汽车结构和工作原理讲析-汽车结构和工作原理讲析

1.电动汽车的工作原理解析

2.混动汽车变速器结构与原理（混动变速器数据流分析）

3.汽车知识大全系列之发动机

电动汽车的工作原理解析

随着新能源汽车人气愈加火爆，新能源汽车的相关知识也引发大众关注。今天给大家简单解析一下新能源汽车中，电动汽车的工作原理以及电流是交流还是直流。

首先，新能源汽车的工作原理，电机和磁性、电场、磁场之间的自然相互作用相关。当电路闭合允许电子沿着电线移动的时候，这些处于移动状态的电子会产生一个完整的带有北极以及南极的电磁场。这种状况发生的时候，在另一个磁场的存在状态下，不管是来自不同批次的高速电子还是来自Wile E Coyote的巨型ACME马蹄形磁铁，这些相反的磁极会互相吸引，一样的磁极会互相排斥。

其次，新能源汽车的电动机的工作原理是通过周期性进行一组电磁体的极性反转，交换北极以及南极，电机利用这部分吸引力以及排斥力来让轴旋转，进而把电力转化为扭矩，进而转动汽车车轮。相反的话，例如在再生制动的状况下，这部分磁力或是电磁力能够将运动转化为电能。

供应到大众家里的电力按照交流电的形式达到，之所以这么说是由于电源的北或是南，或是正或是负极性每秒都在变化，每秒变化（交替）60次。也就是说，在美国以及其他国家，按照110V电压运行的国家和地区，采用220V标准的国家或是地区，一般用50赫兹交流电。直流电是从每个电池流入或是流出。总的来说，汽车电机需要交流电才能运转。没有交流电，电磁力只会把北极以及南极锁定在一起。正是由于南北循环不断切换，汽车电机才能保持旋转。

现在的新能源汽车时代，电动汽车主要是在管理车载交流以及直流能源。电池负责存储以及分配直流电流，一样，汽车电机需要交流电。为汽车电池充电的时候，能量在一级以及二级充电期间作为交流电流进入车载充电器，在三级快速充电器中作为直流高压电流进入。

复杂的电力电子设备负责处理多个板载AC或是DC转换，与此同时，把电压从100到800V的充电电源升压到350到800V的汽车电池。或是电机系统电压供应到不少需要12到48V直流电的汽车，供其照明以及信息娱乐，还有底盘的相关功能运作。

混动汽车变速器结构与原理（混动变速器数据流分析）

混合动力汽车变速机构结构和原理：丰田P410混合动力汽车的主动桥组件包括2号电机发电机(MG2)和1号电机发电机(MG1)，采用带复合齿轮装置的无级变速器装置。该传动桥应用于丰田雷凌-卡罗拉双发动机、第7代凸轮混合动力、第3代普锐斯、雷克萨斯CT200H和ES300H等机型。该混合动力传动桥系统采用电子变速杆系统进行换挡控制。主动桥主要包括MG1、MG2、复合齿轮装置、变速器输入减振器总成、中间轴齿轮、减速齿轮、差动齿轮机构和油泵，组成部件如图3-82所示。06传动桥有三轴结构：复合齿轮装置、变速器输入减振器组件、油泵、MG1和MG2安装在输入轴上；中间轴从动齿轮和减速驱动齿轮安装在第二轴上；减速从动齿轮和差动齿轮机构安装在第三轴上；齿轮组的结构如图3-83所示。发动机、MG1和MG2通过复合齿轮装置机械连接。如图3-84所示，各行星齿轮与复合齿轮机构结合。复合齿轮装置包括动力分配行星齿轮机构和电动机减速行星齿轮机构，各行星齿圈与复合齿轮一体化。另外，该复合齿轮还集成了中间轴主动齿轮和停车齿轮。动力分配行星齿轮机构将发动机的动力分为两个：一个用于驱动车轮，另一个用于驱动MG1。因此，MG1可以用作发电机。为了降低MG2的转速，采用电机减速行星齿轮机构，将高转速、高功率的MG2优化为复合齿轮。该齿轮装置的结构如图3-85所示。4EL70是全自动后轮驱动变速器，包括电控连续可变电动变速器。它具有一个输入轴、三个静止式和两个旋转式摩擦离合器组件、一个液压增压和控制系统、一个电动油泵、三个行星齿轮组、两个电动驱动马达。其内部结构如图3-86所示，机械部件如图3-87所示。混合动力变速器故障分析：数据分析以比亚迪6HDT45变速器为例。变速器故障诊断必须始终从数据开始，常用数据主要包括：发动机转速、输入轴转速、离合器实际压力、执行器位置、执行器中位置等。以下是各主要数据的正常范围和故障的诊断：1.离合器实际压力通常在300-2800kPa之间。离合器处于分离状态时，离合器实际压力通常在300-500kPa之间；离合器处于接合状态时，离合器的实际压力通常在800kPa以上。离合器压力数据如图3-88所示。离合器压力在2800kPa以上，踩下油门踏板时，如果发动机转速急剧上升，车速上升变慢，可能是离合器打滑，离合器片烧损，所以需要更换离合器。离合器压力低于300kPa时，一般在行驶中会突然熄火或发生无动力输出故障。2.离合器折擦点一般在600-1000之间，如图3-89所示根据车辆使用情况变化。离合器打滑太小引起的故障现象一般有起步冲刺和换挡冲击。离合器打滑不好的话，起步会变慢，升档也会受挫。离合器折擦点过大或过小时，驾驶热车后操作离合器自适应，故障无法消除时更换离合器。3.执行机构中立位置即拨叉中立位置，执行机构1为1/3速叉，执行机构2为2/4速叉，执行机构3为5速叉，执行机构4为6/R档叉，执行机构致动器1、2、4、5都控制两个范围，因此一个中间位置处于n位置。致动器中位值范围如图3-90。中立值在对应范围外时，会发生齿轮级的齿牙、异常噪声或某个齿轮级的断齿等故障。4.执行机构的每个位置执行机构都有位置传感器，可感知执行机构的位置。正常情况下，执行元件位置传感器的值在-11~11毫米之间，超过11毫米时会发生错误，发生故障。执行机构位置传感器数据如图3-91所示。5.油泵信息HEV模式下P位、D位的数据流信息如图3-92及图3-93所示，在泵压为-1.38～21.8bar之间；电机的运行占空比为0%~100%；电机使能信息有效，禁止电机的转速为0～10000r/min。以上内容摘自《新能源汽车维修完全自学手册》。

汽车知识大全系列之发动机

汽车知识大全系列之发动机

一、发动机结构种类解析

发动机作为汽车的动力源泉，就像人的心脏一样。不过不同人的心脏大小和构造差别不大，但是不同汽车的发动机的内部结构就有着千差万别，那不同的发动机的构造都有哪些不同？下面我们一起了解一下。

汽车的动力源泉就是发动机，而发动机的动力则来源于气缸内部。发动机气缸就是一个把燃料的内能转化为动能的场所，可以简单理解为，燃料在气缸内燃烧，产生巨大压力推动活塞上下运动，通过连杆把力传给曲轴，最终转化为旋转运动，再通过变速器和传动轴，把动力传递到驱动车轮上，从而推动汽车前进。

一般的汽车都是以四缸和六缸发动机居多，既然发动机的动力主要是来源于气缸，那是不是气缸越多就越好呢?其实不然，随着气缸数的增加，发动机的零部件也相应的增加，发动机的结构会更为复杂，这也降低发动机的可靠性，另外也会提高发动机制造成本和后期的维护费用。所以，汽车发动机的气缸数都是根据发动机的用途和性能要求进行综合权衡后做出的选择。像V12型发动机、W12型发动机和W16型发动机只运用于少数的高性能汽车上。

其实V型发动机，简单理解就是将相邻气缸以一定的角度组合在一起，从侧面看像V字型，就是V型发动机。V型发动机相对于直列发动机而言，它的高度和长度有所减少，这样可以使得发动机盖更低一些，满足空气动力学的要求。而V型发动机的气缸是成一个角度对向布置的，可以抵消一部分的震动，但是不好的是必须要使用两个气缸盖，结构相对复杂。虽然发动机的高度减低了，但是它的宽度也相应增加，这样对于固定空间的发动机舱，安装其他装置就不容易了。

将V型发动机两侧的气缸，再进行小角度的错开，就是W型发动机了。W型发动机相对于V型发动机，优点是曲轴可更短一些，重量也可轻化些，但是宽度也相应增大，发动机舱也会被塞得更满。缺点是W型发动机结构上被分割成两个部分，结构更为复杂，在运作时会产生很大的震动，所以只有在少数的车上应用。

水平对置发动机的相邻气缸相互对立布置（活塞的底部向外侧），两气缸的夹角为180°，不过它与180°V型发动机还是有本质的区别的。水平对置发动机与直列发动机类似，是不共用曲柄销的（也就是说一个活塞只连一个曲柄销），而且对向活塞的运动方向是相反的，但是180°V型发动机则刚好相反。水平对置发动机的优点是可以很好的抵消振动，使发动机运转更为平稳；重心低，车头可以设计得更低，满足空气动力学的要求；动力输出轴方向与传动轴方向一致，动力传递效率较高。缺点：结构复杂，维修不方便；生产工艺要求苛刻，生产成本高，在知名品牌的轿车中只有保时捷和斯巴鲁还在坚持使用水平对置发动机。

发动机之所以能源源不断的提供动力，得益于气缸内的进气、压缩、做功、排气这四个行程的有条不紊地循环运作。

进气行程，活塞从气缸内上止点移动至下止点时，进气门打开，排气门关闭，新鲜的空气和汽油混合气被吸入气缸内。

压缩行程，进排气门关闭，活塞从下止点移动至上止点，将混合气体压缩至气缸顶部，以提高混合气的温度，为做功行程做准备。

做功行程，火花塞将压缩的气体点燃混合气体在气缸内发生“爆炸”产生巨大压力，将活塞从上止点推至下止点，通过连杆推动曲轴旋转。

排气行程，活塞从下止点移至上止点，此时进气门关闭，排气门打开，将燃烧后的废气通过排气歧管排出气缸外。

发动机能产生动力其实是源于气缸内的“爆炸力”。在密封气缸燃烧室内，火花塞将一定比例汽油和空气的混合气体在合适的时刻里瞬间点燃，就会产生一个巨大的爆炸力，而燃烧室是顶部是固定的，巨大的压力迫使活塞向下运动，通过连杆推动曲轴，在通过一系列机构把动力传到驱动轮上，最终推动汽车。

要想气缸内的“爆炸”威力更大，适时的点火就非常重要了，而气缸内的火花塞就是扮演“引爆”的角色。其实火花塞点火的原理有点类似雷电，火花塞头部有中心电极和侧电极(相于两朵带相反极性离子的云)，两个电极之间有个很小的间隙(称为点火间隙)，当通电时能产生高达1万多伏的电火花，可以瞬间“引爆”气缸内的混合气体。

要想气缸内不断的发生“爆炸”，必须不断的输入新的燃料和及时排出废气，进、排气门在这过程中就扮演了重要角色。进、排气门是由凸轮控制的，适时的执行“开门”和“关门”这两个动作。为什么看到的进气门都会比排气门大一些呢？因为一般进气是靠真空吸进去的，排气是挤压将废气推出，所以排气相对比进气容易。为了获得更多的新鲜空气参与燃烧，因而进气门需要弄大点以获得更多的进气。

如果发动机有多个气门的话，高转速时进气量大、排气干净，发动机的性能也比较好（类似一个**院，门口多的话进进出出就方便多了）但是多气门设计较复杂尤其是气门的驱动方式、燃烧室构造和火花塞位置，都需要进行精密的布置，这样生产工艺要求高，制造成本自然也高，后期的维修也困难。所以气门数不宜过多，常见的发动机每个气缸有4个气门(2进2出)。

二、发动机可变气门原理解析

前面已经了解过发动机的基本构造和动力来源。其实发动机的实际运转速度并不是一成不变的，而是像人跑步一样，时而急促，时而平缓，那么调节好自己的呼吸节奏尤其重要，下面我们就来了解一下发动机是怎样“呼吸”的。

简单来说，凸轮轴是一根有多个圆盘形凸轮的金属杆。这根金属杆在发动机工作中起到什么作用？它主要负责进、排气门的开启和关闭。凸轮轴在曲轴的带动下不断旋转，凸轮便不断地下压气门（摇臂或顶杆），从而实现控制进气门和排气门开启和关闭的功能。

在发动机外壳上经常会看到SOHC、DOHC这些字母，这些字母到底表示的是什么意思？OHV是指顶置气门底置凸轮轴，就是凸轮轴布置在气缸底部，气门布置气缸顶部。OHC是指顶置凸轮轴，也就是凸轮轴布置在气缸的顶部。

如果气缸顶部只有一根凸轮轴同时负责进、排气门的开、关称为单顶置凸轮轴（SOHC）。气缸顶部如果有两根凸轮轴分别负责进、排气门的开关，则称为双顶置凸轮轴（DOHC）。

底置凸轮轴的凸轮与气门摇臂间需要采用一根金属连杆连接，凸轮顶起连杆从而推动摇臂来实现气门的开合。但过高的转速容易导致顶杆折断，因此这种设计多应用于大排量、低转速、追求大扭矩输出的发动机。而凸轮轴顶置可省略顶杆简化了凸轮轴到气门的传动机构，更适合发动机高速时的动力表现顶置凸轮轴应用比较广泛。

配气机构主要包括正时齿轮系、凸轮轴、气门传动组件（气门、推杆、摇臂等），主要的作用是根据发动机的工作情况，适时的开启和关闭各气缸的进、排气门，以使得新鲜混合气体及时充满气缸，废气得以及时排出气缸外。

所谓气门正时，可以简单理解为气门开启和关闭的时刻。理论上在进气行程中，活塞由上止点移至下止点时，进气门打开、排气门关闭；在排气行程中，活塞由下止点移至上止点时，进气门关闭、排气门打开。

那为什么要正时呢？其实在实际的发动机工作中，为了增大气缸内的进气量，进气门需要提前开启、延迟关闭；同样地，为了使气缸内的废气排的更干净，排气门也需要提前开启、延迟关闭，这样才能保证发动机有效的运作。

发动机在高转速时，每个气缸在一个工作循环内，吸气和排气的时间是非常短的，要想达到高的充气效率，就必须延长气缸的吸气和排气时间，也就是要求增大气门的重叠角；而发动机在低转速时，过大的气门重叠角则容易使得废气倒灌，吸气量反而会下降，从而导致发动机怠速不稳，低速扭矩偏低。

固定的气门正时很难同时满足发动机高转速和低转速两种工况的需求，所以可变气门正时应运而生。可变气门正时可以根据发动机转速和工况的不同而进行调节，使得发动机在高低速下都能获得理想的进、排气效率。

影响发动机动力的实质其实与单位时间内进入到气缸内的氧气量有关，而可变气门正时系统只能改变气门的开启和关闭的时间，却不能改变单位时间内的进气量，变气门升程就能满足这个需求。如果把发动机的气门看作是房子的一扇“门”的话，气门正时可以理解为“门”打开的时间，气门升程则相当于“门”打开的大小。

丰田的可变气门正时系统已广泛应用，主要的原理是在凸轮轴上加装一套液力机构，通过ECU的控制，在一定角度范围内对气门的开启、关闭的时间进行调节，或提前、或延迟、或保持不变。凸轮轴的正时齿轮的外转子与正时链条(皮带)相连，内转子与凸轮轴相连。外转子可以通过液压油间接带动内转子，从而实现一定范围内的角度提前或延迟。

本田的i-VTEC可变气门升程系统的结构和工作原理并不复杂，可以看做在原来的基础上加了第三根摇臂和第三个凸轮轴。它是怎样实现改变气门升程的呢?可以简单的理解为，通过三根摇臂的分离与结合一体，来实现高低角度凸轮轴的切换，从而改变气门的升程。

当发动机处于低负荷时，三根摇臂处于分离状态，低角度凸轮两边的摇臂来控制气门的开闭气门升程量小;当发动机处于高负荷时，三根摇臂结合为一体，由高角度凸轮驱动中间摇臂，气门升程量大。

宝马的Valvetronic可变气门升程系统，主要是通过在其配气机构上增加偏心轴、伺服电机和中间推杆等部件来改变气门升程。当电动机工作时，蜗轮蜗杆机构会驱动偏心轴发生旋转，再通过中间推杆和摇臂推动气门。偏心轮旋转的角度不同，凸轮轴通过中间推杆和摇臂推动气门产生的升程也不同，从而实现对气门升程的控制。

奥迪的AVS可变气门升程系统，主要通过切换凸轮轴上两组高度不同的凸轮，来实现改变气门的升程，其原理与本田的i-VTEC非常相似，只是AVS系统是通过安装在凸轮轴上的螺旋沟槽套筒，来实现凸轮轴的左右移动，进而切换凸轮轴上的高低凸轮。

发动机处于高负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向右移动，切换到高角度凸轮，从而增大气门的升程;当发动机处于低负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向左移动，切换到低角度凸轮，以减少气门的升程。

轻混合动力车的主要驱动力是燃油发动机，而电动机只是作为辅助作用不能单独驱动汽车。但能在车辆减速、制动时进行能量回收，实现混合动力的最大效率。