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
2. 水冷式引擎

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. 四行程引擎:四個行程完成一個工作循環。

五、依活塞運動的不同分:

1. 往複式活塞引擎(reciprocating engine)
2. 回轉式活塞引擎(rotary engine)

六、依點火方式分:

1. 壓縮點火式引擎
2. 火花點火式引擎

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
2. V型引擎
3. 對臥式引擎

現行汽車產品上所使用的引擎,主要為採用奧圖循環、以汽油為燃料的往複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。在後續的單元中我們將為大家一一的介紹引擎的各項零件和次系統的原理及功能。

 

引擎的基本構造─缸徑、沖程、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、沖程、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。

沖程:

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:

將汽缸的面積乘以沖程,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,沖程: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

 



 
引擎的基本構造─凸輪軸與汽門

凸輪軸:

在一支軸上有許多宛如「蛋形」凸輪,其被安裝在汽缸蓋的頂部,用來驅動進氣汽門和排氣汽門做開啟與關閉的動作。

在凸輪軸的一端會安裝一個傳動輪,以鏈條或皮帶與位在曲軸上的傳動輪連接。在以鏈條傳動的系統中此傳動輪為一齒輪;在以皮帶傳動的系統中此傳動輪為一具齒槽的皮帶輪。

一般雙頂置凸輪軸(DOHC)設計的引擎,其進氣和排氣的凸輪軸均掛上一個傳動輪,由鏈條或皮帶直接帶動凸輪軸轉動。有些引擎為了減少汽門夾角,而將凸輪軸的傳動方式改變成以鏈條傳動方式帶動進氣或排氣的凸輪軸,再藉由安裝在進氣和排氣的凸輪軸上的齒輪以鏈條帶動另外一支凸輪軸。

Toyota獨特的「TWIN CAM」設計方式,則是以鏈條或皮帶去帶動位在進氣或排氣的凸輪軸上的傳動輪,之後再以安裝在進氣和排氣的凸輪軸上的無間隙齒輪機構帶動另外一支凸輪軸。

汽門:

控制空氣進出汽缸的閥門。讓空氣或混合氣進入的稱為「進氣汽門」。讓燃料後的廢氣排出的稱為「排氣汽門」。

 

 


 

引擎基本構造─SOHC單凸輪軸引擎

引擎的凸輪軸裝置在汽缸蓋頂部,而且只有單一支凸輪軸,一般簡稱為OHC (頂置凸輪軸,Over Head Cam Shaft)。凸輪軸透過搖臂驅動汽門做開啟和關閉的動作。

在每汽缸二汽門的引擎上還有一種無搖臂的設計方式,此方式是將進汽門和排汽門排在一直線上,讓凸輪軸直接驅動汽門做開閉的動作。有VVL裝置的引擎則會透過一組搖臂機構去驅動汽門做開閉的動作。

引擎基本構造─DOHC雙凸輪軸引擎

此種引擎在汽缸蓋頂部裝置二支凸輪軸,由凸輪軸直接驅動汽門做開啟和關閉的動作。僅有少數引擎是設計成透過搖臂去驅動汽門做開閉的動作。有VVL裝置的引擎則會透過一組搖臂機構去驅動汽門做開閉的動作。

DOHC較SOHC的設計來得優秀的主要原因有二。一是凸輪軸驅動汽門的直接性,使汽門有較佳的開閉過程,而提升汽缸在進氣和排氣時的效率。另一則是火星塞可以裝置在汽缸蓋中間的區域,使混合氣在汽缸內部可以獲得更好更平均的燃燒。

 

 

可變汽門正時&可變長度進氣岐管

可變汽門正時:

曲軸經由齒狀的傳動裝置帶動凸輪軸轉動,使汽門在做開啟與關閉的動作時會與曲軸的轉動角度成一定的對應關係。

由於氣體流動的性質會隨著引擎運轉速度的快慢而改變,如何使汽缸在不同的轉速下都能夠獲得良好的進氣效率?為此必須改變汽門在開啟與關閉時間。經由安裝在凸輪軸前端的油壓裝置使凸輪軸可以另外做一小角度轉動,以使進氣門在轉速升高時得以提早開啟。

可變長度進氣岐管:

為了使引擎在高、低轉速時能夠維持平穩的進氣效率,如何製造出長度適合的進氣管路就成了一件重要的課題。藉由在進氣管路中設置閥門來使進氣管路改變成長、短二種路徑。以滿足引擎在高轉速運轉時需要流速快、動能大的氣流;並且在低轉速時供給引擎適當流量的空氣。這樣就能夠使引擎在高轉速時獲得較大的馬力,而在較低轉速時有較佳的油耗表現。
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