汽车总体设计(第2版)
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4.1 发动机的种类和形式

现代汽车上主要选用汽油机和柴油机,但是也有一些燃用其他新型燃料的发动机,这可根据特殊需要进行选择。

1.按所使用的燃料进行分类,汽车发动机可分为汽油机和柴油机

与柴油相比,汽油沸点低、容易汽化,汽油机通过气缸压缩,将吸入的汽油汽化,并与缸内空气混合,形成可燃混合气体,最后由火花塞放电点燃气体推动气缸活塞做功;柴油的特点是自燃温度低,所以柴油机无需火花塞之类的点火装置,它采用压缩空气的办法提高空气温度,使空气温度超过柴油的燃点。一般来说,因为汽油机需要对汽油的喷入量、喷入时间以及点火时间控制得十分精确,因此结构往往比柴油机更复杂精密一些;而柴油机由于气缸的压力大于汽油机,因此对材料的强度和刚度要求更高。

从性能上说,汽油机的长处是最大功率及转速高,运转安静平顺,排放低;而柴油机的优点则是燃烧效率高,油耗低,并且低转速转矩及最大转矩远远超过汽油机。体现在驾驶感受上,人们会发现柴油机的汽车起步十分迅速,在山路及坡道上后劲十足,然后在中后段的加速性以及最高车速方面又会逊于同档次的汽油机。随着新技术的开发应用,柴油机的环保性、动力性以及平顺性都不逊于汽油机,同时又具有柴油机特有的巨大转矩和超低油耗,市场前景十分看好。

2.按气缸的布局及排列方式不同,可分为直列式、V型、W型以及水平对置等

常见的发动机有直列式、V型和对置式等。

①直列式发动机:所有气缸均按同一角度肩并肩排成一个平面。其优点是缸体和曲轴的结构十分简单,而且使用一个气缸盖,制造成本较低,尺寸紧凑。直列发动机稳定性高,低速转矩特性好,并且燃料消耗也较少,但缺点是功率较低,并且不适合六缸以上的发动机采用。直列发动机在国产车中应用十分广泛,几乎所有中档以下国产车及四缸发动机的车型都采用直列式发动机。

②V型发动机:将所有气缸分成两组,把相邻气缸以一定夹角布置在一起,使两组气缸形成有一个夹角的平面。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。现代汽车比较重视空气动力学,要求汽车迎风面积越小越好,也就要求发动机盖越低越好。另外,如果将发动机长度缩短,便能为驾乘舱留出更大的空间。由于气缸之间已相互错开布置,便于通过扩大气缸直径来提高排量和功率,并且适用于较高的气缸数。此外,V型发动机气缸对向布置,还可抵消一部分振动,使发动机运转更平顺。V型发动机的缺点是必须使用两个气缸盖,结构较为复杂,成本较高。另外其宽度加大后,发动机两侧空间较小,不易再安排其他装置。

3.发动机的冷却方式和布置形式

发动机的冷却方式有水冷和风冷,现多采用水冷发动机。

载货汽车按照发动机位置不同,可分为发动机前置、发动机中置和发动机后置三种布置形式。其中发动机前置后桥驱动载货汽车得到广泛应用。与其他两种布置形式相比,前置后桥驱动载货汽车有如下主要优点:维修发动机方便;离合器、变速器等操纵机构简单;货箱地板高度低;可以采用直列式发动机、V型发动机或卧式发动机;发现发动机故障容易。

发动机前置后桥驱动的载货汽车有下述主要缺点:如果采用平头式驾驶室,而且发动机布置在前轴之上且处于两侧座位之间时,则驾驶室内部拥挤,隔热、隔振、密封和降低噪声问题难以解决;如果采用长头式驾驶室,为保证具有良好的视野,驾驶人座椅须布置得高些,这又影响整车和质心高度,同时增加了整车长度。

发动机中置一般采用卧式发动机,布置在车厢下方的后桥驱动载货汽车,因发动机通用性不好,需特殊设计,维修不便;加速踏板、离合器、变速器等操纵机构因距驾驶人远,导致机构复杂;发动机距地面近,容易被车轮带起来的泥土弄脏;受发动机位置影响,货箱地板高度高,目前这种布置形式的载货汽车已不采用。

发动机后置后轮驱动的载货汽车,后桥易超载,操纵机构复杂,发现发动机故障和维修发动机都困难,而且发动机容易被泥土弄脏,所以现代载货汽车极少采用。因此,要根据具体车型的使用条件和布置上的结构需要来选择发动机。

要点

发动机的形式要根据现有技术资源、使用环境和技术发展趋势来选择。