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1、汽车知识轻松入门一汽车行驶的基本原理(资料帖）大家好，为了能让大家学习到更多，更系统化的汽车知识，使各位汽车爱好者，无论是在看车还是在玩车、用车的过程中能够成为这方面的“专家”，我们将连续的推出“汽车知识轻松入门”的系列专题，以期能够深入浅出的带大家逐步了解汽车的原理以及各部分的构造。一、汽车行驶的基本原理我们知道汽车要运动，就必须有克服各种阻力的驱动力，也就是说，汽车在行驶中所需要的功率和能量是取决于它的行驶阻力。因此，我们首先要了解的就是阻力。有些人大概会问了，我们只要给汽车装个大功率的发动机就好了，还用得着管它什么阻力么？如果是这样就会面临几个问题：1、究竟多大功率的发动机才可以呢？没有
2、一个对比参照物，我们如何确定我们需要多大功率呢；2、汽车的设计是先设计了汽车的总成，比如底盘，车体等等的部分之后，才设计和选用发动机的，如果不知道这部汽车将面对的阻力，那么我们根本没办法设计出实用的汽车；3、就算有了非常大功率的发动机（足够可否任何在地面行驶时的阻力），并且已经装上了合适的车体，在使用中也会因为行驶性、油耗，排放，保养，维修等问题而使你无法正常使用它。由此可见，我们要了解汽车的动力性，首先就是要知道我们所遇阻力有哪些。一般，汽车的行驶阻力可以分为稳定行驶阻力和动态行驶阻力。稳定行驶阻力包括了车轮阻力、空气阻力以及坡度阻力。1、车轮阻力我们所说的车轮阻力其实是由轮胎的滚动阻力、路
3、面阻力还有轮胎侧偏引起的阻力所构成。当汽车在行驶时会使得轮胎变形，而不是一直保持静止时的圆形，而由于轮胎本身的橡胶和内部的空气都具有弹性，因此在轮胎滚动是会使得轮胎反复经历压缩和伸展的过程，由此产生了阻尼功，即变形阻力。经过试验表明，当汽车超过 45m/s（162km/h）时轮胎变形阻力就会急剧增加，这不仅要求有更高的动力，对轮胎本身也是极大的考验。而轮胎在路面行驶时，胎面与地面之间存在着纵向和横向的相对局部滑动，还有车轮轴承内部也会有相对运动，因此又会有摩擦阻力产生。由于我们是被空气所包围的，只要是运动的物体就会受到空气阻力的影响。这三种阻力：变形阻力、摩擦阻力还有轮胎空气阻力的总和便是轮胎
4、的滚动阻力了。在 40m/s（144km/h）以下的速度范围内，变形阻力占了轮胎的滚动阻力的 9095，摩擦阻力占 210，而轮胎空气阻力所占的比率极小。而路面阻力就是轮胎在各种路面上的滚动阻力，由于各种路面不同，而产生的阻力也不同，在这里就不详细研究了。还有便是轮胎侧偏引起的阻力，这是由于车轮的运动方向与受到的侧向力产生了夹角而产生的。2、空气阻力汽车在行驶时，需要挤开周围的空气，汽车前面受气流压力并且形成真空，产生压力差，此外还存在着各层空气之间以及空气与汽车表面的摩擦，再加上冷却发动机、室内通风以及汽车表面外凸零件引起的气流干扰等，就形成了空气阻力。它包括有压差阻力（又称形状阻力），诱导
5、阻力，表面阻力（又称摩擦阻力），内部阻力（又称内循环阻力）以及干扰阻力组成。空气阻力与汽车的形状、汽车的正面投影面积有关，特别时与汽车空气的相对速度的平方成正比。当汽车高速行驶时，空气阻力的数值将显著增加。我们在汽车指标中经常见得的风阻就是计算空气阻力时的空气阻力系数。这个系数是越小越好。3、坡度阻力即汽车上坡时，其总重量沿路面方向的分力形成的阻力。在动态行驶阻力方面，主要就是惯性力了，它包括平移质量引起的惯性力，也包括旋转质量引起的惯性力矩。现在我们知道，汽车要能够运动起来就必须克服以上所介绍的总阻力，当阻力增加时，汽车的驱动力也必须跟着增加，与阻力达到一定范围内的平衡，我们知道，驱动力的最
6、大值取决于发动机最大的转矩和传动系的传动比，但实际发出的驱动力还受到轮胎与路面之间的附着性能（即包括各种条件的路面情况）的限制。汽车只有在这些综合条件的限制中与各个因素达到平衡，才能够顺利的运动起来，成为我们所需要的工具。以上我们已经基本了解了汽车行驶的一些基本原理。在以后的专题中，我们将深入汽车的结构，真正开始了解汽车。前面我们已经了解了汽车行驶最基本的原理了，那么现在让我们真正开始接触汽车，先来简要了解下它的总体构造吧。汽车通常是由发动机、底盘、车身、电气设备四部分组成。发动机的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。大多数汽车都采用往复活塞式内燃机（由于现代科技的高速发展，汽车发动机除了有
7、内燃机外，还有了燃料电池式发动机，蓄电池式电动机等，我们将在以后的新技术里面介绍），它一般是由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火系（汽油发动机采用）、起动系等部分组成。底盘接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。底盘由以下几部分组成：传动系将发动机的动力传递给驱动车轮。它包括有离合器、变速器、传动轴、驱动桥等部件。行驶系将汽车各总成及部件连成一个整体并对全车起支承作用，以保证汽车正常行驶。行驶系包括车架、前轴、驱动桥的壳体、车轮（包括转向轮和驱动轮）、悬架等部件。转向系保证汽车能按照驾驶员选择的方向行驶，由转向盘的转向器及转向传动装置组成。
8、制动装置使汽车减速或停车，并保证驾驶员离开后汽车能可靠地停驻。每辆汽车地制动装备都包括若干个相互独立地制动系统，每个制动系统都由供能装置、控制装置、传动装置和制动器组成。车身是驾驶员工作地场所，也是装载乘客和货物地场所。车身应为驾驶员提供方便地操作条件，以及为乘客提供舒适安全地环境或保证货物完好无损。电气设备由电源组、发动机起动系和点火系、汽车照明和信号装置组成。此外，在现代汽车上愈来愈多地装用了各种电子设备：微处理机、中央计算机系统及各种人工智能装置等，显著提高了汽车的性能。为满足不同的使用要求，汽车的的总体构造和布置型式都不尽相同。一般安装发动机和各个总成相对位置的不同，以及驱动方式的不同
9、，现代汽车的布置型式通常有这几种：发动机前置后轮驱动（FR）这是比较传统的布置型式，一般多用在货车上，轿车及客车上就相对应用得少些。发动机前置前轮驱动（FF）这是目前轿车主流得布置方式，它具有结构紧凑、减少重量、降低地板高度、改善高速时的操纵稳定性等优点。发动机后置后轮驱动（RR）这是大多数客车所采用的布置方式，其具有降低室内噪音、利于车身内部布置等优点。发动机中置后轮驱动（MR）多运用于运动型跑车和方程式赛车上。由于这类型的汽车需要极大功率的发动机，因此其发动机的尺寸也比较大，将发动机安置在驾驶员座椅之后和后桥之前，有利于获得最佳轴荷分配和提高汽车的性能。著名的宝时捷跑车便是采用这种布置型式
10、的。全轮驱动（nWD）通常是越野车所采用的方式，此种方式一般发动机前置，在变速器后装用分动器以便将动力分别输送到全部车轮上。不过现在的一些豪华轿车也都采用了这种方式，如奥迪 A8 等。 既然我们已经初步了解了汽车总体构造的一些知识，那么现在让我们来“各个击破”，逐一的深入了解汽车各个部分。接下来我们将一系列的介绍汽车的心脏发动机。那么先来看看车用发动机是怎么分类的吧。发动机是将某一种形式的能量转变为机械能的机器。车用发动机一般是采用内燃式的，它的分类有挺多种：根据其将热能转变为机械能的主要构件的型式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类，不过由于目前在汽车中使用的绝大部分是往复活塞式内燃机，而其
11、他包括三角活塞旋转式发动机（转子发动机），燃气涡轮发动机，电动发动机，太阳能发动机等目前的应用都不广，因此我们将在以后汽车新型发动机一节中再详细介绍。在活塞式内燃机中又根据使用的燃料不同分为汽油发动机、柴油发动机、天然气发动机等。其中汽油发动机和天然气发动机都是将燃料注入气缸内，同空气混合成可燃混合气，再用电火花点燃，然后做功，因此又可称为强制点火式或点燃式发动机。而柴油发动机就有点不同了，由于柴油发动机使用的是轻柴油，一般是通过喷油泵和喷油器将柴油直接喷入发动机气缸，和在气缸内经压缩后的空气均匀混合，使之在高温下自然，因此又可称为压燃式发动机。除了根据燃料不同分类外，还有根据每一工作循环所需
12、活塞行程数来分，所谓工作循环，是指在发动机内每一次将热能转化为机械能，都必须经过空气吸入、压缩、输入燃料，使之着火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排出这样一个连续的过程。凡活塞往复四个单程完成一个工作循环的称为四冲程发动机；活塞往复两个单程即完成一个工作循环的则称为二冲程发动机。一般汽车是使用四冲程发动机的，二冲程发动机主要用在摩托车上。其他分类方式还有根据气缸数多少来分类的，在附近装置上面又可分为增压发动机和非增压发动机。现在让我们了解下发动机是怎样工作的吧。首先我们就以单缸为例，介绍下四冲程汽油发动机的工作原理。我们已经知道，发动机是将化学能转化为机械能的机器，它的转化过程实际上就是工作循
13、环的过程，简单来说就是是通过燃烧气缸内的燃料，产生动能，驱动发动机气缸内的活塞往复的运动，由此带动连在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄，围绕曲轴中心作往复的圆周运动，而输出动力的。现在，我们分析一下这个过程：一个工作循环包括有四个活塞行程（所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程）：进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程）和排气行程。进气行程在这个过程中，发动机的进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，从而使气缸内的压力将到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力，这样空气便经由进气管道和进气门被吸入气缸，同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合。在
14、进气终了时，气缸内的气体压力约为 0.0750.09MPa。而此时气缸内的可燃混合气的温度已经升高到 370-400K。压缩行程为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，即压缩行程。此时混合气压力会增加到0.6-1.2MPa，温度可达 600-700K。在这个行程中有个很重要的概念，就是压缩比。所谓压缩比，就是压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。一般压缩比越大，在压缩终了时混合气的压力和
15、温度便愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。一般轿车的压缩比在 8-10 之间，不过现在最新上市的 Polo 就达到了 10.5 的高压缩比，因此它的扭矩表现相对不错。但是压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现暴燃和表面点火等不正常燃烧现象（燃油质量的影响也是占有相对重要的地位，这方面我们会在以后详细讲解）。暴燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。暴燃时火焰以极高的速率向外传播，甚至在气体来不及膨胀的情况下，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向前推进。当这种压力波撞击燃烧室壁是就发出尖锐的敲缸声
16、。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重暴燃是甚至会造成气门烧毁、轴瓦破裂、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。除了暴燃，过高压缩比的发动机还可能要面对另一个问题：表面点火。这是由于缸内炽热表面与炽热处（如排气门头，火花塞电极，积炭处）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧（也称作炽热点火或早燃）。表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机负荷增加，降低寿命。膨胀行程（作功行程）在这个过程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，此时燃气的压力和温度迅速增加。其所能达到的最大压力可达 3-5MPa,相应的温度则高达 2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞由上止点向下止点运动，通过连杆使曲柄旋转并输出机械能，除了维持发动机本身继续运转外，其余即用于对外做功。在活塞的运动过程中，气缸内容积增加，气体压力和温度都迅速下降，在此行程终了时，压力降至 0
