[知识]引擎概論,缸徑、衝程、排氣量與壓縮比,扭力與馬力,行駛性能,傳動系統

cbkl

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引擎概論
汽車要在道路上行駛必須先有動力，而動力的來源就是引擎。引擎性能的良否是決定汽車行駛性能的最大因素。目前汽車使用的引擎均屬於內燃機。引擎的功能就是將燃料從化學能轉成熱能再轉成機械能。而機械能也就是一般所謂的動力。引擎在將燃料轉成動力的過程中會經過一定的工作程序，而且此一程序是週而復始連續不斷的循環。

常會見的車用引擎依種類、大小及用途…等等的不同而有許多的分類方式。

一、依工作循環方式：

1. 奧圖循環(Otto cycle)：使用在汽油引擎。
2. 狄塞爾循環(Diesel cycle)：使用在柴油引擎的。

二、依使用燃料的種類：

1. 汽油引擎：主要使用在汽車、航空器。
2. 柴油引擎：主要使用在汽車、船、發電機。
3. 重油引擎：主要使用在船、發電機。
4. 瓦斯引擎：主要使用在汽車。

三、依冷卻方式分：

1. 氣冷式引擎(我知道甲虫车用着)
2. 水冷式引擎(我们车用的radiator)

四、依運作循環行程分：

1. 二行程引擎：二個行程完成一個工作循環。(2 stroke,好像suzuki motor)
2. 四行程引擎：四個行程完成一個工作循環。(4 stroke)

五、依活塞運動的不同分：

1. 往復式活塞引擎(reciprocating engine)
2. 迴轉式活塞引擎(rotary engine)

六、依點火方式分：

1. 壓縮點火式引擎(diesel引擎用着)
2. 火花點火式引擎(汽油引擎用着)

七、依汽缸數量分：

1. 單汽缸引擎
2. 多汽缸引擎

八、依汽缸排列方式分：

1. 直列式引擎(in line, eg:most common car)
2. V型引擎(V-engine, eg: Perdana V6)
3. 對臥式引擎(boxer, eg: Subaru)

現行汽車產品上所使用的引擎，主要為採用奧圖循環、以汽油為燃料的往復式活塞四行程多汽缸自然進氣引擎，依不同的排氣量與工程需求，有直列四缸、V型六汽缸等形式。各種型式的引擎所採用的零件，以及在引擎外部的次系統零組件，都非常的相似。[size=-2]

[ 本帖最后由 cbkl 于 24-4-2006 07:12 AM 编辑 ]

cbkl

缸徑、衝程、排氣量與壓縮比

引擎是由凸輪軸、汽門、汽缸蓋、汽缸本體、活塞、活塞連桿、曲軸、飛輪、油底殼…等主要組件，以及進氣、排氣、點火、潤滑、冷卻…等系統所組合而成。以下將各位介紹在汽車型錄的「引擎規格」中常見的缸徑、衝程、排氣量、壓縮比、SOHC、DOHC等名詞。


缸徑：

汽缸本體上用來讓活塞做運動的圓筒空間的直徑。

衝程：

活塞在汽缸本體內運動時的起點與終點的距離。一般將活塞在最靠近汽門時的位置定為起點，此點稱為「上死點」；而將遠離汽門時的位置稱為「下死點」。

排氣量：

將汽缸的面積乘以衝程，即可得到汽缸排氣量。將汽缸排氣量乘以汽缸數量，即可得到引擎排氣量。以Altis 1.8L車型的4汽缸引擎為例：

缸徑：79.0mm，衝程：91.5mm，汽缸排氣量：448.5 c.c.

引擎排氣量＝汽缸排氣量×汽缸數量＝448.5c.c.×4＝1,794 c.c.

壓縮比：

最大汽缸容積與最小汽缸容積的比率。最小汽缸容積即活塞在上死點位置時的汽缸容積，也稱為燃燒室容積。最大汽缸容積即燃燒室容積加上汽缸排氣量，也就是活塞位在下死點位置時的汽缸容積。

Altis 1.8L引擎的壓縮比為10：1，其計算方式如下：

汽缸排氣量：448.5 c.c.，燃燒室容積：49.83 c.c.

壓縮比＝(49.84＋448.5)：49.84＝9.998：1≒10：1

[ 本帖最后由 cbkl 于 11-7-2005 04:34 PM 编辑 ]

cbkl

扭力與馬力

扭力是什麼

在我們看到汽車的性能資料時，除了會注意到馬力的大小之外，還有一個值得注意的性能就是扭力的大小。扭力為引擎在運轉速時所輸出的扭矩，講白一點，就是引擎的出力。扭矩或扭力是針對旋轉運動的物體說的，因為引擎的驅動力，從飛輪經過變速箱傳遞到車輪，都是在旋轉狀態下。對於駕駛者，能感受到的就是車輛加速的力量，所以我們說一部車很夠力，是因為感受到引擎強大扭力所產生的加速力。

如何判讀扭力數據

通常我們看到扭力數據都是這樣的：14.9kg-m/4400rpm。這表示該具引擎在4400rpm時，會有14.9kg.m的「最大」扭力。一般來說，引擎在不同的轉速下，扭力輸出會不同，但是以上面的數據來看，不是引擎在4400rpm時，就有14.9kg-m的扭力。引擎扭力輸出雖會隨著引擎轉速而不同，但扭力最主要還是跟引擎負荷，也就是油門踩踏深度有關。所以上面數據應這樣解讀：當引擎在全負荷/全油門狀態於4400rpm時，會有14.9kg-m的「最大」扭力。

扭力輸出特性

引擎扭力大小既是指出力大小，當然扭力就與車輛的加速性有關，並且與爬坡、載重能力 (載重能力還牽涉底盤設定) 相關。不同的引擎設計，就會有不同的扭力輸出特性，有些引擎是低轉速扭力較大，有些高轉速扭力較大，有些渦輪增壓有全速域大扭力的高原式扭力輸出特性。在一般使用狀態下，汽車多在市區以低速行駛，或是在高速公路上以高檔位做高速行駛，此時引擎多在中低轉速下運轉，所以低轉速高扭力的引擎，最適合一般日常使用。然而，對於常使用高轉速的競技用車，多採用強調高轉速大扭力的引擎。

圖為Mercedes-Benz E400CDI的引擎扭力曲線圖，由扭力曲線分佈可看出，該引擎具有低轉速高扭力，及高原式扭力曲線之雙重特性。


扭力與馬力

扭力和馬力的關係是什麼呢？在引擎測試時，所能測到的是扭力值，馬力是由扭力與引擎轉速算出來的，所以扭力與馬力是在同一個測試中得到的。在「馬力」篇已經介紹過，馬力其實是功率的單位，而不是力；並且「功率=力量*速度」，馬力是功率，在旋轉運動中，扭力是力量，而轉速是速度，所以馬力是扭力與引擎轉速的耐@n。但其中牽涉單位及旋轉與直線運動間的轉換，所以詳細算式就不在此列出。

引擎馬力曲線是根據測試時所量測到之扭力值繪製而成。圖中藍色者為扭力曲線，紅色為馬力曲線。


常見的單位

常見的扭力標示單位有kg-m、lb-ft、Nm三種。在臺灣一般多使用kg-m為扭力單位，歐洲常以Nm標註，北美則多採用lb-ft為扭力單位。

什麼是馬力

說到車的性能，一般人第一個想到的就是馬力。什麼是馬力呢？馬力是功率單位之一，而不是力量的單位。什麼是功率呢？功率的定義是：單位時間內所作的功。換句話說，對車子來講，就是在一定的時間內所產生供給車子運動的能量多寡。再打個比方，同樣的工作量，有人可能很快做完，有人很慢，做得快的人表示他在每一段時間內所完成的工作量，一定比慢的人多，我們稱之為工作效率高。相同的，在同樣時間內，能夠提供越多能量的引擎，它的功率越大，也就是馬力越大。

一般都說「馬力大的車比較夠力」，當然，馬力的確和引擎的出力有關，但是我們可以就一個簡單的物理學公式，認識馬力(功率)、力量與速度間的關係。式子是這樣的：功率=力量*速度。舉例來說，一個很有力的人，能在5分鐘內搬5包白米爬三層樓；而另一個人比較沒力，但腳程很快，同樣的路程雖只能搬一包白米，卻能在1分鐘達成。經計算，有力但走得慢的人，和沒力但走得快的人，其實功率是一樣的。所以同樣是300hp馬力的車，跑車就能有很高的極速，而貨車則有很大的載重量。

引擎測試標準

常見的引擎測試標準有JIS、SAE、EEC、DIN四種；它們分別為日本、美國、歐盟、德國所採行的測試標準；其中DIN已經較少被歐洲車廠所採用了。由於JIS、SAE、EEC三種測試標準的內容相近，使得引擎的測試結果也幾乎相同。汽車製造廠會因為汽車商品的性能需求或是為了符合污染排放標準，去對引擎做不同的周邊安排以及調校，使同一型的引擎在不同的國家或車型上會有不同的馬力值。

在引擎的測試方式還有總馬力和淨馬力二種測試方式。總馬力和淨馬力的不同處在於，總馬力是在引擎沒有附掛任何附加設備時所做的測量值。淨馬力是引擎在附掛發電機、水泵、排氣管....等附加設備後所做的測量值。目前引擎測試幾乎都是淨馬力測試。

德制日制如何換算

由於日本JIS在1994年施行修改後的引擎測試標準，使得JIS與EEC及SAE的測試標準極為相近，使得同一個引擎在JIS、SAE、EEC的測試條件下，會有幾乎相同的輸出數據。而大家最關心的議題，不外是各種標準之間的馬力如何換算，由於德制 (DIN) 標準與其他測試標準的設定不同，不單純是單位之間的換算問題，所以，根本無法換算。

[ 本帖最后由 cbkl 于 11-7-2005 04:46 PM 编辑 ]

BOTAK_WAI

cbkl,酱快要骗精华分了啊？
(虽然讲精华贴很多分)
看来我也要开精华帖拿积分了！

[ 本帖最后由 BOTAK_WAI 于 11-7-2005 04:23 PM 编辑 ]

cbkl

原帖由 BOTAK_WAI 于 11-7-2005 04:22 PM 发表
cbkl,酱快要骗精华分了啊？
(虽然讲精华贴很多分)
看来我也要开精华帖拿积分了！

养兵千日,用军一时
哈哈...看到这很久了...每次都懒得转过来...
今天终于有动力罗

BOTAK_WAI

原帖由 cbkl 于 11-7-2005 04:25 PM 发表

养兵千日,用军一时
哈哈...看到这很久了...每次都懒得转过来...
今天终于有动力罗

不过讲真的。。。是可以被列为精华帖！

追风人

谢谢分享！很清楚的分析！加油哟！

NISKYLINE

氣冷式引擎==VOLKSWAGON 用着..

cbkl

行駛性能

極速

動力系統所提供的動力使汽車能夠達到的最高行駛速度。汽車製造廠會因應政府的要求或銷售市場的慣例，在車輛上面藉由電子系統限制汽車的最高行駛速度。例如在歐洲銷售的高性能房車都會將極速限制在250km/h以下；而在日本則是將汽車的極速限制在180km/h以下。

要提高車輛的極速除了增加引擎的動力輸出之外，還要降低汽車行駛的阻力。所有的行駛阻力當中就以空氣阻力為最大，也是汽車在高速行駛時主要的行駛阻力來源。為了降低汽車在高速行駛時的空氣阻力，汽車製造廠都投入大量的資源在空氣力氣方面的研究，使車身的造型設計合乎空氣動力學，藉以製造出具有高穩定性及經濟性的汽車。


在車身空氣力學上下工夫，可以有效降低風阻，進而改善高速行駛的省油性。

加速性能

引擎輸出的馬力及扭力在呈一定狀態下，因各檔位減速比設定的不同，使汽車的加速性能有所差異，除此之外車身重量的大小對於汽車的加速性能就產生更大的影響。在起步時速度從零開始加速的過程中，引擎的動力輸出和各檔位減速比始終影響著汽車的加速性能。藉由多種的加速性能測試，可以了解汽車在各種狀況下的行駛性能。一般常見的汽車加速性能測試有0~100km/h和0-1/4mile二種，由於1/4mile等於402.3m，因此有些測試則改為0-400m。

耗油性能

地球資源日漸減少，空氣污染日益嚴重，汽車在消耗資源的同時也製造空氣污染。要如何使汽車在消耗資源時，還能夠兼顧環保問題呢？提升汽車的耗油性能就成為汽車製造廠的重要課題了。雖說「又要馬兒跑，又要馬兒不吃草」是不大可能的事，但是經由各車廠工程師的研究下，已經研發出許多技術，讓車輛能在性能提升的同時，也能擁有不錯的省油性。

例如Hybrid混合動力，使Toyota Prius擁有每公升汽油行駛35.5公里的省油性能。而可變進器歧管、可變汽門正時等系統，也可以有效的提升引擎的進氣效率，而達到省油的效果。

cbkl

原帖由 NISKYLINE 于 11-7-2005 04:40 PM 发表
氣冷式引擎==VOLKSWAGON 用着..

对..就是甲虫车

cbkl

傳動系統

汽車要行駛在道路上必須先使車輪轉動，要如何將引擎的動力傳送到車輪並使車輪轉動？負責傳遞動力讓汽車發揮行駛功能的裝置就是傳動系統，汽車沒有了它就會成為一台發電機和燒錢的機器了。

在基本的傳動系統中包含了負責動力接續的裝置、改變力量大小的變速機構、克服車輪之間轉速不同的差速器，和聯結各個機構的傳動軸，有了這四個主要的裝置之後就能夠把引擎的動力傳送到輪子上了。

一、動力接續裝置

1. 離合器：這組機構被裝置在引擎與手排變速箱之間，負責將引擎的動力傳送到手排變速箱。
2. 扭力轉換器：這組機構被裝置在引擎與自排變速箱之間，能夠將引擎的動力平順的傳送到自排變速箱。在扭力轉換器中含有一組離合器，以增加傳動效率。

二、變速機構

1. 手動變速機構：一般稱為「手排變速箱」。以手動操作的方式進行換檔。
2. 自動變速機構：一般稱為「自排變速箱」。利用油壓的作動去改變檔位。

三、差速器

當車輛在轉向時，左、右二邊的輪子會產生不同的轉速，因此左、右二邊的傳動軸也會有不同的轉速，於是利用差速器來解決左、右二邊轉速不同的問題。

四、傳動軸

將經過變速系統傳遞出來的動力，傳遞至車輪進而產生驅動力道的機構。

小小陌生人

哼~ ~竟然想用转贴的东西骗精华。。

cbkl

原帖由 小小陌生人 于 11-7-2005 04:51 PM 发表
哼~ ~竟然想用转贴的东西骗精华。。

呵呵...分享嘛...大家看看就好

SR20

原帖由 cbkl 于 11-7-2005 04:45 PM 发表

对..就是甲虫车

旧式的Porsche 911 Turbo（993)也是用气冷式引擎， 是一部经典之作 ~

cbkl

原帖由 SR20 于 11-7-2005 04:56 PM 发表

旧式的Porsche 911 Turbo（993)也是用气冷式引擎， 是一部经典之作 ~

哦...那气冷应该不比水散热的工效好吧?
VW和Porsche是同公司来的

小小陌生人

原帖由 cbkl 于 11-7-2005 05:01 PM 发表

哦...那气冷应该不比水散热的工效好吧?
VW和Porsche是同公司来的

气冷是怎样的？
。。气冷不用水~ ~说不定会比较轻..

cbkl

原帖由 小小陌生人 于 11-7-2005 05:17 PM 发表


气冷是怎样的？
。。气冷不用水~ ~说不定会比较轻..

空氣冷卻方式
目前所有的冷卻系統都必須藉由空氣才有辦法冷卻，主要冷卻方式不外乎水冷及氣冷(空冷)，不論水冷或是空冷機車引擎，全都是將引擎內部的摩擦損失熱量藉由空氣散發到空氣中。早期機車引擎因為壓縮比很低，引擎溫度不高，且水冷技術發展不夠純熟，所以幾乎都採用這種方式讓機車引擎維持在正常工作溫度。
氣冷機車引擎外觀的特徵有著洋蔥般的散熱片，現代與以前的機車引擎散熱片設計上也有所不同，較老型氣冷式機車通常採用外露式散熱片設計，讓引擎本體直接迎風，讓自然風冷卻。現代的氣冷機車引擎外部幾乎都使用耐高溫塑膠包覆，並以風扇強散熱，如都會用機車速克達車系等…，有良好的啟動性能及優秀的耐久性，缺點則是風扇會降低一些引擎馬力。
近代機車設計氣冷式引擎則對散熱效率以及熱傳導性有做深入研究，利用電腦所計算出來的散熱片設計方式(ㄏㄚˊ 電腦也會揀土豆喔)，讓汽缸的形變降低了，也因此延長活塞及內部零件的壽命。
同樣的空氣冷卻方式套在二行程機車上似乎不太優良，主要的原因乃是二行程機車引擎內部並沒有機油循環潤滑，而只有與混合氣混合的二行程機油，在重點處利用油霧潤滑，引擎內沒有機油作為熱傳導的媒介，散熱性能因此無法提升，導致現在除了小排氣量二行程引擎還在使用氣冷作為引擎冷卻方式，其餘生存的二行程引擎幾乎都採用水冷式設計，以延長使用壽命。
但值得注意的是氣冷式機車引擎的優點，在機車進化的過程當中，即使已經是21世紀，還是看得到氣冷的機車，原因何在？
機車的訴求之一就是輕盈，龐大的水冷卻系統將會比相同等級的氣冷引擎重上三分之一的重量，這也許對汽車來說是一個比較好克服的技術項目，因為汽車不太需要考量到車重所帶給駕駛人的困擾，但對於機車，就必須在其他車體零件上減輕重量以降低車種，這樣的話會使造車成本增加許多。
再者，以實用性來說，氣冷式引擎並不需要為了引擎的冷卻液煩惱，車主只需要注意引擎潤滑有無問題就好了，也無須擔心冷卻水是否會滲入引擎內部造成無法挽救的危機，這對於不善照顧機車的騎士來說，實為一種經濟實惠的設計，可以讓騎士省下不少保養維修費用。所以台灣機車絕大多數是氣冷式引擎，相當符合車主之用車習性。

機油冷卻方式
機車引擎跨越傳統冷卻方式的一大突破，「機油冷卻方式」是近十年所熱中的話題之一，雖然，機車用水冷引擎已經發展了有將近百年的歷史，但是所能改進的空間有限，機油冷卻在傳統氣冷引擎上的突破便是不需另外添加冷卻液的好處，且機車引擎內部的機油就有如血液一般重要，為了保持機油油膜的潤滑性及保護引擎的特性，我們必須保持最佳的工作溫度，但引擎內的機油無法快速的將引擎所散發出來的熱量全部帶到大氣中，原因在於機油的黏性，機油大多附著於引擎內部的零件上，所以要等到機油將零件的高溫帶至引擎外似乎需要一段時間，這時機油冷卻器便發展出來做為引擎機油維持良好工作溫度的利器，以因應現代高性能機車引擎所散發出來的龐大熱量，雖然現代機油的潤滑性能都越來越高了，但始終趕不上引擎進化的速度，因此，大容量的機油冷卻器就誕生了。
民國74年日本SUZUKI發展出一史上第一台高性能油冷機車~~GSX-R 750，他有著和水冷機車一樣大的散熱排，但散熱器內裝的不是水而是引擎機油，所以再當時也有人稱他為「液冷」引擎，冷卻引擎同樣與水冷式採用流體冷卻，是比空冷更加積極的冷卻方式。
油冷的一大好處就是冷卻液不會受到溫度而沸騰，相較於水冷系統利用加壓水箱來達到提高沸點的做法聰明許多，因為水冷機車的水箱會因為高山壓力降低，水箱壓力降低，冷卻液沸點便降低了，而能保住高沸點的冷卻液就是引擎機油了，機油在引擎內循環，帶走引擎的高熱，並流經大型散熱器降低機油溫度。在不增加車重卻又想增加一些冷卻性能的話，油冷確實是一項不錯的冷卻方式。

水冷方式
水冷卻方式是機車有史以來最有效的一種冷卻方式，將引擎整個用水包覆起來便是水冷引擎的特徵，經由特殊設計的水道，讓水得以在引擎內部循環，達到充分冷卻的效果。
冷卻引擎的熱水經由水道、水管，轉而進入容納冷卻水的水箱，水箱的設計奧妙之處在於，其中含有無數細微空間可供空氣通過，好讓空氣冷卻水箱的熱度，達到降低引擎高溫的功能。
水冷引擎的冷卻方式牽涉到流體力學、相關工程數學、趴啦趴啦許許多多，重點便是高性能機車的水冷系統在30年之間的變化。
70年代
70年代以前的機車水冷式引擎，幾乎只有汽缸跟汽缸蓋有著完善的水道設，且未考慮到內外溫差的結構設計，導致當時的水冷機車，要在亞熱帶這個高溫多濕的地形行走非常困難，常有水道與汽缸炸裂漏水的情形發生。
後來，高壓水箱蓋的應用，讓機車水箱冷卻液的沸點提高了，因此而增加機車高速行駛的耐久性。
80年代
80年代有點技術基礎的水冷機車引擎，再突破萬難之後，逐漸成熟化的水冷機車引擎慢慢運用在野心勃勃的日本機車上，早期嘗試大型水冷機車引擎的KZ1300等系列，達成了在當時視為不可思議的120匹制動馬力，但是水道硬度不足的情形依然存在，還是常有高溫冷卻水將水道衝破的情形發生，但這已經是少見的情形。
90年代
90年代正是二行程機車蓬勃發展的時期，大馬力二行程機車所發出的驚人熱量，需要靠良好的冷卻系統來保持最佳的燃燒溫度，因此，大型鷗翼狀水箱就是在這樣的需求之下發展出來的，因應GP 賽車的比賽經驗與技術，套用實戰經驗在市售機車上正是這個年代的特色，如鋁製水箱，高壓矽膠水管等應用，讓機車在高溫下的零件耐久度更加提升了。
2000年
到了現代，各家機車製造廠都致力於研發新款的、更有效的水冷系統，至今仍在苦心研發水道的設計上面，如何突破水冷系統水道易生鏽的弊病，並且降低冷卻系統的重量及提高散熱性能，水箱如何突破容量限制…等。
發展至今，水冷卻系統已經成為高性能機車最佳的引擎冷卻方式，在科技補助下，高性能水箱精與水混合，是現今最方便又有效的冷卻液。

activevatekenn

还有一个问题啊。 我整天都搞不清楚。
马力。 有时书上列出 280bhp(Before Horse Power)是怎样计算出来的？280PS又是怎样计算出来的？
我最不会分的就是280hp和280bhp。

gorson

原帖由 activevatekenn 于 11-7-2005 09:59 PM 发表
还有一个问题啊。 我整天都搞不清楚。
马力。 有时书上列出 280bhp(Before Horse Power)是怎样计算出来的？280PS又是怎样计算出来的？
我最不会分的就是280hp和280bhp。

为什么没人回答这问题的？

SR20

原帖由 activevatekenn 于 11-7-2005 09:59 PM 发表
还有一个问题啊。 我整天都搞不清楚。
马力。 有时书上列出 280bhp(Before Horse Power)是怎样计算出来的？280PS又是怎样计算出来的？
我最不会分的就是280hp和280bhp。

不是一样的东西来的咩 ？？