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,機械知識之乏味,都一一放棄了。下面給大家準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)動機結(jié)構(gòu)種類解析
發(fā)動機作為汽車的動力源泉,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)動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就有著千差萬別,那不同的發(fā)動機的構(gòu)造都有哪些不同?下面我們一起了解一下。
● 汽車動力的來源
汽車的動力源泉就是發(fā)動機,而發(fā)動機的動力則來源于氣缸內(nèi)部。發(fā)動機氣缸就是一個把燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能的場所,可以簡單理解為,燃料在氣缸內(nèi)燃燒,產(chǎn)生巨大壓力推動活塞上下運動,通過連桿把力傳給曲軸,最終轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動,再通過變速器和傳動軸,把動力傳遞到驅(qū)動車輪上,從而推動汽車前進。
● 氣缸數(shù)不能過多
一般的汽車都是以四缸和六缸發(fā)動機居多,既然發(fā)動機的動力主要是來源于氣缸,那是不是氣缸越多就越好呢?其實不然,隨著氣缸數(shù)的增加,發(fā)動機的零部件也相應(yīng)的增加,發(fā)動機的結(jié)構(gòu)會更為復(fù)雜,這也降低發(fā)動機的可靠性,另外也會提高發(fā)動機制造成本和后期的維護費用。所以,汽車發(fā)動機的氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)動機的用途和性能要求進行綜合權(quán)衡后做出的選擇。像V12型發(fā)動機、W12型發(fā)動機和W16型發(fā)動機只運用于少數(shù)的高性能汽車上。
● V型發(fā)動機結(jié)構(gòu)
其實V型發(fā)動機,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)動機。V型發(fā)動機相對于直列發(fā)動機而言,它的高度和長度有所減少,這樣可以使得發(fā)動機蓋更低一些,滿足空氣動力學(xué)的要求。而V型發(fā)動機的氣缸是成一個角度對向布置的,可以抵消一部分的震動,但是不好的是必須要使用兩個氣缸蓋,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。雖然發(fā)動機的高度減低了,但是它的寬度也相應(yīng)增加,這樣對于固定空間的發(fā)動機艙,安裝其他裝置就不容易了。
● W型發(fā)動機結(jié)構(gòu)
將V型發(fā)動機兩側(cè)的氣缸再進行小角度的錯開,就是W型發(fā)動機了。W型發(fā)動機相對于V型發(fā)動機,優(yōu)點是曲軸可更短一些,重量也可輕化些,但是寬度也相應(yīng)增大,發(fā)動機艙也會被塞得更滿。缺點是W型發(fā)動機結(jié)構(gòu)上被分割成兩個部分,結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,在運作時會產(chǎn)生很大的震動,所以只有在少數(shù)的車上應(yīng)用。
● 水平對置發(fā)動機結(jié)構(gòu)
水平對置發(fā)動機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)動機還是有本質(zhì)的區(qū)別的。水平對置發(fā)動機與直列發(fā)動機類似,是不共用曲柄銷的(也就是說一個活塞只連一個曲柄銷),而且對向活塞的運動方向是相反的,但是180°V型發(fā)動機則剛好相反。水平對置發(fā)動機的優(yōu)點是可以很好的抵消振動,使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更為平穩(wěn);重心低,車頭可以設(shè)計得更低,滿足空氣動力學(xué)的要求;動力輸出軸方向與傳動軸方向一致,動力傳遞效率較高。缺點: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捷和斯巴魯還在堅持使用水平對置發(fā)動機。
● 發(fā)動機為什么能源源不斷提供動力
發(fā)動機之所以能源源不斷的提供動力,得益于氣缸內(nèi)的進氣、壓縮、做功、排氣這四個行程的有條不紊地循環(huán)運作。
進氣行程,活塞從氣缸內(nèi)上止點移動至下止點時,進氣門打開,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,進排氣門關(guān)閉,活塞從下止點移動至上止點,將混合氣體壓縮至氣缸頂部,以提高混合氣的溫度,為做功行程做準備。
做功行程,火花塞將壓縮的氣體點燃,混合氣體在氣缸內(nèi)發(fā)生“爆炸”產(chǎn)生巨大壓力,將活塞從上止點推至下止點,通過連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)。
排氣行程,活塞從下止點移至上止點,此時進氣門關(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)動機動力源于爆炸
發(fā)動機能產(chǎn)生動力其實是源于氣缸內(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刻里瞬間點燃,就會產(chǎn)生一個巨大的爆炸力,而燃燒室是頂部是固定的,巨大的壓力迫使活塞向下運動,通過連桿推動曲軸,在通過一系列機構(gòu)把動力傳到驅(qū)動輪上,最終推動汽車。
● 火花塞是“引爆”高手
要想氣缸內(nèi)的“爆炸”威力更大,適時的點火就非常重要了,而氣缸內(nèi)的火花塞就是扮演“引爆”的角色。其實火花塞點火的原理有點類似雷電,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),兩個電極之間有個很小的間隙(稱為點火間隙),當(dāng)通電時能產(chǎn)生高達1萬多伏的電火花,可以瞬間“引爆”氣缸內(nèi)的混合氣體。
● 進氣門要比排氣門大
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排出廢氣,進、排氣門在這過程中就扮演了重要角色。進、排氣門是由凸輪控制的,適時的執(zhí)行“開門”和“關(guān)門”這兩個動作。為什么看到的進氣門都會比排氣門大一些呢?因為一般進氣是靠真空吸進去的,排氣是擠壓將廢氣推出,所以排氣相對比進氣容易。為了獲得更多的新鮮空氣參與燃燒,因而進氣門需要弄大點以獲得更多的進氣。
● 氣門數(shù)不宜過多
如果發(fā)動機有多個氣門的話,高轉(zhuǎn)速時進氣量大、排氣干凈,發(fā)動機的性能也比較好(類似一個電影院,門口多的話,進進出出就方便多了)。但是多氣門設(shè)計較復(fù)雜,尤其是氣門的驅(qū)動方式、燃燒室構(gòu)造和火花塞位置都需要進行精密的布置,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)動機每個氣缸有4個氣門(2進2出)。
二、發(fā)動機可變氣門原理解析
前面已經(jīng)了解過發(fā)動機的基本構(gòu)造和動力來源。其實發(fā)動機的實際運轉(zhuǎn)速度并不是一成不變的,而是像人跑步一樣,時而急促,時而平緩,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)動機是怎樣“呼吸”的。
● 凸輪軸的作用
簡單來說,凸輪軸是一根有多個圓盤形凸輪的金屬桿。這根金屬桿在發(fā)動機工作中起到什么作用?它主要負責(zé)進、排氣門的開啟和關(guān)閉。凸輪軸在曲軸的帶動下不斷旋轉(zhuǎn),凸輪便不斷地下壓氣門(搖臂或頂桿),從而實現(xiàn)控制進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)動機外殼上經(jīng)常會看到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負責(zé)進、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責(zé)進、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搖臂來實現(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)計多應(yīng)用于大排量、低轉(zhuǎn)速、追求大扭矩輸出的發(fā)動機。而凸輪軸頂置可省略頂桿簡化了凸輪軸到氣門的傳動機構(gòu),更適合發(fā)動機高速時的動力表現(xiàn),頂置凸輪軸應(yīng)用比較廣泛。
● 配氣機構(gòu)的作用
配氣機構(gòu)主要包括正時齒輪系、凸輪軸、氣門傳動組件(氣門、推桿、搖臂等),主要的作用是根據(jù)發(fā)動機的工作情況,適時的開啟和關(guān)閉各氣缸的進、排氣門,以使得新鮮混合氣體及時充滿氣缸,廢氣得以及時排出氣缸外。
● 什么是氣門正時?為什么需要正時?
所謂氣門正時,可以簡單理解為氣門開啟和關(guān)閉的時刻。理論上在進氣行程中,活塞由上止點移至下止點時,進氣門打開、排氣門關(guān)閉;在排氣行程中,活塞由下止點移至上止點時,進氣門關(guān)閉、排氣門打開。
那為什么要正時呢?其實在實際的發(fā)動機工作中,為了增大氣缸內(nèi)的進氣量,進氣門需要提前開啟、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)動機有效的運作。
● 可變氣門正時、可變氣門升程又是什么?
發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速時,每個氣缸在一個工作循環(huán)內(nèi),吸氣和排氣的時間是非常短的,要想達到高的充氣效率,就必須延長氣缸的吸氣和排氣時間,也就是要求增大氣門的重疊角;而發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時,過大的氣門重疊角則容易使得廢氣倒灌,吸氣量反而會下降,從而導(dǎo)致發(fā)動機怠速不穩(wěn),低速扭矩偏低。
固定的氣門正時很難同時滿足發(fā)動機高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速兩種工況的需求,所以可變氣門正時應(yīng)運而生。可變氣門正時可以根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和工況的不同而進行調(diào)節(jié),使得發(fā)動機在高低速下都能獲得理想的進、排氣效率。
影響發(fā)動機動力的實質(zhì)其實與單位時間內(nèi)進入到氣缸內(nèi)的氧氣量有關(guān),而可變氣門正時系統(tǒng)只能改變氣門的開啟和關(guān)閉的時間,卻不能改變單位時間內(nèi)的進氣量,變氣門升程就能滿足這個需求。如果把發(fā)動機的氣門看作是房子的一扇“門”的話,氣門正時可以理解為“門”打開的時間,氣門升程則相當(dāng)于“門”打開的大小。
● 豐田VVT-i可變氣門正時系統(tǒng)
豐田的可變氣門正時系統(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)閉的時間進行調(diào)節(jié),或提前、或延遲、或保持不變。
凸輪軸的正時齒輪的外轉(zhuǎn)子與正時鏈條(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內(nèi)轉(zhuǎn)子,從而實現(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凸輪軸。它是怎樣實現(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)動機處于低負荷時,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)動機處于高負荷時,三根搖臂結(jié)合為一體,由高角度凸輪驅(qū)動中間搖臂,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構(gòu)上增加偏心軸、伺服電機和中間推桿等部件來改變氣門升程。當(dāng)電動機工作時,蝸輪蝸桿機構(gòu)會驅(qū)動偏心軸發(fā)生旋轉(zhuǎn),再通過中間推桿和搖臂推動氣門。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氣門產(chǎn)生的升程也不同,從而實現(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,來實現(xiàn)凸輪軸的左右移動,進而切換凸輪軸上的高低凸輪。
發(fā)動機處于高負荷時,電磁驅(qū)動器使凸輪軸向右移動,切換到高角度凸輪,從而增大氣門的升程;當(dāng)發(fā)動機處于低負荷時,電磁驅(qū)動器使凸輪軸向左移動,切換到低角度凸輪,以減少氣門的升程。
三、發(fā)動機缸內(nèi)直噴原理解析
隨著對能源和環(huán)保的要求日趨嚴格,發(fā)動機也要不斷升級進化,才能滿足人們的需求。如時下的“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)動一運轉(zhuǎn),活塞的“頭上”就要頂著高溫高壓,不停地做高速上下運動,工作環(huán)境非常嚴苛。可以說活塞是發(fā)動機“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)運動。曲軸每分鐘要旋轉(zhuǎn)數(shù)千次,肩負著帶動機油泵、發(fā)電機、空調(diào)壓縮機、凸輪軸等機構(gòu)的艱巨任務(wù),是發(fā)動機動力的中轉(zhuǎn)軸,因此它也比較“壯”。
● 直線運動如何變旋轉(zhuǎn)運動?
我們都知道,氣缸內(nèi)活塞做的是上下的直線運動,但要輸出驅(qū)動車輪前進的旋轉(zhuǎn)力,是怎樣把直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動的呢?其實這個與曲軸的結(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。
這個運動原理其實跟我們踩自行車非常相似,我們兩個腳相當(dāng)于相鄰的兩個活塞,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(活塞做功或吸氣向下做運動),右腳會被提上來(另一活塞壓縮或排氣做向上運動)。這樣周而復(fù)始,就有直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動了。
● 發(fā)動機飛輪為什么這么大?
都知道活塞的四個行程中,只有一次是做功的,進氣、壓縮、排氣三個行程都需要一定的力量支持才能順利進行,而飛輪在這個過程中就幫了很大的忙。
飛輪之所以做得比較大,主要是為了存儲發(fā)動機的運動能量,這樣才能保證曲軸平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)。其實這個原理跟我們小時候的陀螺玩具差不多,我們用力旋轉(zhuǎn)后,它能保持相當(dāng)長時間的轉(zhuǎn)動。
● 發(fā)動機的排量、壓縮比
活塞從上止點移動到下止點所通過的空間容積稱為氣缸排量;發(fā)動機所有氣缸排量之和稱為發(fā)動機排量,通常用升(L)來表示。如我們平時看到的汽車排量,1.6L、2.0L、2.4L等等。其實氣缸的容積是個圓柱體,不太可能正好是整升數(shù)的,如1998mL、2397mL等數(shù)字,可以近似標示為2.0L、2.4L。
壓縮比,即發(fā)動機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)動機的性能和效率。
● 什么是可變排量?如何改變排量的?
通常為了獲得大的動力,需要把發(fā)動機的排量增大,如8缸、12缸發(fā)動機動力就非常強勁。但付出的代價就是油耗增加。尤其是在怠速等工況不需要大動力輸出時,燃油就白白浪費掉了,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)動機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)動機怎么來實現(xiàn)排量的改變的?簡單的說,就是通過控制進氣門和油路來開啟或關(guān)閉某個氣缸的工作。比如一臺6缸可變排量發(fā)動機,可以根據(jù)實際工況需要,實現(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)濟性。
如大眾TSI EA211發(fā)動機采用了可變排量(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)動機是在進氣歧管中噴油再與空氣形成混合氣體,最后才進入到氣缸內(nèi)的。在此過程中,因為噴油嘴里燃燒室還有一定距離,微小的油粒會吸附在管道壁上,而且汽油與空氣的混合受進氣氣流和氣門關(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)動機的動力性能。
這套由柴油發(fā)動機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)動機采用了缸內(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,整個燃燒室內(nèi)混合氣的空燃比是相同的,經(jīng)火花塞點燃燃燒。由于混合氣形成時間較長,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,從而帶動較遠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、加速時獲得大功率;分層燃燒是為了在低轉(zhuǎn)速、低負荷時節(jié)省燃油。
● 如何是實現(xiàn)分層燃燒?
如TSI發(fā)動機是怎樣實現(xiàn)分層燃燒的?首先,發(fā)動機在進氣行程活塞移至下止點時,ECU控制噴油嘴進行一次小量的噴油,使氣缸內(nèi)形成稀薄混合氣。
在活塞壓縮行程末端時再進行第二次噴油,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,從而實現(xiàn)氣缸內(nèi)的稀薄燃燒,這樣可以用更少的燃油達到同樣的燃燒效果,進一步降低發(fā)動機的油耗。
四、發(fā)動機渦輪增壓原理解析
在平時開車的時候相信大家都有體會,感覺帶“T ”的發(fā)動機很給力,動力很強勁。渦輪增壓發(fā)動機為什么動力強勁?是怎樣增壓的?下面我們就來了解一下發(fā)動機增壓器的工作原理。
● 節(jié)氣門的作用
在發(fā)動機進氣系統(tǒng)中主要有兩大部件,一是空氣濾清器,主要負責(zé)過濾空氣中的雜質(zhì);二是進氣管道,主要將空氣引入到氣缸中。而在進氣管中有個很重要的部件,就是節(jié)氣門。
節(jié)氣門主要的作用就是控制進入氣缸的混合氣量大小。那它是怎么控制進氣量的呢?我們開車時踩油門踏板的深淺,其實就是控制節(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,混合氣進入量就越大,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速就會上升。
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,將踩踏油門踏板動作的力量、幅度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧M行分析,然后總結(jié)出駕駛者踩油門的意圖,再由ECU計算實際節(jié)汽門開合度并發(fā)出指令控制節(jié)汽門電機工作,從而實現(xiàn)對節(jié)氣門的精準控制。
● 進氣歧管長度可變?
我們平時看到發(fā)動機的進氣歧管的長度好像都是固定的,它的長度還可以改變?其實在進氣歧管內(nèi)安裝控制閥,通過它的打開和關(guān)閉,可以將進氣歧管分為兩段,從而改變它的有效長度。那改變進氣歧管的長度有什么作用呢?主要是為了提高發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速時的進氣效率,從而提升發(fā)動機在各個轉(zhuǎn)速下的動力性能。
當(dāng)發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)時,黑色控制閥關(guān)閉,氣流被迫從長歧管流入氣缸,可以增加進氣的氣流速度和壓強,使汽油和空氣更好的混合,燃燒更充分(這個有點像把水流不急的水管捏扁后,水流速度會變急的原理一樣)。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時,控制閥門打開,氣流繞開下端管道直接進入氣缸,這時能更快吸入更多的空氣,增大發(fā)動機高轉(zhuǎn)速的進氣量。
● 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)動機的動力性能。
雖然排氣管設(shè)計的奇形怪狀,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)動機是帶渦輪增壓的。渦輪增壓(Turbocharger)簡稱Turbo或T。渦輪增壓是利用發(fā)動機的廢氣帶動渦輪來壓縮進氣,從而提高發(fā)動機的功率和扭矩,使車更有勁。
渦輪增壓器主要由渦輪機和壓縮機兩部分組成,之間通過一根傳動軸連接。渦輪的進氣口與發(fā)動機排氣歧管相連,排氣口與排氣管相連;壓縮機的進氣口與進氣管相連,排氣口則接在進氣歧管上。到底是怎樣實現(xiàn)增壓的呢?主要是通過發(fā)動機排出的廢氣沖擊渦輪高速運轉(zhuǎn),從而帶動同軸的壓縮機高速轉(zhuǎn)動,強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)動機廢氣的能量帶動壓縮機來實現(xiàn)對進氣的增壓,整個過程中基本不會消耗發(fā)動機的動力,擁有良好的加速持續(xù)性,但是在低速時渦輪不能及時介入,帶有一定的滯后性。
● 機械增壓又是怎樣的?
相對于渦輪增壓,機械增壓(Supercharger)的原理則有所不同。機械增壓主要是通過曲軸的動力帶動一個機械式的空氣壓縮機旋轉(zhuǎn)來壓縮空氣的。與渦輪增壓不同的是,機械增壓工作過程中會對發(fā)動機輸出的動力造成一定程度的損耗。
由于機械增壓器是直接由曲軸帶動的,發(fā)動機運轉(zhuǎn)時,增壓器也就開始工作了。所以在低轉(zhuǎn)速時,發(fā)動機的扭矩輸出表現(xiàn)也十分出色,而且空氣壓縮量是按照發(fā)動機轉(zhuǎn)速線性上升的,沒有渦輪增壓發(fā)動機介入那一刻的唐突,也沒有渦輪增壓發(fā)動機的低速遲滯。但是在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時,機械增壓器對發(fā)動機動力的損耗也是很大的,動力提升不太明顯。
● 雙增壓發(fā)動機是怎樣工作的?
雙增壓發(fā)動機,顧名思義就是指一臺發(fā)動機上裝有兩個增壓器。如一臺發(fā)動機上采用兩個渦輪增壓器,則稱為雙渦輪增壓發(fā)動機。如寶馬3.0L直列六缸發(fā)動機,采用的就是兩個渦輪增壓器。
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(每三個缸一組連接一個渦輪增壓器),在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速的時候,較少的排氣即可驅(qū)動渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進氣壓力,減小渦輪遲滯效應(yīng)。
前面了解到,渦輪增壓器在低轉(zhuǎn)速時有遲滯現(xiàn)象,但高速時增壓值大,發(fā)動機動力提升明顯,而且基本不消耗發(fā)動機的動力;而機械增壓器,是發(fā)動機運轉(zhuǎn)直接驅(qū)動渦輪,沒有渦輪增壓的遲滯,但是是損耗部分動力、增壓值較低。那把它們結(jié)合一起就豈不是可以優(yōu)勢互補了?
如大眾高爾夫GT上裝備的1.4升TSI發(fā)動機,設(shè)計師就把渦輪增壓器和機械增壓器結(jié)合到了一起。將機械增壓器安裝到發(fā)動機進氣系統(tǒng)上,渦輪增壓器安裝在排氣系統(tǒng)上,從而保證發(fā)動機在低速、中速和高速時都能有較好的增壓效果。
五、發(fā)動機潤滑/冷卻系統(tǒng)解析
在我們?nèi)粘ｐB(yǎng)車中,定期更換機油機濾、檢查水箱水是必不可少的項目,這對發(fā)動機的工作性能有著重要的影響。機油、水箱水分別是發(fā)動機潤滑系和冷卻系的重要載體,那它們是怎樣對發(fā)動機進行潤滑和冷卻的呢?下面我們一起來了解一下吧。
● 發(fā)動機如何潤滑?
發(fā)動機內(nèi)部有許多相互摩擦運動的零件,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,這些部件運動速度快,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)動機的壽命。機油作為發(fā)動機的“血液”,對發(fā)動機油具有潤滑、冷卻、清洗、密封和防銹等作用,定期地更換機油對發(fā)動機有著重要的作用。
機油主要存儲在油底殼中,當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)后帶動機油泵,利用泵的壓力將機油壓送至發(fā)動機各個部位。潤滑后的機油會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)潤滑的機油中,會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。所以在機油油道上必須安裝機油濾清器進行過濾。但時間過長,機油一樣會變臟,因此在車輛行駛一定里程后必須更換機油機濾。
● 發(fā)動機是如何冷卻的?
發(fā)動機除了要有潤滑系統(tǒng)減少零件間的摩擦外,還必須要有個冷卻系統(tǒng),適時將受熱零件的部分熱量及時散發(fā)出去,以保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。發(fā)動機冷卻有水冷和風(fēng)冷兩種方式,現(xiàn)在一般車用發(fā)動機都采用水冷式。發(fā)動機水冷式冷卻系統(tǒng)主要由水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、補償水箱、節(jié)溫器、發(fā)動機機體、氣缸蓋水套等部分組成。
那是怎么進行冷卻的呢?主要通過水泵使環(huán)繞在氣缸水套中的冷卻液加快流動,通過行駛中的自然風(fēng)和電動風(fēng)扇,使冷卻液在散熱器中進行冷卻,冷卻后的冷卻液再次引入到水套中,周而復(fù)始,實現(xiàn)對發(fā)動機的冷卻。
其實冷卻系除了對發(fā)動機有冷卻作用外,還有“保溫”的作用,因為“過冷”或“過熱”,都會影響發(fā)動機的正常工作。這個過程主要是通過節(jié)溫器實現(xiàn)發(fā)動機冷卻系“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。
● 柴油機和汽油機的區(qū)別
柴油機和汽油機是汽車上最常見的兩種動力裝置,因為燃料的不同,柴油機和汽油機工作方式也是有所不同的。主要表現(xiàn)在以下幾個方面,首先噴射方式不一樣,一般的汽油機(直噴發(fā)動機除外)是將汽油與燃料混合后進入氣缸,而柴油機是直接將柴油噴入已充滿壓縮空氣的氣缸。
其次,點火方式不同。汽油機需要火花塞將混合氣點燃,而柴油機是壓縮自燃點火。最后,壓縮比不同,柴油機的壓縮比一般都比汽油機的要大,因此它的膨脹比和熱效率比較高,油耗比汽油機要低。
● 轉(zhuǎn)子發(fā)動機是怎樣工作的?
轉(zhuǎn)子發(fā)動機也稱三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機,與我們常見的往復(fù)式發(fā)動機不同的是,它是一種通過三角活塞在氣缸內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動的內(nèi)燃機。
轉(zhuǎn)子發(fā)動機的活塞是一個扁平三角形,氣缸是一個扁盒子,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)運動。
在這過程中,工作室的容積隨著活塞轉(zhuǎn)動發(fā)生周期性的變化,從而完成進氣、壓縮、做功、排氣這四個行程。活塞每旋轉(zhuǎn)一次就做功一次,與一般的四沖程發(fā)動機每轉(zhuǎn)兩圈才做一次功,具有高馬力容積等優(yōu)點。
● 混合動力汽車是怎樣的?
現(xiàn)在的混合動力汽車一般為油電混合,就是利用燃油發(fā)動機和電動機共同為汽車提供動力。混合動力車上的裝置可以在車輛減速、制動、下坡時回收能量,并通過電動機為汽車提供動力,因此它的油耗比較低,但汽車價格相對較高。
根據(jù)電動機所起作用的大小,可以分為強混合動力和輕混合動力兩種。強混合動力車主要采用大功率電動機,盡量縮小發(fā)動機的排量。在起步或低速時,可以單純依靠電力行駛,如在車輛重載、加速等情況下,發(fā)動機才會介入工作。
輕混合動力車的主要驅(qū)動力是燃油發(fā)動機,而電動機只是作為輔助作用,不能單獨驅(qū)動汽車。但能在車輛減速、制動時進行能量回收,實現(xiàn)混合動力的最大效率。
六、手動變速器結(jié)構(gòu)原理解析
前面了解到發(fā)動機的工作原理,都知道發(fā)動機的轉(zhuǎn)速是非常高的,如將動力直接作用于車輪來驅(qū)動汽車的話是很不現(xiàn)實的。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,必然會有起步、上坡、高速行駛等駕駛需要。而這期間驅(qū)動汽車所需的扭力都是不同的,光靠發(fā)動機是無法應(yīng)付的。
因為發(fā)動機直接輸出的轉(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,只需要較小的轉(zhuǎn)矩,如直接把發(fā)動機的動力來驅(qū)動汽車的話,就很難實現(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)動機輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速呢?其實這里蘊含了齒輪和杠桿的原理。變速箱內(nèi)有多個不同的齒輪,通過不同大小的齒輪組合一起,就能實現(xiàn)對發(fā)動機轉(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,改變傳動比,擴大驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍;第二,在發(fā)動機轉(zhuǎn)向不變的情況下,實現(xiàn)汽車倒退行駛;第三,利用空檔,可以中斷發(fā)動機動力傳遞,使得發(fā)動機可以起動、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變速器和自動變速器。常見的自動變速器主要有三種,分別是液力自動變速器(AT)、機械無級自動變速器(CVT)、雙離合器變速器(DSG)。
● 手動變速器的結(jié)構(gòu)
手動變速器(Manual Transmission,簡稱MT),就是必須通過用手撥動變速器桿,才能改變傳動比的變速器。手動變速器主要由殼體、傳動組件(輸入輸出軸、齒輪、同步器等)、操縱組件(換擋拉桿、撥叉等)。
● 手動變速器工作原理
手動變速器的工作原理,就是通過撥動變速桿,切換中間軸上的主動齒輪,通過大小不同的齒輪組合與動力輸出軸結(jié)合,從而改變驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。下面先看一下簡化的手動變速器(2檔)的構(gòu)造圖。
發(fā)動機的動力輸入軸是通過一根中間軸,間接與動力輸出軸連接的。如上圖所示,中間軸的兩個齒輪(紅色)與動力輸出軸上的兩個齒輪(藍色)是隨著發(fā)動機輸出一起轉(zhuǎn)動的。但是如果沒有同步器(紫色)的接合,兩個齒輪(藍色)只能在動力輸出軸上空轉(zhuǎn)(即不會帶動輸出軸轉(zhuǎn)動)。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,使同步器向右移動與齒輪(如上圖所示)接合,發(fā)動機動力通過中間軸的齒輪,將動力傳遞給動力輸出軸。
一般的手動變速器都有好幾個檔位(如上圖的5檔手動變速器),可以理解為在原來的基礎(chǔ)上添加了幾組齒輪,其實原理都是一樣的。如當(dāng)掛上1擋時,實際上是將(1、2擋同步器)向左移動使同步器與1擋從動齒輪(圖中①)接合,將動力傳遞到輸出軸。細心的朋友會發(fā)現(xiàn),R檔(倒車檔)的主動齒輪和從動齒輪中夾了一個中間齒輪,就是通過這個齒輪實現(xiàn)汽車的倒退行駛。
● 同步器起什么作用?
變速器在進行換檔操作時,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消失,這時在作用力的推動下,接合套不受阻礙地與同步鎖環(huán)齒圈接合,并進一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成換檔過程。
七、3種自動變速器原理解析
眾所周知,汽車變速箱可以分為自動變速箱和手動變速箱。但并不是所有的人都能夠完整地說出自動變速箱的種類以及各種類自動變速箱究竟在運作原理上有什么不同。下面來剖析一下AT、CVT、DSG這三種自動變速箱的運作原理。
● AT自動變速箱的結(jié)構(gòu)及工作原理:
現(xiàn)在自動變速箱一般都是液力變矩器式自動變速箱,也就是俗稱的“AT”自動變速箱。它主要由兩大部分構(gòu)成:1、和發(fā)動機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,采用鎖止離合器將發(fā)動機與變速機構(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)動機的動力輸出傳遞到變速機構(gòu)。它里面充滿了傳動油,當(dāng)與動力輸入軸相連接的泵輪轉(zhuǎn)動時,它會通過傳動油帶動與輸出軸相連的渦輪一起轉(zhuǎn)動,從而將發(fā)動機動力傳遞出去。其原理就像一把插電的風(fēng)扇能夠帶動一把不插電的風(fēng)扇的葉片轉(zhuǎn)動一樣。
AT自動變速箱每個檔位都由一組離合片控制,從而實現(xiàn)變速功能。現(xiàn)在的AT自動變速箱采用電磁閥對離合片進行控制,使得系統(tǒng)更簡單,可靠性更好。AT自動變速箱的傳動齒輪和手動變速箱的傳動齒輪并不相同。AT自動變速箱采用的是行星齒輪組實現(xiàn)扭矩的轉(zhuǎn)換。
AT自動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到致動壓力時,多片式離合片接合從而促使相應(yīng)的行星齒輪組輸出動力。
行星齒輪組包括行星架、齒圈以及太陽輪。當(dāng)上面提到的三個部件中的一個被固定后,動力便會在其他兩個部件之間傳遞。
● CVT自動變速箱的結(jié)構(gòu)及工作原理:
CVT無級變速箱的主要部件是兩個滑輪和一條金屬帶,金屬帶套在兩個滑輪上。滑輪由兩塊輪盤組成,這兩片輪盤中間的凹槽形成一個V形,其中一邊的輪盤由液壓控制機構(gòu)控制,可以視不同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速,進行分開與拉近的動作,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。兩個滑輪呈反向調(diào)節(jié),即其中一個帶輪凹槽逐漸變寬時,另一個帶輪凹槽就會逐漸變窄,從而迅速加大傳動比的變化。
當(dāng)汽車慢速行駛時,可以令主動滑輪的凹槽寬度大于被動滑輪凹槽,主動滑輪的金屬帶圓周半徑小于被動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,主動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,而被動滑輪的一邊輪盤剛好相反,向外移動拉大凹槽寬度迫使金屬帶降下,即主動滑輪金屬帶的圓周半徑大于被動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的速度要求,
● DSG自動變速箱的結(jié)構(gòu)及工作原理:
手動擋汽車在換擋時,離合器在分離和接合之間存在動力傳遞暫時中斷的現(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,會極大地影響成績。雙離合變速箱能夠消除換擋時動力傳遞的中斷現(xiàn)象,縮短換擋時間,同時換擋更加平順。
上圖是一個大眾6速DSG雙離合變速箱的工作原理圖。兩個離合器與變速箱裝配在同一機構(gòu)內(nèi),其中一個離合器(1)負責(zé)掛1、3、5和倒擋;另一個離合器(2)負責(zé)掛2、4、6擋。當(dāng)駕駛員掛上1擋起步時,換擋撥叉同時掛上1擋和2擋,但離合器1結(jié)合,離合器2分離,動力通過1擋的齒輪輸出動力,2擋齒輪空轉(zhuǎn)。當(dāng)駕駛員換到2擋時,換擋撥叉同時掛上2擋和3擋,離合器1分離的同時離合器2結(jié)合,動力通過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力傳輸中斷的問題。
上圖是一個大眾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負責(zé)控制1、3、5、7擋;離合器2負責(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大眾6速DSG雙離合變速箱的原理簡圖。這個簡圖非常清晰地說明了雙離合變速箱的傳動原理。下面是一個關(guān)于雙離合變速箱工作原理的視頻。
八、傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析
我們知道,發(fā)動機輸出的動力并不是直接作用于車輪上來驅(qū)動汽車行駛的,而是需經(jīng)過一系列的動力傳遞機構(gòu)。那動力到底如何傳遞到車輪的?下面我們了解一下汽車傳動系統(tǒng)是怎樣工作的。
● 動力是怎樣傳遞的?
發(fā)動機輸出的動力,是要經(jīng)過一系列的動力傳遞裝置才到達驅(qū)動輪的。發(fā)動機到驅(qū)動輪之間的動力傳遞機構(gòu),稱為汽車的傳動系,主要由離合器、變速器、傳動軸、主減速器、差速器以及半軸等部分組成。
發(fā)動機輸出的動力,先經(jīng)過離合器,由變速器變扭和變速后,經(jīng)傳動軸把動力傳遞到主減速器上,最后通過差速器和半軸把動力傳遞到驅(qū)動輪上。
汽車傳動系的布置形式與發(fā)動機的位置及驅(qū)動形式有關(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)動機放置在車的前部,并采用前輪作為驅(qū)動輪。現(xiàn)在大部分轎車都采取這種布置方式。由于發(fā)動機布置在車的前部,所以整車的重心集中在車身前段,會有點“頭重尾輕”。但由于車體會被前輪拉著走的,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)動機動力經(jīng)過差速器后用半軸直接驅(qū)動前輪,不需要經(jīng)過傳動軸,動力損耗較小,適合小型車。不過由于前輪同時負責(zé)驅(qū)動和轉(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)動機放置在車前部,并采用后輪作為驅(qū)動輪。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。不過傳動部件多、傳動系統(tǒng)質(zhì)量大,貫穿乘坐艙的傳動軸占據(jù)了艙內(nèi)的地臺空間。
FR汽車擁有較好的操控性、穩(wěn)定性、制動性,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)動機放置在后軸的后部,并采用后輪作為驅(qū)動輪。由于全車的重量大部分集中在后方,且又是后輪驅(qū)動,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)后輪的抓地力達到極限時,會有打滑甩尾現(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)動機放置駕乘室與后軸之間,并采用后輪作為驅(qū)動輪。MR這種設(shè)計已是高級跑車的主流驅(qū)動方式。由于將車中運動慣量最大的發(fā)動機置于車體中央,整車重量分布接近理想平衡,使得MR車獲得最佳運動性能的保障。
MR車由于發(fā)動機中置,車廂比較窄,一般只有兩個座位,而且發(fā)動機離駕駛?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在乎這些的。
● 離合器的作用
離合器位于發(fā)動機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)于一個動力開關(guān),可以傳遞或切斷發(fā)動機向變速器輸入的動力。主要是為了使汽車平穩(wěn)起步,適時中斷到傳動系的動力以配合換擋,還可以防止傳動系過載。
離合器主要由主動部分(飛輪、離合器蓋等)、從動部分(摩擦片)、壓緊機構(gòu)(膜片彈簧)和操縱機構(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盤接觸面的摩擦作用,將發(fā)動機發(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)動機的動力可以傳遞到變速箱。當(dāng)踩下離合器踏板后,通過操作機構(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向相反的方向移動,壓盤離開摩擦片,這時發(fā)動機動力傳輸中斷;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)動機動力繼續(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現(xiàn)不同方向的軸動力輸出,位于傳動軸的末端,起到連接傳動軸和驅(qū)動橋、半軸等機件。萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)和作用有點像人體四肢上的關(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,必須將變速器的動力通過傳動軸與驅(qū)動橋進行連接,那為什么要用萬向節(jié)呢?主要是為了滿足動力傳遞、適應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車運行時所產(chǎn)生的上下跳動所造成的角度變化。
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)動機動力輸出是需經(jīng)過一系列的傳動機構(gòu)才傳遞到驅(qū)動輪的,其中非常重要的一環(huán)就是差速器了。差速器是如何實現(xiàn)差速的?下面將對差速器的結(jié)構(gòu)原理進行解析。
● 為什么要用差速器?
汽車在轉(zhuǎn)彎時,車輪做的是圓弧的運動,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)動輪上會造成相互干涉的現(xiàn)象。由于非驅(qū)動輪左右兩側(cè)的輪子是相互獨立的,互不干涉。
驅(qū)動輪如果直接通過一根軸剛性連接的話,兩側(cè)輪子的轉(zhuǎn)速必然會相同。那么在過彎時,內(nèi)外兩側(cè)車輪就會發(fā)生干涉的現(xiàn)象,會導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)彎困難,所以現(xiàn)在汽車的驅(qū)動橋上都會安裝差速器。
布置在前驅(qū)動橋(前驅(qū)汽車)和后驅(qū)動橋(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側(cè)齒輪(通過半軸與車輪相連)、兩個行星齒輪(行星架與環(huán)形齒輪連接)、一個環(huán)形齒輪(動力輸入軸相連)。
那差速器是怎樣工作的呢?傳動軸傳過來的動力通過主動齒輪傳遞到環(huán)齒輪上,環(huán)齒輪帶動行星齒輪軸一起旋轉(zhuǎn),同時帶動側(cè)齒輪轉(zhuǎn)動,從而推動驅(qū)動輪前進。
當(dāng)車輛直線行駛時,左右兩個輪受到的阻力一樣,行星齒輪不自轉(zhuǎn),把動力傳遞到兩個半軸上,這時左右車輪轉(zhuǎn)速一樣(相當(dāng)于剛性連接)。
當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時,左右車輪受到的阻力不一樣,行星齒輪繞著半軸轉(zhuǎn)動并同時自轉(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),同時自身還會自轉(zhuǎn)。這樣的話就會把動力全部傳遞到打滑的那一側(cè)車輪,車輪就只能原地不動了。
所以為了應(yīng)付差速器這一弱點,就會在差速器采用限滑或鎖死的方法,在汽車驅(qū)動輪失去附著力時減弱或讓差速器失去差速作用,是左右兩側(cè)驅(qū)動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,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會影響汽車行駛的穩(wěn)定性。而限滑差速器(LSD)啟動柔和,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現(xiàn)動力的分配。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,會自動把部分動力傳遞到?jīng)]有打滑的車輪,從而擺脫困境。不過在長時間重負荷、高強度越野時,會影響它的可靠性。
● 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(運動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)在不同路況時對前后輪的動力分配情況。
● 四輪驅(qū)動汽車有什么特點?
四輪驅(qū)動,顧名思義就是采用四個車輪作為驅(qū)動輪,簡稱四驅(qū)。(英文是4 Wheel Drive,簡稱4WD)。四輪驅(qū)動汽車有兩大優(yōu)勢,一是提高通過性,二是提高主動安全性。
由于四驅(qū)汽車,四個輪子都可以驅(qū)動汽車,如果在一些復(fù)雜路段出現(xiàn)前輪或后輪打滑時,另外兩個輪子還可以繼續(xù)驅(qū)動汽車行駛,不至于無法動彈。特別是在冰雪或濕滑路面行駛時,更不容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,比一般的兩驅(qū)車更穩(wěn)定。
● 分時四驅(qū)是什么?
分時四驅(qū)可以簡單理解為根據(jù)不同路況駕駛員可以手動切換兩驅(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,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)向時車輛轉(zhuǎn)向時發(fā)生干涉現(xiàn)象,減低油耗等。
● 適時四驅(qū)又是怎樣的?
適時四驅(qū)就是根據(jù)車輛的行駛路況,系統(tǒng)會自動切換為兩驅(qū)或四驅(qū)模式,是不需要人為控制的。適時驅(qū)動汽車其實跟駕駛兩驅(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。
適時四驅(qū)車的傳動系統(tǒng)中,只需從前驅(qū)動橋引一根傳動軸,并通過一個多片耦合器連接到后橋。當(dāng)主驅(qū)動輪失去抓地力(打滑)后,另外的驅(qū)動輪才會被動介入,所以它的響應(yīng)速度較慢。相對來說,適時四驅(qū)車的主動安全性不如全時驅(qū)動車高。
● 全時四驅(qū)?
全時四驅(qū)就是指汽車的四個車輪時時刻刻都能提供驅(qū)動力。因為是時時四驅(qū),沒有了兩驅(qū)和四驅(qū)之間切換的響應(yīng)時間,主動安全性更好,不過相對于適時四驅(qū)來說,油耗較高。全時四驅(qū)汽車傳動系統(tǒng)中,設(shè)置了一個中央差速器。發(fā)動機動力先傳遞到中央差速器,將動力分配到前后驅(qū)動橋。
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,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,個別高級轎車則使用空氣彈簧。
● 獨立懸掛和非獨立懸掛的區(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,獨立懸掛和非獨立懸掛。那怎么來區(qū)分獨立懸掛和非獨立懸掛呢?
獨立懸掛可以簡單理解為,左右兩個車輪間沒有硬軸進行剛性連接,一側(cè)車輪的懸掛部件全部都只與車身相連。而非獨立懸掛兩個車輪間不是相互獨立的,之間有硬軸進行剛性連接。
從結(jié)構(gòu)上看,獨立懸掛由于兩個車輪間沒有干涉,可以有更好的舒適性和操控性。而非獨立懸掛兩個車輪間有硬性連接物,會發(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),同時還要承受車輪上端的橫向力。
麥弗遜的設(shè)計特點是結(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越快,所以懸掛的減震能力也相對較強。然而麥弗遜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕,那么抗側(cè)傾和制動點頭能力弱,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,而這時的減振機構(gòu)只負責(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,雙叉臂式懸掛的強度和耐沖擊力比麥弗遜式懸掛要強很多,而且在車輛轉(zhuǎn)彎時能很好的抑制側(cè)傾和制動點頭等問題。
雙叉臂式懸掛通常采用上下不等長叉臂(上短下長),讓車輪在上下運動時能自動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,兩個車輪之間沒有硬軸直接相連,而是通過一根扭轉(zhuǎn)梁進行連接,扭轉(zhuǎn)梁可以在一定范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)。但如果一個車輪遇到非平整路面時,之間的扭轉(zhuǎn)梁仍然會對另一側(cè)車輪產(chǎn)生一定的干涉的,嚴格上說,扭轉(zhuǎn)梁式懸掛屬于半獨立式懸掛。
扭力梁式懸掛相對于獨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,而且維修費用也比獨立懸掛低,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,外側(cè)懸掛會壓向穩(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動點的約束角度設(shè)計使得懸掛在壓縮時能主動調(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,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,懸掛可以變軟來提高舒適性。
● 彈簧和減震器
在懸掛的減振機構(gòu)中,除了減振器還會有根彈簧。有了減振器為什么還要彈簧呢?其實需要它們的合作,才能完成減振的任務(wù)。
當(dāng)車輛行駛在不平路面時,彈簧受到地面沖擊后發(fā)生形變,而彈簧需要恢復(fù)原型會出現(xiàn)來回震動的現(xiàn)象,這樣顯然會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,抑制彈簧來回擺動。這樣在汽車通過不平路段時,才不至于不停的顫動。
十一、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理解析
我們平時開車,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”、“電動助力轉(zhuǎn)向”、“主動轉(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)向按動力的來源可分為液壓助力和電動助力兩種。
● 機械式液壓助力轉(zhuǎn)向
機械式液壓助力系統(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)動機皮帶帶動)提供油壓推動活塞,進而產(chǎn)生輔助力推動轉(zhuǎn)向拉桿,輔助車輪轉(zhuǎn)向。
那具體是怎樣動作的呢?首先位于轉(zhuǎn)向機上的機械閥體(可隨轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動),在方向盤沒有轉(zhuǎn)動時,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)動時,轉(zhuǎn)向控制閥就會相應(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)就會產(chǎn)生壓差而被推動,進而產(chǎn)生輔助力推動轉(zhuǎn)向拉桿,使轉(zhuǎn)向更加輕松。
在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,如車輪的劇烈跳動和遇到坑洼路面導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)非自主的轉(zhuǎn)向時,可以通過液壓對活塞的作用能夠很好的緩沖和吸收震動,使傳遞到方向盤上的震動大大減少。機械液壓助力技術(shù)成熟穩(wěn)定,可靠性高,應(yīng)用廣泛。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,維護成本較高。而且單純的機械式液壓助力系統(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)動方式不同。機械式液壓助力的液壓泵直接是通過發(fā)動機皮帶驅(qū)動的,而電子式液壓助力采用的是由電力驅(qū)動的電子泵。
電子液壓助力的電子泵,不用消耗發(fā)動機本身的動力,而且電子泵是由電子系統(tǒng)控制的,不需要轉(zhuǎn)向時,電子泵關(guān)閉,進一步減少能耗。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。
● 電動助力轉(zhuǎn)向
電動助力主要由傳感器、控制單元和助力電機構(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)動時,位于轉(zhuǎn)向柱位置的轉(zhuǎn)矩傳感器將轉(zhuǎn)動信號傳到控制器,控制器通過運算修正給電機提供適當(dāng)?shù)碾妷?驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。而電動機輸出的扭矩經(jīng)減速機構(gòu)放大后推動轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向拉桿,從而提供轉(zhuǎn)向助力。電動助力轉(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更輕盈,而在高速時更穩(wěn)定。
電動助力轉(zhuǎn)向有兩種實現(xiàn)方式,一種是對轉(zhuǎn)向柱施加助力,是將助力電機經(jīng)減速增扭后直接連接在轉(zhuǎn)向柱上,電機輸出的輔助扭矩直接施加在轉(zhuǎn)向柱上,相當(dāng)于電機直接幫助我們轉(zhuǎn)動方向盤。另一種是對轉(zhuǎn)向拉桿施加助力,是將助力電機安裝在轉(zhuǎn)向拉桿上,直接用助力電機推動拉桿使車輪轉(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?在平時停車入庫等低速行駛時,如方向盤轉(zhuǎn)向輕盈確實很方便,但是如果在高速行駛時,方向盤轉(zhuǎn)向過于輕盈反而是一種危害,因為不利于車輛高速行駛的穩(wěn)定性。
而隨速可變助力轉(zhuǎn)向可以做到這點,當(dāng)車低速行駛時,它可以提供大的助力,保證方向盤轉(zhuǎn)動輕盈和靈活;當(dāng)車速較高時,它提供的助力就會較小,以增強行車的安全性和穩(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)動的角度與對應(yīng)的車輪轉(zhuǎn)動角度的比值。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)動時的助力而已,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)動角度也是可以變化的。
如上圖中的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間安裝一個電子控制的機械機構(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)機構(gòu)附加的角度。那么通過利用電動機對蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的控制,可以改變傳動系統(tǒng)的傳動比。
這樣做有什么好處呢?在高速時,通過電動機的作用使蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)機構(gòu)與駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的方向相同,可以減少對轉(zhuǎn)向力的需求。而在高速時,通過電動機的作用使蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)機構(gòu)與駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的方向相反,減少前輪的轉(zhuǎn)動角度,提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。
十二、制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理解析
大家都知道,汽車的制動系統(tǒng)對我們的行車安全非常重要,行車中如出現(xiàn)制動失靈等故障,后果都將不堪設(shè)想。那么汽車的制動系統(tǒng)是如何制動的?為什么會失靈?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。
● 制動系統(tǒng)的組成
作為制動系統(tǒng),作用當(dāng)然就是讓行駛中的汽車按我們的意愿進行減速甚至停車。工作原理就是將汽車的動能通過摩擦轉(zhuǎn)換成熱能。汽車制動系統(tǒng)主要由供能裝置、控制裝置、傳動裝置和制動器等部分組成,常見的制動器主要有鼓式制動器和盤式制動器。
● 鼓式制動器
鼓式制動器主要包括制動輪缸、制動蹄、制動鼓、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)動的制動鼓內(nèi)側(cè)面發(fā)生摩擦,從而起到制動的效果。
在踩下剎車踏板時,推動剎車總泵的活塞運動,進而在油路中產(chǎn)生壓力,制動液將壓力傳遞到車輪的制動分泵推動活塞,活塞推動制動蹄向外運動,進而使得摩擦片與剎車鼓發(fā)生摩擦,從而產(chǎn)生制動力。
從結(jié)構(gòu)中可以看出,鼓式制動器是工作在一個相對封閉的環(huán)境,制動過程中產(chǎn)生的熱量不易散出,頻繁制動影響制動效果。不過鼓式制動器可提供很高的制動力,廣泛應(yīng)用于重型車上。
● 盤式制動器
盤式制動器也叫碟式制動器,主要由制動盤、制動鉗、摩擦片、分泵、油管等部分構(gòu)成。盤式制動器通過液壓系統(tǒng)把壓力施加到制動鉗上,使制動摩擦片與隨車輪轉(zhuǎn)動的制動盤發(fā)生摩擦,從而達到制動的目的。
與封閉式的鼓式制動器不同的是,盤式制動器是敞開式的。制動過程中產(chǎn)生的熱量可以很快散去,擁有很好的制動效能,現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于轎車上。
● 通風(fēng)制動盤
制動過程實際上是摩擦力將動能轉(zhuǎn)化為熱能的過程,如制動器的熱量不能及時散出,將會影響其制動效果。為了進一步提升制動效能,通風(fēng)制動盤應(yīng)運而生。通風(fēng)剎車盤內(nèi)部是中空的或在制動盤打很多小孔,冷空氣可以從中間穿過進行降溫。
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,達到散熱的目的,因此比普通實心盤式散熱效果要好許多。
● 陶瓷制動盤
陶瓷制動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下容易高熱而產(chǎn)生熱衰退,制動性能會大打折扣,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盤高出許多倍。
陶瓷制動盤在制動最初階段就能產(chǎn)生最大的制動力,整體制動要比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)更快,制動距離更短。當(dāng)然,它的價格也是非常昂貴的,多用于高性能跑車上。
● 緊急制動輔助系統(tǒng)(EBA)
緊急制動輔助系統(tǒng),其作用是當(dāng)行車電腦ECU發(fā)現(xiàn)駕駛員進行緊急制動時,可在瞬間自動加大制動力,以防止因為司機制動力不足而發(fā)生險情。
當(dāng)傳感器接受到的松油門踩制動的時間、踩制動的速率和力度都符合要求時,ECU會馬上啟動緊急制動措施,在短短幾毫秒之內(nèi)把制動力全部發(fā)揮出來,這比駕駛員把制動踏板踩到底的時間要快得多,這樣可以縮短在緊急制動情況下的剎車距離。
● 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)點的汽車安全控制系統(tǒng),已廣泛運用于汽車上。ABS主要由ECU控制單元、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動壓力調(diào)節(jié)裝置和制動控制電路等部分組成。
制動過程中,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,進而判斷車輪是否即將被抱死。ABS剎車制動其特點是當(dāng)車輪趨于抱死臨界點時,制動分泵壓力不隨制動主泵壓力增加而增高,壓力在抱死臨界點附近變化。
如判斷車輪沒有抱死,制動壓力調(diào)節(jié)裝置不參加工作,制動力將繼續(xù)增大;如判斷出某個車輪即將抱死,ECU向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令,關(guān)閉制動缸與制動輪缸的通道,使制動輪的壓力不再增大;如判斷出車輪出現(xiàn)抱死拖滑狀態(tài),即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令,使制動輪缸的油壓降低,減少制動力。
● 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)其實是ABS(防抱死系統(tǒng))和ASR(驅(qū)動輪防滑轉(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)測各個車輪的速度轉(zhuǎn)動)、側(cè)滑傳感器(監(jiān)測車體繞縱軸線轉(zhuǎn)動的狀態(tài))、橫向加速度傳感器(監(jiān)測汽車轉(zhuǎn)彎時的離心力)等組成。控制單元通過這些傳感器的信號對車輛的運行狀態(tài)進行判斷,進而發(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,產(chǎn)生的橫向作用力會使汽車不穩(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,駕駛員必須快速向左轉(zhuǎn)彎,此時轉(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直接沖向障礙物。那么這時ESP系統(tǒng)將會瞬間將左后輪緊急制動,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,汽車會有轉(zhuǎn)向過度的危險,向右的扭矩過大,以至于車尾甩向左側(cè)。這時ESP系統(tǒng)會將左前輪制動,扭矩就會減小,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”,因為它才是保護駕乘人員的關(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)常會聽到兩廂車、三廂車這個詞,它們到底是怎么來劃分的:通常我們把轎車的發(fā)動機室、駕駛室、行李箱分別稱為轎車的“廂”,如這三個廂是相互獨立的,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、總高會略有不同。
● 汽車通過性能指標
在了解一款越野車時,會經(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)動機、傳動系統(tǒng)、車身的總成部分是固定在一個剛性車架上,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車身結(jié)構(gòu),底盤的強度較高,抗顛簸性能好。就算車的四個車輪受力不均勻,也是由車架承受,不會傳遞到車身,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車身是為一體的,沒有貫穿整體的大梁,發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、前后懸掛等部件都裝配到車身上,車身負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)然底盤的強度是不及有大梁結(jié)構(gòu)的非承載式車身,在車的四個車輪受力不均勻時,車身會發(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。因為在受到側(cè)面撞擊時,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),直接會收到外力的侵害。所以防撞梁的強度越高,對駕乘人員的防護就越好。
● 什么是潰縮吸能?
在汽車碰撞中,重要的是保護車內(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)計時考慮到這一點,在汽車碰撞時,讓一部分機構(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?
同樣是為了保護駕乘室中的人員,在汽車受到撞擊時,利用特殊設(shè)計的車身,將撞擊力分散、轉(zhuǎn)移,從而減少傳遞到駕乘室的撞擊力,達到保護車內(nèi)乘員的目的。
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