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[汽油引擎]
引擎二三事
托苦海
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發表於 2009-6-26 16:00
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引擎二三事
一談到汽車性能,最受注目的就是被比喻為心臟部份的引擎;除此之外,汽車大小以及排氣量等等,也都與引擎息息相關,這是理所當然的,因為引擎是動力的主要來源。引擎的機械原理其實與一百年前沒什麼兩樣,但其間累積了許多細節部份的技術演變,才得以達到今天的性能;尤其明顯的是,引擎本身的輕量化更是解決了許\多問題,性能的提高自是不在話下,在效率方面也是進步卓越。不過,技術的進步是永無止境的,相信今後人類將繼續為提高性能而投下心血。
多氣閥引擎
在一個汽缸上各有2個以上的進排氣閥的引擎。因為引擎頭的開口面積大,所以進排氣效率高,氣閥本身很輕動作良好,所以反應佳、馬力高的引擎多採這種多氣閥式,而且多半是2個進氣閥加2個排氣閥的比較多。4氣閥以上的引擎則是每個汽缸有3個進氣閥、2個排氣閥的5氣閥引擎。已進入量產化,超過這個以上的則有 6氣閥V6,更高級的還有本田的摩托車用,具有橢圓型活塞的8氣閥。雖然氣閥數愈多,進排氣愈高,不過燃燒室形狀複雜有時反而使燃燒效率變差,零件數量多加工困難,提高的性能不見得與高出的成本成比例。
氣閥【valve 】
又稱氣門,通稱控制液體或氣體的出入口,而在汽車上最具代表性的就是控制進排氣的氣閥,這種氣閥呈香菇狀,底部為圓型,因為燃燒室間隙很小,所以無法大幅開閉;進氣排氣的效率就是取決於此。當然氣閥直徑愈大效果愈佳,不過必需受限於有限的空間,為此必須增加氣閥數、以小直徑加以排列,同時減小氣閥重量、提高運動性能,擴大通路以提高進排氣的效率。
DOHC雙凸輪軸引擎【double overhead camshaft 】
凸軸分為進氣閥用與排氣閥用的兩根OHC,凸輪直接壓著氣閥,因此適用於高回轉,雖然可以獲得相當大的馬力,不過驅動凸輪軸的機械構造非常複雜,幾乎所有的高性能車都是採用這種方式。
頂上凸輪軸式引擎【overhead camshaft 】
也是將氣閥置於頂上的一種,不過凸輪軸在汽缸頭側面,直接以搖桿壓氣閥,因此適於高回轉。此外單凸輪軸的又稱為SOHC(single OHC),以便與下項的DOHC(double OHC)區別。
頂上氣閥式引擎【overhead valve 】
氣閥置於頂上因而得名。在汽缸內凸輪軸處以推桿推上,再以搖桿壓下。因為可動部份多,高回轉時不容易保持正確,不過經過大幅改良以後,也有很多優良的引擎採OHV型
增壓進氣引擎
並非自然的大氣壓力,而是加裝幫浦吸入加壓空氣的方法。因為進氣效率大幅提高,所以輸出馬力也不一樣。Supper charger、Turbo charger等就是這種增壓裝置,可以提供比大氣更高壓的空氣。
自然進氣引擎【naturally aspirated engine 】
引擎在活塞下降時,形成負壓使空氣進入。起動時,當自動馬達一回轉就會開始這項作用,回轉中也持續不斷將空氣吸入,至高回轉時,因為進排氣抗力增高,效率大概會減到70%左右,遇到高地或高溫時,空氣密度低也會影響性能;這類引擎簡稱NA引擎。
氣冷式引擎
亦即空氣冷卻式,多用在鋁合金製引擎,氣冷式引擎表面積必須比較大。汽車因為有車身,所以必需強制以風扇送入空氣,雖然大氣本身溫度低,可以冷卻,不過空冷式除了空氣之外,還必須利用潤滑油的循環幫助冷卻,目前只有保時捷等少部份的車使用這種冷卻方式。
水冷式引擎
引擎在燃燒時放出高熱,為了持續行駛,必需同時不斷加以冷卻,愈是高性能車款愈重視冷卻工作。將水管通入引擎汽缸與汽缸頭的內部,冷卻水變熱後又循環至水箱,使之保持在攝式100度以下。水冷式引擎除了效率比空冷式高以外,也可減少引擎的整體體積,因此一般汽車多採水冷式。
橫置引擎
橫向放置引擎多用在後置引擎後輪驅動車(RR)上,引擎橫置時,可以減小車頭長度,相對的加大室內空間,對於有限的空間而言,是比較理想的配置方法。
縱置引擎
順著車子的前進方向,引擎呈縱向置放;此時也意味著曲軸同樣是呈縱向。長久以來引擎都是以這種方式搭載,如此引擎室兩側尚有充裕的空間,整備性良好。
水平對臥汽缸
以曲軸為中心,汽缸分列於左右呈水平對向排列的配置。汽缸數為2、4、6、8、12等偶數。因為汽缸是平放的,所以四汽缸水平對向又稱平四(flat four)、六汽缸則稱為平六(flat six)。保時捷與速霸陸的引擎就是採用這種方式。
V型排列汽缸
假使汽缸數量多,使用V型排列可以讓長度縮減。V2、V4較不常見,汽車上多使用V6、V8、V12,其配置比直列式汽缸複雜得多,在日本多用在高級車引擎上。
直列式汽缸
基於汽車搭戴空間的考量,汽缸的排列方式非常重要。直列式是指將多汽缸排成一列,日本車多採用這種型式。到四汽缸為止直列式沒什麼問題,不過超過六汽缸以上,引擎就變得很長,很難收容於引擎蓋下。跟V型排列比起來,直列式汽缸結構上比較簡單,小型車還是以直列式為主流。
汽缸
引擎汽缸數在兩個以上,通常汽車都超過四汽缸。基本上,汽車已將2、3、4、5、6、8、12汽缸加以實用化;在車賽中也出現10汽缸的例子,亦稱為複式氣缸。
單汽缸
所謂汽缸是活塞上下運動時的筒狀部份,單汽缸的就是只有一個汽缸的引擎,多用在50cc~250cc的機車引擎上,大排氣量的汽車很少用單汽缸型引擎。
W四行程引擎【four-cycle engine 】
引擎曲軸回轉兩次(往返活動四次),就完成一次的循環動作。每回轉兩次就燃燒一次,在結構上完成度最高,是目前汽車引擎的主流。
二行程引擎【two-cycle engine 】
引擎曲軸回轉一次,活塞就往返活動兩次,其間完成了進氣、壓縮、膨脹、排氣的循環動作。每回轉一次就爆發傳達動力,對小型引擎來說比較有利,這類引擎多用在機車上。
行程數【cycle 】
'
行程即指周期,在引擎上是指『進氣』、『壓縮』、『膨脹』、『排氣』循環回轉的現象,而將這項活塞的上下運動以行程表示。本來二行程引擎全名為二衝程循環引擎,而四行程引擎則是四衝程循環引擎,現在多簡稱為二行程、四行程。
柴油引擎【diesel engine 】
柴油引擎的燃料是使用比汽油更低級的輕油。它的基本原理是先『吸入』空氣,然後再以比輕油更高的壓力『噴射』出,使之自然『起火』爆發,進而燃燒。可分成直接噴射燃燒室,以及間接噴射燃燒室兩種。因為壓縮比高,所以震動比較大,燃燒噪音也比較高。因此,柴油引擎雖然用在卡車上沒什麼關係,不過如果用在轎車的話,就必需想辦法在這方面謀求改善。雖然柴油的油錢比較省,不過現在汽油引擎越來越便宜,所以柴油車轎車也就減少了許多。
轉子引擎【rotary engine 】
轉子引擎是汽油引擎的一種,不過它不使用反覆動作的活塞,而是利用轉子以偏心形在特殊的眉形燃燒室內回轉的一種引擎,它同樣是以『吸入』、『壓縮』、『點火』的方法燃燒。轉動式活塞引擎的概念是1927年一位當時年僅二十六歲的德國機械天才 Wankel 先生所發明的,而日本馬自達汽車廠的前身『Toyo Kogyo』也在1970年左右加入了轉子引擎的研發,目前全世界只有馬自達將轉子引擎量產成為汽車專用引擎。
汽油引擎【gasoline engine 】
以石油製品當中,揮發性最高的汽油作為燃料的引擎,只能以汽油或很接近的液化瓦斯帶動。其基本原理是:『吸入』空氣及汽油的霧氣,再將之『壓縮』8至10 倍,以電氣火花點燃引爆後,燃燒形成能量,屬於典型的內燃結構。汽車用的引擎基本上比較輕、馬力比較大,而震動與噪音也比較小
點火能量【Energy Output 】
除了跳火電壓、火花時期外,一般用來評量點火能力的尚有「點火能量」﹝Energy Output﹞,這是指火花時期能量的總和。通常來說要點燃靜止且具理想混合比的油氣所需的能量約為0.3mJ﹝mJ=千分之一焦耳﹞,在過濃或過稀時可能超過3mJ,這個能量是點燃油氣的最低需求,在真實情況中,特別是在高轉速所需的能量將數倍於這個值,而一般車輛的點火系統約可提供40-50mJ的點火能量。
火花時期【Spark Duration 】
當火星塞產生跳火電壓之後,由於電流負荷的產生,電壓值會驟降,但仍在某一時間內維持持續的火花,提供混合氣點燃的機會,此一時期稱為「火花時期」﹝Spark Duration﹞。
跳火電壓【Firing Voltage 】
由高壓線圈產生的高壓電送達火星塞之後,在火花產生之前由於有火星塞間隙存在,所以是一個非導體,但當電壓到達某一個值時,火星塞的間隙會突然變成導體,而產生火花越過間隙,此一電壓值就稱為「跳火電壓」﹝Firing Voltage﹞。
【DDC 】
所謂的DDC系統,DDC系統是結合了電子節氣門,主動式方向盤(Active Steering)及變速箱電腦三大部分而成。當DDC啟動時,除了電子節氣門應答速度加快外,並增加油氣濃度,此時主動式方向盤亦隨著減少方向盤輔助力道,並調整方向盤可變齒輪比,以提昇路感及方向盤回饋程度,配合變速箱換檔時機大延幅度,進而提昇車輛性能。目前BMW所有車系中僅有新5系列及 645Ci配置此系統。
汽缸體【cylinder block 】
屬於引擎的主體部份。cylinder本身就是筒的意思,所有的引擎零件都組裝在這上頭,然後再裝置於車身上,通常採用鑄鐵或鋁合金製作。現在科技日新月異,輕量化也愈來愈進步,尤其最近的汽缸更是講究精小化
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