三項發動機技術解讀

1. 正時鏈條使引擎運轉更安靜 維護成本更低

    我們知道，發動機正時皮帶的主要作用是驅動發動機的配氣機構，使引擎進、排氣門在適當的時候開啟或關閉，以保證發動機汽缸能夠正常地吸氣和排氣。在有些車型上，像大眾捷達（電噴）、桑塔納2000、寶來、奧迪等，正時皮帶還同時肩負著驅動水泵的任務。

    隨著造車技術水平和工業發展的不斷進步，部分發動機的正時皮帶已被發動機鏈條所替代，與傳統的皮帶驅動相比，鏈條驅動方式的傳動可靠、耐久性好并且還可節省空間，整個系統由齒輪、鏈條和漲緊裝置等部件組成，其中液壓漲緊器可自動調節漲緊力，使鏈條漲力始終如一，并且終身免維護，這就使其與發動機同壽命，不但安全、可靠性得到了一定提升，還將引擎的使用、維護成本降低了不少，可謂一舉兩得。

    對所有發動機來說，正時皮帶是絕對不可以發生跳齒或斷裂的，如果一旦發生跳齒現象，發動機則不能正常工作，便會出現怠速不穩、加速不良或打不著車等現象；而如果正時皮帶斷裂的話，發動機就會立刻熄火，多氣門發動機還會導致活塞將頂氣門頂彎，嚴重的更會損壞發動機整體。

    橡膠材質的正時皮帶隨著發動機工作時間增加，皮帶以及其它附件，如張緊輪、張緊器和水泵等都會發生磨損或老化。因此，凡是裝有正時皮帶的發動機，廠家都會有嚴格要求，在規定的周期內定期更換正時皮帶及附件。而由強度較大的鋼材所制成正時鏈條則可將這一問題迎刃而解，眾所周知，金屬的強度要遠遠大于橡膠，這就使得其變形程度也隨之大大降低，跳齒和斷裂現象的發生幾率也是微乎其微。

    對于像發動機這種精密儀器來說，每個機械組成部分都有著嚴格的技術和工藝指標，這就使得在整個裝配過程中，對操作質量的要求很高。正時鏈條作為汽車核心部位中不可或缺的組成部分，當然同樣具有一定的裝配難度，某些發動機上的正時鏈條會有幾個明顯的標志，以用來保證精確度的同時降低一些安裝難度。

    我們再來從幾個方面看一看正時鏈條與老式皮帶相比他們都具有哪些優缺點：首先，對于廠家來說生產正時鏈條的成本要明顯高于正時皮帶，并且由于鏈條都是終身免維護的，因而廠家這部分的后期效益也會隨之降低，另外，正時鏈條相比皮帶還會對發動機動力性產生一定影響。我們再從消費者角度考慮，由于正時皮帶使用壽命的限制，用戶的后續養車成本會隨之增加，而正時鏈條的壽命與發動機相同，因此無需進行更換，當然也就無需支付相關費用。

2. 干式油底殼讓引擎重心降低 可提升操控性

    在一些介紹高性能的車和跑車的時候，我們經常看到“干式油底殼”這樣的字眼，仿佛干式油底殼逐漸成了高檔車的一個重要標志，對于普通大眾來說，干式油底殼離大家仿佛很遠。但事實上真是如此嗎？  

    首先我們先了解一下什么是油底殼，汽車發動機里凡是有相互接觸并且有相互運動的部件之間都需要潤滑油，而貯存潤滑油的地方就是油底殼，普通的發動機油底殼位于發動機的底部，是一個類似于盆型的大容器，下面有個孔，平時用放油螺栓密封，整個油底殼容積大約為3L多，上圖白框內部分就是普通的濕式油底殼。

    油底殼的主要功能是存儲機油并封閉曲軸箱，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀決定于發動機的總體布置和機油的容量。為了更夠讓油底殼內的機油更好散熱，有些發動機采用了鋁合金鑄造材質的油底殼，并且底部還鑄有相應的散熱片。為了保證在發動機縱向傾斜時機油泵能正常吸到機油，油底殼后部一般做得較深。另外，內部還設有擋油板，防止汽車行駛時油面波動過大，有的放油塞是帶有磁性的，能吸集機油中的金屬屑，以減少發動機零件磨損。

    現今，大多數汽車所裝配的都是濕式油底殼。之所以叫濕式油底殼，是因為發動機曲軸、曲拐和連桿大頭在曲軸每旋轉一周都會浸入油底殼潤滑油內一次，以達到潤滑作用，同時由于曲軸的高速運轉，曲拐每次高速浸入油池內都會激起一定的油花和油霧，對曲軸和軸瓦進行潤滑，被稱之為“飛濺潤滑”。這就對潤滑油的液面高度提出了一定的要求，如果太低，曲軸、曲拐和連桿大頭則不能浸入潤滑油內，導致缺少潤滑；如果潤滑油液面太高又會導致軸承整個浸入，使曲軸的旋轉阻力增大，最終導致發動機性能下降，同時潤滑油容易進入氣缸燃燒室內，導致發動機燒機油，火花塞積炭等問題。

    然而，濕式油底殼存有一個比較大的問題，就是當車輛在極限行駛狀態下時，例如高速過彎或者極限越野中，發動機內的潤滑油由于離心力或者重力而聚集于發動機油底殼的一個局部，導致部分曲拐不能浸入油內，潤滑不良而使發動機損壞。

    面對如此嚴重的問題，一些設計者找到了解決辦法，那就是干脆取消在發動機底部安裝容器，而是在外部獨立安裝一個機油箱，采用機油泵對曲軸和連桿系統進行壓力潤滑，這就是所謂的干式油底殼。其實這項技術在濕式油底殼中也有應用，配氣機構中的凸輪軸潤滑采用的就是這種壓力潤滑。干式油底殼雖然解決了機油竄動問題，但卻同時存在著另一個問題，那就是需要額外的動力來驅動機油泵，盡管濕式油底殼也需要機油泵，但相比起來動力相差很大，驅動機油泵的動力來自發動機，對于大排量高性能發動機來說這點動力損失并不算什么，但是對于那些排量在2.0L以下的引擎來說其所占比例就變得不容忽視了。另外，由于干式油底殼的儲油箱是獨立的，并不是位于發動機最底部，這就使得引擎重心得到降低，從而將車輛的整體操控性得到一定程度提升。

    由于干式油底殼需要額外部件，同時潤滑油路內是高壓的，導致其制造、使用成本相比濕式油底殼增高了很多，同時結構也更加復雜了，但可靠性卻會相應有所下降，一旦出現問題維修成本也會升高。

3. 平衡軸讓發動機工作起來更加平穩、順暢

    平衡軸技術（上圖中白色線框內所示結構）是一項結構簡單并且非常實用發動機技術，它可以有效減緩整車振動，提高駕駛的舒適性。也許有的消費者會問，為什么要在部分引擎里設計這個結構？要搞明白這一問題首先我們需要弄清一件事--“發動機振動原理”。

    當發動機處在工作狀態時，活塞的運動速度非常快，而且速度很不均勻。當活塞位于上下止點位置時，其速度為零，但在上下止點中間位置的速度則達到最高。由于活塞在氣缸內做反復的高速直線運動，因此必然會在活塞、活塞銷和連桿上產生較大的慣性力。雖然連桿上的配重可以有效地平衡這些慣性力，但卻只有一部分運動質量參與直線運動，另一部分參與了旋轉。因而除了上下止點位置外，其它慣性力并不能完全達到平衡狀態，此時的發動機便產生了振動。

    為了消除這種振動，設計者采用了很多方法，例如采用輕質的活塞減少運動件的質量、提高曲軸的剛度、采用60度夾角的“V”型布置發動機等等。增加平衡軸（如上圖中間位置所示部件）也是這些辦法其中之一，簡單說平衡軸其實就是一個裝有偏心重塊并隨曲軸同步旋轉的軸，利用偏心重塊所產生的反向振動力，使發動機獲得良好的平衡效果，降低發動機振動。

    平衡軸可分為單平衡軸和雙平衡軸兩種。單平衡軸顧名思義采用單一平衡軸，利用齒輪傳動方式進行工作，通過曲軸旋轉帶動固連的平衡軸驅動齒輪、平衡軸從動齒輪以及平衡軸。單平衡軸可以平衡占整個振動比例相當大的一階振動，使發動機的振動得到明顯改善。由于單平衡軸結構簡單，占用空間小，因而在單缸和小排量發動機中應用較為廣泛。而雙平衡軸則采用的是鏈傳動方式帶動兩根平衡軸轉動，其中一根平衡軸與發動機的轉速相同，可以消除發動機的一階振動；另一根平衡軸的轉速是發動機轉速的2倍，可以消除發動機的二階振動，從而達到更加理想的減振效果。由于雙平衡軸的結構較為復雜、成本高、占用發動機的空間又相對較大大，因此一般在大排量汽車上較為常用。另外，還有一種雙平衡軸布置方式，就是兩個平衡軸與氣缸中心線成角度對稱布置，旋轉方向相反，轉速與曲軸轉速相同，用以平衡發動機的一階往復慣性力。

    ★  小貼士：當活塞每上下運動一次，將使發動機產生一上一下兩次振動，所以發動機的振動頻率和發動機的轉速有關。在振動理論上，常使用多個諧波振動來描述發動機的振動，其中振動頻率和發動機轉速相同的叫一階振動，頻率是發動機轉速2倍的叫二階振動，依次類推，還存在三階、四階振動。但振動頻率越高，振幅就越小，二階以上可以忽略不計。其一階振動占整個振動的70％以上，是振動的主要來源。

    編輯總結：對于一款發動機來說，運用在它身上的技術實在太多。但不管數量達到多少，其最終目的無外乎是為了達到做功更高效、運轉更穩定和更加經濟實用這些最終目的。相信隨著汽車工業水平的發展和不斷提高，設計師們將為消費者帶來更加符合時代需求、設計更加完善的汽車引擎。