汽车基本结构与基础知识

1汽车基本结构与基础知识引擎基本构造：缸径冲程排气量与压缩比引擎是由凸轮轴、汽门、汽缸盖、汽缸本体、活塞、活塞连杆、曲轴、飞轮、油底壳…等主要组件，以及进气、排气、点火、润滑、冷却…等系统所组合而成。以下将各位介绍在汽车型录的「引擎规格」中常见的缸径、冲程、排气量、压缩比、SOHC、DOHC等名词。缸径：汽缸本体上用来让活塞做运动的圆筒空间的直径。冲程：活塞在汽缸本体内运动时的起点与终点的距离。一般将活塞在最靠近汽门时的位置定为起点，此点称为「上死点」；而将远离汽门时的位置称为「下死点」。2排气量：将汽缸的面积乘以冲程，即可得到汽缸排气量。将汽缸排气量乘以汽缸数量，即可得到引擎排气量。以Altis1.8L车型的4汽缸引擎为例：缸径：79.0mm，冲程：91.5mm，汽缸排气量：448.5c.c.引擎排气量＝汽缸排气量×汽缸数量＝448.5c.c.×4＝1,794c.c.压缩比：最大汽缸容积与最小汽缸容积的比率。最小汽缸容积即活塞在上死点位置时的汽缸容积，也称为燃烧室容积。最大汽缸容积即燃烧室容积加上汽缸排气量，也就是活塞位在下死点位置时的汽缸容积。3Altis1.8L引擎的压缩比为10：1，其计算方式如下：汽缸排气量：448.5c.c.，燃烧室容积：49.83c.c.压缩比＝(49.84＋448.5)：49.84＝9.998：1≒10：1引擎基本构造─SOHC单凸轮轴引擎引擎的凸轮轴装置在汽缸盖顶部，而且只有单一支凸轮轴，一般简称为OHC(顶置凸轮轴，OverHeadCamShaft)。凸轮轴透过摇臂驱动汽门做开启和关闭的动作。在每汽缸二汽门的引擎上还有一种无摇臂的设计方式，此方式是将进汽门和排汽门排在一直在线，让凸轮轴直接驱动汽门做开闭的动作。有VVL装置的引擎则会透过一组摇臂机构去驱动汽门做开闭的动作。引擎基本构造─DOHC双凸轮轴引擎此种引擎在汽缸盖顶部装置二支凸轮轴，由凸轮轴直接驱动汽门做开启和关闭的动作。仅有少数引擎是设计成透过摇臂去驱动汽门做开闭的动作。有VVL装置的引擎则会透过一组摇臂机构去驱动汽门做开闭的动作。4DOHC较SOHC的设计来得优秀的主要原因有二。一是凸轮轴驱动汽门的直接性，使汽门有较佳的开闭过程，而提升汽缸在进气和排气时的效率。另一则是火星塞可以装置在汽缸盖中间的区域，使混合气在汽缸内部可以获得更好更平均的燃烧。DOHC的迷思早期强调高性能的引擎多会采DOHC设计，因为DOHC的设计在高速运转时仍有相当高的精确性，使得引擎能在高转速输出较大的功率。近来各家车厂在车辆的性能数据上竞争，使一般家庭房车的引擎也多采用DOHC的设计，甚至造成消费者认为SOHC引擎为过时设计，而非DOHC不买的迷思。其实引擎在一般使用下，不论SOHC、DOHC、一缸两汽门的设计或是一缸多汽门的设计，都足敷使用，甚至很多八汽门引擎(四缸)在低速表现会优于多汽门引擎。再者，DOHC引擎比SOHC引擎多出一支凸轮轴(V型引擎多出两支)，引擎就需要多克服一倍的摩擦力，及承担多一支凸轮轴的重量。所以像Mercedes-Benz等欧洲车厂，仍有许多现役的SOHC引擎。笔者在此并非贬低DOHC引擎的价值，而是要让读者了解，SOHC并非过时的设计。一个适合自己驾驶习惯、省油且耐用的引擎，就是好引擎；当然，如果您是性能派的热血份子，DOHC的引擎是您最佳的选择。直压式与摇臂式我们在「引擎概论」单元中，对凸轮与汽门之间的作动、何谓DOHC及SOHC、可变汽门正时等题目，其实已经有很详细的论述，在「引擎详论」中仅再作一些补充。对于凸轮如何带动汽门的启闭，最常见的是「直压式」与「摇臂式」。直压式汽门通常见于DOHC引擎，此式汽门弹簧座上会会有一圆形套筒，凸轮则直接置于套筒上，所以当凸轮尖端与套筒接触时，会透过套筒把汽门往下压，使汽门开启；而摇臂式汽门通常使用在SOHC引擎上，因为SOHC引擎缸头内只有一支凸轮轴，却要驱动多个汽门，所以会以摇臂方式，由一个凸轮带动两个汽门。摇臂是利用杠杆原理，当凸轮尖端将摇臂一端挺起时，另一端会向下将汽门压下以使汽门开启。凸轮直接压动汽门的直压式设计是现在常见的设计摇臂式与直压式汽门驱动设计各有其优缺点，以力量传递效率来说，直压式比摇臂式来的直接、精确；以维修保养来说摇臂式则容易的多，因为直压式之凸轮与汽门上之套筒的间隙，是靠不同厚度的填隙片来调整，所以当引擎使用一定时数，汽门间隙增大时，要再调整较不易；而摇臂式之汽门间隙通常都以一螺栓调整，只要一支扳手就能搞定。然而目前直压式汽门的填隙片材质皆有一定的耐磨度，磨损的机率很低。凸轮透过摇臂控制汽门的动作，便是遥臂式的设计发动机基本工作原理5一、基本理论汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。因此，汽车发动机是内燃机----燃烧在发动机内部发生。有两点需注意：1．内燃机也有其他种类，比如柴油机，燃气轮机，各有各的优点和缺点。2．同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料（煤、木头、油）在发动机外部燃烧产生蒸气，然后蒸气进入发动机内部来产生动力。内燃机的效率比外燃机高不少，也比相同动力的外燃机小很多。所以，现代汽车不用蒸汽机。相比之下，内燃机比外燃机的效率高，比燃气轮机的价格便宜，比电动汽车容易添加燃料。这些优点使得大部分现代汽车都使用往复式的内燃机。二、燃烧是关键汽车的发动机一般都采用4冲程。4冲程分别是：进气、压缩、燃烧、排气。完成这4个过程，发动机完成一个周期(2圈)。理解4冲程活塞，它由一个活塞杆和曲轴相联，过程如下：1．活塞在顶部开始，进气阀打开，活塞往下运动，吸入油气混合气2．活塞往顶部运动来压缩油气混合气，使得爆炸更有威力。3．当活塞到达顶部时，火花塞放出火花来点燃油气混合气，爆炸使得活塞再次向下运动。4．活塞到达底部，排气阀打开，活塞往上运动，尾气从汽缸由排气管排出。注意：内燃机最终产生的运动是转动的，活塞的直线往复运动最终由曲轴转化为转动，这样才能驱动汽车轮胎。6三、汽缸数发动机的核心部件是汽缸，活塞在汽缸内进行往复运动，上面所描述的是单汽缸的运动过程，而实际应用中的发动机都是有多个汽缸的（4缸、6缸、8缸比较常见）。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类：直列、V或水平对置（当然现在还有大众集团的W型，实际上是两个V组成）。见下图直列4缸V6水平对置4缸7不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺点，配备在相应的汽车上。四、排量混合气的压缩和燃烧在燃烧室里进行，活塞往复运动，你可以看到燃烧室容积的变化，最大值和最小值的差值就是排量，用升（L）或毫升（CC）来度量。汽车的排量一般在1.5L~4.0L之间。每缸排量0.5L，4缸的排量为2.0L，如果V型排列的6汽缸，那就是V63.0升。一般来说，排量表示发动机动力的大小。所以增加汽缸数量或增加每个汽缸燃烧室的容积可以获得更多的动力。五、发动机的其他部分凸轮轴控制进气阀和排气阀的开闭火花塞火花塞放出火花点燃油气混合气，使得爆炸发生。火花必须在适当的时候放出。阀门进气、出气阀分别在适当的时候打开来吸入油气混合气和排出尾气。在压缩和燃烧时，这两个阀都是关闭的，来保证燃烧室的密封。活塞环在气缸壁和活塞中提出密封：1．防止在压缩和燃烧时油气混合气和尾气泄漏进润滑油箱。2．防止润滑油进入汽缸内燃烧。大多“烧机油”的汽车就是因为发动机太旧：活塞环不再密封引起的（尾气管冒青烟）活塞杆连接活塞环和曲轴，使得活塞和曲轴维持各自的运动。润滑油槽包围着曲轴，里面有相当数量的油。何谓正时一具引擎要能正确的运转，所有零件都要能在正确的时间和正确的位置做正确的事，在最佳的协调下，发挥应有的性能。就像一支部队要作战前，指挥官会分配每一组甚至每个人个别的任务，大家接受任务后，还有一件事很重要，没错，就是：对表！所有人都必须在一个独一的时间轴内完成任务。大家都必须各自在正确的时间到达定位，这就是「正时」。那么，在引擎中要怎么「对表」，又要以谁为准呢？引擎中最主要的转动是曲轴，所以所有的正时都以曲轴旋转角度做为基准。以一个单缸引擎为例，当活塞在上死点时为0度，到了下死点时为180度，四行程引擎以720度为一循环，所有运转件就以曲轴的运转为准，曲轴每旋转720度，所有运作就完成一次循环。8凸轮之所以能在正确的时机开启汽门，便是靠着正时链条，与曲轴保持正确的正时。曲轴正时齿盘我们知道引擎中一切的运转都以曲轴为准，所以曲轴就有责任将它的正时「告知」所有机件。由于现在ECU的运算分辨率越来越高，甚至达到32位以上，所以需有一机件能精确的撷取正时讯号。目前大部分引擎会在曲轴的一端装设一个齿盘，再由一个磁感sensor来接收并产生讯号。假设齿盘有60齿，一圈360度则每一齿间距为6度，当曲轴转动时，齿盘会以相同的转速跟着曲轴转动，而每一齿经过sensor时，会感应一个磁场，并由sensor转换为电子讯号让ECU得知目前的曲轴角度，好使喷油、点火等动作能在正确时机作动。正时皮带与正时链条现在引擎多是顶置式凸轮轴的设计，就是将凸轮轴设置在引擎缸头上，要驱动凸轮轴必须利用皮带或炼条使之与运转中的曲轴连结。就如前面提到的，凸轮轴的运转也需要「正时」，所以在安装正时皮带时，凸轮和曲轴的正时必须对妥。由于正时皮带属于耗损品，而且正时皮带一旦断裂，凸轮轴当然不会照着正时运转，此时极有可能导致汽门与活塞撞击而造成严重毁损，所以正时皮带一定要依据原厂指定的里程或时间更换。而正时炼条则会有相当长的寿命，所以选购配置正时炼条引擎的车，会省去更换正时皮带的麻烦与开支。节气门与进气歧管节气门是在进气的管道中，加入一组蝴蝶阀，利用阀片旋转角度不同、开口不同的方式，控制进气量，进一步控制引擎的动力。现在车辆多采用电子节气门设计，可由引擎控制模块进行精确的控制，让输出提高、油耗下降。新鲜空气自进气道、空气滤清器一路往引擎前进，下一个会碰到的就是节气门，也就是俗称的「油门」。这是整个引擎，唯一由驾驶人所控制的机构，在化油器引擎中，这个任务则由化油器担任；而在喷射供油引擎中，节气门阀体取代了化油器。在采用了喷射供油系统后，燃油直接在进气门前由喷射器射出，节气门阀体便少了使燃油与空气混合的任务。但为了能精确控制油气混合，节气门阀体机构并不比化油器简单。9一个典型的节气门体，应具备主进气道及节气门，而节气门是由一弹簧控制，当驾驶者未踩下油门时，节气门处于关闭状态，使大部分的空气被排除在阀门外；而当驾驶踏下油门踏板时，油门拉线便会拉动节气门弹簧，使阀门打开让空气从主进气道进入引擎中。除此之外，还有一个节气门感知器来把节气门开度转成电子讯号，使得引擎监理系统(ECU)能依据此来控制燃油喷量。节气门阀体上还有一个怠速控制阀，是由一步进马达控制，引擎ECU会在冷车、启闭冷气、空档与D档变换等时机，控制怠速马达的作动，以调整引擎怠速之合适的进气量。传统的节气门(油门)是以油门拉线采机械方式驱动，然而为了全车控制的整体性，许多新推出的车型已采用了电子控制的节气门(电子油门)。新鲜空气自进气道、空气滤清器一路往引擎前进，下一个会碰到的就是节流阀，也就是俗称的「油门」。这是整个引擎，唯一由驾驶人所控制的机构，在化油器引擎中，这个任务则由化油器担任；而在喷射供油引擎中，节流阀体取代了化油器。在采用了喷射供油系统后，燃油直接在进气门前由喷射器射出，节流阀体便少了使燃油与空气混合的任务。但为了能精确控制油气混合，节流阀体机构并不比化油器简单。一个典型的节流阀体，应具备主进气道及节流阀，而节流阀是由一弹簧控制，当驾驶者未踩下油门时，节流阀处于关闭状态，使大部分的空气被排除在阀门外；而当驾驶踏下油门踏板时，油门拉线便会拉动节流阀弹簧，使阀门打开让空气从主进气道进入引擎中。除此之外，还有一个节流阀感知器来把节流阀开度转成电子讯号，使得引擎监理系统(ECU)能依据油门开度来控制燃油喷量。节流阀体上还有一个怠速控制阀，是由一步进马达控制，引擎ECU会在冷车、启闭冷气、空档与D档变换等时机，控制怠速马达