發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱基本工作原理

1、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱基本工作原理一、基本理論汽油發(fā)動(dòng)機(jī)將汽油的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能來驅(qū)動(dòng)汽車，最簡(jiǎn)單的辦法是通過在發(fā)動(dòng)機(jī) 內(nèi)部燃燒汽油來獲得動(dòng)能。因此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是內(nèi)燃機(jī)燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā) 生。有兩點(diǎn)需注意：1. 內(nèi)燃機(jī)也冇其他種類，比如柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)，各冇各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。2. 同樣也有外燃機(jī)。在早期的火車和輪船上用的蒸汽機(jī)就是典型的外燃機(jī)。燃 料（煤、木頭、油）在發(fā)動(dòng)機(jī)外部燃燒產(chǎn)生蒸氣，然后蒸氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部來產(chǎn)生 動(dòng)力。內(nèi)燃機(jī)的效率比外燃機(jī)高不少，也比相同動(dòng)力的外燃機(jī)小很多。所以，現(xiàn)代 汽車不用蒸汽機(jī)。相比之下，內(nèi)燃機(jī)比外燃機(jī)的效率高，比燃?xì)廨啓C(jī)的價(jià)格便宜，比電動(dòng)汽車容易 添加燃料。這些優(yōu)點(diǎn)使得大部

2、分現(xiàn)代汽車都使用往復(fù)式的內(nèi)燃機(jī)。二、燃燒是關(guān)鍵汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)-般都采用4沖程。（馬自達(dá)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)在此不討論，汽車陸報(bào) 曾做過介紹）4沖程分別是：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣。完成這4個(gè)過程，發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)周 期（2圈）。理解4沖程活塞，它由一個(gè)活塞桿和曲軸相聯(lián)，過程如下1. 活塞在頂部開始，進(jìn)氣閥打開，活塞往下運(yùn)動(dòng)，吸入油氣混合氣2. 活塞往頂部運(yùn)動(dòng)來壓縮油氣混合氣，使得爆炸更有威力。3. 當(dāng)活塞到達(dá)頂部時(shí)，火花塞放出火花來點(diǎn)燃油氣混合氣，爆炸使得活塞再次 向下運(yùn)動(dòng)。4. 活塞到達(dá)底部，排氣閥打開，活塞往上運(yùn)動(dòng)，尾氣從汽缸由排氣管排出。 注意：內(nèi)燃機(jī)最終產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)的，活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)最終由曲

3、軸轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣才能驅(qū)動(dòng)汽車輪胎。三、汽缸數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件是汽缸，活塞在汽缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，上面所描述的是單汽缸 的運(yùn)動(dòng)過程，而實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)動(dòng)機(jī)都是有多個(gè)汽缸的（4缸、6缸、8缸比較 常見）。我們通常通過汽缸的排列方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)分類：直列、v或水平對(duì)置（當(dāng) 然現(xiàn)在還有大眾集i才i的w型，實(shí)際上是兩個(gè)v組成）。見下圖 水平對(duì)置4缸不同的排列方式使得發(fā)動(dòng)機(jī)在順滑性、制造費(fèi)用和外型上有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺 點(diǎn)，配備在相應(yīng)的汽車上。四、排量混合氣的壓縮和燃燒在燃燒室里進(jìn)行，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，你可以看到燃燒室容積的 變化，最大值和最小值的差值就是排量，用升（l）或毫升（cc）來度量。汽車 的排量一般在1.

4、5c4. olz間。每缸排量0. 5l, 4缸的排量為2. 0l,如果v型 排列的6汽缸，那就是v6 3.0升。一般來說，排量表示發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的大小。所以增加汽缸數(shù)量或增加每個(gè)汽缸燃燒室的容積可以獲得更多的動(dòng)力。五、發(fā)動(dòng)機(jī)的其他部分凸輪軸 控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開閉火花塞火花塞放出火花點(diǎn)燃油氣混合氣，使 得爆炸發(fā)生?；鸹ū仨氃谶m當(dāng)?shù)膮己蚍懦?。閥門進(jìn)氣、出氣閥分別在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候打開來吸入油氣混合氣和排出尾氣。在壓 縮和燃燒時(shí)，這兩個(gè)閥都是關(guān)閉的，來保證燃燒室的密封。活塞環(huán)在氣缸壁和活塞屮提出密封：1. 防止在壓縮和燃燒時(shí)油氣混合氣和尾氣泄漏進(jìn)潤(rùn)滑油箱。2. 防止?jié)櫥瓦M(jìn)入汽缸內(nèi)燃燒。大多“燒機(jī)油”的汽

5、車就是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)太舊：活塞環(huán)不再密封引起的（尾氣管冒 青煙）活塞桿連接活塞環(huán)和曲軸，使得活塞和曲軸維持各自的運(yùn)動(dòng)。潤(rùn)滑油槽 包圍著曲軸，里面有相當(dāng)數(shù)量的油.動(dòng)變速箱的基本工作原理-、變速箱的作用 發(fā)動(dòng)機(jī)的物理特性決定了變速箱的存在。首先，任何發(fā)動(dòng)機(jī)都冇其峰值轉(zhuǎn)速；其 次，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及最大扭矩在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn)。比如，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率出 現(xiàn)在5500轉(zhuǎn)。變速箱可以在汽車行駛過程屮在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪z間產(chǎn)生不同的變 速比，換檔可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在其最佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。理想情況下，變速 箱應(yīng)具有靈活的變速比。無級(jí)變速箱(cvt)就具有這種特性，可以較好的發(fā)揮 發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。二、cvt無級(jí)變速箱有

6、著連續(xù)的變速比。其一直因?yàn)閮r(jià)格、尺寸及可靠性的關(guān)系而沒有大 量裝備汽車?，F(xiàn)在，改進(jìn)的設(shè)計(jì)使得cvt的使用已比較普遍。國(guó)產(chǎn) audi 2. 8 cvt變速箱通過離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，這樣，變速箱的輸入軸就可以和發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到同 步轉(zhuǎn)速奔馳c級(jí)sport coupe 6速手動(dòng)變速箱一個(gè)5檔的變速箱捉供5種不同的變速比，在輸入軸和輸出軸間產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差。見 下表：三、簡(jiǎn)單的變速箱模型 為了更好的理解變速箱的工作原理，下面讓我們先來看一個(gè)2檔變速箱的簡(jiǎn)單模 型，看看各部分之間是如何配合的：?輸入軸(綠色)通過離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)相連，軸和上面的齒輪是一個(gè)部件。?軸和齒輪（紅色）叫做中間軸。它們一起旋轉(zhuǎn)。軸（綠色）旋轉(zhuǎn)

7、通過嚙合的齒 輪帶動(dòng)屮間軸的旋轉(zhuǎn)，這吋，屮間軸就可以傳輸發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力了。?軸（黃色）是一個(gè)花鍵軸，直接和驅(qū)動(dòng)軸相連，通過羌速器來驅(qū)動(dòng)汽車。車輪 轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶著花鍵軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。?齒輪（藍(lán)色）在花鍵軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)停止，但車輛仍在運(yùn)動(dòng)小吋，齒 輪（藍(lán)色）和中間軸都在靜止?fàn)顟B(tài)，而花鍵軸依然隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。?齒輪（藍(lán)色）和花鍵軸是由套筒來連接的，套筒可以隨著花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也 可以在花鍵軸上左右自由滑動(dòng)來嚙合齒輪（藍(lán)色）。1檔掛進(jìn)1檔時(shí)，套筒就和右邊的齒輪（藍(lán)色）嚙合。見下圖如圖所示，輸入軸（綠色）帶動(dòng)中間軸，中間軸帶動(dòng)右邊的齒輪（藍(lán)色），齒輪 通過套筒和花鍵軸相連，傳遞能量至驅(qū)動(dòng)軸上。在這同吋，左邊的

8、齒輪（藍(lán)色） 也在旋轉(zhuǎn)，但曲于沒有和套筒嚙合，所以它不對(duì)花鍵軸產(chǎn)生影響。當(dāng)套筒在兩個(gè)齒輪屮間時(shí)（第一張圖所示），變速箱在空擋位置。兩個(gè)齒輪都在 花鍵軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，速度是由中間軸上的齒輪和齒輪（藍(lán)色）間的變速比決定的四、真正的變速箱如今，5檔手動(dòng)變速箱應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，以下是其模型。換檔桿通過三個(gè)連桿連接著三個(gè)換檔叉，見圖在換擋桿的屮間有個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，當(dāng)你撥入1檔吋，實(shí)際上是將連桿和換檔叉往反方 向推你左右移動(dòng)換檔桿吋，實(shí)際上是在選擇不同的換檔叉（不同的套筒）；前后移動(dòng) 時(shí)則是選擇不同的齒輪（藍(lán)色）倒檔通過一個(gè)中間齒輪（紫色）來實(shí)現(xiàn)。如圖所示，齒輪（藍(lán)色）始終朝其他 齒輪（藍(lán)色）相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此

9、，在汽車前進(jìn)的過程屮，是不可能掛進(jìn)倒檔 的，套筒上的齒和齒輪（藍(lán)色）不能嚙合，但是會(huì)產(chǎn)生很大的噪音。同步裝置同步是使得套筒上的齒和齒輪（藍(lán)色）嚙合2前產(chǎn)生一個(gè)摩擦接觸，見卜圖齒輪（藍(lán)色）上的錐形凸出剛好卡進(jìn)套筒的錐形缺口，兩者之間的摩擦力使得套 筒和齒輪（藍(lán)色）同步，套筒的外部滑動(dòng)，和齒輪嚙合。汽車廠商制造變速箱時(shí)有齊口的實(shí)現(xiàn)方式，這里介紹的是一個(gè)基木的概念!變速箱發(fā)展至今，已經(jīng)冇手排檔，自動(dòng)排檔的設(shè)計(jì)，其中自排變速箱更發(fā)展出無 段變速系統(tǒng)，或手自變速系統(tǒng)，然而，它們都一樣有共同的功能：（1）傳遞引擎的輸出動(dòng)力（2）能變換齒輪的組合以應(yīng)付不同需求現(xiàn)在我們來看看手排變速箱的基本構(gòu)造：變速箱輸入軸

10、通過離合器，變速箱輸入軸跟引擎的曲軸連接在一起，它的功能就是輸入引 擎的動(dòng)力。變速箱輸出軸變速箱輸出軸和汽車的傳動(dòng)裝置直接連接在一起，把動(dòng) 力輸出使用。排檔機(jī)構(gòu)這個(gè)機(jī)構(gòu)就是整個(gè)變速箱功能的地方，它就是各種齒輪的 地方，藉曲不同的組合，實(shí)現(xiàn)變速箱操作的目的。同步器同步器的目的是幫助變速齒輪能同步咬合，確保變速箱換檔操作時(shí)的 平順。其實(shí)，變速箱是一個(gè)精密度相當(dāng)高且復(fù)雜的機(jī)械，直到今天，大多數(shù)的車 廠是不自己生產(chǎn)變速箱的，也許你不相信，但是，這些車廠都交給專門在設(shè)計(jì)變 速箱的公司來生產(chǎn)，無論是手排、自排，還是手-自排的變速箱，都冇很冇名的 公司在專司的，如響譽(yù)世界的德國(guó)zf, m-benz全車系階采

11、該公司的變速箱。離 合器離合器就是專司動(dòng)力傳遞的接合或分離的裝置。手排變速箱所使用的是屬 于”磨擦片離合器”，利用磨擦片的磨擦來產(chǎn)生力矩，來傳遞動(dòng)力。一片磨擦片與動(dòng)力輸入端連接，另一片與變速箱輸出端連接，當(dāng)兩片緊緊接 合時(shí)，動(dòng)力就接通了，而兩片分開時(shí)，動(dòng)力就切斷。齒輪比的意義與重要性變速箱的重要?jiǎng)幼骶褪歉鼡Q不同的齒輪組合，我們可以撥動(dòng)手排檔的檔位來改變 齒輪的相對(duì)位子，借著不同齒輪間的咬合與連接，以達(dá)到變換“齒輪比”（簡(jiǎn)稱 齒比）的目的，完成我們換檔的目的。我們騎山地自行車時(shí)所給我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)就可以體會(huì)的到，當(dāng)我們想快速起步 時(shí)，我們可以把前輪換成小齒輪，后輪換成大齒輪，這時(shí)我們就可以輕易且快

12、速 地起步。隨著腳踏車速度的增加，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)腳再怎么用力踩，速度述是增加冇 限。這時(shí)候，我們可以變換后輪的齒輪由大換成小，再把前輪換成較大的齒輪， 這吋踏板的感覺變重了，但是不必像之前踩的這么多圈，腳踏車的速度可以更快 t同樣的道理，我們汽車在設(shè)計(jì)使用上時(shí)，并不是直接把引擎的輸出接到傳動(dòng)軸上, 而是接到變速箱上面，再由變速箱的輸出軸接到傳動(dòng)軸上輸出。汽車在起步時(shí)， 需要先克服靜摩擦力，然后再推動(dòng)車身前進(jìn)，這吋是需要較大的扭力來幫忙的； 于是低檔位（一檔）時(shí)，是類似腳踏車起步的“前面小齒輪，后面大齒輪”的設(shè)計(jì), 當(dāng)車速越來越快時(shí)，我們不必需要這么大的扭力輸出，在高速檔時(shí)，變速箱將換 成類似騎腳踏

13、車時(shí)的“后而小齒輪，前而大齒輪”的設(shè)定。無論是手排還是自排，都有變換齒輪組合以達(dá)成更換齒輪比的動(dòng)作，而“齒輪 比”我們定義成：被動(dòng)齒輪的大?。ò霃剑?驅(qū)動(dòng)齒輪的大?。ò霃剑晃覀円砸慌_(tái) 派里奧1. 5來舉例：這臺(tái)車有1070kg重，它有85hp/5500rpm與122. 5nm/4500rpm 的動(dòng)力性能，原廠提供的齒比資料是：一檔（1速）是3. 500；二檔（2速）1. 952；三檔（3速）是1. 323；四檔（4速）是0. 972； 五檔（5速）是0. 769,而倒退檔是3.643；就一檔而言：3. 500就是被動(dòng)齒輪的 大小（out郅put）/驅(qū)動(dòng)齒輪的大?。╥nput）是3. 500,

14、因此,當(dāng)引擎在4500rpm 時(shí)冇122. 5nm的扭力值，此時(shí)真正推動(dòng)車身上的扭力就是:122.5nmx3.5o一檔吋高達(dá)3. 5的齒輪比，原廠的用意就相當(dāng)明顯：起步時(shí)會(huì)很有力。在市區(qū)行 駛，走走停停的，這樣的設(shè)計(jì)是有助于起步?jīng)_刺；而各檔位的齒輪比或檔位間齒 比的差異，都是影響車了的運(yùn)動(dòng)性能，高齒比是為了扭力，而高檔（四檔或五檔） 的低齒比就是為了高速行駛與引擎提速的發(fā)揮了。此外還要考慮換檔吋的動(dòng)力差異不致于過大。那到底要如何設(shè)定齒輪比呢？因?yàn)?齒比過高，就轉(zhuǎn)的慢；齒比太低又有扭力不足的口j能，各檔齒比又不能差異過人。 怎么辦呢?你一定想的到：那就發(fā)展更多的檔位，各檔間可以調(diào)整成更縝密的齒

15、比變化。而緊密的齒比變化就是動(dòng)力銜接順暢，拉轉(zhuǎn)速換檔快速的優(yōu)點(diǎn)，因此， 高性能車款都是采用多檔位且緊密度良好的變速箱，如五檔位的自排變速箱，或 六檔位甚至于七檔位的手排變速箱。變速箱的密齒比設(shè)置與動(dòng)力輸出息息相關(guān)，就拿五速手排和六速手排來說吧：許多人會(huì)將密齒比與六速手排劃等號(hào)，事實(shí)上,六速手排不一定采用密齒比設(shè)定, 但多出一個(gè)擋位，更容易在急速與加速中找到平衡，五速的密齒比變速箱雖然可 以將轉(zhuǎn)速落差縮小，讓動(dòng)力銜接更加緊密，但卻出現(xiàn)犧牲急速的困擾，2003年 國(guó)內(nèi)氏春站拉力賽1. 6升組比賽由于氏直路段居多，所以任志國(guó)駕駛的民用變速 箱的捷達(dá)輕松的戰(zhàn)勝了密齒比急速只有140km/h的大眾pol

16、o賽車。這吋若多出 第六個(gè)擋則可以將急速在往上推，試想在300km/h的速度范圍中，分別采用5 個(gè)擋位和6個(gè)擋位間隔，六擋可以取得更加緊密的齒比銜接。我們以skyline gt-r為例，nismo在1998年以r33 gt-r為基礎(chǔ),打造出史上 最強(qiáng)的nismo 400r,售價(jià)達(dá)到1200萬日元，最大馬力直奔400ps,堪稱日木最 快和最貴的國(guó)產(chǎn)車，總共生產(chǎn)了 40部。nismo 400r的變速箱與r33 gt-r相同, 皆為got rag制fs5r30a五速手排變速箱，然而r34 gt-r于1999年1月現(xiàn)身， 改搭載getrag制fs6r93a六速手排變速箱。擁冇兩部分別搭載5mt和6mt的 400r,動(dòng)力輸出、底盤完全相同的條件下，最適合比較變速箱的差異。無論是r33gt-r的5mt或是r34gt-r的6mt的變速箱，齒比曲線都不算錦密，5mt 對(duì)應(yīng)的極限速度可以直上317km/h,而6mt更高達(dá)349km/h,原廠gt-r只有280ps 最大馬力，若是解除速限后，急速約在270km/h的水平，五扌當(dāng)與六扌當(dāng)?shù)淖饔梦赐?全發(fā)揮;而nismo 400r的rb-x gt2引擎，最大馬力