五、發動機潤滑/冷卻系統解析

在我們日常養車中，定期更換機油機濾、檢查水箱水是必不可少的項目，這對發動機的工作性能有著重要的影響。機油、水箱水分別是發動機潤滑系和冷卻系的重要載體，那它們是怎樣對發動機進行潤滑和冷卻的呢？下面我們一起來了解一下吧。

● 發動機如何潤滑？

發動機內部有許多相互摩擦運動的零件，如曲軸主軸頸與主軸承、凸輪軸頸與凸輪軸承、活塞、活塞環與氣缸壁面等等，這些部件運動速度快，工作環境惡劣，它們之間需要有適當的潤滑，才能降低磨損，延長發動機的壽命。機油作為發動機的“血液”，對發動機油具有潤滑、冷卻、清洗、密封和防銹等作用，定期地更換機油對發動機有著重要的作用。

機油主要存儲在油底殼中，當發動機運轉后帶動機油泵，利用泵的壓力將機油壓送至發動機各個部位。潤滑后的機油會沿著缸壁等途徑回到油底殼中，重復循環使用。

反復重復潤滑的機油中，會帶有磨損的金屬末或灰塵等雜質，如不清理反而加速零件間的磨損。所以在機油油道上必須安裝機油濾清器進行過濾。但時間過長，機油一樣會變臟，因此在車輛行駛一定里程后必須更換機油機濾。

● 發動機是如何冷卻的？

發動機除了要有潤滑系統減少零件間的摩擦外，還必須要有個冷卻系統，適時將受熱零件的部分熱量及時散發出去，以保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作。發動機冷卻有水冷和風冷兩種方式，現在一般車用發動機都采用水冷式。發動機水冷式冷卻系統主要由水泵、散熱器、冷卻風扇、補償水箱、節溫器、發動機機體、氣缸蓋水套等部分組成。

那是怎么進行冷卻的呢？主要通過水泵使環繞在氣缸水套中的冷卻液加快流動，通過行駛中的自然風和電動風扇，使冷卻液在散熱器中進行冷卻，冷卻后的冷卻液再次引入到水套中，周而復始，實現對發動機的冷卻。

其實冷卻系除了對發動機有冷卻作用外，還有“保溫”的作用，因為“過冷”或“過熱”，都會影響發動機的正常工作。這個過程主要是通過節溫器實現發動機冷卻系“大小循環”的切換。什么是冷卻系統的大小循環？可以簡單理解為，小循環的冷卻液是不通過散熱器的，而大循環的冷卻液是通過散熱器的。

● 柴油機和汽油機的區別

柴油機和汽油機是汽車上最常見的兩種動力裝置，因為燃料的不同，柴油機和汽油機工作方式也是有所不同的。主要表現在以下幾個方面，首先噴射方式不一樣，一般的汽油機（直噴發動機除外）是將汽油與燃料混合后進入氣缸，而柴油機是直接將柴油噴入已充滿壓縮空氣的氣缸。

其次，點火方式不同。汽油機需要火花塞將混合氣點燃，而柴油機是壓縮自燃點火。最后，壓縮比不同，柴油機的壓縮比一般都比汽油機的要大，因此它的膨脹比和熱效率比較高，油耗比汽油機要低。

● 轉子發動機是怎樣工作的？

轉子發動機也稱三角活塞旋轉式發動機，與我們常見的往復式發動機不同的是，它是一種通過三角活塞在氣缸內做旋轉運動的內燃機。

轉子發動機的活塞是一個扁平三角形，氣缸是一個扁盒子，活塞偏心地安裝在空腔內。汽油燃燒產生的膨脹力作用在轉子的側面上，從而將三角形轉子的三個面之一推向偏心軸的中心，在向心力和切向力的作用下，活塞在氣缸內做行星旋轉運動。

在這過程中，工作室的容積隨著活塞轉動發生周期性的變化，從而完成進氣、壓縮、做功、排氣這四個行程。活塞每旋轉一次就做功一次，與一般的四沖程發動機每轉兩圈才做一次功，具有高馬力容積等優點。

● 混合動力汽車是怎樣的？

現在的混合動力汽車一般為油電混合，就是利用燃油發動機和電動機共同為汽車提供動力。混合動力車上的裝置可以在車輛減速、制動、下坡時回收能量，并通過電動機為汽車提供動力，因此它的油耗比較低，但汽車價格相對較高。

根據電動機所起作用的大小，可以分為強混合動力和輕混合動力兩種。強混合動力車主要采用大功率電動機，盡量縮小發動機的排量。在起步或低速時，可以單純依靠電力行駛，如在車輛重載、加速等情況下，發動機才會介入工作。

輕混合動力車的主要驅動力是燃油發動機，而電動機只是作為輔助作用，不能單獨驅動汽車。但能在車輛減速、制動時進行能量回收，實現混合動力的最大效率。

六、手動變速器結構原理解析

前面了解到發動機的工作原理，都知道發動機的轉速是非常高的，如將動力直接作用于車輪來驅動汽車的話是很不現實的。為了滿足汽車起步、爬坡、高速行駛等駕駛的需要，變速器應運而生。下面解析一下汽車變速器的結構及工作原理。

● 為什么變速器是必要的?

汽車作為一種交通工具，必然會有起步、上坡、高速行駛等駕駛需要。而這期間驅動汽車所需的扭力都是不同的，光靠發動機是無法應付的。

因為發動機直接輸出的轉矩變化范圍是比較小的，而汽車起步、上坡卻需要大的轉矩，高速行駛時，只需要較小的轉矩，如直接把發動機的動力來驅動汽車的話，就很難實現汽車的起步、上坡或高速行駛。另外，汽車需要倒車，也必須要用到變速器來實現。

● 變速器為什么能變速?

變速箱為什么可以調整發動機輸出的轉矩和轉速呢？其實這里蘊含了齒輪和杠桿的原理。變速箱內有多個不同的齒輪，通過不同大小的齒輪組合一起，就能實現對發動機轉矩和轉速的調整。用低轉矩可以換來高轉速，用低轉速則可以換來高轉矩。

變速器的作用主要表現在三方面：第一，改變傳動比，擴大驅動輪的轉矩和轉速的變化范圍；第二，在發動機轉向不變的情況下，實現汽車倒退行駛；第三，利用空檔，可以中斷發動機動力傳遞，使得發動機可以起動、怠速。

● 變速器有哪些種類?

汽車變速器按照操控方式可分為手動變速器和自動變速器。常見的自動變速器主要有三種，分別是液力自動變速器(AT)、機械無級自動變速器(CVT)、雙離合器變速器（DSG）。

● 手動變速器的結構

手動變速器（Manual Transmission，簡稱MT），就是必須通過用手撥動變速器桿，才能改變傳動比的變速器。手動變速器主要由殼體、傳動組件（輸入輸出軸、齒輪、同步器等）、操縱組件（換擋拉桿、撥叉等）。

● 手動變速器工作原理

手動變速器的工作原理，就是通過撥動變速桿，切換中間軸上的主動齒輪，通過大小不同的齒輪組合與動力輸出軸結合，從而改變驅動輪的轉矩和轉速。下面先看一下簡化的手動變速器（2檔）的構造圖。

發動機的動力輸入軸是通過一根中間軸，間接與動力輸出軸連接的。如上圖所示，中間軸的兩個齒輪（紅色）與動力輸出軸上的兩個齒輪（藍色）是隨著發動機輸出一起轉動的。但是如果沒有同步器（紫色）的接合，兩個齒輪（藍色）只能在動力輸出軸上空轉（即不會帶動輸出軸轉動）。圖中同步器位于中間狀態，相當于變速器掛了空檔。

當變速桿向左移動，使同步器向右移動與齒輪（如上圖所示）接合，發動機動力通過中間軸的齒輪，將動力傳遞給動力輸出軸。

一般的手動變速器都有好幾個檔位（如上圖的5檔手動變速器），可以理解為在原來的基礎上添加了幾組齒輪，其實原理都是一樣的。如當掛上1擋時，實際上是將（1、2擋同步器）向左移動使同步器與1擋從動齒輪（圖中①）接合，將動力傳遞到輸出軸。細心的朋友會發現，R檔（倒車檔）的主動齒輪和從動齒輪中夾了一個中間齒輪，就是通過這個齒輪實現汽車的倒退行駛。

● 同步器起什么作用？

變速器在進行換檔操作時，尤其是從高檔向低檔的換檔很容易產生輪齒或花鍵齒間的沖擊。為了避免齒間沖擊，在換檔裝置中都設置同步器。

同步器有常壓式和慣性式兩種，目前大部分同步式變速器上采用的是慣性同步器，它主要由接合套、同步鎖環等組成，主要是依靠摩擦作用實現同步。

當同步鎖環內錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸后，在摩擦力矩的作用下齒輪轉速迅速降低(或升高)到與同步鎖環轉速相等，兩者同步旋轉，齒輪相對于同步鎖環的轉速為零，因而慣性力矩也同時消失，這時在作用力的推動下，接合套不受阻礙地與同步鎖環齒圈接合，并進一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成換檔過程。

七、3種自動變速器原理解析

眾所周知，汽車變速箱可以分為自動變速箱和手動變速箱。但并不是所有的人都能夠完整地說出自動變速箱的種類以及各種類自動變速箱究竟在運作原理上有什么不同。下面來剖析一下AT、CVT、DSG這三種自動變速箱的運作原理。

● AT自動變速箱的結構及工作原理：

現在自動變速箱一般都是液力變矩器式自動變速箱，也就是俗稱的“AT”自動變速箱。它主要由兩大部分構成：1、和發動機飛輪連接的液力變矩器。2、緊跟在液力變矩器后方的變速機構。

液力變矩器一般是由泵輪、定葉輪、渦輪以及鎖止離合器組成的。鎖止離合器的作用是當車速超過一定速度時，采用鎖止離合器將發動機與變速機構直接連接，這樣可以減少燃油消耗。

液力變矩器的作用是將發動機的動力輸出傳遞到變速機構。它里面充滿了傳動油，當與動力輸入軸相連接的泵輪轉動時，它會通過傳動油帶動與輸出軸相連的渦輪一起轉動，從而將發動機動力傳遞出去。其原理就像一把插電的風扇能夠帶動一把不插電的風扇的葉片轉動一樣。

AT自動變速箱每個檔位都由一組離合片控制，從而實現變速功能。現在的AT自動變速箱采用電磁閥對離合片進行控制，使得系統更簡單，可靠性更好。AT自動變速箱的傳動齒輪和手動變速箱的傳動齒輪并不相同。AT自動變速箱采用的是行星齒輪組實現扭矩的轉換。

AT自動變速箱的換擋控制方式如上圖所示。變速箱控制電腦通過電信號控制電磁閥的動作，從而改變變速箱油在閥體油道的走向。當作用在多片式離合片上的油壓達到致動壓力時，多片式離合片接合從而促使相應的行星齒輪組輸出動力。

行星齒輪組包括行星架、齒圈以及太陽輪。當上面提到的三個部件中的一個被固定后，動力便會在其他兩個部件之間傳遞。

● CVT自動變速箱的結構及工作原理：

CVT無級變速箱的主要部件是兩個滑輪和一條金屬帶，金屬帶套在兩個滑輪上。滑輪由兩塊輪盤組成，這兩片輪盤中間的凹槽形成一個V形，其中一邊的輪盤由液壓控制機構控制，可以視不同的發動機轉速，進行分開與拉近的動作，V形凹槽也隨之變寬或變窄，將金屬帶升高或降低，從而改變金屬帶與滑輪接觸的直徑，相當于齒輪變速中切換不同直徑的齒輪。兩個滑輪呈反向調節，即其中一個帶輪凹槽逐漸變寬時，另一個帶輪凹槽就會逐漸變窄，從而迅速加大傳動比的變化。

當汽車慢速行駛時，可以令主動滑輪的凹槽寬度大于被動滑輪凹槽，主動滑輪的金屬帶圓周半徑小于被動滑輪的金屬帶圓周半徑，即小圓帶大圓，因此能傳遞較大的轉矩；當汽車逐漸轉為高速時，主動滑輪的一邊輪盤向內靠攏，凹槽寬度變小迫使金屬帶升起，直至最高頂端，而被動滑輪的一邊輪盤剛好相反，向外移動拉大凹槽寬度迫使金屬帶降下，即主動滑輪金屬帶的圓周半徑大于被動滑輪金屬帶的圓周半徑，變成大圓帶小圓，因此能保證汽車高速行駛時的速度要求，

● DSG自動變速箱的結構及工作原理：

手動擋汽車在換擋時，離合器在分離和接合之間存在動力傳遞暫時中斷的現象。這對于一般的民用車影響不大，但對于爭分奪秒的賽車來說，會極大地影響成績。雙離合變速箱能夠消除換擋時動力傳遞的中斷現象，縮短換擋時間，同時換擋更加平順。

上圖是一個大眾6速DSG雙離合變速箱的工作原理圖。兩個離合器與變速箱裝配在同一機構內，其中一個離合器（1）負責掛1、3、5和倒擋；另一個離合器（2）負責掛2、4、6擋。當駕駛員掛上1擋起步時，換擋撥叉同時掛上1擋和2擋，但離合器1結合，離合器2分離，動力通過1擋的齒輪輸出動力，2擋齒輪空轉。當駕駛員換到2擋時，換擋撥叉同時掛上2擋和3擋，離合器1分離的同時離合器2結合，動力通過2擋齒輪輸出，3擋齒輪空轉。其余各檔位的切換方式均與此類似。這樣就解決了換擋過程中動力傳輸中斷的問題。

上圖是一個大眾7速DSG雙離合變速箱的工作原理圖，其工作原理與6速類似。離合器1負責控制1、3、5、7擋；離合器2負責控制2、4、6和倒檔。

如果大家還是沒弄懂雙離合變速箱的原理，大家可以看看上面這個大眾6速DSG雙離合變速箱的原理簡圖。這個簡圖非常清晰地說明了雙離合變速箱的傳動原理。下面是一個關于雙離合變速箱工作原理的視頻。

八、傳動系統結構解析

我們知道，發動機輸出的動力并不是直接作用于車輪上來驅動汽車行駛的，而是需經過一系列的動力傳遞機構。那動力到底如何傳遞到車輪的？下面我們了解一下汽車傳動系統是怎樣工作的。

● 動力是怎樣傳遞的？

發動機輸出的動力，是要經過一系列的動力傳遞裝置才到達驅動輪的。發動機到驅動輪之間的動力傳遞機構，稱為汽車的傳動系，主要由離合器、變速器、傳動軸、主減速器、差速器以及半軸等部分組成。

發動機輸出的動力，先經過離合器，由變速器變扭和變速后，經傳動軸把動力傳遞到主減速器上，最后通過差速器和半軸把動力傳遞到驅動輪上。

汽車傳動系的布置形式與發動機的位置及驅動形式有關，一般可分為前置前驅、前置后驅、后置后驅、中置后驅四種形式。

● 什么是前置前驅？

前置前驅（FF）是指發動機放置在車的前部，并采用前輪作為驅動輪。現在大部分轎車都采取這種布置方式。由于發動機布置在車的前部，所以整車的重心集中在車身前段，會有點“頭重尾輕”。但由于車體會被前輪拉著走的，所以前置前驅汽車的直線行駛穩定性非常好。

另外，由于發動機動力經過差速器后用半軸直接驅動前輪，不需要經過傳動軸，動力損耗較小，適合小型車。不過由于前輪同時負責驅動和轉向，所以轉向半徑相對較大，容易出現轉向不足的現象。

● 什么是前置后驅？

前置后驅（FR）是指發動機放置在車前部，并采用后輪作為驅動輪。FR整車的前后重量比較均衡，擁有較好的操控性能和行駛穩定性。不過傳動部件多、傳動系統質量大，貫穿乘坐艙的傳動軸占據了艙內的地臺空間。

FR汽車擁有較好的操控性、穩定性、制動性，現在的高性能汽車依然喜歡采用這種布置行形式。

● 什么是后置后驅？

后置后驅（RR）是指將發動機放置在后軸的后部，并采用后輪作為驅動輪。由于全車的重量大部分集中在后方，且又是后輪驅動，所以起步、加速性能都非常好，因此超級跑車一般都采用RR方式。

RR車的轉彎性能比FF和FR更加敏銳，不過當后輪的抓地力達到極限時，會有打滑甩尾現象，不容易操控。

● 什么是中置后驅？

中置后驅（MR）是指將發動機放置駕乘室與后軸之間，并采用后輪作為驅動輪。MR這種設計已是高級跑車的主流驅動方式。由于將車中運動慣量最大的發動機置于車體中央，整車重量分布接近理想平衡，使得MR車獲得最佳運動性能的保障。

MR車由于發動機中置，車廂比較窄，一般只有兩個座位，而且發動機離駕駛人員近，噪聲也比較大。當然，追求汽車駕駛性能的人也不會在乎這些的。

● 離合器的作用

離合器位于發動機與變速器之間的飛輪殼內，被固定在飛輪的后平面上，另一端連接變速器的輸入軸。離合器相當于一個動力開關，可以傳遞或切斷發動機向變速器輸入的動力。主要是為了使汽車平穩起步，適時中斷到傳動系的動力以配合換擋，還可以防止傳動系過載。

離合器主要由主動部分（飛輪、離合器蓋等）、從動部分（摩擦片）、壓緊機構（膜片彈簧）和操縱機構四部分組成。汽車離合器有摩擦式離合器、液力耦合器、電磁離合器等幾種。目前與手動變速器相配合的離合器絕大部分為干式摩擦式離合器，下面就對摩擦式離合器工作原理做個說明。

離合器蓋通過螺絲固定在飛輪的后端面上，離合器內的摩擦片在彈簧的作用力下被壓盤壓緊在飛輪面上，而摩擦片是與變速箱的輸入軸相連。通過飛輪及壓盤與從動盤接觸面的摩擦作用，將發動機發出的扭矩傳遞給變速箱。

在沒踩下離合器踏板前，摩擦片是緊壓在飛輪端面上的，發動機的動力可以傳遞到變速箱。當踩下離合器踏板后，通過操作機構，將力傳遞到分離叉和分離軸承，分離軸承前移將膜片彈簧往飛輪端壓緊，膜片彈簧以支撐圈為支點向相反的方向移動，壓盤離開摩擦片，這時發動機動力傳輸中斷；當松開離合器踏板后，膜片彈簧重新回位，離合器重新結合，發動機動力繼續傳遞。

● 萬向節的作用

萬向節是指利用球型等裝置來實現不同方向的軸動力輸出，位于傳動軸的末端，起到連接傳動軸和驅動橋、半軸等機件。萬向節的結構和作用有點像人體四肢上的關節，它允許被連接的零件之間的夾角在一定范圍內變化。

如前置后驅的汽車，必須將變速器的動力通過傳動軸與驅動橋進行連接，那為什么要用萬向節呢？主要是為了滿足動力傳遞、適應轉向和汽車運行時所產生的上下跳動所造成的角度變化。

按萬向節在扭轉方向上是否有明顯的彈性可分為剛性萬向節和撓性萬向節。剛性萬向節又可分為不等速萬向節（常用的為十字軸式）、準等速萬向節（如雙聯式萬向節）和等速萬向節（如球籠式萬向節）三種。目前轎車上常用的等速萬向節為球籠式萬向節。

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編輯：jq