎn)以獲得更多的進(jìn)氣。
● 氣門數(shù)不宜過多
如果發(fā)動(dòng)機(jī)有多個(gè)氣門的話,高轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)氣量大、排氣干凈,發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也比較好(類似一個(gè)電影院,門口多的話,進(jìn)進(jìn)出出就方便多了)。但是多氣門設(shè)計(jì)較復(fù)雜,尤其是氣門的驅(qū)動(dòng)方式、燃燒室構(gòu)造和火花塞位置都需要進(jìn)行精密的布置,這樣生產(chǎn)工藝要求高,制造成本自然也高,后期的維修也困難。所以氣門數(shù)不宜過多,常見的發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸有4個(gè)氣門(2進(jìn)2出)。
二、發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門原理解析
前面已經(jīng)了解過發(fā)動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造和動(dòng)力來源。其實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度并不是一成不變的,而是像人跑步一樣,時(shí)而急促,時(shí)而平緩,那么調(diào)節(jié)好自己的呼吸節(jié)奏尤其重要,下面我們就來了解一下發(fā)動(dòng)機(jī)是怎樣“呼吸”的。
● 凸輪軸的作用
簡單來說,凸輪軸是一根有多個(gè)圓盤形凸輪的金屬桿。這根金屬桿在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中起到什么作用?它主要負(fù)責(zé)進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉。凸輪軸在曲軸的帶動(dòng)下不斷旋轉(zhuǎn),凸輪便不斷地下壓氣門(搖臂或頂桿),從而實(shí)現(xiàn)控制進(jìn)氣門和排氣門開啟和關(guān)閉的功能。
● OHV、OHC、SOHC、DOHC代表什么意思?
在發(fā)動(dòng)機(jī)外殼上經(jīng)常會(huì)看到SOHC、DOHC這些字母,這些字母到底表示的是什么意思?OHV是指頂置氣門底置凸輪軸,就是凸輪軸布置在氣缸底部,氣門布置氣缸頂部。OHC是指頂置凸輪軸,也就是凸輪軸布置在氣缸的頂部。
如果氣缸頂部只有一根凸輪軸同時(shí)負(fù)責(zé)進(jìn)、排氣門的開、關(guān),稱為單頂置凸輪軸(SOHC)。氣缸頂部如果有兩根凸輪軸分別負(fù)責(zé)進(jìn)、排氣門的開關(guān),則稱為雙頂置凸輪軸(DOHC)。
底置凸輪軸的凸輪與氣門搖臂間需要采用一根金屬連桿連接,凸輪頂起連桿從而推動(dòng)搖臂來實(shí)現(xiàn)氣門的開合。但過高的轉(zhuǎn)速容易導(dǎo)致頂桿折斷,因此這種設(shè)計(jì)多應(yīng)用于大排量、低轉(zhuǎn)速、追求大扭矩輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)。而凸輪軸頂置可省略頂桿簡化了凸輪軸到氣門的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),更適合發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)的動(dòng)力表現(xiàn),頂置凸輪軸應(yīng)用比較廣泛。
● 配氣機(jī)構(gòu)的作用
配氣機(jī)構(gòu)主要包括正時(shí)齒輪系、凸輪軸、氣門傳動(dòng)組件(氣門、推桿、搖臂等),主要的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況,適時(shí)的開啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門,以使得新鮮混合氣體及時(shí)充滿氣缸,廢氣得以及時(shí)排出氣缸外。
● 什么是氣門正時(shí)?為什么需要正時(shí)?
所謂氣門正時(shí),可以簡單理解為氣門開啟和關(guān)閉的時(shí)刻。理論上在進(jìn)氣行程中,活塞由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)時(shí),進(jìn)氣門打開、排氣門關(guān)閉;在排氣行程中,活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)時(shí),進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門打開。
那為什么要正時(shí)呢?其實(shí)在實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)工作中,為了增大氣缸內(nèi)的進(jìn)氣量,進(jìn)氣門需要提前開啟、延遲關(guān)閉;同樣地,為了使氣缸內(nèi)的廢氣排的更干凈,排氣門也需要提前開啟、延遲關(guān)閉,這樣才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)有效的運(yùn)作。
● 可變氣門正時(shí)、可變氣門升程又是什么?
發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí),每個(gè)氣缸在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi),吸氣和排氣的時(shí)間是非常短的,要想達(dá)到高的充氣效率,就必須延長氣缸的吸氣和排氣時(shí)間,也就是要求增大氣門的重疊角;而發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí),過大的氣門重疊角則容易使得廢氣倒灌,吸氣量反而會(huì)下降,從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn),低速扭矩偏低。
固定的氣門正時(shí)很難同時(shí)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速兩種工況的需求,所以可變氣門正時(shí)應(yīng)運(yùn)而生。可變氣門正時(shí)可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和工況的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié),使得發(fā)動(dòng)機(jī)在高低速下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率。
影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的實(shí)質(zhì)其實(shí)與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入到氣缸內(nèi)的氧氣量有關(guān),而可變氣門正時(shí)系統(tǒng)只能改變氣門的開啟和關(guān)閉的時(shí)間,卻不能改變單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)氣量,變氣門升程就能滿足這個(gè)需求。如果把發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門看作是房子的一扇“門”的話,氣門正時(shí)可以理解為“門”打開的時(shí)間,氣門升程則相當(dāng)于“門”打開的大小。
● 豐田VVT-i可變氣門正時(shí)系統(tǒng)
豐田的可變氣門正時(shí)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用,主要的原理是在凸輪軸上加裝一套液力機(jī)構(gòu),通過ECU的控制,在一定角度范圍內(nèi)對氣門的開啟、關(guān)閉的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié),或提前、或延遲、或保持不變。
凸輪軸的正時(shí)齒輪的外轉(zhuǎn)子與正時(shí)鏈條(皮帶)相連,內(nèi)轉(zhuǎn)子與凸輪軸相連。外轉(zhuǎn)子可以通過液壓油間接帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子,從而實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的角度提前或延遲。
● 本田i-VTEC可變氣門升程系統(tǒng)
本田的i-VTEC可變氣門升程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理并不復(fù)雜,可以看做在原來的基礎(chǔ)上加了第三根搖臂和第三個(gè)凸輪軸。它是怎樣實(shí)現(xiàn)改變氣門升程的呢?可以簡單的理解為,通過三根搖臂的分離與結(jié)合一體,來實(shí)現(xiàn)高低角度凸輪軸的切換,從而改變氣門的升程。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低負(fù)荷時(shí),三根搖臂處于分離狀態(tài),低角度凸輪兩邊的搖臂來控制氣門的開閉,氣門升程量小;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷時(shí),三根搖臂結(jié)合為一體,由高角度凸輪驅(qū)動(dòng)中間搖臂,氣門升程量大。
● 寶馬Valvetronic可變氣門升程系統(tǒng)
寶馬的Valvetronic可變氣門升程系統(tǒng),主要是通過在其配氣機(jī)構(gòu)上增加偏心軸、伺服電機(jī)和中間推桿等部件來改變氣門升程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí),蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)會(huì)驅(qū)動(dòng)偏心軸發(fā)生旋轉(zhuǎn),再通過中間推桿和搖臂推動(dòng)氣門。偏心輪旋轉(zhuǎn)的角度不同,凸輪軸通過中間推桿和搖臂推動(dòng)氣門產(chǎn)生的升程也不同,從而實(shí)現(xiàn)對氣門升程的控制。
● 奧迪AVS可變氣門升程系統(tǒng)
奧迪的AVS可變氣門升程系統(tǒng),主要通過切換凸輪軸上兩組高度不同的凸輪來實(shí)現(xiàn)改變氣門的升程,其原理與本田的i-VTEC非常相似,只是AVS系統(tǒng)是通過安裝在凸輪軸上的螺旋溝槽套筒,來實(shí)現(xiàn)凸輪軸的左右移動(dòng),進(jìn)而切換凸輪軸上的高低凸輪。
發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷時(shí),電磁驅(qū)動(dòng)器使凸輪軸向右移動(dòng),切換到高角度凸輪,從而增大氣門的升程;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低負(fù)荷時(shí),電磁驅(qū)動(dòng)器使凸輪軸向左移動(dòng),切換到低角度凸輪,以減少氣門的升程。
三、發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴原理解析
隨著對能源和環(huán)保的要求日趨嚴(yán)格,發(fā)動(dòng)機(jī)也要不斷升級進(jìn)化,才能滿足人們的需求。如時(shí)下的“缸內(nèi)直噴”、“分層燃燒”、“可變排量”等名詞相信大家并不陌生,到底它們的工作原理是怎樣的?下面我們一起來了解一下吧。
● 活塞、曲軸是最“累”的?
發(fā)動(dòng)一運(yùn)轉(zhuǎn),活塞的“頭上”就要頂著高溫高壓,不停地做高速上下運(yùn)動(dòng),工作環(huán)境非常嚴(yán)苛。可以說活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)“心臟”,因此活塞的材質(zhì)制作精度都有著很高的要求。
而被活塞踩在“腳下”的曲軸也不好受,要不停地做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸每分鐘要旋轉(zhuǎn)數(shù)千次,肩負(fù)著帶動(dòng)機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、凸輪軸等機(jī)構(gòu)的艱巨任務(wù),是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的中轉(zhuǎn)軸,因此它也比較“壯”。
● 直線運(yùn)動(dòng)如何變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?
我們都知道,氣缸內(nèi)活塞做的是上下的直線運(yùn)動(dòng),但要輸出驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)力,是怎樣把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的呢?其實(shí)這個(gè)與曲軸的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。曲軸的連桿軸與主軸是不在同一直線上的,而是對立布置的。
這個(gè)運(yùn)動(dòng)原理其實(shí)跟我們踩自行車非常相似,我們兩個(gè)腳相當(dāng)于相鄰的兩個(gè)活塞,腳踏板相當(dāng)于連桿軸,而中間的大飛輪就是曲軸的主軸。我們左腳向下用力蹬時(shí)(活塞做功或吸氣向下做運(yùn)動(dòng)),右腳會(huì)被提上來(另一活塞壓縮或排氣做向上運(yùn)動(dòng))。這樣周而復(fù)始,就有直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)了。
● 發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪為什么這么大?
都知道活塞的四個(gè)行程中,只有一次是做功的,進(jìn)氣、壓縮、排氣三個(gè)行程都需要一定的力量支持才能順利進(jìn)行,而飛輪在這個(gè)過程中就幫了很大的忙。
飛輪之所以做得比較大,主要是為了存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)能量,這樣才能保證曲軸平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。其實(shí)這個(gè)原理跟我們小時(shí)候的陀螺玩具差不多,我們用力旋轉(zhuǎn)后,它能保持相當(dāng)長時(shí)間的轉(zhuǎn)動(dòng)。
● 發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、壓縮比
活塞從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)所通過的空間容積稱為氣缸排量;發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸排量之和稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排量,通常用升(L)來表示。如我們平時(shí)看到的汽車排量,1.6L、2.0L、2.4L等等。其實(shí)氣缸的容積是個(gè)圓柱體,不太可能正好是整升數(shù)的,如1998mL、2397mL等數(shù)字,可以近似標(biāo)示為2.0L、2.4L。
壓縮比,即發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣體被壓縮的程度,氣缸總?cè)莘e與壓縮后的氣缸容積(即燃燒室容積)之比來表示。為什么要對氣缸的混合氣體壓縮呢?這樣可以讓混合氣體更容易、更快速的完全燃燒,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率。
● 什么是可變排量?如何改變排量的?
通常為了獲得大的動(dòng)力,需要把發(fā)動(dòng)機(jī)的排量增大,如8缸、12缸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力就非常強(qiáng)勁。但付出的代價(jià)就是油耗增加。尤其是在怠速等工況不需要大動(dòng)力輸出時(shí),燃油就白白浪費(fèi)掉了,而可變排量就可以很好地解決矛盾。
可變排量,顧名思義就是發(fā)動(dòng)機(jī)的排量并不是固定的(也就是說參加工作的氣缸數(shù)量是發(fā)生變化的),而是可以根據(jù)工況需要而發(fā)生改變。那發(fā)動(dòng)機(jī)怎么來實(shí)現(xiàn)排量的改變的?簡單的說,就是通過控制進(jìn)氣門和油路來開啟或關(guān)閉某個(gè)氣缸的工作。比如一臺(tái)6缸可變排量發(fā)動(dòng)機(jī),可以根據(jù)實(shí)際工況需要,實(shí)現(xiàn)3缸、4缸、6缸三種工作模式,以降低油耗,提高燃油的經(jīng)濟(jì)性。
如大眾TSI EA211發(fā)動(dòng)機(jī)采用了可變排量(氣缸關(guān)閉)技術(shù),主要是通過電磁控制器和安裝在凸輪軸上的螺旋溝槽套筒來實(shí)現(xiàn)氣門的關(guān)閉與開啟。
● 什么是缸內(nèi)直噴?有什么優(yōu)勢?
我們知道,傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)是在進(jìn)氣歧管中噴油再與空氣形成混合氣體,最后才進(jìn)入到氣缸內(nèi)的。在此過程中,因?yàn)閲娪妥炖锶紵疫€有一定距離,微小的油粒會(huì)吸附在管道壁上,而且汽油與空氣的混合受進(jìn)氣氣流和氣門關(guān)閉影響較大。
而缸內(nèi)直噴是直接將燃油噴射在缸內(nèi),在氣缸內(nèi)直接與空氣混合。ECU可以根據(jù)吸入的空氣量精確地控制燃油和噴射量和噴射時(shí)間,高壓的燃油噴射系統(tǒng)可以是使油氣的霧化和混合效率更加優(yōu)異,使符合理論空燃比的混合氣體燃燒更加充分,從而降低油耗,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。
這套由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)衍生而來的科技目前已經(jīng)大量使用在包含大眾(含奧迪)、寶馬、梅賽德斯-奔馳、通用等車系上。
福特2.0L EcoBoost GTDi發(fā)動(dòng)機(jī)采用了缸內(nèi)直噴技術(shù)。
● 什么是均質(zhì)燃燒?分層燃燒?
所謂“均質(zhì)燃燒”可以理解為普通的燃燒方式,即燃料和空氣混合形成一定濃度的可燃混合氣,整個(gè)燃燒室內(nèi)混合氣的空燃比是相同的,經(jīng)火花塞點(diǎn)燃燃燒。由于混合氣形成時(shí)間較長,燃料和空氣可以得到充分的混合,燃燒更均勻,從而獲得較大的輸出功率。
而分層燃燒,整個(gè)燃燒室內(nèi)的混合氣的空燃比是不同的,火花塞附近的混合氣濃度要比其他地方的要高,這樣在火花塞周圍的混合氣他可以迅速燃燒,從而帶動(dòng)較遠(yuǎn)處較稀的混合氣體的燃燒,這種燃燒方式稱為“分層燃燒”。均質(zhì)燃燒的目的是在高速行駛、加速時(shí)獲得大功率;分層燃燒是為了在低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷時(shí)節(jié)省燃油。
● 如何是實(shí)現(xiàn)分層燃燒?
如TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是怎樣實(shí)現(xiàn)分層燃燒的?首先,發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程活塞移至下止點(diǎn)時(shí),ECU控制噴油嘴進(jìn)行一次小量的噴油,使氣缸內(nèi)形成稀薄混合氣。
在活塞壓縮行程末端時(shí)再進(jìn)行第二次噴油,這樣在火花塞附近形成混合氣相對濃度較高的區(qū)域(利用活塞頂?shù)奶厥饨Y(jié)構(gòu)),然后利用這部分較濃的混合氣引燃氣缸內(nèi)的稀薄混合氣,從而實(shí)現(xiàn)氣缸內(nèi)的稀薄燃燒,這樣可以用更少的燃油達(dá)到同樣的燃燒效果,進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。
四、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓原理解析
在平時(shí)開車的時(shí)候相信大家都有體會(huì),感覺帶“T ”的發(fā)動(dòng)機(jī)很給力,動(dòng)力很強(qiáng)勁。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)為什么動(dòng)力強(qiáng)勁?是怎樣增壓的?下面我們就來了解一下發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器的工作原理。
● 節(jié)氣門的作用
在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中主要有兩大部件,一是空氣濾清器,主要負(fù)責(zé)過濾空氣中的雜質(zhì);二是進(jìn)氣管道,主要將空氣引入到氣缸中。而在進(jìn)氣管中有個(gè)很重要的部件,就是節(jié)氣門。
節(jié)氣門主要的作用就是控制進(jìn)入氣缸的混合氣量大小。那它是怎么控制進(jìn)氣量的呢?我們開車時(shí)踩油門踏板的深淺,其實(shí)就是控制節(jié)氣門開度的大小。油門踏板踩得越深,節(jié)氣門開度就越大,混合氣進(jìn)入量就越大,發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)上升。
傳統(tǒng)拉線油門是通過鋼絲一端與油門踏板相連另一端與節(jié)氣門相連,它的傳輸比例是1:1,這種方式控制精度不理想。而現(xiàn)在的電子節(jié)氣門(電子油門),是通過位置傳感器,將踩踏油門踏板動(dòng)作的力量、幅度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧M(jìn)行分析,然后總結(jié)出駕駛者踩油門的意圖,再由ECU計(jì)算實(shí)際節(jié)汽門開合度并發(fā)出指令控制節(jié)汽門電機(jī)工作,從而實(shí)現(xiàn)對節(jié)氣門的精準(zhǔn)控制。
● 進(jìn)氣歧管長度可變?
我們平時(shí)看到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管的長度好像都是固定的,它的長度還可以改變?其實(shí)在進(jìn)氣歧管內(nèi)安裝控制閥,通過它的打開和關(guān)閉,可以將進(jìn)氣歧管分為兩段,從而改變它的有效長度。那改變進(jìn)氣歧管的長度有什么作用呢?主要是為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣效率,從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力性能。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),黑色控制閥關(guān)閉,氣流被迫從長歧管流入氣缸,可以增加進(jìn)氣的氣流速度和壓強(qiáng),使汽油和空氣更好的混合,燃燒更充分(這個(gè)有點(diǎn)像把水流不急的水管捏扁后,水流速度會(huì)變急的原理一樣)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí),控制閥門打開,氣流繞開下端管道直接進(jìn)入氣缸,這時(shí)能更快吸入更多的空氣,增大發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速的進(jìn)氣量。
● 排氣歧管為什么“長”得奇形怪狀的?
汽車的排氣系統(tǒng)主要包括排氣歧管、三元催化轉(zhuǎn)化器、消聲器和排氣管道等。主要的作用就是將氣缸內(nèi)燃燒的廢氣排出到大氣中。
為什么我們看到的排氣管大多都形狀怪異的?這種設(shè)計(jì)主要是為了最大限度地避免各缸排出的廢氣發(fā)生相互干涉或廢氣回流的現(xiàn)象,而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。
雖然排氣管設(shè)計(jì)的奇形怪狀,但為了防止出現(xiàn)紊流,還是遵循一定的原則的,如各缸排氣歧管盡可能獨(dú)立、長度盡可能相等;排氣歧管盡可能長等。
● 渦輪增壓是怎樣增壓的?
渦輪增壓大家并不陌生,平時(shí)在車的尾部都可以看到諸如1.4T、2.0T等字樣,這說明了這輛車的發(fā)動(dòng)機(jī)是帶渦輪增壓的。渦輪增壓(Turbocharger)簡稱Turbo或T。渦輪增壓是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣帶動(dòng)渦輪來壓縮進(jìn)氣,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩,使車更有勁。
渦輪增壓器主要由渦輪機(jī)和壓縮機(jī)兩部分組成,之間通過一根傳動(dòng)軸連接。渦輪的進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連,排氣口與排氣管相連;壓縮機(jī)的進(jìn)氣口與進(jìn)氣管相連,排氣口則接在進(jìn)氣歧管上。到底是怎樣實(shí)現(xiàn)增壓的呢?主要是通過發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣沖擊渦輪高速運(yùn)轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)同軸的壓縮機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng),強(qiáng)制地將增壓后的空氣壓送到氣缸中。
渦輪增壓主要是利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的能量帶動(dòng)壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)對進(jìn)氣的增壓,整個(gè)過程中基本不會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力,擁有良好的加速持續(xù)性,但是在低速時(shí)渦輪不能及時(shí)介入,帶有一定的滯后性。
● 機(jī)械增壓又是怎樣的?
相對于渦輪增壓,機(jī)械增壓(Supercharger)的原理則有所不同。機(jī)械增壓主要是通過曲軸的動(dòng)力帶動(dòng)一個(gè)機(jī)械式的空氣壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)來壓縮空氣的。與渦輪增壓不同的是,機(jī)械增壓工作過程中會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力造成一定程度的損耗。
由于機(jī)械增壓器是直接由曲軸帶動(dòng)的,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),增壓器也就開始工作了。所以在低轉(zhuǎn)速時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出表現(xiàn)也十分出色,而且空氣壓縮量是按照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速線性上升的,沒有渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)介入那一刻的唐突,也沒有渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的低速遲滯。但是在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),機(jī)械增壓器對發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的損耗也是很大的,動(dòng)力提升不太明顯。
● 雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是怎樣工作的?
雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī),顧名思義就是指一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上裝有兩個(gè)增壓器。如一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用兩個(gè)渦輪增壓器,則稱為雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。如寶馬3.0L直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī),采用的就是兩個(gè)渦輪增壓器。
針對廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現(xiàn)象,排氣管上并聯(lián)兩只同樣的渦輪(每三個(gè)缸一組連接一個(gè)渦輪增壓器),在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候,較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力,減小渦輪遲滯效應(yīng)。
前面了解到,渦輪增壓器在低轉(zhuǎn)速時(shí)有遲滯現(xiàn)象,但高速時(shí)增壓值大,發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力提升明顯,而且基本不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力;而機(jī)械增壓器,是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)渦輪,沒有渦輪增壓的遲滯,但是是損耗部分動(dòng)力、增壓值較低。那把它們結(jié)合一起就豈不是可以優(yōu)勢互補(bǔ)了?
如大眾高爾夫GT上裝備的1.4升TSI發(fā)動(dòng)機(jī),設(shè)計(jì)師就把渦輪增壓器和機(jī)械增壓器結(jié)合到了一起。將機(jī)械增壓器安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)上,渦輪增壓器安裝在排氣系統(tǒng)上,從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低速、中速和高速時(shí)都能有較好的增壓效果。
五、發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑/冷卻系統(tǒng)解析
在我們?nèi)粘ｐB(yǎng)車中,定期更換機(jī)油機(jī)濾、檢查水箱水是必不可少的項(xiàng)目,這對發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能有著重要的影響。機(jī)油、水箱水分別是發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系和冷卻系的重要載體,那它們是怎樣對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行潤滑和冷卻的呢?下面我們一起來了解一下吧。
● 發(fā)動(dòng)機(jī)如何潤滑?
發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部有許多相互摩擦運(yùn)動(dòng)的零件,如曲軸主軸頸與主軸承、凸輪軸頸與凸輪軸承、活塞、活塞環(huán)與氣缸壁面等等,這些部件運(yùn)動(dòng)速度快,工作環(huán)境惡劣,它們之間需要有適當(dāng)?shù)臐櫥?才能降低磨損,延長發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。機(jī)油作為發(fā)動(dòng)機(jī)的“血液”,對發(fā)動(dòng)機(jī)油具有潤滑、冷卻、清洗、密封和防銹等作用,定期地更換機(jī)油對發(fā)動(dòng)機(jī)有著重要的作用。
機(jī)油主要存儲(chǔ)在油底殼中,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后帶動(dòng)機(jī)油泵,利用泵的壓力將機(jī)油壓送至發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部位。潤滑后的機(jī)油會(huì)沿著缸壁等途徑回到油底殼中,重復(fù)循環(huán)使用。
反復(fù)重復(fù)潤滑的機(jī)油中,會(huì)帶有磨損的金屬末或灰塵等雜質(zhì),如不清理反而加速零件間的磨損。所以在機(jī)油油道上必須安裝機(jī)油濾清器進(jìn)行過濾。但時(shí)間過長,機(jī)油一樣會(huì)變臟,因此在車輛行駛一定里程后必須更換機(jī)油機(jī)濾。
● 發(fā)動(dòng)機(jī)是如何冷卻的?
發(fā)動(dòng)機(jī)除了要有潤滑系統(tǒng)減少零件間的摩擦外,還必須要有個(gè)冷卻系統(tǒng),適時(shí)將受熱零件的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去,以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻有水冷和風(fēng)冷兩種方式,現(xiàn)在一般車用發(fā)動(dòng)機(jī)都采用水冷式。發(fā)動(dòng)機(jī)水冷式冷卻系統(tǒng)主要由水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、補(bǔ)償水箱、節(jié)溫器、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、氣缸蓋水套等部分組成。
那是怎么進(jìn)行冷卻的呢?主要通過水泵使環(huán)繞在氣缸水套中的冷卻液加快流動(dòng),通過行駛中的自然風(fēng)和電動(dòng)風(fēng)扇,使冷卻液在散熱器中進(jìn)行冷卻,冷卻后的冷卻液再次引入到水套中,周而復(fù)始,實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻。
其實(shí)冷卻系除了對發(fā)動(dòng)機(jī)有冷卻作用外,還有“保溫”的作用,因?yàn)椤斑^冷”或“過熱”,都會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。這個(gè)過程主要是通過節(jié)溫器實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系“大小循環(huán)”的切換。什么是冷卻系統(tǒng)的大小循環(huán)?可以簡單理解為,小循環(huán)的冷卻液是不通過散熱器的,而大循環(huán)的冷卻液是通過散熱器的。
● 柴油機(jī)和汽油機(jī)的區(qū)別
柴油機(jī)和汽油機(jī)是汽車上最常見的兩種動(dòng)力裝置,因?yàn)槿剂系牟煌?柴油機(jī)和汽油機(jī)工作方式也是有所不同的。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面,首先噴射方式不一樣,一般的汽油機(jī)(直噴發(fā)動(dòng)機(jī)除外)是將汽油與燃料混合后進(jìn)入氣缸,而柴油機(jī)是直接將柴油噴入已充滿壓縮空氣的氣缸。
其次,點(diǎn)火方式不同。汽油機(jī)需要火花塞將混合氣點(diǎn)燃,而柴油機(jī)是壓縮自燃點(diǎn)火。最后,壓縮比不同,柴油機(jī)的壓縮比一般都比汽油機(jī)的要大,因此它的膨脹比和熱效率比較高,油耗比汽油機(jī)要低。
● 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)是怎樣工作的?
轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)也稱三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī),與我們常見的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)不同的是,它是一種通過三角活塞在氣缸內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)。
轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞是一個(gè)扁平三角形,氣缸是一個(gè)扁盒子,活塞偏心地安裝在空腔內(nèi)。汽油燃燒產(chǎn)生的膨脹力作用在轉(zhuǎn)子的側(cè)面上,從而將三角形轉(zhuǎn)子的三個(gè)面之一推向偏心軸的中心,在向心力和切向力的作用下,活塞在氣缸內(nèi)做行星旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
在這過程中,工作室的容積隨著活塞轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生周期性的變化,從而完成進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣這四個(gè)行程。活塞每旋轉(zhuǎn)一次就做功一次,與一般的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)兩圈才做一次功,具有高馬力容積等優(yōu)點(diǎn)。
● 混合動(dòng)力汽車是怎樣的?
現(xiàn)在的混合動(dòng)力汽車一般為油電混合,就是利用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同為汽車提供動(dòng)力。混合動(dòng)力車上的裝置可以在車輛減速、制動(dòng)、下坡時(shí)回收能量,并通過電動(dòng)機(jī)為汽車提供動(dòng)力,因此它的油耗比較低,但汽車價(jià)格相對較高。
根據(jù)電動(dòng)機(jī)所起作用的大小,可以分為強(qiáng)混合動(dòng)力和輕混合動(dòng)力兩種。強(qiáng)混合動(dòng)力車主要采用大功率電動(dòng)機(jī),盡量縮小發(fā)動(dòng)機(jī)的排量。在起步或低速時(shí),可以單純依靠電力行駛,如在車輛重載、加速等情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)才會(huì)介入工作。
輕混合動(dòng)力車的主要驅(qū)動(dòng)力是燃油發(fā)動(dòng)機(jī),而電動(dòng)機(jī)只是作為輔助作用,不能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車。但能在車輛減速、制動(dòng)時(shí)進(jìn)行能量回收,實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力的最大效率。
六、手動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)原理解析
前面了解到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理,都知道發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是非常高的,如將動(dòng)力直接作用于車輪來驅(qū)動(dòng)汽車的話是很不現(xiàn)實(shí)的。為了滿足汽車起步、爬坡、高速行駛等駕駛的需要,變速器應(yīng)運(yùn)而生。下面解析一下汽車變速器的結(jié)構(gòu)及工作原理。
● 為什么變速器是必要的?
汽車作為一種交通工具,必然會(huì)有起步、上坡、高速行駛等駕駛需要。而這期間驅(qū)動(dòng)汽車所需的扭力都是不同的,光靠發(fā)動(dòng)機(jī)是無法應(yīng)付的。
因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)直接輸出的轉(zhuǎn)矩變化范圍是比較小的,而汽車起步、上坡卻需要大的轉(zhuǎn)矩,高速行駛時(shí),只需要較小的轉(zhuǎn)矩,如直接把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)汽車的話,就很難實(shí)現(xiàn)汽車的起步、上坡或高速行駛。另外,汽車需要倒車,也必須要用到變速器來實(shí)現(xiàn)。
● 變速器為什么能變速?
變速箱為什么可以調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速呢?其實(shí)這里蘊(yùn)含了齒輪和杠桿的原理。變速箱內(nèi)有多個(gè)不同的齒輪,通過不同大小的齒輪組合一起,就能實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的調(diào)整。用低轉(zhuǎn)矩可以換來高轉(zhuǎn)速,用低轉(zhuǎn)速則可以換來高轉(zhuǎn)矩。
變速器的作用主要表現(xiàn)在三方面:第一,改變傳動(dòng)比,擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍;第二,在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變的情況下,實(shí)現(xiàn)汽車倒退行駛;第三,利用空檔,可以中斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞,使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以起動(dòng)、怠速。
● 變速器有哪些種類?
汽車變速器按照操控方式可分為手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器。常見的自動(dòng)變速器主要有三種,分別是液力自動(dòng)變速器(AT)、機(jī)械無級自動(dòng)變速器(CVT)、雙離合器變速器(DSG)。
● 手動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)
手動(dòng)變速器(Manual Transmission,簡稱MT),就是必須通過用手撥動(dòng)變速器桿,才能改變傳動(dòng)比的變速器。手動(dòng)變速器主要由殼體、傳動(dòng)組件(輸入輸出軸、齒輪、同步器等)、操縱組件(換擋拉桿、撥叉等)。
● 手動(dòng)變速器工作原理
手動(dòng)變速器的工作原理,就是通過撥動(dòng)變速桿,切換中間軸上的主動(dòng)齒輪,通過大小不同的齒輪組合與動(dòng)力輸出軸結(jié)合,從而改變驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。下面先看一下簡化的手動(dòng)變速器(2檔)的構(gòu)造圖。
發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸入軸是通過一根中間軸,間接與動(dòng)力輸出軸連接的。如上圖所示,中間軸的兩個(gè)齒輪(紅色)與動(dòng)力輸出軸上的兩個(gè)齒輪(藍(lán)色)是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)輸出一起轉(zhuǎn)動(dòng)的。但是如果沒有同步器(紫色)的接合,兩個(gè)齒輪(藍(lán)色)只能在動(dòng)力輸出軸上空轉(zhuǎn)(即不會(huì)帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng))。圖中同步器位于中間狀態(tài),相當(dāng)于變速器掛了空檔。
當(dāng)變速桿向左移動(dòng),使同步器向右移動(dòng)與齒輪(如上圖所示)接合,發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過中間軸的齒輪,將動(dòng)力傳遞給動(dòng)力輸出軸。
一般的手動(dòng)變速器都有好幾個(gè)檔位(如上圖的5檔手動(dòng)變速器),可以理解為在原來的基礎(chǔ)上添加了幾組齒輪,其實(shí)原理都是一樣的。如當(dāng)掛上1擋時(shí),實(shí)際上是將(1、2擋同步器)向左移動(dòng)使同步器與1擋從動(dòng)齒輪(圖中①)接合,將動(dòng)力傳遞到輸出軸。細(xì)心的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn),R檔(倒車檔)的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪中夾了一個(gè)中間齒輪,就是通過這個(gè)齒輪實(shí)現(xiàn)汽車的倒退行駛。
● 同步器起什么作用?
變速器在進(jìn)行換檔操作時(shí),尤其是從高檔向低檔的換檔很容易產(chǎn)生輪齒或花鍵齒間的沖擊。為了避免齒間沖擊,在換檔裝置中都設(shè)置同步器。
同步器有常壓式和慣性式兩種,目前大部分同步式變速器上采用的是慣性同步器,它主要由接合套、同步鎖環(huán)等組成,主要是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步。
當(dāng)同步鎖環(huán)內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸后,在摩擦力矩的作用下齒輪轉(zhuǎn)速迅速降低(或升高)到與同步鎖環(huán)轉(zhuǎn)速相等,兩者同步旋轉(zhuǎn),齒輪相對于同步鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速為零,因而慣性力矩也同時(shí)消失,這時(shí)在作用力的推動(dòng)下,接合套不受阻礙地與同步鎖環(huán)齒圈接合,并進(jìn)一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成換檔過程。
七、3種自動(dòng)變速器原理解析
眾所周知,汽車變速箱可以分為自動(dòng)變速箱和手動(dòng)變速箱。但并不是所有的人都能夠完整地說出自動(dòng)變速箱的種類以及各種類自動(dòng)變速箱究竟在運(yùn)作原理上有什么不同。下面來剖析一下AT、CVT、DSG這三種自動(dòng)變速箱的運(yùn)作原理。
● AT自動(dòng)變速箱的結(jié)構(gòu)及工作原理:
現(xiàn)在自動(dòng)變速箱一般都是液力變矩器式自動(dòng)變速箱,也就是俗稱的“AT”自動(dòng)變速箱。它主要由兩大部分構(gòu)成:1、和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪連接的液力變矩器。2、緊跟在液力變矩器后方的變速機(jī)構(gòu)。
液力變矩器一般是由泵輪、定葉輪、渦輪以及鎖止離合器組成的。鎖止離合器的作用是當(dāng)車速超過一定速度時(shí),采用鎖止離合器將發(fā)動(dòng)機(jī)與變速機(jī)構(gòu)直接連接,這樣可以減少燃油消耗。
液力變矩器的作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出傳遞到變速機(jī)構(gòu)。它里面充滿了傳動(dòng)油,當(dāng)與動(dòng)力輸入軸相連接的泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),它會(huì)通過傳動(dòng)油帶動(dòng)與輸出軸相連的渦輪一起轉(zhuǎn)動(dòng),從而將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞出去。其原理就像一把插電的風(fēng)扇能夠帶動(dòng)一把不插電的風(fēng)扇的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)一樣。
AT自動(dòng)變速箱每個(gè)檔位都由一組離合片控制,從而實(shí)現(xiàn)變速功能。現(xiàn)在的AT自動(dòng)變速箱采用電磁閥對離合片進(jìn)行控制,使得系統(tǒng)更簡單,可靠性更好。AT自動(dòng)變速箱的傳動(dòng)齒輪和手動(dòng)變速箱的傳動(dòng)齒輪并不相同。AT自動(dòng)變速箱采用的是行星齒輪組實(shí)現(xiàn)扭矩的轉(zhuǎn)換。
AT自動(dòng)變速箱的換擋控制方式如上圖所示。變速箱控制電腦通過電信號控制電磁閥的動(dòng)作,從而改變變速箱油在閥體油道的走向。當(dāng)作用在多片式離合片上的油壓達(dá)到致動(dòng)壓力時(shí),多片式離合片接合從而促使相應(yīng)的行星齒輪組輸出動(dòng)力。
行星齒輪組包括行星架、齒圈以及太陽輪。當(dāng)上面提到的三個(gè)部件中的一個(gè)被固定后,動(dòng)力便會(huì)在其他兩個(gè)部件之間傳遞。
● CVT自動(dòng)變速箱的結(jié)構(gòu)及工作原理:
CVT無級變速箱的主要部件是兩個(gè)滑輪和一條金屬帶,金屬帶套在兩個(gè)滑輪上。滑輪由兩塊輪盤組成,這兩片輪盤中間的凹槽形成一個(gè)V形,其中一邊的輪盤由液壓控制機(jī)構(gòu)控制,可以視不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,進(jìn)行分開與拉近的動(dòng)作,V形凹槽也隨之變寬或變窄,將金屬帶升高或降低,從而改變金屬帶與滑輪接觸的直徑,相當(dāng)于齒輪變速中切換不同直徑的齒輪。兩個(gè)滑輪呈反向調(diào)節(jié),即其中一個(gè)帶輪凹槽逐漸變寬時(shí),另一個(gè)帶輪凹槽就會(huì)逐漸變窄,從而迅速加大傳動(dòng)比的變化。
當(dāng)汽車慢速行駛時(shí),可以令主動(dòng)滑輪的凹槽寬度大于被動(dòng)滑輪凹槽,主動(dòng)滑輪的金屬帶圓周半徑小于被動(dòng)滑輪的金屬帶圓周半徑,即小圓帶大圓,因此能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩;當(dāng)汽車逐漸轉(zhuǎn)為高速時(shí),主動(dòng)滑輪的一邊輪盤向內(nèi)靠攏,凹槽寬度變小迫使金屬帶升起,直至最高頂端,而被動(dòng)滑輪的一邊輪盤剛好相反,向外移動(dòng)拉大凹槽寬度迫使金屬帶降下,即主動(dòng)滑輪金屬帶的圓周半徑大于被動(dòng)滑輪金屬帶的圓周半徑,變成大圓帶小圓,因此能保證汽車高速行駛時(shí)的速度要求,
● DSG自動(dòng)變速箱的結(jié)構(gòu)及工作原理:
手動(dòng)擋汽車在換擋時(shí),離合器在分離和接合之間存在動(dòng)力傳遞暫時(shí)中斷的現(xiàn)象。這對于一般的民用車影響不大,但對于爭分奪秒的賽車來說,會(huì)極大地影響成績。雙離合變速箱能夠消除換擋時(shí)動(dòng)力傳遞的中斷現(xiàn)象,縮短換擋時(shí)間,同時(shí)換擋更加平順。
上圖是一個(gè)大眾6速DSG雙離合變速箱的工作原理圖。兩個(gè)離合器與變速箱裝配在同一機(jī)構(gòu)內(nèi),其中一個(gè)離合器(1)負(fù)責(zé)掛1、3、5和倒擋;另一個(gè)離合器(2)負(fù)責(zé)掛2、4、6擋。當(dāng)駕駛員掛上1擋起步時(shí),換擋撥叉同時(shí)掛上1擋和2擋,但離合器1結(jié)合,離合器2分離,動(dòng)力通過1擋的齒輪輸出動(dòng)力,2擋齒輪空轉(zhuǎn)。當(dāng)駕駛員換到2擋時(shí),換擋撥叉同時(shí)掛上2擋和3擋,離合器1分離的同時(shí)離合器2結(jié)合,動(dòng)力通過2擋齒輪輸出,3擋齒輪空轉(zhuǎn)。其余各檔位的切換方式均與此類似。這樣就解決了換擋過程中動(dòng)力傳輸中斷的問題。
上圖是一個(gè)大眾7速DSG雙離合變速箱的工作原理圖,其工作原理與6速類似。離合器1負(fù)責(zé)控制1、3、5、7擋;離合器2負(fù)責(zé)控制2、4、6和倒檔。
如果大家還是沒弄懂雙離合變速箱的原理,大家可以看看上面這個(gè)大眾6速DSG雙離合變速箱的原理簡圖。這個(gè)簡圖非常清晰地說明了雙離合變速箱的傳動(dòng)原理。下面是一個(gè)關(guān)于雙離合變速箱工作原理的視頻。
八、傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析
我們知道,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力并不是直接作用于車輪上來驅(qū)動(dòng)汽車行駛的,而是需經(jīng)過一系列的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)。那動(dòng)力到底如何傳遞到車輪的?下面我們了解一下汽車傳動(dòng)系統(tǒng)是怎樣工作的。
● 動(dòng)力是怎樣傳遞的?
發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力,是要經(jīng)過一系列的動(dòng)力傳遞裝置才到達(dá)驅(qū)動(dòng)輪的。發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪之間的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu),稱為汽車的傳動(dòng)系,主要由離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器以及半軸等部分組成。
發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力,先經(jīng)過離合器,由變速器變扭和變速后,經(jīng)傳動(dòng)軸把動(dòng)力傳遞到主減速器上,最后通過差速器和半軸把動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上。
汽車傳動(dòng)系的布置形式與發(fā)動(dòng)機(jī)的位置及驅(qū)動(dòng)形式有關(guān),一般可分為前置前驅(qū)、前置后驅(qū)、后置后驅(qū)、中置后驅(qū)四種形式。
● 什么是前置前驅(qū)?
前置前驅(qū)(FF)是指發(fā)動(dòng)機(jī)放置在車的前部,并采用前輪作為驅(qū)動(dòng)輪。現(xiàn)在大部分轎車都采取這種布置方式。由于發(fā)動(dòng)機(jī)布置在車的前部,所以整車的重心集中在車身前段,會(huì)有點(diǎn)“頭重尾輕”。但由于車體會(huì)被前輪拉著走的,所以前置前驅(qū)汽車的直線行駛穩(wěn)定性非常好。
另外,由于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)過差速器后用半軸直接驅(qū)動(dòng)前輪,不需要經(jīng)過傳動(dòng)軸,動(dòng)力損耗較小,適合小型車。不過由于前輪同時(shí)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向,所以轉(zhuǎn)向半徑相對較大,容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足的現(xiàn)象。
● 什么是前置后驅(qū)?
前置后驅(qū)(FR)是指發(fā)動(dòng)機(jī)放置在車前部,并采用后輪作為驅(qū)動(dòng)輪。FR整車的前后重量比較均衡,擁有較好的操控性能和行駛穩(wěn)定性。不過傳動(dòng)部件多、傳動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量大,貫穿乘坐艙的傳動(dòng)軸占據(jù)了艙內(nèi)的地臺(tái)空間。
FR汽車擁有較好的操控性、穩(wěn)定性、制動(dòng)性,現(xiàn)在的高性能汽車依然喜歡采用這種布置行形式。
● 什么是后置后驅(qū)?
后置后驅(qū)(RR)是指將發(fā)動(dòng)機(jī)放置在后軸的后部,并采用后輪作為驅(qū)動(dòng)輪。由于全車的重量大部分集中在后方,且又是后輪驅(qū)動(dòng),所以起步、加速性能都非常好,因此超級跑車一般都采用RR方式。
RR車的轉(zhuǎn)彎性能比FF和FR更加敏銳,不過當(dāng)后輪的抓地力達(dá)到極限時(shí),會(huì)有打滑甩尾現(xiàn)象,不容易操控。
● 什么是中置后驅(qū)?
中置后驅(qū)(MR)是指將發(fā)動(dòng)機(jī)放置駕乘室與后軸之間,并采用后輪作為驅(qū)動(dòng)輪。MR這種設(shè)計(jì)已是高級跑車的主流驅(qū)動(dòng)方式。由于將車中運(yùn)動(dòng)慣量最大的發(fā)動(dòng)機(jī)置于車體中央,整車重量分布接近理想平衡,使得MR車獲得最佳運(yùn)動(dòng)性能的保障。
MR車由于發(fā)動(dòng)機(jī)中置,車廂比較窄,一般只有兩個(gè)座位,而且發(fā)動(dòng)機(jī)離駕駛?cè)藛T近,噪聲也比較大。當(dāng)然,追求汽車駕駛性能的人也不會(huì)在乎這些的。
● 離合器的作用
離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的飛輪殼內(nèi),被固定在飛輪的后平面上,另一端連接變速器的輸入軸。離合器相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)力開關(guān),可以傳遞或切斷發(fā)動(dòng)機(jī)向變速器輸入的動(dòng)力。主要是為了使汽車平穩(wěn)起步,適時(shí)中斷到傳動(dòng)系的動(dòng)力以配合換擋,還可以防止傳動(dòng)系過載。
離合器主要由主動(dòng)部分(飛輪、離合器蓋等)、從動(dòng)部分(摩擦片)、壓緊機(jī)構(gòu)(膜片彈簧)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。汽車離合器有摩擦式離合器、液力耦合器、電磁離合器等幾種。目前與手動(dòng)變速器相配合的離合器絕大部分為干式摩擦式離合器,下面就對摩擦式離合器工作原理做個(gè)說明。
離合器蓋通過螺絲固定在飛輪的后端面上,離合器內(nèi)的摩擦片在彈簧的作用力下被壓盤壓緊在飛輪面上,而摩擦片是與變速箱的輸入軸相連。通過飛輪及壓盤與從動(dòng)盤接觸面的摩擦作用,將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩傳遞給變速箱。
在沒踩下離合器踏板前,摩擦片是緊壓在飛輪端面上的,發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力可以傳遞到變速箱。當(dāng)踩下離合器踏板后,通過操作機(jī)構(gòu),將力傳遞到分離叉和分離軸承,分離軸承前移將膜片彈簧往飛輪端壓緊,膜片彈簧以支撐圈為支點(diǎn)向相反的方向移動(dòng),壓盤離開摩擦片,這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳輸中斷;當(dāng)松開離合器踏板后,膜片彈簧重新回位,離合器重新結(jié)合,發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力繼續(xù)傳遞。
● 萬向節(jié)的作用
萬向節(jié)是指利用球型等裝置來實(shí)現(xiàn)不同方向的軸動(dòng)力輸出,位于傳動(dòng)軸的末端,起到連接傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋、半軸等機(jī)件。萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)和作用有點(diǎn)像人體四肢上的關(guān)節(jié),它允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內(nèi)變化。
如前置后驅(qū)的汽車,必須將變速器的動(dòng)力通過傳動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行連接,那為什么要用萬向節(jié)呢?主要是為了滿足動(dòng)力傳遞、適應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的上下跳動(dòng)所造成的角度變化。
按萬向節(jié)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)又可分為不等速萬向節(jié)(常用的為十字軸式)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)(如雙聯(lián)式萬向節(jié))和等速萬向節(jié)(如球籠式萬向節(jié))三種。目前轎車上常用的等速萬向節(jié)為球籠式萬向節(jié)。
九、差速器結(jié)構(gòu)原理解析
發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出是需經(jīng)過一系列的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)才傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的,其中非常重要的一環(huán)就是差速器了。差速器是如何實(shí)現(xiàn)差速的?下面將對差速器的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行解析。
● 為什么要用差速器?
汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí),車輪做的是圓弧的運(yùn)動(dòng),那么外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速必然要高于內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速,存在一定的速度差,在驅(qū)動(dòng)輪上會(huì)造成相互干涉的現(xiàn)象。由于非驅(qū)動(dòng)輪左右兩側(cè)的輪子是相互獨(dú)立的,互不干涉。
驅(qū)動(dòng)輪如果直接通過一根軸剛性連接的話,兩側(cè)輪子的轉(zhuǎn)速必然會(huì)相同。那么在過彎時(shí),內(nèi)外兩側(cè)車輪就會(huì)發(fā)生干涉的現(xiàn)象,會(huì)導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)彎困難,所以現(xiàn)在汽車的驅(qū)動(dòng)橋上都會(huì)安裝差速器。
布置在前驅(qū)動(dòng)橋(前驅(qū)汽車)和后驅(qū)動(dòng)橋(后驅(qū)汽車)的差速器,可分別稱為前差速器和后差速器,如安裝在四驅(qū)汽車的中間傳動(dòng)軸上,來調(diào)節(jié)前后輪的轉(zhuǎn)速,則稱為中央差速器。
● 差速器是如何工作的
一般的差速器主要是由兩個(gè)側(cè)齒輪(通過半軸與車輪相連)、兩個(gè)行星齒輪(行星架與環(huán)形齒輪連接)、一個(gè)環(huán)形齒輪(動(dòng)力輸入軸相連)。
那差速器是怎樣工作的呢?傳動(dòng)軸傳過來的動(dòng)力通過主動(dòng)齒輪傳遞到環(huán)齒輪上,環(huán)齒輪帶動(dòng)行星齒輪軸一起旋轉(zhuǎn),同時(shí)帶動(dòng)側(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),從而推動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪前進(jìn)。
當(dāng)車輛直線行駛時(shí),左右兩個(gè)輪受到的阻力一樣,行星齒輪不自轉(zhuǎn),把動(dòng)力傳遞到兩個(gè)半軸上,這時(shí)左右車輪轉(zhuǎn)速一樣(相當(dāng)于剛性連接)。
當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí),左右車輪受到的阻力不一樣,行星齒輪繞著半軸轉(zhuǎn)動(dòng)并同時(shí)自轉(zhuǎn),從而吸收阻力差,使車輪能夠與不同的速度旋轉(zhuǎn),保證汽車順利過彎。
如果對于差速器的工作原理還不夠明白,可觀看下面這個(gè)講解差速器原理的視頻,非常經(jīng)典有趣。
● 為何又要把差速器鎖死?
了解差速器的原理后就不難理解,如果當(dāng)某一側(cè)車輪的阻力為0(如車輪打滑),那么另一側(cè)車輪的阻力相對于車輪打滑的一側(cè)來說太大了,行星齒輪只能跟著殼體一起繞著半軸齒輪公轉(zhuǎn),同時(shí)自身還會(huì)自轉(zhuǎn)。這樣的話就會(huì)把動(dòng)力全部傳遞到打滑的那一側(cè)車輪,車輪就只能原地不動(dòng)了。
所以為了應(yīng)付差速器這一弱點(diǎn),就會(huì)在差速器采用限滑或鎖死的方法,在汽車驅(qū)動(dòng)輪失去附著力時(shí)減弱或讓差速器失去差速作用,是左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪都可以得到相同的扭矩。
● 什么是限滑差速器?
為了防止車輪打滑而無法脫困的弱點(diǎn),差速器鎖應(yīng)用而生。但是差速器的鎖死裝置在分離和接合時(shí)會(huì)影響汽車行駛的穩(wěn)定性。而限滑差速器(LSD)啟動(dòng)柔和,有較好的駕駛穩(wěn)定性和舒適性,不少城市SUV和四驅(qū)轎車都采用限滑差速器。
限滑差速器主要通過摩擦片來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的分配。其殼體內(nèi)有多片離合器,一旦某組車輪打滑,利用車輪差的作用,會(huì)自動(dòng)把部分動(dòng)力傳遞到?jīng)]有打滑的車輪,從而擺脫困境。不過在長時(shí)間重負(fù)荷、高強(qiáng)度越野時(shí),會(huì)影響它的可靠性。
● 托森差速器是如何工作?
跟前面說的環(huán)形齒輪結(jié)構(gòu)的差速器不同的是,托森差速器內(nèi)部為蝸輪蝸桿行星齒輪結(jié)構(gòu)。托森差速器一般在四驅(qū)汽車上作為中央差速用。
它的工作是純機(jī)械的而無需任何電子系統(tǒng)介入,基本原理是利用蝸輪蝸桿的單向傳動(dòng)(運(yùn)動(dòng)只能從蝸桿傳遞到蝸輪,反之發(fā)生自鎖)特性,因此比電子液壓控制的中央差速系統(tǒng)能更及時(shí)可靠地調(diào)節(jié)前后扭矩分配。
上圖為奧迪A4 Quattro四驅(qū)系統(tǒng)中,托森中央差速器(Torsen)在不同路況時(shí)對前后輪的動(dòng)力分配情況。
● 四輪驅(qū)動(dòng)汽車有什么特點(diǎn)?
四輪驅(qū)動(dòng),顧名思義就是采用四個(gè)車輪作為驅(qū)動(dòng)輪,簡稱四驅(qū)。(英文是4 Wheel Drive,簡稱4WD)。四輪驅(qū)動(dòng)汽車有兩大優(yōu)勢,一是提高通過性,二是提高主動(dòng)安全性。
由于四驅(qū)汽車,四個(gè)輪子都可以驅(qū)動(dòng)汽車,如果在一些復(fù)雜路段出現(xiàn)前輪或后輪打滑時(shí),另外兩個(gè)輪子還可以繼續(xù)驅(qū)動(dòng)汽車行駛,不至于無法動(dòng)彈。特別是在冰雪或濕滑路面行駛時(shí),更不容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,比一般的兩驅(qū)車更穩(wěn)定。
● 分時(shí)四驅(qū)是什么?
分時(shí)四驅(qū)可以簡單理解為根據(jù)不同路況駕駛員可以手動(dòng)切換兩驅(qū)或四驅(qū)模式。如在濕滑草地、泥濘、沙漠等復(fù)雜路況行駛時(shí),可切換至四驅(qū)模式,提高車輛通過性。如在公路上行駛,可切換至兩驅(qū)模式,避免轉(zhuǎn)向時(shí)車輛轉(zhuǎn)向時(shí)發(fā)生干涉現(xiàn)象,減低油耗等。
● 適時(shí)四驅(qū)又是怎樣的?
適時(shí)四驅(qū)就是根據(jù)車輛的行駛路況,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換為兩驅(qū)或四驅(qū)模式,是不需要人為控制的。適時(shí)驅(qū)動(dòng)汽車其實(shí)跟駕駛兩驅(qū)汽車沒太大的區(qū)別,操控簡便,而且油耗相對較低,廣泛應(yīng)用于一些城市SUV或轎車上。
適時(shí)四驅(qū)車的傳動(dòng)系統(tǒng)中,只需從前驅(qū)動(dòng)橋引一根傳動(dòng)軸,并通過一個(gè)多片耦合器連接到后橋。當(dāng)主驅(qū)動(dòng)輪失去抓地力(打滑)后,另外的驅(qū)動(dòng)輪才會(huì)被動(dòng)介入,所以它的響應(yīng)速度較慢。相對來說,適時(shí)四驅(qū)車的主動(dòng)安全性不如全時(shí)驅(qū)動(dòng)車高。
● 全時(shí)四驅(qū)?
全時(shí)四驅(qū)就是指汽車的四個(gè)車輪時(shí)時(shí)刻刻都能提供驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)槭菚r(shí)時(shí)四驅(qū),沒有了兩驅(qū)和四驅(qū)之間切換的響應(yīng)時(shí)間,主動(dòng)安全性更好,不過相對于適時(shí)四驅(qū)來說,油耗較高。全時(shí)四驅(qū)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中,設(shè)置了一個(gè)中央差速器。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力先傳遞到中央差速器,將動(dòng)力分配到前后驅(qū)動(dòng)橋。
十、懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理解析
懸掛對于汽車的操控性能有著決定性的作用,不同構(gòu)造的懸掛有著不同的操控性能。常見的懸掛有麥弗遜式懸掛、雙叉臂式懸掛、多連桿懸掛等等,它們的結(jié)構(gòu)是怎樣的?對汽車操控性能又有著怎樣的影響?下面我們一起來了解下吧。
● 懸掛的作用
汽車懸掛是連接車輪與車身的機(jī)構(gòu),對車身起支撐和減振的作用。主要是傳遞作用在車輪和車架之間的力,并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力,衰減由此引起的震動(dòng),以保證汽車能平順地行駛。
典型的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等部分。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式,而現(xiàn)代轎車懸掛系統(tǒng)多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧,個(gè)別高級轎車則使用空氣彈簧。
● 獨(dú)立懸掛和非獨(dú)立懸掛的區(qū)別
汽車懸掛可以按多種形式來劃分,總體上主要分為兩大類,獨(dú)立懸掛和非獨(dú)立懸掛。那怎么來區(qū)分獨(dú)立懸掛和非獨(dú)立懸掛呢?
獨(dú)立懸掛可以簡單理解為,左右兩個(gè)車輪間沒有硬軸進(jìn)行剛性連接,一側(cè)車輪的懸掛部件全部都只與車身相連。而非獨(dú)立懸掛兩個(gè)車輪間不是相互獨(dú)立的,之間有硬軸進(jìn)行剛性連接。
從結(jié)構(gòu)上看,獨(dú)立懸掛由于兩個(gè)車輪間沒有干涉,可以有更好的舒適性和操控性。而非獨(dú)立懸掛兩個(gè)車輪間有硬性連接物,會(huì)發(fā)生相互干涉,但其結(jié)構(gòu)簡單,有更好的剛性和通過性。
● 麥弗遜式懸掛
麥弗遜懸掛是最為常見的一種懸掛,主要有A型叉臂和減振機(jī)構(gòu)組成。叉臂與車輪相連,主要承受車輪下端的橫向力和縱向力。減振機(jī)構(gòu)的上部與車身相連,下部與叉臂相連,承擔(dān)減振和支持車身的任務(wù),同時(shí)還要承受車輪上端的橫向力。
麥弗遜的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,懸掛重量輕和占用空間小,響應(yīng)速度和回彈速度就會(huì)越快,所以懸掛的減震能力也相對較強(qiáng)。然而麥弗遜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕,那么抗側(cè)傾和制動(dòng)點(diǎn)頭能力弱,穩(wěn)定性較差。目前麥弗遜懸掛多用于家用轎車的前懸掛。
● 雙叉臂式懸掛
雙叉臂式懸掛(雙A臂、雙橫臂式懸掛),其結(jié)構(gòu)可以理解為在麥弗遜式懸掛基礎(chǔ)上多加一支叉臂。車輪上部叉臂,與車身相連,車輪的橫向力和縱向力都是由叉臂承受,而這時(shí)的減振機(jī)構(gòu)只負(fù)責(zé)支撐車體和減振的任務(wù)。
由于車輪的橫向力和縱向力都由兩組叉臂來承受,雙叉臂式懸掛的強(qiáng)度和耐沖擊力比麥弗遜式懸掛要強(qiáng)很多,而且在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)能很好的抑制側(cè)傾和制動(dòng)點(diǎn)頭等問題。
雙叉臂式懸掛通常采用上下不等長叉臂(上短下長),讓車輪在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)能自動(dòng)改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損,并且能自適應(yīng)路面,輪胎接地面積大,貼地性好。由于雙叉臂式懸掛比麥佛遜式懸掛雙叉臂多了一個(gè)上搖臂,需要占用較大的空間,而且定位參數(shù)較難確定,因此小型轎車的前橋出于空間和成本考慮較少采用此種懸掛。
● 扭轉(zhuǎn)梁式懸掛
扭轉(zhuǎn)梁式懸掛的結(jié)構(gòu)中,兩個(gè)車輪之間沒有硬軸直接相連,而是通過一根扭轉(zhuǎn)梁進(jìn)行連接,扭轉(zhuǎn)梁可以在一定范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)。但如果一個(gè)車輪遇到非平整路面時(shí),之間的扭轉(zhuǎn)梁仍然會(huì)對另一側(cè)車輪產(chǎn)生一定的干涉的,嚴(yán)格上說,扭轉(zhuǎn)梁式懸掛屬于半獨(dú)立式懸掛。
扭力梁式懸掛相對于獨(dú)立式懸掛來說舒適性要差一些,不過結(jié)構(gòu)簡單可靠,也不占空間,而且維修費(fèi)用也比獨(dú)立懸掛低,所以扭力梁懸掛多用在小型車和緊湊型車的后橋上。
● 穩(wěn)定桿的作用
穩(wěn)定桿也叫平衡桿,主要是防止車身側(cè)傾,保持車身平衡。穩(wěn)定桿的兩端分別固定在左右懸架上,當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),外側(cè)懸掛會(huì)壓向穩(wěn)定桿,穩(wěn)定桿發(fā)生彎曲,由于變形產(chǎn)生的彈力可防止車輪抬起,從而使車身盡量保持平衡。
● 多連桿懸掛
多連桿懸掛,就是通過各種連桿配置把車輪與車身相連的一套懸掛機(jī)構(gòu),其連桿數(shù)比普通的懸掛要多一些,一般把連桿數(shù)為三或以上的懸掛稱為多連桿懸掛。目前主流的連桿數(shù)為4或5根連桿。前懸掛一般為3連桿或4連桿式獨(dú)立懸掛;后懸掛則一般為4連桿或5連桿式后懸掛。
多連桿懸掛通過對連接運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的約束角度設(shè)計(jì)使得懸掛在壓縮時(shí)能主動(dòng)調(diào)整車輪定位,使得車輪與地面盡可能保持垂直、貼地性,具有非常出色的操控性。多連桿懸掛能最大限度的發(fā)揮輪胎抓地力從而提高整車的操控極限,是所有懸掛設(shè)計(jì)中最好的,不過結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本也高。一般中小型轎車車出于成本和空間考慮很少使用這種懸掛。
● 空氣懸掛
空氣懸掛是指采用空氣減振器的懸掛,主要是通過空氣泵來調(diào)整空氣減振器的空氣量和壓力,可改變空氣減振器的硬度和彈性系數(shù)。通過調(diào)節(jié)泵入的空氣量,可以調(diào)節(jié)空氣減振器的行程和長度,可以實(shí)現(xiàn)底盤的升高或降低。
空氣懸掛相對于傳統(tǒng)的鋼制懸掛系統(tǒng)來說,具有很多優(yōu)勢。如車輛高速行駛時(shí),懸掛可以變硬,以提高車身穩(wěn)定性;而低速或顛簸路面行駛時(shí),懸掛可以變軟來提高舒適性。
● 彈簧和減震器
在懸掛的減振機(jī)構(gòu)中,除了減振器還會(huì)有根彈簧。有了減振器為什么還要彈簧呢?其實(shí)需要它們的合作,才能完成減振的任務(wù)。
當(dāng)車輛行駛在不平路面時(shí),彈簧受到地面沖擊后發(fā)生形變,而彈簧需要恢復(fù)原型會(huì)出現(xiàn)來回震動(dòng)的現(xiàn)象,這樣顯然會(huì)影響汽車的操控性和舒適性。而減振器起到對彈簧起到阻尼的作用,抑制彈簧來回?cái)[動(dòng)。這樣在汽車通過不平路段時(shí),才不至于不停的顫動(dòng)。
十一、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理解析
我們平時(shí)開車,控制好方向盤就能讓車往我們想要的方向行駛,很少會(huì)探究方向盤是如何使車輪轉(zhuǎn)向的。也經(jīng)常聽到“液壓助力轉(zhuǎn)向”、“電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向”、“主動(dòng)轉(zhuǎn)向”這些名詞,它們到底是如何工作的?又有什么不同?下面我們一起來了解一下吧。
● 何為助力轉(zhuǎn)向?
所謂助力轉(zhuǎn)向,是指借助外力,使駕駛者用更少的力就能完成轉(zhuǎn)向。起初應(yīng)用于一些大型車上,不用那么費(fèi)力就能夠輕松地完成轉(zhuǎn)向。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種車型上,使得駕駛更加輕松、敏捷,一定程度上提高了駕駛安全性。助力轉(zhuǎn)向按動(dòng)力的來源可分為液壓助力和電動(dòng)助力兩種。
● 機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向
機(jī)械式液壓助力系統(tǒng)主要包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)(液壓助力泵、液壓缸、活塞等)兩部分。工作原理是通過液壓泵(由發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶帶動(dòng))提供油壓推動(dòng)活塞,進(jìn)而產(chǎn)生輔助力推動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿,輔助車輪轉(zhuǎn)向。
那具體是怎樣動(dòng)作的呢?首先位于轉(zhuǎn)向機(jī)上的機(jī)械閥體(可隨轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動(dòng)),在方向盤沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),閥體保持原位,活塞兩側(cè)的油壓相同,處于平衡狀態(tài)。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)向控制閥就會(huì)相應(yīng)的打開或關(guān)閉,一側(cè)油液不經(jīng)過液壓缸而直接回流至儲(chǔ)油罐,另一側(cè)油液繼續(xù)注入液壓缸內(nèi),這樣活塞兩側(cè)就會(huì)產(chǎn)生壓差而被推動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生輔助力推動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿,使轉(zhuǎn)向更加輕松。
在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,如車輪的劇烈跳動(dòng)和遇到坑洼路面導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)非自主的轉(zhuǎn)向時(shí),可以通過液壓對活塞的作用能夠很好的緩沖和吸收震動(dòng),使傳遞到方向盤上的震動(dòng)大大減少。機(jī)械液壓助力技術(shù)成熟穩(wěn)定,可靠性高,應(yīng)用廣泛。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,維護(hù)成本較高。而且單純的機(jī)械式液壓助力系統(tǒng)助力力度不可調(diào)節(jié),很難兼顧低速和高速行駛時(shí)對指向精度的不同需求。
● 電子式液壓助力轉(zhuǎn)向
電子式液壓助力的結(jié)構(gòu)原理與機(jī)械式液壓助力大體相同,最大的區(qū)別在于提供油壓油泵的驅(qū)動(dòng)方式不同。機(jī)械式液壓助力的液壓泵直接是通過發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶驅(qū)動(dòng)的,而電子式液壓助力采用的是由電力驅(qū)動(dòng)的電子泵。
電子液壓助力的電子泵,不用消耗發(fā)動(dòng)機(jī)本身的動(dòng)力,而且電子泵是由電子系統(tǒng)控制的,不需要轉(zhuǎn)向時(shí),電子泵關(guān)閉,進(jìn)一步減少能耗。電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制單元,利用對車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器等傳感器的信息處理,可以通過改變電子泵的流量來改變轉(zhuǎn)向助力的力度大小。
● 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向
電動(dòng)助力主要由傳感器、控制單元和助力電機(jī)構(gòu)成,沒有了液壓助力系統(tǒng)的液壓泵、液壓管路、轉(zhuǎn)向柱閥體等結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)非常簡單。
主要工作原理是,在方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),位于轉(zhuǎn)向柱位置的轉(zhuǎn)矩傳感器將轉(zhuǎn)動(dòng)信號傳到控制器,控制器通過運(yùn)算修正給電機(jī)提供適當(dāng)?shù)碾妷?驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。而電動(dòng)機(jī)輸出的扭矩經(jīng)減速機(jī)構(gòu)放大后推動(dòng)轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向拉桿,從而提供轉(zhuǎn)向助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)速度改變助力的大小,能夠讓方向盤在低速時(shí)更輕盈,而在高速時(shí)更穩(wěn)定。
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向有兩種實(shí)現(xiàn)方式,一種是對轉(zhuǎn)向柱施加助力,是將助力電機(jī)經(jīng)減速增扭后直接連接在轉(zhuǎn)向柱上,電機(jī)輸出的輔助扭矩直接施加在轉(zhuǎn)向柱上,相當(dāng)于電機(jī)直接幫助我們轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤。另一種是對轉(zhuǎn)向拉桿施加助力,是將助力電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向拉桿上,直接用助力電機(jī)推動(dòng)拉桿使車輪轉(zhuǎn)向。后者結(jié)構(gòu)更為緊湊、便于布置,目前使用比較廣泛。
● 隨速可變助力轉(zhuǎn)向是怎樣的?
隨速可變助力轉(zhuǎn)向是指轉(zhuǎn)向助力的大小可隨著車速的變化而改變。這樣有什么好處呢?在平時(shí)停車入庫等低速行駛時(shí),如方向盤轉(zhuǎn)向輕盈確實(shí)很方便,但是如果在高速行駛時(shí),方向盤轉(zhuǎn)向過于輕盈反而是一種危害,因?yàn)椴焕谲囕v高速行駛的穩(wěn)定性。
而隨速可變助力轉(zhuǎn)向可以做到這點(diǎn),當(dāng)車低速行駛時(shí),它可以提供大的助力,保證方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)輕盈和靈活;當(dāng)車速較高時(shí),它提供的助力就會(huì)較小,以增強(qiáng)行車的安全性和穩(wěn)定性。
● 何為可變轉(zhuǎn)向比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng))?
所謂可變轉(zhuǎn)向比,可以簡單理解為方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與對應(yīng)的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度的比值。前面提到的隨速可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,能夠改變的僅僅是助力力度,也就是只能改變方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的助力而已,但是轉(zhuǎn)向比是不可改變的,而可變轉(zhuǎn)向比的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅能夠改變轉(zhuǎn)向的助力力度,在不同情況下,方向盤轉(zhuǎn)角對應(yīng)的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度也是可以變化的。
如上圖中的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間安裝一個(gè)電子控制的機(jī)械機(jī)構(gòu),那么車輪整體轉(zhuǎn)向的角度不再僅僅是駕駛員輸入方向盤的角度,而是在此基礎(chǔ)上疊加上蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)附加的角度。那么通過利用電動(dòng)機(jī)對蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的控制,可以改變傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比。
這樣做有什么好處呢?在高速時(shí),通過電動(dòng)機(jī)的作用使蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的方向相同,可以減少對轉(zhuǎn)向力的需求。而在高速時(shí),通過電動(dòng)機(jī)的作用使蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的方向相反,減少前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度,提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。
十二、制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理解析
大家都知道,汽車的制動(dòng)系統(tǒng)對我們的行車安全非常重要,行車中如出現(xiàn)制動(dòng)失靈等故障,后果都將不堪設(shè)想。那么汽車的制動(dòng)系統(tǒng)是如何制動(dòng)的?為什么會(huì)失靈?ABS、ESP系統(tǒng)又是什么?對我們駕駛安全有什么幫助?下面我們一起來了解一下。
● 制動(dòng)系統(tǒng)的組成
作為制動(dòng)系統(tǒng),作用當(dāng)然就是讓行駛中的汽車按我們的意愿進(jìn)行減速甚至停車。工作原理就是將汽車的動(dòng)能通過摩擦轉(zhuǎn)換成熱能。汽車制動(dòng)系統(tǒng)主要由供能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)器等部分組成,常見的制動(dòng)器主要有鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器。
● 鼓式制動(dòng)器
鼓式制動(dòng)器主要包括制動(dòng)輪缸、制動(dòng)蹄、制動(dòng)鼓、摩擦片、回位彈簧等部分。主要是通過液壓裝置是摩擦片與歲車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)鼓內(nèi)側(cè)面發(fā)生摩擦,從而起到制動(dòng)的效果。
在踩下剎車踏板時(shí),推動(dòng)剎車總泵的活塞運(yùn)動(dòng),進(jìn)而在油路中產(chǎn)生壓力,制動(dòng)液將壓力傳遞到車輪的制動(dòng)分泵推動(dòng)活塞,活塞推動(dòng)制動(dòng)蹄向外運(yùn)動(dòng),進(jìn)而使得摩擦片與剎車鼓發(fā)生摩擦,從而產(chǎn)生制動(dòng)力。
從結(jié)構(gòu)中可以看出,鼓式制動(dòng)器是工作在一個(gè)相對封閉的環(huán)境,制動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量不易散出,頻繁制動(dòng)影響制動(dòng)效果。不過鼓式制動(dòng)器可提供很高的制動(dòng)力,廣泛應(yīng)用于重型車上。
● 盤式制動(dòng)器
盤式制動(dòng)器也叫碟式制動(dòng)器,主要由制動(dòng)盤、制動(dòng)鉗、摩擦片、分泵、油管等部分構(gòu)成。盤式制動(dòng)器通過液壓系統(tǒng)把壓力施加到制動(dòng)鉗上,使制動(dòng)摩擦片與隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)盤發(fā)生摩擦,從而達(dá)到制動(dòng)的目的。
與封閉式的鼓式制動(dòng)器不同的是,盤式制動(dòng)器是敞開式的。制動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量可以很快散去,擁有很好的制動(dòng)效能,現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于轎車上。
● 通風(fēng)制動(dòng)盤
制動(dòng)過程實(shí)際上是摩擦力將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程,如制動(dòng)器的熱量不能及時(shí)散出,將會(huì)影響其制動(dòng)效果。為了進(jìn)一步提升制動(dòng)效能,通風(fēng)制動(dòng)盤應(yīng)運(yùn)而生。通風(fēng)剎車盤內(nèi)部是中空的或在制動(dòng)盤打很多小孔,冷空氣可以從中間穿過進(jìn)行降溫。
從外表看,它在圓周上有許多通向圓心的洞空,它利用汽車在行駛當(dāng)中產(chǎn)生的離心力能使空氣對流,達(dá)到散熱的目的,因此比普通實(shí)心盤式散熱效果要好許多。
● 陶瓷制動(dòng)盤
陶瓷制動(dòng)盤相對于一般的剎車盤具有重量輕、耐高溫耐磨等特性。普通的剎車盤在全力制動(dòng)下容易高熱而產(chǎn)生熱衰退,制動(dòng)性能會(huì)大打折扣,而陶瓷剎車盤有很好的抗熱衰退性能,其耐熱性能要比普通制動(dòng)盤高出許多倍。
陶瓷制動(dòng)盤在制動(dòng)最初階段就能產(chǎn)生最大的制動(dòng)力,整體制動(dòng)要比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)更快,制動(dòng)距離更短。當(dāng)然,它的價(jià)格也是非常昂貴的,多用于高性能跑車上。
● 緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)(EBA)
緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng),其作用是當(dāng)行車電腦ECU發(fā)現(xiàn)駕駛員進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí),可在瞬間自動(dòng)加大制動(dòng)力,以防止因?yàn)樗緳C(jī)制動(dòng)力不足而發(fā)生險(xiǎn)情。
當(dāng)傳感器接受到的松油門踩制動(dòng)的時(shí)間、踩制動(dòng)的速率和力度都符合要求時(shí),ECU會(huì)馬上啟動(dòng)緊急制動(dòng)措施,在短短幾毫秒之內(nèi)把制動(dòng)力全部發(fā)揮出來,這比駕駛員把制動(dòng)踏板踩到底的時(shí)間要快得多,這樣可以縮短在緊急制動(dòng)情況下的剎車距離。
● ABS
ABS(Anti-locked Braking System)即防抱死剎車系統(tǒng)。它是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點(diǎn)的汽車安全控制系統(tǒng),已廣泛運(yùn)用于汽車上。ABS主要由ECU控制單元、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置和制動(dòng)控制電路等部分組成。
制動(dòng)過程中,ABS控制單元不斷從車輪速度傳感器獲取車輪的速度信號,并加以處理,進(jìn)而判斷車輪是否即將被抱死。ABS剎車制動(dòng)其特點(diǎn)是當(dāng)車輪趨于抱死臨界點(diǎn)時(shí),制動(dòng)分泵壓力不隨制動(dòng)主泵壓力增加而增高,壓力在抱死臨界點(diǎn)附近變化。
如判斷車輪沒有抱死,制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置不參加工作,制動(dòng)力將繼續(xù)增大;如判斷出某個(gè)車輪即將抱死,ECU向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令,關(guān)閉制動(dòng)缸與制動(dòng)輪缸的通道,使制動(dòng)輪的壓力不再增大;如判斷出車輪出現(xiàn)抱死拖滑狀態(tài),即向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令,使制動(dòng)輪缸的油壓降低,減少制動(dòng)力。
● 什么是ESP?
車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(Electronic Stability Program,簡稱ESP),是博世(Bosch)公司的專利。其他公司也有研發(fā)出類似的系統(tǒng),如寶馬的DSC、豐田的VSC等等。
ESP系統(tǒng)其實(shí)是ABS(防抱死系統(tǒng))和ASR(驅(qū)動(dòng)輪防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng))功能上的延伸,可以說是當(dāng)前汽車防滑裝置的最高形式。主要由控制總成及轉(zhuǎn)向傳感器(監(jiān)測方向盤的轉(zhuǎn)向角度)、車輪傳感器(監(jiān)測各個(gè)車輪的速度轉(zhuǎn)動(dòng))、側(cè)滑傳感器(監(jiān)測車體繞縱軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài))、橫向加速度傳感器(監(jiān)測汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力)等組成。控制單元通過這些傳感器的信號對車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷,進(jìn)而發(fā)出控制指令。
● ESP是如何工作的?
當(dāng)汽車快速行駛或者轉(zhuǎn)向時(shí),產(chǎn)生的橫向作用力會(huì)使汽車不穩(wěn)定,易發(fā)生事故,而ESP系統(tǒng)可以將這種情況防患于未然。那么這套系統(tǒng)是如何做到的呢?
當(dāng)車輛前面突然出現(xiàn)障礙物時(shí),駕駛員必須快速向左轉(zhuǎn)彎,此時(shí)轉(zhuǎn)向傳感器將此信號傳遞到ESP控制總成,側(cè)滑傳感器和橫向加速度傳感器發(fā)出汽車轉(zhuǎn)向不足的信號,這就意味著汽車將會(huì)直接沖向障礙物。那么這時(shí)ESP系統(tǒng)將會(huì)瞬間將左后輪緊急制動(dòng),這樣就能產(chǎn)生轉(zhuǎn)向需要的反作用力,使汽車按照轉(zhuǎn)向意圖行駛。
如果在汽車轉(zhuǎn)向后行駛的左車道上反向轉(zhuǎn)向時(shí),汽車會(huì)有轉(zhuǎn)向過度的危險(xiǎn),向右的扭矩過大,以至于車尾甩向左側(cè)。這時(shí)ESP系統(tǒng)會(huì)將左前輪制動(dòng),扭矩就會(huì)減小,使得汽車順利轉(zhuǎn)向。
十三、車身結(jié)構(gòu)原理解析
人靠衣裝,車也要靠“車裝”,漂亮的“長相”能最直接地吸引我們的眼球,然而更重要的是漂亮長相下的“骨架”,因?yàn)樗攀潜Ｗo(hù)駕乘人員的關(guān)鍵。車身內(nèi)部構(gòu)造的不同,直接影響汽車的安全性。什么是承載式車身?非承載式車身?車身潰縮吸能?下面就解析一下汽車車身的結(jié)構(gòu)。
● 哪些車是兩廂車?三廂車?
日常生活中我們經(jīng)常會(huì)聽到兩廂車、三廂車這個(gè)詞,它們到底是怎么來劃分的:通常我們把轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)室、駕駛室、行李箱分別稱為轎車的“廂”,如這三個(gè)廂是相互獨(dú)立的,就稱為三廂車。如果駕駛室和行李箱是結(jié)合在一起的,則稱為兩廂車。
● 車身規(guī)格
在買車時(shí)要了解一款車的空間,當(dāng)然要看車的總長、軸距等參數(shù)。現(xiàn)在各汽車廠商對于車身規(guī)格的標(biāo)注,基本上都統(tǒng)一了,如車身總長、軸距、輪距、前懸、后懸等,有些參數(shù)如車身總寬、總高會(huì)略有不同。
● 汽車通過性能指標(biāo)
在了解一款越野車時(shí),會(huì)經(jīng)常看到一系列的參數(shù),如最大爬坡度、最大側(cè)傾角、最小離地間隙等等。下面我們用圖來直觀展示這些參數(shù)的含義。
● 非承載式車身是怎樣的?
采用非承載式車身的汽車,其發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車身的總成部分是固定在一個(gè)剛性車架上,車架通過前后懸掛裝置與車輪相連。
非承載式車身有根大梁貫穿整個(gè)車身結(jié)構(gòu),底盤的強(qiáng)度較高,抗顛簸性能好。就算車的四個(gè)車輪受力不均勻,也是由車架承受,不會(huì)傳遞到車身,所以車身不容易扭曲變形。
非承載式車身比較笨重、質(zhì)量大、高度高,多用于貨車、客車和越野車上。不過由于非承載式車身具有較好的平穩(wěn)性和安全性,有些高級轎車也使用。
● 承載式車身?
承載式車身汽車的整個(gè)車身是為一體的,沒有貫穿整體的大梁,發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、前后懸掛等部件都裝配到車身上,車身負(fù)載通過懸掛裝置傳給車輪。
承載式車身的汽車平直路上行駛很平穩(wěn)、固有頻率低、噪聲小、重量輕,廣泛應(yīng)用于轎車上。當(dāng)然底盤的強(qiáng)度是不及有大梁結(jié)構(gòu)的非承載式車身,在車的四個(gè)車輪受力不均勻時(shí),車身會(huì)發(fā)生變形。
● 車身要采用不同的材料?
并不是車身所有的材料強(qiáng)度越高越好,要看用在什么地方。如駕乘室的框架(如橫梁、縱梁、ABC柱等),為了使駕車室的空間盡量不變形(保證駕乘人員安全),就必須采用高強(qiáng)度的材料。如車前和尾部的材料(如引擎蓋板、翼子板等),為了能夠吸收撞擊力,可以使用強(qiáng)度相對較低的材料。
● 車門防撞梁有何作用?
車門防撞梁是減少駕乘人員受側(cè)面撞擊的最重要防線。因?yàn)樵谑艿絺?cè)面撞擊時(shí),駕乘人員的身體與車門間沒有過多的空間作為緩沖(不同正面撞擊,駕乘人員前方還有一定的空間作為緩沖),直接會(huì)收到外力的侵害。所以防撞梁的強(qiáng)度越高,對駕乘人員的防護(hù)就越好。
● 什么是潰縮吸能?
在汽車碰撞中,重要的是保護(hù)車內(nèi)人員的安全,所以在碰撞中駕乘室的變形越小就越好。汽車在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到這一點(diǎn),在汽車碰撞時(shí),讓一部分機(jī)構(gòu)先潰縮,吸收一部分的撞擊能量,從而減少傳遞到駕乘室的撞擊力。
● 什么是車身沖力轉(zhuǎn)移?
同樣是為了保護(hù)駕乘室中的人員,在汽車受到撞擊時(shí),利用特殊設(shè)計(jì)的車身,將撞擊力分散、轉(zhuǎn)移,從而減少傳遞到駕乘室的撞擊力,達(dá)到保護(hù)車內(nèi)乘員的目的。
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