汽車引擎的工作原理:詳細解說變速箱、離合器與曲軸的運作方式

汽車引擎的工作原理:詳細解說變速箱、離合器與曲軸的運作方式

● 引擎是讓輪胎轉動的機構
● 引擎的內部構造
● 引擎、變速箱和離合器如何運作
● 什麼是四行程循環引擎?
● 引擎的結構很有趣!
 
引擎是讓輪胎轉動的機構 



引擎是車輛前進或後退時,需要讓輪胎轉動的機構。以前輪為例,穿過左右兩側輪胎的橫桿稱之為車軸,轉動車軸即可使輪胎轉動,而讓車軸持續轉動正是引擎的工作!
 
引擎的內部構造 



為了轉動車軸,轉動稱為曲軸的桿件正是引擎的目的。曲軸上有凹凸不平的曲柄,將最上面的曲柄活塞往下壓,曲軸就會轉動。又或是轉動曲軸,活塞就會上下轉動,轉回到原來的位置,而這股傳導至車軸的扭力正是讓車輛動作的力量。
腳踏車也是同樣的邏輯,曲柄和曲軸就像是腳踏板,活塞運動就是自己的踩踏力量,站在腳踏車上踩踏板或許就能感受到類似的感覺!而以前的蒸汽火車車輪、手動刨冰機的把手和呼拉圈也是類似的原理!
 
引擎、變速箱和離合器如何運作



曲軸的扭力與變速箱相連並會轉動齒輪。引擎的責任是將扭力傳給變速箱,而變速箱的責任是再將扭力傳給車軸。因為曲軸的扭力持續傳導給變速箱會讓車輪持續轉動無法停止(若要停止只能踩煞車),故為了控制而有了離合器的設計。離合器片和引擎緊密貼合時會傳導扭力,要是分離便不會傳導扭力!
 
手排車(MT)的變速箱
 
手動變速箱是附有變速機的手動變速器,較易於理解變速齒輪是如何密合運轉作動。
   
自排車(AT)的變速箱
 
自排車(AT)的變速箱是圓柱體,結構則相當複雜。
  
空檔(N檔)是不將扭力傳給變速箱(離合器片分離的狀態)。
前進檔(D檔)是將扭力傳給車軸(離合器片密合的狀態)。
倒檔(R檔)是以反向的扭力傳給車軸(離合器片密合的狀態)。
前進檔(D檔)和倒檔(R檔)在變速箱裡重新排列形成反向轉動,而變速箱又被稱為「變速器」。
 
什麼是四行程循環引擎? 
 
一般的汽柴油車引擎
 
汽柴油車一般是四行程循環引擎,以四個行程返復循環作動。雖然有二行程循環或其他引擎,但因優良效率和低振動等原因,四行程循環引擎更為廣泛普及,而大部分的引擎幾乎都是這樣的構造!


 
活塞位於稱為氣缸的圓柱物體內,會在氣缸內上下動作。當曲軸旋轉、活塞往下時,空氣和汽柴油會吸入氣缸內。接著,活塞往上抬起會將汽柴油與空氣緊密壓縮,由火星塞因電力點火燃燒爆炸。這股爆炸力會將活塞往下壓,使曲軸旋轉,活塞又會再度往上。藉由曲軸的持續轉動,活塞也會一直返復地上下動作!
 
四行程循環引擎的四行程
 
進氣行程
 
汽柴油和空氣從進氣閥門吸入氣缸內。活塞向下時,氣缸內的氣壓降低將燃油往下壓。若有渦輪增壓器,壓入的燃油會比平常更多。燃油也稱為混合氣體,乃是汽柴油化為霧狀與空氣混合而成。
 
壓縮行程
 
由進氣閥門帶入燃油後,為了提高燃燒效率而壓縮燃油。當活塞向上到極限就代表已經可以進入下個行程。
 
點火行程
 
將壓縮好的燃料點火燃燒,並利用這股爆炸力量讓活塞上下運動。向上抬的活塞會因爆炸力而一股作氣的往下動作。
 
排氣行程
 
當活塞再次往上抬時排氣閥門會開啟,活塞向上壓的力量會將廢氣向外排出。直接排出廢氣會有噪音與廢氣臭味的問題,所以現在的車輛透過排氣管來減少臭味以及噪音。接著活塞向下時排氣閥門將會關起,進氣閥門開啟進行吸氣行程。引擎在運作時,一直都在進行上述的循環行程。
  
引擎的結構很有趣!
 
隨著時代的變化,引擎的細部結構有著很大的改變,但無論是以前或現在,基礎構造都是相同的。引擎的擺放位置有分為前置引擎(FF或FR)、後置引擎(RR)中置引擎(MR),也有相當特殊的類型。水平擺放橫向動作的活塞(水平對臥引擎)、調整為90度角的活塞(V型引擎)、也有活塞以三角形轉動、無法歸類於前述種類的轉子引擎,以及其他各式各樣的活塞類型。
 
近年受到矚目的電動汽車,因為是以電力用電動馬達傳導扭力轉動車軸,所以不需燃燒燃汽柴油、不需進行活塞運動,也不需要曲軸。現在也有許多的人才在挑戰與鑽研引擎設計,竭盡所能在盡可能減少震動、提高性能、增昇油耗效率等方面下功夫,想必未來引擎的構造設計會變得更加新穎。當您開始理解相關原理後,想必會對引擎構造有更多的興趣。讓我們深入了解車輛構造,更加沉浸在汽車的世界吧。

 
原文出處:車のエンジンの仕組み|ギア・クラッチの動きやクランクなど徹底解説
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