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发动机设计的十大改进(上)

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最初的 T 型车于 1908 年发布,配备了 2.9 升四缸发动机,马力仅为22匹。与今天的发动机相比,它的功率输出很小,但它确实击败了被认为是第一辆汽车 – 1885 年奔驰专利 Motorwagen 的发动机。那辆车有一个单活塞发动机,只产生了三分之二的马力。

如你所见,汽车发动机自发明以来一直在不断发展。今天,由于发动机设计和技术的不断进步,它们比以往任何时候都更强大、更安静、更耐用、污染更少、燃油效率更高。

汽车工程师一直致力于改进内燃机并将其带入未来的方法。我们将看看有史以来最重要的十项引擎改进。从燃油喷射到混合动力发动机,我们将了解发动机的发展方向,并希望对它们的发展方向有所了解。

1) 四冲程发动机
优点:更省油,更少污染
缺点:更复杂,制造成本更高

还记得我们谈到的奔驰专利汽车吗?除了具有单个活塞或气缸之外,它还是一个二冲程发动机,就像许多早期的发动机一样。行程是指活塞在发动机中的运动。

四冲程发动机是 1800 年代后期对内燃机进行的最重要改进之一。在四冲程发动机上,发动机燃烧汽油有四个步骤:进气、压缩、动力和排气。当活塞上下移动两次完成这些步骤,然后循环往复。

早些时候,更简单的二冲程发动机完成相同的任务,但只分两步完成。如今,二冲程发动机可用于小型设备,如割草机、小型摩托车和大型工业发动机。几乎所有的汽车都使用四冲程循环。

四冲程发动机具有多项优势,包括提高燃油经济性、更耐用、更大功率和扭矩以及更清洁的排放。然而,与二冲程发动机相比,它们制造起来更加复杂和昂贵,并且需要使用阀门来进气和排气。

2) 强制进气
优点:在不增加发动机尺寸的情况下获得更多动力
缺点:油耗增加、涡轮迟滞

发动机需要三样东西才能产生运动:燃料、空气和点火。向发动机内加入更多空气将增加发动机活塞产生的功率。一种长期存在且最近越来越流行的方法就是强制进气。你可能通过实现这一过程的部件——涡轮增压器和增压器——来更好地了解这个过程。

在强制进气发动机中,空气以比平时更高的压力进入燃烧室,从而在发动机的每个冲程中产生更高的压力和更大的动力。涡轮增压器和机械增压器本质上是将更多空气推入发动机的空气压缩机。

早在 1920 年代开始将强制进气系统添加到汽车发动机之前,强制进气系统就已用于飞机发动机。它们对小型发动机尤其有益,因为它们可以产生大量额外动力,而不会增加发动机的尺寸或导致燃油经济性急剧下降。

一个很好的例子是涡轮增压的 Mini Cooper S,它只有 1.6 升发动机,但在某些应用中可产生超过 200 匹马力。此外,保时捷 911 Turbo 或 Corvette ZR-1 等高性能汽车使用强制进气来获得巨大的动力增益。

当然也有缺点。配备涡轮增压器的汽车通常需要优质汽油。然后是涡轮迟滞问题,直到涡轮增压器以更高的每分钟转数(RPM)加速时才会感觉到功率增益。近年来,技术改进已经使这两个缺点不那麽明显。

随着燃油经济性和排放标准越来越严格,许多汽车制造商正在转向小型发动机加强制进气,而不是制造更大的发动机。例如,在最新的现代Sonata上,人们可以买到的顶级发动机不再是 V6,而是涡轮增压四缸发动机。

汽车工程师一直致力于改进内燃机并将其带入未来的方法。我们将看看有史以来最重要的十项引擎改进。从燃油喷射到混合动力发动机,我们将了解发动机的发展方向,并希望对它们的发展方向有所了解。

3) 燃油喷射
优点:油门反应更快、更高燃油效率、更大动力、更容易启动
缺点:维修更复杂且昂贵

几十年来,混合燃料和空气并将其传送到发动机燃烧室的首选方法是化油器。踩下油门踏板,化油器就会将燃油和空气混合物送入燃烧室。油门踏板踩下越多,化油器送出的燃料和空气混合物也就越多。

但是自 1980 年代后期以来,化油器几乎完全被燃油喷射所取代。燃油喷射是一种更为复杂和有效的混合燃油和空气然后送入发动机燃烧室的系统。燃油喷射器将汽油喷入进气歧管,在那里燃油和空气混合成细雾。在进气过程中,混合气通过每个气缸上的阀门进入燃烧室。发动机的车载计算机控制燃油喷射过程。

那么为什么燃油喷射取代了化油器呢?简而言之,燃油喷射在各个方面都做得更好。计算机控制的燃油喷射发动机更容易启动,尤其是在寒冷的日子里,化油器在低温时表现不佳,启动发动机困难。带燃油喷射的发动机也更高效,对油门的变化更敏感。

但是燃油喷射系统相比较而言也确实更复杂,由于系统更为复杂,其维修成本也高于化油器。然而,权衡利弊,它已经成为汽车发动机燃料输送系统的行业标准,而且看不出化油器能够卷土重来。

4) 直接喷射
优点:动力更强,燃油经济性更好
缺点:制造成本更高,技术相对较新

直喷是在燃油喷射技术上进一步改进后出现的新技术。正如你可能从它的名字中猜到的那样,它允许燃油喷射“跳过一步”,从而提高发动机的效率,增加动力并提高燃油经济性。

在直喷发动机上,燃油直接喷入燃烧室,而不是喷入进气歧管。然后发动机计算机确保燃料在需要的时间和地点准确燃烧,从而减少浪费。直接喷射提供更稀薄的燃料混合,从而更有效地燃烧。在某些方面,它使汽油发动机更类似于柴油发动机,柴油发动机一直使用直喷形式。

直喷发动机的动力和燃油经济性都比燃油喷射系统有所提高。但它也有缺点。一方面,该技术是一种相对较新的技术,仅在过去十年左右才进入市场。尽管越来越多的汽车生产商开始增加直喷技术在新车上使用,但尚未成为行业标准。

有时,直喷发动机可能会在进气门上积碳,这可能会导致可靠性出现问题。一些汽车改装商也表示改装直喷发动机非常困难。尽管存在这些问题,直喷仍然是目前汽车界的热门新技术。随着时间的推移,预计会在越来越多的汽车上看到它。

 

来源:大纪元

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