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)也有其他種類，比如柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)，各有各的優(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

2、部分現(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)一般都采用4沖程。（馬自達(dá)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)在此不討論，汽車畫報(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)最終由曲軸

3、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)在還有大眾集團(tuán)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1.5L4.0L

4、之間。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)臅r(shí)候放出。 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) 在氣缸壁和活塞中提出密封： 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”的汽車就是因?yàn)榘l(fā)

5、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 一、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)都有其峰值轉(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中在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(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)變速箱有著連續(xù)的變

6、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檔的變速箱提供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)通過嚙合的齒輪

7、帶動(dòng)中間軸的旋轉(zhuǎn)，這時(shí)，中間軸就可以傳輸發(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，通過差速器來驅(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)中時(shí)，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。在這同時(shí)，左邊的齒輪（藍(lán)色）也在

8、旋轉(zhuǎn)，但由于沒有和套筒嚙合，所以它不對(duì)花鍵軸產(chǎn)生影響。 當(dāng)套筒在兩個(gè)齒輪中間時(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 在換擋桿的中間有個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，當(dāng)你撥入1檔時(shí)，實(shí)際上是將連桿和換檔叉往反方向推你左右移動(dòng)換檔桿時(shí)，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，在汽車前進(jìn)的

9、過程中，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）嚙合之前產(chǎn)生一個(gè)摩擦接觸，見下圖 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)有各自的實(shí)現(xiàn)方式，這里介紹的是一個(gè)基本的概念！變速箱發(fā)展至今，已經(jīng)有手排檔，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 通過離合

10、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，藉由不同的組合，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，都有很有名的公司在專司的，如響譽(yù)世界的德國ZF，M-Benz全車系階采該公司的變速箱。離合器

11、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速地起步。隨著腳踏車速度的

12、增加，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)腳再怎么用力踩，速度還是增加有限。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，這時(shí)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了 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)，這時(shí)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車時(shí)的“后面小齒輪，前面大齒輪”的設(shè)定。

13、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)齒輪的大小(半徑)/驅(qū)動(dòng)齒輪的大小(半徑)；我們以一臺(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鄄put)/驅(qū)動(dòng)齒輪的大小(Input)是3.500，因此，當(dāng)引擎在4500rpm時(shí)有122.5nm的扭力值，此時(shí)真正推

14、動(dòng)車身上的扭力就是：122.5nm×3.5。 一檔時(shí)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，都是影響車子的運(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。 此外還要考慮換檔時(shí)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)辇X比過高，就轉(zhuǎn)的慢；齒比太低又有扭力不足的可能，各檔齒比又不能差異過大。 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，

15、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年國內(nèi)長春站拉力賽1.6升組比賽由于長直路段居多，所以任志國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polo賽車。這時(shí)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，

16、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，堪稱日本最快和最貴的國產(chǎn)車，總共生產(chǎn)了40部。Nismo 400R的變速箱與R33 GT-R相同，皆為Getrag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。擁有兩部分別搭載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，五擋與六擋的作用未完全發(fā)揮；而Nismo 400R的RB-X GT2引