汽车设计入门知识--超牛超全图解大集合分享

【1】发动机结构种类解析

　　发动机作为汽车的动力源泉，就像人的心脏一样。不过不同人的心脏大小和构造差别不大，但是不同汽车的发动机的内部结构就有着千差万别，那不同的发动机的构造都有哪些不同？下面我们一起了解一下。



● 汽车动力的来源



　　汽车的动力源泉就是发动机，而发动机的动力则来源于气缸内部。发动机气缸就是一个把燃料的内能转化为动能的场所，可以简单理解为，燃料在汽缸内燃烧，产生巨大压力推动活塞上下运动，通过连杆把力传给曲轴，最终转化为旋转运动，再通过变速器和传动轴，把动力传递到驱动车轮上，从而推动汽车前进。
● 气缸数不能过多



　　一般的汽车都是以四缸和六缸发动机居多，既然发动机的动力主要是来源于气缸，那是不是气缸越多就越好呢?其实不然，随着汽缸数的增加，发动机的零部件也相应的增加，发动机的结构会更为复杂，这也降低发动机的可靠性，另外也会提高发动机制造成本和后期的维护费用。所以，汽车发动机的汽缸数都是根据发动机的用途和性能要求进行综合权衡后做出的选择。像V12型发动机、W12型发动机和W16型发动机只运用于少数的高性能汽车上。
● V型发动机结构



　　其实V型发动机，简单理解就是将相邻气缸以一定的角度组合在一起，从侧面看像V字型，就是V型发动机。V型发动机相对于直列发动机而言，它的高度和长度有所减少，这样可以使得发动机盖更低一些，满足空气动力学的要求。而V型发动机的气缸是成一个角度对向布置的，可以抵消一部分的震动，但是不好的是必须要使用两个气缸盖，结构相对复杂。虽然发动机的高度减低了，但是它的宽度也相应增加，这样对于固定空间的发动机舱，安装其他装置就不容易了。
● W型发动机结构



　　将V型发动机两侧的气缸再进行小角度的错开，就是W型发动机了。W型发动机相对于V型发动机，优点是曲轴可更短一些，重量也可轻化些，但是宽度也相应增大，发动机舱也会被塞得更满。缺点是W型发动机结构上被分割成两个部分，结构更为复杂，在运作时会产生很大的震动，所以只有在少数的车上应用。



● 水平对置发动机结构



　　水平对置发动机的相邻气缸相互对立布置（活塞的底部向外侧），两气缸的夹角为180°，不过它与180°V型发动机还是有本质的区别的。水平对置发动机与直列发动机类似，是不共用曲柄销的（也就是说一个活塞只连一个曲柄销），而且对向活塞的运动方向是相反的，但是180°V型发动机则刚好相反。水平对置发动机的优点是可以很好的抵消振动，使发动机运转更为平稳；重心低，车头可以设计得更低，满足空气动力学的要求；动力输出轴方向与传动轴方向一致，动力传递效率较高。缺点：结构复杂，维修不方便；生产工艺要求苛刻，生产成本高，在知名品牌的轿车中只有保时捷和斯巴鲁还在坚持使用水平对置发动机。
● 发动机为什么能源源不断提供动力
　　发动机之所以能源源不断的提供动力，得益于气缸内的进气、压缩、做功、排气这四个行程的有条不紊地循环运作。



　　进气行程，活塞从气缸内上止点移动至下止点时，进气门打开，排气门关闭，新鲜的空气和汽油混合气被吸入气缸内。
　　压缩行程，进排气门关闭，活塞从下止点移动至上止点，将混合气体压缩至气缸顶部，以提高混合气的温度，为做功行程做准备。
　　做功行程，火花塞将压缩的气体点燃，混合气体在气缸内发生“爆炸”产生巨大压力，将活塞从上止点推至下止点，通过连杆推动曲轴旋转。
　　排气行程，活塞从下止点移至上止点，此时进气门关闭，排气门打开，将燃烧后的废气通过排气歧管排出气缸外。
● 发动机动力源于爆炸



　　发动机能产生动力其实是源于气缸内的“爆炸力”。在密封气缸燃烧室内，火花塞将一定比例汽油和空气的混合气体在合适的时刻里瞬间点燃，就会产生一个巨大的爆炸力，而燃烧室是顶部是固定的，巨大的压力迫使活塞向下运动，通过连杆推动曲轴，在通过一系列机构把动力传到驱动轮上，最终推动汽车。
● 火花塞是“引爆”高手



　　要想气缸内的“爆炸”威力更大，适时的点火就非常重要了，而气缸内的火花塞就是扮演“引爆”的角色。其实火花塞点火的原理有点类似雷电，火花塞头部有中心电极和侧电极(相于两朵带相反极性离子的云)，两个电极之间有个很小的间隙(称为点火间隙)，当通电时能产生高达1万多伏的电火花，可以瞬间“引爆”气缸内的混合气体。
● 进气门要比排气门大



　　要想气缸内不断的发生“爆炸”，必须不断的输入新的燃料和及时排出废气，进、排气门在这过程中就扮演了重要角色。进、排气门是由凸轮控制的，适时的执行“开门”和“关门”这两个动作。为什么看到的进气门都会比排气门大一些呢？因为一般进气是靠真空吸进去的，排气是挤压将废气推出，所以排气相对比进气容易。为了获得更多的新鲜空气参与燃烧，因而进气门需要弄大点以获得更多的进气。
● 气门数不宜过多



　　如果发动机有多个气门的话，高转速时进气量大、排气干净，发动机的性能也比较好（类似一个电影院，门口多的话，进进出出就方便多了）。但是多气门设计较复杂，尤其是气门的驱动方式、燃烧室构造和火花塞位置都需要进行精密的布置，这样生产工艺要求高，制造成本自然也高，后期的维修也困难。所以气门数不宜过多，常见的发动机每个气缸有4个气门(2进2出)。

【2】发动机可变气门原理解析

　　前面已经了解过发动机的基本构造和动力来源。其实发动机的实际运转速度并不是一成不变的，而是像人跑步一样，时而急促，时而平缓，那么调节好自己的呼吸节奏尤其重要，下面我们就来了解一下发动机是怎样“呼吸”的。



● 凸轮轴的作用



　　简单来说，凸轮轴是一根有多个圆盘形凸轮的金属杆。这根金属杆在发动机工作中起到什么作用？它主要负责进、排气门的开启和关闭。凸轮轴在曲轴的带动下不断旋转，凸轮便不断地下压气门（摇臂或顶杆），从而实现控制进气门和排气门开启和关闭的功能。
● OHV、OHC、SOHC、DOHC代表什么意思？
　　在发动机外壳上经常会看到SOHC、DOHC这些字母，这些字母到底表示的是什么意思？OHV是指顶置气门底置凸轮轴，就是凸轮轴布置在气缸底部，气门布置气缸顶部。OHC是指顶置凸轮轴，也就是凸轮轴布置在气缸的顶部。



　　如果气缸顶部只有一根凸轮轴同时负责进、排气门的开、关，称为单顶置凸轮轴（SOHC）。气缸顶部如果有两根凸轮轴分别负责进、排气门的开关，则称为双顶置凸轮轴（DOHC）。



　　底置凸轮轴的凸轮与气门摇臂间需要采用一根金属连杆连接，凸轮顶起连杆从而推动摇臂来实现气门的开合。但过高的转速容易导致顶杆折断，因此这种设计多应用于大排量、低转速、追求大扭矩输出的发动机。而凸轮轴顶置可省略顶杆简化了凸轮轴到气门的传动机构，更适合发动机高速时的动力表现，顶置凸轮轴应用比较广泛。
● 配气机构的作用



　　配气机构主要包括正时齿轮系、凸轮轴、气门传动组件（气门、推杆、摇臂等），主要的作用是根据发动机的工作情况，适时的开启和关闭各气缸的进、排气门，以使得新鲜混合气体及时充满气缸，废气得以及时排出气缸外。
● 什么是气门正时？为什么需要正时？
　　所谓气门正时，可以简单理解为气门开启和关闭的时刻。理论上在进气行程中，活塞由上止点移至下止点时，进气门打开、排气门关闭；在排气行程中，活塞由下止点移至上止点时，进气门关闭、排气门打开。



　　那为什么要正时呢？其实在实际的发动机工作中，为了增大气缸内的进气量，进气门需要提前开启、延迟关闭；同样地，为了使气缸内的废气排的更干净，排气门也需要提前开启、延迟关闭，这样才能保证发动机有效的运作。
● 可变气门正时、可变气门升程又是什么？
　　发动机在高转速时，每个气缸在一个工作循环内，吸气和排气的时间是非常短的，要想达到高的充气效率，就必须延长气缸的吸气和排气时间，也就是要求增大气门的重叠角；而发动机在低转速时，过大的气门重叠角则容易使得废气倒灌，吸气量反而会下降，从而导致发动机怠速不稳，低速扭矩偏低。



　　固定的气门正时很难同时满足发动机高转速和低转速两种工况的需求，所以可变气门正时应运而生。可变气门正时可以根据发动机转速和工况的不同而进行调节，使得发动机在高低速下都能获得理想的进、排气效率。



　　影响发动机动力的实质其实与单位时间内进入到气缸内的氧气量有关，而可变气门正时系统只能改变气门的开启和关闭的时间，却不能改变单位时间内的进气量，变气门升程就能满足这个需求。如果把发动机的气门看作是房子的一扇“门”的话，气门正时可以理解为“门”打开的时间，气门升程则相当于“门”打开的大小。
● 丰田VVT-i可变气门正时系统
　　丰田的可变气门正时系统已广泛应用，主要的原理是在凸轮轴上加装一套液力机构，通过ECU的控制，在一定角度范围内对气门的开启、关闭的时间进行调节，或提前、或延迟、或保持不变。



　　凸轮轴的正时齿轮的外转子与正时链条(皮带)相连，内转子与凸轮轴相连。外转子可以通过液压油间接带动内转子，从而实现一定范围内的角度提前或延迟。 　　
● 本田i-VTEC可变气门升程系统
　　本田的i-VTEC可变气门升程系统的结构和工作原理并不复杂，可以看做在原来的基础上加了第三根摇臂和第三个凸轮轴。它是怎样实现改变气门升程的呢?可以简单的理解为，通过三根摇臂的分离与结合一体，来实现高低角度凸轮轴的切换，从而改变气门的升程。



　　当发动机处于低负荷时，三根摇臂处于分离状态，低角度凸轮两边的摇臂来控制气门的开闭，气门升程量小;当发动机处于高负荷时，三根摇臂结合为一体，由高角度凸轮驱动中间摇臂，气门升程量大。
● 宝马Valvetronic可变气门升程系统



　　宝马的Valvetronic可变气门升程系统，主要是通过在其配气机构上增加偏心轴、伺服电机和中间推杆等部件来改变气门升程。当电动机工作时，蜗轮蜗杆机构会驱动偏心轴发生旋转，再通过中间推杆和摇臂推动气门。偏心轮旋转的角度不同，凸轮轴通过中间推杆和摇臂推动气门产生的升程也不同，从而实现对气门升程的控制。
● 奥迪AVS可变气门升程系统



　　奥迪的AVS可变气门升程系统，主要通过切换凸轮轴上两组高度不同的凸轮来实现改变气门的升程，其原理与本田的i-VTEC非常相似，只是AVS系统是通过安装在凸轮轴上的螺旋沟槽套筒，来实现凸轮轴的左右移动，进而切换凸轮轴上的高低凸轮。






　　发动机处于高负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向右移动，切换到高角度凸轮，从而增大气门的升程;当发动机处于低负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向左移动，切换到低角度凸轮，以减少气门的升程。

【3】发动机缸内直喷原理解析

　　随着对能源和环保的要求日趋严格，发动机也要不断升级进化，才能满足人们的需求。如时下的“缸内直喷”、“分层燃烧”、“可变排量”等名词相信大家并不陌生，到底它们的工作原理是怎样的？下面我们一起来了解一下吧。



● 活塞、曲轴是最“累”的？



　　发动一运转，活塞的“头上”就要顶着高温高压，不停地做高速上下运动，工作环境非常严苛。可以说活塞是发动机“心脏”，因此活塞的材质制作精度都有着很高的要求。



　　而被活塞踩在“脚下”的曲轴也不好受，要不停地做高速旋转运动。曲轴每分钟要旋转数千次，肩负着带动机油泵、发电机、空调压缩机、凸轮轴等机构的艰巨任务，是发动机动力的中转轴，因此它也比较“壮”。
● 直线运动如何变旋转运动？
　　我们都知道，气缸内活塞做的是上下的直线运动，但要输出驱动车轮前进的旋转力，是怎样把直线运动转化为旋转运动的呢？其实这个与曲轴的结构有很大关系。曲轴的连杆轴与主轴是不在同一直线上的，而是对立布置的。



　　这个运动原理其实跟我们踩自行车非常相似，我们两个脚相当于相邻的两个活塞，脚踏板相当于连杆轴，而中间的大飞轮就是曲轴的主轴。我们左脚向下用力蹬时（活塞做功或吸气向下做运动），右脚会被提上来（另一活塞压缩或排气做向上运动）。这样周而复始，就有直线运动转化为旋转运动了。

● 发动机飞轮为什么这么大？
　　都知道活塞的四个行程中，只有一次是做功的，进气、压缩、排气三个行程都需要一定的力量支持才能顺利进行，而飞轮在这个过程中就帮了很大的忙。



　　飞轮之所以做得比较大，主要是为了存储发动机的运动能量，这样才能保证曲轴平稳的运转。其实这个原理跟我们小时候的陀螺玩具差不多，我们用力旋转后，它能保持相当长时间的转动。
● 发动机的排量、压缩比
　　活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为气缸排量；发动机所有气缸排量之和称为发动机排量，通常用升（L）来表示。如我们平时看到的汽车排量，1.6L、2.0L、2.4L等等。其实气缸的容积是个圆柱体，不太可能正好是整升数的，如1998mL、2397mL等数字，可以近似标示为2.0L、2.4L。



　　压缩比，即发动机混合气体被压缩的程度，气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。为什么要对气缸的混合气体压缩呢？这样可以让混合气体更容易、更快速的完全燃烧，从而提高发动机的性能和效率。
● 什么是可变排量？如何改变排量的？
　　通常为了获得大的动力，需要把发动机的排量增大，如8缸、12缸发动机动力就非常强劲。但付出的代价就是油耗增加。尤其是在怠速等工况不需要大动力输出时，燃油就白白浪费掉了，而可变排量就可以很好地解决矛盾。



　　可变排量，顾名思义就是发动机的排量并不是固定的（也就是说参加工作的气缸数量是发生变化的），而是可以根据工况需要而发生改变。那发动机怎么来实现排量的改变的？简单的说，就是通过控制进气门和油路来开启或关闭某个气缸的工作。比如一台6缸可变排量发动机，可以根据实际工况需要，实现3缸、4缸、6缸三种工作模式，以降低油耗，提高燃油的经济性。



　　如大众TSI EA211发动机采用了可变排量（气缸关闭）技术，主要是通过电磁控制器和安装在凸轮轴上的螺旋沟槽套筒来实现气门的关闭与开启。
● 什么是缸内直喷？有什么优势？
　　我们知道，传统的发动机是在进气歧管中喷油再与空气形成混合气体，最后才进入到气缸内的。在此过程中，因为喷油嘴里燃烧室还有一定距离，微小的油粒会吸附在管道壁上，而且汽油与空气的混合受进气气流和气门关闭影响较大。



　　而缸内直喷是直接将燃油喷射在缸内，在气缸内直接与空气混合。ECU可以根据吸入的空气量精确地控制燃油和喷射量和喷射时间，高压的燃油喷射系统可以是使油气的雾化和混合效率更加优异，使符合理论空燃比的混合气体燃烧更加充分，从而降低油耗，提高发动机的动力性能。



　　这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含大众（含奥迪）、宝马、梅赛德斯-奔驰、通用等车系上。
● 什么是均质燃烧？分层燃烧？
　　所谓“均质燃烧”可以理解为普通的燃烧方式，即燃料和空气混合形成一定浓度的可燃混合气，整个燃烧室内混合气的空燃比是相同的，经火花塞点燃燃烧。由于混合气形成时间较长，燃料和空气可以得到充分的混合，燃烧更均匀，从而获得较大的输出功率。
　　而分层燃烧，整个燃烧室内的混合气的空燃比是不同的，火花塞附近的混合气浓度要比其他地方的要高，这样在火花塞周围的混合气他可以迅速燃烧，从而带动较远处较稀的混合气体的燃烧，这种燃烧方式称为“分层燃烧”。均质燃烧的目的是在高速行驶、加速时获得大功率；分层燃烧是为了在低转速、低负荷时节省燃油。
● 如何是实现分层燃烧？
　　如TSI发动机是怎样实现分层燃烧的？首先，发动机在进气行程活塞移至下止点时，ECU控制喷油嘴进行一次小量的喷油，使气缸内形成稀薄混合气。



　　在活塞压缩行程末端时再进行第二次喷油，这样在火花塞附近形成混合气相对浓度较高的区域（利用活塞顶的特殊结构），然后利用这部分较浓的混合气引燃汽缸内的稀薄混合气，从而实现气缸内的稀薄燃烧，这样可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果，进一步降低发动机的油耗。

【4】发动机涡轮增压原理解析

　　在平时开车的时候相信大家都有体会，感觉带“T ”的发动机很给力，动力很强劲。涡轮增压发动机为什么动力强劲？是怎样增压的？下面我们就来了解一下发动机增压器的工作原理。



● 节气门的作用
　　在发动机进气系统中主要有两大部件，一是空气滤清器，主要负责过滤空气中的杂质；二是进气管道，主要将空气引入到气缸中。而在进气管中有个很重要的部件，就是节气门。



　　节气门主要的作用就是控制进入气缸的混合气量大小。那它是怎么控制进气量的呢？我们开车时踩油门踏板的深浅，其实就是控制节气门开度的大小。油门踏板踩得越深，节气门开度就越大，混合气进入量就越大，发动机的转速就会上升。



　　传统拉线油门是通过钢丝一端与油门踏板相连另一端与节气门相连，它的传输比例是1：1，这种方式控制精度不理想。而现在的电子节气门（电子油门），是通过位置传感器，将踩踏油门踏板动作的力量、幅度等数据传输到控制单元进行分析，然后总结出驾驶者踩油门的意图，再由ECU计算实际节汽门开合度并发出指令控制节汽门电机工作，从而实现对节气门的精准控制。
● 进气歧管长度可变？
　　我们平时看到发动机的进气歧管的长度好像都是固定的，它的长度还可以改变？其实在进气歧管内安装控制阀，通过它的打开和关闭，可以将进气歧管分为两段，从而改变它的有效长度。那改变进气歧管的长度有什么作用呢？主要是为了提高发动机在不同转速时的进气效率，从而提升发动机在各个转速下的动力性能。



　　当发动机低速运转时，黑色控制阀关闭，气流被迫从长歧管流入气缸，可以增加进气的气流速度和压强，使汽油和空气更好的混合，燃烧更充分（这个有点像把水流不急的水管捏扁后，水流速度会变急的原理一样）。当发动机转速升高时，控制阀门打开，气流绕开下端管道直接进入气缸，这时能更快吸入更多的空气，增大发动机高转速的进气量。
● 排气歧管为什么“长”得奇形怪状的？
　　汽车的排气系统主要包括排气歧管、三元催化转化器、消声器和排气管道等。主要的作用就是将气缸内燃烧的废气排出到大气中。



　　为什么我们看到的排气管大多都形状怪异的？这种设计主要是为了最大限度地避免各缸排出的废气发生相互干涉或废气回流的现象，而影响发动机的动力性能。



　　虽然排气管设计的奇形怪状，但为了防止出现紊流，还是遵循一定的原则的，如各缸排气歧管尽可能独立、长度尽可能相等；排气歧管尽可能长等。
● 涡轮增压是怎样增压的？



　　涡轮增压大家并不陌生，平时在车的尾部都可以看到诸如1.4T、2.0T等字样，这说明了这辆车的发动机是带涡轮增压的。涡轮增压（Turbocharger）简称Turbo或T。涡轮增压是利用发动机的废气带动涡轮来压缩进气，从而提高发动机的功率和扭矩，使车更有劲。



　　涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机两部分组成，之间通过一根传动轴连接。涡轮的进气口与发动机排气歧管相连，排气口与排气管相连；压缩机的进气口与进气管相连，排气口则接在进气歧管上。到底是怎样实现增压的呢？主要是通过发动机排出的废气冲击涡轮高速运转，从而带动同轴的压缩机高速转动，强制地将增压后的空气压送到气缸中。



　　涡轮增压主要是利用发动机废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压，整个过程中基本不会消耗发动机的动力，拥有良好的加速持续性，但是在低速时涡轮不能及时介入，带有一定的滞后性。
● 机械增压又是怎样的？



　　相对于涡轮增压，机械增压（Supercharger）的原理则有所不同。机械增压主要是通过曲轴的动力带动一个机械式的空气压缩机旋转来压缩空气的。与涡轮增压不同的是，机械增压工作过程中会对发动机输出的动力造成一定程度的损耗。



　　由于机械增压器是直接由曲轴带动的，发动机运转时，增压器也就开始工作了。所以在低转速时，发动机的扭矩输出表现也十分出色，而且空气压缩量是按照发动机转速线性上升的，没有涡轮增压发动机介入那一刻的唐突，也没有涡轮增压发动机的低速迟滞。但是在发动机高速运转时，机械增压器对发动机动力的损耗也是很大的，动力提升不太明显。



（机械增压工作原理）
● 双增压发动机是怎样工作的？
　　双增压发动机，顾名思义就是指一台发动机上装有两个增压器。如一台发动机上采用两个涡轮增压器，则称为双涡轮增压发动机。如宝马3.0L直列六缸发动机，采用的就是两个涡轮增压器。



　　针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象，排气管上并联两只同样的涡轮（每三个缸一组连接一个涡轮增压器），在发动机低转速的时候，较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，减小涡轮迟滞效应。
　　前面了解到，涡轮增压器在低转速时有迟滞现象，但高速时增压值大，发动机动力提升明显，而且基本不消耗发动机的动力；而机械增压器，是发动机运转直接驱动涡轮，没有涡轮增压的迟滞，但是是损耗部分动力、增压值较低。那把它们结合一起就岂不是可以优势互补了？



双增压发动机示意图（涡轮增压器+机械增压器）
　　如大众高尔夫GT上装备的1.4升TSI发动机，设计师就把涡轮增压器和机械增压器结合到了一起。将机械增压器安装到发动机进气系统上，涡轮增压器安装在排气系统上，从而保证发动机在低速、中速和高速时都能有较好的增压效果。

【5】发动机润滑/冷却系统解析

　　在我们日常养车中，定期更换机油机滤、检查水箱水是必不可少的项目，这对发动机的工作性能有着重要的影响。机油、水箱水分别是发动机润滑系和冷却系的重要载体，那它们是怎样对发动机进行润滑和冷却的呢？下面我们一起来了解一下吧。



● 发动机如何润滑？
　　发动机内部有许多相互摩擦运动的零件，如曲轴主轴颈与主轴承、凸轮轴颈与凸轮轴承、活塞、活塞环与气缸壁面等等，这些部件运动速度快，工作环境恶劣，它们之间需要有适当的润滑，才能降低磨损，延长发动机的寿命。机油作为发动机的“血液”，对发动机油具有润滑、冷却、清洗、密封和防锈等作用，定期地更换机油对发动机有着重要的作用。



　　机油主要存储在油底壳中，当发动机运转后带动机油泵，利用泵的压力将机油压送至发动机各个部位。润滑后的机油会沿着缸壁等途径回到油底壳中，重复循环使用。



　　反复重复润滑的机油中，会带有磨损的金属末或灰尘等杂质，如不清理反而加速零件间的磨损。所以在机油油道上必须安装机油滤清器进行过滤。但时间过长，机油一样会变脏，因此在车辆行驶一定里程后必须更换机油机滤。



● 发动机是如何冷却的？
　　发动机除了要有润滑系统减少零件间的摩擦外，还必须要有个冷却系统，适时将受热零件的部分热量及时散发出去，以保证发动机在最适宜的温度状态下工作。发动机冷却有水冷和风冷两种方式，现在一般车用发动机都采用水冷式。发动机水冷式冷却系统主要由水泵、散热器、冷却风扇、补偿水箱、节温器、发动机机体、气缸盖水套等部分组成。



　　那是怎么进行冷却的呢？主要通过水泵使环绕在气缸水套中的冷却液加快流动，通过行驶中的自然风和电动风扇，使冷却液在散热器中进行冷却，冷却后的冷却液再次引入到水套中，周而复始，实现对发动机的冷却。



　　其实冷却系除了对发动机有冷却作用外，还有“保温”的作用，因为“过冷”或“过热”，都会影响发动机的正常工作。这个过程主要是通过节温器实现发动机冷却系“大小循环”的切换。什么是冷却系统的大小循环？可以简单理解为，小循环的冷却液是不通过散热器的，而大循环的冷却液是通过散热器的。



● 柴油机和汽油机的区别
　　柴油机和汽油机是汽车上最常见的两种动力装置，因为燃料的不同，柴油机和汽油机工作方式也是有所不同的。主要表现在以下几个方面，首先喷射方式不一样，一般的汽油机（直喷发动机除外）是将汽油与燃料混合后进入气缸，而柴油机是直接将柴油喷入已充满压缩空气的气缸。



　　其次，点火方式不同。汽油机需要火花塞将混合气点燃，而柴油机是压缩自燃点火。最后，压缩比不同，柴油机的压缩比一般都比汽油机的要大，因此它的膨胀比和热效率比较高，油耗比汽油机要低。
● 转子发动机是怎样工作的？
　　转子发动机也称三角活塞旋转式发动机，与我们常见的往复式发动机不同的是，它是一种通过三角活塞在气缸内做旋转运动的内燃机。



　　转子发动机的活塞是一个扁平三角形，气缸是一个扁盒子，活塞偏心地安装在空腔内。汽油燃烧产生的膨胀力作用在转子的侧面上，从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心，在向心力和切向力的作用下，活塞在气缸内做行星旋转运动。



　　在这过程中，工作室的容积随着活塞转动发生周期性的变化，从而完成进气、压缩、做功、排气这四个行程。活塞每旋转一次就做功一次，与一般的四冲程发动机每转两圈才做一次功，具有高马力容积等优点。
● 混合动力汽车是怎样的？
　　现在的混合动力汽车一般为油电混合，就是利用燃油发动机和电动机共同为汽车提供动力。混合动力车上的装置可以在车辆减速、制动、下坡时回收能量，并通过电动机为汽车提供动力，因此它的油耗比较低，但汽车价格相对较高。



　　根据电动机所起作用的大小，可以分为强混合动力和轻混合动力两种。强混合动力车主要采用大功率电动机，尽量缩小发动机的排量。在起步或低速时，可以单纯依靠电力行驶，如在车辆重载、加速等情况下，发动机才会介入工作。



　　轻混合动力车的主要驱动力是燃油发动机，而电动机只是作为辅助作用，不能单独驱动汽车。但能在车辆减速、制动时进行能量回收，实现混合动力的最大效率。

【6】手动变速器结构原理解析

　　前面了解到发动机的工作原理，都知道发动机的转速是非常高的，如将动力直接作用于车轮来驱动汽车的话是很不现实的。为了满足汽车起步、爬坡、高速行驶等驾驶的需要，变速器应运而生。本期文章将为大家解析一下汽车变速器的结构及工作原理。



● 为什么变速器是必要的?
　　汽车作为一种交通工具，必然会有起步、上坡、高速行驶等驾驶需要。而这期间驱动汽车所需的扭力都是不同的，光靠发动机是无法应付的。



　　因为发动机直接输出的转矩变化范围是比较小的，而汽车起步、上坡却需要大的转矩，高速行驶时，只需要较小的转矩，如直接把发动机的动力来驱动汽车的话，就很难实现汽车的起步、上坡或高速行驶。另外，汽车需要倒车，也必须要用到变速器来实现。
● 变速器为什么能变速?
　　变速箱为什么可以调整发动机输出的转矩和转速呢？其实这里蕴含了齿轮和杠杆的原理。变速箱内有多个不同的齿轮，通过不同大小的齿轮组合一起，就能实现对发动机转矩和转速的调整。用低转矩可以换来高转速，用低转速则可以换来高转矩。



　　变速器的作用主要表现在三方面：第一，改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的变化范围；第二，在发动机转向不变的情况下，实现汽车倒退行驶；第三，利用空档，可以中断发动机动力传递，使得发动机可以起动、怠速。
● 变速器有哪些种类?
　　汽车变速器按照操控方式可分为手动变速器和自动变速器。常见的自动变速器主要有三种，分别是液力自动变速器(AT)、机械无级自动变速器(CVT)、双离合器变速器（DSG）。



● 手动变速器的结构
　　手动变速器（Manual Transmission，简称MT），就是必须通过用手拨动变速器杆，才能改变传动比的变速器。手动变速器主要由壳体、传动组件（输入输出轴、齿轮、同步器等）、操纵组件（换挡拉杆、拨叉等）。



● 手动变速器工作原理
　　手动变速器的工作原理，就是通过拨动变速杆，切换中间轴上的主动齿轮，通过大小不同的齿轮组合与动力输出轴结合，从而改变驱动轮的转矩和转速。下面先看一下简化的手动变速器（2档）的构造图。



　　发动机的动力输入轴是通过一根中间轴，间接与动力输出轴连接的。如上图所示，中间轴的两个齿轮（红色）与动力输出轴上的两个齿轮（蓝色）是随着发动机输出一起转动的。但是如果没有同步器（紫色）的接合，两个齿轮（蓝色）只能在动力输出轴上空转（即不会带动输出轴转动）。图中同步器位于中间状态，相当于变速器挂了空档。



　　当变速杆向左移动，使同步器向右移动与齿轮（如上图所示）接合，发动机动力通过中间轴的齿轮，将动力传递给动力输出轴。






　　一般的手动变速器都有好几个档位（如上图的5档手动变速器），可以理解为在原来的基础上添加了几组齿轮，其实原理都是一样的。如当挂上1挡时，实际上是将（1、2挡同步器）向左移动使同步器与1挡从动齿轮（图中①）接合，将动力传递到输出轴。细心的朋友会发现，R档（倒车档）的主动齿轮和从动齿轮中夹了一个中间齿轮，就是通过这个齿轮实现汽车的倒退行驶。
● 同步器起什么作用？
　　变速器在进行换档操作时，尤其是从高档向低档的换档很容易产生轮齿或花键齿间的冲击。为了避免齿间冲击，在换档装置中都设置同步器。



　　同步器有常压式和惯性式两种，目前大部分同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，主要是依靠摩擦作用实现同步。



　　当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低(或升高)到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。

【7】3种自动变速器原理解析

　　众所周知，汽车变速箱可以分为自动变速箱和手动变速箱。但并不是所有的人都能够完整地说出自动变速箱的种类以及各种类自动变速箱究竟在运作原理上有什么不同。本期的图解汽车，我们将要来剖析一下AT、CVT、DSG这三种自动变速箱的运作原理。



● AT自动变速箱的结构及工作原理：



　　现在自动变速箱一般都是液力变矩器式自动变速箱，也就是俗称的“AT”自动变速箱。它主要由两大部分构成：1、和发动机飞轮连接的液力变矩器。2、紧跟在液力变矩器后方的变速机构。



　　液力变矩器一般是由泵轮、定叶轮、涡轮以及锁止离合器组成的。锁止离合器的作用是当车速超过一定速度时，采用锁止离合器将发动机与变速机构直接连接，这样可以减少燃油消耗。



　　液力变矩器的作用是将发动机的动力输出传递到变速机构。它里面充满了传动油，当与动力输入轴相连接的泵轮转动时，它会通过传动油带动与输出轴相连的涡轮一起转动，从而将发动机动力传递出去。其原理就像一把插电的风扇能够带动一把不插电的风扇的叶片转动一样。



　　AT自动变速箱每个档位都由一组离合片控制，从而实现变速功能。现在的AT自动变速箱采用电磁阀对离合片进行控制，使得系统更简单，可靠性更好。AT自动变速箱的传动齿轮和手动变速箱的传动齿轮并不相同。AT自动变速箱采用的是行星齿轮组实现扭矩的转换。



　　AT自动变速箱的换挡控制方式如上图所示。变速箱控制电脑通过电信号控制电磁阀的动作，从而改变变速箱油在阀体油道的走向。当作用在多片式离合片上的油压达到致动压力时，多片式离合片接合从而促使相应的行星齿轮组输出动力。



　　行星齿轮组包括行星架、齿圈以及太阳轮。当上面提到的三个部件中的一个被固定后，动力便会在其他两个部件之间传递。如果还是不理解，可以参看以下视频。
● CVT自动变速箱的结构及工作原理：



　　CVT无级变速箱的主要部件是两个滑轮和一条金属带，金属带套在两个滑轮上。滑轮由两块轮盘组成，这两片轮盘中间的凹槽形成一个V形，其中一边的轮盘由液压控制机构控制，可以视不同的发动机转速，进行分开与拉近的动作，V形凹槽也随之变宽或变窄，将金属带升高或降低，从而改变金属带与滑轮接触的直径，相当于齿轮变速中切换不同直径的齿轮。两个滑轮呈反向调节，即其中一个带轮凹槽逐渐变宽时，另一个带轮凹槽就会逐渐变窄，从而迅速加大传动比的变化。



　　当汽车慢速行驶时，可以令主动滑轮的凹槽宽度大于被动滑轮凹槽，主动滑轮的金属带圆周半径小于被动滑轮的金属带圆周半径，即小圆带大圆，因此能传递较大的转矩；当汽车逐渐转为高速时，主动滑轮的一边轮盘向内靠拢，凹槽宽度变小迫使金属带升起，直至最高顶端，而被动滑轮的一边轮盘刚好相反，向外移动拉大凹槽宽度迫使金属带降下，即主动滑轮金属带的圆周半径大于被动滑轮金属带的圆周半径，变成大圆带小圆，因此能保证汽车高速行驶时的速度要求，



● DSG自动变速箱的结构及工作原理：



　　手动挡汽车在换挡时，离合器在分离和接合之间存在动力传递暂时中断的现象。这对于一般的民用车影响不大，但对于争分夺秒的赛车来说，会极大地影响成绩。双离合变速箱能够消除换挡时动力传递的中断现象，缩短换挡时间，同时换挡更加平顺。



　　上图是一个大众6速DSG双离合变速箱的工作原理图。两个离合器与变速箱装配在同一机构内，其中一个离合器（1）负责挂1、3、5和倒挡；另一个离合器（2）负责挂2、4、6挡。当驾驶员挂上1挡起步时，换挡拨叉同时挂上1挡和2挡，但离合器1结合，离合器2分离，动力通过1挡的齿轮输出动力，2挡齿轮空转。当驾驶员换到2挡时，换挡拨叉同时挂上2挡和3挡，离合器1分离的同时离合器2结合，动力通过2挡齿轮输出，3挡齿轮空转。其余各档位的切换方式均与此类似。这样就解决了换挡过程中动力传输中断的问题。



　　上图是一个大众7速DSG双离合变速箱的工作原理图，其工作原理与6速类似。离合器1负责控制1、3、5、7挡；离合器2负责控制2、4、6和倒档。



　　如果大家还是没弄懂双离合变速箱的原理，大家可以看看上面这个大众6速DSG双离合变速箱的原理简图。这个简图非常清晰地说明了双离合变速箱的传动原理。下面是一个关于双离合变速箱工作原理的视频。

【8】传动系统结构解析

　　我们知道，发动机输出的动力并不是直接作用于车轮上来驱动汽车行驶的，而是需经过一系列的动力传递机构。那动力到底如何传递到车轮的？下面我们了解一下汽车传动系统是怎样工作的。



● 动力是怎样传递的？
　　发动机输出的动力，是要经过一系列的动力传递装置才到达驱动轮的。发动机到驱动轮之间的动力传递机构，称为汽车的传动系，主要由离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器以及半轴等部分组成。



　　发动机输出的动力，先经过离合器，由变速器变扭和变速后，经传动轴把动力传递到主减速器上，最后通过差速器和半轴把动力传递到驱动轮上。
　　汽车传动系的布置形式与发动机的位置及驱动形式有关，一般可分为前置前驱、前置后驱、后置后驱、中置后驱四种形式。
● 什么是前置前驱？
　　前置前驱（FF）是指发动机放置在车的前部，并采用前轮作为驱动轮。现在大部分轿车都采取这种布置方式。由于发动机布置在车的前部，所以整车的重心集中在车身前段，会有点“头重尾轻”。但由于车体会被前轮拉着走的，所以前置前驱汽车的直线行驶稳定性非常好。



　　另外，由于发动机动力经过差速器后用半轴直接驱动前轮，不需要经过传动轴，动力损耗较小，适合小型车。不过由于前轮同时负责驱动和转向，所以转向半径相对较大，容易出现转向不足的现象。
● 什么是前置后驱？
　　前置后驱（FR）是指发动机放置在车前部，并采用后轮作为驱动轮。FR整车的前后重量比较均衡，拥有较好的操控性能和行驶稳定性。不过传动部件多、传动系统质量大，贯穿乘坐舱的传动轴占据了舱内的地台空间。



　　FR汽车拥有较好的操控性、稳定性、制动性，现在的高性能汽车依然喜欢采用这种布置行形式。
● 什么是后置后驱？
　　后置后驱（RR）是指将发动机放置在后轴的后部，并采用后轮作为驱动轮。由于全车的重量大部分集中在后方，且又是后轮驱动，所以起步、加速性能都非常好，因此超级跑车一般都采用RR方式。



　　RR车的转弯性能比FF和FR更加敏锐，不过当后轮的抓地力达到极限时，会有打滑甩尾现象，不容易操控。
● 什么是中置后驱？
　　中置后驱（MR）是指将发动机放置驾乘室与后轴之间，并采用后轮作为驱动轮。MR这种设计已是高级跑车的主流驱动方式。由于将车中运动惯量最大的发动机置于车体中央，整车重量分布接近理想平衡，使得MR车获得最佳运动性能的保障。



　　MR车由于发动机中置，车厢比较窄，一般只有两个座位，而且发动机离驾驶人员近，噪声也比较大。当然，追求汽车驾驶性能的人也不会在乎这些的。
● 离合器的作用
　　离合器位于发动机与变速器之间的飞轮壳内，被固定在飞轮的后平面上，另一端连接变速器的输入轴。离合器相当于一个动力开关，可以传递或切断发动机向变速器输入的动力。主要是为了使汽车平稳起步，适时中断到传动系的动力以配合换挡，还可以防止传动系过载。



　　离合器主要由主动部分（飞轮、离合器盖等）、从动部分（摩擦片）、压紧机构（膜片弹簧）和操纵机构四部分组成。汽车离合器有摩擦式离合器、液力耦合器、电磁离合器等几种。目前与手动变速器相配合的离合器绝大部分为干式摩擦式离合器，下面就对摩擦式离合器工作原理做个说明。



　　离合器盖通过螺丝固定在飞轮的后端面上，离合器内的摩擦片在弹簧的作用力下被压盘压紧在飞轮面上，而摩擦片是与变速箱的输入轴相连。通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，将发动机发出的扭矩传递给变速箱。



　　在没踩下离合器踏板前，摩擦片是紧压在飞轮端面上的，发动机的动力可以传递到变速箱。当踩下离合器踏板后，通过操作机构，将力传递到分离叉和分离轴承，分离轴承前移将膜片弹簧往飞轮端压紧，膜片弹簧以支撑圈为支点向相反的方向移动，压盘离开摩擦片，这时发动机动力传输中断；当松开离合器踏板后，膜片弹簧重新回位，离合器重新结合，发动机动力继续传递。
● 万向节的作用
　　万向节是指利用球型等装置来实现不同方向的轴动力输出，位于传动轴的末端，起到连接传动轴和驱动桥、半轴等机件。万向节的结构和作用有点像人体四肢上的关节，它允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化。



　　如前置后驱的汽车，必须将变速器的动力通过传动轴与驱动桥进行连接，那为什么要用万向节呢？主要是为了满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化。



　　按万向节在扭转方向上是否有明显的弹性可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节又可分为不等速万向节（常用的为十字轴式）、准等速万向节（如双联式万向节）和等速万向节（如球笼式万向节）三种。目前轿车上常用的等速万向节为球笼式万向节。

【9】差速器结构原理解析

　　发动机动力输出是需经过一系列的传动机构才传递到驱动轮的，其中非常重要的一环就是差速器了。差速器是如何实现差速的？本期文章将对差速器的结构原理进行解析。



● 为什么要用差速器？
　　汽车在转弯时，车轮做的是圆弧的运动，那么外侧车轮的转速必然要高于内侧车轮的转速，存在一定的速度差，在驱动轮上会造成相互干涉的现象。由于非驱动轮左右两侧的轮子是相互独立的，互不干涉。



　　驱动轮如果直接通过一根轴刚性连接的话，两侧轮子的转速必然会相同。那么在过弯时，内外两侧车轮就会发生干涉的现象，会导致汽车转弯困难，所以现在汽车的驱动桥上都会安装差速器。



　　布置在前驱动桥（前驱汽车）和后驱动桥（后驱汽车）的差速器，可分别称为前差速器和后差速器，如安装在四驱汽车的中间传动轴上，来调节前后轮的转速，则称为中央差速器。
● 差速器是如何工作的
　　一般的差速器主要是由两个侧齿轮（通过半轴与车轮相连）、两个行星齿轮（行星架与环形齿轮连接）、一个环形齿轮（动力输入轴相连）。



　　那差速器是怎样工作的呢？传动轴传过来的动力通过主动齿轮传递到环齿轮上，环齿轮带动行星齿轮轴一起旋转，同时带动侧齿轮转动，从而推动驱动轮前进。



　　当车辆直线行驶时，左右两个轮受到的阻力一样，行星齿轮不自转，把动力传递到两个半轴上，这时左右车轮转速一样（相当于刚性连接）。



　　当车辆转弯时，左右车轮受到的阻力不一样，行星齿轮绕着半轴转动并同时自转，从而吸收阻力差，使车轮能够与不同的速度旋转，保证汽车顺利过弯。
　● 为何又要把差速器锁死？
　　了解差速器的原理后就不难理解，如果当某一侧车轮的阻力为0（如车轮打滑），那么另一侧车轮的阻力相对于车轮打滑的一侧来说太大了，行星齿轮只能跟着壳体一起绕着半轴齿轮公转，同时自身还会自转。这样的话就会把动力全部传递到打滑的那一侧车轮，车轮就只能原地不动了。



　　所以为了应付差速器这一弱点，就会在差速器采用限滑或锁死的方法，在汽车驱动轮失去附着力时减弱或让差速器失去差速作用，是左右两侧驱动轮都可以得到相同的扭矩。