发动机是给汽车提供动力的“心脏”,是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器,包括如内燃机、外燃机、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。
那究竟发动机的动力来源是什么呢?
是燃料,其中最常见的莫过于汽油和柴油,现在由于世界面临着能源危机和环保的需要,其他的燃料比如天然气、甲烷、酒精、氢气等也纷纷作为动力来源。常识告诉我们,如果燃料在空气中自然燃烧,它所发出的能量远远不足以带动一部汽车,为了解决这个问题,我们就需要先将燃料雾化,再进行压缩,让它在高压状态下燃烧,那样就能获得瞬间的高功率,从而带动汽车。为了理解这个过程,我们就将发动机的工作过程简单地分为四个阶段,也就对应着四个冲程(进气、压缩、做功和排气)。
首先是“进气”:为了便于燃烧,汽油首先需要在汽缸外雾化,并与空气混合(我们称这种混合后的气体为“混合气”),当进气门打开以后,随着活塞从汽缸顶部向下运动,汽缸内的压力变得越来越小,混合气就在内外压力差的作用下进入汽缸,当活塞运动到最下端的时候,进气冲程也就结束,进气门关闭。 第二个阶段是“压缩”:当进气门关闭以后,活塞就开始向上运动,压缩缸内的混合气,为后面的燃烧做准备,当活塞运动到汽缸顶部的时候,压缩冲程结束。在此过程中,进气门和排气门都是关闭的。 第三个阶段是“做功”:当活塞运动到汽缸顶部的时候,混合气已经变成高压高温的气体了,这时候,点火装置(火花塞)就会引燃它们,混合气就开始剧烈地燃烧,它爆发出的强大能量就会推动活塞向下运动,从而为汽车提供动力。在此过程中,进气门和排气门都是关闭的。 第四个阶段是“排气”:当燃烧的气体将活塞推到底部的时候,它也就没有能量再释放出来了,这时排气门就会打开,接着活塞又开始向上运动,燃烧之后的废气就被排出汽缸,当活塞到达汽缸顶部的时候,废气也就排得差不多了,此时,排气门就会关闭,这样,一个工作循环就结束了。同时,进气门打开,活塞向下运动,开始新的一个工作循环。
内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机;有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸、十六缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。
而缸排列形式,是指多气缸内燃机各个气缸排布的形式,直白的说,就是一台发动机上气缸所排出的队列形式。目前主流发动机汽缸排列形式有:L:直列,V:V型排列
其他非主流的汽缸排列方式:W:W型排列,H:水平对置发动机,R:转子发动机
V型发动机:
所谓V型发动机,简单的说就是将所有汽缸分成两组,把相邻汽缸以一定夹角布置一起(左右两列气缸中心线的夹角γ<180°),使两组汽缸形成一个夹角的平面,从侧面看汽缸呈V字形(通常的夹角为60°),故称V型发动机。
与直列布局形式相比,V型发动机缩短了机体的长度和高度,而更低的安装位置可以便于设计师设计出风阻系数更低的车身,同时得益于汽缸对向布置,还可抵消一部分振动,使发动机运转更为平顺。比如一些追求舒适平顺驾乘感受的中高级车型,还是在坚持使用大排量V型布局发动机,而不使用技术更先进的“小排量直列型布局发动机+增压器”的动力组合。
V型发动机的高度和长度尺寸小,在汽车上布置起来较为方便。它便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率并且适合于较高的汽缸数。国产的中高档车型中,不少采用V型6缸发动机,比如君威,帕萨特及奥迪A6等等。
W型发动机:
许多人以为就像V型发动机的汽缸呈V形排列那样,W型发动机的汽缸排列形式也一定是呈W形,其实不然,它只是近似W形排列,严格说来还应属V型发动机,至少是V型发动机的一个变种。W型发动机是德国大众专属发动机技术。将V型发动机的每侧汽缸再进行小角度的错开,就成了W型发动机。或者说W型发动机的汽缸排列形式是由两个小V形组成一个大V形,两组V型发动机共用一根曲轴。严格说来W型发动机还应属V型发动机的变种。
W型与V型发动机相比可将发动机做得更短一些,曲轴也可短些,这样能节省发动机所占的空间,同时重量也可轻些,但它的宽度更大,使得发动机舱更满。
W型发动机最大的问题是发动机由一个整体被分割为两个部分,在运作时必然会引起很大的振动。针对这一问题,大众在W型发动机上设计了两个反向转动的平衡轴,让两个部分的振动在内部相互抵消。
现W型发动机有四种:W8、W12、W16和W18。
水平对置发动机:
在上面介绍气缸V型排列发动机的时候已经提过,V型布局形成的夹角通常为60°(左右两列气缸中心线的夹角γ<180°),而水平对置发动机的气缸夹角为180度。但是水平对置发动机的制造成本和工艺难度相当高,所以目前世界上只有保时捷和斯巴鲁两个厂商在使用。
水平对置发动机的特点是:1.低重心:产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低,更容易达到整体平衡。
2.低振动:活塞运动的平衡良好(180度左右抵消)。相比直列式,在曲轴方面所需的平衡配重因素减少,有助转速提升。它能保持650转的低转速,并保证发动机平稳的工作。同样相比其它发动机型式油耗最低。
转子发动机:
相比常见的L型、V型气缸布局形式,可能很多朋友会对三角转子发动机感到陌生。转子发动机又称为米勒循环发动机,由德国人菲加士·汪克尔发明,之后这项技术由马自达公司收购。我们都知道:传统的气缸往复运动式发动机,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,而为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同,它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比,转子发动机取消了无用的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有较大优势。
VR发动机:
VR发动机是大众的专属产品,1991年,大众公司开发了一种15°夹角的V6 2.8L发动机,称做VR6,并安装在第三代高尔夫上。这种发动机结构紧凑,宽度接近于直列发动机,长度不比直列4缸发动机长多少。
众所周知,对于V型6缸发动机而言,60度夹角是最优化的设计,这是经过无数科学实验论证过的结果。因而绝大多数的V6发动机都是采用这种布局形式的。但为了能在更小的空间内放下V6发动机,大众集团另辟蹊径的研发出了夹角为15度、体积更小的VR6发动机。而从动力参数来看,它并不逊色与普通的V6发动机,但在研发之初就暴露了明显的抖动问题。通过一系列的平衡稳定手段虽使问题得以明显改善。但这依然无法超越改变其本身结构上的特性,就像普通直列发动机的震动通常都会大于V型发动机一样,夹角更小的VR6从结构本身就决定了它的震动会大于V6。诸如大众旗下的高尔夫R32、EOS等车型都曾装配过这款发动机。
VR发动机的汽缸夹角非常小,两列汽缸接近平行,汽缸盖上火花塞的孔几乎并在一条直线上。VR发动机的特点就是体积特别小,所以非常适用于大众车系的前置发动机平台,因为大众的前置发动机前轮驱动底盘都是纵置式的设计,而且发动机在前轴之前所以发动机不能过长否则难以布置前悬挂。这款发动机非常紧凑,虽然是V缸机,但由于两列汽缸相离很近所以只需要一个汽缸盖就可以搞定,比90度和60度夹角的V6成本低很多(因为普通V缸机必须加工两个汽缸盖如果是DOHC的V缸机还需要加工4根凸轮轴,所以成本很高)。
发动机应该如何保养呢?
1、定期更换机油
机油有清洁和润滑、散热的作用,好的油品能有效的保护发动机内部,让发动机的磨损、清洁能力做到最大化。因此,切不可贪图便宜,用伪劣油,一定要去正规店购买。
2、避免超负荷暴力驾驶
经常性暴力驾驶车辆,必然会对发动机造成损伤,机械是有疲劳极限的,无休止的玩酷必然导致发动机不好好工作,赔了夫人又折兵就划不来了。因此,正常驾驶才是正道。
3、避免冷车时候高转速驾驶
北方的冬季比较冷,零下二十几度非常正常,这对发动机来说是一个挑战。启动车辆预热1分钟,开起来后保持转速不要超过2000转,等温度上来后在进入正常驾驶习惯。
4、避免长时间原地怠速
长时间原地怠速,我的建议最好是熄火。不仅省油还能避免燃烧汽油不充分产生积炭。
5、偶尔去高速开一开
现在拥堵的城市,车辆很难能发挥其应有的水平。频繁的起停燃烧的不充分必将给发动机带来积炭,因此,偶尔跑一跑高速,拉高一下转速,不仅清除积炭,也能发挥一下车辆的性能。
但除了发动机保养之外,还应该注意防止积碳:
1.节气门积碳
节气门是控制发动机进气量的关键部件,也是产生积碳最快影响较大的地方。这里的积碳是汽油蒸汽混合着空气中的灰尘杂质产生。最开始是软的胶质物,经过发动机热量的烘烤,久而久之,就变成了比较坚硬的积碳。节气门积碳,会引起怠速不稳、车辆抖动等症状。要想测底解决,最好的办法就是拆下节气门,进行手工清洗。
2.火花塞积碳
火花塞是车辆点火系统的关键部件,火花塞在气缸的顶端,积碳多是因为燃烧不完全产生的。火花塞积碳过多会影响发动机点火能量,尽而影响燃烧效率。火花塞积碳的处理方法很简单,就是定期一般2年或者4万公里更换就可以了。
讲完了节气门和火花塞,下面这几个部位的积碳和燃油系统有关,首先是燃烧室积碳,它是指活塞顶端和燃烧室上壁的积碳,是汽油燃烧不充分产生的,因为汽油里的胶质无法燃烧,逐渐沉积在活塞顶端和燃烧室上壁,经过高温烧灼而变硬。燃烧室形成积碳以后,会减小燃烧室面积,导致发动机功率下降,并且会引起爆燃爆震,对发动机影响较大。
其次是进气门积碳,进气门是汽油进入燃烧室的必经之路,如果燃油品质不佳,其沉积物就会在进气门上堆积起来,这些沉积物就像海绵一样,会吸收汽油,阻碍其到达燃烧室,会影响进气门有效开合,从而影响发动机功率。
其实保养发动机除了以上方法,去安装一个防碳节油器也是可以的,防碳节油器能够通过物理方法从根部避免积碳的产生,另外想了解更多的汽车小常识就关注我吧~