汽車發動機是指在內燃機的基礎上,通過各種不同的結構形式,包括氣缸、活塞、活塞環和配氣機構等,將燃料(汽油或柴油)的化學能轉變為機械能的裝置。汽車發動機是汽車上最重要的組成部分之一。它是由活塞、曲柄連桿機構,配氣機構和燃燒裝置組成。汽油機:內燃機中最基本的組成部分
汽車發動機的分類有很多種,按結構特點來分主要有以下幾種:1、直列式:發動機由進氣門和排氣門、氣缸、活塞(曲軸)和連桿組(曲柄連桿機構)組成,并通過曲軸、軸承等固定在汽缸體上。2、橫軸式:又稱V形發動機或V形缸蓋發動機,是由汽缸本體和曲軸直接連接而成的V形結構。3、V型(橫短軸直列式):主要由汽缸體、活塞,連桿,以及相關的固定零件組成。4、V字形:又稱橫軸式,由汽缸體和配氣機構組成。下面就來介紹幾種常見的汽車發動機
一、進氣歧管式發動機
進氣歧管式發動機也稱雙凸輪軸渦輪增壓發動機,簡稱 DOHC (Direct High Valve),又稱雙凸輪軸,是目前應用最廣的增程器。
其結構特點為:由進、排氣門分成2個通道并分別安裝在2個氣缸中。
其工作過程是發動機做功時,兩個進氣門同時開啟;在排氣沖程中,2個排氣門同時關閉;進氣歧管進氣的空氣進入排氣閥內;進入氣缸內的空氣在2根進氣門之間往復流動并與空氣混合。
進氣道的進氣量是由進氣歧管中流入氣缸內的氣體所決定的。
該發動機的優點:結構簡單,體積小、重量輕、轉速高,適用于低速大扭矩的混合動力車和大型商用車;
缺點:結構復雜、制造成本高、油耗較難降低且機械效率低。
二、活塞式發動機
內燃機的工作過程,主要包括兩個方面:(1)壓縮行程。壓縮行程包括了做功和排氣兩個過程,做功和排氣過程可分別看作是一個連續過程和一個單次過程。
(2)膨脹行程。膨脹是將燃油加熱,然后進入氣缸中燃燒的行程,即一個混合氣體的膨脹與冷卻混合氣體的收縮同時進行。
活塞式內燃機通過改變凸輪位置(可由凸輪軸控制)使進氣與排氣之間有一定的夾角,從而增大進氣量;
由于氣缸直徑相對較小,發動機的結構簡單(包括缸蓋、氣缸、活塞、連桿等),制造成本較低,質量分布均勻;
活塞式內燃機一般由凸輪和汽缸兩個部件組成:它由一個或多個進氣門和一個排氣門組成;
三、曲軸旋轉的汽油機和發電機
由于內燃機的工作原理與傳統汽油機相同,因此發動機在驅動發電機發電的同時,也可以驅動電動機為汽車提供能量。
內燃機驅動發電機時可以通過增加輔助發電機的數量或提高輔助發電機功率來降低成本。
與傳統汽油機相比,由于內燃機輸出功率比較小,因此不需要太多的輔助電動機;并且發動機旋轉時可以為電動機提供更多的動力,從而實現內燃機和發電機間的互補增程。
優點:
曲軸旋轉帶來了比曲柄連桿機構更大的旋轉慣性力,使發動機可以達到更高轉速。
缺點:
由于汽油機本身就具有結構復雜、零部件數量多、重量大等特點,因此其重量比和體積一般都比較大,從而使得發動機轉速不容易提高。
四、廢氣渦輪增壓發動機
廢氣渦輪增壓發動機是一種應用最廣泛的增程器,其原理是利用廢氣驅動汽油機,從而達到提高進氣效率以增加發動機輸出功率等目的。
優點:
1、效率高:在相同轉速下,其功率可提高30%以上,而單位油耗卻能降低15%-20%;
2、工作穩定:由于不需要燃油作功,因此工作可靠性高;
3、結構簡單:與傳統發動機相比,可以在更小的體積內安裝更多的零部件。
五、增壓器(空氣濾清器)
增壓器是增程器的重要部件,它將空氣直接吸入氣缸內燃燒做功,是氣缸內的“壓氣機”,主要作用是增加氣缸內的壓力,使發動機能夠獲得更高的壓縮比。
發動機采用增壓器后,發動機的排氣壓力比原來提高了4倍左右,這樣可以降低爆震和提升扭矩。
增壓器的作用就如同給發動機加了一把“大傘”。
增壓后的空氣進入氣缸內燃燒做功并燃燒后排出廢氣,使整個內燃機在工作時,活塞上下運動速度較以前加快2~3倍;而且由于廢氣膨脹作功而使壓力增大、轉速升高。
增壓器不僅能夠提高燃燒室內混合氣的濃度以及燃燒速度(一般能提高3~4倍);而且能大幅度提高噴油壓力和壓縮比。
在增力器設計中考慮到這種因素對發動機性能提升有著很大影響。
由于廢氣膨脹作功使混合氣濃度增大、轉速升高,使得整個增壓器比原來尺寸小了40%左右;此外由于進氣壓力較以前增大了4倍以上,這也導致活塞上下運動速度加快、轉速升高(約提高3倍)。
六、電控單元(ECU)和電子控制單元(ECU)
增程器通過電機或內燃機驅動發電機,并由其向電池充電。
增程式發動機通過電控單元控制和管理內燃機驅動電機,實現增程器與發動機之間的協調控制。
增程式發動機中,在增程器內直接用電子控制單元(ECU)控制電機的運行和動力電池充放電。
由于發動機不需要機械功,因此電控單元不工作時其電子元件完全沒有意義;增程式發動機的電控單元(ECU)有兩種:一種是傳統內燃機的結構,另一種是增程器上用電子控制單元來實現動力電池充電與放電功能。
這種增程器的原理為由發動機和電動機共同驅動輪胎來驅動車輛運動。在傳統內燃機動力系統中,一般是通過機械減速電機來使電動機轉動,將機械能轉化為電能并儲存于蓄電池中。
七、增程式汽車的工作過程
在電動模式下,當發動機轉速大于一定值時,發電機通過電磁感應將機械能轉化為電能輸出,由電動機驅動車輪行駛。
在增程器中,電機是通過發電機將機械能轉化為電能,再經儲能裝置(蓄電池)存儲。
增程式汽車的動力系統主要由發動機和發電機組成。
發動機通過離合器與發電機相連,在發動機高轉速工作時為發電機充電。
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