汽車構(gòu)造中汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)及其新進(jìn)展探析

俞捷

摘 要：隨著科技的發(fā)展，汽車代替人類原有的出行工具，人們出行的時間大大縮短。作為汽車的動力核心，發(fā)動機(jī)是驅(qū)動汽車前進(jìn)的重要部件，目前我國的發(fā)動機(jī)技術(shù)正在不斷的改進(jìn)當(dāng)中，下面圍繞此項(xiàng)技術(shù)展開討論。對發(fā)動機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、性能指標(biāo)以及關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并對現(xiàn)階段正在研究當(dāng)中的有氧發(fā)動機(jī)進(jìn)行探討，同時對此項(xiàng)技術(shù)的未來發(fā)展做出展望。

關(guān)鍵詞：汽車;發(fā)動機(jī);關(guān)鍵技術(shù);未來發(fā)展

現(xiàn)階段我國的工業(yè)化進(jìn)程很快，這點(diǎn)從汽車行業(yè)的發(fā)展就能看出來，汽車更新?lián)Q代速度不斷加快。很多汽車企業(yè)都能自主生產(chǎn)自動擋汽車，除發(fā)動機(jī)外汽車的其它結(jié)構(gòu)件質(zhì)量也有很大改善，汽車的使用壽命也在不斷延長。目前我國汽車行業(yè)非常重視對汽車發(fā)動機(jī)的研究，相信在眾多科研人員的努力下，發(fā)動機(jī)性能會有更大的提升。

1 原理及組成

汽車內(nèi)部比較復(fù)雜，各系統(tǒng)有序配合才能驅(qū)動汽車正常行駛。目前我國市場上的發(fā)動機(jī)種類很多，下面對按照不同標(biāo)準(zhǔn)對發(fā)動機(jī)進(jìn)行分類：燃料。有的發(fā)動機(jī)是燃燒汽油的，有的則燃燒柴油;行程數(shù)。市面上常見的有二行程和四行程，行程數(shù)較多的發(fā)動機(jī)性能較好;氣缸數(shù)。與行程數(shù)相似，氣缸數(shù)越多汽車的質(zhì)量越好;冷卻方式。利用冰水冷卻的歸為水冷型，利用冷風(fēng)進(jìn)行冷卻的歸為風(fēng)冷型。不同的發(fā)動機(jī)種類特點(diǎn)也存在差異，購買汽車時客戶可根據(jù)自身需求，選擇最適合自身的一款產(chǎn)品。發(fā)動機(jī)的正常工作，離不開各機(jī)構(gòu)的支撐，下面詳細(xì)介紹其中的關(guān)鍵組成機(jī)構(gòu)。

1.1 冷卻系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是將運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的多余熱量吸收，讓發(fā)動機(jī)的溫度處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，避免過熱現(xiàn)象的出現(xiàn)影響發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行[1]。水冷和風(fēng)冷是目前汽車制造市場常見的兩種冷卻形式，前者借助冷卻水，后者借助空氣，其目的都是使發(fā)動機(jī)快速冷卻。

1.2 潤滑系統(tǒng)

各部分構(gòu)件在運(yùn)行時難免會發(fā)生磨損現(xiàn)象，潤滑的出現(xiàn)能夠很好的避免這一問題。潤滑系統(tǒng)能夠?qū)櫥汉侠矸峙涞礁鹘Y(jié)構(gòu)當(dāng)中，保證零部件傳動正常，減少摩擦阻力的同時延長零件使用時間。潤滑液還能對部件起到清洗作用，將磨損產(chǎn)生的廢渣排出發(fā)動機(jī)外。該系統(tǒng)的組成主要包括機(jī)油泵、閥門等。

1.3 點(diǎn)火系統(tǒng)

電火花產(chǎn)生電極，是該系統(tǒng)點(diǎn)火的主要原理，電火花是由火花塞產(chǎn)生的，在氣缸蓋的相應(yīng)位置上安裝火花塞。在電極的作用下，混合氣體燃燒，點(diǎn)火系是汽車發(fā)動機(jī)的主要點(diǎn)火裝置，其組成包括電池、發(fā)電機(jī)等。

1.4 啟動系統(tǒng)

發(fā)動正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵是保證內(nèi)部的曲軸正常轉(zhuǎn)動，在曲軸運(yùn)動過程中，活塞也會在上下止點(diǎn)之間來回運(yùn)動，從而達(dá)到壓縮氣缸氣體的目的，這是系統(tǒng)內(nèi)部的做功過程。有用功推動電動機(jī)逐漸開始轉(zhuǎn)動。此過程只要有不間斷的外力供應(yīng)，曲軸運(yùn)動就不會停止，發(fā)動機(jī)也會保持相對穩(wěn)定的運(yùn)動狀態(tài)。由外力實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，參與啟動過程的相關(guān)裝置統(tǒng)稱為啟動系。在曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，保持此狀態(tài)不變，發(fā)動機(jī)的啟動狀態(tài)就相對穩(wěn)定。

1.5 燃燒系統(tǒng)

不同的汽車類型使用的燃料也有所不同，目前市場上的常用燃料是汽油和柴油，發(fā)動機(jī)向燃燒系統(tǒng)下達(dá)相關(guān)命令，系統(tǒng)中的油缸閥門打開，同時相應(yīng)的氣缸閥門打開。在壓力作用下油和氣體形成相應(yīng)混合物，通過電火花進(jìn)行點(diǎn)火，達(dá)到點(diǎn)燃混合氣體的目的，燃燒過程會產(chǎn)生一定量廢氣。傳統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)直接將廢氣排放到大氣中，隨著我國排放指標(biāo)的逐漸提高，在進(jìn)行汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，需要設(shè)置廢氣處理裝置，確保燃燒廢氣處理達(dá)標(biāo)后才能排放在大氣當(dāng)中，減少環(huán)境污染。

1.6 配氣機(jī)構(gòu)

此機(jī)構(gòu)的構(gòu)成較為復(fù)雜，主要包括凸輪軸、搖臂等多種零部件[2]，此機(jī)構(gòu)的作用是控制氣缸閥門的開啟和關(guān)閉，確保發(fā)動機(jī)中的氣缸正常循環(huán)工作。當(dāng)氣缸內(nèi)需要新鮮空氣時，配氣機(jī)構(gòu)控制閥門開啟，空氣進(jìn)入氣缸內(nèi)，維持燃燒室的正常燃燒。當(dāng)空氣中的氧氣耗盡，排氣缸閥門開啟，廢氣通過排氣缸排放到大氣中。該機(jī)構(gòu)使氣缸門的開閉得到合理控制，燃燒室在燃燒過程中，其密封性能夠得到充分保證。配氣機(jī)構(gòu)的主要組成包括氣門組、傳動構(gòu)件等。

1.7 曲柄連桿

連桿兩端連接的分別是活塞和曲柄，它起到變換運(yùn)動形式的作用?；钊跉飧字心軌蜓h(huán)往復(fù)運(yùn)動，并且只在上下止點(diǎn)之間運(yùn)動。此運(yùn)動經(jīng)過連桿傳遞后就會變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時也是力向力矩進(jìn)行轉(zhuǎn)化的過程。轉(zhuǎn)矩是車輪轉(zhuǎn)動的重要動力來源，能夠推動車輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車的正常行駛。

2 性能指標(biāo)

目前市場上的汽車種類較多，購車人員需要根據(jù)汽車的性能指標(biāo)，判斷車輛的性能和品質(zhì)。下面對汽車的幾項(xiàng)重要指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 功率

Kw是功率的常用單位，功率的變化和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化息息相關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時，功率也隨之增大。這種變化關(guān)系在轉(zhuǎn)速增加的開始一段時間內(nèi)有效，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到一定值功率會達(dá)到最大，之后再增加轉(zhuǎn)速反而會使輸出功率減小。功率最大的時候也被稱為發(fā)動機(jī)的峰值。

2.2 扭矩

決定扭矩大小的是發(fā)動機(jī)的牽引力，在某種程度上來說扭矩就是加速度，即車輛在某一時刻加快速度的潛能。扭矩是由曲軸產(chǎn)生的，在車輛剛剛起步階段，加速度的變化是最快的[3]。曲軸的性能越好，汽車變速就越快，這說明車輛的品質(zhì)是非常不錯的。

2.3 氣門

在傳統(tǒng)的汽車制造工藝中，其氣門數(shù)一般為兩個，分別負(fù)責(zé)進(jìn)氣和排氣。隨著車輛質(zhì)量的不斷提升，氣門數(shù)逐漸變成兩進(jìn)兩排形式，這是目前市場上最流行的一種。也有更多氣門數(shù)的汽車，比較下來發(fā)現(xiàn)兩進(jìn)兩出的氣門，這類發(fā)動機(jī)的性能比較穩(wěn)定，性能優(yōu)越且油耗較少。

2.4 氣缸

用排列形式區(qū)分發(fā)動機(jī)性能，對于直線型、四缸發(fā)動機(jī)，結(jié)構(gòu)比較簡單，容易操作和維修，但會降低車輛性能。V型、六缸或八缸發(fā)動機(jī)，排列相互交錯，具有良好的工作性能，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本較高，不利于后期維修。

3 技術(shù)展望

現(xiàn)階段我國在發(fā)動機(jī)的研究上投入很大，取得的成效也非常顯著，下面總結(jié)目前比較前沿的發(fā)動機(jī)技術(shù)。

3.1 多氣門

在原來的老式汽車當(dāng)中，發(fā)動機(jī)使用的氣門數(shù)都是兩個。這類發(fā)動機(jī)存在著明顯卻下，進(jìn)氣速度低，燃燒室內(nèi)的混合氣體不能充分燃燒，發(fā)動機(jī)工作效率低。針對上述問題，科研人員適當(dāng)增加氣門數(shù)量，并將其布置成交替排列的方式，盡量簡化部件裝配。在保證進(jìn)排氣量的同時，降低車輛對油的需求量。四氣門是目前汽車制造使用比較廣泛的，在未來的發(fā)展中，氣門數(shù)量還有望增加。

3.2 渦輪增壓

該項(xiàng)技術(shù)是對氣門排出廢氣的再次利用。在一定的壓力下，燃燒室的燃料數(shù)量會增多，此時進(jìn)氣門提供的空氣量也隨之增加。排出的廢氣量在渦輪的高速旋轉(zhuǎn)過程中，進(jìn)入傳動系統(tǒng)以及其它部件當(dāng)中，加快汽車其它部位的正常運(yùn)行。在汽車內(nèi)部形成良性循環(huán)，一定程度上加快發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到提升其工作效率的目的。

3.3 進(jìn)氣歧管長度

空氣是燃料燃燒所必須的介質(zhì)，其中的氧氣起到催化燃燒的作用，進(jìn)氣歧管的作用是將空氣引入到氣缸內(nèi)部。將歧管長度加長，汽車啟動時，發(fā)動機(jī)只需要保持在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)即可，此時曲軸能夠獲得較大扭矩[4]。當(dāng)歧管直徑變小，曲軸獲得的扭矩隨之減小，此時增加發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，就能將其輸出功率提高。為同時滿足低速和高速狀態(tài)下，輸出較大的功率，現(xiàn)代的進(jìn)氣歧管是可調(diào)控的。能夠隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)管道長度和直徑，將輸出效率和扭矩控制在最佳范圍內(nèi)。目前我國正在研究雙級歧管技術(shù)，這一技術(shù)在少數(shù)先進(jìn)企業(yè)應(yīng)用，還未達(dá)到全面普及狀態(tài)。

3.4 新理念展望

在現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，研究者又提出有氧發(fā)動機(jī)，此種發(fā)動機(jī)運(yùn)行時不用從外界引進(jìn)空氣，而是由汽車內(nèi)部專門的制氧機(jī)制造高純度氧氣。這種發(fā)動機(jī)不用進(jìn)行增壓促進(jìn)混合氣體燃燒，并使用葉輪代替活塞，擴(kuò)大原本活塞在上下止點(diǎn)間的運(yùn)行空間，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)的輸出效率。

此發(fā)動機(jī)的工作原理如下：燃料可制成的氧氣在密閉空間內(nèi)直接燃燒，不用經(jīng)過氣體壓縮步驟。高濃度的氧氣會使燃料點(diǎn)燃后發(fā)生爆炸，產(chǎn)生的氣體具有很大壓力，能夠推動馬達(dá)轉(zhuǎn)動。通過齒輪、軸等的傳動，最終帶動車輪運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車的正常行駛。這種類型的發(fā)動機(jī)是目前提出的設(shè)想，還在研究階段，并未真正投產(chǎn)使用。研究中還存在很多問題，將問題逐一解決后，該類發(fā)動機(jī)將會應(yīng)用在汽車制造上。

4 結(jié)語

對汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)的相關(guān)介紹。首先介紹發(fā)動機(jī)的工作原理，并剖析其每部分構(gòu)造的組成及特點(diǎn)，其次總結(jié)一般汽車的性能指標(biāo)點(diǎn)，最后對現(xiàn)階段的技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行介紹。發(fā)動機(jī)作為汽車動力的核心，是推動汽車前進(jìn)必不可少的構(gòu)件，不斷提升發(fā)動機(jī)性能，汽車的行駛速度、安全性會隨之提升。目前我國對發(fā)動機(jī)的研究還在不斷進(jìn)行當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

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