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汽车发动机有哪些?
发动机,气缸,内燃机汽车发动机有哪些?
发布时间:2019-02-08加入收藏来源:互联网点击:
重点:汽车主要使用的是往复活塞式内燃式热机,永磁同步电机两大类型,下面就来看一看两类机器各自的特点以及“未来选项”吧。
内燃机
燃油动力汽车均装备四冲程·往复活塞式·内燃式热机,概念如下。内燃式指燃烧做功的「燃烧室」在发动机内部,往复活塞的概念为通过连杆与曲轴连接的活塞,在气缸内上下运转。四冲程的为:进气喷油,压缩蒸发,膨胀做功,排出废气四个步骤。
内燃机是一种“化学发动机”,燃烧的概念是燃油中的碳氢化合物与氧气的氧化还原反应;在反应过程中分子会出现无规则的剧烈运动*(可理解为热能或内能),活塞往复运动会产生一定程度的“导向性”,结果为分子定向运动实现对活塞的推动力。于是与活塞连接曲轴就会在活塞的推力下转动,通过与活塞连接的飞轮以“转矩”的形式将动力通过变速箱输出到车轮(以驱动车辆行驶)。
核心知识1:扭矩·转速·功率·马力关系,以及「NA&Turbo」。
内燃机燃烧做功产生的是【扭矩】,这种能可以理解为发动机运行一次产生的能量(越大越好)。转速的概念是指曲轴每分钟旋转的次数,曲轴每旋转两圈发动机做功(“做扭”)一次,每分钟内做功的次数越多则固定时间内输出的能量值总量就会越大!功率指的正是发动机每分钟做功的次数(效率)。
知识点:扭矩×转速÷9549=功率!用得出的功率数值×1.36则等于公制马力,1马力的概念为75公斤力·每秒,通俗的解释就是1马力(单位为PS)可以驱动75公斤物体以一米一秒的速度移动。
汽车的整备质量(空车重量)是不会变化的,那么想要让车辆有理想的加速能力或实现高车速,显然就需要发动机输出大马力。不过实现大马力的方式有三种,哪种最节油会是一道最简单的判断题。
大扭矩×低转速 (√)大扭矩×高转速 (√)小扭矩×高转速 (×)第一种组合能够以低油耗实现理想的动力体验以及理想的车速,因为扭矩与转速是相乘的关系,两者有一组基数大就能实现大马力。第二种组合能实现优秀的性能,但是因为高转速等于足够大的喷油量,所以这种状态会相当费油。所以第三种就是最差的状态,因为性能不强但油耗又不低——引申问题为:自然吸气与涡轮增压哪种技术强?
核心知识2:NA&Turbo的差异
NA_normally aspirated,释义为自然吸气技术。概念为内燃机运行过程中,利用活塞往复循环产生的负压「吸力」,配合布局在车头位置的进气口“撞风”产生的正压进气力量,吸入【常压标准】的空气;之后以空气中20.95%的氧气(标准海拔氧浓度),与燃油混合并为其助燃——也就是进行氧化还原反应。
知识点:如上所述,燃油的燃烧是化学反应,氧气是实现与促进反应的基础。其浓度基数(量)越大,固定量的燃油在固定的时间内-反应的程度就会越理想;说白了也就是反应的强度会越大,转化成为的扭矩显然就会越高。
然而自然吸气发动机吸入的空气只是常压标准,其20.95%的氧气无法达到高标准的反应强度。所以中大排量的NA机型扭矩也很低,比如2.0/2.5L标准往往只有「200/250N·m」的标准;而且最大扭矩需要发动机到4000rpm(转速)左右才能达到最大值,因为提升扭矩完全依靠燃烧更多的燃油,而不是在【氧气方面】动脑筋。
「Turbo」指废气涡轮增压技术,内燃机会增加一台增压器,其本质为空气压缩机!动力来自内燃机运行过程中必然产生的高压排气,要知道尾气压力在运行中用异物堵住排气筒都是顶不住其强度的;所以废气增压系统既能实现理想的压缩效果,同时以“废气利用”为基础还不会增加耗油量,不过为什么要压缩空气呢?看一看下面这组张图片。
图1:空气中各类物质分子的类别
图2:空前压缩前后的概念
空气中存在“真空”的概念:指给子分子与分子之间的「间隙」,这一区域内是什么都没有的。压缩空气的概念是让分子间的间隙变得更小,或者说让各类分子变得更加“贴近·紧密”!那么在分子间隙缩小后——是不是空气的体积变小了呢?相同体积的压缩空气所含有的分子数量,是不是也要比常压空气的数量多!
答案显然是肯定的,压缩空气主要是为了实现“体积缩小·氧气增多”,也就是所谓的【富氧状态】。在内燃机排量(喷油量)相同的前提下,燃油获得了更多氧气促进其固定时间内的反应程度,结果自然是运动强度更大、转化出的扭矩也会更大!涡轮增压发动机可以参考1.5T/2.0T,峰值扭矩的高标准已经有「300/400N·m」的高标准。
重点:1.5T>2.5NA,这就是从简单粗暴的依靠“增加喷油量增扭”,到依靠“涡轮·压缩·增氧”的细腻技术实现实现富氧燃烧增扭·不增加喷油量,目前最优秀的内燃机一定都是Turbo机型,这是内燃机时代落幕之前的最终形态了。
永磁同步电机_驱动未来
内燃机依靠燃烧反应转化机械能,电动机利用电磁场,各自有什么优缺点呢?「燃烧做功」必然产生过高热能,热能持续的聚积会超过机体材料的热饱和极限,从而导致发动机材料熔化;为了保证不熔化就得以水循环·冷却系统进行恒温,防冻冷却液的循环流动就是干这个活的。参考热力学第二定律,热能会无序传导到低温物体,也就是说被恒温后机体与防冻冷却液会吸收热能。
而且机体中活塞气缸的运动不仅会产生磨损,同时也会损耗能量。其次如进排气过程也会损耗热能,但这些热能本应该都转化为有效功(机械能)的;然而因结构的缺点导致不得不被损耗,结果导致燃油燃烧产生的能量,只有平均30%左右的低标准(综合冷启动热机阶段的过度损耗)。也就是说内燃机的能耗实际是非常高的,大部分A/B/C级车辆的真实耗油量会在10~15L/100km区间。
等效转化:1L(升)汽油≈3度电
电动汽车的综合路况平均油耗已经低至15kwh/100km,相当于5L/100km的油耗,而且车型已经涵盖B/C级汽车。同时电的价格也要比燃油低很多,重点是可以通过风力、水流、太阳光线等自然清洁元素转化获取,所以电驱不仅很环保而且总不会有高成本。不过是什么原因实现以电动机驱动更重的汽车,反而能实现倍数级降低的能耗呢?答案为转化方式的不同。
电机核心结构包括:电磁线圈,永磁体和转子。动力电池将电流输送到线圈上会【瞬间】形成电磁场,利用磁场磁极与永磁体或另一组线圈的磁极互斥,从而驱动转子运转输出转矩。电机的结构非常精简,而且转子是悬浮固定,这就决定了几乎没有运动损耗;同时电磁场转化动力对于温度和空气都没有要求,重点是也不会产生内燃机标准的高温。
所以在转化能量的过程中几乎没有什么损耗,这种机器的“热效率”(能量转化效率)最高已经接近97%,平均也得在90%以上——是内燃机的三倍!
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