汽車動力系統在整車上的結構佈置

2022-01-15 05:18:20 字數 5839 閱讀 1603

1樓:焦楊

首先來看看最常見的一個發動機引數———發動機排量。發動機排量是發動機各汽缸工作容積的總和,一般用升(l)表示。而汽缸工作容積則是指活塞從上止點到下止點所掃過的氣體容積,又稱為單缸排量,它取決於缸徑和活塞行程。

發動機排量是非常重要的發動機引數,它比缸徑和缸數更能代表發動機的大小,發動機的許多指標都同排氣量密切相關。一般來說,排量越大,發動機輸出功率越大。

瞭解了排量,我們再來看發動機的其他常見引數。很多初級車友都反映經常在汽車資料的發動機一欄中見到“l4”、“v6”、“v8”、“w12”等字樣,想弄明白究竟是什麼意思。這些都表示發動機汽缸的排列形式和缸數。

汽車發動機常用缸數有3缸、4缸、6缸、8缸、10缸、12缸等。

一般說來,排量1升以下的發動機常用3缸,例如0.8升的奧拓和福萊爾轎車。排量1升至2.

5升一般為4缸發動機,常見的經濟型轎車以及中檔轎車發動機基本都是4缸。3升左右的發動機一般為6缸,比如排量3.0升的君威和新雅閣轎車。

排量4升左右的發動機一般為8缸,比如排量4.7升的北京吉普的jeep4700。排量5.

5升以上的發動機一般用12缸發動機,例如排量6升的寶馬760li就採用v12發動機。在同等缸徑下,通常缸數越多排量越大,功率也就越高;而在發動機排量相同的情況下,缸數越多,缸徑越小,發動機轉速就可以提高,從而獲得較大的提升功率。

以上是有關發動機缸數的知識,下面我們接著瞭解“汽缸排列形式”這個重要引數。一般5缸以下發動機的汽缸多采用直列方式排列,常見的多數中低檔轎車都是l4發動機,即直列4缸。另外,也有少數6缸發動機採用直列方式排列。

直列發動機的汽缸體成一字排開,缸體、缸蓋和曲軸結構簡單,製造成本低,低速扭矩特性好,燃料消耗少,尺寸緊湊,應用比較廣泛,缺點則是功率較低。一般1升以下的汽油機多采用直列3缸,1至2.5升的汽油機多采用直列4缸,有的四輪驅動汽車採用直列6缸,因為其寬度小,可以在旁邊佈置增壓器等設施,例如北京吉普的jeep4000就採用直列6缸發動機。

另據專業人士介紹,直列6缸發動機的動平衡較好,振動相對較小,所以也為一些中、高階轎車所採用。6到12缸的發動機一般採用v形排列,其中v10發動機主要裝在賽車上。v形發動機長度和高度尺寸小,佈置起來非常方便。

一般認為v形發動機是比較高階的發動機,因而成為轎車級別的標誌之一。

v8發動機結構非常複雜,製造成本很高,所以使用的較少,v12發動機過大過重,只有極個別的高階轎車採用,比如上面提到的寶馬760li。而大眾公司近來還新開發出了w型發動機,有w8和w12兩種,即汽缸分四列錯開角度佈置,形體緊湊,大眾的頂級轎車輝騰就有一款採用了排量6.0升的w12發動機。

[編輯本段]結構

機體是構成發動機的骨架,是發動機各機構和各系統的安裝基礎,其內、外安裝著發動機的所有主要零件和附件,承受各種載荷。因此,機體必須要有足夠的強度和剛度。機體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋和氣缸墊等零件組成。

一. 氣缸體

水冷發動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體,稱為氣缸體——曲軸箱,也可稱為氣缸體。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成,氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸,下半部為支承曲軸的曲軸箱,其內腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋,冷卻水套和潤滑油道等。

氣缸體應具有足夠的強度和剛度,根據氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同,通常把氣缸體分為以下三種形式。

(1) 一般式氣缸體其特點是油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度。這種氣缸體的優點是機體高度小,重量輕,結構緊湊,便於加工,曲軸拆裝方便;但其缺點是剛度和強度較差

(2) 龍門式氣缸體其特點是油底殼安裝平面低於曲軸的旋轉中心。它的優點是強度和剛度都好,能承受較大的機械負荷;但其缺點是工藝性較差,結構笨重,加工較困難。

(3) 隧道式氣缸體這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式,採用滾動軸承,主軸承孔較大,曲軸從氣缸體後部裝入。其優點是結構緊湊、剛度和強度好,但其缺點是加工精度要求高,工藝性較差,曲軸拆裝不方便。

為了能夠使氣缸內表面在高溫下正常工作,必須對氣缸和氣缸蓋進行適當地冷卻。冷卻方法有兩種,一種是水冷,另一種是風冷。水冷發動機的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工有冷卻水套,並且氣缸體和氣缸蓋冷卻水套相通,冷卻水在水套內不斷迴圈,帶走部分熱量,對氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。

現代汽車上基本都採用水冷多缸發動機,對於多缸發動機,氣缸的排列形式決定了發動機外型尺寸和結構特點,對發動機機體的剛度和強度也有影響,並關係到汽車的總體佈置。按照氣缸的排列方式不同,氣缸體還可以分成單列式,v型和對置式三種。

(1) 直列式

發動機的各個氣缸排成一列,一般是垂直佈置的。單列式氣缸體結構簡單,加工容易,但發動機長度和高度較大。一般六缸以下發動機多采用單列式。

例如捷達轎車、富康轎車、紅旗轎車所使用的發動機均採用這種直列式氣缸體。有的汽車為了降低發動機的高度,把發動機傾斜一個角度。

(2) v型

氣缸排成兩列,左右兩列氣缸中心線的夾角γ<180°,稱為v型發動機,v型發動機與直列發動機相比,縮短了機體長度和高度,增加了氣缸體的剛度,減輕了發動機的重量,但加大了發動機的寬度,且形狀較複雜,加工困難,一般用於8缸以上的發動機,6缸發動機也有采用這種形式的氣缸體。

(3) 對置式

氣缸排成兩列,左右兩列氣缸在同一水平面上,即左右兩列氣缸中心線的夾角 γ=180°,稱為對置式。它的特點是高度小,總體佈置方便,有利於風冷。這種氣缸應用較少。

氣缸直接鏜在氣缸體上叫做整體式氣缸,整體式氣缸強度和剛度都好,能承受較大的載荷,這種氣缸對材料要求高,成本高。如果將氣缸製造成單獨的圓筒形零件(即氣缸套),然後再裝到氣缸體內。這樣,氣缸套採用耐磨的優質材料製成,氣缸體可用**較低的一般材料製造,從而降低了製造成本。

同時,氣缸套可以從氣缸體中取出,因而便於修理和更換,並可大大延長氣缸體的使用壽命。氣缸套有乾式氣缸套和溼式氣缸套兩種。

乾式氣缸套的特點是氣缸套裝入氣缸體後,其外壁不直接與冷卻水接觸,而和氣缸體的壁面直接接觸,壁厚較薄,一般為1~3mm。它具有整體式氣缸體的優點,強度和剛度都較好,但加工比較複雜,內、外表面都需要進行精加工,拆裝不方便,散熱不良。

溼式氣缸套的特點是氣缸套裝入氣缸體後,其外壁直接與冷卻水接觸,氣缸套僅在上、下各有一圓環地帶和氣缸體接觸,壁厚一般為5~9mm。它散熱良好,冷卻均勻,加工容易,通常只需要精加工內表面,而與水接觸的外表面不需要加工,拆裝方便,但缺點是強度、剛度都不如干式氣缸套好,而且容易產生漏水現象。應該採取一些防漏措施。

(1) 直列式

發動機的各個氣缸排成一列,一般是垂直佈置的。單列式氣缸體結構簡單,加工容易,但發動機長度和高度較大。一般六缸以下發動機多采用單列式。

例如捷達轎車、富康轎車、紅旗轎車所使用的發動機均採用這種直列式氣缸體。有的汽車為了降低發動機的高度,把發動機傾斜一個角度。

(2) v型

氣缸排成兩列,左右兩列氣缸中心線的夾角γ<180°,稱為v型發動機,v型發動機與直列發動機相比,縮短了機體長度和高度,增加了氣缸體的剛度,減輕了發動機的重量,但加大了發動機的寬度,且形狀較複雜,加工困難,一般用於8缸以上的發動機,6缸發動機也有采用這種形式的氣缸體。

(3) 對置式

氣缸排成兩列,左右兩列氣缸在同一水平面上,即左右兩列氣缸中心線的夾角 γ=180°,稱為對置式。它的特點是高度小,總體佈置方便,有利於風冷。這種氣缸應用較少。

(一)前置引擎

1.前輪驅動

前置引擎前輪驅動的汽車驅動系統,即我們通常所說的ff。除了一些高效能跑車以外,目前我們在大街上見到的小轎車一般都採用前置引擎。為什麼呢?

顯而易見,把引擎放置在車頭,可以增大車箱內部空間,令乘坐更加舒適,所以只要不是為了追求高效能表現的超級跑車好像房車或者suv這類汽車都是採用前置引擎的佈局。

而採用前置驅動的好處又在**呢?前置驅動的結構,引擎的動力直接傳遞給前輪,因而不需要一條驅動軸把動力從前面輸送到後面,這樣車廂內部地板的**就不會有一條突起,增大了腿部空間。而且前置引擎可以橫置於車頭,變速箱和差速器可以連成一體,相對於後輪驅動得汽車,製造技術上相對簡單,而且採用得零件也要少,這樣也可以降低汽車的製造成本。

前輪驅動車輛在行駛間的動態安全性要比後輪驅動要高,前輪驅動的汽車在直路行駛的穩定性較好,最常見的例子是在高速過彎的情況下,一般駕駛人比較能適應並處理前輪驅動車的轉向不足現象,因為前輪驅動的汽車在高速過彎會產生推頭作用,這時駕駛者只要鬆油門減速,車子的轉彎角度就會收窄,使車子返回到轉彎的路線上來,然而對於後輪驅動車的轉向過 度情形,除非是專業車手,不然發生意外的機率將遠大於前輪驅動汽車。

ff的另外一個優點是引擎的曲軸與驅動軸成一條直線,這樣就縮短了引擎動力輸出到車輪的距離,提高了效率,也有助於減少不必要的損耗。但是如果前置引擎前輪驅動的汽車將驅動和轉向的功能都集中在車子的前輪上,在動力輸出較大的汽車上,會很容易出現扭力轉向的情況,什麼叫扭力轉向呢? 是存在於轉向軸附近所產生的扭力,轉向軸的位置是偏離輪子中心的地方,當車子向左或向右轉向時,“摩擦面積”會轉移到各邊的前面以及後面,這樣的轉移產生了一個“扭力條件”,這個扭力條件會影響車子的操控性。

還有就是當車子起步的時候,重心通常都會後移,這樣就會尾重頭輕,驅動輪(也就是前輪)的抓地能力會下降,出現原地空轉地情況,會白白浪費動力,因此起步不及後驅的車子快。還有一個問題就是車身重量的問題,因為前輪驅動的汽車把引擎,變速箱,差速器,驅動軸這些部件都集中在車頭,會令車身的重量不均勻,車子的動態難以獲得很好的平衡。

2.後輪驅動

前置引擎後輪驅動的汽車驅動系統,即我們通常所說的fr。很明顯,這種驅動方式的汽車需要有一根長長的傳動軸,把位於車頭的引擎輸出的動力傳給驅動輪--即後輪,這樣對於一般的車子,好像麵包車,車身就比較高了,因為要在車的底盤下放置傳動軸;而對於轎車來說,為了維持低底盤的特性,只好讓傳動軸凸進車廂,犧牲內部空間來換取舒適性了。還有一個問題就是,有了一根長長的傳動軸,本身亦會消耗一部分動力,這都是fr汽車的缺點。

而fr的優點也是顯而易見的,就是在車身的重量分佈上更容易做到前後軸平衡,雖然引擎是至於前軸之上,可是變速箱已經位於前軸的的後面了,而後軸還有差速器(即尾牙)等關鍵部件,所以對於整車的平衡來說要較mr,rr,ff更加容易做到。阿爾法·羅密歐的75就曾經試過把變速箱和差速器一併放到後軸上,來平衡前後軸的重量。

上一節我們講過,當車子啟動的時候,重心會自然的向後移動,這樣驅動輪在後面,會比前輪驅動的車子效果要好。雖說引擎置於車頭較重,可是加速的時候重心會後移,所以重心又回到驅動輪的後軸上,這樣起步與加速就爽快多了。同時,fr汽車的循跡也會比ff汽車強,因為fr汽車的動力輸出在後輪,轉向控制在前輪,兩者各司其職,不會出現ff汽車的扭力轉向問題。

在轉彎又同時加速,ff會較容易出現轉向不足的情況。

(二)中置/後置引擎

一輛汽車的引擎可以放在乘客後面的地方有兩個,後車軸前面或者後車軸後面,這兩者的區別不太明顯,通過他們的名字就可以區分開來,即通常我們說的mr中置引擎和rr後置引擎。世界上各個超級跑車的生產商都採用引擎後置這種技術,這樣做其中一個目的是車子可以儘量按照設計師的設計思想來設計,可以造出外形獨特的車子,另外就是讓車的重量直接壓在驅動軸上。

一般ff汽車在起步加速的時候,由於重心的後移會導致前輪的附著力減小,結果前輪會在原地打轉,起步較慢不說還會白白浪費動力,而mr和rr在起步的時候,重心向後推移,使得加在後軸的向下壓力增大,即後輪與地面的摩擦力增大,這樣就會有效的克服後輪空轉的情況發生,假若後輪發生空轉,空轉只會使重心進一步後移,這樣便會迅速使後輪停止空轉。

在實際的駕駛中,輪胎空轉影響動力的傳遞有兩種情況:起步和出彎。ff車的司機對於這兩種情況最為頭疼,一是眼睜睜看著動力不斷從引擎輸出,可是車子就是在原地打轉,再者在出彎的時候,內側輪胎狂轉,但是想加速卻沒反應。

對於mr和rr的車子來說,司機只要kick油門,車子就會按照你的思想往前飛奔,而且可以承受比ff車子大得多的引擎動力,當你駕駛一臺馬力超過250匹的ff車子時,你會覺得車子開始變得難以控制,所以對於狂熱追求馬力和速度的超級跑車來說,mr和rr時最佳選擇。

以市面上唯一的rr車保時捷911為例,官方公佈的前後車重比是39:61,差不多等於一部反過來的ff汽車,而mr車的重量比則較為均勻,保時捷的boxster為46:54,法拉力的360 modena為43:

57。雖然有的車廠很欣賞fr汽車可以做到50:50的汽車重量比,操控起來也較得心應手,可是從加速的角度來說,還是頭輕尾重的mr和rr最為有利,為了前後重量比儘可能的小,跑車都會採用頭窄尾寬的車身設計以及採用較為粗大的後輪。

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